本發(fā)明涉及一種基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置，用于高精度顯微鏡系統(tǒng)的測量標(biāo)定，屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

顯微物鏡傳統(tǒng)的檢測方法是觀察星點(diǎn)像的情況來判斷物鏡的成像質(zhì)量。這種方式有諸多弊端：由于是人眼觀察，所以真能針對可見光普段評價(jià)物鏡性能；需要觀測者的主觀判斷，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的檢測人員才能準(zhǔn)確的判斷；只能定性的判斷，無法定量；無法了解物鏡焦深情況；無法判斷畸變的情況。隨著科技的發(fā)展，對物鏡的制造和檢測標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，物鏡使用的普段也不再僅限于可見光，需要定量的測量出物鏡的綜合成像能力，并且需要測量出精確焦深和畸變來滿足系統(tǒng)要求，傳統(tǒng)的檢測方式已經(jīng)無法滿足這些要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置，該測試裝置通過標(biāo)定高精度顯微鏡模組并配合精密移動(dòng)導(dǎo)軌，從而可以精確的測量出顯微鏡及其各個(gè)模組的全景深全視場的具體性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置，包括測試平臺以及位于測試平臺上的相機(jī)模組、筒鏡模組、物鏡模組、目標(biāo)板、光源模組以及機(jī)械平移模組，所述機(jī)械平移模組與測試平臺相互契合連接，機(jī)械平移模組相對測試平臺沿縱向上下運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)板通過物鏡模組和筒鏡模組成像到相機(jī)模組上，目標(biāo)板固定在機(jī)械平移模組的連接件上，目標(biāo)板通過機(jī)械平移模組相對測試平臺沿縱向上下運(yùn)動(dòng)；還包括數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元包括中央處理單元以及分別與中央處理單元連接的采集模塊和驅(qū)動(dòng)模塊；其中，采集模塊連接相機(jī)模組，相機(jī)模組將采集到的圖片通過采集模塊傳輸給中央處理單元，驅(qū)動(dòng)模塊連接機(jī)械平移模組。

其中，所述目標(biāo)板通過光刻的方式在目標(biāo)板上刻畫亞微米線寬的目標(biāo)，包括橫向，縱向和45度多個(gè)方向的條紋和對比度方格。

其中，所述目標(biāo)板包括mtf/ctf測試目標(biāo)板、畸變測試目標(biāo)板和空白測試目標(biāo)板。

其中，所述機(jī)械平移模組包括z軸移動(dòng)導(dǎo)軌，z軸移動(dòng)導(dǎo)軌的移動(dòng)精度小于物鏡的1倍焦深的四分之一。

其中，所述光源模組包括目標(biāo)板的背光照明、目標(biāo)板的側(cè)向照明和通過物鏡模組對目標(biāo)板的同軸照明。

本發(fā)明測試裝置的測試原理采用成像原理，目標(biāo)板通過被測物鏡和標(biāo)準(zhǔn)筒鏡成像到相機(jī)上，相機(jī)采集到的像作為數(shù)據(jù)處理單元的輸入；目標(biāo)板通過高精度z軸導(dǎo)軌沿縱向進(jìn)行精密移動(dòng)，每移動(dòng)待測景深的十分之一就進(jìn)行一次圖像采集；然后通過數(shù)據(jù)處理單元處理，還原出可以評估物鏡性能的mtf/ctf以及thoughfocusmtf/ctf曲線；將測試目標(biāo)板替換成畸變測試目標(biāo)板，畸變是通過采集分劃板上網(wǎng)格線圖像，進(jìn)行分析計(jì)算，還原出物鏡的畸變曲線，從而既可以定性又可以定量顯示出待測物鏡的綜合成像能力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果為：

本發(fā)明測試裝置能夠通過測量顯微鏡系統(tǒng)的綜合光學(xué)成像性能(mtf/ctf)，畸變和焦深而對顯微鏡系統(tǒng)以及其相對應(yīng)的光學(xué)，電子和機(jī)械子系統(tǒng)進(jìn)行性能測試評估，包括顯微物鏡，筒鏡，工業(yè)相機(jī)，照明和機(jī)械移動(dòng)平臺等子系統(tǒng)，也可以用來評估標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)測試目標(biāo)板；該測試設(shè)備能夠?qū)θ我獠ǘ蔚墓鈱W(xué)性能進(jìn)行分析，能夠提供精確的測量來評斷高精度顯微鏡及子系統(tǒng)的光學(xué)性能，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的顯微鏡檢測方式無法對高精度高倍顯微系統(tǒng)進(jìn)行高精度標(biāo)定的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置所有景深軸上和軸外全視場的mtf/ctf測試目標(biāo)板的局部放大圖；

圖4為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置畸變測試目標(biāo)板的局部放大圖；

圖5為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置中數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)處理芯片處理流程圖，包括mtf/ctf，畸變和場曲的計(jì)算；

圖6為本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置光源和相機(jī)檢測的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于此。

