[go: up one dir, main page]

CN118603312A - 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置 - Google Patents

一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN118603312A
CN118603312A CN202410697525.9A CN202410697525A CN118603312A CN 118603312 A CN118603312 A CN 118603312A CN 202410697525 A CN202410697525 A CN 202410697525A CN 118603312 A CN118603312 A CN 118603312A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
peak
double
measurement
line scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202410697525.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN118603312B (zh
Inventor
卢文龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202410697525.9A priority Critical patent/CN118603312B/zh
Publication of CN118603312A publication Critical patent/CN118603312A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN118603312B publication Critical patent/CN118603312B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/04Slit arrangements slit adjustment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0237Adjustable, e.g. focussing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/024Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using means for illuminating a slit efficiently (e.g. entrance slit of a spectrometer or entrance face of fiber)
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1295Plural entry slits, e.g. for different incidences

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

本发明提供了一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置,涉及光谱共焦测量领域技术领域;方法包括:根据通过色散共焦组件的光线,在待测物上形成多个测量光斑;将滤波窗放置在待测物的中心位置,截取光斑中心,得到单峰特征信号;沿扫描方向不断移动滤波窗,直至单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰;截取光斑护栏位置,在光斑护栏位置采集测量光斑的光谱功率分布信号并进行处理,得到双峰特征信号;对双峰特征信号进行峰值特征定位,并对峰值特征信号进行处理,得到测量结果。本发明沿扫描方向将滤波窗进行偏移产生双峰信号,获得更稳健的光谱功率分布信号,从而提高了输出结果的精确度和准确度。

Description

一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置
技术领域
本发明涉及光谱共焦测量领域技术领域,尤其涉及一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置。
背景技术
色散共焦传感器(Chromatic Confocal Microscope, CCM)由于探头容差极限角大、测头体积小、具有轴向层析能力、响应速度快等显著优势,可以在保持高度轴向分辨率和高度径向分辨率的同时实现高效扫描,在电子制造、航空航天、激光核聚变、汽车、生物、IC制造等领域具有广泛的应用前景。
常见的点扫描CCM光学配置为快照配置,如图1所示,包括测头和光谱分析两大部分。特殊设计的色散透镜组能够产生线性色差使得不同波长聚焦在轴向不同位置;共焦针孔作为滤波器,聚焦的波长返回无损失,而其他波长损失严重,从而可以得到单峰光谱信号。当样品移动时,单峰光谱信号的峰值波长随之发生变化。通过分析反射光的光谱功率分布 (SPD),可以得到聚焦光的聚焦波长,进而得到测量距离。由此可见,聚焦光的聚焦波长和相关的SPD信号在CCM中是至关重要的,CCM的研究重点便是减少散焦光以区分SPD信号和聚焦光。
