一種基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置的制作方法

本發明涉及一種基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置，用于高精度顯微鏡系統的測量標定，屬于光學測量技術領域。

背景技術：

顯微物鏡傳統的檢測方法是觀察星點像的情況來判斷物鏡的成像質量。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物鏡性能；需要觀測者的主觀判斷，需要經驗豐富的檢測人員才能準確的判斷；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。隨著科技的發展，對物鏡的制造和檢測標準更加嚴格，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要求，傳統的檢測方式已經無法滿足這些要求。

技術實現要素：

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置，該測試裝置通過標定高精度顯微鏡模組并配合精密移動導軌，從而可以精確的測量出顯微鏡及其各個模組的全景深全視場的具體性能。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置，包括測試平臺以及位于測試平臺上的相機模組、筒鏡模組、物鏡模組、目標板、光源模組以及機械平移模組，所述機械平移模組與測試平臺相互契合連接，機械平移模組相對測試平臺沿縱向上下運動，目標板通過物鏡模組和筒鏡模組成像到相機模組上，目標板固定在機械平移模組的連接件上，目標板通過機械平移模組相對測試平臺沿縱向上下運動；還包括數據處理單元，數據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動模塊；其中，采集模塊連接相機模組，相機模組將采集到的圖片通過采集模塊傳輸給中央處理單元，驅動模塊連接機械平移模組。

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

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

其中，所述機械平移模組包括z軸移動導軌，z軸移動導軌的移動精度小于物鏡的1倍焦深的四分之一。

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

本發明測試裝置的測試原理采用成像原理，目標板通過被測物鏡和標準筒鏡成像到相機上，相機采集到的像作為數據處理單元的輸入；目標板通過高精度z軸導軌沿縱向進行精密移動，每移動待測景深的十分之一就進行一次圖像采集；然后通過數據處理單元處理，還原出可以評估物鏡性能的mtf/ctf以及thoughfocusmtf/ctf曲線；將測試目標板替換成畸變測試目標板，畸變是通過采集分劃板上網格線圖像，進行分析計算，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。

與現有技術相比，本發明技術方案具有的有益效果為：

本發明測試裝置能夠通過測量顯微鏡系統的綜合光學成像性能(mtf/ctf)，畸變和焦深而對顯微鏡系統以及其相對應的光學，電子和機械子系統進行性能測試評估，包括顯微物鏡，筒鏡，工業相機，照明和機械移動平臺等子系統，也可以用來評估標定標準測試目標板；該測試設備能夠對任意波段的光學性能進行分析，能夠提供精確的測量來評斷高精度顯微鏡及子系統的光學性能，彌補傳統的顯微鏡檢測方式無法對高精度高倍顯微系統進行高精度標定的問題。

附圖說明

圖1為本發明基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置的系統原理圖；

圖2為本發明基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置的結構示意圖；

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

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

圖5為本發明基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置中數據處理單元的數據處理芯片處理流程圖，包括mtf/ctf，畸變和場曲的計算；

圖6為本發明基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置光源和相機檢測的流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于此。

如圖1～2所示，本發明基于模組化高精度顯微鏡系統的測試裝置，包括測試平臺5以及位于測試平臺5上的相機模組1、筒鏡模組2、物鏡模組3、目標板8、光源模組4以及機械平移模組6；相機模組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中對目標板8的同軸照明光源位于鏡筒模組2上，機械平移模組6與測試平臺5相互契合連接，機械平移模組6相對測試平臺5沿縱向上下運動，目標板8通過物鏡模組3和筒鏡模組2成像到相機模組1上，目標板8固定在機械平移模組6的連接件7上，目標板8通過機械平移模組6帶動一起相對測試平臺5沿縱向的上下運動；還包括數據處理單元，數據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動模塊；其中，采集模塊連接相機模組1，相機模組1將采集到的圖片通過采集模塊傳輸給中央處理單元，驅動模塊連接機械平移模組6，中央處理單元通過驅動模塊驅動機械平移模組6沿縱向進行精密移動，機械平移模組6帶動目標板8每次移動的距離和移動的次數都由中央處理單元對其發出指令。測試裝置作為一個整體顯微鏡系統，相機模組、筒鏡模組、物鏡模組、目標板、光源模組以及機械平移模組分別作為顯微鏡系統下面的子系統。

由于顯微鏡系統分辨率極高，達到亞微米級別，通過光刻的方式在目標板8上刻畫亞微米線寬的目標，如圖3所示，包括橫向，縱向和45度多個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達到衍射極限，畸變及場曲盡量小并且精確定標，在系統標定或測量時有效的用軟件消除標準模組引入的光學品質影響；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，均勻性和時間上的穩定性均被高精度標定用于后期系統性消除影響；相機1的分辨率可以根據被測物鏡3倍率以及分辨能力來選擇，相機1的暗噪音，線性動態空間，空間均勻度，時間穩定度等被基于積分球的方法高精度定標，用于后期系統補償修正；高精度移動z軸導軌6的移動精度小于最高倍數的顯微物鏡的1倍焦深的四分之一，理想值小于1倍焦深的十分之一，線性度和重復性被高精度定標用于后期系統補償修正；數據處理單元是用來分析采集的目標像來計算顯微鏡系統的綜合光學成像性能，包括所有景深的軸上和軸外全視場的mtf/ctf，畸變和場曲；調用相對應的系統補償數據計算待測物的性能參數，繪制出詳細的全景深全視場的mtf/ctf，畸變曲線，生成測試結論和報告，并通過數據處理單元顯示出來。

如圖5所示，mtf/ctf計算，通過待測物鏡采集mtf/ctf目標板原始圖像，依次經過邊界性能處理以及進行lsp對比度計算后，最終計算得到mtf/ctf值。

畸變的計算，通過待測物鏡采集畸變目標板原始圖像，點定位計算出圖像中每一個點的坐標，計算圖像點與理論位置的差值，從而得到畸變曲線。

焦深與場曲的計算，首先在軟件中設置目標板需要移動的次數和每次移動的距離，然后調整物鏡在最佳焦面位置；調用前面的mtf/ctf計算流程對圖像進行mtf/ctf計算，對每個位置的圖像均進行一次mtf/ctf計算，所有位置計算完成后計算throughfocusmtf/ctf曲線，最后計算場曲。

本發明測試裝置根據不同的待測子系統進行模組化調整：

當測試顯微鏡整體系統時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準相機模組和標準光源模組，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性能；

當測試顯微物鏡時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準筒鏡模組，標準相機模組和標準光源模組，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性能；

當測試筒鏡模組時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準物鏡模組，標準相機模組和標準光源模組，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性能；

當測試光源模組時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準顯微鏡模組，標準相機模組，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性能；

當測試相機模組時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準顯微鏡模組，標準光源模組，配合待測相機，通過被測顯微鏡所成的像分析待測相機的光學性能；

當標定標準目標板時，測試平臺架構標準顯微鏡模組，標準相機模組和標準光源模組，配合待測目標板，通過被測顯微鏡所成的像標定待測目標板；

當測試機械平移模組時，測試平臺架構高分辨率標準目標版，標準顯微鏡模組，標準相機模組和標準光源模組，配合待測機械平臺，通過被測顯微鏡所成的像標定待測機械平臺性能。

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