基于光束掃描的共焦顯微三維測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、共焦顯微技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及材料學(xué)等微觀(guān)樣品的三維微結(jié)構(gòu)測(cè)量領(lǐng)域。共軛針孔的引入使共焦顯微技術(shù)具有了軸向?qū)游瞿芰?，但也使得一次共焦探測(cè)僅能獲得一個(gè)探測(cè)點(diǎn)的信息，因此在對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行共焦三維測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行三維逐點(diǎn)掃描，而三維掃描速率直接影響著共焦顯微三維測(cè)量效率。
　　為了實(shí)現(xiàn)共焦顯微三維快速測(cè)量，課題“基于光束掃描的共焦顯微三維測(cè)量技術(shù)研究”，深入分析了基于振鏡掃描的平面光束掃描技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于振鏡平面掃描與測(cè)量物鏡軸向掃

2、描相結(jié)合的三維光束掃描方案，并以三維光束掃描分析為基礎(chǔ)完成了基于光束掃描的共焦顯微三維測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本課題完成的主要工作如下：
　?。?）完成了針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的有限高度臺(tái)階樣品的共焦測(cè)量邊緣判據(jù)分析工作。以薄透鏡三維點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為基礎(chǔ)，分析了反射式共焦測(cè)量有限高度臺(tái)階樣品成像原理，建立了有限高度臺(tái)階樣品邊緣位置判定理論模型。
　?。?）設(shè)計(jì)了基于雙掃描振鏡和壓電陶瓷載物鏡微位移臺(tái)的

3、共焦三維測(cè)量光束掃描系統(tǒng)。在橫向，兩面偏轉(zhuǎn)軸互相垂直的掃描振鏡在輸入控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，振鏡Y快速掃描、振鏡X步進(jìn)偏轉(zhuǎn)，兩者協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)面的平面橫向掃描；在軸向，通過(guò)壓電陶瓷載物鏡微位移臺(tái)驅(qū)動(dòng)測(cè)量物鏡軸向步進(jìn)實(shí)現(xiàn)照明光斑的軸向掃描。掃描振鏡和壓電陶瓷載物鏡微位移臺(tái)協(xié)調(diào)配合即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)樣品的三維共焦掃描測(cè)量。
　?。?）研究了基于振鏡掃描的被測(cè)面坐標(biāo)重構(gòu)原理并且分析了振鏡掃描誤差。利用幾何光學(xué)原理建立了振鏡偏轉(zhuǎn)角度與被測(cè)面橫向坐標(biāo)的

4、對(duì)應(yīng)關(guān)系，重構(gòu)了樣品三維測(cè)量坐標(biāo)；利用振鏡位置反饋信號(hào)分析了振鏡掃描的重復(fù)性、線(xiàn)性度以及穩(wěn)定性。
　　（4）編寫(xiě)了基于LabVIEW的系統(tǒng)控制軟件。利用多功能數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了三維光束掃描的協(xié)調(diào)控制與測(cè)量數(shù)據(jù)同步采集及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；設(shè)計(jì)了測(cè)量結(jié)果共焦三維形貌重構(gòu)程序。
　　（5）搭建了基于光束掃描的共焦顯微三維測(cè)量系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)分辨率板與標(biāo)準(zhǔn)光柵進(jìn)行了三維共焦層析測(cè)量，驗(yàn)證了基于光束掃描的被測(cè)面橫向坐標(biāo)重構(gòu)