一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域；該裝置包括：待測(cè)樣品、鍍?cè)跇悠繁砻娴碾娭掳l(fā)光薄膜、正負(fù)微電極、物鏡、濾光片、管鏡、CCD、電致發(fā)光膜照明部分、光學(xué)成像測(cè)量部分，該方法通過(guò)在樣品表面鍍電致發(fā)光熒光介質(zhì)膜，通電后樣品表面被點(diǎn)亮，結(jié)合光學(xué)探測(cè)光路即可實(shí)現(xiàn)自由曲面面型的測(cè)量，通過(guò)電致發(fā)光分別點(diǎn)亮樣品表面的奇偶條紋來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)照明，避免了由于照明孔徑帶來(lái)的大曲率部分不可測(cè)的問(wèn)題，可以測(cè)量法線(xiàn)與軸向夾角大的樣品表面形貌。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在表面形貌測(cè)量、顯微成像領(lǐng)域，對(duì)光學(xué)自由曲面的測(cè)量一直是極具挑戰(zhàn)的難題。通常的光學(xué)測(cè)量?jī)x器，如共焦顯微鏡等，都是通過(guò)透鏡等結(jié)構(gòu)將光投射到樣品上的方式對(duì)樣品表面進(jìn)行照明。但傳統(tǒng)的光學(xué)照明模式，都無(wú)法對(duì)樣品表面法線(xiàn)與光軸呈45度傾角以上的區(qū)域進(jìn)行充分照明和有效收集樣品表面信號(hào)光。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法，解決了自由曲面樣品表面形貌高精度測(cè)量問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種測(cè)量自由曲面面型的裝置和方法，包括:
[0006]一種測(cè)量自由曲面面型的裝置，包括:
[0007]電致發(fā)光膜照明部分和光學(xué)成像測(cè)量部分；
[0008]所述的電致發(fā)光膜照明部分由待測(cè)樣品、鍍?cè)跇悠繁砻娴碾娭掳l(fā)光薄膜和微電極組成；
[0009]所述的光學(xué)成像測(cè)量部分沿收集光信號(hào)傳播方向依次為物鏡、濾光片、管鏡和CCD。
[0010]上述測(cè)量自由曲面面型的裝置，所述的電致發(fā)光薄膜由厚度均勻的陰極層、發(fā)光層和透明陽(yáng)極層組成，總厚度不超過(guò)4 μ m,發(fā)光層厚度不超過(guò)I μ m,所述的發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜由平行的電致發(fā)光條組成，相鄰兩個(gè)電致發(fā)光條之間有無(wú)鍍膜的、寬度小于5nm的微小空白區(qū)域，每個(gè)電致發(fā)光條兩端均有微電極，陰極層與微電極負(fù)極相連，透明陽(yáng)極層與微電極正極相連。
[0011]在上述測(cè)量自由曲面面型的裝置上實(shí)現(xiàn)的測(cè)量自由曲面面型的方法，包括以下步驟:
[0012]第一步，在待測(cè)樣品表面生成電致發(fā)光薄膜，所述的電致發(fā)光薄膜由厚度均勻的陰極層、發(fā)光層和透明陽(yáng)極層組成，總厚度不超過(guò)4 μ m,發(fā)光層厚度不超過(guò)I μ m,所述的發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜由平行的電致發(fā)光條組成，相鄰兩個(gè)電致發(fā)光條之間有無(wú)鍍膜的、寬度小于5nm的微小空白區(qū)域，每個(gè)電致發(fā)光條兩端均有微電極，陰極層與微電極負(fù)極相連，透明陽(yáng)極層與微電極正極相連；
[0013]第二步，調(diào)節(jié)物鏡與待測(cè)樣品之間的距離，使待測(cè)樣品表面某層結(jié)構(gòu)的像面與CXD感光元件像面重合，設(shè)置物鏡總運(yùn)動(dòng)行程a，物鏡步進(jìn)距離b，令變量i等于O ;
[0014]第三步，令物鏡沿軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離b ;
[0015]第四步，從左到右方向，給位于奇數(shù)位置的電致發(fā)光條的微電極通電，使對(duì)應(yīng)的電致發(fā)光條發(fā)光，完成待測(cè)樣品表面一部分電致發(fā)光膜的發(fā)光工作，拍攝此層樣品的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)的奇數(shù)區(qū)域二維數(shù)據(jù)Dxym ；
