CN105806255A - 一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法 - Google Patents

一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法 Download PDF

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刘俭
由小玉
谭久彬
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Abstract

一种用于共焦显微系统的α‑β扫描方法，它涉及共焦显微扫描方法。本发明为了解决现有技术的共焦扫描方法存在不能充分利用光学系统的有效视场，测量效率低以及可靠性提高困难的问题。本发明使用上位机软件构造α信号和β信号，分别通过数据采集卡的两个通道送入检流式振镜系统，将其作为检流式振镜系统的控制信号；检流式振镜系统按α信号和β信号进行扫描运动，扫描光斑以同心圆轨迹完成二维扫描；通过计算获得扫描光斑轨迹信息；控制检流式振镜系统和轴向微动台，实现对被测样品的三维扫描测量；对采集的数据进行处理，结合扫描光斑轨迹重构被测样品三维形貌。本发明可以充分利用光学系统的有效视场，最大限度扩大共焦显微系统的扫描视场。

Description

一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法
技术领域
本发明涉及共焦显微扫描方法，具体涉及一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，属于光学共焦显微技术领域。
背景技术
目前大部分共焦显微系统都是采用检流式振镜系统完成二维平面扫描，广泛采用的扫描方法是光栅式扫描，检流式振镜系统的控制信号分别是锯齿信号和阶梯信号，光栅式扫描方法的优点是易于实现，采集数据重构容易，缺点是检流式振镜系统扫描速度提高困难，振镜在扫描运动中会出现运动方向突然改变的现象，从而对振镜系统本身造成一定的冲击，减少振镜的使用寿命，振镜系统的可靠性提高困难。同时由于光学系统的视场是圆形的，而光栅扫描视场是方形的，在不产生无效测量的条件下，光栅式扫描视场小于光学系统的视场，无法充分利用光学系统有效视场。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的共焦扫描方法存在不能充分利用光学系统的有效视场，测量效率低以及可靠性提高困难的问题。
本发明的技术方案是：一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，包括以下步骤：
步骤一、使用上位机软件构造两个正弦信号：α信号和β信号，分别通过数据采集卡的两个通道送入检流式振镜系统，将其作为检流式振镜系统的控制信号；
步骤二、所述检流式振镜系统按α信号和β信号进行扫描运动，扫描光斑以同心圆轨迹完成二维扫描；
步骤三、控制检流式振镜系统和轴向微动台，实现对被测样品的三维扫描测量；
步骤四、对采集的数据进行处理，重构被测样品三维形貌。
所述α信号和β信号包括多个单一周期的正弦信号单元。
所述α信号和β信号单元的幅值依次递增或依次递减。
所述的α信号和β信号中对应周期的正弦信号单元的幅值大小一致。
所述α信号和β信号的相位差恒为π/2。
所述数据采集卡两个通道同步输出正弦信号单元。
所述同心圆轨迹的同心圆之间的半径差大于等于共焦显微系统横向分辨力。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明同现有光栅式扫描方法相比，由于α-β扫描视场是圆形的，与光学系统有效视场形状一致，因此可以充分利用光学系统的有效视场，最大限度扩大共焦显微系统的扫描视场；由于α-β扫描方法采用的是正弦信号控制检流式振镜系统进行扫描运动，可以通过提高正弦信号的频率提高振镜系统的扫描速度，因此可以提高测量效率；同时由于采用正弦信号控制振镜系统运动时，不会对振镜系统本身产生冲击，可以提高检流式振镜系统的可靠性，延长检流式振镜系统的使用寿命。
附图说明
图1是光栅式扫描方法的检流式振镜系统控制信号波形图；
图2是α-β扫描方法的检流式振镜系统控制信号波形图；
图3是采用α-β扫描方法实现扫描光斑轨迹图；
图4是α-β扫描方法流程图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式，本发明的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，如图4所示，包括以下步骤：
(a)使用上位机软件构造两个正弦信号：α信号和β信号，如图2所示，将其作为检流式振镜系统的控制信号；
(b)通过上位机软件与数据采集卡通信，将步骤(a)中构造的α信号和β信号分别通过数据采集卡两个通道输出，用以控制检流式振镜系统扫描运动；
(c)检流式振镜系统按α信号和β信号进行扫描运动，实现扫描光斑以同心圆轨迹完成二维扫描，扫描光斑轨迹如图3所示，同时数据采集卡采集探测端信息；
(d)通过上位机软件控制检流式振镜系统和轴向微动台，检流式振镜系统每完成一次二维平面扫描，轴向微动台步进一次，实现对被测样品的三维扫描测量；
(e)对采集的数据进行处理，重构被测样品三维形貌。
所述的α信号和β信号是多个幅值不同的单一周期的正弦信号构成的。
所述的α信号和β信号中的多个单一周期的正弦信号单元幅值大小是递增或递减变化，正弦信号幅值大小受共焦显微系统光学视场限制。
所述的α信号和β信号中对应周期的正弦信号单元的幅值大小一致，所述的两个正弦信号相位差恒为π/2。
数据采集卡两个通道之间同步输出两个正弦信号。
扫描光斑以同心圆轨迹完成二维扫描，同心圆之间的半径差大于等于共焦显微系统横向分辨力，若小于光学系统横向分辨力，系统无法分辨出来，反而增加测量时间。
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。

Claims (7)

1.一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、使用上位机软件构造两个正弦信号：α信号和β信号，分别通过数据采集卡的两个通道送入检流式振镜系统，将其作为检流式振镜系统的控制信号；
步骤二、所述检流式振镜系统按α信号和β信号进行扫描运动，扫描光斑以同心圆轨迹完成二维扫描，同时数据采集卡采集探测端信息；
步骤三、控制检流式振镜系统和轴向微动台，实现对被测样品的三维扫描测量；
步骤四、对采集的数据进行处理，重构被测样品三维形貌。
2.根据权利要求1所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述α信号和β信号包括多个单一周期的正弦信号单元。
3.根据权利要求2所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述α信号和β信号的正弦信号单元的幅值依次递增或依次递减。
4.根据权利要求1所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述的α信号和β信号中对应周期的正弦信号单元的幅值大小一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述α信号和β信号相位差恒为π/2。
6.根据权利要求1所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述数据采集卡的两个通道同步输出正弦信号单元。
7.根据权利要求1所述的一种用于共焦显微系统的α-β扫描方法，其特征在于：所述同心圆轨迹的同心圆之间的半径差大于等于共焦显微系统横向分辨力。
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