基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置和方法制造方法及图纸

基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置和方法属于光学显微成像领域；该装置包括激光光源、准直镜、正弦光栅、透镜、第一管镜、二向色镜、物镜、样品、滤光片、第二管镜、制冷CCD和载物台；利用激光器经过准直镜出射的平行光，再经过一维正弦光栅得到经过调制的条纹，将条纹经过二向色镜、管镜和物镜成像到表面镀膜的光滑自由曲面样品上；使样品表面出射的信号通过滤光片，由制冷CCD收集；对每个被测平面，令正弦光栅横向移动三次，完成一个平面的探测后，载物台沿轴向移动，令CCD下一次拍采集；最后将每个轴向位置得到的二维数据进行解调运算；本发明专利技术装置与方法测量微观光滑自由曲面，可以测量法线与轴向夹角大的样品表面形貌。

【技术实现步骤摘要】

基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置和方法属于光学显微成像领域。
技术介绍
对于光滑自由曲面表面样品，与法线与轴向夹角大的区域，由于照明到样品表面的光因镜面反射而无法被完全收集，或几乎无法被收集，所以其表面形貌无法高精度测量，甚至无法测量。目前，急需一种光学测量方面实现该类样品的高精度测量。遗憾的是目前没有技术可以实现这一目标。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开了一种基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置和方法，解决了自由曲面样品表面形貌高精度测量问题。本专利技术的目的是这样实现的：基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，包括：照明装置和成像装置；所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品表面镀膜荧光物质波长相匹配的激光光源、准直镜、正弦光栅、透镜、第一管镜、二向色镜、物镜、样品和载物台；所述的成像装置按照光线传播方向依次为：物镜、二向色镜、滤光片、第二管镜和制冷CCD；照明装置和成像装置共用物镜和二向色镜；正弦光栅、样品和制冷CCD两两共轭。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，所述的镀膜荧光物质膜厚小于1μm，激发波长范围为200-1200nm，光功率小于1W，镀膜物质具有易溶于水或者有机溶剂。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，正弦光栅周期的范围是50μm-70μm。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，二向色镜对激光光源出射光的反射率大于50％，对荧光物质辐射光的透射率大于50％，对激光光源出射光的透射率小于50％。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，滤光片对激光光源出射光的透射率小于万分之一，对荧光物质辐射光的透射率大于50％，光学密度在OD4以上。在上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置上实现的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量方法，包括以下步骤：第一步，将样品表面镀膜，所述的镀膜荧光物质膜厚小于1μm，激发波长范围为200-1200nm，光功率小于1W，令变量k等于0，设置轴向总测量范围b；第二步，使载物台可移动部分沿光轴移动一个微小步长a，令变量r等于1；第三步，用制冷CCD采集大小为p×q的图像Iir；第四步，将正弦光栅沿垂直于光轴的方向移动1/3周期；第五步，令变量r加1，判断r是否小于4，如果“是”则进入第二步，如果“否”则进入下一步；第六步，计算Iip=23[(Ii2-Ii1)2+(Ii3-Ii1)2+(Ii3-Ii2)2]1/2;]]>第七步，将k加1，判断k×a是否大于或等于b，如果“否”则重复重复第二步到第六步，如果“是”则进入下一步，令N＝k，那么获得N层数据I1p,I2p…INp；第八步，将所有轴向位置得到I1p,I2p…INp排列成三维矩阵，令矩阵的行和列对应图像的行和列，矩阵的页数对应图像的层数；第九步，将所得三维矩阵的第m行，n列的所有页数据抽取出来，得到一个1×N的行向量，记录这个行向量的峰值点所对应的层数c；第十步，利用p×q个像素点求出的所对应的层数c和步长a，求得所有p×q个点对应样品表面形貌结构。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量方法，还包括第十一步，清洗掉样品表面的荧光膜。有益效果：由于本专利技术同现有的显微测量技术相比，首先在样品表面镀膜荧光物质，使其受激辐射发光，然后在此基础上，公开了一种微观光滑自由曲面样品测量方法，这项技术改进，使得本专利技术可以测量法线与轴向夹角大的样品表面形貌。附图说明图1是本专利技术基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置的结构示意图。图中：1激光光源、2准直镜、3正弦光栅、4透镜、5第一管镜、6二向色镜、7物镜、8样品、9滤光片、10第二管镜、11制冷CCD、12载物台。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细描述。具体实施例一本实施例为装置实施例。本实施例的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，结构示意图如图1所示。该装置包括：照明装置和成像装置；所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品表面镀膜荧光物质波长相匹配的激光光源1、准直镜2、正弦光栅3、透镜4、第一管镜5、二向色镜6、物镜7、样品8和载物台12；所述的成像装置按照光线传播方向依次为：物镜7、二向色镜6、滤光片9、第二管镜10和制冷CCD11；照明装置和成像装置共用物镜7和二向色镜6；正弦光栅3、样品8和制冷CCD11两两共轭。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，所述的镀膜荧光物质膜厚小于1μm，激发波长范围为200-1200nm，光功率小于1W，镀膜物质具有易溶于水或者有机溶剂。其中，激发波长在200-1200nm范围内，光功率小于1W可以有效地避免对样品表面荧光膜的损伤。经实验证实，激发波长在小于200nm时，荧光膜被漂白的概率大幅增加，而激发波长在大于1200nm时，荧光膜淬灭的概率大幅增加。光功率在大于1W时，荧光膜淬灭的概率大幅增加。镀膜物质具有易溶于水或者有机溶剂的特性，使膜可以被清洗掉，恢复样品本来形貌，同时镀膜工艺不损伤样品表面。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，正弦光栅3周期的范围是50μm-70μm。在传统测量装置中，正弦光栅3的周期范围更大，为20μm-100μm，然而，经实验证实，在样品表面生成荧光介质膜后，对正弦光栅3的周期有更严格的要求，正弦光栅3的周期只有在50μm-70μm之间时，才能得到较高的轴向测量分辨力，而在其它范围，轴向分辨力都会降低。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，二向色镜6对激光光源1出射光的反射率大于50％，对荧光物质辐射光的透射率大于50％，对激光光源1出射光的透射率小于50％。这种参数设计，不仅可以令更多的激发光射到样品表面，避免能量损失，而且可以可以收集到更多的本来就相对较微弱的信号光，同时增高信噪比。上述基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，滤光片9对激光光源1出射光的透射率小于万分之一，对荧光物质辐射光的透射率大于50％，光学密度在OD4以上。这种参数设计，不仅可以令更多的激发光射到样品表面，避免能量损失，而且可以可以收集到更多的本来就相对较微弱的信号光，同时增高信噪比。具体实施例二本实施例为在具体实施例一所述装置上实现的方法实施例。本实施例的基于结构光方法的微观本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其特征在于，包括：照明装置和成像装置；所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品表面镀膜荧光物质波长相匹配的激光光源(1)、准直镜(2)、正弦光栅(3)、透镜(4)、第一管镜(5)、二向色镜(6)、物镜(7)、样品(8)和载物台(12)；所述的成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、二向色镜(6)、滤光片(9)、第二管镜(10)和制冷CCD(11)；照明装置和成像装置共用物镜(7)和二向色镜(6)；正弦光栅(3)、样品(8)和制冷CCD(11)两两共轭。

