【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光學(xué)檢測(cè)，具體涉及一種基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
1、共焦顯微鏡技術(shù)是一種在三維表面形貌測(cè)量中表現(xiàn)優(yōu)異的光學(xué)測(cè)量技術(shù)。色散共焦顯微鏡技術(shù)的引入進(jìn)一步擴(kuò)展了共焦顯微鏡技術(shù)的功能。通過(guò)添加色散元件，色散共焦顯微鏡技術(shù)可以將不同波長(zhǎng)的光聚焦在樣品表面的不同深度平面，從而在單次掃描中獲取多個(gè)深度層次的信息。這項(xiàng)技術(shù)在保持橫向分辨率的基礎(chǔ)上，大幅提升了縱向分辨能力和測(cè)量效率，非常適用于復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)的精密測(cè)量與檢測(cè)。
2、但現(xiàn)有的色散共焦顯微鏡技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨一些挑戰(zhàn)，采用逐點(diǎn)掃描的測(cè)量方式，在測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，測(cè)量精度容易受到影響。當(dāng)測(cè)量表面存在傾斜角度時(shí)，系統(tǒng)的測(cè)量精度往往會(huì)顯著下降。此外，較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間也增加了環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，進(jìn)一步影響測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。
3、在傾斜角度測(cè)量領(lǐng)域，研究人員對(duì)共焦顯微鏡技術(shù)進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)。例如，一種基于雙光束干涉的傾角測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)不同角度的干涉圖像來(lái)計(jì)算樣品表面的傾斜角度。這種方法結(jié)合了精密的光路設(shè)計(jì)和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度的傾斜角度測(cè)量，廣泛應(yīng)用于微機(jī)械系統(tǒng)和微光學(xué)器件的檢測(cè)中。此外，另一種相關(guān)技術(shù)是多焦面成像傾角測(cè)量設(shè)備，通過(guò)調(diào)節(jié)光束的焦點(diǎn)位置以獲取樣品在不同深度的成像數(shù)據(jù)，并通過(guò)算法分析確定表面的傾斜角度。
4、中國(guó)專利申請(qǐng)“基于橫向編碼的線差動(dòng)共焦位移傳感器系統(tǒng)”（專利申請(qǐng)?zhí)朿n202411349752.9）公開(kāi)了基于橫向編碼的線差動(dòng)共焦位移傳感器系統(tǒng)，在保證差動(dòng)共焦顯微鏡測(cè)量精度的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
2、一種基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，包括第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元；其中，
3、所述第一測(cè)量單元包括沿光路設(shè)置的光源組件、第一分束鏡、第二分束鏡、第一消色差聚焦透鏡、用于移動(dòng)待測(cè)物的載物移動(dòng)組件、第一信號(hào)接收組件；
4、所述第二測(cè)量單元包括分光色散組件、第二信號(hào)接收組件；
5、所述光源組件發(fā)出連續(xù)白色的光束經(jīng)所述第一分束鏡進(jìn)行分束，分束后的透射光束依次經(jīng)所述分光色散組件反射、所述第二分束鏡透射和所述第一消色差聚焦透鏡透射至所述待測(cè)物表面，經(jīng)所述待測(cè)物表面反射后，所述光束形成具有橫向編碼的攜帶待測(cè)物信息的光束，所述攜帶待測(cè)物信息的光束經(jīng)所述第一消色差聚焦透鏡透射后，經(jīng)所述第二分束鏡進(jìn)行分束；
6、經(jīng)所述第二分束鏡分束的透射光束依次經(jīng)所述分光色散組件反射和所述第一分束鏡反射，入射至所述第一信號(hào)接收組件，根據(jù)所述第一信號(hào)接收組件接收到的信號(hào)進(jìn)行所述待測(cè)物的高度分析；
7、經(jīng)所述第二分束鏡分束的反射光束經(jīng)所述分光色散組件透射，入射至所述第二信號(hào)接收組件，根據(jù)所述第二信號(hào)接收組件接收到的信號(hào)進(jìn)行所述待測(cè)物的傾斜角度分析。
8、進(jìn)一步地，所述分光色散組件包括沿光路設(shè)置的閃耀光柵、遠(yuǎn)心光圈和設(shè)置有多個(gè)過(guò)濾不同波段的濾光片的旋轉(zhuǎn)式的濾光輪盤；
9、所述閃耀光柵用于將不同波長(zhǎng)光束進(jìn)行色散分離，使光束實(shí)現(xiàn)橫向編碼；
10、所述遠(yuǎn)心光圈用于消除光束的放大倍率變化，使光束平行于測(cè)量系統(tǒng)的光軸；
11、所述濾光輪盤用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述濾光片對(duì)不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行選擇。
12、進(jìn)一步地，所述濾光輪盤上濾光片的數(shù)量為≥n，與待測(cè)物的待測(cè)點(diǎn)數(shù)量相匹配，其中n為≥10的整數(shù)。
13、進(jìn)一步地，所述濾光輪盤的旋轉(zhuǎn)頻率、所述第二信號(hào)接收組件的數(shù)據(jù)采集頻率和所述待測(cè)物的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行橫軸向掃描頻率，滿足以下條件：
14、
15、其中，表示所述濾光輪盤的旋轉(zhuǎn)頻率；表示所述待測(cè)物的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行橫軸向掃描頻率；表示所述第二信號(hào)接收組件的數(shù)據(jù)采集頻率；m為≥8的整數(shù)。
16、進(jìn)一步地，所述第一信號(hào)接收組件包括：聚焦透鏡、針孔和成像光譜儀；
17、所述聚焦透鏡用于將平行光束進(jìn)行聚焦；
18、所述針孔用于抑制離焦光束，減少散射光束的干擾；
