[发明专利]基于结构光照明的面形测量装置和方法

说明书

基于结构光照明的面形测量装置和方法，属于光学显微成像与测量技术领域。本发明专利的技术特点是：装置包括：结构光照明模块、轴向扫描模块和探测模块。本发明在常规结构光照明显微系统中增加由偏振分光镜、四分之一波片、低孔径物镜、管镜和平面反射镜等组成的轴向扫描装置，实现结构光照明条纹在被观测样品空间的高速轴向移动，并且利用窗口傅里叶变换对不同z向位置条纹投影下拍摄的图片进行处理，计算每个子区域图像在投影条纹频率处的相关系数，获取每个横向位置清晰度轴向响应曲线，曲线的峰值位置即为样品该横向位置的相对高度，最终获取样品表面面形。该发明具有装调简单，轴向扫描速度快，测量结果受样品表面反射率差异影响小和信噪比高的优点。

技术领域

本发明涉及一种面形测量装置及方法，具体涉及一种基于结构光照明的面形测量装置和方法，可实现结构光照明条纹在被观测样品空间的高速轴向扫描，并且减小背景噪声和样品表秒反射率差异对测量结果的影响，属于光学显微成像与面形测量领域。

背景技术

变焦面形测量方法通过判别被测样品在成像物镜视场内不同轴向位置成像的清晰度来获得样品表面的面形。常规变焦面形测量方法使用载物台驱动样品进行轴向扫描，扫描速度慢，效率低。并且，常规方法将不同轴向位置拍摄图片的对比度作为度量对象，获得样品表面每点的轴向响应，最大值所对应的位置即为样品表面的相对高度。然而受到背景噪声影响，对于低反射率和反射率差异较大的样品，常规方法会引入较大误差，制约了变焦面形测量方法的应用。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明提供了一种基于结构光照明的面形测量装置和方法，不仅可以提高变焦与轴向层析速度，减小样品表面反射率差异对测量结果的影响，提高了测量系统信噪比。

方案一：本发明提供了一种基于结构光照明的面形测量，包括结构光照明模块、轴向扫描模块和探测模块：

所述结构光照明模块按照光线传播方向依次为：激光器、传导光纤、准直镜、振幅型正弦光栅和管镜一；

所述轴向扫描模块按照光线传播方向依次为：偏振分光镜一、四分之一波片一、物镜一、平面反射镜、管镜二、管镜三、偏振分光镜二、四分之一波片二和物镜二；

所述探测模块按照光线传播方向依次为：管镜四和CCD；

物镜二的下方设置被测样品。

进一步的：所述偏振分光镜一反射光偏振方向同管镜一出射光偏振方向相同。

进一步的：所述偏振分光镜二透射光偏振方向同管镜三出射光偏振方向相同。

进一步的：所述平面反射镜轴向最大移动范围等于物镜一的焦深。

进一步的：所述管镜一和管镜二焦距相等。

方案二：本发明提出的一种基于结构光照明的面形测量方法，该方法是基于方案一所述的基于结构光照明的面形测量装置实现的，具体步骤：

数据采集步骤：

步骤a、激光器一发出激发光，经过传导光纤和准直镜之后形成平行光，平行光经过振幅型正弦光栅调制后，依次经过管镜一、偏振分光镜一、四分之一波片一和物镜一(8)出射到平面反射镜，反射后的光依次经过物镜一、四分之一波片一、偏振分光镜一、管镜二、管镜三、偏振分光镜二、四分之一波片二和物镜二后出射到被测样品表面形成正弦分布的照明光；

步骤b、照射在样品表面正弦分布的光经样品表面反射后，依次经过物镜二和四分之一波片二，然后经偏振分光镜反射，最后被管镜四会聚在CCD上，获得图像；