專利名稱：超分辨雙軸差動(dòng)共焦測量方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，可用于微電子、材料、工業(yè)精密檢測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中進(jìn)行精密測量。
背景技術(shù)：
美國學(xué)者M(jìn).Minsky于1957年首次提出共焦顯微鏡的思想，并于1961年獲得美國專利，專利號(hào)為US3013467。共焦顯微鏡將點(diǎn)光源、點(diǎn)物和點(diǎn)探測器三者置于彼此對(duì)應(yīng)的共軛位置，構(gòu)成了光學(xué)顯微成像中獨(dú)具層析能力的點(diǎn)照明和點(diǎn)探測顯微成像系統(tǒng)。
共焦顯微鏡層析成像能力由其軸向響應(yīng)曲線的半高寬F『/ZM決定，而7^7/M與光波波長;i成正比，與物鏡的數(shù)值孔徑A^4的平方成反比。由于受衍射現(xiàn)象的限制，傳統(tǒng)的通過增大物鏡數(shù)值孔徑和減小光波波長A的方法改善共焦顯微鏡層析成像能力有限。共焦顯微鏡要達(dá)到幾微米的軸向分辨力，物鏡的數(shù)值孔徑至少要達(dá)到0.6。而A^=0.6的物鏡通常只能提供很小的視場和很短的工作距離。
為改善共焦顯微鏡的層析成像能力，近年來，國內(nèi)外的學(xué)者不斷地提出了新的研究成果。例如，中國專利"共焦顯微鏡"(申請(qǐng)?zhí)?1122439.8，公開號(hào)CN 1395127A)提出將干涉法引入傳統(tǒng)的共焦顯微成像系統(tǒng)中，用于改進(jìn)軸向分辨力的方法；臺(tái)灣大學(xué)的C-H丄ee等提出了非干涉差分共焦顯微技術(shù)理論(Optics Comm. 1997, 35:233-237);中國專利"雙頻共焦臺(tái)階高度顯微測量裝置"(申請(qǐng)?zhí)?2120884.0，公開號(hào)CN 1384334A)公開了一種雙頻共焦臺(tái)階干涉顯微系統(tǒng)；中國專利"具有高空間分辨力的差動(dòng)共焦掃描檢測方法"(專利號(hào)ZL200410006359.6)提出了將差動(dòng)技術(shù)引入共焦顯微測量技術(shù)中，用于提高空間分辨力。
又例如美國Wdlman實(shí)驗(yàn)室和Schepens眼科研究中心的Webb和Rogomentich提出了一種用于醫(yī)學(xué)活體樣本檢驗(yàn)的雙軸結(jié)構(gòu)共焦顯微成像方法，該方法將共焦顯微系統(tǒng)的照明光路和測量光路對(duì)稱地布局在測量面法線兩側(cè)，使得系統(tǒng)的合成軸向分辨力由兩個(gè)相交光束的橫
向分辨力決定，即系統(tǒng)合成軸向分辨力變成與物鏡成反比，達(dá)到 了利用相對(duì)較小的物鏡即可得到較高系統(tǒng)軸向分辨力的目的。同 時(shí)，平衡了整個(gè)系統(tǒng)的橫向和軸向分辨力大小，增大了系統(tǒng)的視場和 工作距離(Applied Optics.Vol.38，No.22.1999)。美國斯坦福大學(xué)的 Thomas Wang等人將光纖和MEMS器件引入到雙軸共焦顯微成像系統(tǒng) 中，研制出小型化的三維雙軸共焦顯微鏡，用于高分辨力的醫(yī)學(xué)活體 成像(Optics Letters.Vol.28,No.6.March 15,2003; Optics Letters.Vol.28，No. 20.0ctober 15,2003; Optics Exp聽息16,No.1 O.May 12,2008)。
綜上所述，上述進(jìn)展中基于傳統(tǒng)共軸共焦顯微技術(shù)的測量方法普 遍存在物鏡尺寸和系統(tǒng)分辨力二者無法很好的平衡的問題，若通過提 高物鏡數(shù)值孔徑來提高系統(tǒng)分辨力，則會(huì)使得物鏡尺寸增大，系統(tǒng)工 作距離減小，且不易小型化。而將照明光路和測量光路對(duì)稱地布局在 測量面法線兩側(cè)的雙軸結(jié)構(gòu)雖然有效地平衡了整個(gè)共焦系統(tǒng)的空間尺 寸，但其單一探測器的設(shè)計(jì)依舊不利于消除光源的光強(qiáng)漂移和探測器