19、所述成像光譜儀用于接收不同波長(zhǎng)的光束信號(hào)進(jìn)行成像。
20、進(jìn)一步地，所述第二信號(hào)接收組件包括第二消色差聚焦透鏡和面陣ccd相機(jī)；
21、所述第二消色差聚焦透鏡用于將不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行聚焦并消除色差；
22、所述面陣ccd相機(jī)用于接收攜帶待測(cè)物信息的光束進(jìn)行成像。
23、基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括如下步驟：
24、s1、將傾斜角度為零的平面反射鏡放置于所述載物移動(dòng)組件上，啟動(dòng)共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，所述光源組件發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光束分別經(jīng)所述平面反射鏡的不同位置所反射后，獲取反射光束成像于所述面陣ccd相機(jī)的光斑的中心位置，將所述光斑的中心位置作為第一位置信息；
25、s2、將所述待測(cè)物放置于所述載物移動(dòng)組件上，所述光源組件發(fā)出的光束依次經(jīng)所述第一分束鏡透射、所述閃耀光柵反射、穿過(guò)所述遠(yuǎn)心光圈后，經(jīng)所述第二分束鏡透射、所述第一消色差聚焦透鏡透射至所述待測(cè)物表面，經(jīng)所述待測(cè)物表面反射的光束形成具有橫向編碼的攜帶所述待測(cè)物信息的光束，所述光束經(jīng)所述系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)分束，分束后的光束分別形成具有橫向編碼的傾斜角度信息的光束和具有橫向編碼的高度信息的光束，所述傾斜角度信息的光束經(jīng)所述濾光輪盤和所述第二消色差聚焦透鏡透射，被所述面陣ccd相機(jī)接收；所述高度信息的光束沿系統(tǒng)光路傳播被所述成像光譜儀接收；
26、s3、
27、所述待測(cè)物的傾斜角度的測(cè)量方法為：
28、轉(zhuǎn)動(dòng)所述濾光輪盤，同步控制所述面陣ccd相機(jī)完成所有濾光片下的成像信息采集，獲得不同波長(zhǎng)的光束分別經(jīng)所述待測(cè)物不同位置反射后入射至所述面陣ccd相機(jī)，通過(guò)分析所述面陣ccd相機(jī)上光斑的中心位置信息，進(jìn)而獲得相應(yīng)的所述待測(cè)物表面橫向上的傾斜角度信息，完成所述待測(cè)物的傾斜角度測(cè)量；
29、所述待測(cè)物的高度測(cè)量方法為：
30、通過(guò)分析所述成像光譜儀接收到的所述光束的光譜信息，獲得不同波長(zhǎng)的光束分別在所述待測(cè)物不同位置所反射的光強(qiáng)度信息，進(jìn)而獲得相應(yīng)的所述待測(cè)物表面橫向上的高度信息，完成所述待測(cè)物的高度測(cè)量；
31、s4、控制所述載物移動(dòng)組件移動(dòng)所述待測(cè)物，重復(fù)步驟s2和s3，直至完成所述待測(cè)物的測(cè)量。
32、進(jìn)一步地，所述步驟s3中待測(cè)物的傾斜角度測(cè)量方法具體為：
33、設(shè)置所述濾光輪盤的旋轉(zhuǎn)頻率、所述面陣ccd相機(jī)的數(shù)據(jù)采集頻率和本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述分光色散組件包括沿光路設(shè)置的閃耀光柵（4）、遠(yuǎn)心光圈（5）和設(shè)置有多個(gè)過(guò)濾不同波段的濾光片的旋轉(zhuǎn)式的濾光輪盤（6）；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光輪盤（6）上濾光片的數(shù)量為≥N，與待測(cè)物（11）的待測(cè)點(diǎn)數(shù)量相匹配，其中N為≥10的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光輪盤（6）的旋轉(zhuǎn)頻率、所述第二信號(hào)接收組件的數(shù)據(jù)采集頻率和所述待測(cè)物（11）的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行橫軸向掃描頻率，滿足以下條件：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一信號(hào)接收組件包括：聚焦透鏡（13）、針孔（14）和成像光譜儀（15）；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二信號(hào)接收組件包括第二消色差聚
7.一種使用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S3中待測(cè)物（11）的傾斜角度測(cè)量方法具體為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述實(shí)測(cè)位移的計(jì)算公式如下所示：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述理論位移的計(jì)算公式如下所示：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述分光色散組件包括沿光路設(shè)置的閃耀光柵（4）、遠(yuǎn)心光圈（5）和設(shè)置有多個(gè)過(guò)濾不同波段的濾光片的旋轉(zhuǎn)式的濾光輪盤（6）；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光輪盤（6）上濾光片的數(shù)量為≥n，與待測(cè)物（11）的待測(cè)點(diǎn)數(shù)量相匹配，其中n為≥10的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光輪盤（6）的旋轉(zhuǎn)頻率、所述第二信號(hào)接收組件的數(shù)據(jù)采集頻率和所述待測(cè)物（11）的待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行橫軸向掃描頻率，滿足以下條件：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于橫向編碼的濾光輪盤共聚焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王之一，馮曉鵬，王建立，李爍，糜小濤，高勝英，江思博，周敬萱，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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