基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置和方法制造方法及图纸

基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置和方法属于光学显微成像领域。本发明专利技术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。采用发明专利技术装置与方法测量微观光滑大曲率样品表面形貌。

【技术实现步骤摘要】

基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置和方法属于光学显微成像领域。
技术介绍
对于光滑大曲率样品，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差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置和方法，解决了大曲率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：基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，包括：照明装置、第一成像装置、第二成像装置；所述的照明装置按照照明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、第一二向色镜、物镜、和载有样品的载物台；所述的第一成像装置按照信号传播方向第一成像装置依次为：物镜、第一二向色镜、第二二向色镜、第一滤光片、第二管镜和第一制冷CCD；所述的第二成像装置按照信号传播方向依次为：物镜、第一二向色镜、第二二向色镜、第二滤光片、第三管镜和第二制冷CCD；所述的照明装置、第一成像装置和第二成像装置共用物镜与第一二向色镜；所述的第一成像装置和第二成像装置还共用第二二向色镜。第一制冷CCD第二制冷CCD分别处于与样品正负对称离焦的两个位置上；正弦光栅与中继像面分别处于透镜的物面与像面上。>所述的镀膜荧光物质的膜厚小于200nm，激发波长范围200-1200nm，光功率小于1W，镀膜物质需要具有水溶性或者易溶于溶剂。上述基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，正弦光栅周期的范围是50μm-70μm。上述基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，第一二向色镜、第二二向色镜对激光光源波长的反射率均大于50％，对荧光物质辐射波长的透射率均大于50％，对激光光源波长的透射率均小于50％。上述基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置：第一滤光片、第二滤光片对激光光源的波长的透射率小于万分之一，对荧光物质辐射波长的透射率大于50％，光学密度在4以上。在上述基于基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置上实现的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的方法，包括以下步骤：第一步，将样品表面镀荧光膜，膜厚度小于200nm，令变量k等于0，设置载物台的总运行轨迹长度b；第二步，使载物台可移动部分沿Z轴移动一个微小步长a，令变量r等于1；第三步，第一制冷CCD和第二制冷CCD分别采集图像，得到两幅大小为p×q的图像，并做差，得到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”则进入第三步，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”则重复第二步到第六步，如果“是”则进入下一步；第八步，令N＝k，那么获得N层数据I1p,I2p…INp，将所得到的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k，这些不同像素点对应的k对应着样品的表面位置。第十步，利用p×q个像素点求出的所对应的层数k和步长a，得到所有p×q个点对应的样品表面形貌结构。上述基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的方法，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大曲率样品测量，这项技术改进，使得本专利技术可以测量微观光滑大曲率样品表面形貌，对称离焦放置的两个CCD，可以通过差动探测保证较高的测量信噪比。其膜厚小于1μm，可以有效地减小测量误差，其激发波长范围200-1200nm，光功率小于1W，可以避免荧光膜光漂白。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。附图说明图1是本专利技术基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置的结构示意图。图2是本专利技术基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的方法原理说明图。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.第一二向色镜、7.物镜、8.样品、9.第二二向色镜、10.第一滤光片、11.第二管镜、12.第一制冷CCD、13.第二滤光片、14.第三管镜、15.第二制冷CCD、16.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。本实施例的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，结构示意图如图1所示。该装置包括：照明装置、第一成像装置、第二成像装置；所述的照明装置按照照明光线传播方向依次为：与样品8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、第一二向色镜6、物镜7、和载有样品的载物台16；所述的第一成像装置按照信号传播方向第一成像装置依次为：物镜7、第一二向色镜6、第二二向色镜9、第一滤光片10、第二管镜11和第一制冷CCD12；所述的第二成像装置按照信号传播方向依次为：物镜7、第一二向色镜6、第二二向色镜9、第二滤光片13、第三管镜14和第二制冷CCD15；所述的照明装置、第一成像装置和第二成像装置共用物镜7与第一二向色镜6；所述的第一成像装置和第二成像装置还共用第二二向色镜9。第一制冷CCD12和第二制冷CCD15分别处于与样品正负对称离焦的两个位置上。上述的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，所述的镀膜荧光物质的膜厚小于200nm，激发波长范围200-1200nm，光功率小于1W，镀膜物质需要具有水溶性或者易溶于溶剂。其中，膜厚小于200nm可以保证测量精度，膜厚大于200nm时测量膜厚对测量结果有明显干扰；其中激发波长范围200-1200nm，光功率小于1W可以有效地避免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时本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，其特征在于，包括：照明装置、第一成像装置和第二成像装置；所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品(8)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)、第一二向色镜(6)、物镜(7)和载有样品(8)的载物台(16)；所述的第一成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、第一二向色镜(6)、第二二向色镜(9)、第一滤光片(10)、第二管镜(11)和第一制冷CCD(12)；所述的第二成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、第一二向色镜(6)、第二二向色镜(9)、第二滤光片(13)、第三管镜(14)和第二制冷CCD(15)；所述的照明装置、第一成像装置和第二成像装置共用物镜(7)与第一二向色镜(6)；所述的第一成像装置和第二成像装置共用第二二向色镜(9)；正弦光栅(3)和样品(8)共轭，第一制冷CCD(12)和第二制冷CCD(15)分别处于与样品(8)正负对称离焦的两个位置上；所述的镀膜荧光物质的膜厚小于200nm，激发波长范围200‑1200nm，光功率小于1W，镀膜物质溶于水或者有机溶剂。...

【技术特征摘要】
1.基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，其特征在于，包括：
照明装置、第一成像装置和第二成像装置；
所述的照明装置按照光线传播方向依次为：与样品(8)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)、第一二
向色镜(6)、物镜(7)和载有样品(8)的载物台(16)；
所述的第一成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、第一二向色镜(6)、第
二二向色镜(9)、第一滤光片(10)、第二管镜(11)和第一制冷CCD(12)；
所述的第二成像装置按照光线传播方向依次为：物镜(7)、第一二向色镜(6)、第
二二向色镜(9)、第二滤光片(13)、第三管镜(14)和第二制冷CCD(15)；
所述的照明装置、第一成像装置和第二成像装置共用物镜(7)与第一二向色镜(6)；
所述的第一成像装置和第二成像装置共用第二二向色镜(9)；
正弦光栅(3)和样品(8)共轭，第一制冷CCD(12)和第二制冷CCD(15)分
别处于与样品(8)正负对称离焦的两个位置上；所述的镀膜荧光物质的膜厚小于200nm，
激发波长范围200-1200nm，光功率小于1W，镀膜物质溶于水或者有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，其特
征在于：正弦光栅(3)的周期的范围是50μm-70μm。
3.根据权利要求1所述的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，其特
征在于：第一二向色镜(6)、第二二向色镜(9)对激光光源(1)波长的反射率均大于
50％，对荧光物质辐射波长的透射率均大于50％，对激光光源(1)波长的透射率均小
于50％。
4.根据权利要求1所述的基于差动结构光的测量微观光滑曲率样品的装置，其特
征在于：第一滤光片(10)、第二滤光片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，谭久彬，王红婷，李梦周，
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