点扫描CCM(PS-CCM)通常是在样品中进行二维扫描,并以逐点的方式构造图像;PS-CCM帧速率慢,很容易受到运动伪影的影响。线扫描CCM(LS-CCM)通常是将多个PS路径集成到单个宽场光路径中,扫描样品中的一维焦线,并以逐行方式生成图像;虽然LS-CCM理论上可以提供更高的帧速率,但是,LS-CCM的SPD信号存在严重的峰值特征退化问题,使得其精度和准确度远远低于同规格的PS-CCM。
为了提高扫描效率,近年来对国内外的线扫描色散共焦技术开展了广泛研究。当色散共焦传感技术由点扫描模式发展到线扫描模式时,散焦光的影响和SPD信号的特征衰减越来越严重,通过聚焦光的增强来提高峰值的提取精度将不再适宜。一方面,这是由于色散透镜组的大视场(FOV)设计要求,大视场设计要求是为了确保扫描线上所有测量点的图像质量,再加上F数的限制,色散透镜组只能使用较小的孔径,从而导致SPD信号质量的严重下降。另一方面是由于来自其他测量点的信号串扰,信号串扰主要由光学点扩散现象引起信号串扰,它的存在也会降低图像质量。
因此,随着扫描模式由点到线的变化,排除散射光的影响和避免SPD信号的峰值特征退化变得越来越困难。
发明内容
本发明提供一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置,用以解决目前LS-CCM存在严重的峰值特征衰减而导致的测量距离的精度和准确度大大低于同规格的PS-CCM的问题。
第一方面,本发明提供一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,所述方法包括:
根据通过色散共焦组件的光线,在待测物上形成多个测量光斑;
将滤波窗放置在待测物的中心位置,截取光斑中心,得到单峰特征信号;
沿扫描方向不断移动所述滤波窗,直至所述单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰;截取光斑护栏位置,在所述光斑护栏位置采集所述测量光斑的光谱功率分布信号并进行处理,得到双峰特征信号;
对所述双峰特征信号进行峰值特征定位,并对峰值特征信号进行处理,得到测量结果。
进一步的,所述移动距离根据光谱功率分布信号的信号强度来进行调整。
进一步的,所述信号强度根据所述光谱功率分布信号的全宽半高变化来确定。
进一步的,利用重心法进行峰值特征定位。
进一步的,对所述峰值特征信号进行处理,得到测量结果包括:
直接利用主成分分析法对所述双峰特征信号进行处理,得到一个与测量结果呈线性映射关系的中间变量;将已知中间变量直接输入线性映射关系中,得到测量结果。
进一步的,所述中间变量为聚焦光的色度。
进一步的,单个测量光斑的光谱功率分布信号的得到方式包括:
以当前测量光斑为原点,沿扫描方向和测量方向建立坐标系;
测量点的强度是沿测量方向x 的所有串扰点的强度的叠加。
进一步的,将串扰叠加强度沿测量方向积分,得到所述测量点的强度为:
其中,表示距离为的串扰叠加强度。
进一步的,所述色散共焦组件包括共轭设置的光源狭缝和滤光片狭缝;
第二方面,本发明还提供了一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量装置,包括光源组件、色散共焦透镜组件和光谱分析组件,用以实现如上述任一项所述方法的步骤。
总体而言,本发明提供一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置,通过本发明所构思的技术方案,与现有技术相比能够取得下列有益效果:
利用共轭狭缝的功能,沿扫描方向将滤波窗进行偏移,从而产生双峰信号,以获得更稳健的光谱功率分布信号,从而提高了最终输出结果的精确度和准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中常见的色散共焦测量装置;
图2本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的方法示意图;
图3是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的色散共焦组件示意图;
图4是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的点扩散函数随光谱的变化示意图;
图5是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的移动滤波窗所得到双峰信号的原理示意图;
图6是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的FWHM和信号强度随滤波窗的移动距离变化的示意图;
图7是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的单个测量光斑在有无串扰时不同径向距离下的SPD信号强度示意图;
图8是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的串扰点的强度叠加示意图;
图9是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的以PCA 输出结果为中间变量的SPD信号处理示意图;
图10是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的同样配置下的单峰特征信号和双峰特征信号对比示意图;
图11是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的所有测量点的精度测试数据和误差示意图;
