本發(fā)明涉及一種白光干涉顯微成像技術(shù)，特別是用于白光干涉成像的內(nèi)置轉(zhuǎn)盤式濾波片切換裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代測量技術(shù)中出現(xiàn)了許多基于光學(xué)的微觀輪廓測量儀器，其中，白光掃描干涉顯微鏡法采用白光光源，結(jié)構(gòu)類似于干涉顯微鏡，通過壓電陶瓷驅(qū)動參考鏡進(jìn)行掃描干涉，使干涉條紋掃描過整個被測表面，根據(jù)干涉條紋的光強(qiáng)極值對應(yīng)表面最佳干涉位置獲得表面的高度信息，繼而得到被測樣品的三維形貌，具有較高的測量精度、縱向測量范圍大、表面信息直觀、測量精度高和全視場三維測量等優(yōu)點(diǎn)。

在白光干涉顯微成像測量過程中，時常需要將白光切換單色光，或者增加遮擋片，而現(xiàn)今大部分白光干涉顯微成像系統(tǒng)均為顯微鏡改造而來，其結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度低，采用的切換方式為手動插放濾波片或者擋片，這樣反復(fù)插放濾波片，濾波片會有損傷，操作繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于白光干涉成像的內(nèi)置轉(zhuǎn)盤式濾波片切換裝置，包括暗箱外殼、切換轉(zhuǎn)盤、半反半透鏡及鏡座、轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)；暗箱外殼上端面設(shè)有ccd鏡筒連接口，暗箱外殼下端面設(shè)置物鏡連接口，暗箱外殼后端面設(shè)置光源入射孔；半反半透鏡及鏡座包括半反半透鏡和鏡座，半反半透鏡通過鏡座固定于暗箱外殼內(nèi)且位于ccd鏡筒連接口和物鏡連接口之間；切換轉(zhuǎn)盤設(shè)置若干安裝不同參數(shù)濾波片或擋片的通光孔；轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)盤齒輪、電機(jī)齒輪、轉(zhuǎn)盤軸，轉(zhuǎn)盤軸固定于暗箱外殼前端面內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)盤軸與切換轉(zhuǎn)盤下底面中心通過轉(zhuǎn)盤軸承連接，轉(zhuǎn)盤齒輪與切換轉(zhuǎn)盤上底面中心固定連接，電機(jī)齒輪與轉(zhuǎn)盤齒輪嚙合，電機(jī)齒輪與外部電機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定連接。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，該裝置還包括轉(zhuǎn)盤自動定位器，所述轉(zhuǎn)盤自動定位器包括微型步進(jìn)電機(jī)、圓盤式擋片、光電開關(guān)、外圍控制電路；微型步進(jìn)電機(jī)通過電機(jī)支架固定在暗箱外殼上端面上，微型步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)軸穿過暗箱外殼上端面與電機(jī)齒輪固定連接；光電開關(guān)包括設(shè)置于暗箱外殼上端面的光電發(fā)射端和光電接收端且二者之間設(shè)置擋片通道；圓盤式擋片包括圓盤基座和擋片，圓盤基座固定于電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，擋片沿圓盤機(jī)座的周向設(shè)置若干且圓盤基座在微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下帶動擋片通過擋片通道；外圍控制電路與光電開關(guān)連接。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，該裝置還包括轉(zhuǎn)盤鎖定器，所述轉(zhuǎn)盤鎖定器包括套筒、彈簧、推桿；套筒固定于暗箱外殼側(cè)面上，且該暗箱外殼側(cè)面設(shè)置推桿通孔；推桿穿過套筒和推桿通孔伸入暗箱外殼內(nèi)；彈簧套于推桿上，一端固定于推桿上且另一端固定于暗箱外殼的側(cè)壁上；所述切換轉(zhuǎn)盤沿側(cè)面的周向設(shè)置若干與推桿匹配的凹槽且每一凹槽對應(yīng)一通光孔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)切換轉(zhuǎn)盤上可同時安裝多個濾波片或者擋片，采用齒輪嚙合和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動精確、易于控制，不需反復(fù)進(jìn)行濾波片插換；(2)設(shè)有自動定位裝置，采用光電開關(guān)作為位置傳感器，當(dāng)擋片遮擋光電開關(guān)產(chǎn)生信號時，對應(yīng)的濾波片同步和軸線重合，外圍電路控制步進(jìn)電機(jī)停止，濾波片切換定位準(zhǔn)確、快速；(3)設(shè)有手動鎖定裝置，當(dāng)不需要切換濾波片或者關(guān)機(jī)狀態(tài)下，可以鎖定轉(zhuǎn)盤，限制運(yùn)動。