的電子漂移等共模噪聲，且不具備絕對(duì)位置瞄準(zhǔn)和雙極性跟蹤等能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述已有的共焦顯微系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提出了一種超 分辨雙軸差動(dòng)共焦測量方法與裝置，使共焦顯微系統(tǒng)通過大工作距離 的低數(shù)值孔徑的物鏡即可提高分辨力的，并提高其抗干擾能力和線性 范圍，具備絕對(duì)位置瞄準(zhǔn)和雙極性跟蹤等能力。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試方法， 包含以下步驟
(a) 將照明光路1和測量光路2對(duì)稱地布局在測量面法線3兩側(cè)， 使照明光軸4和測量光軸5與測量面法線3的夾角6大小為P，以測量 面法線3方向?yàn)闇y量軸線，建立系統(tǒng)坐標(biāo)系(;c,;^);
(b) 平行光(波長義)通過照明端光瞳濾波器10進(jìn)行濾波整形，經(jīng)由 照明物鏡11聚焦到放置在微位移工作臺(tái)13上的被測樣品12表面，含 有樣品信息的反射光束被反射進(jìn)入測量物鏡14，出射為平行光，并經(jīng)由測量端光瞳濾波器15濾波整形；
(C)由測量端光瞳濾波器15出射的光束被分光鏡16分為兩束，分
別通過第一集光鏡17和第二集光鏡20，分別聚焦在位于兩個(gè)集光鏡焦前和焦后位置的第一針孔18和第二針孔21上，分別被貼近兩個(gè)針孔后面的第一光電探測器19和第二光電探測器22探測；兩個(gè)探測器對(duì)應(yīng)的歸一化軸向偏移為±^;
(d) 第一光電探測器19和第二光電探測器22測得具有不同位相差的響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度//(xj^)和/,(Xy力，將//(xwz)和/2(x,乂z)差動(dòng)相減得
:品12凸凹變化的強(qiáng)度/(x，乂力；
(e) 由下式計(jì)算/(x，乂z):
/(義，少，0 =
w 一
已知參數(shù)包括照明物鏡11的歸一化徑向坐標(biāo)A、歸一化徑向光學(xué)坐標(biāo)^、歸一化軸向坐標(biāo)w,.，第一集光鏡17和第二集光鏡20的歸一化徑向坐標(biāo)A、歸一化徑向光學(xué)坐標(biāo)v。歸一化軸向坐標(biāo)^，照明端光瞳濾波器10的區(qū)數(shù)iV、第y區(qū)的位相透過率 e
、第j'區(qū)的振幅透過率、e
、第y區(qū)的歸一化徑向半徑^，測量端光瞳濾波器15的區(qū)數(shù)M、第y區(qū)的位相透過率 e
、第J'區(qū)的振幅透過率/2; e
、第
y區(qū)的歸一化徑向半徑^;
(f) 根據(jù)/(x,乂2)在測量范圍內(nèi)的光強(qiáng)大小，重構(gòu)出被測樣品12的三維表面形貌和微觀尺度；
(g) 優(yōu)化第一針孔18和第二針孔21距其相應(yīng)的集光鏡焦點(diǎn)位置的歸一化軸向偏移以及夾角6的大小，并對(duì)兩個(gè)光瞳濾波器進(jìn)行優(yōu)化配
比，使得系統(tǒng)的分辨力達(dá)到最佳。
本發(fā)明所示的測量方法還可以去除照明端光瞳濾波器10，即令計(jì)算公式中參數(shù)A^1。
本發(fā)明所示的測量方法還可以去除測量端光瞳濾波器15，即令計(jì)算公式中參數(shù)M4。
本發(fā)明所示的測量方法還可以去除照明端光瞳濾波器10和測量端光瞳濾波器15，即令計(jì)算公式中參數(shù)A^1， AT-1。
本發(fā)明還提供了一種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測量裝置，包括光源7，照明物鏡ll，微位移工作臺(tái)13，測量物鏡14，還包括照明端光瞳濾波器10，測量端光瞳濾波器15，分光鏡16，第一集光鏡17，第二集光鏡20，第一針孔18,第二針孔21,第一光電探測器19和第二光電探測器22;其中照明端光瞳濾波器10，照明物鏡11依次放在光源7的出射光線方向；測量物鏡14，測量端光瞳濾波器15和分光鏡16依次放在被測樣品6的反射光線方向；第一集光鏡17、位于第一集光鏡17焦點(diǎn)后的第一針孔18和第一探測器19依次放在分光鏡16的反射光線方向；第二集光鏡20、位于第二集光鏡20焦點(diǎn)前的第二針孔21和第二探測器22依次放在分光鏡16的透射光線方向。
