[发明专利]一种并行共焦检测系统及方法

说明书

技术领域

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

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。

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，大大影响了测量速度。西安交通大学的李明周等把厚度不同的镜片安装到一个可移动的转盘上，通过他们来改变光程差，从而实现轴向的扫描。但是，由于引入机械转动，所以大大影响了测量精度。而并行横向扫描技术主要有Nipkow盘和微透镜阵列，能够解决单点式共焦显微镜的问题，但是Nipkow盘和微透镜阵列在制作好之后光学参数就确定，不能实现柔性测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种并行共焦检测系统，可提高系统的稳定性及扫描速度。

此外，本发明还提供一种并行共焦检测方法，可提高系统的稳定性及扫描速度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种并行共焦检测系统，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。

一种上述的并行共焦检测系统的并行共焦检测方法，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。

本发明的有益效果在于：本发明提出的并行共焦检测系统及方法，应用的变焦液体透镜是通过对该透镜的两个电极施加电压后，内部液晶的折射率就会形成中心对称的指数分布，造成光线的偏折，达到聚光效果从而实现焦距变化的透镜。与传统的自动对焦镜头相比，液体透镜具有体积小、反应速度快、耗电量小、精确度高等优点。