专利名称：一种椭偏光三维扫描装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维扫描装置，尤其涉及一种椭偏光三维扫描装置，该扫描装置用于对微观三维形貌和形貌纹理进行扫描。
背景技术：
现有的三维形貌扫描采用水平纵向扫描，仅仅对观察样本进行纵向扫描，不能全方位大尺度的对三维表面进行扫描，且常受到显微镜分辨率、视场和二维平面的限制，引起分辨率低、色彩失真现象的发生。比如激光共焦显微镜采用三种激光分别进行扫描得到物体表面颜色，所以容易失真。普通显微镜又受到五个方面的限制1)分辨率限制；幻焦平面限制；；3)视场限制；4)三维观察的限制力)受到表面纹理限制。由于这些限制，制约了普通显微镜在大尺度下对微观三维形貌进行测量分析的应用。因此，我们迫切需要一种三维扫描装置，既能大尺度全方位的进行扫描，又能保证扫描图像的质量。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既能大尺度全方位的进行扫描，又能保证扫描图像的质量的椭偏光三维扫描装置。本实用新型所采用的技术方案是一种椭偏光三维扫描装置，包括有显微镜，在显微镜的载物台的上方依次设有柱面透镜、起偏镜和光源，起偏镜通过皮带轮与第一电机连接，第一电机在计算机的控制下调整起偏镜的角度；在显微镜CCD摄像头下依次设有检偏镜和补偿器，检偏镜通过皮带轮与第二电机连接；第二电机在计算机的控制下调整检偏镜的角度；CCD摄像头将采集的数据传给计算机。按上述方案，所述的显微镜的载物台的上表面为斜面。按上述方案，所述的显微镜为宽视场显微镜。按上述方案，所述的第一电机为步进电机，所述的第二电机为伺服电机。本实用新型采用椭圆偏振法与显微镜法相结合，用偏振光倾斜照射样品，进而接收与反射光成一定角度得到轴向高分辨率。椭偏光学成像系统保留了传统椭偏法对厚度测量具有高灵敏度的特点，并且具有测量面积大、取样速度快、横向分辨率高和结果直观等优点，其平面精度已经能够达到ι μ m,轴向分辨率已提高到0. 01 μ m,另外还提高了固体物体表面散射处理水平。斜焦平面对三维形貌扫描，即焦平面与样本水平扫描方向成一定角度， 使采集图像在纵向和横向都有一个分量，在测量横向扫描过程的同时可以检测纵向图像的变化，满足全方位大尺度三维表面扫描，得到大尺度焦平面视频图像和显微多层图像。通过对不同场景下的多幅三维图像进行拼接重构，得到更大尺度的三维视景，进而提高横向观察范围。所以通过重构拼接处理，可以克服显微镜的分辨率、视场和二维平面的限制，提高图像的分辨率和色彩的真实度，将显微镜焦深的尺度范围从0. 5 μ m 100 μ m扩展到毫米级，通过斜扫描可以将分辨率提高到0. 1 μ m。以斜焦平面扫描为主线，建立光电机一体化载物平台，实现载物平台的控制、采集、跟踪、信号处理测量，通过图像处理达到3D成像、共定位分析、去卷积、拼图、动态数据模式、动态追踪焦平面，乃至椭偏光测量数据，完成从低精度到高精度的数据链建立，再通过数据处理，将多幅不同扫描带的图像进行三维拼接重构，得到更大范围的三维图像形貌， 最后，完成大尺度微观三维形貌测量。本实用新型的有益效果在于1、结构简单，便于实现。2、既能大尺度全方位的进行扫描，又能保证扫描图像的质量。
