基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置與方法
【專利摘要】基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置與方法光學精密測量【技術領域】，具體涉及一種利用共焦顯微技術測量光滑大曲率樣品表面形貌的裝置和方法；該裝置包括照明模塊、探測模塊和鍍膜樣品；該方法首先使待測樣品成為鍍膜樣品，然后利用照明模塊激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光，再利用探測模塊通過軸向響應曲線頂點位置來確定鍍膜樣品表面位置，最后形成三維掃描成像，清洗膜，恢復待測樣品鍍膜前的狀態(tài)；本發(fā)明不僅可以提高測量精度，而且可以提高測量效率，同時還可以降低測量成本。
【專利說明】 基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置與方法

【技術領域】
[0001]基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置與方法光學精密測量【技術領域】，具體涉及一種利用共焦顯微技術測量光滑大曲率樣品表面形貌的裝置和方法。

【背景技術】
[0002]隨著精密加工制造行業(yè)對測量精度要求的提高，光滑大區(qū)率鏡面物體和類鏡面物體的測量受到越來越多的重視。對此類樣品采用光學三維傳感方法進行測量時，根據(jù)反射定理，只能在于入射光線成特殊夾角方向才能接收到較強光信號，而由于收集物鏡口徑的限制，造成測量分辨率下降，在不增加自由度的情況下無法完成對此類樣品全貌的測量。將傳統(tǒng)共焦顯微技術、干涉測量技術、條紋投影技術配合機械掃描或多角度探測技術，可以實現(xiàn)對此類樣品全貌的測量，然而，機械掃描與多角度探測器引入數(shù)據(jù)融合帶來的不確定度，使得測量無法準確高效完成。


【發(fā)明內容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置與方法，該裝置與方法同現(xiàn)有技術相比，不僅可以提高測量精度，而且可以提高測量效率，同時還可以降低測量成本。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，包括:
[0006]照明模塊、探測模塊和鍍膜樣品:
[0007]所述的照明裝置按照照明光傳播方向依次為:激光器、傳導光纖、準直鏡、光闌、二相色鏡、物鏡和三維微位移載物臺；
[0008]所述的探測模塊按照信號光傳播方向依次為:物鏡、二向色鏡、濾光片、收集透鏡、針孔和光電探測器；
[0009]所述的照明模塊、探測模塊共用物鏡與二向色鏡；
[0010]所述的鍍膜樣品為表面鍍了熒光物質薄膜的待測樣品；
[0011]所述的照明模塊中激光器發(fā)出激光，經(jīng)過傳導光纖和準直鏡之后形成平行光，再經(jīng)過二向色鏡反射和物鏡透射后，在鍍膜樣品上形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光；
[0012]所述鍍膜樣品表面激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過物鏡、二向色鏡、濾光片、收集透鏡和針孔后，被光電探測器收集。
[0013]上述基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，所述的鍍膜樣品表面通過蒸鍍的方法鍍上一層有機熒光物質形成熒光膜，所述的熒光膜厚度在0.02 μ m-2 μ m之間，膜在水或酒精、丙酮等有機溶劑中的溶解度大于10g/100g。
[0014]上述基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，激光器發(fā)射波長范圍200nm-1200nm,照明光經(jīng)過物鏡后光功率小于1W。
[0015]上述基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，所述的針孔位于收集透鏡的后焦面上。
[0016]在上述基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置上實現(xiàn)的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量方法，包括以下步驟:
[0017]步驟a、通過蒸鍍的方法在待測樣品表面形成一層厚度在0.02 μ m_2 μ m之間的有機熒光膜，使待測樣品成為鍍膜樣品；
[0018]步驟b、激光器發(fā)出激發(fā)光，經(jīng)過傳導光纖和準直物鏡之后形成平行光，平行光束經(jīng)過二向色鏡反射和物鏡透射后在鍍膜樣品上形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光；
[0019]步驟C、熒光膜激發(fā)出的熒光經(jīng)過光電探測器收集后，通過軸向響應曲線頂點位置來確定鍍膜樣品表面位置；
[0020]步驟d、三維微位移載物臺帶動鍍膜樣品三維移動，形成三維掃描成像；
[0021]步驟e、將鍍膜樣品溶于水或酒精、丙酮等有機溶劑，清洗膜，恢復待測樣品鍍膜前的狀態(tài)。
[0022]有益效果:本發(fā)明能夠全貌測量光滑大區(qū)率鏡面物體和類鏡面物體表面形貌，同現(xiàn)有方法相比，由于無需結合機械掃描與多角度探測器技術，因此可以避免機械掃描與多角度探測器技術帶來的不確定度，提高測量精度；由于節(jié)省了數(shù)據(jù)融合的步驟，因此可以提高測量效率；由于省略了機械掃描裝置或多探測器，因此又降低了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置結構示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量方法流程圖。
[0025]圖中:1激光器、2傳導光纖、3準直鏡、4光闌、5 二相色鏡、6物鏡、7鍍膜樣品、8三維微位移載物臺、9濾光片、10收集透鏡、11針孔、12光電探測器。

