[发明专利]基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将一组并行多狭缝调制的结构照明图案按顺序加载至数字微镜阵列中；所述结构照明图案上为明暗相间的条纹，一组结构照明图案的排列顺序为：相邻的结构照明图案中，后一个结构照明图案上的亮条纹相比于前一个结构照明图案上的亮条纹向指定方向移动一个亮条纹宽度的距离；

S2、将光中继到数字微镜阵列上，利用数字微镜阵列将中继过来的光调制成照明图案样式的结构光；

S3、通过数字微镜阵列依次将一组结构照明图案经过物镜投射到样品表面，通过相机采集每次经过样品表面反射回来的结构光图像，进而得到当前位置的光学层析图像；

S4、调整物镜高度，重复步骤S3，得到多个不同轴向位置处的光学层析图像，从而得到三维层析图像堆，进而完成对样品的微观表面形貌测量。

2.如权利要求1所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，所述结构照明图案采用倾斜角度为45度的斜条纹。

3.如权利要求1所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，所述结构照明图案中，亮条纹的宽度与相机像素大小相同；暗条纹与亮条纹宽度的比值不小于5。

4.如权利要求1所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，相机采集到的结构光图像强度值的最大值为理论最大值的85％～95％。

5.如权利要求1所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，步骤S3中，根据相机采集到的一组结构光图像，通过光学层析图像解调方法，得到光学层析图像；光学层析图像解调方法为：

其中，I_p(u)为系统在离焦位置u处的光学层析图像，为相机采集的第n幅结构光图像，v_2x,v_2y表示相机面上的光学坐标，N为多狭缝照明掩膜的横向移位数量，Δv为狭缝沿x轴的位移量，为相机采集的第n+k幅结构光图像，k为不等于0的整数，Z表示整数。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量方法，其特征在于，步骤S4中，根据三维层析图像堆，对其中每一个像素点的轴向数据进行峰值定位，具体采用高斯曲线拟合方法确定峰值所在的位置，进而求得峰值所在位置处的坐标值，即为该像素点处的相对高度信息，从而实现对样品的微观表面形貌测量。

7.一种用于实现如权利要求1-6任一项所述测量方法的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量装置，其特征在于，包括光路系统、数字微镜阵列和CMOS相机，其中：所述光路系统包括中继光路组件和采集光路组件，所述中继光路组件用于将光中继到所述数字微镜阵列上，所述数字微镜阵列用于根据并行多狭缝调制的结构照明图案，将中继过来的光调制成照明图案样式的结构光；所述采集光路组件用于将结构光投射到样品表面，并反射到所述CMOS相机处；根据CMOS相机采集的结构光图像实现对样品的微观表面形貌测量。

8.如权利要求7所述的基于并行多狭缝结构照明的微观表面形貌测量装置，其特征在于，所述中继光路组件包括LED灯(1)、辅助透镜(2)、视场光阑(3)、第一集光镜(4)、孔径光阑(5)、第二集光镜(6)、平面镜(7)和全内反棱镜；所述LED灯(1)发出的光通过辅助透镜(2)成像于视场光阑(3)，位于视场光阑(3)的像通过第一集光镜(4)、孔径光阑(5)及第二集光镜(6)后到达平面镜(7)，被平面镜(7)反射并进入到全内反棱镜，全内反棱镜将光反射至数字微镜阵列，光被数字微镜阵列调制成照明图案对应的结构光；

所述采集光路组件包括第一套筒透镜(10)、分光棱镜(13)、物镜(15)和第二套筒透镜(12)；所述结构光通过第一套筒透镜(10)和分光棱镜(13)成像于物镜后焦面，通过物镜(15)转换为平行光束均匀照亮样品物面(16)，经过物面(16)反射的光通过分光棱镜(13)和第二套筒透镜(12)后成像于CMOS相机的像面。