CN107063638B - 一种基于模组化高精度显微镜***的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模组化高精度显微镜***的测试装置，包括测试平台以及位于测试平台上的相机模组、筒镜模组、物镜模组、目标板、光源模组以及机械平移模组，机械平移模组与测试平台相互契合连接，目标板通过物镜模组和筒镜模组成像到相机模组上，目标板固定在机械平移模组的连接件上，目标板通过机械平移模组相对测试平台沿纵向上下运动；还包括数据处理单元，数据处理单元包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的采集模块和驱动模块；其中，采集模块连接相机模组，驱动模块连接机械平移模组。本发明测试装置能够通过测量显微镜***的MTF/CTF，畸变和焦深而对显微镜***以及其相对应的光学，电子和机械子***进行综合性能测试评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于模组化高精度显微镜***的测试装置，用于高精度显微镜***的测量标定，属于光学测量技术领域。
背景技术
显微物镜传统的检测方法是观察星点像的情况来判断物镜的成像质量。这种方式有诸多弊端：由于是人眼观察，所以真能针对可见光普段评价物镜性能；需要观测者的主观判断，需要经验丰富的检测人员才能准确的判断；只能定性的判断，无法定量；无法了解物镜焦深情况；无法判断畸变的情况。随着科技的发展，对物镜的制造和检测标准更加严格，物镜使用的普段也不再仅限于可见光，需要定量的测量出物镜的综合成像能力，并且需要测量出精确焦深和畸变来满足***要求，传统的检测方式已经无法满足这些要求。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于模组化高精度显微镜***的测试装置，该测试装置通过标定高精度显微镜模组并配合精密移动导轨，从而可以精确的测量出显微镜及其各个模组的全景深全视场的具体性能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于模组化高精度显微镜***的测试装置，包括测试平台以及位于测试平台上的相机模组、筒镜模组、物镜模组、目标板、光源模组以及机械平移模组，所述机械平移模组与测试平台相互契合连接，机械平移模组相对测试平台沿纵向上下运动，目标板通过物镜模组和筒镜模组成像到相机模组上，目标板固定在机械平移模组的连接件上，目标板通过机械平移模组相对测试平台沿纵向上下运动；还包括数据处理单元，数据处理单元包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的采集模块和驱动模块；其中，采集模块连接相机模组，相机模组将采集到的图片通过采集模块传输给中央处理单元，驱动模块连接机械平移模组。
其中，所述目标板通过光刻的方式在目标板上刻画亚微米线宽的目标，包括横向，纵向和45度多个方向的条纹和对比度方格。
其中，所述目标板包括MTF/CTF测试目标板、畸变测试目标板和空白测试目标板。
其中，所述机械平移模组包括Z轴移动导轨，Z轴移动导轨的移动精度小于物镜的1倍焦深的四分之一。
其中，所述光源模组包括目标板的背光照明、目标板的侧向照明和通过物镜模组对目标板的同轴照明。
本发明测试装置的测试原理采用成像原理，目标板通过被测物镜和标准筒镜成像到相机上，相机采集到的像作为数据处理单元的输入；目标板通过高精度Z轴导轨沿纵向进行精密移动，每移动待测景深的十分之一就进行一次图像采集；然后通过数据处理单元处理，还原出可以评估物镜性能的MTF/CTF以及Though Focus MTF/CTF曲线；将测试目标板替换成畸变测试目标板，畸变是通过采集分划板上网格线图像，进行分析计算，还原出物镜的畸变曲线，从而既可以定性又可以定量显示出待测物镜的综合成像能力。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明测试装置能够通过测量显微镜***的综合光学成像性能(MTF/CTF)，畸变和焦深而对显微镜***以及其相对应的光学，电子和机械子***进行性能测试评估，包括显微物镜，筒镜，工业相机，照明和机械移动平台等子***，也可以用来评估标定标准测试目标板；该测试设备能够对任意波段的光学性能进行分析，能够提供精确的测量来评断高精度显微镜及子***的光学性能，弥补传统的显微镜检测方式无法对高精度高倍显微***进行高精度标定的问题。
附图说明
图1为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置的***原理图；
图2为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置的结构示意图；
图3为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置所有景深轴上和轴外全视场的MTF/CTF测试目标板的局部放大图；
