[發(fā)明專利]一種基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法

有效

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• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109916331B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 位浩杰;唐燕;謝仲業(yè);劉磊;趙立新;胡松
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明是一種基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法。采用一個水平正弦光柵和和傾斜一定角度θ的正弦光柵組合的復合光柵投射結(jié)構(gòu)光在被測物體表面，水平掃描待測物體的過程中，CCD通過分光棱鏡從共軛光路中同步采集調(diào)制后的條紋圖像序列，水平光柵的柵線方向與水平掃描方向垂直，對物體的整場調(diào)制度提取計算水平位移，實現(xiàn)圖像序列高精度的像素匹配；傾斜光柵的成像的焦面位置傾斜且固定，在水平掃描過程中，使得相移和垂直掃描能夠連續(xù)且自動地同步實現(xiàn)，傾斜光柵用于物體的單點調(diào)制度提取，獲取高度信息實現(xiàn)高精度的微納三維檢測。本發(fā)明只需水平掃描待測物體，即可實現(xiàn)大范圍高效率的三維測量過程，在微納檢測領域有良好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于光學顯微成像以及精密檢測技術領域，特別涉及一種基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法。

背景技術

微納器件指尺度為微米和納米級的功能性器件，在微電子、生物技術、航空航天、超材料等技術領域的應用發(fā)展迅速，對現(xiàn)代生活，社會生產(chǎn)，都產(chǎn)生了有很大的促進作用，將是下一時期科技戰(zhàn)略發(fā)展的熱點。微納器件的三維形貌與產(chǎn)品的性能特征、可靠程度以及功能分析直接相關，高精度快速的微納檢測方法與技術是獲取微納結(jié)構(gòu)的三維形貌的重要手段，也是高精度光學加工等先進微納制造技術的核心基礎。快速地在線檢測微納結(jié)構(gòu)的三維形貌，能大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢測效率。

目前，針對微納結(jié)構(gòu)的三維形貌檢測技術可分為接觸式和非接觸式兩大類，現(xiàn)有主流的微納結(jié)構(gòu)非接觸檢測技術中(包括白光干涉顯微測量、激光共焦顯微術和結(jié)構(gòu)光顯微測量技術)，都是對被測物進行垂直縱向掃描，獲得不同縱向高度對應的光強分布，進而實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)形貌檢測。采用垂直縱向掃描過程都會引入不連續(xù)性，增加樣品的檢測時間，檢測效率低。其次，在對非周期性大面積的物體時，需要將橫向和縱向圖像拼接，需要增加檢測系統(tǒng)運動結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理量大，檢測效率相對較低。

綜上，目前的微納結(jié)構(gòu)檢測技術一般是通過垂直縱向掃描，獲得不同縱向高度對應的光強分布，通過相應的運算來實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)形貌檢測。采用垂直縱向掃描過程都會引入不連續(xù)性，增加樣品的檢測時間，檢測效率低。其次，在對非周期性大面積的物體時，需要將橫向和縱向圖像拼接，需要增加檢測系統(tǒng)運動結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理量大，檢測效率相對較低。本發(fā)明利用基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法，將改變現(xiàn)有技術對待測物體垂直縱向掃描檢測的現(xiàn)狀，利用水平橫向掃描的結(jié)構(gòu)方案，實現(xiàn)微納三維結(jié)構(gòu)的高速檢測過程；當待測物體相對CCD水平運動時，CCD采集到不同條紋序列中對應像素點的光強值并不對應同一物點，即物體的像在每幀條紋圖像中的位置不一致，必須對采集到的圖像序列進行像素匹配后才能進行調(diào)制度提取。本發(fā)明提出的復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法可以在水平掃描過程中進行高精度像素匹配，實現(xiàn)了水平橫向掃描的大測量范圍三維檢測過程。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有微納結(jié)構(gòu)三維形貌檢測方法垂直縱向掃描存在的效率低、結(jié)構(gòu)復雜等缺點，本發(fā)明設計了所述的一種基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法：該方法中，采用一個水平正弦光柵和和傾斜一定角度θ的正弦光柵組合的復合光柵投射結(jié)構(gòu)光在被測物體表面，水平掃描待測物體的過程中，CCD通過分光棱鏡從共軛光路中同步采集調(diào)制后的條紋圖像序列，結(jié)合連續(xù)性三維重建算法就可以重建微納結(jié)構(gòu)三維面型，實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)連續(xù)性的大范圍檢測，可以應用于微納結(jié)構(gòu)的在線檢測過程，檢測精度可達到納米量級。

為了達成上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：基于復合光柵的結(jié)構(gòu)光微納結(jié)構(gòu)三維檢測方法，所述方法步驟包括：

步驟S1：在系統(tǒng)測量之前，要先對系統(tǒng)進行標定，即使用標準物體作為待測物體進行測量，利用一個水平正弦光柵和傾斜一定角度θ的正弦光柵組合的復合光柵投射結(jié)構(gòu)光到標準物體表面，水平掃描待測物體的過程中，CCD通過分光棱鏡從共軛光路中同步采集調(diào)制后的條紋圖像序列。

步驟S2：對采集的條紋圖像進行傅里葉變換處理，并使用濾波器提取水平光柵的基頻分量，對其進行傅里葉逆變換并取模就得到待測物體的調(diào)制度圖像。