一种并行共焦检测系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102589471A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102589471A(43)申请公布日2012.07.18(21)申请号201210057590.2(22)申请日2012.03.06(71)申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号(72)发明人张运波杨召雷句爱松彭博方董洪波胡凯侯文玫(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人王敏杰(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图11页(54)发明名称一种并行共焦检测系统及方法(57)摘要本发明揭示了一种并行共焦检测系统及方法，所述系统包括单色LED光源、数字微镜、两个透镜、分光棱镜、电控可变焦透镜、探测针孔、光强探测器、电压控制器、PC。单色LED光源发出的光通过经过集光镜照射到数字微镜表面，光源被数字微镜调制后形成针孔阵列，再通过透镜变为平行光束聚焦的被测物表面，被测物反射的光入射到光强阵列探测器上，通过PC记录光强度，通过数字微镜器件实现对样品的横向或轴向扫描。通过PC控制加到电控可变焦透镜上的电压，使可变焦透镜的焦距改变一个微小的值Δf，此时再记录探测器上的光强数值；根据扫描后得到的光强值，得到被测物对应点的轴向的位置；对整个被测物表面轮廓的测量。本发明可提高系统的稳定性及扫描速度。CN10258947ACN102589471A权利要求书1/1页1.一种并行共焦检测系统，其特征在于，所述系统包括：单色LED光源、数字微镜、两个透镜、分光棱镜、电控可变焦透镜、探测针孔、光强探测器、电压控制器、PC；单色LED光源发出的光通过经过集光镜照射到数字微镜表面，光源被数字微镜调制后形成针孔阵列，再通过透镜变为平行光束，通过无偏振分光棱镜、电控可变焦透镜、聚焦的被测物表面，被测物反射的光经电控可变焦透镜、分光棱镜、透镜探测针孔，入射到光强阵列探测器上，通过PC记录光强度，通过数字微镜器件实现对样品的横向或轴向扫描；然后通过PC控制加到电控可变焦透镜上的电压，从而使可变焦透镜的焦距改变一个微小的值Δf，此时再记录探测器上的光强数值；根据扫描后得到的光强值，得到被测物对应点的轴向的位置；实现整个被测物表面的轴向扫描，从而可以对整个被测物表面轮廓的测量。2.一种权利要求1所述的并行共焦检测系统的并行共焦检测方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：1)单色LED光源发出的光通过经过集光镜照射到数字微镜表面，光源被数字微镜调制后形成针孔阵列，再通过透镜变为平行光束，通过无偏振分光棱镜、电控可变焦透镜、聚焦的被测物表面，被测物反射的光经可变焦透镜、分光棱镜、透镜探测针孔，入射到光强阵列探测器上，通过PC记录光强度；2)PC通过电压控制器控制加到电控可变焦透镜上的电压，从而使可变焦透镜的焦距改变一个微小的值Δf，Δf小于1um，此时再记录探测器上的光强数值，轴向扫描的次数n通常稍大于N＝H/Δf；根据扫描后得到的光强值，得到被测物对应点的轴向的位置；3)通过PC按照控制数字微镜器件上的微镜打开或关闭，实现对被测物表面的扫描，假设微镜阵列生成的虚拟针孔阵列的周期为T，经过T2次扫描后，完成对整个被测物表面一层的测量。2CN102589471A说明书1/4页一种并行共焦检测系统及方法技术领域[0001]本发明属于共焦成像技术领域，涉及一种共焦检测系统，尤其涉及一种并行共焦检测系统；同时，本发明还涉及上述并行共焦检测系统的并行共焦检测方法。背景技术[0002]1957年，哈佛大学的博士后M.Minsky首次提出了共焦成像的概念，目的是希望消除普通光学显微镜在探测样品时产生的多种散射光，为此他提出一种新的成像模型-共焦成像。在这种成像模型中引入点光源，并使之成像于被测物表面上，被测物反射的光被很小的光强探测器(可以认为点探测器)接收。当点光源、被测物和点探测器三者共轭时，点探测器接收到的光强最大，当被测表面偏离共轭面时，点探测器接收到的光强变小，这一性质表明被测表面的位置是可以确定的。但是，由于当时受科技水平的限制，共焦技术在应用中一直停止不前，无任何重大进展。直到80年代，由于微电子、光电子技术的重大发展，共焦技术才成为研究的热点，其中Wilson和Sheppard提出了飞点剖面扫描获取全场三维深度信息的新概念，将共焦技术应用到全场三维轮廓检测领域。[0003]在共焦三维轮廓检测领域中，需要对被测样品进行轴向扫描和横向扫描。轴向扫描的目的是测量该点的高度，由于共焦显微镜采用点扫描技术，所以必须对样品进行横向扫描才能完成被测样品的整个表面的测量。现有的轴向扫描技术中绝大多数使用的是轴向位移台，高精度位移台不仅结构复杂，造价高，并且扫描速度慢，大