[發(fā)明專利]一種四維高光譜探測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911400809.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111156926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何賽靈;徐展鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25;G01N21/25;G01N21/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開(kāi)了一種四維高光譜探測(cè)系統(tǒng)，包括光片探測(cè)模塊、成像光譜儀模塊和掃描移動(dòng)模塊；所述的光片探測(cè)模塊用于產(chǎn)生光片并捕獲被待測(cè)樣品表面調(diào)制的線光，所述的成像光譜儀模塊用于獲取相同區(qū)域的高光譜圖像；所述的掃描移動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)待測(cè)樣品的掃描探測(cè)。應(yīng)用激光三角法分析光片探測(cè)模塊的光路結(jié)構(gòu)，建立軸向高度計(jì)算模型及橫向長(zhǎng)寬計(jì)算模型，從而可以標(biāo)定待測(cè)樣品的空間三軸尺度。同時(shí)對(duì)成像光譜儀進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，最后將高光譜圖像中的空間二維信息與三維形貌相對(duì)應(yīng)，使得三維形貌上的每一點(diǎn)都包含高光譜信息。本發(fā)明具備較高的空間分辨率和光譜分辨率，可用于工業(yè)樣品表面缺陷檢測(cè)、結(jié)構(gòu)觀察、成分分析及物質(zhì)鑒別等應(yīng)用中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種四維（空間維+光譜維）探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在線光源照明模式下，光片探測(cè)可用于非透明樣品表面形貌線掃描三維成像，成像光譜儀可以獲取待測(cè)樣品的高光譜圖像立方。但光片探測(cè)只能定性還原三維形貌圖而不能定量分析各空間軸的尺度信息，高光譜圖像中包含的空間信息也是二維平面圖像而缺乏高度信息。目前還沒(méi)有相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)，能同時(shí)測(cè)量樣品表面形貌和光譜并定量分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種四維高光譜探測(cè)系統(tǒng)。

一種四維高光譜探測(cè)系統(tǒng)，包括光片探測(cè)模塊、成像光譜儀模塊和掃描移動(dòng)模塊；

所述的光片探測(cè)模塊用于產(chǎn)生光片并捕獲被待測(cè)樣品表面調(diào)制的線光，所述的成像光譜儀模塊用于獲取相同區(qū)域的高光譜圖像；所述的掃描移動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品的掃描探測(cè)；

應(yīng)用激光三角法分析光片探測(cè)模塊的光路結(jié)構(gòu)，建立軸向高度計(jì)算模型及橫向長(zhǎng)寬計(jì)算模型，從而標(biāo)定待測(cè)樣品的空間三軸尺度，同時(shí)對(duì)成像光譜儀進(jìn)行波長(zhǎng)標(biāo)定，最后將高光譜圖像中的空間二維信息與三維形貌相對(duì)應(yīng)，使得三維形貌上的每一點(diǎn)都包含高光譜信息。

所述的光片探測(cè)模塊包括：沿著光路傳播與探測(cè)的寬帶光源、準(zhǔn)直器、柱面透鏡、第一偏振片、第二偏振片、成像鏡頭、第一管透鏡、CMOS相機(jī)；

所述的寬帶光源發(fā)出激光斜45°入射到準(zhǔn)直器上，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器擴(kuò)束后再入射到柱面透鏡上，柱面透鏡將準(zhǔn)直光斑壓縮為光片，經(jīng)過(guò)第一偏振片后以線光的形式照射到待測(cè)樣品上；

線光被待測(cè)樣品表面調(diào)制后，被垂直于入射光方向且同樣斜45°放置的探測(cè)光路采集，彈性散射光首先通過(guò)第二偏振片，濾除部分雜散光，隨后被成像鏡頭收集，經(jīng)過(guò)第一管透鏡最終聚焦在CMOS相機(jī)上。

所述的激光三角法分析：當(dāng)入射光照射到待測(cè)樣品表面時(shí)，因表面高度不同，CMOS相機(jī)捕獲的彈性散射光也會(huì)在像面上發(fā)生像素偏移，由此依據(jù)激光三角法建立計(jì)算模型：其中激光入射角為α，散射角為β，散射光與CMOS相機(jī)的夾角為θ，物點(diǎn)到成像透鏡的距離為l，像點(diǎn)到成像透鏡的距離為d，實(shí)際表面相對(duì)參考表面的高度為z，像點(diǎn)在CMOS像面上的像素偏移為x，高度計(jì)算式如下：

選取光源45°斜入射，同時(shí)垂直于入射方向采集散射光，CMOS相機(jī)與成像透鏡平行的光路結(jié)構(gòu)，即α=β=45°，θ=90°，上述的高度計(jì)算式簡(jiǎn)化為：

即高度與像素偏移成線性關(guān)系，由此根據(jù)像素的偏移來(lái)標(biāo)定系統(tǒng)軸向高度分辨率并計(jì)算高度值。

所述的光片探測(cè)模塊獲取待測(cè)樣品表面的橫向分辨率取決于成像鏡頭的特性，其中線光方向的分辨率通過(guò)拍攝測(cè)微尺來(lái)進(jìn)行標(biāo)定，掃描方向的分辨率取決于掃描移動(dòng)模塊的移動(dòng)精度。

所述的樣品表面的彈性散射光，同時(shí)被豎直方向的成像鏡頭捕獲，入射到成像透鏡，狹縫用于選擇對(duì)應(yīng)狹縫寬度范圍成像，準(zhǔn)直透鏡將散射光信號(hào)準(zhǔn)直，入射到棱鏡光柵組上，分光后再經(jīng)第二管透鏡會(huì)聚到CMOS像面上，CMOS像面收集到待測(cè)樣品表面二維像信息以及高光譜信息，實(shí)現(xiàn)高光譜成像。