本發(fā)明所示的測量裝置，其照明端光瞳濾波器IO和測量端光瞳濾波器15可以是位相型光瞳濾波器或振幅型光瞳濾波器，又或者是振幅位相混合型光瞳濾波器；
本發(fā)明所示的測量裝置還包括連接兩個(gè)探測器的聚焦信號(hào)差動(dòng)相減處理系統(tǒng)23，和進(jìn)行最后數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)24。本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)有以下顯著創(chuàng)新點(diǎn)
1. 利用雙軸結(jié)構(gòu)和差動(dòng)處理技術(shù)的融合，有效平衡系統(tǒng)空間尺寸，達(dá)到利用大工作距離的低數(shù)值孔徑物鏡提高系統(tǒng)分辨力的目的，并提高其抗干擾能力和改善線性范圍，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之一；
2. 在照明光路1和測量光路2均引入光瞳濾波超分辨成像技術(shù)，進(jìn)一步改善了系統(tǒng)的橫向分辨力，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之二；
83.由于照明光路1和測量光路2不共軸，因此可在兩個(gè)光路中根 據(jù)光路特點(diǎn)和需求分別加入不同的光瞳濾波器，在對(duì)光瞳濾波器各自 進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，還可以對(duì)其組合效果進(jìn)行優(yōu)化，用以最大限度地 提高分辨力，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之三。
加入上述創(chuàng)新點(diǎn)后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 在不引入高數(shù)值孔徑的物鏡的條件下，利用低數(shù)值孔徑的物鏡 即可提高共焦系統(tǒng)的軸向分辨力，擴(kuò)展了共焦系統(tǒng)的工作距離，且更
易實(shí)現(xiàn)小型化；
2. 超分辨光瞳濾波器可以銳化衍射光斑中心主瓣寬度，與共焦系 統(tǒng)結(jié)合可以抑制被光瞳濾波器增強(qiáng)了的旁瓣，真正實(shí)現(xiàn)了超分辨成像 與測量；
3. 測量系統(tǒng)具有絕對(duì)跟蹤零點(diǎn)和雙極性跟蹤特性，可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測
量；
4. 雙軸差動(dòng)共焦光路的采用可有效地抑制環(huán)境狀態(tài)的差異、光源 光強(qiáng)的波動(dòng)、探測器電氣漂移等引起的共模噪聲，顯著提高了測量系 統(tǒng)的信噪比、靈敏度以及線性度等。


圖l為本發(fā)明測量方法示意圖； 圖2為本發(fā)明測量裝置示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的示意圖； 圖4為本發(fā)明雙軸結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為已有技術(shù)的三維超分辨光瞳濾波器示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例橫向響應(yīng)曲線與其他系統(tǒng)比較圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例軸向響應(yīng)曲線與其他系統(tǒng)比較圖； 其中，l-照明光路，2-測量光路，3-測量面法線，4-照明光軸，5-測量光軸，6-夾角，7-光源，8-擴(kuò)束系統(tǒng)，9-空間濾波針孔，10-照明端 