[发明专利]反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置

说明书

技术领域

 反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置属于超精密三维微细结构表面形貌测量领域，主要涉及一种反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置。

背景技术

微结构的加工应用主要体现在微电子技术、微系统技术和微光学技术三个方面，如计算机芯片、生物芯片和微透镜阵列等典型应用。上述技术其共同特征是具有三维结构、功能结构尺寸在微米、亚微米或纳米量级，这种结构的微纳米化不仅仅带来能源与原材料的节省，更推动了现代科技的进步，直接带动了相关产业的发展。随着微加工技术的飞速发展，能够对该类样品进行快速无损三维检测的仪器将拥有巨大的应用前景。 

美国专利US3013467，第一次公开了一种共焦成像技术，该发明通过引入点光源、点照明和点探测三点光学共轭的共焦成像技术，获得了对样品轮廓的轴向探测能力，配合水平方向载物台的移动进而实现三维测量。中国专利CN1395127A，公开了一种共焦显微测量系统。该发明利用共焦技术，通过在共焦光路中引入干涉光路，获得高灵敏度的干涉测量信号，实现对样品轴向的高精度测量。美国专利US6282020B1，公开了一种基于扫描振镜的共焦显微系统。该发明利用共焦原理，通过引入振镜扫描技术，获得了汇聚照明光斑在样品表面高速移动的能力，实现了快速共焦探测，提高了测量速度。但是上述三种方法都是将平行光束通过显微物镜汇聚到样品表面进行照明，当进行三维样品测量时，由于样品自身表面轮廓的高低起伏，对汇聚照明光束进行遮挡，会导致某些区域无法照明或者发生复杂反射，进而造成探测信号强度的衰减和背景噪声的增强，使得测量精度降低，甚至无法测量。

中国专利公开号CN1971333A，发明名称为采用虚拟针孔的共焦显微成像系统，公开了一种基于虚拟针孔技术的共焦显微成像系统，该发明利用在CCD采集到的二维数字图像上的相应位置设置虚拟针孔，通过计算机处理得到虚拟针孔内的光强信息，从而实现无实物针孔的共焦显微成像系统，从而具有针孔位置和大小可控，校准方便的特点。但是该发明基于基本的共焦点对点成像原理，一次探测只能对样品上一点进行成像，如想对被测样品的一定区域进行成像，需要外加机械三维扫描机构，从而导致测量速度难以提高。中国专利CN1632448A，发明名称为三维超分辨共焦阵列扫描显微探测方法及装置，公开了一种阵列针孔技术，通过在CCD前引入针孔阵列，实现并行共焦测量。但是该方法需要阵列针孔位置与CCD像素位置精密对准，从而导致装调困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置；该装置不仅可以避免现有会聚光束照明技术导致的某些区域无法照明或复杂反射的问题，有效解决探测信号强度衰减和背景噪声增强，造成的测量精度降低，甚至无法测量的问题，而且可以实现每个CCD相机像素前均有对应的荧光针孔存在，从而使得荧光随动针孔与CCD相机像素之间无需进行精密装调，同时使入射光束被荧光物质吸收后，发出比入射光束波长更短的光束，进而可以使用具有一定穿透能力的近红外激光器，近红外光被荧光物质吸收后，发出可见光，采用可见光波段的CCD相机，使得CCD相机具有更广泛的选择。

本发明的目的是这样实现的：

反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置，包括激光器、第一扫描振镜、第二扫描振镜、扫描透镜、第一光阑、第一成像透镜、分光镜、第二光阑、显微物镜、扫描载物台、管镜、荧光随动针孔、第二成像透镜、窄带滤光片和CCD相机；从激光器发出的光束经过第一扫描振镜和第二扫描振镜反射后，依次经过扫描透镜、第一光阑、第一成像透镜、分光镜、第二光阑、显微物镜照射到随扫描载物台轴向运动的被测微结构样品表面，构成角谱扫描照明光路；从被测微结构样品表面漫反射的光束再次经过显微物镜、第二光阑，并由分光镜反射，经管镜会聚到荧光随动针孔，激发出的荧光被第二成像透镜和窄带滤光片成像到CCD相机，构成荧光随动针孔探测光路；第一扫描振镜和第二扫描振镜的转轴相互垂直，扫描透镜的后焦平面与第一成像透镜的物平面重合于第一光阑所在平面；第一成像透镜的像平面与显微物镜的后焦平面重合于第二光阑所在平面；管镜的前焦平面与第二成像透镜的物平面重合于荧光随动针孔所在平面。CCD相机位于第二成像透镜像平面，滤光片放置于荧光随动针孔和CCD相机之间；所述的荧光随动针孔为均匀镀有具有反斯托克司性质的荧光物质的透明薄基底材料。

上述反斯托克司性质荧光随动针孔微结构角谱扫描测量装置，所述的透明薄基底材料为厚度不超过0.17mm的玻璃，上下表面平行且进行剖光处理。