精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置製造方法
2023-10-26 04:26:57 1
精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置。本發明包括光源、光束準直系統、光柵、移相壓電陶瓷、移相驅動器、電動旋轉臺、伺服電機驅動器、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物鏡、Z向掃描壓電陶瓷、Z向掃描驅動器、待測樣品、成像透鏡、探測器和計算機；光柵置於電動旋轉臺中心，移相壓電陶瓷通過移相驅動器與計算機相連接，電動旋轉臺通過伺服電機驅動器與計算機相連接，Z向掃描壓電陶瓷通過Z向掃描驅動器與計算機相連接；光源、光束準直系統、光柵、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物鏡以及待測樣品在條紋投影照明光路中順序排列。本發明解決了普通顯微鏡無法獲取疵病深度的問題，實現了對精密表面缺陷的暗場三維顯微成像。
【專利說明】精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬於精密元件表面疵病檢測【技術領域】，特別涉及一種精密表面缺陷散射三 維顯微成像裝置。
【背景技術】
[0002] 在精密元件表面質量的評價中，有三個主要的參數：面形、粗糙度和表面疵病。精 密元件的表面面形、粗糙度等相關的關鍵技術指標可以利用當今非常成熟的數位化幹涉儀 和輪廓儀來進行檢測並得以控制：通過光幹涉獲取光程差可以得到宏觀口徑內的面形三維 圖；而粗糙度的幹涉檢測只需獲取局部的統計信息，並獲取微觀三維形貌。表面疵病是指在 元件加工各個環節產生的形狀尺寸各異的劃痕、麻點等微觀量缺陷，其影響光學元件的美 觀和功能。在光學的工業生產中，例如眼鏡、手機屏幕、相機鏡頭等，由於表面疵病影響產品 的美觀、使用和質量，需要進行疵病檢測。在高功率雷射器中，表面疵病缺陷的長度、寬度和 深度等幾何結構的空間三維結構參數對光學元件抗強雷射的損傷閾值起著非常重要的作 用，是提高大功率雷射器高通量輸出的瓶頸。大量研究表明，表面疵病對經過元件的強雷射 光束造成不同程度的散射或衍射，引起透鏡的非線性調製或發熱，是導致光學元件抗損傷 能力下降的重要因素之一，隨著光學元件上高通量的雷射輻射次數的增多，光學元件的損 傷會急劇增加，最終將徹底破裂。並且由於疵病的散射作用，將使通過光學元件的雷射光束 耗去大量的能量，直接影響到整個系統的成敗。故而，必須對光學元件表面缺陷進行嚴格控 制。
[0003] 對表面疵病進行控制，首要任務就是對口徑內的各孤立缺陷（長度可能是幾mm? 幾十_、寬度和深度一般是幾μ m?幾十μ m)實現定量、定位檢測。而普通顯微鏡僅可以 獲取物體的二維圖像，即疵病的長度和寬度，對於深度信息則無法獲取，為此可以考慮將能 夠實現微觀輪廓三維成像的結構光照明顯微鏡技術引入到精密表面的缺陷檢測中。
[0004] 傳統的結構光照明顯微鏡利用光柵生成結構光照明被測樣品，通過顯微物鏡和成 像透鏡組成的顯微成像系統將對焦平面的光強信息成像到探測器像面上，再利用對結構光 相位的三步移相以及相應的數字圖像處理算法獲得被測樣品對焦平面上的斷層信息，獲取 不同對焦平面的斷層信息後最終可以得到被測樣品的三維輪廓。目前結構光照明顯微鏡主 要用於對微小生物體的螢光檢測以及粗糙表面的微觀輪廓檢測，而在精密光滑表面的檢測 中，探測器所接收到來自缺陷處的光線主要是散射光，而來自光滑表面的光線主要是反射 光。由於光滑表面的反射率較高導致背景亮度過高，而作為缺陷檢測信息重要來源的散射 光強度又沒有相應的增加，所以傳統結構光照明顯微鏡用於精密光滑表面缺陷檢測的信背 比和信噪比也會相應地降低很多。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種精密表面缺陷散射三維顯微成像 裝直。