光瞳濾波器，11-照明物鏡，12-被測樣品，13-微位移工作臺(tái)，14-測量 物鏡，15-測量端光瞳濾波器，16-分光鏡，17-第一集光鏡，18-第一針 孔，19-第一光電探測器，20-第二集光鏡，21-第二針孔，22-第二光電探測器，23-聚焦信號(hào)差動(dòng)相減處理系統(tǒng)，24-計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，25-本 發(fā)明實(shí)施例:c方向橫向響應(yīng)曲線，26-本發(fā)明實(shí)施例^方向橫向響應(yīng)曲 線，27-雙軸共焦顯微系統(tǒng)x方向橫向響應(yīng)曲線，28-雙軸共焦顯微系統(tǒng) 少方向橫向響應(yīng)曲線，29-本發(fā)明實(shí)施例軸向響應(yīng)曲線，30-雙軸共焦顯 微系統(tǒng)軸向響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖3所示， 一種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測量方法，其測量步驟是:
首先打開光源7(波長A)，出射光通過含有空間濾波針孔9的擴(kuò)束 系統(tǒng)8進(jìn)行擴(kuò)束出射為平行光，平行光通過照明端光瞳濾波器10進(jìn)行 濾波整形，經(jīng)由照明物鏡11聚焦到放置在微位移工作臺(tái)13上的被測 樣品12表面，被反射進(jìn)入測量物鏡14,出射為平行光，并經(jīng)由測量 端光瞳濾波器15濾波整形。
由測量端光瞳濾波器15出射的光束被分光鏡16分為兩束，分別 通過第一集光鏡17和第二集光鏡20，分別聚焦在位于兩個(gè)集光鏡焦 前位置和焦后位置的第一針孔18和第二針孔21上，分別被貼近兩個(gè) 針孔后面的第一光電探測器19和第二光電探測器22探測；第一光電 探測器19和第二光電探測器22測得具有不同位相差的響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng) 度/Xx,乂力和/2(xj;，z)。 /Xx，乂z)和/2(x,;^)經(jīng)過聚焦信號(hào)差動(dòng)相減處理系 統(tǒng)23差動(dòng)相減得到被測樣品12凸凹變化的強(qiáng)度/(x,;;，z)，計(jì)算機(jī)處理 系統(tǒng)24根據(jù)/(x,;^)在測量范圍內(nèi)的光強(qiáng)大小，重構(gòu)出被測樣品12的 三維表面形貌和微觀尺度，即可實(shí)現(xiàn)超分辨差動(dòng)共焦測量。
本發(fā)明的雙軸部分原理圖如圖4所示。對(duì)系統(tǒng)、照明光路1和測 量光路2建立3個(gè)坐標(biāo)系，分別為系統(tǒng)坐標(biāo)(jcj^)，照明光路坐標(biāo)(A.u,) 和測量光路坐標(biāo)(x。乂，；)。設(shè)照明物鏡11直徑為A，焦距為/，數(shù)值孔 徑為厠,-siim,;測量物鏡14的直徑均為Z),，焦距為/ ，數(shù)值孔徑為 AH-shm,;第一集光鏡17和第二集光鏡20的直徑為化，焦距為X， 數(shù)值孔徑為A^i =shmt 。根據(jù)共焦理論，照明物鏡11與測量物鏡14參 數(shù)相同，即Z),-A， iV4=A64,。系統(tǒng)坐標(biāo)(x，7，z)、照明光路l坐標(biāo)(X,.,乂A)和測量光路2坐標(biāo)(X。乂,^)之間的關(guān)系可表示為
丄
X = xcos0-zsin0 jcc =^~(;ccos0 + zsin0)
(1)
、1
設(shè)照明物鏡U和第二集光鏡20的光瞳函數(shù)是圓對(duì)稱的: ，=L i，
(2)
其中，A和A分別為照明物鏡11和第二集光鏡20的歸 一化徑向坐標(biāo)。 對(duì)于照明物鏡ll和第二集光鏡20分別引入歸一化徑向光學(xué)坐標(biāo)v, 、 vj口 歸一化軸向坐標(biāo)"。
2;r . v,=——a; sin a 義
8" . h / w,. = — 2'.sm (a/2)
義
2;r .
