[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光照明的面形測量裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711242122.1
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107727003B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉辰光;鄭婷婷;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

基于結(jié)構(gòu)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(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利的技術(shù)特點是：裝置包括：結(jié)構(gòu)光照明模塊、軸向掃描模塊和探測模塊。本發(fā)明在常規(guī)結(jié)構(gòu)光照明顯微系統(tǒng)中增加由偏振分光鏡、四分之一波片、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(xiàn)結(jié)構(gòu)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(qū)域圖像在投影條紋頻率處的相關(guān)系數(shù)，獲取每個橫向位置清晰度軸向響應(yīng)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(fā)明具有裝調(diào)簡單，軸向掃描速度快，測量結(jié)果受樣品表面反射率差異影響小和信噪比高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面形測量裝置及方法，具體涉及一種基于結(jié)構(gòu)光照明的面形測量裝置和方法，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jié)果的影響，屬于光學顯微成像與面形測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

變焦面形測量方法通過判別被測樣品在成像物鏡視場內(nèi)不同軸向位置成像的清晰度來獲得樣品表面的面形。常規(guī)變焦面形測量方法使用載物臺驅(qū)動樣品進行軸向掃描，掃描速度慢，效率低。并且，常規(guī)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(yīng)，最大值所對應(yīng)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(guī)方法會引入較大誤差，制約了變焦面形測量方法的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)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(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于結(jié)構(gòu)光照明的面形測量裝置和方法，不僅可以提高變焦與軸向?qū)游鏊俣?，減小樣品表面反射率差異對測量結(jié)果的影響，提高了測量系統(tǒng)信噪比。

方案一：本發(fā)明提供了一種基于結(jié)構(gòu)光照明的面形測量，包括結(jié)構(gòu)光照明模塊、軸向掃描模塊和探測模塊：

所述結(jié)構(gòu)光照明模塊按照光線傳播方向依次為：激光器、傳導光纖、準直鏡、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：偏振分光鏡一、四分之一波片一、物鏡一、平面反射鏡、管鏡二、管鏡三、偏振分光鏡二、四分之一波片二和物鏡二；

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(shè)置被測樣品。

進一步的：所述偏振分光鏡一反射光偏振方向同管鏡一出射光偏振方向相同。

進一步的：所述偏振分光鏡二透射光偏振方向同管鏡三出射光偏振方向相同。

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(fā)明提出的一種基于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)光照明的面形測量裝置實現(xiàn)的，具體步驟：

數(shù)據(jù)采集步驟：

步驟a、激光器一發(fā)出激發(fā)光，經(jīng)過傳導光纖和準直鏡之后形成平行光，平行光經(jīng)過振幅型正弦光柵調(diào)制后，依次經(jīng)過管鏡一、偏振分光鏡一、四分之一波片一和物鏡一(8)出射到平面反射鏡，反射后的光依次經(jīng)過物鏡一、四分之一波片一、偏振分光鏡一、管鏡二、管鏡三、偏振分光鏡二、四分之一波片二和物鏡二后出射到被測樣品表面形成正弦分布的照明光；

步驟b、照射在樣品表面正弦分布的光經(jīng)樣品表面反射后，依次經(jīng)過物鏡二和四分之一波片二，然后經(jīng)偏振分光鏡反射，最后被管鏡四會聚在CCD上，獲得圖像；