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。图2是本实用新型光切面扫描测量方法工作原理示意图。图3是本实用新型椭偏光控制系统框架图。其中1、CCD摄像头；2、步进电动机；3、起偏镜；4、光源；5、载物台；6、Z轴伺服电机；7、检偏镜；8、伺服电机；9、显微镜镜体；10、补偿器；11、X轴伺服电机；12、Y轴伺服电机；13、皮带轮；14、柱面透镜；15、偏振光光切面；16、测量物体。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。参见图1、图2和图3，一种椭偏光三维扫描装置，包括有宽视场显微镜，宽视场显微镜的X轴伺服电机11和Y轴伺服电机12通过齿轮皮带13控制载物台5水平方向的移动，宽视场显微镜的Z轴伺服电机6通过齿轮皮带控制载物台5的竖直方向的移动；宽视场显微镜的载物台5的上表面为斜面，在宽视场显微镜的载物台5的上方依次设有柱面透镜14、起偏镜3和光源4，所述的柱面透镜14、起偏镜3和光源4固定在视宽场显微镜的显微镜镜体9上，起偏镜3通过皮带轮13与步进电机2连接，步进电机2在计算机的控制下调整起偏镜3的角度；在显微镜的CXD摄像头1下依次设有检偏镜7和补偿器10，检偏镜 7通过皮带轮13与伺服电机8连接；伺服电机8在计算机的控制下调整检偏镜7的角度； CCD摄像头1将采集的数据传给计算机。计算机控制步进电机和伺服电机，进而控制起偏镜和检偏镜的角度，以使起偏镜的偏振光光切面15经过测量物体16的表面反射之后，能经过物镜到达补偿器和检偏镜，最后到达摄像头CCD，计算机通过起偏镜的旋转角度、检偏镜的旋转角度和摄像头得到的图像数据计算被测量物体的高度。在进行扫描时，需在测量物体16的表面浸泡一层油膜。本实用新型采用斜焦平面对三维形貌横向扫描，使得采集的图像在纵向和横向都有一个分量，在测量横向扫描的过程中，同时可以检测纵向图像的变化，在通过伺服电机纵向调节焦平面以适应三维表面在视景范围内，满足全方位大尺度对三维表面扫描，得到大尺度的焦平面视频图像，得到显微多层图像，通过图像处理与分析技术以及显微图像的超分辨率检测技术，多幅不同场景下的三维图像拼接重构，得到更大尺度的三维视景；再通过对横向扫描的三维图像带进行带与带大尺度拼接，再次提高横向观察范围。所以通过两次图像拼接和重构处理技术，可以克服显微镜的分辨率、视场和二维平面的限制，提高图像的分辨率、色彩的真实度，将显微镜焦深的尺度范围从0. 5 ym IOOym扩展到毫米级以上。采用宽视场显微镜更容易得到磨粒表面的真实图像色彩。通过技术移植，也可以应用于大型旋转体的连续和非连续表面轮廓、大倾角表面轮廓的非接触式超精密测量。 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种椭偏光三维扫描装置，包括有显微镜，其特征在于在显微镜的载物台的上方依次设有柱面透镜、起偏镜和光源，起偏镜通过皮带轮与第一电机连接；在显微镜CCD摄像头下依次设有检偏镜和补偿器，检偏镜通过皮带轮与第二电机连接。
2.如权利要求1所述的椭偏光三维扫描装置，其特征在于所述的显微镜的载物台的上表面为斜面。
3.如权利要求1或2所述的椭偏光三维扫描装置，其特征在于所述的显微镜为宽视场显微镜。
4.如权利要求1所述的椭偏光三维扫描装置，其特征在于所述的第一电机为步进电机，所述的第二电机为伺服电机。
专利摘要本实用新型涉及一种椭偏光三维扫描装置，包括有显微镜，在显微镜的载物台的上方依次设有柱面透镜、起偏镜和光源，起偏镜通过皮带轮与第一电机连接，第一电机在计算机的控制下调整起偏镜的角度；在显微镜CCD摄像头下依次设有检偏镜和补偿器，检偏镜通过皮带轮与第二电机连接；第二电机在计算机的控制下调整检偏镜的角度；CCD摄像头将采集的数据传给计算机。本实用新型的有益效果在于1、结构简单，便于实现。2、既能大尺度全方位的进行扫描，又能保证扫描图像的质量。
文档编号G01B11/24GK202329574SQ201120450699
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者付姗姗, 倪琳轩, 刘湘, 吕植勇, 彭小玓, 易俊威, 杨应平, 汪国兴, 马定国 申请人:武汉理工大学