wc =^zc sin2 (a/2) 義
(3)
(4)
光源7、擴(kuò)束系統(tǒng)8、空間濾波針孔9，照明端光瞳濾波器10和 照明物鏡11構(gòu)成照明光路1，照明光路1的強(qiáng)度點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF為
//, O， j， = J]廠2;r/V。 (pj, )e 2
戶i A-'
(5)
其中照明端光瞳濾波器10為iV區(qū)圓對(duì)稱型光瞳濾波器，示意圖如圖5 所示，半徑為i ， e
為第7區(qū)的位相透過率，、e
為第y區(qū) 的振幅透過率，^-^/i 為第y區(qū)的歸一化徑向半徑，且^為第y區(qū)的 徑向半徑，"。=0， "w=l。
測量物鏡14，測量端光瞳濾波器15，分光鏡16，第一集光鏡17， 第一針孔18，第一光電探測器19組成了第一路差動(dòng)測量光路，第一 針孔18位于第一集光鏡14焦點(diǎn)前距焦點(diǎn)歸一化軸向偏移為-^的位 置，其點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF為<formula>formula see original document page 12</formula>(6)
其中測量端光瞳濾波器15為M區(qū)圓對(duì)稱型光瞳濾波器，e
為第/區(qū)的振幅透過率，《為第y區(qū)的 歸一化徑向半徑，6。=0， 6M=1。
測量物鏡14，測量端光瞳濾波器15，分光鏡16,第二集光鏡20， 第二針孔21，第二光電探測器22組成了第二路差動(dòng)測量光路，第二 針孔21位于第二集光鏡20焦點(diǎn)后距焦點(diǎn)歸一化軸向偏移為+^的位 置，其點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF為
<formula>formula see original document page 12</formula>(7)
當(dāng)被測樣品12隨微位移工作臺(tái)13進(jìn)行軸向或橫向掃描時(shí)，第一 光電探測器19和第二光電探測器22分別探測到信號(hào)/;(;c，;;，z)和 /2(Xkz)，分別為-<formula>formula see original document page 12</formula>
(8)
實(shí)C/' 2剛J。(AV,)e 2 m 一 —
(9)
將兩個(gè)探測器探測到的具有一定相位差的兩路強(qiáng)度響應(yīng)信號(hào)差動(dòng) 相減即可得到超分辨雙軸差動(dòng)共焦系統(tǒng)光強(qiáng)響應(yīng)函數(shù)-
/(x，;;，z)"廣J2 (10)
該實(shí)施例中通過對(duì)光瞳濾波器、夾角6的大小、探測器歸一化軸 向偏移^的大小進(jìn)行優(yōu)化配比，使得系統(tǒng)的分辨力達(dá)到最佳。最后根 據(jù)/(x,;^)在測量范圍內(nèi)的光強(qiáng)大小，重構(gòu)出被測樣品12的三維表面形 貌和微觀尺度。本實(shí)施例中選用系統(tǒng)的各個(gè)已知參數(shù)為義=0.6328/^ ， 6 = 30° ， M4, = iV4 = 7V4 = 0.25 ， / = 乂 = X = 17.13ww ，兩個(gè)具有橫向超分辨性能的 二區(qū)環(huán)形振幅型光瞳濾波器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。
本實(shí)施例x方向橫向響應(yīng)曲線25和y方向橫向響應(yīng)曲線26如圖6 所示，并在同等參數(shù)條件下對(duì)不加光瞳濾波器的雙軸差動(dòng)共焦顯微系 統(tǒng)進(jìn)行了仿真，其x方向橫向響應(yīng)曲線27和y方向橫向響應(yīng)曲線28也 表示在圖6中。由圖可見，本實(shí)施例所述方法與雙軸共焦系統(tǒng)相比，
其橫向分辨力有明顯提高。
令式(10)中1 = ;; = 0，對(duì)z求導(dǎo)，就可以得到本實(shí)施例軸向響應(yīng)曲
線的靈敏度曲線，可求得本實(shí)施例的最佳歸一化軸向偏移為 6.9537 。
本實(shí)施例軸向響應(yīng)曲線29如圖7所示，并在同等條件下對(duì)雙軸共 焦顯微系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，其軸向響應(yīng)曲線30如圖7所示。由圖可見， 本實(shí)施例所述方法與雙軸共焦系統(tǒng)相比，其軸向分辨力有明顯提高。
以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和測量效果作了說明，但 這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨 附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上進(jìn)行的改動(dòng)都是 