CN210323556U - 一种基于光谱共焦的成像检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光谱共焦的成像检测装置，包括照明组件、成像组件、分色组件和多个图像探测器，照明组件发射具有不同波长的光束，不同波长的光束分别照射在被测物体沿光轴一段深度距离内的不同位置，不同波长的光束在被测物体不同深度表面反射后通过成像组件会聚后进入分色组件；分色组件将会聚后的成像光束分为不同波长的多个光束，每个波长的光束会聚在其对应的图像探测器上成像。本实用新型成像检测装置解决了现有成像检测中分辨率与焦深相互制约的问题，实现了物镜高分辨率下也能得到大景深的高精度测量。

Description

一种基于光谱共焦的成像检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于光谱共焦的成像检测装置，属于成像测量技术领域。

背景技术

成像测量技术广泛应用于工业检测中，例如在半导体检测中广泛使用的显微检测。当前，显微检测的分辨率和景深主要由物镜决定。一般物镜的景深DOF＝λ/2(NA)²，其中λ为波长，NA为物镜的数值孔径；NA越大，则物镜分辨率越高，但景深DOF就越小，检测分辨率和景深相互制约。因此，使用大NA物镜检测时，其景深范围有限，检测深度较大的物体，一般需要沿光轴方向移动物镜或对被测物进行扫描。

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基于光谱共焦的成像检测装置，该成像检测装置能够实现在物镜NA一定的情况下，通过光谱共焦技术，将物镜的检测景深提高3倍以上。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于光谱共焦的成像检测装置，包括照明组件、成像组件、分色组件和多个图像探测器，照明组件发射具有不同波长的光束，不同波长的光束分别照射在被测物体沿光轴一段深度距离内的不同位置，不同波长的光束在被测物体不同深度表面反射后通过成像组件会聚后进入分色组件；分色组件将会聚后的成像光束分为不同波长的多个光束，每个波长的光束会聚在其对应的图像探测器上成像。

其中，每个图像探测器分别通过电缆与上位机连接，每个图像探测器上的图像采集到的是被测物体不同位置处的清晰图像，上位机通过图像融合技术，提取出每幅图像中图像清晰的区域，融合成一张图像，从而本实用新型装置能够实现在物镜高分辨率下得到大景深范围内被测物体的清晰图像。

其中，所述照明组件包括光源和聚焦镜，聚焦镜将光源发射的带不同波长的光束会聚进入成像组件；光源为LED白光光源或光纤白光光源。

其中，所述成像组件包括物镜、分光镜和筒镜；分光镜为半透半反镜，分光镜将一部分入射照明光束折转，进入物镜后照明在被测物体上，物镜将不同波长的光束会聚在被测物体沿光轴一段深度距离内的不同位置上；在被测物体不同深度表面反射的光束进入物镜会聚成成像光束，成像光束经分光镜透射后再经过筒镜会聚后进入分色组件。

其中，所述分色组件由多个分色棱镜组成，或分色组件由两个分色平面镜组成。

其中，分色组件由多个分色棱镜组成时，多个分色棱镜包括三棱镜a、三棱镜b和四棱镜c；三棱镜a和三棱镜b的胶合面中心为空气隙，该胶合面镀有反射蓝光的高通滤光膜(片)；三棱镜b和四棱镜c的胶合面没有空气间隙，该胶合面镀有反射红光的低通滤光膜(片)。

其中，当分色组件由两个分色平面镜组成时，两个分色平面镜中心延长线的夹角为90度。

有益效果：本实用新型成像检测装置解决了现有成像检测中分辨率与焦深相互制约的问题，实现了物镜高分辨率下也能得到大景深的高精度测量，利用本实用新型装置在检测深度较大的物体时，无需沿光轴方向移动物镜或对被测物体进行扫描，也能够得到被测物体的清晰图像，本实用新型成像检测装置实现了在物镜NA一定的情况下，通过光谱共焦技术，将物镜的检测景深提高3倍以上。

附图说明

图1为实施例1采用分光棱镜的光谱共焦成像检测装置的结构示意图；

图2为实施例2采用分色平面镜的光谱共焦成像检测装置的结构示意图；

图3为一种背光照明的光谱共焦成像检测装置的原理图；

图4为一种暗场照明的光谱共焦成像检测装置的原理图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

实施例1

如图1所示，本实用新型基于光谱共焦的成像检测装置，包括照明组件17、成像组件18、分色组件10和多个图像探测器(本实施例为三个图像探测器12，13，14)，照明组件17由光源1和聚光镜2组成，光源1可以是LED光源或光纤光源，光源1发出从蓝色波长到红色波长范围的不同波长的白光光束，聚光镜2将光源1发出的白色光束聚集入射到成像组件18。