图12是本发明提供的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置的单峰信号模式和双峰信号模式的误差分布比较示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图以及实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在本发明实施例的描述中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的方法、步骤或装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种方法、步骤或装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的方法、步骤或装置还存在另外的相同要素。
本发明提供一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,以解决峰值特征退化问题。通过偏置滤波狭缝得到两个最大半峰使全宽较小的全宽半高峰值特征;与相同硬件配置的传统单峰信号模式的测量方式相比较,利用双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方式所获得的特征定位更稳健,测量结果更精准。
具体而言,如图2所示,方法包括:根据通过色散共焦组件的光线,在待测物上形成多个测量光斑;将滤波窗放置在待测物的中心位置,截取光斑中心,得到单峰特征信号;沿扫描方向不断移动滤波窗,直至单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰;截取光斑护栏位置,在光斑护栏位置采集测量光斑的光谱功率分布信号并进行处理,得到双峰特征信号;对双峰特征信号进行峰值特征定位,并对峰值特征信号进行处理,得到测量结果。
需要说明的是,传统的CCM采用微透镜阵列(MLA)、数字微镜装置(DMD)或扫描振镜来减少或避免检测传感器之间的潜在串扰。但随着扫描模式从点到线的变化,排除散射光的影响和避免SPD信号的峰值特征退化变得越来越困难。因此,本发明不再考虑聚焦光的增强,而是可以在色散共焦组件中设置光源狭缝和滤光片狭缝,将滤光片狭缝与光源狭缝进行共轭安装,让聚焦光通过并阻挡大部分散射光,同时沿扫描方向不断移动滤波窗,使单峰裂变为双峰,获得更为稳健的峰值特征,实现更为精准的峰值定位,得到测量结果。
如图3所示,为一种色散共焦组件示意图,根据傅里叶光学原理,被测物的表面的光场分布为:
其中,,表示光源狭缝的位置;,表示被测物的表面的位置;表示色散镜组P1的三维点扩散函数(PSF);,表示色散镜组P1的投影矩阵。
考虑到被测物反射的影响,被测物的表面反射后的光强分布为:
其中,是反射模式显微镜测量对象的振幅反射率,由于只考虑镜面反射,因此
以反射光的强度分布为对象,光线入射到色散镜组P2上,最后到达滤光片狭缝表面
则滤光片狭缝上的光场强度分布为:
其中,表示滤光片狭缝表面的位置;,表示色散镜组P2的共轭投影矩阵。
基于被测物的表面光强分布、被测物的表面反射后的光强分布、以及滤光片狭缝上的光场强度分布得到整个光路的等效三维点扩散函数。
作为一个实施例,整个光路的等效三维点扩散函数为:
由于在CCM中,不同波长的测量光斑分布与轴向距离呈线性关系;其中,线性关系只受色散透镜组的光学设计的影响,一般线性度或更高;因此,不同波长的测量光斑分布与轴向距离呈线性关系可以用二次多项式进行拟合,具体为:
点扩散函数随光谱的变化如图4所示,给出了不同波长下滤光片狭缝表面的测量光斑,其中,500nm为本发明设计的一种聚焦波长,可以看出不同波长的测量光斑之间的强度分布变化以及测量光斑内对应的一维强度分布。
将滤波窗放置在待测物的中心位置,截取光斑中心,得到单峰特征信号;沿扫描方向不断移动滤波窗,直至单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰;截取光斑护栏位置,在光斑护栏位置采集测量光斑的光谱功率分布信号并进行处理,得到双峰特征信号。
需要说明的是,可以利用滤波片狭缝改变SPD信号模式,将单峰特征信号改变为双峰特征信号。滤波窗的作用是截取光斑中心,以便进行后续频谱分析。
在现有技术中,滤光窗一般放置在中心位置,获取大部分聚焦光,以截取光斑中心,并像光阑一样阻挡散焦光,导致在光谱分析中,聚焦光的波长强度份额明显增加,从而得到SPD的单峰特征信号。但是当进行线扫描时,来自色散共焦组件的SPD的单峰特征信号会明显退化。
为了获得更稳健的SPD特征信号,如图5所示,本发明沿扫描方向不断移动滤波窗,直至单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰,得到双峰特征信号。此时,滤波窗不再截取光斑中心,而是截取光斑护栏位置;在光斑护栏位置,聚焦波长的前后有两个显著强度的SPD峰值特征,也即是双峰特征信号。
需要说明的是,为了使单峰更好的裂变为单峰,SPD信号处理中各波长都是等效的。移动距离可以根据光谱功率分布信号的信号强度来进行调整。信号强度根据光谱功率分布信号的全宽半高变化来确定。
换句话说,用峰值特征的全宽半高(FWHM)衡量信号强度。半高宽越小,峰值特征越突出,越稳健。
需要说明的是,可以基于重心法进行双峰特征定位,峰值特征越突出则重心法越容易定位峰值特征。
作为本发明的一个具体实施例,如图6所示,为FWHM和信号强度随滤波窗的移动距离变化的示意图;信号强度随着移动距离的增加而减小,SPD信号的峰值特征的FWHM先增大后减小,SPD的半高宽变化是对其特性变化的直接反应。
