一種可自動(dòng)調(diào)位和聚焦的納米膜厚測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)校正裝置和顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法的研究，屬于納米膜厚測(cè)量?jī)x測(cè)量領(lǐng)域。此測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位，聚焦系統(tǒng)采用電動(dòng)聚焦的方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)聚焦的微型馬達(dá)進(jìn)行控制。聚焦就是上下移動(dòng)鏡頭，而顯微鏡自動(dòng)校正則由步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲杠前后左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)定位。以某固定位置為起點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)顯微鏡以固定的步長(zhǎng)移動(dòng)，在運(yùn)行每一步之后，取一定數(shù)量的圖像，通過(guò)聚焦分析器對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算和分析，通過(guò)不同圖像之間的比較獲得聚焦最佳焦點(diǎn)的位置，以此類推，最終可獲得最終聚焦位置。使油膜干涉圖像清晰的反應(yīng)在計(jì)算機(jī)上。
【專利說(shuō)明】一種可自動(dòng)調(diào)位和聚焦的納米膜厚測(cè)量?jī)x
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米膜厚測(cè)量?jī)x膜厚測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]顯微鏡不僅廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的研究，而且還廣泛應(yīng)用于油膜厚度測(cè)量領(lǐng)域的研究；利用顯微鏡自動(dòng)定位和聚焦技術(shù)不僅可以提高實(shí)驗(yàn)與分析的速度，而且可以減少人為操作對(duì)顯微鏡成像質(zhì)量的影響。
[0003]自動(dòng)聚焦是機(jī)器人視覺、數(shù)字視頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是決定圖像質(zhì)量的重要因素，是獲取清晰圖像的第I步；聚焦性能取決于調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的準(zhǔn)確性和有效性，即評(píng)價(jià)函數(shù)必須具有無(wú)偏性好、單峰性強(qiáng)和較好的抗噪性能。圖像模糊的本質(zhì)是高頻分量的損失，聚焦圖像比離焦光干涉圖像包含更多的信息和細(xì)節(jié)，這是設(shè)計(jì)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的基礎(chǔ)。現(xiàn)有的顯微鏡自動(dòng)聚焦的方式是被觀察物體固定不動(dòng)，顯微鏡通過(guò)上下移動(dòng)來(lái)獲得最佳的聚焦位置，而這種方法不能直接應(yīng)用與納米膜厚測(cè)量?jī)x膜厚測(cè)量設(shè)備，因?yàn)樵谶@種設(shè)備里，被觀察物體是不動(dòng)的，而顯微鏡可以前后左右任意移動(dòng)的，這就影響顯微鏡精確聚焦，本次設(shè)備改造就可以很好的解決這問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)校正裝置和顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法，目的是為了實(shí)現(xiàn)顯微鏡自動(dòng)化，提高聚焦圖像分辨率。通過(guò)分析圖像，獲得最佳聚焦點(diǎn)。
[0005]本納米 膜厚測(cè)量系統(tǒng)的顯微鏡自動(dòng)聚焦方法如下:通過(guò)顯微鏡自動(dòng)調(diào)位和聚焦獲取油膜的光干涉圖像，對(duì)圖像進(jìn)行分析，尋找最佳的聚焦位置，詳細(xì)步驟如下:
(1)第一次聚焦，如圖2和圖3所示，以E(0，0)點(diǎn)和顯微鏡的最頂點(diǎn)起點(diǎn)，電機(jī)2沿軌道2以一定的步長(zhǎng)Al向前移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)I沿軌道I以一定的步長(zhǎng)BI向左移動(dòng)，當(dāng)電機(jī)2移動(dòng)nl*Al的步長(zhǎng)時(shí)(nl=l，2，3……)，當(dāng)nl=l時(shí)，電機(jī)I便以一定步長(zhǎng)n2*Bl向左移動(dòng)(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l, 2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)111=2，112=1，2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，CXD攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；以此類推，通過(guò)以上圖像進(jìn)行對(duì)比獲得最佳聚焦位置Pl ；
