一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，包括：系统开机、样本放置以及超精密三维显微闪测步骤，首先在多窄带波段成像模块中的黑白相机形成波段为相应波段的多光谱共聚焦图像，其次构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N

【技术实现步骤摘要】
一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法和装置


[0001]本专利技术涉及光学显微成像领域，特别是指一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法和装置。

技术介绍

[0002]现有微观三维形貌检测技术存在诸多不足，如激光扫描共聚焦类显微3D检测方法需要水平方向逐点扫描之后轴向逐面扫描，因此不仅效率较低且抗环境震动干扰能力低；干涉测量方法需要大量轴向扫描限制了该方法的测量效率及抗环境震动干扰能力；并行共聚焦检测技术虽然实现了同一面上多样点的同时探测，但单次测量轴向测量范围较小，测量一般斯量级(一个斯＝10微米)高度样品仍需纵向扫描，一定程度上限制了其测量效率和测量精度。如现有申请号CN201510922156.X、202210403239.8等专利技术专利所采用的3D轴向测量方法单次范围较低。
[0003]彩色共聚焦技术具有轴向测量范围大，无需轴向扫描,在智能制造、生物医学等领域应用广。但目前的彩色共聚焦技术多为单点测量,所需横向扫描耗时长,不能满足快速测量的应用需求。已有高精度3D测量方法无法实现在线测量，不能满足工厂的生产效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法和装置，实现精密乃至超精密且超快的显微3D测量，且能够进行高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]1、一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，包括：
[0007]步骤1：系统开机步骤，启动多波段差动共聚焦显微3D测量装置，所述多波段差动共聚焦显微3D测量装置包括面阵式多焦点复色照明光源模块、含纵向色散光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；上电并初始化；
[0008]步骤2：放置样本步骤，将待测样本放置于所述载物台上，并升降载物台，将样本移入系统工作范围内(如果系统已经开机且样本已经放置在系统工作范围内，此步骤略，直接进入步骤3)；
[0009]步骤3：超精密三维显微闪测步骤，测量样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度；
[0010]步骤31，获取样本N个多光谱共聚焦图像步骤，具体地控制面阵式多焦点复色照明光源模块中的二维针孔阵列，形成成以T个针孔单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自复色合LED照明光源被DMD二维针孔分割成C*R个微小光束，其中C，R分别是二维针孔的列数和行数，微小光束被含纵向色散光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过含纵向色散光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在多窄带波段成像模块中的黑白相机1,
2，
…
,N上形成波段为λ1，λ2，
…
,λ
N
的多光谱共聚焦图像；
[0011]步骤32，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N
‑
1个差动信号I
λ1,2
＝I
λ1
‑
I
λ2
…
,I
λN
‑
1,N
＝I
λN
‑1‑
I
λN
；
[0012]步骤33，样本表面高度还原步骤，采用实际测量获得的N
‑
1个差动信号强度I
λ1,2
，
…
,I
λN
‑
1,N
并对应预先刻度所获得的差动信号强度与高度线性关系曲线，获得样本表面高度。
[0013]具体地，进一步包括提高横向分辨的步骤：
[0014]步骤4：将步骤3中二维针孔平移一个针孔单元，重复步骤3，获取样本在二维照明针孔模式下所产生的面阵式多焦点表面三维形貌；
[0015]步骤5：重复步骤4，直到完成T*T个互补的二维照明针孔关模式下，样本表面所有(C*R)*(T*T)个照明点的表面高度。
[0016]具体地，还可以包括如下表面高度误差补偿方法：
[0017]所述差动信号构建方式I
λi,j
＝I
λi
‑
I
λj
或其中n
r
、n
D
分别是样本的表面反射率的分布函数、照明强度表面分布函数、和为样本宽场下两波段的光谱图像、均匀样本的宽场图像，其中，i≠j,i＜N，j≤N。
[0018]具体地，还包括如下表面高度误差补偿方法：
[0019]所述差动信号构建方式I
λi,j
＝I
λi
‑
I
λj
(i≠j,i＜N，j≤N)或
[0020]其中和为待测宽场下两波段的光谱图像，反映样本反射率空间分布说导致的误差；D
λi
和D
λj
均匀样本在两波段下的共聚焦图像，反映光照空间分布不均所导致的误差。
[0021]本专利技术实施例另一方面提供根据一种多波段差动共聚焦显微3D测量装置，包括：面阵式多焦点复色照明光源模块、含纵向色散光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；
[0022]来自面阵式多焦点复色照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过含纵向色散光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。
[0023]具体地，所述面阵式多焦点复色照明光源模块，沿着光信号前进方向，包括复色照明光源、聚光镜组L1、二维针孔、准直透镜组、半反半透分光片、含有纵向色散的管镜、显微物镜、样本；
[0024]具体地，所述半反半透分光片可替换为线偏振LP、偏振分光片PBS、1/4波片QWP；
[0025]具体地，二维针孔为数字微镜阵列或数字可控液晶；复色照明光源为二维排列的复色minlLED或为N个窄带波段LED光源同光轴复合的复色LED照明光源。
[0026]具体地，所述含纵向色散光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照来自样本的光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、半反半透分光片。
[0027]具体地，所述含纵向色散光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复
合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、1/4波片QWP、偏振分光片PBS。
[0028]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029]本专利技术提供一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，包括：系统开机、样本放置以及超精密三维显微闪测步骤，首先在多窄带波段成像模块中的黑白相机形成波段为相应波段的多光谱共聚焦图像，其次构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，其特征在于，包括：步骤1：系统开机步骤，启动多波段差动共聚焦显微3D测量装置，所述多波段差动共聚焦显微3D测量装置包括面阵式多焦点复色照明光源模块、含纵向色散光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；上电并初始化；步骤2：放置样本步骤，将待测样本放置于所述载物台上，并升降载物台，将样本移入系统工作范围内；步骤3：超精密三维显微闪测步骤，测量样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度；步骤31，获取样本N个多光谱共聚焦图像步骤，具体地控制面阵式多焦点复色照明光源模块中的二维针孔阵列，形成成以T个针孔单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自复色合LED照明光源被DMD二维针孔分割成C*R个微小光束，其中C，R分别是二维针孔的列数和行数，微小光束被含纵向色散光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过含纵向色散光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在多窄带波段成像模块中的黑白相机1,2，
…
,N上形成波段为λ1，λ2，
…
,λ
N
的多光谱共聚焦图像；步骤32，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N
‑
1个差动信号I
λ1,2
＝I
λ1
‑
I
λ2
…
,I
λN
‑
1,N
＝I
λN
‑1‑
I
λN
；步骤33，样本表面高度还原步骤，采用实际测量获得的N
‑
1个差动信号强度I
λ1,2，
…
,I
λN
‑
1,N
并对应预先刻度所获得的差动信号强度与高度线性关系曲线，获得样本表面高度。2.根据权利要求1所述的一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，其特征在于，进一步包括提高横向分辨的步骤：步骤4：将步骤3中二维针孔平移一个针孔单元，重复步骤3，获取样本在二维照明针孔模式下所产生的面阵式多焦点表面三维形貌；步骤5：重复步骤4，直到完成T*T个互补的二维照明针孔关模式下，样本表面所有(C*R)*(T*T)个照明点的表面高度。3.根据权利要求1或2所述的一种多波段差动共聚焦显微3D测量方法，其特征在于，还包括如下表面高度误差补偿方法：所述差动信号构建方式I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：易定容，叶一青，林泽金，袁涛，吴栋梁，刘奕乐，
申请(专利权)人：宁波五维检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：