[實用新型]一種高速大范圍高分辨率成像系統

有效

• 申請號: 201620141985.4
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN205352958U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 劉海軍
• 申請（專利權）人: 蘇州塞羅爾醫學影像科技有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛

技術領域

本實用新型涉及光學成像技術領域，特別涉及一種高速大范圍高分辨率成像系統。

背景技術

光學表面的缺陷檢測通常采用顯微成像的方法，即利用顯微鏡光學透鏡的放大功能將被測平面上的劃痕等用面陣相機記錄下來。該方法能分辨最小的劃痕的尺寸取決于所用顯微鏡的分辨率；該方法所能探測的范圍取決于面陣相機的像元數量。

高速大范圍光學表面的高精度缺陷檢測通常面臨以下三個難點：1、顯微鏡的成像分辨率和視場是一對矛盾，提高成像分辨率必須以犧牲視場大小為代價；例如，一個分辨率為2微米的顯微成像系統經像差校正后光學視場直徑為20毫米；為了完全記錄直徑為20毫米的光學視場，需要一個10000×10000的面陣相機，但是通常的工業面陣相機像素數不會超過9000×7000；2、顯微鏡成像分辨率和景深也是一對矛盾，提高成像分辨率必然犧牲成像景深，進而增加成像系統的對焦難度；3、高精度大范圍成像通常由于數據量的原因無法實現高速檢測。

光譜編碼共焦顯微鏡（SpectrallyEncodedConfocalMicroscopy，SECM）是一種并行式的共焦反射顯微鏡(US6341036)。普通共焦顯微鏡采用單色激光作為激發光源，因此在物鏡焦平面上只有一個聚焦點，所以必須通過X和Y兩個橫向維度的機械掃描來實現二維成像；與普通共焦顯微鏡不同的是，SECM采用寬譜光源，并利用一個光柵將該寬譜光在無限空間內向不同方向散開，從而在物鏡的焦平面內形成一個線焦點；SECM所形成的線焦點上的每一個點都對應于一個唯一的波長，所以只需要用一個光譜儀就可以并行探測線焦點上所有點得反射光強。因此，SECM要比普通的共焦顯微鏡快1000倍左右。

明場和暗場探測：照明激光入射到無缺陷的光學表面只會發生反射，而不散射；照明激光入射到光學表面的劃痕等缺陷部位就會發生散射，通常散射會改變光的傳播角度和偏振方向。在光學表面缺陷檢測當中，從無缺陷的部分反射回來的光不但沒有有用信息，而且會縮小光敏探測器的有效動態范圍，造成探測靈敏度低的問題。現有所有的SECM技術采用明場探測從被成像物體返回的光信號，由于明場探測道德光信號主要是反射光，因而不適合光學表面缺陷檢測的要求。暗場光路主要探測缺陷處發出的散射光，并且阻止無缺陷處發出的反射光進入光敏探測器，因而適用于缺陷檢測。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種高速大范圍高分辨率成像系統，實現了高分辨率、大范圍、高速、低成本的劃痕探測。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種高速大范圍高分辨率成像系統，所述成像系統包括寬譜光源、準直透鏡、偏振分光鏡、光束阻擋器、四分之一波片、景深擴增器、掃描機構、光柵、物鏡、光敏探測器、觸發電路、光譜儀，其中，所述準直透鏡位于所述寬譜光源的出射光路上，經所述準直透鏡后的光源準直形成一束準直光；所述偏振分光鏡位于所述準直光的出光路徑上，將所述準直光分束形成一束直通光與一束反射光；所述反射光被所述光束阻擋器吸收；所述直通光經所述四分之一波片、景深擴增器、掃描機構、光柵、物鏡后投射到被測物體上；從被測物體表面散射的光經原光路返回，在經過所述四分之一波片時，偏振方向改變的散射光入射至所述偏振分光鏡后，被反射的部分到達所述光敏探測器上，當所述散射光的散射光信號超過設定閾值時，所述光敏探測器輸出電信號至所述觸發電路從而觸發所述光譜儀中的線陣相機曝光。

優選地，所述成像系統以所述準直透鏡中心、偏振分光鏡中心連線的光軸方向為X軸；以所述四分之一波片中心、景深擴增器中心連線的光軸方向為Y軸；以準直透鏡的中心為原點，根據左手定則，建立坐標系；所述直通光經四分之一波片后，其出射光的偏振方向相對于其入射光發生90°偏轉，所述直通光的出射光路落在Y軸方向上，且所述直通光的出射光經光柵后的光譜中心光線與物鏡的光軸垂直正交。

優選地，所述偏振分光鏡與光敏探測器間還設有反射鏡。

由于上述技術方案的運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：

1）本實用新型的成像系統結合了SECM和暗場光路探測，既增大了探測范圍又提高了探測靈敏度；

2）本實用新型的成像系統采用了閾值觸發曝光技術來減少線陣相機的數據量，實現圖像的快速采集、處理和存儲；并降低了對相機速度、計算機速度和存儲空間的要求；