CN115200508A - 一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。本发明提供的方法，能够实现高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。

Description

一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置和方法

技术领域

本发明涉及光学显微成像领域，特别是指一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置和方法。

背景技术

现有微观三维形貌检测技术存在诸多不足，如激光扫描共聚焦类显微3D检测方法需要水平方向逐点扫描之后轴向逐面扫描，因此不仅效率较低且抗环境震动干扰能力低；干涉测量方法需要大量轴向扫描限制了该方法的测量效率及抗环境震动干扰能力；并行共聚焦检测技术虽然实现了同一面上多样点的同时探测，但单次测量轴向测量范围较小，测量一般斯量级(一个斯＝10微米)高度样品仍需纵向扫描，一定程度上限制了其测量效率和测量精度。如现有申请号CN201510922156.X、202210403239.8等发明专利所采用的3D轴向测量方法单次范围较低。

彩色共聚焦技术具有轴向测量范围大，无需轴向扫描,在智能制造、生物医学等领域应用广。但目前的彩色共聚焦技术多为单点测量,所需横向扫描耗时长,不能满足快速测量的应用需求。已有高精度3D测量方法无法实现在线测量，不能满足工厂的生产效率。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，能够实现高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。

本发明采用如下技术方案：

一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；

来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。

具体地；所述面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块，沿着光信号前进方向，包括N个窄带波段通光轴复合的LED照明光源，聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、半反半透分光片、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥3。

具体地；所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块，沿着光前进方向，包括N个窄带波段复合的LED照明光源、聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、线偏振LP、偏振分光片PBS、1/4波片QWP、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥2。

具体地；所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、半反半透分光片。

具体地；所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、1/4波片QWP、偏振分光片PBS。

具体地；所述多窄带波段图像获取模块，包括N组图像获取子模块，所述图像获取子模块包括二相色镜、管镜和黑白相机；

使得经过二相色镜的反射光射入同组的黑白相机，经过二相色镜的投射光射入下一组的二相色镜或黑白相机中；且黑白相机均在所同组的管镜的焦面上。

具体地；所述图像分析与系统控制模块包括图像计算单元、图像存储单元、图像显示单元、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源控制单元、电动3轴载物台及控制单元、数字微镜控制单元；

所述图像分析与系统控制模块与黑白相机K、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源、所述数字微镜DMD、所述载物台电相连(N≥3，K＝1，2，..N)；

所述黑白相机K与所述数字微镜DMD电相连。

本发明实施例还提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，其特征在于，采用上述面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括如下测量步骤：

步骤101：系统开机步骤，启动面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，上电并初始化，进入等待样本3D显微检测状态；

步骤102：放置样本步骤，将待测样本放置于三轴载物台上，并升降载物台，将样本移入系统工作范围内；

步骤103：超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，T为微镜单元个数；

首先，控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度。

本发明实施例还提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，采用上述面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，实现高横向分辨面阵彩色共聚焦超精密三维显微测量方法，具体为：

步骤201：系统开机步骤；

步骤202：放置样本步骤，将样本移入系统工作范围内；

步骤203：多光谱差动信号与标准样本高度超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中T为DMD微镜“开”微镜周期，即每T个微镜开一个，C/R为DMD微镜每行/列微镜个数；

步骤204:将步骤3中DMD微镜开关模式平移一个微镜单元，重复步骤“超精密三维显微闪测步骤”，获取样本在该DMD模式下所产生的面阵式多焦点表面三维形貌；

超精密三维显微闪测步骤为：首先控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度；

步骤205：重复步骤204，直到完成T*T个互补的DMD微镜开关模式下，样本表面所有C*R个照明点的表面的表面高度。

具体地，标定方法如下：

步骤301：系统开机步骤；

步骤302：将载物台表面移到系统工作范围的最下端；

步骤303：获取标准高度h₁样本的多光谱共聚焦差动信号；将已知表面高度h₁的样本放入到载物台表面，测量样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的多光谱差动信号；

首先，获取样本N个多光谱共聚焦图像步骤，具体地控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；构建多光谱差动信号与表面高度关系对(I_λ1,2，h₁)，…，(I_λN-1,N，h₁)；

步骤304:更换不同表面高度h₁，h₂，…,h_M的样本，重复303，获取M-1个多光谱差动信号与表面高度的数据对(I_λ1,2，～h₂)，…，(I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h₃)，…，(I_λN-1,N，～h₃)；…；I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h_M)，…，(I_λN-1,N，～h_M)，其中h_M接近系统的工作范围上限，样本个数M≥2；

步骤5：拟合差动信号强度与标准高度的关系曲线步骤，拟合(I_λ1,2～h)关系，(I_λ2,3～h)，…,(I_λN-1,N～h)的关系。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。本发明提供的方法，能够实现高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置的架构图。

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

具体实施方式

本发明提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。本发明提供的方法，能够实现高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。

如图1为本发明实施例提供的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置的架构图；本发明采用如下技术方案：

一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；

来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。

具体地；所述面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块，沿着光信号前进方向，包括N个窄带波段通光轴复合的LED照明光源，聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、半反半透分光片、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥3。

