并行共焦测量中的并行光源技术综述

并行共焦测量技术的核心是将单点共焦测量变成多点同时扫描测量,从而使共焦测量速度显著提高。本文介绍了共焦测量技术原理,综述了用于并行共焦的并行光源技术,分析了这些方法的优点和不足。结合作者近年来的研究成果,重点阐述了基于微透镜阵列和数字微镜器件(DMD)产生并行光源的新方法。分析和研究了DMD的空间光调制机理,最终建立了一种单光源双光路并行像散共焦测量系统。

单光源双光路激光并行共焦测量系统设计

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应,提出将数字微镜器件(DMD)引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件,从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源,对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像;同时,考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用,并非高效的并行光源分束器件,本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置,利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明,两种光路下的正焦面位置仅相差2μm,在一个泰伯间距范围之内,可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响,进而保证较高精度的并行共焦测量。

基于DMD的并行共焦图像处理方法研究

在并行共焦测量中，用于构造点光源阵列的光分束器件普遍存在参数固化、对不同测量对象适应性较差的缺点。将数字微镜器件（DMD）作为光分束器件应用于并行共焦测量，可以控制DMD构造柔性化点光源阵列，应对不同的测量场合。推导了DMD的空间光调制模型，规避了“泰伯效应”对并行共焦测量的影响，设计了可抑制光点横向漂移的远心光路，构建了基于DMD的并行共焦测量装置，对比了两种不同的并行共焦图像处理方法。实验结果表明，在没有设置高数值孔径物镜组的情况下，测量装置的纵向分辨率受到一定影响，但所设计的图像处理程序能够快速、准确地获取被测物面的形貌特征。

并行共焦检测的三维信息获取与处理过程

提出了在共焦系统中，利用多道检测光路实现对被测物三维信．已并行检测、记录的新方法。文中着重阐述了新方法三维信息的获取及处理过程，并给出了初步的实验结果。

用于并行共焦测量的DMD控制方法研究

激光共焦测量采用并行的方式可以有效提高测量效率,但用于并行共焦测量的光分束器件普遍存在制作困难、价格偏高的不足。从数字微镜器件的空间光调制机理入手,主要研究数字微镜器的控制方法,通过构建任意所需的点光源阵列,实现了并行共焦测量。结果表明,测量装置可根据不同的被测物便捷地更换点光源参数;测量装置具有很好的柔性,且测量误差小。

并行共焦检测的三维信息获取与处理过程

提出了在共焦系统中,利用多道检测光路实现对被测物三维信息并行检测、记录的新方法。文中着重阐述了新方法三维信息的获取及处理过程,并给出了初步的实验结果。

一种并行共焦显微镜的设计与研制

并行共焦显微镜是一种综合了光学、机械、电子、计算机及数字图像处理等技术,具有较高的横向和纵向分辨力的新颖三维表面无损检测仪器.为了保证其装配调节方便,在关键部件的结构设计上采用了微调结构,主要介绍了并行共焦显微镜的光学系统、物镜组设计、关键部件的微调结构设计及结构组成。

数字微镜器件用于并行共焦测量的再研究

数字微镜器件(DMD)可以控制其中每个微镜的偏转状态,相对于其他光分束器件,它可以构建出点光源大小可变、间距可调的柔性阵列光源。在前期研究的基础上,理论上推导出该阵列光源可以用于并行共焦测量,改进了测量光路,并结合实际使用找到了合适的阵列光源参数,获知了并行共焦测量系统的纵向分辨率与点光源大小的关系,最终通过对实物的测量较完善地阐述了基于DMD的并行共焦测量系统。

并行共焦三维检测方法的理论分析

从一般共焦系统的原理出发， 重点围绕并行共焦方法的三维检测原理， 通过引用三维点扩散函数和矩阵形式， 研究了并行共焦检测方法的理论问题， 确立了点阵并行共焦检测方法的检测过程。其结果表明， 并行共焦检测过程总的光场分布， 是各条共焦检测光路的求和，

基于数字微镜器件并行共焦成像的光点阵列优化

数字微镜器件(DMD)的灵活性有助于实现并行共焦成像。设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统,分析了DMD光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响,得出了最优光点阵列参数。结果表明:光点越小,则横向和轴向分辨率越高;当光点间距大于光点大小时,增大光点间距对成像的横向分辨率无明显改善;对于1×1微镜,光点间距为光点大小的4倍时对应的图像对比度最高,即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言,最优光点阵列对应的横向分辨率优于512lp/mm,轴向分辨率可达7.82μm,均达到衍射极限。基于最优光点阵列的三维体光栅成像比宽场成像具有更高的分辨率和明显的层切效果,与激光扫描共焦成像相比无较大差距。基于DMD的并行共焦成像系统在保证高速成像的前提下,实现了高分辨率和高图像对比度的光学层切成像,在实时成像和三维成像中有一定的优势和应用前景。

并行差动共焦轴向测量宽场误差修正方法

并行差动共焦三维成像方法通过将照明光分割为多光束,实现多点并行探测,解决了传统差动共焦成像中逐点扫描导致的成像效率偏低的问题,是一种理想的快速高精度三维成像方法。然而,在并行差动共焦检测过程中,系统光照不均和光学成像系统的场曲都会引起测量误差。分析了宽场成像过程中不可避免的光照不均及光学系统场曲等因素对并行差动共焦轴向测量的影响,提出了一种宽场误差的修正方法,建立了并行差动共焦轴向测量宽场误差修正的理论模型。实验证明,该方法可以有效地抑制系统光照不均对测量结果的影响,并且校正了光学成像系统场曲等引起的轴向测量误差,保证了并行差动共焦纳米量级轴向测量准确度在全视场范围内的普适性。该方法实施过程简便,适用于其他并行共焦检测方法的误差修正。

一种全场三维共焦检测的新方法

提出了一种利用微光学阵列合成器件实现全场三维面形并行检测、记录的共焦方法。此方法的关键是，在共焦系统中引入了一微光学阵列合成器件来产生一点光源列阵，实现了对同一剖面同时并行检测，并首次采用了ＣＣＤ面阵像元取代小孔光阑直接截取三维信息光强。本文讨论了该方法的三维信息检测原理、响应关系，给出了初步的实验结果和三维重构图。

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

TH742 2000042945并行共焦三维检测方法的理论分析=Theoreticalanalysis on parallel confocal detecting method[刊,中]/田维坚(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室.浙江,杭州(310027)),陈波,郭履容,庞霖(四川大学信息光学研究中心.四川,成都(610064))//光学学报.-1999,19(10).-1381-1385从一般共焦系统的原理出发。