隨著現(xiàn)代微加工技術(shù)和光學(xué)超分辨技術(shù)的不斷進(jìn)步,微尺度空間三維測量與成像技術(shù)向著大量程、高精度和高效率三個(gè)大方向前進(jìn)�？臻g三維測量主要包括像散法、激光三角法、掃描隧道顯微鏡、機(jī)械探針法、原子力顯微鏡以及共焦顯微技術(shù)等。其中,共焦顯微技術(shù)因具有三維層析能力、不損傷樣品表面、可對(duì)活體細(xì)胞進(jìn)行觀察、測量范圍較大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、MEMS等技術(shù)領(lǐng)域。為提高傳統(tǒng)共焦系統(tǒng)的軸向分辨力并擴(kuò)大測量范圍,外差共焦原理被進(jìn)一步提出,其中點(diǎn)探測器軸向?qū)ΨQ移焦問題一直是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的難點(diǎn)。本課題將光瞳濾波器技術(shù)與共焦顯微系統(tǒng)相結(jié)合,通過對(duì)位相型光瞳濾波器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有移焦特性,從而得到一種可滿足小型化要求的外差共焦系統(tǒng);同時(shí)在進(jìn)行光瞳設(shè)計(jì)時(shí),將橫向超分辨因子作為其評(píng)價(jià)參數(shù)之一,以保證系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)軸向移焦的同時(shí)具有橫向超分辨效果。本課題“共焦顯微系統(tǒng)中移焦探測方法研究”主要完成工作包括:(1)對(duì)共焦顯微系統(tǒng)及光瞳濾波器相位調(diào)制特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,并針對(duì)軟針孔等效硬針孔的前提條件進(jìn)行分析,得出結(jié)論在滿足成像透鏡r_f3r_il_0/f_2的前提下,系統(tǒng)為理想點(diǎn)探測時(shí),由軟針孔結(jié)構(gòu)引入的成像系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)h_f將不會(huì)對(duì)共焦系統(tǒng)光強(qiáng)探測結(jié)果造成影響。(2)對(duì)光瞳優(yōu)化效果評(píng)價(jià)參數(shù)的共焦系統(tǒng)測量影響情況進(jìn)行了分析,給出了光瞳優(yōu)化的約束條件,建立了光瞳優(yōu)化模型,并利用遺傳算法對(duì)位相型光瞳濾波器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),使其具有軸向移焦特性以及橫向超分辨特性。(3)本課題利用空間光調(diào)制器模擬位相型光瞳濾波器在系統(tǒng)中的調(diào)制作用,為保證模擬效果,提出了一種基于菲涅耳透鏡的空間光調(diào)制器相位圖對(duì)準(zhǔn)方法,以及一種基于楊氏干涉的空間光調(diào)制器相位調(diào)制特性測定方法。最后搭建了相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)本課題所提出方法以及系統(tǒng)測量效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所提出的空間光調(diào)制器相位圖對(duì)準(zhǔn)方法可行,對(duì)準(zhǔn)精度2.25μm,可滿足課題要求;空間光調(diào)制器0-255灰度值的對(duì)應(yīng)相位調(diào)制區(qū)間為0-1.5π,線性度為0.067;以平面鏡為被測樣品,測量物鏡NA_1為0.4,收集物鏡NA_2為0.25時(shí),光瞳移焦量為5μm,外差共焦系統(tǒng)測量范圍為±15μm,軸向分辨力為8nm,橫向超分辨因子G_T為1.23。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB96
【部分圖文】：

價(jià)值被大大提高并引起了科研人員的重視，進(jìn)而使得共焦顯微技發(fā)展，開始廣泛應(yīng)用于微尺度三維測量、生命醫(yī)學(xué)以及航天工業(yè)入到二十世紀(jì)九十年代后，共焦顯微技術(shù)的應(yīng)用和拓展愈加廣泛發(fā)展，其在理論、應(yīng)用和技術(shù)等方面都有了進(jìn)一步創(chuàng)新，同時(shí)，維測量及超精密領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于共焦顯微系統(tǒng)超分辨方向的研深。為提高共焦顯微系統(tǒng)的超分辨能力，科研人員將共焦技術(shù)與相結(jié)合，相繼提出了 4Pi 共焦顯微鏡[31-33]、激光干涉共焦顯微鏡[微鏡[36,37]、相位共軛鏡法[38]以及環(huán)形二元濾波器法[39]等多種共焦992 年，歐洲分子生物實(shí)驗(yàn)室的 S. Hell 和 E.H.K. Stelzer 等人提出微鏡[32]，該方法在傳統(tǒng)共焦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將單照明臂擴(kuò)展為雙照微物鏡位置對(duì)置共焦，并將被測樣品放置于兩個(gè)顯微物鏡的焦點(diǎn)該方法提高了顯微物鏡的等效數(shù)值孔徑，并使得該 4Pi 共焦顯微力相比于傳統(tǒng)共焦顯微鏡提高了四倍，其系統(tǒng)原理圖如圖 1-1 所

