一种测量自由曲面面型的装置和方法
【专利摘要】一种测量自由曲面面型的装置和方法属于光学显微成像领域；该装置包括：待测样品、镀在样品表面的电致发光薄膜、正负微电极、物镜、滤光片、管镜、CCD、电致发光膜照明部分、光学成像测量部分，该方法通过在样品表面镀电致发光荧光介质膜，通电后样品表面被点亮，结合光学探测光路即可实现自由曲面面型的测量，通过电致发光分别点亮样品表面的奇偶条纹来代替传统的光学照明，避免了由于照明孔径带来的大曲率部分不可测的问题，可以测量法线与轴向夹角大的样品表面形貌。
【专利说明】一种测量自由曲面面型的装置和方法
【技术领域】
[0001]一种测量自由曲面面型的装置和方法属于光学显微成像领域。
【背景技术】
[0002]在表面形貌测量、显微成像领域，对光学自由曲面的测量一直是极具挑战的难题。通常的光学测量仪器，如共焦显微镜等，都是通过透镜等结构将光投射到样品上的方式对样品表面进行照明。但传统的光学照明模式，都无法对样品表面法线与光轴呈45度倾角以上的区域进行充分照明和有效收集样品表面信号光。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明公开了一种测量自由曲面面型的装置和方法，解决了自由曲面样品表面形貌高精度测量问题。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]一种测量自由曲面面型的装置和方法，包括:
[0006]一种测量自由曲面面型的装置，包括:
[0007]电致发光膜照明部分和光学成像测量部分；
[0008]所述的电致发光膜照明部分由待测样品、镀在样品表面的电致发光薄膜和微电极组成；
[0009]所述的光学成像测量部分沿收集光信号传播方向依次为物镜、滤光片、管镜和CCD。
[0010]上述测量自由曲面面型的装置，所述的电致发光薄膜由厚度均匀的阴极层、发光层和透明阳极层组成，总厚度不超过4 μ m,发光层厚度不超过I μ m,所述的发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜由平行的电致发光条组成，相邻两个电致发光条之间有无镀膜的、宽度小于5nm的微小空白区域，每个电致发光条两端均有微电极，阴极层与微电极负极相连，透明阳极层与微电极正极相连。
[0011]在上述测量自由曲面面型的装置上实现的测量自由曲面面型的方法，包括以下步骤:
[0012]第一步，在待测样品表面生成电致发光薄膜，所述的电致发光薄膜由厚度均匀的阴极层、发光层和透明阳极层组成，总厚度不超过4 μ m,发光层厚度不超过I μ m,所述的发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜由平行的电致发光条组成，相邻两个电致发光条之间有无镀膜的、宽度小于5nm的微小空白区域，每个电致发光条两端均有微电极，阴极层与微电极负极相连，透明阳极层与微电极正极相连；
[0013]第二步，调节物镜与待测样品之间的距离，使待测样品表面某层结构的像面与CXD感光元件像面重合，设置物镜总运动行程a，物镜步进距离b，令变量i等于O ;
[0014]第三步，令物镜沿轴向运动一个距离b ;
[0015]第四步，从左到右方向，给位于奇数位置的电致发光条的微电极通电，使对应的电致发光条发光，完成待测样品表面一部分电致发光膜的发光工作，拍摄此层样品的图像，获取该层结构的奇数区域二维数据Dxym ；
[0016]第五步，从左到右方向，给位于偶数位置的电致发光条的微电极通电，使对应的电致发光条发光，完成待测样品表面另一部分电致发光膜的发光工作，拍摄此层样品的图像，获取该层结构的奇数区域二维数据Dxyn ；
[0017]第六步，将Dxym和Dxyn按照奇数区域和偶数区域组合成二维数据Dxyi，令变量i加I ;
[0018]第七步，判断i Xb是否大于或等于a，如果是则进入第八步，否则重复第三步到第丄止
/、少；
[0019]第八步，将所有轴向位置测量所得的二维数据Dxyi组成三维矩阵，对于每个像素点xy沿z抽取一维数组，找到该数组中最大值点，并记录该最大值所对应的轴向位置；
[0020]第九步,所有xy像素所记录的轴向位置及xy像素对应的位置组合，从而重构出样品表面面型。
