CN116989698B - 一种组合式相位显微成像测量*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式相位显微成像测量***，包括激光光源以及沿所述激光光源的光传播方向依次设置的第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第三分束器和相机；以及与第二分束器间隔分布的第二反射镜和与第一分束器间隔分布的第三反射镜；第二分束器具有第一光出口和第二光出口，第二反射镜与第二光出口间隔分布，用于接收第二光出口的激光；第一分束器具有第三光出口和第四光出口，第三反射镜与第三光出口间隔分布，用于接收第三光出口的激光；第三分束器用于接收经由第一反射镜和第三反射镜反射的激光。本发明解决了现有技术中基于干涉法的定量相位成像显微镜无法同时获取待测物品的透射式和反射式相位信息，从而导致测试结果不准确技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及相位成像技术领域，具体涉及一种组合式相位显微成像测量***。
背景技术
相位的定量检测是微观三维形貌测量技术的一个重要课题，无论是在医学生物成像、IC后道、光学微透镜还是表面形貌检测等领域都有着十分重要的作用。相比于传统的光学显微镜，定量相位成像可以提供更高的分辨率和更丰富的信息，具有非接触、无损、高精度测量、实时成像等优势。
干涉测量法作为定量相位成像中最常用的方法之一，可以同时获得物光光束的振幅和相位信息。现有的基于干涉法的定量相位成像显微镜一般为单独的透射式或者反射式结构，并不具备在不改变结构的前提下同时满足反射样品和透射样品的测量条件，会出现由于无法同时获取待测物品的透射式和反射式相位信息而导致测试结果不准确的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种组合式相位显微成像测量***，解决现有技术中基于干涉法的定量相位成像显微镜无法同时获取待测物品的透射式和反射式相位信息而导致测试结果不准确的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种组合式相位显微成像测量***，包括激光光源以及沿所述激光光源的光传播方向依次设置的第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第三分束器和相机；以及与所述第二分束器具有一设定间距分布的第二反射镜和与所述第一分束器具有一设定间距分布的第三反射镜；所述激光光源、所述第一分束器、所述第二分束器、所述第一反射镜、所述第三分束器和所述相机两两之间设置有间距；
所述第二分束器具有第一光出口和第二光出口，所述第二反射镜与所述第二光出口间隔分布，用于接收所述第二光出口的激光，所述第一反射镜用于接收所述第一光出口的激光；
所述第一分束器具有第三光出口和第四光出口，所述第三反射镜与所述第三光出口间隔分布，用于接收所述第三光出口的激光，所述第二分束器用于接收所述第四光出口的激光，所述第三分束器用于接收经由所述第一反射镜和所述第三反射镜反射的激光。
在一些实施例中，还包括激光准直滤波组件，所述激光准直滤波组件沿光传播方向位于所述激光光源和所述第一分束器之间且与所述激光光源和所述第一分束器间隔分布，所述激光准直滤波组件包括沿光传播方向依次间隔分布的第一透镜、针孔和第二透镜。
在一些实施例中，所述激光准直滤波组件可沿光路方向移动。
在一些实施例中，还包括第三透镜，所述第三透镜沿所述激光光源的光传播方向位于所述第一分束器和所述第二分束器之间，且与所述第一分束器和所述第二分束器间隔分布。
在一些实施例中，还包括沿所述激光光源的光传播方向分布的第四透镜，所述第四透镜位于所述第一反射镜和所述第三分束器之间，且与所述第一反射镜和所述第三分束器间隔分布。
在一些实施例中，还包括第五透镜，所述第五透镜位于所述第二分束器和所述第二反射镜之间，且与所述第二分束器和所述第二反射镜间隔分布。
在一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为消色差双胶合透镜。
在一些实施例中，还包括沿所述激光光源的光传播方向间隔分布的第一物镜和第二物镜，所述第一物镜和所述第二物镜均位于所述第二分束器和所述第一反射镜之间且均与所述第二分束器和所述第一反射镜间隔分布。
