專(zhuān)利名稱：基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)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(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于諧振梁掃描的 差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)量方法與裝置，特別適合于表面三維微納 結(jié)構(gòu)、微臺(tái)階、微溝槽、集成電路線寬、活體細(xì)胞和透明半透明材料 的檢測(cè)等。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件、MEMS器件、MOEMS器件的飛速發(fā)展，細(xì)微 加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入亞微米、納米三維加工技術(shù)領(lǐng)域，迫切需要大量程、 高效率、高空間分辨力的檢測(cè)技術(shù)。同時(shí)隨著物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和材 料學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展，例如對(duì)活體細(xì)胞內(nèi)部檢測(cè)和材料斷層晶面的 檢測(cè)等，也急需高效率、高層析能力、高空間分辨力和無(wú)損傷的檢測(cè) 技術(shù)。
近年來(lái)雖然掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等 顯微探測(cè)技術(shù)得到迅速的發(fā)展，其分辨力已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)。但是， 這些顯微探測(cè)技術(shù)存在著以下缺點(diǎn)和不足。掃描隧道和原子力顯微探 測(cè)技術(shù)，工作時(shí)要求探針與被測(cè)樣品之間控制在納米級(jí)的范圍；近場(chǎng) 光學(xué)顯微探測(cè)技術(shù)，工作時(shí)要求探針與被測(cè)樣品之間控制在一個(gè)波長(zhǎng) 范圍。上述原因限制了此類(lèi)儀器的檢測(cè)范圍，限制了其在臺(tái)階和大傾 斜樣品檢測(cè)中的應(yīng)用。另外此類(lèi)方法還存在儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)試條件 苛刻、測(cè)試效率低和測(cè)量范圍小等缺點(diǎn)。
由于共焦顯微探測(cè)技術(shù)具有獨(dú)特的三維層析探測(cè)特性，近年來(lái)成 為國(guó)際國(guó)內(nèi)顯微探測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
目前，國(guó)外已有眾多公司研制了多種型號(hào)和多種用途的共焦顯微 探測(cè)儀器，主要分為三類(lèi) 一類(lèi)是用于生物醫(yī)學(xué)、材料分析、生化分 析等方面的共焦顯微鏡，如德國(guó)萊卡公司生產(chǎn)的Leica TCS SP5共焦 顯微鏡和Leica TCS 4兀共焦顯微鏡，日本Lasertec Corp生產(chǎn)的五 波長(zhǎng)共焦顯微鏡0PTELICS⑧S130;第二類(lèi)是用于微納結(jié)構(gòu)與器件、半 導(dǎo)體晶圓及掩模版測(cè)試等領(lǐng)域的共焦顯微測(cè)量?jī)x器，如德國(guó)Nanofocus公司的白光共焦光學(xué)輪廓儀u Surf和激光掃描(光學(xué)) 輪廓儀nScan， Leica公司生產(chǎn)的LeicalNS2000線寬測(cè)試儀，日本 Lasertec Corp生產(chǎn)的M5350型晶圓檢測(cè)系統(tǒng)和M3350掩模版檢測(cè)系 統(tǒng)等；第三類(lèi)是基于共焦顯微技術(shù)的掃描探針式共焦傳感器，如德國(guó) 米依公司生產(chǎn)的optoNCDT2400型共焦多光譜位移測(cè)量系統(tǒng)、法國(guó) STIL公司生產(chǎn)的CHR系列共焦多光譜位移測(cè)量系統(tǒng)，以及日本基恩 士 (Keyence)公司生產(chǎn)的LT9000系列表面掃描激光共焦位移計(jì)等。 現(xiàn)有共焦顯微鏡大多基于軸向光強(qiáng)響應(yīng)/(0， w)與樣品軸向位置 w之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)進(jìn)行成像與測(cè)量。但利用光強(qiáng)度響應(yīng)直接進(jìn)行 測(cè)量時(shí)，存在以下不足
1、 信噪比低，易受環(huán)境背景光干擾；
2、 線性度差，易受強(qiáng)度響應(yīng)曲線的非線性影響，降低層析精度；
3、 無(wú)測(cè)量絕對(duì)零點(diǎn)，不便于進(jìn)行絕對(duì)跟蹤測(cè)量；
4、 易受樣品傾斜和表面粗糙特性影響，不利于微納尺度的高精