[0021]上述测量自由曲面面型的方法，还包括第十步，清洗掉待测样品表面电致发光薄膜和微电极。
[0022]有益效果:
[0023]由于本发明同现有的显微测量技术相比，首先在样品表面镀电致发光膜荧光照明膜，使其受激辐射发光，然后在此基础上，公开了一种测量自由曲面面型的方法，这项技术改进，通过电致发光，使得本发明克服了普通测量方法照明模式下无法对自由曲面的斜率大于45度的表面进行均匀、充分地照明和收集到信号光的问题，从而测量包含法线与轴向夹角大于45°区域的样品表面形貌。另外，通过奇数条与偶数条分别照明，分离相邻区域成像信号的干扰，比整个样品同时照明的方式提高了测量分辨力。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明一种测量自由曲面面型的装置的结构示意图。
[0025]图2是电致发光薄膜示意图。
[0026]图中:1待测样品、2镀在样品表面的电致发光薄膜、3正负微电极、4物镜、5滤光片、6管镜、7(XD、8电致发光膜照明部分、9光学成像测量部分。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0028]具体实施例一
[0029]本实施例为装置实施例。
[0030]本实施例的一种测量自由曲面面型的装置，结构示意图如图1所示。该装置包括:
[0031]电致发光膜照明部分8和光学成像测量部分9 ；
[0032]所述的电致发光膜照明部分由待测样品1、镀在样品I表面的电致发光薄膜2和正负微电极组成3 ；
[0033]光学成像部分沿收集光信号传播方向依次为物镜4、滤光片5、管镜6和CCD7。
[0034]上述一种测量自由曲面面型的装置，所述的电致发光薄膜如图2所示，其厚度不超过4 μ m，由阴极层、发光层和透明阳极层组成，各层厚度均匀；所述的发光层膜厚不超过I μ m,其发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜分区域制作，呈条形排布于样品I表面，不同条之间有微小空白区无镀膜，空白区宽度小于5nm，每个区域两端均有正负微电极，阴极层与负微电极相连，透明阳极层与正微电极相连。其中，厚度不超过4 μ m,发光层膜厚不超过I μ m，可以提高测量准确性，膜厚大于4μπι时会引入干扰信号；各层厚度均匀可以避免通电时击穿薄膜；不同条之间有微小空白区无镀膜，空白区宽度小于5nm，空白区能避免薄膜通电时相邻两区域同时点亮，从而降低系统分辨力；空白区宽度大于5nm时，测量盲区较大，无法保证测量分辨力。
[0035]具体实施例二
[0036]本实施例为在具体实施例一所述装置上实现的方法实施例。
[0037]本实施例的一种测量自由曲面面型的方法，包括以下步骤:
[0038]第一步，在样品I表面生成总厚度不超过4μπι的阴极层、发光层、透明阳极层及微电极，各层厚度均匀；所述发光层膜厚不超过I μ m，其发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜分区域制作，呈条形排布于样品I表面，不同条之间有微小空白区无镀膜，空白区宽度小于5nm，每个区域两端均有正负微电极，阴极层与负微电极相连，透明阳极层与正微电极相连；
[0039]第二步，调节所述光学成像测量部分的物镜4与样品I间的距离，使样品I表面某层结构的像面与CXD感光元件像面重合，设置物镜4总运动行程a，物镜4步进距离b，令变量i等于O ;
[0040]第三步，令物镜4沿轴向运动一个距离b ；
[0041]第四步，设置样品I表面从左到右第奇数块区域编号为奇数，偶数块区域编号为偶数；给所有奇数号区域的正微电极和负微电极间通上直流电，使所述电致发光薄膜发光，完成电致发光照明样品I表面一部分发光膜的工作，拍摄此层样品I的图像，获取该层结构的奇数区域二维数据Dxym ;上述奇偶分区照明方式，可以提高测量装置的分辨力；
[0042]第五步，给所有偶数号区域的正微电极和负微电极间通上直流电，使所述电致发光薄膜发光，完成电致发光照明样品I表面另一部分发光膜的工作，拍摄此层样品I的图像，获取该层结构偶数的二维数据Dxyn ；
[0043]第六步，将Dxytl Dxyl按照奇数区域和偶数区域组合成二维数据Dxyi，令变量i加I ;