在一些实施例中，还包括待检测物底座，所述待检测物底座位于所述第一物镜和所述第二物镜之间，且与所述第一物镜和所述第二物镜间隔分布。
在一些实施例中，所述第一分束器具有第一转动轴，所述第二分束器具有第二转动轴，所述第三分束器具有第三转动轴，所述第一分束器可绕所述第一转动轴转动，所述第二分束器可绕所述第二转动轴转动，所述第三分束器可绕所述第三分束器转动。
与现有技术相比，本发明提供的组合式相位显微成像测量***，包括沿光传播方向依次间隔分布的激光光源、第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第三分束器和相机；以及与所述第二分束器间隔分布的第二反射镜和与所述第一分束器间隔分布的第三反射镜；所述第二分束器具有第一光出口和第二光出口，所述第二反射镜与所述第二光出口间隔分布，用于接收所述第二光出口的激光，所述第一反射镜用于接收所述第一光出口的激光；所述第一分束器具有第三光出口和第四光出口，所述第三反射镜与所述第三光出口间隔分布，用于接收所述第三光出口的激光，所述第二分束器用于接收所述第四光出口的激光，所述第三分束器用于接收经由所述第一反射镜和所述第三反射镜反射的激光。本发明通过结合迈克尔逊干涉结构和马赫曾德尔干涉结构构成了一种透射反射式相位显微成像测量***，能够在不改变结构的前提下同时测量被测样品的厚度和表面轮廓信息，对被测样品的适用范围更广，可以用于不同类型的样品和应用领域。
附图说明
图1是本发明提供的组合式相位显微成像测量***的结构示意图；
图2是本发明提供的组合式相位显微成像测量***中，光路采集的透射样品的干涉图；
图3是本发明提供的组合式相位显微成像测量***中，光路采集的干涉图恢复出的真实三维形貌图；
图4是本发明提供的组合式相位显微成像测量***中，光路采集的反射样品的干涉图；
图5是本发明提供的组合式相位显微成像测量***中，光路采集的干涉图恢复出的真实三维形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种组合式相位显微成像测量***，如图1所示，包括沿光传播方向依次间隔分布的激光光源1、第一分束器2、第二分束器3、第一反射镜4、第三分束器5和相机6；以及与所述第二分束器3间隔分布的第二反射镜7和与所述第一分束器2间隔分布的第三反射镜8；
所述第二分束器3具有第一光出口和第二光出口，所述第二反射镜7与所述第二光出口间隔分布，用于接收所述第二光出口的激光，所述第一反射镜4用于接收所述第一光出口的激光；
所述第一分束器2具有第三光出口和第四光出口，所述第三反射镜8与所述第三光出口间隔分布，用于接收所述第三光出口的激光，所述第二分束器3用于接收所述第四光出口的激光，所述第三分束器5用于接收经由所述第一反射镜4和所述第三反射镜8反射的激光。
在本实施例中，通过结合迈克尔逊干涉结构和马赫曾德尔干涉结构构成了一种透射反射式相位显微成像测量***，能够在不改变结构的前提下同时测量被测样品的厚度和表面轮廓信息，对被测样品的适用范围更广，可以用于不同类型的样品和应用领域。
需要说明的是，测量***的各个组成构件之间的间距可调节，为了使测量***更加紧凑，测量***的各个组成构件之间的间距在预设的间距范围内越小越好。
进一步的，第三反射镜8与第二光出口的激光方向呈一定角度分布，第一反射镜4与第一光出口的激光方向呈一定角度分布，第一反射镜4接收第一光出口的激光并对激光进行光路改变，第三反射镜8接收第三光出口的激光并对激光进行光路改变，并通过第一反射镜4和第三反射镜8的光路改变使第一出口和第三出口的激光在某处形成汇集后进入第三分束器5。可以理解的是，第一反射镜4和第三反射镜8的相对位置可随意调整，只要能够保证第一反射镜4和第三反射镜8将第一出口和第三出口的激光汇集至某一处即可。
进一步的，调节第二反射镜7的位置控制参考光束的光程，进而改变物光和参考光的光程差以调整干涉条纹。
需要说明的是，本发明实施例提供的组合式相位显微成像测量***构成了透射式相位显微成像测量光路和反射式相位显微成像测量光路。
具体的，透射式相位纤维成像测量光路为：激光光源1发出高斯光束1A透过第一分束器2后在第二分束器3处分为两束完全一样的激光光束，其中，经过透射的光束为第一物光光束，形成第一物光光路；经过所述第二分束器3反射的激光光束在第二反射镜7的反射作用下折转180度，之后经第二分束器3反射从而得到参考光束，形成参考光光路；基于上述的参考光束和第一物光光束在第三分束器5处合束产生干涉，从而获取透射被测样品的干涉图像。在一个具体的实施例中，请参阅图2，图2为透射被测样品的干涉图像，最后，采用傅里叶法提取透射被测样品的相位信息，即可得到被测物体的真实三维形貌结构，如图3所示。