【具體實施方式】
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，提供一種基于突光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，用于光滑大曲率樣品的表面形貌。
[0027]請參照圖1，圖1為本發(fā)明的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置的實施例示意圖。如圖1所示，基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，包括:照明模塊、探測模塊和鍍膜樣品。照明裝置按照照明光傳播方向依次為:激光器1、傳導光纖2、準直鏡3、光闌4、二相色鏡5、物鏡6和三維微位移載物臺8 ;探測模塊按照信號光傳播方向依次為:物鏡6、二向色鏡5、濾光片9、收集透鏡10、針孔11和光電探測器12。照明模塊、探測模塊共用物鏡6與二向色鏡5。鍍膜樣品7為表面鍍了熒光物質薄膜的待測樣品。
[0028]照明模塊中激光器I發(fā)出激光，經(jīng)過傳導光纖2和準直鏡3之后形成平行光，再經(jīng)過二向色鏡5反射和物鏡6透射后，在鍍膜樣品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光；鍍膜樣品7表面激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過物鏡6、二向色鏡5、濾光片9、收集透鏡10和針孔11后，被光電探測器12收集。
[0029]其中鍍膜樣品7表面通過蒸鍍的方法鍍上一層有機熒光物質形成熒光膜，所述的熒光膜厚度在0.02 μ m-2 μ m之間，膜在水或酒精、丙酮等有機溶劑中的溶解度大于10g/100g。激光器發(fā)射波長范圍200nm-1200nm，照明光經(jīng)過物鏡后光功率小于1W。針孔11位于收集透鏡10的后焦面上。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，提供一種基于熒光共焦技術的光滑大曲率樣品測量方法，用于光滑大曲率樣品的表面形貌。
[0031]該實施例的流程圖如圖2所示，包括以下步驟:
[0032]步驟a、通過蒸鍍的方法在待測樣品表面形成一層厚度在0.02 μ m_2 μ m之間的有機熒光膜，使待測樣品成為鍍膜樣品7 ；
[0033]步驟b、激光器I發(fā)出激發(fā)光，經(jīng)過傳導光纖2和準直物鏡3之后形成平行光，平行光束經(jīng)過二向色鏡5反射和物鏡6透射后在鍍膜樣品7上形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光；
[0034]步驟C、熒光膜激發(fā)出的熒光經(jīng)過光電探測器12收集后，通過軸向響應曲線頂點位置來確定鍍膜樣品表面位置；
[0035]步驟d、三維微位移載物臺8帶動鍍膜樣品7三維移動，形成三維掃描成像；
[0036]步驟e、將鍍膜樣品7溶于水或酒精、丙酮等有機溶劑，清洗膜，恢復待測樣品鍍膜前的狀態(tài)。
[0037]本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結構變化或方法改進，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，其特征在于，包括: 照明模塊、探測模塊和鍍膜樣品: 所述的照明裝置按照照明光傳播方向依次為:激光器(I)、傳導光纖(2)、準直鏡(3)、光闌(4)、二相色鏡(5)、物鏡(6)和三維微位移載物臺(8)； 所述的探測模塊按照信號光傳播方向依次為:物鏡￠)、二向色鏡(5)、濾光片(9)、收集透鏡(10)、針孔(11)和光電探測器(12)； 所述的照明模塊、探測模塊共用物鏡(6)與二向色鏡(5)； 所述的鍍膜樣品(7)為表面鍍了熒光物質薄膜的待測樣品； 所述的照明模塊中激光器(I)發(fā)出激光，經(jīng)過傳導光纖(2)和準直鏡(3)之后形成平行光，再經(jīng)過二向色鏡(5)反射和物鏡(6)透射后，在鍍膜樣品(7)上形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光； 所述鍍膜樣品(7)表面激發(fā)出的熒光依次經(jīng)過物鏡￠)、二向色鏡(5)、濾光片(9)、收集透鏡(10)和針孔(11)后，被光電探測器(12)收集。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，其特征在于，所述的鍍膜樣品(7)表面通過蒸鍍的方法鍍上一層有機熒光物質形成熒光膜，所述的熒光膜厚度在0.02 μ m-2 μ m之間，膜在水或酒精、丙酮等有機溶劑中的溶解度大于10g/100g。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，其特征在于，激光器發(fā)射波長范圍200nm-1200nm，照明光經(jīng)過物鏡后光功率小于1W。
4.根據(jù)權利要求書I所述的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置，其特征在于，所述的針孔(11)位于收集透鏡(10)的后焦面上。
5.在權利要求1所述的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量裝置上實現(xiàn)的基于熒光共焦顯微技術的光滑大曲率樣品測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a、通過蒸鍍的方法在待測樣品表面形成一層厚度在0.02 μ m-2 μ m之間的有機熒光膜，使待測樣品成為鍍膜樣品(7)； 步驟b、激光器(I)發(fā)出激發(fā)光，經(jīng)過傳導光纖(2)和準直物鏡(3)之后形成平行光，平行光束經(jīng)過二向色鏡(5)反射和物鏡(6)透射后在鍍膜樣品(7)上形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑激發(fā)樣品表面的熒光膜發(fā)出熒光； 步驟C、熒光膜激發(fā)出的熒光經(jīng)過光電探測器(12)收集后，通過軸向響應曲線頂點位置來確定鍍膜樣品表面位置； 步驟d、三維微位移載物臺(8)帶動鍍膜樣品(7)三維移動，形成三維掃描成像； 步驟e、將鍍膜樣品(7)溶于水或酒精、丙酮等有機溶劑，清洗膜，恢復待測樣品鍍膜前的狀態(tài)。
【文檔編號】G01B11/24GK104296687SQ201410617221
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉儉, 譚久彬, 劉辰光, 張賀 申請人:哈爾濱工業(yè)大學