[实用新型]基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置

说明书

本实用新型具体涉及一种基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置，该装置包括：复色光源、纵向色散增强性光学成像模块、滤光轮、图像传感器、图像显示与分析模块，所述滤光轮安装有多片窄带滤光片，可将进入纵向色散增强型光学成像模块的复色光源进行分色，形成不同光谱波段的单色光源；所述图像传感器用于分时采集多个不同中心波长光谱波段下的样品灰度图像。该装置能实现在无机械运动情况下，快速获取样本微观3D形貌，能实现高横向分辨率、高纵向测量精度、毫米量级大纵向测量范围的微观3D形貌测量。

技术领域

本实用新型属于光学显微成像领域，涉及一种基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置和方法。

背景技术

现有微观三维形貌测量技术存在诸多不足，如扫描类显微测量观测范围小，环境抗干扰能力低；干涉测量方法需要大量轴向扫描限制了该方法的测量效率；传统共焦显微测量单点机械扫描，难以实现实时快速的三维测量；并行共焦测量技术虽然实现了同一共焦剖面上样点的同时探测，但仍需纵向扫描或者辅助设备的机械扫描，扫描过程的多次启停以及机械扫描的振动，一定程度上限制了其测量效率和测量精度。例如，现有申请号CN201510922156.X，解决了传统并行共焦测量技术逐层纵向扫描的问题，但仍需分别在焦面焦前、焦后采集样本灰度图片，还存在机械启停运动。因此，目前亟需一种光学测量方法来解决以上问题以实现高精度，高效率的微观三维形貌测量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置，以及一种微观3D形貌测量方法。该装置及在该装置上实施的基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量方法能实现在无机械运动情况下，通过分时获取多光谱图像，结合预先标定的分时多光谱灰度差I_D(x,y)与纵向高度Z_n关系曲线，快速获取高横向分辨率、高纵向测量精度、毫米量级大纵向测量范围的微观3D形貌。

本实用新型的目的是这样实现的：

所述基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置，包括复色光照明模块、纵向色散增强型光学成像模块。

所述复色光照明模块按照光路传播方向依次设置有：复色光源、聚光镜、滤光轮、均匀准直光透镜组、半反半透分光镜、带纵向色散的物镜。

所述纵向色散增强型光学成像模块按照光路传播方向依次设置有：纵向高度可调节样品台、带纵向色散的物镜、半反半透分光镜、带纵向色散的管镜、图像传感器、图像显示与分析模块。

所述复色光照明模块与纵向色散增强型光学成像模块共用半反半透分光镜、带纵向色散的物镜。

所述纵向色散增强型光学成像模块，包括至少一个带纵向色散的物镜，或者包括至少一个带纵向色散的管镜，或是其他的有益组合。

所述纵向色散增强型光学成像模块对于不同波段光信号具有不同的焦距或者像距，即在同一物距下，不同波段物体清晰成像轴向位置不同，可以根据多光谱图像传感器清晰成像波段反推物体表面高度。

所述纵向色散增强型光学成像模块需消除横向色散。

所述滤光轮装有N(N≥2)片窄带滤光片，波段中心波长分别为λ₁，λ₂，…，λ_n，可将进入纵向色散增强型光学成像模块的复色光源进行分色，形成不同光谱波段的单色光源。

所述图像传感器用于分时采集N(N≥2)个不同中心波长光谱波段下的样品灰度图像I_n(x,y)，0≤x≤X，0≤y≤Y，1≤n≤N，其中X为光谱灰度图像总行数，Y为光谱灰度图像总列数。

在上述基于分时多光谱图像的微观3D形貌测量装置上实现的基于分时多光谱图像微观3D形貌测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将待测样本放置于纵向高度可调节样品台上；