随着移动距离的增加,单峰特征逐渐变宽,且FWHM不断增加,当移动距离为21时,单峰信号和双峰信号开始过渡,单峰中间有一个凹陷,该凹陷逐渐分裂成两个峰;当移动距离为24时,形成双峰特征。但当移动距离的继续增大时,会导致双峰特征的FWHM进一步减小,信号强度会被过度衰减,不利于信号的采集。因此,在移动距离约24时,可以保证信号强度足够,特征更加突出。此外,还可以根据光学元件加工误差、装配对准误差等因素与FWHM综合调整移动距离。
当单峰裂变为双峰时,不断调整移动距离,得到信号强度较强的SPD信号;然后在光斑护栏位置采集测量光斑的SPD信号并进行处理,得到双峰特征信号。
需要说明的是,SPD信号可以是单个测量在有串扰下的所产生的,也可以单个测量在无串扰下产生的,如图7所示,(a-c)为单个测量光斑在无串扰时,不同径向距离下的SPD信号强度;(d-f)为单个测量光斑在有串扰时,不同径向距离下的SPD信号强度。
作为一个实施例,当有串扰时,单个测量光斑的SPD信号的得到方式包括:以当前测量光斑为原点,沿扫描方向和测量方向建立坐标系;测量点的强度是沿测量方向的所有串扰点的强度的叠加。
需要说明的是,由于测量方向上的测量光斑最密集,每个测量光斑的点扩散函数都是当前测量光斑和设定范围内的相邻测量光斑的点扩散函数的叠加,因此,如图8所示,测量点的强度是沿测量方向的所有串扰点的强度的叠加。
优选的,将串扰叠加强度沿测量方向积分,得到测量点的强度为:
其中,表示距离为的串扰叠加强度。
作为本发明的一个实施例,对峰值特征信号进行处理,得到测量结果包括:直接利用主成分分析法对双峰特征信号进行处理,得到一个与测量结果呈线性映射关系的中间变量;将已知中间变量直接输入线性映射关系中,得到测量结果。
从信号处理角度来看,从SPD信号到测量距离d的信号解析过程是多维(光谱维度)信号的主成分分析(PCA)过程。在这一过程中,聚焦波长作为传递距离信息的中间变量,是SPD信号的特征定位结果,也是λ-d映射关系的输入信息。但是聚焦波长在距离信息传递中并没有明显优势,因此本发明利用了一种不使用聚焦波长的SPD信号求解方法,直接使用主成分分析对SPD双峰特征信号进行处理,可以得到一个与测量距离具有较强线性关系的一个中间变量。
作为本发明的一个实施例,中间变量为聚焦光的色度。如图9所示,为聚焦光的色度与测量的多项式映射,而不是聚焦波长与测量距离的多项式映射。由此产生的误差会在λ-d映射关系的多项式拟合解中得到补偿,因此,聚焦波长并不是色散镜组中最合适的中间变量,也即是说聚焦波长作为中间变量并不是不可替代的。
需要说明的是,本发明中的信号模式变化的前提是聚焦波长作为中间变量是可以被替代的;这是因为如果没有聚焦波长作为中间变量,就可以在SPD信号上生成其他类型的特征,并将其用作更稳健的中间变量,从而提高最终输出结果的精确度。
为了验证本发明的双峰信号模式的线扫描色散共焦测量结果的精确性,进行了双峰信号模式线扫描 CCM的精度验证。
另一方面,本发明还提供一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量装置,包括光源组件、色散共焦透镜组件和光谱分析组件,用以实现上述任一方法的步骤。
作为本发明的一个具体实施例,该测量装置使用的光源狭缝可以为0.025*8毫米,使用的滤光片狭缝可以为0.010*8 毫米;有效波长范围可以为400-800 nm;测量线长可以为4-6 mm;测量范围可以为4 mm;工作距离大于200 mm;测量最大容限倾斜角可以为±33°。色散共焦透镜组件中的色散元件可以为800线密度反射光栅;光谱信号接收器可以为相机,其在扩频方向上的分辨率决定了频谱分析的精度,而在测量方向上的分辨率决定了沿测量线的点数和分布。
在测量范围内,驱动电机以设定步长移动平面镜,每移动一步,同时采集双频激光干涉仪的读数和线扫描CCM信号,如图10所示,得到同样配置下的单峰特征信号和双峰特征信号,对比可以发现,双峰模式(c-d)的全宽半高明显小于单峰模式(a-b),这表明利用重心法进行特征定位可以在双峰信号模式中获得更稳健的结果。
由于光源狭缝处光照不均匀,测量方向两端的测量光斑的信号强度一般较弱,因此,本发明的方法还包括,将多个测量光斑进行筛选,筛选包括:移除测量方向两端的测量光斑。
为了更合理、更直观地比较不同测量点之间的误差,使用参数M和来描述误差分布,M表示误差的总体平均值,表明误差分布中心与0毫米的偏差,反映线扫描CCM的准确度;代表误差分布的标准偏差,表示误差分布的可能范围,反映仪器的精密度。作为本发明的一个具体实施例,如图11所示,(a)为将多个测量光斑进行筛选后的精度测量数据;(b)和(c)分别为对应的单峰信号误差和双峰信号误差。点序维度为沿测量线的点序列;步序维度为驱动电机的步数;距离和误差为来自线扫描CCM 的读数以及相对于参考距离的误差。
此外,本发明还比较了单峰信号模式和双峰信号模式的误差分布,如图12所示,可以看出双峰模式的误差值在0mm左右显著稳定。此外,双峰模式的误差值比单峰模式的误差值小得多,表明双峰信号模式下的测量方式具备更好的精确度和精确度,可以使图像传感器像素(CCLS仪器)的精度提高40%。
总之,本发明提出一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置,利用共轭狭缝的功能,沿扫描方向将滤波窗进行偏移,从而产生双峰信号,增了强抗串扰能力,以获得更稳健的光谱功率分布信号,从而提高了最终输出结果的精确度和准确度;在硬件配置相同的情况下,所述双峰信号模式的测量方法的测量精度比单峰信号模式的测量方法的测量精度高40%。