圖 1-2 差動(dòng)共焦顯微技術(shù)原理圖004 年，清華大學(xué)的殷純永教授和柳忠堯博士等人提出了雙頻干涉量系統(tǒng)（DICM）[41]和共光路外差干涉共焦顯微測量系統(tǒng)（CHICM外差干涉測量、相位細(xì)分技術(shù)與共焦顯微相結(jié)合，從而獲得一種大測量范圍的新型測量系統(tǒng)。后者在保持前者全部優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上射透鏡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)共光路設(shè)計(jì)，因此使得系統(tǒng)對(duì)于振動(dòng)及溫漂有較005 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的邱麗榮博士構(gòu)建了一種基于位相型光瞳超分辨外差共焦顯微系統(tǒng)[43]。該系統(tǒng)將超分辨光瞳濾波器與外差合，通過位相型光瞳濾波器提高系統(tǒng)橫向分辨力，外差共焦方法分辨力，從而獲得一種具有三維分辨力的測量系統(tǒng)。其軸向分辨力辨力小于 0.2μm。010 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙晨光博士提出了一種四通道同步移相成像技術(shù)，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1-3 所示[44]。該方法將外差共焦技術(shù)術(shù)相結(jié)合，使得該測量系統(tǒng)在保證較高分辨力的同時(shí)具有較長工

A B C D45°快軸SP22.5°快軸P激光器QWP3PBS2BSPBS3(0)( ) ( /2) (3 /2)CCD準(zhǔn)焦位置單模光纖圖 1-3 四通道同步移相干涉共焦顯微成像原理圖 年，趙維謙教授提出了激光分光瞳差動(dòng)共焦傳感技術(shù)，其系示[45]。該系統(tǒng)將激光分光瞳共焦顯微系統(tǒng)與差動(dòng)共焦技術(shù)相針孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)光斑分割及兩路差動(dòng)信號(hào)檢測，并通過調(diào)整孔大小實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軸向超分辨和降噪效果，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該向分辨力以及較強(qiáng)的抗干擾能力。
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盧亞雄;關(guān)于等價(jià)共焦腔方法的討論[J];中國激光;1988年08期

2 畢無忌;;共焦檢查技術(shù)[J];長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào);1980年02期

3 馬力;袁冠偉;賴秀娟;戚小平;;光纖束共焦顯微成像[J];南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(理科版);2008年05期

4 劉繼紅,蔡學(xué)泳,何其華;細(xì)胞骨架的激光共焦研究技術(shù)[J];中國醫(yī)學(xué)裝備;2005年06期

5 莫葉;共焦曲線與解析函數(shù)[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào);1955年01期

6 劉廣東;;一種乳腺癌檢測的改進(jìn)微波共焦成像方法[J];計(jì)算物理;2017年01期

7 王旭;王中宇;趙維謙;邱麗榮;;激光差動(dòng)共焦曲率半徑測量不確定度評(píng)定[J];應(yīng)用光學(xué);2014年01期

8 涂龍;余錦;樊仲維;邊強(qiáng);葛文琦;劉洋;張雪;黃科;聶樹真;李晗;貊澤強(qiáng);;并行共焦顯微檢測技術(shù)及其研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2012年08期

9 劉波;共焦橢圓柱形電容器的電容[J];高等函授學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年05期

10 郭建增,任曉明;小鏡法準(zhǔn)直正支共焦非穩(wěn)腔[J];強(qiáng)激光與粒子束;1997年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李志剛;高精度激光差動(dòng)共焦超長焦距測量方法與技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2017年

2 盛忠;高分辨激光共焦/差動(dòng)共焦樣品掃描顯微成像技術(shù)與系統(tǒng)[D];北京理工大學(xué);2017年

3 劉辰光;基于中介層散射原理的共焦顯微測量技術(shù)及理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 葛華勇;內(nèi)窺式共焦掃描顯微成像的研究[D];上海大學(xué);2005年

5 趙晨光;同步移相干涉共焦顯微成像技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

6 李海燕;多功能共焦表面測量系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 劉儉;超分辨移相共焦和復(fù)色差動(dòng)共焦掃描顯微技術(shù)及理論[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 劉大禮;抗反射率實(shí)時(shí)激光差動(dòng)共焦顯微成像方法與技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

9 戚永軍;光纖共焦掃描顯微成像技術(shù)的研究[D];南京理工大學(xué);2002年

10 王永紅;基于全場并行共焦的檢測技術(shù)與系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 郭雨晗;共焦顯微系統(tǒng)中移焦探測方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 胡毅斐;可用于工件內(nèi)腔尺寸測量的共焦式激光測量方法研究[D];西安理工大學(xué);2019年

3 劉伯奇;基于彩色光譜共焦的輪廓及厚度精確測量[D];武漢工程大學(xué);2018年

4 王寶凱;基于結(jié)構(gòu)探測原理的共焦超分辨方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 尹哲;差動(dòng)共焦顯微探測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 高興宇;線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微系統(tǒng)的研究[D];桂林電子科技大學(xué);2006年

7 王睿;差動(dòng)共焦顯微成像理論及畸變校正方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 高曉斌;提高并行共焦探測精度的方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

9 陳剛義;用于自由曲面檢測的外差共焦顯微系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 武芃樾;光譜共焦位移傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];中國工程物理研究院;2012年

本文編號(hào)：2891826