基于数字微镜的共焦显微系统的光路设计.pdf

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1、第33卷第3期2011年6月光学仪器oPTICALINSTRUMENTSV01．33，No．3June，201l文章编号：1005—5630(2011)03一0057—05基于数字微镜的共焦显微系统的光路设计*官志超，张运波，侯文玫(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：详细叙述了共焦技术中的横向扫描技术，介绍了基于数字微镜(DMD)的共焦显微镜结构与原理，建立了基于DMD的并行检测系统，并且进行了光路的优化设计。实验结果表明，采用传统共焦显微镜光路时，光线出射分光棱镜时存在棱镜内表面反射问题，导致DMD上同一像素块在CCD上成两个像。在此分析了上述现

2、象产生的原理，给出了解决此问题的方法。关键词：共焦显微镜；横向扫描；数字微镜；光路优化中图分类号：TH742文献标识码：Adoi：lO．3969／j．is啦!005—5630．2011．03．012Theopticaldesignofconfocalmicroscopebased0nDMDGU：ANZhic^口o，ZHANGl么打60，H0己，W≥竹m舀(Schoolof【)ptical—ElectricalandC0mputerEngineering。UniversityofShaIlgIlaiforScienceandTechnolOg)r，ShaIlghai200093

3、，China)Abstract：ltdescribedhorizontalscanningtechnologiesofconfocaltechnologyindetailandintroducedthestructureandprincipleofconfocalmicroscopebasedondigitalmicromirrordevice(DMD)．Besides，theparalleldetectionsystembasedonDMDwasestablished，andtheopticalpathdesignwasoptimizedaswell．Itwasfoundt

4、hatinthenormalopticalsystemtherewasreflectionontheinnersurfaceofprism，whichcausesdoubleimagesonCCD．Basedontheoreticalanalysisandrepeatedexperiments，spectralplatesweretakentheplaceofsplittingprismandtherefectiononinnersurfaceofprismwaseliminated．Apromotedopticalsystemisachieved．KeywoI。ds：con

5、focalmicroscope；horizontalscanning；DMD；opticaloptimization引言随着微纳米产品尺寸的不断缩小，对这些产品形状及表面测量的困难度也在逐步提高，这就要求测量系统有更好的精确度[1]。针对这些要求，人们提出了众多技术方案，如：干涉显微镜[2]，白光显微镜，共焦显微镜，探针式轮廓仪，扫描电子显微镜[3]，扫描近场光学显微镜L4]，扫描探针显微镜等。其中近年来广受关注的共焦显微镜就是一种很好的解决方案。与普通显微镜相比，共焦显微镜具有更高的横向分辨力，更为重要的是，它能够克服普通光学显微镜景深小的缺陷，并且达到极高的轴向分辨力[5

6、]。共焦显微镜的横向扫描方式起初以单点扫描为主，之后发展为以nipkow盘扫描和微透镜阵列扫描为主的多点并行扫描等阶段[6]。采用单点扫描来获取整个物体的表面轮廓需要大量时间；利用旋转nipkow盘的显微镜可以进行全场扫描，仍存在视场小，光能利用率低等问题[7]。现阶段人们研究较多的+收稿日期：2010一11—17作者简介：官志超(1986一)，男，湖北武汉人，硕-}：研究生，主要从事精密测量方面的研究。58·光学仪器第33卷方法有微透镜阵列法和微透镜—针孔阵列合成法o⋯，它们在一定程度上提高了光能利用率，但是由于受微透镜阵列制作工艺限制，无法保证各个微透镜光学的一致性和均匀

7、性。采用微光学器件作为探测小孔时，微透镜表面的漫反射光很难消除，造成信噪比下降；如果采用另外的探测针孔阵列，该针}L阵列与微光学器件中的滤波针孔阵列的共扼位置匹配很困难。针对这些情况，近年来，一种基于数字微镜器件的并行共焦检测技术引起各国专家的普遍关注”⋯。1基于DMD的共焦显微系统l_lDMD结构及原理I)MD是基于数字微镜的共焦显微系统中的重要组成器件之一，它是美国11(德州仪器)公司于1987年开发的一种微机电系统。如图1所示，DMD制造工艺与传统。帕s产品类似。每一片X(jA格式(1024×76