基于光束掃描的共焦顯微三維測量技術研究.pdf

1、共焦顯微技術已被廣泛應用于生物醫(yī)學及材料學等微觀樣品的三維微結(jié)構(gòu)測量領域。共軛針孔的引入使共焦顯微技術具有了軸向?qū)游瞿芰?，但也使得一次共焦探測僅能獲得一個探測點的信息，因此在對被測樣品進行共焦三維測量時需要進行三維逐點掃描，而三維掃描速率直接影響著共焦顯微三維測量效率。
　　為了實現(xiàn)共焦顯微三維快速測量，課題“基于光束掃描的共焦顯微三維測量技術研究”，深入分析了基于振鏡掃描的平面光束掃描技術，設計了基于振鏡平面掃描與測量物鏡軸向掃

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完成了基于光束掃描的共焦顯微三維測量系統(tǒng)的設計與實驗平臺的搭建，并進行了實驗驗證。
　　本課題完成的主要工作如下：
　　（1）完成了針對工業(yè)應用的有限高度臺階樣品的共焦測量邊緣判據(jù)分析工作。以薄透鏡三維點擴散函數(shù)為基礎，分析了反射式共焦測量有限高度臺階樣品成像原理，建立了有限高度臺階樣品邊緣位置判定理論模型。
　?。?）設計了基于雙掃描振鏡和壓電陶瓷載物鏡微位移臺的

3、共焦三維測量光束掃描系統(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驅(qū)動下，振鏡Y快速掃描、振鏡X步進偏轉(zhuǎn)，兩者協(xié)同實現(xiàn)對被測面的平面橫向掃描；在軸向，通過壓電陶瓷載物鏡微位移臺驅(qū)動測量物鏡軸向步進實現(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協(xié)調(diào)配合即可實現(xiàn)對被測樣品的三維共焦掃描測量。
　　（3）研究了基于振鏡掃描的被測面坐標重構(gòu)原理并且分析了振鏡掃描誤差。利用幾何光學原理建立了振鏡偏轉(zhuǎn)角度與被測面橫向坐標的

4、對應關系，重構(gòu)了樣品三維測量坐標；利用振鏡位置反饋信號分析了振鏡掃描的重復性、線性度以及穩(wěn)定性。
　?。?）編寫了基于LabVIEW的系統(tǒng)控制軟件。利用多功能數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)了三維光束掃描的協(xié)調(diào)控制與測量數(shù)據(jù)同步采集及實時存儲；設計了測量結(jié)果共焦三維形貌重構(gòu)程序。
　?。?）搭建了基于光束掃描的共焦顯微三維測量系統(tǒng)，并進行了相關測量實驗。首先對標準分辨率板與標準光柵進行了三維共焦層析測量，驗證了基于光束掃描的被測面橫向坐標重構(gòu)