需要说明的是,对于前述的各个实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的方法或系统,可通过其它的方式实现。例如,以上所描述的实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储器中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各个电路中的全部或部分可以通进程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储器中,存储器可以包括:闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory, ROM)、随机存取器(Random Access Memory,RAM)、磁盘或光盘等。
以上所述者,仅为本公开的示例性实施例,不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰,皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后,将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的范围和精神由权利要求限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,所述方法包括:
根据通过色散共焦组件的光线,在待测物上形成多个测量光斑;
将滤波窗放置在待测物的中心位置,截取光斑中心,得到单峰特征信号;
沿扫描方向不断移动所述滤波窗,直至所述单峰特征信号逐渐凹陷,单峰裂变为双峰;截取光斑护栏位置,在所述光斑护栏位置采集所述测量光斑的光谱功率分布信号并进行处理,得到双峰特征信号;
对所述双峰特征信号进行峰值特征定位,并对峰值特征信号进行处理,得到测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,所述移动距离根据光谱功率分布信号的信号强度来进行调整。
3.根据权利要求2所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,所述信号强度根据所述光谱功率分布信号的全宽半高变化来确定。
4.根据权利要求1所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,利用重心法进行峰值特征定位。
5.根据权利要求1所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,对所述峰值特征信号进行处理,得到测量结果包括:
直接利用主成分分析法对所述双峰特征信号进行处理,得到一个与测量结果呈线性映射关系的中间变量;将已知中间变量直接输入线性映射关系中,得到测量结果。
6.根据权利要求5所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,所述中间变量为聚焦光的色度。
7.根据权利要求1所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,单个测量光斑的光谱功率分布信号的得到方式包括:
以当前测量光斑为原点,沿扫描方向和测量方向建立坐标系;
测量点的强度是沿测量方向x 的所有串扰点的强度的叠加。
8.根据权利要求7所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,将串扰叠加强度沿测量方向积分,得到所述测量点的强度为:
其中,表示距离为的串扰叠加强度。
9.根据权利要求1所述的一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法,其特征在于,所述色散共焦组件包括共轭设置的光源狭缝和滤光片狭缝。
10.一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量装置,其特征在于,包括光源组件、色散共焦透镜组件和光谱分析组件,用以实现如权利要求1~9任一项所述方法的步骤。
CN202410697525.9A 2024-05-31 2024-05-31 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置 Active CN118603312B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410697525.9A CN118603312B (zh) 2024-05-31 2024-05-31 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410697525.9A CN118603312B (zh) 2024-05-31 2024-05-31 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN118603312A true CN118603312A (zh) 2024-09-06
CN118603312B CN118603312B (zh) 2025-04-18

Family