图4为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置畸变测试目标板的局部放大图；
图5为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置中数据处理单元的数据处理芯片处理流程图，包括MTF/CTF，畸变和场曲的计算；
图6为本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置光源和相机检测的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1～2所示，本发明基于模组化高精度显微镜***的测试装置，包括测试平台5以及位于测试平台5上的相机模组1、筒镜模组2、物镜模组3、目标板8、光源模组4以及机械平移模组6；相机模组1、筒镜模组2和物镜模组3依次相互配合连接，光源模组4中对目标板8的同轴照明光源位于镜筒模组2上，机械平移模组6与测试平台5相互契合连接，机械平移模组6相对测试平台5沿纵向上下运动，目标板8通过物镜模组3和筒镜模组2成像到相机模组1上，目标板8固定在机械平移模组6的连接件7上，目标板8通过机械平移模组6带动一起相对测试平台5沿纵向的上下运动；还包括数据处理单元，数据处理单元包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的采集模块和驱动模块；其中，采集模块连接相机模组1，相机模组1将采集到的图片通过采集模块传输给中央处理单元，驱动模块连接机械平移模组6，中央处理单元通过驱动模块驱动机械平移模组6沿纵向进行精密移动，机械平移模组6带动目标板8每次移动的距离和移动的次数都由中央处理单元对其发出指令。测试装置作为一个整体显微镜***，相机模组、筒镜模组、物镜模组、目标板、光源模组以及机械平移模组分别作为显微镜***下面的子***。
由于显微镜***分辨率极高，达到亚微米级别，通过光刻的方式在目标板8上刻画亚微米线宽的目标，如图3所示，包括横向，纵向和45度多个方向的条纹和对比度方格等；筒镜模组2和显微物镜模组3需要在一定的视场角内达到衍射极限，畸变及场曲尽量小并且精确定标，在***标定或测量时有效的用软件消除标准模组引入的光学品质影响；光源照明模组4提供平面空间和角度空间的均匀照明并大于显微物镜视场，均匀性和时间上的稳定性均被高精度标定用于后期***性消除影响；相机1的分辨率可以根据被测物镜3倍率以及分辨能力来选择，相机1的暗噪音，线性动态空间，空间均匀度，时间稳定度等被基于积分球的方法高精度定标，用于后期***补偿修正；高精度移动Z轴导轨6的移动精度小于最高倍数的显微物镜的1倍焦深的四分之一，理想值小于1倍焦深的十分之一，线性度和重复性被高精度定标用于后期***补偿修正；数据处理单元是用来分析采集的目标像来计算显微镜***的综合光学成像性能，包括所有景深的轴上和轴外全视场的MTF/CTF，畸变和场曲；调用相对应的***补偿数据计算待测物的性能参数，绘制出详细的全景深全视场的MTF/CTF，畸变曲线，生成测试结论和报告，并通过数据处理单元显示出来。
如图5所示，MTF/CTF计算，通过待测物镜采集MTF/CTF目标板原始图像，依次经过边界性能处理以及进行LSP对比度计算后，最终计算得到MTF/CTF值。
畸变的计算，通过待测物镜采集畸变目标板原始图像，点定位计算出图像中每一个点的坐标，计算图像点与理论位置的差值，从而得到畸变曲线。
焦深与场曲的计算，首先在软件中设置目标板需要移动的次数和每次移动的距离，然后调整物镜在最佳焦面位置；调用前面的MTF/CTF计算流程对图像进行MTF/CTF计算，对每个位置的图像均进行一次MTF/CTF计算，所有位置计算完成后计算Through FocusMTF/CTF曲线，最后计算场曲。
本发明测试装置根据不同的待测子***进行模组化调整：
当测试显微镜整体***时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准相机模组和标准光源模组，配合待测显微镜，通过被测显微镜所成的像分析显微镜的光学性能；
当测试显微物镜时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准筒镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测显微物镜，通过被测显微镜所成的像分析显微物镜的光学性能；
当测试筒镜模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准物镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测筒镜，通过被测显微镜所成的像分析显微待测筒镜的光学性能；