具体地；所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块，沿着光前进方向，包括N个窄带波段复合的LED照明光源、聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、线偏振LP、偏振分光片PBS、1/4波片QWP、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥3。

具体地；所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、半反半透分光片。

具体地；所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、1/4波片QWP、偏振分光片PBS。

具体地；所述多窄带波段图像获取模块，包括N组图像获取子模块，所述图像获取子模块包括二相色镜、管镜和黑白相机；

使得经过二相色镜的反射光射入同组的黑白相机，经过二相色镜的投射光射入下一组的二相色镜或黑白相机中；且黑白相机均在所同组的管镜的焦面上。

具体包括二相色镜1、管镜1、黑白相机1，二相色镜2、管镜2、黑白相机2，…,管镜N，黑白相机N，其中管镜1、黑白相机1在所述二相色镜1的反射端，二相色镜2、管镜2、黑白相机2，…,管镜N，黑白相机N等在二相色镜1的透射端，管镜2、黑白相机2在二相色镜2的反射端，其它在二相色镜2的透射端,…,管镜N和黑白相机N在最后一个二相色镜即编号为二相色镜(N-1)的透射端；此外，在二相色镜和管镜之间对应设置有对应波长的窄带滤光片。

具体地；所述图像分析与系统控制模块包括图像计算单元、图像存储单元、图像显示单元、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源控制单元、电动3轴载物台及控制单元、数字微镜控制单元；

所述图像分析与系统控制模块与黑白相机K、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源、所述数字微镜DMD、所述载物台电相连(N≥3，K＝1，2，..N)；

所述黑白相机K与所述数字微镜DMD电相连。

本发明实施例还提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，其特征在于，采用上述面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括如下测量步骤：

步骤101：系统开机步骤，启动面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，上电并初始化，进入等待样本3D显微检测状态；

步骤102：放置样本步骤，将待测样本放置于三轴载物台上，并升降载物台，将样本移入系统工作范围内；

步骤103：超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，T为微镜单元个数；

首先，控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度。

为了描述方便，超精密三维显微闪测步骤分成如上3小步，实际操作中为全自动一键瞬时间完成(完成时间在毫秒量级时间尺度)。

本发明实施例还提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，采用上述面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，实现高横向分辨面阵彩色共聚焦超精密三维显微测量方法，具体为：

步骤201：系统开机步骤；

步骤202：放置样本步骤，将样本移入系统工作范围内；

步骤203：多光谱差动信号与标准样本高度超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中T为DMD微镜“开”微镜周期，即每T个微镜开一个，C/R为DMD微镜每行/列微镜个数；

步骤204:将步骤3中DMD微镜开关模式平移一个微镜单元，重复步骤“超精密三维显微闪测步骤”，获取样本在该DMD模式下所产生的面阵式多焦点表面三维形貌；

超精密三维显微闪测步骤为：首先控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度；

步骤205：重复步骤204，直到完成T*T个互补的DMD微镜开关模式下，样本表面所有C*R个照明点的表面的表面高度。

具体地，标定方法如下：

步骤301：系统开机步骤；

步骤302：将载物台表面移到系统工作范围的最下端；

步骤303：获取标准高度h₁样本的多光谱共聚焦差动信号；将已知表面高度h₁的样本放入到载物台表面，测量样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的多光谱差动信号；

首先，获取样本N个多光谱共聚焦图像步骤，具体地控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；构建多光谱差动信号与表面高度关系对(I_λ1,2，h₁)，…，(I_λN-1,N，h₁)；

步骤304:更换不同表面高度h₁，h₂，…,h_M的样本，重复303，获取M-1个多光谱差动信号与表面高度的数据对(I_λ1,2，～h₂)，…，(I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h₃)，…，(I_λN-1,N，～h₃)；…；I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h_M)，…，(I_λN-1,N，～h_M)，其中h_M接近系统的工作范围上限，样本个数M≥2；

步骤5：拟合差动信号强度与标准高度的关系曲线步骤，拟合(I_λ1,2～h)关系，(I_λ2,3～h)，…,(I_λN-1,N～h)的关系。

具体实施例中，将光强信号按照大小进行排列，选择信号强度最大的两个信号的差动信号强度与标准高度的关系曲线作为标定的关系曲线。

本发明提供一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。本发明提供的方法，能够实现高精度、大范围、高效率的微观三维形貌检测。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：包括面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块、纵向色散增强型光学显微成像模块、多窄带波段图像获取模块、图像分析与系统控制模块；

来自面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块的光照射到待测样品上，从待测样本反射的光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段图像获取模块，所述多窄带波段图像获取模块获取的图像信息进入到图像分析与系统控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述面阵式多焦点多窄带波段复合照明光源模块，沿着光信号前进方向，包括N个窄带波段通光轴复合的LED照明光源，聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、半反半透分光片、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥3。

3.根据权利要求1所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块，沿着光前进方向，包括N个窄带波段复合的LED照明光源、聚光镜组L1、数字微镜阵列DMD、准直透镜组、线偏振LP、偏振分光片PBS、1/4波片QWP、色散管镜、显微物镜、样本；其中N为窄带波段个数，N≥2。