ID=92547404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410697525.9A Active CN118603312B (zh) 2024-05-31 2024-05-31 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118603312B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106404173A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 聚光科技(杭州)股份有限公司 校正光谱漂移的方法及装置
CN107356331A (zh) * 2017-07-05 2017-11-17 中国科学院光电研究院 可调多峰且实现光谱分辨率直接测量的光源
CN112129702A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 飞秒激光研究中心(广州)有限公司 多模态信号采集装置及方法、激光影像系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106404173A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 聚光科技(杭州)股份有限公司 校正光谱漂移的方法及装置
CN107356331A (zh) * 2017-07-05 2017-11-17 中国科学院光电研究院 可调多峰且实现光谱分辨率直接测量的光源
CN112129702A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 飞秒激光研究中心(广州)有限公司 多模态信号采集装置及方法、激光影像系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭秋然 等: "光谱共焦传感器光轴与被测平板间垂直度误差校准方法", 《中国测试》, 13 November 2023 (2023-11-13), pages 11 *
王佳怡 等: "光纤式色散共焦三维测量系统及算法比较研究", 《光子学报》, vol. 50, no. 11, 8 December 2021 (2021-12-08), pages 131 - 144 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN118603312B (zh) 2025-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7271897B2 (en) Method for increasing the spectral and spatial resolution of detectors
US6184974B1 (en) Apparatus and method for evaluating a target larger than a measuring aperture of a sensor
JP6087993B2 (ja) イメージ走査のための方法及び装置
US10365468B2 (en) Autofocus imaging
US10067058B1 (en) Auto-focus system
CN103267482A (zh) 一种高精度位移检测装置及方法
US20160267658A1 (en) Scanning Microscope and Method for Determining the Point Spread Function (PSF)of a Scanning Microscope
JP2021530714A (ja) クロマティック共焦点エリアセンサ
CN116182738B (zh) 基于分波段多光谱的薄膜表界面轮廓同步测量方法及装置
CN113138022A (zh) 光谱反射率检测方法、系统、设备及计算机可读存储介质
US5255069A (en) Electro-optical interferometric microdensitometer system
CN118603312B (zh) 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置
CN108489613B (zh) 一种体全息光栅型空间外差拉曼成像光谱仪光路结构
CN118980497B (zh) 一种基于ned镜头的成像光谱仪点扩散函数的测量方法及装置
KR101054017B1 (ko) 분광기의 보정방법
CN205352958U (zh) 一种高速大范围高分辨率成像系统
US6172785B1 (en) Light-scanning device
CN119880821A (zh) 一种多层薄膜结构无损检测装置与方法
CN112985777A (zh) 一种emccd组件的调制传递函数测试系统及测试方法
CN203310374U (zh) 一种高精度位移检测装置
CN116399244A (zh) 基于宽谱激光和波前编码的高分辨率表面测量方法与装置
US11204234B1 (en) High speed wide field autocollimator
EP2390706A1 (en) Autofocus imaging.
Hahn et al. Novel snapshot hyperspectral imager based on diffractive elements
EP4291865B1 (en) Method and system for characterizing a focusing optical element

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant