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三维形貌的共焦测量

发布时间:2021-02-25 17:28 作者:金宝搏

  激光共焦测量是基于发展的共焦成像原理实现的。共焦成像原理如图1所示。点光源P位于准直物镜L1的焦点上,发出的平行光经分光镜分光进入成像物镜L2,在L2的焦点上成点光源P的像P。当被测件(试样)表面位于L2的焦面上时(d1=F2),入射光原路返回,过分光镜和另一准直物镜L3后,在L3的焦点上成点光源P的第二次成像P”。只有当P,P,P”在各自光学元件的焦点位置上,才成立共轭的成像关系,这就称为共焦成像。

  (1)当被测表面处于物镜的焦面位置时光线才能自准直反射,在探测器上成像并获得能量,因此具有很高的纵向分辨率,可用于精密测量的定位;

  (2)在探测器前加小孔,可以大大减小光学系统成像时的杂散光,使成像信号噪声最小;

  (3)当被测表面作三维移动(扫描)时存在层析性,即从表面很弱的离焦信号,可以测定表面的三维成像。从三维像重构物体,因而获得十分的表面形貌。

  激光共焦成像与显微镜结合形成共焦显微术,已广泛用于生物,医学与工业探测上,特别是活体的形貌探测上。

  激光共焦与荧光技术结合形成单光子及双光子共焦荧光显微术,这是当前分子光谱中的探测技术。

  理论上对点光源和点探测器时,即完全相干情况下,共焦成像的三维(3D)表达式,可用3D点扩散函数(PSF)来描述。即

  在上式中再考虑共焦光学系统的参数,即物像的成像比例,就可获得被测物的3D形貌。

  上式是完全相干成像,当探测器为有限尺度,则为部分相干成像。对共焦荧光测量时,样品被荧光材料标记,就成为非相干成像。另外更的描述成像响应可用传递函数(OTF)的方法,本实验就不予展开。

  3.用粗糙黑纸屏放入工作台18上的试件夹,阻断一路反射光,将平面反射镜夹入工作台16的试件夹上,调整16上的X,Y向测微螺杆,使试件初始位置在共焦透镜组焦面上(f=5mm);

  4.移动CMOS23至透镜20的焦面上,得尺寸最小、边缘清晰的共焦像点;


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