四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610065
设计了一种适用于光滑表面的调制度显微测量系统, 系统包括两个远心镜头、一个半透半反镜、一个显微物镜、一个 CCD相机和一个DMD数字投影仪。由远心镜头和显微物镜结合将数字投影仪产生的条纹图像成像到显微物镜物面, 得到虚拟的 标准条纹图, 待测表面对该虚拟条纹图的反射像将沿显微物镜光路返回进入CCD像平面, 待测物体在高精度一维平移台的控制 下沿光轴移动, 根据相移算法可以从获取的条纹图中计算出每个位置的图像调制度, 通过查找调制度最大值对应的位置, 即 可完成待测物点的三维形貌测量。实验结果表明该显微调制度测量方法能获得高精度面形, 特别适用于微小形貌剧烈变化物 体面形测量。
镜面物体 三维面形测量 显微测量 相移 调制度 specular object three-dimensional shape measurement microscopic measurement phase shift modulation
哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080
光学显微三维测量耦合效应是指沟槽或台阶样品高度测量准确性受横向周期影响产生原理误差的现象。采用卷积不相关原则和有限能量损失原则, 分别建立了薄样品和深沟槽样品光学显微三维测量的解耦合模型, 揭示了被测样品特征参数与光学仪器表征能力之间的关联关系。与现有W/3准则相比, 光学显微三维测量解耦合准则能够客观反映光学仪器表征能力受样品结构差异变化的影响, 指示高度测量解耦合评定的示值区域, 预见高度测量原理误差产生, 为沟槽或台阶样品三维结构表征提供了一种新的计量评定准则。
解耦合准则 光学显微测量 薄样品测量 深沟槽测量 台阶高度 decoupling criterion optical microscopic measurement thin sample measurement deep groove measurement step height 红外与激光工程
2017, 46(3): 0302001
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
将条纹投影轮廓测量术和体视显微镜相结合, 搭建了一套能够对微小器件的表面三维形貌进行测量的系统。该系统由一台Greenough型的体视显微镜, 一台DMD投影仪, 一个CCD相机和一个机械平移台组成。在利用相移算法和降级去包裹算法得到被表面形貌调制过的无歧义相位后, 通过相位和高度的映射关系, 得到高度值, 从而能够对微小器件的表面形貌进行重建。在标定时, 通过精密的机械平移台将陶瓷标定板置于不同的高度, 对其进行相位测量, 得到多组相对应的相位和高度值, 再对每个像素点进行多项式拟合来确定相位和高度的映射关系。实验测量了标定的最后一个平面以及微型的球栅阵列, 平面测量结果显示测量误差在10 μm以内, 从微型球栅阵列的三维重建结果可以清晰地看到排列的球形结构。实验结果证明了该系统对于平面和复杂的三维结构都能够进行精确的测量。
三维测量 显微测量系统 条纹投影轮廓测量术 体视显微镜 3D measurement microscopic measurement system fringe projection profilometry stereomicroscope
1 上海交通大学 电子信息与与电气工程学院, 上海 200240
2 上海市计量测试技术研究院, 上海 201203
为提高圆孔的光学显微测量准确性,研究了基于超分辨图像复原的显微圆孔孔径测量方法。该方法通过超分辨图像复原处理圆孔显微图像,提高了传统光学显微系统对圆孔成像的分辨率,确定了以超分辨复原图像灰度值为0.399作为圆孔物理边缘判据,实现对圆孔边缘的准确探测。理论分析表明该方法可准确测量微米级及以上直径圆孔。核孔膜孔径测量实验中,由二值化图像得到孔径测量结果为6.35 μm(测量不确定度为0.08 μm),与扫描电镜测量结果6.268 μm(测量不确定度为0.083 μm)相符,测量误差仅0.08 μm。该技术有助于实现对圆孔形状的快速、准确在线测量。
显微测量 超分辨图像复原 圆孔边缘判据 核孔膜 microscopic measurement super-resolution image restoration circle edge-setting criterion nuclear track-etched membrane
大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116023
考虑获知SU-8胶的光弹性性能有利于拓展其在微纳米领域中的应用范围, 本文设计了材料应力光学系数显微测量光路, 完成了SU-8胶应力光学系数的测量实验。首先, 基于光弹性原理设计了测量光路, 推导了求解应力光学系数的计算公式; 然后, 根据所设计的光路搭建了应力光学系数显微测量实验装置, 在SU-8胶试样光弹性条纹的单个半级数范围内进行了单向拉伸实验; 最后, 利用Matlab提取实验照片组中光强值信息, 得到了不同拉力下透过SU-8胶试样的单色光光强值, 计算求解出了SU-8胶的应力光学系数。实验结果以及测量公式计算显示, SU-8胶的应力光学系数为(3.007±0.149)×10–11 m2/N, 大于光学玻璃等材料的应力光学系数, 也远大于二氧化硅等MEMS领域常用材料的应力光学系数。实验结果可为以SU-8胶为材料, 通过光弹性原理进行微力测量的微探针、微夹钳等的设计与制作打下基础。
光学测量 显微测量 光弹性分析 SU-8胶 应力光学系数 optical measurement micro-measurement photoelastic analysis SU-8 photoresist stress-optical coefficient
1 南京理工大学 先进发射协同创新中心,江苏 南京 210094
2 南京理工大学 电光学院,江苏 南京 210094
提出了一种用于测量微观表面三维形貌的宽带光八步移相算法。该算法通过定位宽带光干涉条纹的零相位差位置实现微观轮廓的测量。计算宽带光移相干涉信号中相邻采样点的相位差得到实际移相间隔,从而实现实际移相量的在线标定以及移相误差的校正。分析了倾斜SiC平面的移相干涉条纹,计算结果的标准均方差为1.646 nm,与不存在移相误差时的计算结果吻合。宽带光八步移相算法对干涉包络的变化不敏感,能够抑制移相误差,是一种实用、高精度的微观表面轮廓测量方法。
光学测量 宽带光干涉 显微测量术 移相术 optical testing broadband interferometry microscopy phase shifting technique
中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示: 弥散斑直径测试重复性为0.18 μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。
光学系统 弥散斑参数、CCD显微测量系统、能量等高线、区域填充 optical system defocused spot parameter CCD microscopic system energy contour region filling ellipse fitting