[0044]第七步，判断i Xb是否大于或等于a，如果是则进入第八步，否则重复第三步到第丄止
/、少；
[0045]第八步，将所有轴向位置测量所得的二维数据Dxyi组成三维矩阵，对于每个像素点xy沿z抽取一维数组，找到该数组中最大值点，并记录该最大值所对应的轴向位置；
[0046]第九步,所有xy像素所记录的轴向位置及xy像素对应的位置组合，从而重构出样品I表面面型。
[0047]具体实施例三
[0048]本实施例为方法实施例。
[0049]本实施例是在具体实施例二的基础上，增加第i^一步，清洗掉样品I表面各层膜及样品I表面附近的微电极。该步骤，可以实现对样品表面形貌的复原。
[0050]本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种测量自由曲面面型的装置，其特征在于，包括: 电致发光膜照明部分(8)和光学成像测量部分(9)； 所述的电致发光膜照明部分(8)由待测样品(I)、镀在样品(I)表面的电致发光薄膜(2)和微电极(3)组成； 所述的光学成像测量部分(9)沿收集光信号传播方向依次为物镜(4)、滤光片(5)、管镜(6)和 CCD (7)。
2.根据权利要求1所述的测量自由曲面面型的装置，其特征在于，所述的电致发光薄膜由厚度均匀的阴极层、发光层和透明阳极层组成，总厚度不超过4μπι，发光层厚度不超过I μ m，所述的发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜由平行的电致发光条组成，相邻两个电致发光条之间有无镀膜的、宽度小于5nm的微小空白区域，每个电致发光条两端均有微电极(3)，阴极层与微电极(3)负极相连，透明阳极层与微电极(3)正极相连。
3.在权利要求1所述的测量自由曲面面型的装置上实现的测量自由曲面面型的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，在待测样品(I)表面生成电致发光薄膜(2)，所述的电致发光薄膜由厚度均匀的阴极层、发光层和透明阳极层组成，总厚度不超过4 μ m，发光层厚度不超过I μ m，所述的发光层为有机物层，由电子传输层、单色有机发光层和空穴注入层组成，所述电致发光膜由平行的电致发光条组成，相邻两个电致发光条之间有无镀膜的、宽度小于5nm的微小空白区域，每个电致发光条两端均有微电极(3)，阴极层与微电极(3)负极相连，透明阳极层与微电极⑶正极相连； 第二步，调节物镜(4)与待测样品(I)之间的距离，使待测样品(I)表面某层结构的像面与CCD感光元件像面重合，设置物镜(4)总运动行程a，物镜(4)步进距离b，令变量i等于O ; 第三步，令物镜(4)沿轴向运动一个距离b ; 第四步，从左到右方向，给位于奇数位置的电致发光条的微电极(3)通电，使对应的电致发光条发光，完成待测样品(I)表面一部分电致发光膜的发光工作，拍摄此层样品(I)的图像，获取该层结构的奇数区域二维数据Dxym ； 第五步，从左到右方向，给位于偶数位置的电致发光条的微电极(3)通电，使对应的电致发光条发光，完成待测样品(I)表面另一部分电致发光膜的发光工作，拍摄此层样品(I)的图像，获取该层结构的奇数区域二维数据Dxyn ； 第六步，将Dxym和Dxyn按照奇数区域和偶数区域组合成二维数据Dxyi，令变量i加I ; 第七步，判断i Xb是否大于或等于a，如果是则进入第八步，否则重复第三步到第六I K少； 第八步，将所有轴向位置测量所得的二维数据Dxyi组成三维矩阵，对于每个像素点xy沿z抽取一维数组，找到该数组中最大值点，并记录该最大值所对应的轴向位置； 第九步，所有xy像素所记录的轴向位置及xy像素对应的位置组合，从而重构出样品(I)表面面型。
4.根据权利要求3所述的一种测量自由曲面面型的方法，其特征在于，还包括第十步，清洗掉待测样品(I)表面电致发光薄膜(2)和微电极(3)。
【文档编号】G01B11/24GK104296683SQ201410616939
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】刘俭, 谭久彬, 王红婷 申请人:哈尔滨工业大学