4.根据权利要求1或2所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、半反半透分光片。

5.根据权利要求1或3所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述纵向色散增强型光学显微成像模块与所述面阵式多焦点且多窄带波段复合照明光源模块共用以下部件：按照光前进方向，包括样本、显微物镜、色散管镜、1/4波片QWP、偏振分光片PBS。

6.根据权利要求1所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述多窄带波段图像获取模块，包括N组图像获取子模块，所述图像获取子模块包括二相色镜、管镜和黑白相机；

使得经过二相色镜的反射光射入同组的黑白相机，经过二相色镜的投射光射入下一组的二相色镜或黑白相机中；且黑白相机均在所同组的管镜的焦面上。

7.根据权利要求6所述的一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，其特征在于：

所述图像分析与系统控制模块包括图像计算单元、图像存储单元、图像显示单元、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源控制单元、电动3轴载物台及控制单元、数字微镜控制单元；

所述图像分析与系统控制模块与黑白相机K、N个窄带波段共轴复合的LED照明光源、所述数字微镜DMD、所述载物台电相连(N≥3，K＝1，2，..N)；

所述黑白相机K与所述数字微镜DMD电相连。

8.一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，其特征在于，采用权利要求7中面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，包括如下测量步骤：

步骤101：系统开机步骤，启动面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，上电并初始化，进入等待样本3D显微检测状态；

步骤102：放置样本步骤，将待测样本放置于三轴载物台上，并升降载物台，将样本移入系统工作范围内；

步骤103：超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，T为微镜单元个数；

首先，控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度。

9.一种面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量方法，其特征在于，采用权利要求7中面阵式超精密彩色共聚焦显微镜三维测量装置，实现高横向分辨面阵彩色共聚焦超精密三维显微测量方法，具体为：

步骤201：系统开机步骤；

步骤202：放置样本步骤，将样本移入系统工作范围内；

步骤203：多光谱差动信号与标准样本高度超精密三维显微闪测步骤，实现样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的表面高度，其中T为DMD微镜“开”微镜周期，即每T个微镜开一个，C/R为DMD微镜每行/列微镜个数；

步骤204:将步骤3中DMD微镜开关模式平移一个微镜单元，重复步骤“超精密三维显微闪测步骤”，获取样本在该DMD模式下所产生的面阵式多焦点表面三维形貌；

超精密三维显微闪测步骤为：首先控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,K…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；

最后，样本表面高度还原步骤，使用实际测量获得的N-1个差动信号I_λ1,2，…,I_λN-1,N并查阅预先刻度所获得的差动信号与高度线性关系曲线，获得样本表面高度；

步骤205：重复步骤204，直到完成T*T个互补的DMD微镜开关模式下，样本表面所有C*R个照明点的表面的表面高度。

10.根据权利8或9所述的一种面阵彩色共聚焦超精密三维显微测量方法，其特征在于，标定方法如下：

步骤301：系统开机步骤；

步骤302：将载物台表面移到系统工作范围的最下端；

步骤303：获取标准高度h₁样本的多光谱共聚焦差动信号；将已知表面高度h₁的样本放入到载物台表面，测量样本表面在(C/T)*(R/T)个照明光斑处的多光谱差动信号；

首先，获取样本N个多光谱共聚焦图像步骤，具体地控制数字微镜DMD形成以T个微镜单元为一个周期的二维照明针孔模式，来自N个窄带波段共轴复合LED照明光源被DMD二维针孔分割成(C/T)*(R/T)个微小光束，其中C，R分别是DMD的微镜阵列的列数和行数，微小光束被纵向色散增强型光学显微成像模块聚焦在样本表面不同高度上，在样本上形成不同聚焦状态的二维面阵式多焦点光斑，来自样本的点阵式反射光经过纵向色散增强型光学显微成像模块后进入多窄带波段成像模块，在黑白相机1,2，…,N上形成波段为λ₁，λ₂，…,λ_N的多光谱共聚焦图像；

其次，构建差动信号步骤,将N个多光谱共聚焦图像相邻波段两两做差构建N-1个差动信号I_λ1,2＝I_λ1-I_λ2，…,I_λN-1,N＝I_λN-1-I_λN；构建多光谱差动信号与表面高度关系对(I_λ1,2，h₁)，…，(I_λN-1,N，h₁)；

步骤304:更换不同表面高度h₁，h₂，…,h_M的样本，重复303，获取M-1个多光谱差动信号与表面高度的数据对(I_λ1,2，～h₂)，…，(I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h₃)，…，(I_λN-1,N，～h₃)；…；I_λN-1,N，～h₂)；(I_λ1,2，～h_M)，…，(I_λN-1,N，～h_M)，其中h_M接近系统的工作范围上限，样本个数M≥2；

步骤5：拟合差动信号强度与标准高度的关系曲线步骤，拟合(I_λ1,2～h)关系，(I_λ2,3～h)，…,(I_λN-1,N～h)的关系。

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