如圖1～2所示，本發(fā)明基于模組化高精度顯微鏡系統(tǒng)的測試裝置，包括測試平臺5以及位于測試平臺5上的相機(jī)模組1、筒鏡模組2、物鏡模組3、目標(biāo)板8、光源模組4以及機(jī)械平移模組6；相機(jī)模組1、筒鏡模組2和物鏡模組3依次相互配合連接，光源模組4中對目標(biāo)板8的同軸照明光源位于鏡筒模組2上，機(jī)械平移模組6與測試平臺5相互契合連接，機(jī)械平移模組6相對測試平臺5沿縱向上下運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)板8通過物鏡模組3和筒鏡模組2成像到相機(jī)模組1上，目標(biāo)板8固定在機(jī)械平移模組6的連接件7上，目標(biāo)板8通過機(jī)械平移模組6帶動(dòng)一起相對測試平臺5沿縱向的上下運(yùn)動(dòng)；還包括數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元包括中央處理單元以及分別與中央處理單元連接的采集模塊和驅(qū)動(dòng)模塊；其中，采集模塊連接相機(jī)模組1，相機(jī)模組1將采集到的圖片通過采集模塊傳輸給中央處理單元，驅(qū)動(dòng)模塊連接機(jī)械平移模組6，中央處理單元通過驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)機(jī)械平移模組6沿縱向進(jìn)行精密移動(dòng)，機(jī)械平移模組6帶動(dòng)目標(biāo)板8每次移動(dòng)的距離和移動(dòng)的次數(shù)都由中央處理單元對其發(fā)出指令。測試裝置作為一個(gè)整體顯微鏡系統(tǒng)，相機(jī)模組、筒鏡模組、物鏡模組、目標(biāo)板、光源模組以及機(jī)械平移模組分別作為顯微鏡系統(tǒng)下面的子系統(tǒng)。

由于顯微鏡系統(tǒng)分辨率極高，達(dá)到亞微米級別，通過光刻的方式在目標(biāo)板8上刻畫亞微米線寬的目標(biāo)，如圖3所示，包括橫向，縱向和45度多個(gè)方向的條紋和對比度方格等；筒鏡模組2和顯微物鏡模組3需要在一定的視場角內(nèi)達(dá)到衍射極限，畸變及場曲盡量小并且精確定標(biāo)，在系統(tǒng)標(biāo)定或測量時(shí)有效的用軟件消除標(biāo)準(zhǔn)模組引入的光學(xué)品質(zhì)影響；光源照明模組4提供平面空間和角度空間的均勻照明并大于顯微物鏡視場，均勻性和時(shí)間上的穩(wěn)定性均被高精度標(biāo)定用于后期系統(tǒng)性消除影響；相機(jī)1的分辨率可以根據(jù)被測物鏡3倍率以及分辨能力來選擇，相機(jī)1的暗噪音，線性動(dòng)態(tài)空間，空間均勻度，時(shí)間穩(wěn)定度等被基于積分球的方法高精度定標(biāo)，用于后期系統(tǒng)補(bǔ)償修正；高精度移動(dòng)z軸導(dǎo)軌6的移動(dòng)精度小于最高倍數(shù)的顯微物鏡的1倍焦深的四分之一，理想值小于1倍焦深的十分之一，線性度和重復(fù)性被高精度定標(biāo)用于后期系統(tǒng)補(bǔ)償修正；數(shù)據(jù)處理單元是用來分析采集的目標(biāo)像來計(jì)算顯微鏡系統(tǒng)的綜合光學(xué)成像性能，包括所有景深的軸上和軸外全視場的mtf/ctf，畸變和場曲；調(diào)用相對應(yīng)的系統(tǒng)補(bǔ)償數(shù)據(jù)計(jì)算待測物的性能參數(shù)，繪制出詳細(xì)的全景深全視場的mtf/ctf，畸變曲線，生成測試結(jié)論和報(bào)告，并通過數(shù)據(jù)處理單元顯示出來。

如圖5所示，mtf/ctf計(jì)算，通過待測物鏡采集mtf/ctf目標(biāo)板原始圖像，依次經(jīng)過邊界性能處理以及進(jìn)行l(wèi)sp對比度計(jì)算后，最終計(jì)算得到mtf/ctf值。

畸變的計(jì)算，通過待測物鏡采集畸變目標(biāo)板原始圖像，點(diǎn)定位計(jì)算出圖像中每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算圖像點(diǎn)與理論位置的差值，從而得到畸變曲線。

焦深與場曲的計(jì)算，首先在軟件中設(shè)置目標(biāo)板需要移動(dòng)的次數(shù)和每次移動(dòng)的距離，然后調(diào)整物鏡在最佳焦面位置；調(diào)用前面的mtf/ctf計(jì)算流程對圖像進(jìn)行mtf/ctf計(jì)算，對每個(gè)位置的圖像均進(jìn)行一次mtf/ctf計(jì)算，所有位置計(jì)算完成后計(jì)算throughfocusmtf/ctf曲線，最后計(jì)算場曲。

本發(fā)明測試裝置根據(jù)不同的待測子系統(tǒng)進(jìn)行模組化調(diào)整：

當(dāng)測試顯微鏡整體系統(tǒng)時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組和標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測顯微鏡，通過被測顯微鏡所成的像分析顯微鏡的光學(xué)性能；

當(dāng)測試顯微物鏡時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)筒鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組和標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測顯微物鏡，通過被測顯微鏡所成的像分析顯微物鏡的光學(xué)性能；

當(dāng)測試筒鏡模組時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)物鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組和標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測筒鏡，通過被測顯微鏡所成的像分析顯微待測筒鏡的光學(xué)性能；

當(dāng)測試光源模組時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組，配合待測光源，通過被測顯微鏡所成的像分析待測光源的光學(xué)性能；

當(dāng)測試相機(jī)模組時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測相機(jī)，通過被測顯微鏡所成的像分析待測相機(jī)的光學(xué)性能；

當(dāng)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)板時(shí)，測試平臺架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組和標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測目標(biāo)板，通過被測顯微鏡所成的像標(biāo)定待測目標(biāo)板；

當(dāng)測試機(jī)械平移模組時(shí)，測試平臺架構(gòu)高分辨率標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)版，標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡模組，標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)模組和標(biāo)準(zhǔn)光源模組，配合待測機(jī)械平臺，通過被測顯微鏡所成的像標(biāo)定待測機(jī)械平臺性能。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。