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)為立體圖，圖1(b)為主視圖的剖視圖。

圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)盤自動定位器結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)為立體圖，圖2(b)主視圖的剖視圖。

圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3(a)為立體圖，圖3(b)主視圖的剖視圖。

圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤鎖定器示意圖,其中圖4(a)為剖視圖，圖4(b)為推桿零件示意圖，圖4(c)為套筒剖視圖。

圖5為本發(fā)明的光路示意圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1，一種用于白光干涉成像的內(nèi)置轉(zhuǎn)盤式濾波片切換裝置，包括暗箱外殼1、轉(zhuǎn)盤鎖定器2、轉(zhuǎn)盤自動定位器3、切換轉(zhuǎn)盤4、半反半透鏡及鏡座5、轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6。

暗箱外殼1由上蓋6-7、底板、后板、前板6-6以及兩個側(cè)板組成，上蓋開有ccd鏡筒連接口，用于與圖像采集模塊連接；底板設(shè)置物鏡連接口，用于與干涉物鏡連接；后板開有光源入射孔，用于與平行光源模塊連接；

半反半透鏡及鏡座5包括半反半透鏡和鏡座，半反半透鏡通過鏡座固定于暗箱外殼1的底板上且位于ccd鏡筒連接口和物鏡連接口之間；半反半透鏡中心位于入射光和中軸線的交點(diǎn)上，用于反射入射光源進(jìn)入干涉物鏡，同時透過經(jīng)鏡頭反射回來的光線進(jìn)入圖像采集模塊。

切換轉(zhuǎn)盤4與暗箱外殼1的前板連接，其上設(shè)置若干的通光孔，通光孔上設(shè)置不同參數(shù)的濾波片或擋片，可以將白光過濾為不同的單色光或遮擋白光的透過。通光孔在轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，使得不同的通光孔的中心位于ccd鏡筒連接口的投影與ccd鏡筒連接口的中心重合。

轉(zhuǎn)盤自動定位器3通過外圍電路控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤自動旋轉(zhuǎn)及定位；

轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6連接切換轉(zhuǎn)盤4和轉(zhuǎn)盤自動定位器3，傳遞動力；

轉(zhuǎn)盤鎖定器2用于限制鎖定轉(zhuǎn)盤運(yùn)動。

結(jié)合圖2，所述轉(zhuǎn)盤自動定位器3包括微型步進(jìn)電機(jī)3-1、電機(jī)支架3-2、圓盤式擋片3-3、光電開關(guān)3-4、電機(jī)轉(zhuǎn)軸3-5以及外圍控制電路3-6。微型步進(jìn)電機(jī)3-1通過電機(jī)支架3-2固定在暗箱外殼1的上蓋上；電機(jī)轉(zhuǎn)軸3-5穿過上蓋的通孔，通過兩個軸承配合固定，連接電機(jī)和電機(jī)齒輪6-2，傳遞動力；圓盤式擋片3-3安裝在在電機(jī)轉(zhuǎn)軸3-5上，隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，擋片邊緣沿徑向均勻分布數(shù)個齒形薄片，位置與切換轉(zhuǎn)盤4上的濾波片對應(yīng)；光電開關(guān)3-4安裝在上蓋上，當(dāng)圓盤式擋片3-3轉(zhuǎn)動時，齒形薄片正好可以遮擋住光電開關(guān)的接收器；外圍控制電路3-6接受光電開關(guān)3-4發(fā)出的信號，并且控制微型步進(jìn)電機(jī)3-1轉(zhuǎn)動和停止，實現(xiàn)濾波片轉(zhuǎn)換和自動定位。