当测试光源模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准相机模组，配合待测光源，通过被测显微镜所成的像分析待测光源的光学性能；
当测试相机模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准光源模组，配合待测相机，通过被测显微镜所成的像分析待测相机的光学性能；
当标定标准目标板时，测试平台架构标准显微镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测目标板，通过被测显微镜所成的像标定待测目标板；
当测试机械平移模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测机械平台，通过被测显微镜所成的像标定待测机械平台性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (1)
1.一种基于模组化高精度显微镜***的测试方法，其特征在于：包括测试平台以及位于测试平台上的相机模组、筒镜模组、物镜模组、目标板、光源模组以及机械平移模组；相机模组、筒镜模组和物镜模组依次相互配合连接，光源模组中对目标板的同轴照明光源位于镜筒模组上，机械平移模组与测试平台相互契合连接，机械平移模组相对测试平台沿纵向上下运动，目标板通过物镜模组和筒镜模组成像到相机模组上，目标板固定在机械平移模组的连接件上，目标板通过机械平移模组带动一起相对测试平台沿纵向的上下运动；还包括数据处理单元，数据处理单元包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的采集模块和驱动模块；其中，采集模块连接相机模组，相机模组将采集到的图片通过采集模块传输给中央处理单元，驱动模块连接机械平移模组，中央处理单元通过驱动模块驱动机械平移模组沿纵向进行精密移动，机械平移模组带动目标板每次移动的距离和移动的次数都由中央处理单元对其发出指令；目标板通过光刻的方式在目标板上刻画亚微米线宽的目标，包括横向，纵向和45度多个方向的条纹和对比度方格；目标板包括MTF/CTF测试目标板、畸变测试目标板和空白测试目标板；所述机械平移模组包括Z轴移动导轨，Z轴移动导轨的移动精度小于显微物镜1倍焦深的四分之一；
MTF/CTF，畸变和场曲的计算方法，具体为：MTF/CTF计算，通过待测物镜采集MTF/CTF目标板原始图像，依次经过边界性能处理以及进行LSP对比度计算后，最终计算得到MTF/CTF值；畸变的计算，通过待测物镜采集畸变目标板原始图像，点定位计算出图像中每一个点的坐标，计算图像点与理论位置的差值，从而得到畸变曲线；焦深与场曲的计算，首先在软件中设置目标板需要移动的次数和每次移动的距离，然后调整物镜在最佳焦面位置；调用前面的MTF/CTF计算流程对图像进行MTF/CTF计算，对每个位置的图像均进行一次MTF/CTF计算，所有位置计算完成后计算Through Focus MTF/CTF曲线，最后计算得到场曲；
在针对不同子***测试时的测试方法：具体为：当测试显微镜整体***时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准相机模组和标准光源模组，配合待测显微镜，通过被测显微镜所成的像分析显微镜的光学性能；当测试显微物镜时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准筒镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测显微物镜，通过被测显微镜所成的像分析显微物镜的光学性能；当测试筒镜模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准物镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测筒镜，通过被测显微镜所成的像分析显微待测筒镜的光学性能；当测试光源模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准相机模组，配合待测光源，通过被测显微镜所成的像分析待测光源的光学性能；当测试相机模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准光源模组，配合待测相机，通过被测显微镜所成的像分析待测相机的光学性能；当标定标准目标板时，测试平台架构标准显微镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测目标板，通过被测显微镜所成的像标定待测目标板；当测试机械平移模组时，测试平台架构高分辨率标准目标版，标准显微镜模组，标准相机模组和标准光源模组，配合待测机械平台，通过被测显微镜所成的像标定待测机械平台性能。
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