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試方法，其特征在于包含以下步驟(a)將照明光路(1)和測量光路(2)對(duì)稱地布局在測量面法線(3)兩側(cè)，使照明光軸(4)和測量光軸(5)與測量面法線(3)的夾角(6)大小為θ，以測量面法線(3)方向?yàn)闇y量軸線，建立系統(tǒng)坐標(biāo)系(x，y，z)；(b)平行光(波長λ)通過照明端光瞳濾波器(10)進(jìn)行濾波整形，經(jīng)由照明物鏡(11)聚焦到放置在微位移工作臺(tái)(13)上的被測樣品(12)表面，含有樣品信息的反射光束被反射進(jìn)入測量物鏡(14)，出射為平行光，并經(jīng)由測量端光瞳濾波器(15)濾波整形；(c)由測量端光瞳濾波器(15)出射的光束被分光鏡(16)分為兩束，分別通過第一集光鏡(17)和第二集光鏡(20)，分別聚焦在位于兩個(gè)集光鏡焦前位置和焦后位置的第一針孔(18)和第二針孔(21)上，分別被貼近兩個(gè)針孔后面的第一光電探測器(19)和第二光電探測器(22)探測；兩個(gè)探測器對(duì)應(yīng)的歸一化軸向偏移為±ucd；(d)第一光電探測器(19)和第二光電探測器(22)測得具有不同位相差的響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度I1(x，y，z)和I2(x，y，z)，將I1(x，y，z)和I2(x，y，z)差動(dòng)相減得到被測樣品(12)凸凹變化的強(qiáng)度I(x，y，z)；(e)由下式計(jì)算I(x，y，z)已知參數(shù)包括照明物鏡(11)的歸一化徑向坐標(biāo)ρ1、歸一化徑向光學(xué)坐標(biāo)vi、歸一化軸向坐標(biāo)ui，第一集光鏡(17)和第二集光鏡(20)的歸一化徑向坐標(biāo)ρ2、歸一化徑向光學(xué)坐標(biāo)vc、歸一化軸向坐標(biāo)uc，照明端光瞳濾波器(10)的區(qū)數(shù)N、第j區(qū)的位相透過率第j區(qū)的振幅透過率t1j∈
、第j區(qū)的歸一化徑向半徑aj，測量端光瞳濾波器(15)的區(qū)數(shù)M、第j區(qū)的位相透過率第j區(qū)的振幅透過率t2j∈
、第j區(qū)的歸一化徑向半徑bj；(f)根據(jù)I(x，y，z)在測量范圍內(nèi)的光強(qiáng)大小，重構(gòu)出被測樣品(12)的三維表面形貌和微觀尺度；(g)優(yōu)化第一針孔(18)和第二針孔(21)距其相應(yīng)的集光鏡焦點(diǎn)位置的歸一化軸向偏移以及夾角(6)的大小，并對(duì)兩個(gè)光瞳濾波器進(jìn)行優(yōu)化配比，使得系統(tǒng)的分辨力達(dá)到最佳。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試方法，其特征在于: 還可以去除照明端光瞳濾波器(IO)，即令計(jì)算公式中參數(shù)iV-l。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試方法，其特征在于: 還可以去除測量端光瞳濾波器(15)，即令計(jì)算公式中參數(shù)^T-1。
4. 根據(jù)權(quán)利1所述的超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試方法，其特征在于: 還可以去除照明端光瞳濾波器(10)和測量端光瞳濾波器(15)，即令計(jì) 算公式中參數(shù)AA-1， M=l。
5. —種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測量裝置，包括光源(7)，照明物鏡 (11)，微位移工作臺(tái)(13)，測量物鏡(14)，其特征在于還包括照明端 光瞳濾波器(IO)，測量端光瞳濾波器(15)，分光鏡(16)，第一集光鏡(17)， 第二集光鏡(20)，第一針孔(18)，第二針孔(21)，第一光電探測器(19) 和第二光電探測器(22);其中照明端光瞳濾波器(IO)，照明物鏡(ll) 依次放在光源(7)的出射光線方向；測量物鏡(14)，測量端光瞳濾波器 (15)和分光鏡(16)依次放在被測樣品(6)的反射光線方向；第一集光鏡 (17)、位于第一集光鏡(17)焦點(diǎn)后的第一針孔(18)和第一探測器(19)依 次放在分光鏡(16)的反射光線方向；第二集光鏡(20)、位于第二集光 鏡(20)焦點(diǎn)前的第二針孔(21)和第二探測器(22)依次放在分光鏡(16)的 透射光線方向。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試裝置，其特征在于照明端光瞳濾波器(10)和測量端光瞳濾波器(15)可以是位相型光 瞳濾波器或振幅型光瞳濾波器，又或者是振幅位相混合型光瞳濾波 器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超分辨雙軸差動(dòng)共焦測試裝置，其特征在于還包括連接兩個(gè)探測器的聚焦信號(hào)差動(dòng)相減處理系統(tǒng)(23)，和進(jìn)行最后數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(24)。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超分辨雙軸差動(dòng)共焦測量方法與裝置。該方法與裝置在雙軸共焦測量結(jié)構(gòu)中融合光瞳濾波技術(shù)，并利用差動(dòng)處理方法接收測量光束并進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了提高分辨力、擴(kuò)展工作距離、提高抗干擾能力和改善線性范圍的目的?？捎糜谖㈦娮?、材料、工業(yè)精密檢測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中進(jìn)行精密測量。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101458071SQ20091000078
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者琴 江, 沙定國, 趙維謙, 邱麗榮 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)