【技术特征摘要】
1.基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其特征在于，包括：
照明装置和成像装置；
所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品表面镀膜荧光物质波长相匹配的
激光光源(1)、准直镜(2)、正弦光栅(3)、透镜(4)、第一管镜(5)、二向色镜(6)、
物镜(7)、样品(8)和载物台(12)；
所述的成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、二向色镜(6)、滤光片(9)、
第二管镜(10)和制冷CCD(11)；
照明装置和成像装置共用物镜(7)和二向色镜(6)；
正弦光栅(3)、样品(8)和制冷CCD(11)两两共轭。
2.根据权利要求1所述的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其
特征在于，所述的镀膜荧光物质膜厚小于1μm，激发波长范围为200-1200nm，光功率
小于1W，镀膜物质溶于水或者有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其
特征在于，正弦光栅(3)周期的范围是50μm-70μm。
4.根据权利要求1所述的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其
特征在于，二向色镜(6)对激光光源(1)出射光的反射率大于50％，对荧光物质辐射
光的透射率大于50％，对激光光源(1)出射光的透射率小于50％。
5.根据权利要求1所述的基于结构光方法的微观光滑自由曲面样品测量装置，其
特征在于，滤光片(9)对激光光源(1)出射光的透射率小于万分之一，对荧光物质辐
射光的透射率大于50％，光学密度在OD4以上。
6.在权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，谭久彬，王红婷，刘辰光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23