結(jié)合圖3，所述轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6包括轉(zhuǎn)盤齒輪6-1、電機(jī)齒輪6-2、轉(zhuǎn)盤軸承6-3、轉(zhuǎn)盤軸6-4、螺釘6-5、前板6-6以及上蓋6-7。切換轉(zhuǎn)盤4中心圓孔上加工有圓柱凸臺，轉(zhuǎn)盤齒輪6-1和切換轉(zhuǎn)盤4凸臺過盈配合，二者軸線重合，同時轉(zhuǎn)動；前板6-6上加工有長條通孔和凸臺；切換轉(zhuǎn)盤4中心孔通過轉(zhuǎn)盤軸承6-3和轉(zhuǎn)盤軸6-4配合，螺釘6-5貫通轉(zhuǎn)盤軸6-4連接固定在前板6-6的凸臺上，切換轉(zhuǎn)盤4可沿著軸線轉(zhuǎn)動；電機(jī)齒輪6-2通過鍵和電機(jī)轉(zhuǎn)軸3-5連接；電機(jī)齒輪6-2和轉(zhuǎn)盤齒輪6-1穿過前板6-6上的長條通孔，相互嚙合，傳遞電機(jī)的動力給轉(zhuǎn)盤。所述轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6可傳遞微型步進(jìn)電機(jī)3-1的動力提供給切換轉(zhuǎn)盤4實現(xiàn)濾波片切換功能。

結(jié)合圖4，所述轉(zhuǎn)盤鎖定器2包括套筒2-1、緊定螺釘2-2、彈簧2-3以及推桿2-4。套筒2-1通過緊定螺釘2-2固定于暗箱外殼1的側(cè)板上，且套筒2-1靠近遠(yuǎn)離側(cè)板的通孔處設(shè)置推桿擋塊2-1-1。推桿2-4上加工有圓柱凸臺和卡榫2-4-1，一端穿過套筒，另一端穿過側(cè)板頂住切換轉(zhuǎn)盤4側(cè)面的凹槽，圓柱凸臺上的卡隼2-4-1與推桿擋塊2-1-1配合防止推桿2-4滑出套筒2-1。彈簧2-3穿過推桿2-4，一端頂住推桿的圓柱凸臺，另一端頂住側(cè)板。

結(jié)合圖5，入射平行白光經(jīng)入射孔進(jìn)入暗箱，經(jīng)半反半透鏡反射向下進(jìn)入干涉物鏡，光線經(jīng)物體表面反射進(jìn)物鏡發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉條紋，進(jìn)而干涉圖樣又透過半反半透鏡垂直向上，經(jīng)切換轉(zhuǎn)盤上的濾波片濾波，最后進(jìn)入圖像采集模塊獲取圖像。

本發(fā)明的工作原理在于：上位機(jī)向外圍控制電路3-6發(fā)送選擇濾波片指令，根據(jù)指令內(nèi)容，驅(qū)動微型步進(jìn)電機(jī)3-1，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動圓盤擋片3-3轉(zhuǎn)動，同時通過轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)6帶動切換轉(zhuǎn)盤4轉(zhuǎn)動。當(dāng)濾波片中心線和軸線重合時，齒形薄片阻擋光電開關(guān)3-4接收器，向外圍電路發(fā)送信號，電機(jī)自動停止轉(zhuǎn)動，濾波片自動切換定位完成。

在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，微型步進(jìn)電機(jī)沒有自鎖能力，切換轉(zhuǎn)盤可能會受到外界干擾發(fā)生轉(zhuǎn)動，因此通過轉(zhuǎn)盤鎖定器限制轉(zhuǎn)動。具體操作如下：向內(nèi)推動2-4，推桿壓縮彈簧2-3，推桿卡榫和套筒的卡榫槽分離，然后旋轉(zhuǎn)推桿，推桿上的凸臺卡住套筒內(nèi)壁，在彈簧的彈力作用下，推桿固定。同時另一端頂住切換轉(zhuǎn)盤4側(cè)面的凹槽，轉(zhuǎn)盤鎖定完成。在此狀態(tài)下再旋轉(zhuǎn)推桿，推桿卡榫和套筒的卡榫槽重合，在彈力作用下復(fù)位，推桿另一端和轉(zhuǎn)盤凹槽分離，解除鎖定完成。