其中，第一物光光束的光路为：第一物光光束照射到被测样品表面，并穿透被测样品形成透射光后被第一反射镜4将该透射光折转90度，然后准直穿透第三分束器5，被相机6接收。
其中，参考光束的光路为：经过第二分束器3反射后依次经过第一分束器2反射、第三反射镜8反射以及第三分束器5反射后，与第一物光光束产生干涉，干涉图像被相机6接收。
进一步的，所述反射式相位显微成像测量光路为：所述激光光束1A透过第一分束器2、第二分束器3后照射到被测样品表面，并从被测样品表面反射得到第二物光光束，形成第二物光光路；基于上述的参考光束与第二物光光束在第二分束器3处合束产生干涉，从而获得反射被测样品的干涉图像。在一个具体的实施例中，请参阅图4，为获得的反射被测样品的干涉图像，最后，采用傅里叶法提取被测样品的相位信息，即可得到被测物体的真实三维形貌结构，如图5所示。
其中，第二物光光束的光路为：经被测样品反射的物光光束透过第二分束器3后与参考光束产生干涉，干涉光束依次经过第一分束器2、第三反射镜8和第三分束器5反射后被相机6接收。
在一些实施例中，还包括激光准直滤波组件9，所述激光准直滤波组件9沿光传播方向位于所述激光光源1和所述第一分束器2之间且与所述激光光源1和所述第一分束器2间隔分布，所述激光准直滤波组件9包括沿光传播方向依次间隔分布的第一透镜9a、针孔9b和第二透镜9c。
在本实施例中，高斯光束通过第一透镜9a、针孔9b、第二透镜9c组成的激光准直滤波组件9滤除周围杂散光，得到分布均匀的激光光束1A，并经分布均匀的激光光束1A透入至第一分束器2。
进一步的，第一透镜9a置于Z轴平移安装座上，能够沿着光路方向移动。可以通过控制Z轴平移安装座带动第一透镜9a移动使第一透镜9a的焦点正好处于针孔9b中心。
在一些实施例中，所述激光准直滤波组件9可沿光路方向移动。
在本实施例中，针孔9b置于XY移动安装座上，能够沿着垂直于光路的方向移动，第一透镜9a置于Z轴平移安装座上，能够沿着光路方向移动。
在一些实施例中，还包括第三透镜10，所述第三透镜10沿光传播方向位于所述第一分束器2和所述第二分束器3之间，且与所述第一分束器2和所述第二分束器3间隔分布。
在本实施例中，第三透镜10具有准直作用，首先透过第一分束器2的激光光束透过第三透镜10后射入第二分束器3。进一步的，参考光束经过第三透镜10准直后依次经过第一分束器2反射、第三反射镜8反射和第三分束器5反射后，与第一物光光束产生干涉，干涉图像被相机6接收。
在一些实施例中，还包括沿光传播方向分布的第四透镜11，所述第四透镜11位于所述第一反射镜4和所述第三分束器5之间，且与所述第一反射镜4和所述第三分束器5间隔分布。
在本实施例中，通过设置第四透镜11，第一物光光束穿透被测样品形成透射光后，第一反射镜4将该透射光折转90度，然后经第四透镜11准直后穿透第三分束器5，被所述相机6接收。
在一些实施例中，还包括第五透镜12，所述第五透镜12位于所述第二分束器3和所述第二反射镜7之间，且与所述第二分束器3和所述第二反射镜7间隔分布。
在本实施例中，通过设置第五透镜12，经过所述第二分束器3反射的激光光束透过第五透镜12并在第二反射镜7的反射作用下折转180度，之后经第五透镜12汇聚、第二分束器3反射从而得到参考光束，形成参考光光路。
在一些实施例中，所述第一透镜9a、所述第二透镜9c、所述第三透镜10、所述第四透镜11和所述第五透镜12均为消色差双胶合透镜。
在本实施例中，采用消色差双胶合透镜能够使第一透镜9a、第二透镜9c、第三透镜10、第四透镜11和第五透镜12具备更好的准直效果。
在一些实施例中，还包括沿光传播方向间隔分布的第一物镜13和第二物镜14，所述第一物镜13和所述第二物镜14均位于所述第二分束器3和所述第一反射镜4之间且均与所述第二分束器3和所述第一反射镜4间隔分布。
在本实施例中，通过设置第一物镜13和第二物镜14能够将待检测物体放大，提高纤维成像测量***的分辨力。第三透镜10能将激光光束汇聚到第一物镜13和第五透镜12的后焦点上，因此第一物镜13和第五透镜12出射的光为平行光。在实际使用过程中，可以通过调节第三透镜10的位置使得第一物镜13和第五透镜12出射的光为平行光束。