[0006] 精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置包括光源、光束準直系統、光柵、移相壓電陶 瓷、移相驅動器、電動旋轉臺、伺服電機驅動器、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物鏡、Z向掃描 壓電陶瓷、Z向掃描驅動器、待測樣品、成像透鏡、探測器和計算機；其中，光柵置於內部安 裝有壓電陶瓷的電動旋轉臺中心，移相壓電陶瓷通過移相驅動器與計算機相連接，電動旋 轉臺通過伺服電機驅動器與計算機相連接，Z向掃描壓電陶瓷通過Z向掃描驅動器與計算 機相連接；光源、光束準直系統、光柵、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物鏡以及待測樣品在條 紋投影照明光路中順序排列；待測樣品、顯微物鏡、偏振分光鏡、成像透鏡和探測器在顯微 成像光路中順序排列。
[0007] 所述偏振分光鏡的消光比Tp: Ts > 1000:1 ;
[0008] 其中，Tp為p光透射穿過偏振分光鏡時的透過率，Ts為s光透射穿過偏振分光鏡 時的透過率。同時s光入射到偏振分光鏡中心界面時的反射率R s > 99. 5%。
[0009] 所述光源為窄帶光譜LED或雷射器，其出射的光束經過光束準直系統轉變為寬口 徑平行光垂直入射到光柵上。
[0010] 所述光柵為振幅型正弦光柵，其柵距d具體如下：
[0011]
【權利要求】
1. 精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於包括光源、光束準直系統、光柵、 移相壓電陶瓷、移相驅動器、電動旋轉臺、伺服電機驅動器、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物 鏡、Z向掃描壓電陶瓷、Z向掃描驅動器、待測樣品、成像透鏡、探測器和計算機；其中，光柵 置於內部安裝有壓電陶瓷的電動旋轉臺中心，移相壓電陶瓷通過移相驅動器與計算機相連 接，電動旋轉臺通過伺服電機驅動器與計算機相連接，Z向掃描壓電陶瓷通過Z向掃描驅動 器與計算機相連接；光源、光束準直系統、光柵、投影物鏡、偏振分光鏡、顯微物鏡以及待測 樣品在條紋投影照明光路中順序排列；待測樣品、顯微物鏡、偏振分光鏡、成像透鏡和探測 器在顯微成像光路中順序排列。
2. 如權利要求1所述的精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於所述偏振分 光鏡的消光比TP:T S> 1000:1 ; 其中，τρ為p光透射穿過偏振分光鏡時的透過率，Ts為S光透射穿過偏振分光鏡時的 透過率；同時s光入射到偏振分光鏡中心界面時的反射率Rs > 99. 5%。
3. 如權利要求1所述的精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於所述光源為 窄帶光譜LED或雷射器，其出射的光束經過光束準直系統轉變為寬口徑平行光垂直入射到 光柵上。
4. 如權利要求1所述的精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於所述光柵位 於投影物鏡的物方焦平面，待測樣品位於顯微物鏡的物方焦平面，探測器位於成像透鏡的 像方焦平面；光柵為振幅型正弦光柵，其柵距d具體如下：
其中NA為顯微物鏡的數值孔徑，λ為光源的出射光波長。
5. 如權利要求1所述的精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於所述的移相 壓電陶瓷通過移相驅動器調節其上所加載的電壓，從而改變光柵的相位採集三幅移相圖像 進行處理，實現單一光柵旋轉角度的精密表面缺陷散射快速三維顯微成像檢測。
6. 如權利要求1所述的精密表面缺陷散射三維顯微成像裝置，其特徵在於所述的移相 壓電陶瓷通過伺服電機驅動器多次改變電動旋轉臺的旋轉角度，同時移相驅動器控制移相 壓電陶瓷對光柵移相獲得對應角度的三幅移相圖像，利用傅立葉頻譜分析和處理實現多光 柵旋轉角度的精密表面缺陷散射超分辨三維顯微成像檢測。
【文檔編號】G01N21/88GK104062233SQ201410294723
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】楊甬英, 劉 東, 凌曈, 李璐, 嶽秀梅 申請人:浙江大學