(2)第二次聚焦，以第一次聚焦位置(Pl-Ml)為起點(diǎn)，進(jìn)行第二次聚焦，電機(jī)2沿軌道2以一定的步長(zhǎng)A2(A2〈A1)向前移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)I沿軌道I以一定的步長(zhǎng)B2 (B2〈B1)向左移動(dòng)，當(dāng)電機(jī)2移動(dòng)nl*A2的步長(zhǎng)時(shí)(nl=l，2，3……)，當(dāng)nl=l時(shí)，電機(jī)I便以一定步長(zhǎng)n2*B2向左移動(dòng)(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l, 2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)nl=2，n2=l, 2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；以此類推，通過(guò)以上圖像進(jìn)行對(duì)比獲得最佳聚焦位置P2 ；
(3)第三次聚焦，以第二次聚焦的位置(P2-M2)為起點(diǎn)，進(jìn)行第三次聚焦，電機(jī)2沿軌道2以一定的步長(zhǎng)A2(A3〈A2)向前移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)I沿軌道I以一定的步長(zhǎng)B3(B3〈B2)向左移
動(dòng)，當(dāng)電機(jī)2移動(dòng)nl*A3的步長(zhǎng)時(shí)(nl=l, 2, 3......),當(dāng)nl=l時(shí)，電機(jī)I便以一定步長(zhǎng)n2*B3
向左移動(dòng)(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l，2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)nl=2，n2=l，2，3……時(shí)，聚焦馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭以固定的步長(zhǎng)Cl向下移動(dòng)，每移動(dòng)一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達(dá)到最大距離L時(shí)，分析器通過(guò)對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算；以此類推，通過(guò)以上圖像進(jìn)行對(duì)比獲得最佳聚焦位置P3。
本發(fā)明步驟(1)、(2)、(3)中分析器對(duì)每個(gè)位置的圖像進(jìn)行計(jì)算的具體步驟如下:
(1)將導(dǎo)軌的前后行程、左右行程以及聚焦行程分別分成N1、N2、N3等份分別相鄰的位置為Al、B1、Cl,每一個(gè)位置都連續(xù)拍攝M幅圖像；
(2)通過(guò)一定的原則選擇閾值T向量，然后提取出標(biāo)準(zhǔn)的光干涉圖像；
(3)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的光干涉圖像進(jìn)行分析，提取對(duì)應(yīng)每一點(diǎn)的光強(qiáng)值；
(4)計(jì)算與每個(gè)圖像相對(duì)應(yīng)的聚焦值評(píng)價(jià) 函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法和顯微鏡自動(dòng)校正裝置，其特征在于:步進(jìn)電機(jī)(I)通過(guò)高精度的滾珠絲杠控制上軌道左右移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)(2)通過(guò)高精度的滾珠絲杠控制下軌道前后移動(dòng)，顯微鏡上的聚焦馬達(dá)可自動(dòng)的上下移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法和顯微鏡自動(dòng)校正裝置，其特征在于:步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠連接來(lái)實(shí)現(xiàn)顯微鏡的調(diào)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法和顯微鏡自動(dòng)校正裝置，其特征在于:可通過(guò)控制器與步進(jìn)電機(jī)(1)，(2)相連，實(shí)現(xiàn)顯微鏡位置的自動(dòng)校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法和顯微鏡自動(dòng)校正裝置，其特征在于:通過(guò)聚焦馬達(dá)與控制器相連，實(shí)現(xiàn)了顯微鏡自動(dòng)聚焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測(cè)量?jī)x上的顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦的方法和顯微鏡自動(dòng)校正裝置，其特征在于:合理的選擇聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)顯微鏡自動(dòng)聚焦，并獲得清晰的干涉圖像。
【文檔編號(hào)】G02B21/36GK103529544SQ201310534878
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】劉劍平, 劉煥寶, 杜樂(lè)瑤, 聶萍 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)