[0016]第五步，從左到右方向，給位于偶數(shù)位置的電致發(fā)光條的微電極通電，使對(duì)應(yīng)的電致發(fā)光條發(fā)光，完成待測(cè)樣品表面另一部分電致發(fā)光膜的發(fā)光工作，拍攝此層樣品的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)的奇數(shù)區(qū)域二維數(shù)據(jù)Dxyn ；
[0017]第六步，將Dxym和Dxyn按照奇數(shù)區(qū)域和偶數(shù)區(qū)域組合成二維數(shù)據(jù)Dxyi，令變量i加I ;
[0018]第七步，判斷i Xb是否大于或等于a，如果是則進(jìn)入第八步，否則重復(fù)第三步到第丄止
/、少；
[0019]第八步，將所有軸向位置測(cè)量所得的二維數(shù)據(jù)Dxyi組成三維矩陣，對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)xy沿z抽取一維數(shù)組，找到該數(shù)組中最大值點(diǎn)，并記錄該最大值所對(duì)應(yīng)的軸向位置；
[0020]第九步,所有xy像素所記錄的軸向位置及xy像素對(duì)應(yīng)的位置組合，從而重構(gòu)出樣品表面面型。
[0021]上述測(cè)量自由曲面面型的方法，還包括第十步，清洗掉待測(cè)樣品表面電致發(fā)光薄膜和微電極。
[0022]有益效果:
[0023]由于本發(fā)明同現(xiàn)有的顯微測(cè)量技術(shù)相比，首先在樣品表面鍍電致發(fā)光膜熒光照明膜，使其受激輻射發(fā)光，然后在此基礎(chǔ)上，公開(kāi)了一種測(cè)量自由曲面面型的方法，這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，通過(guò)電致發(fā)光，使得本發(fā)明克服了普通測(cè)量方法照明模式下無(wú)法對(duì)自由曲面的斜率大于45度的表面進(jìn)行均勻、充分地照明和收集到信號(hào)光的問(wèn)題，從而測(cè)量包含法線(xiàn)與軸向夾角大于45°區(qū)域的樣品表面形貌。另外，通過(guò)奇數(shù)條與偶數(shù)條分別照明，分離相鄰區(qū)域成像信號(hào)的干擾，比整個(gè)樣品同時(shí)照明的方式提高了測(cè)量分辨力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種測(cè)量自由曲面面型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是電致發(fā)光薄膜示意圖。
[0026]圖中:1待測(cè)樣品、2鍍?cè)跇悠繁砻娴碾娭掳l(fā)光薄膜、3正負(fù)微電極、4物鏡、5濾光片、6管鏡、7(XD、8電致發(fā)光膜照明部分、9光學(xué)成像測(cè)量部分。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]具體實(shí)施例一
[0029]本實(shí)施例為裝置實(shí)施例。
[0030]本實(shí)施例的一種測(cè)量自由曲面面型的裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該裝置包括:
[0031]電致發(fā)光膜照明部分8和光學(xué)成像測(cè)量部分9 ；
[0032]所述的電致發(fā)光膜照明部分由待測(cè)樣品1、鍍?cè)跇悠稩表面的電致發(fā)光薄膜2和正負(fù)微電極組成3 ；
[0033]光學(xué)成像部分沿收集光信號(hào)傳播方向依次為物鏡4、濾光片5、管鏡6和CCD7。
[0034]上述一種測(cè)量自由曲面面型的裝置，所述的電致發(fā)光薄膜如圖2所示，其厚度不超過(guò)4 μ m，由陰極層、發(fā)光層和透明陽(yáng)極層組成，各層厚度均勻；所述的發(fā)光層膜厚不超過(guò)I μ m,其發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜分區(qū)域制作，呈條形排布于樣品I表面，不同條之間有微小空白區(qū)無(wú)鍍膜，空白區(qū)寬度小于5nm，每個(gè)區(qū)域兩端均有正負(fù)微電極，陰極層與負(fù)微電極相連，透明陽(yáng)極層與正微電極相連。其中，厚度不超過(guò)4 μ m,發(fā)光層膜厚不超過(guò)I μ m，可以提高測(cè)量準(zhǔn)確性，膜厚大于4μπι時(shí)會(huì)引入干擾信號(hào)；各層厚度均勻可以避免通電時(shí)擊穿薄膜；不同條之間有微小空白區(qū)無(wú)鍍膜，空白區(qū)寬度小于5nm，空白區(qū)能避免薄膜通電時(shí)相鄰兩區(qū)域同時(shí)點(diǎn)亮，從而降低系統(tǒng)分辨力；空白區(qū)寬度大于5nm時(shí)，測(cè)量盲區(qū)較大，無(wú)法保證測(cè)量分辨力。
[0035]具體實(shí)施例二
[0036]本實(shí)施例為在具體實(shí)施例一所述裝置上實(shí)現(xiàn)的方法實(shí)施例。
[0037]本實(shí)施例的一種測(cè)量自由曲面面型的方法，包括以下步驟:
[0038]第一步，在樣品I表面生成總厚度不超過(guò)4μπι的陰極層、發(fā)光層、透明陽(yáng)極層及微電極，各層厚度均勻；所述發(fā)光層膜厚不超過(guò)I μ m，其發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜分區(qū)域制作，呈條形排布于樣品I表面，不同條之間有微小空白區(qū)無(wú)鍍膜，空白區(qū)寬度小于5nm，每個(gè)區(qū)域兩端均有正負(fù)微電極，陰極層與負(fù)微電極相連，透明陽(yáng)極層與正微電極相連；
[0039]第二步，調(diào)節(jié)所述光學(xué)成像測(cè)量部分的物鏡4與樣品I間的距離，使樣品I表面某層結(jié)構(gòu)的像面與CXD感光元件像面重合，設(shè)置物鏡4總運(yùn)動(dòng)行程a，物鏡4步進(jìn)距離b，令變量i等于O ;
[0040]第三步，令物鏡4沿軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離b ；
[0041]第四步，設(shè)置樣品I表面從左到右第奇數(shù)塊區(qū)域編號(hào)為奇數(shù)，偶數(shù)塊區(qū)域編號(hào)為偶數(shù)；給所有奇數(shù)號(hào)區(qū)域的正微電極和負(fù)微電極間通上直流電，使所述電致發(fā)光薄膜發(fā)光，完成電致發(fā)光照明樣品I表面一部分發(fā)光膜的工作，拍攝此層樣品I的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)的奇數(shù)區(qū)域二維數(shù)據(jù)Dxym ;上述奇偶分區(qū)照明方式，可以提高測(cè)量裝置的分辨力；
[0042]第五步，給所有偶數(shù)號(hào)區(qū)域的正微電極和負(fù)微電極間通上直流電，使所述電致發(fā)光薄膜發(fā)光，完成電致發(fā)光照明樣品I表面另一部分發(fā)光膜的工作，拍攝此層樣品I的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)偶數(shù)的二維數(shù)據(jù)Dxyn ；
[0043]第六步，將Dxytl Dxyl按照奇數(shù)區(qū)域和偶數(shù)區(qū)域組合成二維數(shù)據(jù)Dxyi，令變量i加I ;
[0044]第七步，判斷i Xb是否大于或等于a，如果是則進(jìn)入第八步，否則重復(fù)第三步到第丄止
/、少；
[0045]第八步，將所有軸向位置測(cè)量所得的二維數(shù)據(jù)Dxyi組成三維矩陣，對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)xy沿z抽取一維數(shù)組，找到該數(shù)組中最大值點(diǎn)，并記錄該最大值所對(duì)應(yīng)的軸向位置；
[0046]第九步,所有xy像素所記錄的軸向位置及xy像素對(duì)應(yīng)的位置組合，從而重構(gòu)出樣品I表面面型。
[0047]具體實(shí)施例三
[0048]本實(shí)施例為方法實(shí)施例。
[0049]本實(shí)施例是在具體實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，增加第i^一步，清洗掉樣品I表面各層膜及樣品I表面附近的微電極。該步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面形貌的復(fù)原。
[0050]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化或方法改進(jìn)，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量自由曲面面型的裝置，其特征在于，包括: 電致發(fā)光膜照明部分(8)和光學(xué)成像測(cè)量部分(9)； 所述的電致發(fā)光膜照明部分(8)由待測(cè)樣品(I)、鍍?cè)跇悠?I)表面的電致發(fā)光薄膜(2)和微電極(3)組成； 所述的光學(xué)成像測(cè)量部分(9)沿收集光信號(hào)傳播方向依次為物鏡(4)、濾光片(5)、管鏡(6)和 CCD (7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量自由曲面面型的裝置，其特征在于，所述的電致發(fā)光薄膜由厚度均勻的陰極層、發(fā)光層和透明陽(yáng)極層組成，總厚度不超過(guò)4μπι，發(fā)光層厚度不超過(guò)I μ m，所述的發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜由平行的電致發(fā)光條組成，相鄰兩個(gè)電致發(fā)光條之間有無(wú)鍍膜的、寬度小于5nm的微小空白區(qū)域，每個(gè)電致發(fā)光條兩端均有微電極(3)，陰極層與微電極(3)負(fù)極相連，透明陽(yáng)極層與微電極(3)正極相連。
3.在權(quán)利要求1所述的測(cè)量自由曲面面型的裝置上實(shí)現(xiàn)的測(cè)量自由曲面面型的方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，在待測(cè)樣品(I)表面生成電致發(fā)光薄膜(2)，所述的電致發(fā)光薄膜由厚度均勻的陰極層、發(fā)光層和透明陽(yáng)極層組成，總厚度不超過(guò)4 μ m，發(fā)光層厚度不超過(guò)I μ m，所述的發(fā)光層為有機(jī)物層，由電子傳輸層、單色有機(jī)發(fā)光層和空穴注入層組成，所述電致發(fā)光膜由平行的電致發(fā)光條組成，相鄰兩個(gè)電致發(fā)光條之間有無(wú)鍍膜的、寬度小于5nm的微小空白區(qū)域，每個(gè)電致發(fā)光條兩端均有微電極(3)，陰極層與微電極(3)負(fù)極相連，透明陽(yáng)極層與微電極⑶正極相連； 第二步，調(diào)節(jié)物鏡(4)與待測(cè)樣品(I)之間的距離，使待測(cè)樣品(I)表面某層結(jié)構(gòu)的像面與CCD感光元件像面重合，設(shè)置物鏡(4)總運(yùn)動(dòng)行程a，物鏡(4)步進(jìn)距離b，令變量i等于O ; 第三步，令物鏡(4)沿軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離b ; 第四步，從左到右方向，給位于奇數(shù)位置的電致發(fā)光條的微電極(3)通電，使對(duì)應(yīng)的電致發(fā)光條發(fā)光，完成待測(cè)樣品(I)表面一部分電致發(fā)光膜的發(fā)光工作，拍攝此層樣品(I)的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)的奇數(shù)區(qū)域二維數(shù)據(jù)Dxym ； 第五步，從左到右方向，給位于偶數(shù)位置的電致發(fā)光條的微電極(3)通電，使對(duì)應(yīng)的電致發(fā)光條發(fā)光，完成待測(cè)樣品(I)表面另一部分電致發(fā)光膜的發(fā)光工作，拍攝此層樣品(I)的圖像，獲取該層結(jié)構(gòu)的奇數(shù)區(qū)域二維數(shù)據(jù)Dxyn ； 第六步，將Dxym和Dxyn按照奇數(shù)區(qū)域和偶數(shù)區(qū)域組合成二維數(shù)據(jù)Dxyi，令變量i加I ; 第七步，判斷i Xb是否大于或等于a，如果是則進(jìn)入第八步，否則重復(fù)第三步到第六I K少； 第八步，將所有軸向位置測(cè)量所得的二維數(shù)據(jù)Dxyi組成三維矩陣，對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)xy沿z抽取一維數(shù)組，找到該數(shù)組中最大值點(diǎn)，并記錄該最大值所對(duì)應(yīng)的軸向位置； 第九步，所有xy像素所記錄的軸向位置及xy像素對(duì)應(yīng)的位置組合，從而重構(gòu)出樣品(I)表面面型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)量自由曲面面型的方法，其特征在于，還包括第十步，清洗掉待測(cè)樣品(I)表面電致發(fā)光薄膜(2)和微電極(3)。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104296683SQ201410616939
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉儉, 譚久彬, 王紅婷 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)