成像组件18有物镜3、分光镜4和筒镜5组成，照明组件17出射的光束经分光镜4反射和物镜3透射，最终照明在被测物体7上；物镜3能够将不同波长的光束分别会聚在被测物体7的不同位置上，因此被测物体7沿光轴的一段深度距离内可被不同波长的光束照明；光束又经被测物体7不同位置反射重新进入成像组件18，经过物镜3，分光镜4，筒镜5透射，将被测物体7成像在分色组件10中。分光镜4与水平面的夹角为45°。

分色组件10由多个分色棱镜11组成，成像光束经过分色棱镜11分成RGB三束光，蓝光，绿光和红光；会聚在图像探测器12的为蓝光，会聚在图像探测器13的为红光，会聚在图像探测器14的为绿光。分色棱镜11由三棱镜a、三棱镜b和四棱镜c组成；三棱镜a和三棱镜b的胶合面中心为空气隙，该胶合面镀有反射蓝光的高通滤光膜；三棱镜b和四棱镜c的胶合面没有空气间隙，该胶合面镀反射红光的低通滤光膜；成像组件18出射的白光光束进入三棱镜a，在三棱镜a和三棱镜b的胶合面反射蓝光，透射红绿光；反射的蓝光又经过三棱镜a全反射折转后会聚在图像探测器12上；透射红绿光束进入三棱镜b，在三棱镜b和四棱镜c胶合面处反射红光，透射绿光；反射的红光又经过三棱镜b全反射折转后会聚在图像探测器13上；透射的绿光进入四棱镜c后会聚在图像探测器14上。

本实用新型三个图像探测器通过电缆与上位机连接，三个图像探测器分别采集到三种不同颜色的图像，由于三种颜色的光束在被测物体7处对焦位置不同，因此三幅图像采集到的是被测物体7不同位置处的清晰图像。上位机通过现有的图像融合处理技术，提取这三幅图像中图像清晰的区域，融合成一张图像，从而本实用新型装置能够实现在物镜高分辨率下得到大景深范围内被测物体的清晰图像。

实施例2

实施例2的照明组件17和成像组件18同实施例1一致，分色组件10不同，如图2所示，分色组件10由两个分色平面镜21，22组成，两个分色平面镜21，22呈90度夹角放置(即两个分色平面镜21，22中心延长线的夹角为90度)；成像光束的蓝光经过分色平面镜21反射后会聚在图像探测器23上，透射过分色平面镜21的光束又经分色平面镜22后，红光反射，绿光透射，分别会聚在图像探测器24和25上(红光反射后会聚在图像探测器24上，绿光透射后会聚在图像探测器25上)。

实施例3

实施例3的成像组件18和分色组件10同实施例1一致，照明组件17不同，如图3所示，实施例3的照明组件(光源)为发射不同波长的背光板31，背光板31从底部照明被测物体7。

实施例4

实施例4的成像组件18和分色组件10同实施例1一致，照明组件不同，如图4所示，实施例4的照明组件(光源)为发射不同波长的环形光源41，位于被测物体7上方，环形光源41可从侧面照明被测物体7。

Claims (7)

1.一种基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：包括照明组件、成像组件、分色组件和多个图像探测器，照明组件发射具有不同波长的光束，不同波长的光束分别照射在被测物体沿光轴一段深度距离内的不同位置，不同波长的光束在被测物体不同深度表面反射后通过成像组件会聚后进入分色组件；分色组件将会聚后的成像光束分为不同波长的多个光束，每个波长的光束会聚在其对应的图像探测器上成像。

2.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：每个图像探测器分别通过电缆与上位机连接。

3.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：所述照明组件包括光源和聚焦镜，聚焦镜将光源发射的带不同波长的光束会聚进入成像组件；光源为LED白光光源或光纤白光光源。

4.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：所述成像组件包括物镜、分光镜和筒镜；分光镜为半透半反镜，分光镜将一部分入射照明光束折转，进入物镜后照明在被测物体上，物镜将不同波长的光束分别会聚在被测物体沿光轴一段深度距离内的不同位置上；在被测物体不同深度表面反射的光束进入物镜会聚成成像光束，成像光束经分光镜透射后再经过筒镜会聚后进入分色组件。

5.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：所述分色组件由多个分色棱镜组成，或分色组件由两个分色平面镜组成。

6.根据权利要求5所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：分色组件由多个分色棱镜组成时，多个分色棱镜包括三棱镜a、三棱镜b和四棱镜c；三棱镜a和三棱镜b的胶合面中心为空气隙，该胶合面镀有反射蓝光的高通滤光膜；三棱镜b和四棱镜c的胶合面无空气间隙，该胶合面镀有反射红光的低通滤光膜。

7.根据权利要求5所述的基于光谱共焦的成像检测装置，其特征在于：当分色组件由两个分色平面镜组成时，两个分色平面镜中心延长线的夹角为90度。

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