[发明专利]基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置与方法

权利要求书

1.基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置，其特征在于：包括角谱扫描照明光路和准共焦测量光路；

所述的角谱扫描照明光路包括：线阵LED阵列（1）、成像透镜（2）、分光棱镜（3）、光阑（4）和显微物镜（5）；从线阵LED阵列（1）发出的光束依次经过成像透镜（2）、分光棱镜（3）、显微物镜（5）后，平行照射到随三自由度载物台（6）移动的圆对称被测微结构样品表面；所述的三自由度载物台（6）沿笛卡尔坐标系的三个坐标轴移动，其中，z轴为光轴方向；

所述的准共焦测量光路包括：三自由度载物台（6）、显微物镜（5）、光阑（4）、分光棱镜（3）、管镜（7）、线阵针孔阵列（8）和线阵图像传感器（9）；随三自由度载物台（6）移动的圆对称被测微结构样品表面反射的光束依次经过显微物镜（5）、光阑（4）、分光棱镜（3）、管镜（7），成像到线阵针孔阵列（8）位置，并由线阵图像传感器（9）成像；

所述的角谱扫描照明光路和准共焦测量光路共用分光棱镜（3）、光阑（4）和显微物镜（5）；

所述的线阵LED阵列（1）位于成像透镜（2）的物平面，成像透镜（2）的像平面与显微物镜（5）的后焦平面重合于光阑（4）所在平面；管镜（7）的前焦平面位于线阵针孔阵列（8）所在平面；线阵针孔阵列（8）与线阵图像传感器（9）像元紧贴，线阵针孔阵列（8）上的针孔与线阵图像传感器（9）的像元数量相同、位置前后对应。

2.根据权利要求1所述的基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置，其特征在于：所述的线阵LED阵列（1）相邻两个LED之间的距离相同或不相同。

3.基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤a、将圆对称被测微结构样品的厚度分为N层；

步骤b、调整三自由度载物台（6），使圆对称被测微结构样品中心位于光轴上；

所述的步骤a、步骤b的顺序可调换；

步骤c、根据线阵LED阵列（1）中的LED数量M，圆对称被测微结构样品的厚度分层N，形成M×N张角谱照明图像；

步骤d、定义相同角谱照明下的不同层之间的角谱照明图像为层析图像，对比相同像素在M个角谱照明下的层析图像之间的轴向包络曲线，挑选出最接近sinc函数四次方的包络曲线，根据共焦三维测量原理，判断所有像素的轴向坐标；

步骤e、根据所有像素及其轴向坐标，采用圆规作图方法拟合出圆对称被测微结构样品的三维形貌。

4.根据权利要求3所述的基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量方法，其特征在于：所述的步骤c具体为：

步骤c1：通过三自由度载物台（6）调整圆对称被测微结构样品，使N层中的每一层依次置于显微物镜（5）的前焦平面；

步骤c2：通过依次点亮线阵LED阵列（1）中的M个LED，形成对圆对称被测微结构样品的M个角谱照明；

所述步骤c1、步骤c2形成二重循环，从外到内的循环顺序依次为以下顺序中的一个：

步骤c1、步骤c2；

步骤c2、步骤c1；

最终形成M×N张角谱照明图像。