[發明專利]基于結構光照明的面形測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201711238219.5
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108007382B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 劉辰光;劉儉;趙一軒;陳剛;李勇;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;北京銳馳恒業儀器科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

基于結構光照明的面形測量裝置和方法，屬于光學顯微成像與測量技術領域。本發明專利的技術特點是：裝置包括：結構光照明模塊、軸向掃描模塊和探測模塊。本發明在常規結構光照明顯微系統中增加由偏振分光鏡、低孔徑物鏡、管鏡和平面反射鏡等組成的軸向掃描裝置，實現結構光照明條紋在被觀測樣品空間的高速軸向移動，并且利用窗口傅里葉變換對不同z向位置條紋投影下拍攝的圖片進行處理，計算每個子區域圖像在投影條紋頻率處的相關系數，獲取每個橫向位置清晰度軸向響應曲線，曲線的峰值位置即為樣品該橫向位置的相對高度，最終獲取樣品表面面形。該發明具有裝調簡單，軸向掃描速度快，測量結果受樣品表面反射率差異影響小和信噪比高的優點。

技術領域

本發明涉及一種面形測量裝置及方法，具體涉及一種基于結構光照明的面形測量裝置和方法，可實現結構光照明條紋在被觀測樣品空間的高速軸向掃描，并且減小背景噪聲和樣品表秒反射率差異對測量結果的影響，屬于光學顯微成像與面形測量領域。

背景技術

變焦面形測量方法通過判別被測樣品在成像物鏡視場內不同軸向位置成像的清晰度來獲得樣品表面的面形。常規變焦面形測量方法使用載物臺驅動樣品進行軸向掃描，掃描速度慢，效率低。并且，常規方法將不同軸向位置拍攝圖片的對比度作為度量對象，獲得樣品表面每點的軸向響應，最大值所對應的位置即為樣品表面的相對高度。然而受到背景噪聲影響，對于低反射率和反射率差異較大的樣品，常規方法會引入較大誤差，制約了變焦面形測量方法的應用。

發明內容

在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，為了克服上述技術問題，本發明提供了一種基于結構光照明的面形測量裝置和方法基于結構光照明的面形測量裝置和方法，不僅可以提高變焦與軸向層析速度，而且還可以降低觀測成本。

方案一：本發明提供了一種基于結構光照明的面形測量裝置，包括科勒照明模塊、軸向掃描模塊和探測模塊：

所述科勒照明模塊按照光線傳播方向依次為：包括科勒照明模塊、軸向掃描模塊和探測模塊；

所述科勒照明模塊按照光線傳播方向依次為：科勒照明模塊一、振幅型正弦光柵和管鏡一；

所述軸向掃描模塊按照光線傳播方向依次為：分光鏡一、物鏡一、平面反射鏡、管鏡二、管鏡三、分光鏡二和物鏡二；

所述探測模塊按照光線傳播方向依次為：管鏡四和CCD；

物鏡二的下方設置被測樣品。

進一步的：所述平面反射鏡軸向最大移動范圍等于物鏡一的焦深。

進一步的：所述管鏡一和管鏡二焦距相等。

方案二：本發明提出的一種基于結構光照明的面形測量方法，該方法是基于方案一所述的基于結構光照明的面形測量裝置實現的，具體步驟：

數據采集步驟：

步驟a、科勒照明模塊一發出白光，白光經過振幅型正弦光柵調制后，依次經過管鏡一、分光鏡一和物鏡一出射到平面反射鏡，反射后的光依次經過物鏡一、分光鏡一、管鏡二、管鏡三、分光鏡二和物鏡二后出射到被測樣品表面；

步驟b、照射在樣品表面正弦分布的光經樣品表面反射后，依次經過物鏡二和分光鏡二反射，最后被管鏡四會聚在CCD上，獲得圖像；