在一些实施例中，所述第一分束器2具有第一转动轴，所述第二分束器3具有第二转动轴，所述第三分束器5具有第三转动轴，所述第一分束器2可绕所述第一转动轴转动，所述第二分束器3可绕所述第二转动轴转动，所述第三分束器5可绕所述第三分束器转动。
在本实施例中，所述第一分束器2、所述第二分束器3和所述第三分束器5均可绕其对应的中轴线旋转。通过这是可转动的第一分束器2、第二分束器3和第三分束器5，从而快速准确调整光路准直。
在一些实施例中，还包括待检测物底座15，所述待检测物底座15位于所述第一物镜和所述第二物镜之间，且与所述第一物镜和所述第二物镜间隔分布。
通过设置待检测物底座15能够更好的固定待检测物品。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种组合式相位显微成像测量***，其特征在于，包括激光光源以及沿所述激光光源的光传播方向依次设置的第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第三分束器和相机；以及与所述第二分束器具有一设定间距分布的第二反射镜和与所述第一分束器具有一设定间距分布的第三反射镜；所述激光光源、所述第一分束器、所述第二分束器、所述第一反射镜、所述第三分束器和所述相机两两之间设置有间距；
所述第二分束器具有第一光出口和第二光出口，所述第二反射镜与所述第二光出口间隔分布，用于接收所述第二光出口的激光，所述第一反射镜用于接收所述第一光出口的激光；
所述第一分束器具有第三光出口和第四光出口，所述第三反射镜与所述第三光出口间隔分布，用于接收所述第三光出口的激光，所述第二分束器用于接收所述第四光出口的激光；
所述第三分束器用于接收经由所述第一反射镜和所述第三反射镜反射的激光；
还包括激光准直滤波组件，所述激光准直滤波组件沿光传播方向位于所述激光光源和所述第一分束器之间且与所述激光光源和所述第一分束器间隔分布，所述激光准直滤波组件包括沿光传播方向依次间隔分布的第一透镜、针孔和第二透镜；
所述第一分束器具有第一转动轴，所述第二分束器具有第二转动轴，所述第三分束器具有第三转动轴，所述第一分束器可绕所述第一转动轴转动，所述第二分束器可绕所述第二转动轴转动，所述第三分束器可绕所述第三分束器转动。
2.根据权利要求1所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，所述激光准直滤波组件可沿光路方向移动。
3.根据权利要求1所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，还包括第三透镜，所述第三透镜沿所述激光光源的光传播方向位于所述第一分束器和所述第二分束器之间，且与所述第一分束器和所述第二分束器间隔分布。
4.根据权利要求3所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，还包括沿所述激光光源的光传播方向分布的第四透镜，所述第四透镜位于所述第一反射镜和所述第三分束器之间，且与所述第一反射镜和所述第三分束器间隔分布。
5.根据权利要求4所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，还包括第五透镜，所述第五透镜位于所述第二分束器和所述第二反射镜之间，且与所述第二分束器和所述第二反射镜间隔分布。
6.根据权利要求5所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为消色差双胶合透镜。
7.根据权利要求1所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，还包括沿所述激光光源的光传播方向间隔分布的第一物镜和第二物镜，所述第一物镜和所述第二物镜均位于所述第二分束器和所述第一反射镜之间且均与所述第二分束器和所述第一反射镜间隔分布。
8.根据权利要求7所述的组合式相位显微成像测量***，其特征在于，还包括待检测物底座，所述待检测物底座位于所述第一物镜和所述第二物镜之间，且与所述第一物镜和所述第二物镜间隔分布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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