^、、、5、分辨能力依舊不高，盡管共焦顯微鏡的橫向分辨力比光學(xué)顯 微鏡改善了 1.4倍，但受衍射極限的限制，同時(shí)工作在曲線的離焦 狀態(tài)，共焦顯微系統(tǒng)實(shí)際工作光斑遠(yuǎn)大于其焦點(diǎn)光斑，降低了其橫 向分辨力。
由于存在上述原理性缺憾，現(xiàn)有共焦顯微鏡已不能適應(yīng)近年來(lái)微 光機(jī)電技術(shù)、生化技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、微電子學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域快速發(fā) 展而提出的光學(xué)高分辨和高層析成像能力的測(cè)量需求。
近年來(lái)共焦顯微探測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得了很大的發(fā)展。
中國(guó)專(zhuān)利"具有高空間分辨力的差動(dòng)共焦掃描檢測(cè)方法"(申請(qǐng) 號(hào)200410006359.6，公告號(hào)CN1209599C)公開(kāi)了一種高空間分辨 力的共焦顯微技術(shù)。
中國(guó)專(zhuān)利"復(fù)色超分辨差動(dòng)共焦測(cè)量方法與裝置"(申請(qǐng)?zhí)?200710301423.7，公告號(hào)CN101182992A)公開(kāi)了一種復(fù)色超分辨差
動(dòng)共焦顯微測(cè)量方法。
這些研究在提高共焦顯微測(cè)量技術(shù)的空間分辨力方面取得了一 定的進(jìn)展，但是在提高測(cè)量速度和擴(kuò)大量程方面并沒(méi)有取得進(jìn)步。至于光軸方向掃描方式方面，在國(guó)際上日本基恩士 (Keyence) 公司生產(chǎn)的LT9000系列表面掃描激光共焦位移計(jì)采用圖5所示的音 叉掃描方式。而德國(guó)蔡司(ZEISS)生產(chǎn)的LSM700系列共聚焦掃描顯 微鏡采用了壓電陶瓷掃描方式。國(guó)內(nèi)的天津大學(xué)的張國(guó)雄等人在音叉 掃描方式方面進(jìn)行了研究。
根據(jù)天津大學(xué)張國(guó)雄等人的分析，音叉在帶動(dòng)透鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)，物鏡 焦點(diǎn)在垂直于測(cè)量方向上(即在垂直于光軸方向)的偏移量與音叉振 動(dòng)量的大小量級(jí)相當(dāng)，會(huì)造成測(cè)量誤差。而壓電陶瓷由于受各種條件 的限制，其位移量很小，達(dá)不到毫米量級(jí)，在共焦顯微鏡中帶動(dòng)物鏡 在光軸方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行量程擴(kuò)展，其擴(kuò)展范圍有限。
目前具有高測(cè)量速度、大量程和高空間分辨力的光學(xué)顯微測(cè)量技 術(shù)的報(bào)道，迄今為止尚未見(jiàn)到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前顯微測(cè)量中量程小、速度低、無(wú)法 測(cè)量臺(tái)階和大傾斜樣品等問(wèn)題，提出一種基于諧振梁共振原理進(jìn)行快 速掃描和量程擴(kuò)展。利用差動(dòng)共焦傳感器的響應(yīng)曲線零點(diǎn)作為瞄準(zhǔn)觸 發(fā)點(diǎn)，通過(guò)高精密的位移傳感器測(cè)量諧振梁振動(dòng)位移，從而實(shí)現(xiàn)在光 軸方向的大量程快速掃描測(cè)量。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí) 現(xiàn)的。
本發(fā)明的基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)量方法，
包括以下步驟
1、 平行光透過(guò)偏振分光鏡、1/4波片，經(jīng)過(guò)物鏡會(huì)聚到被測(cè)樣品； 光線經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品反射后，通過(guò)物鏡、1/4波片和偏振分光鏡進(jìn)入差 動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)；
2、 諧振梁帶動(dòng)物鏡在光軸方向做高速振動(dòng)掃描，差動(dòng)共焦響應(yīng) 曲線上的零點(diǎn)對(duì)應(yīng)物鏡聚焦在被測(cè)樣品表面；
3、 通過(guò)差動(dòng)瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)探測(cè)零點(diǎn)來(lái)測(cè)量與其對(duì)應(yīng)的物鏡的振 動(dòng)位置，其值記為"；為瞄準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)被測(cè)樣品表面輪廓的高度值。
本發(fā)明所述的測(cè)量方法還可以通過(guò)加入超分辨光學(xué)系統(tǒng)，用于提 高差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)的橫向分辨力。超分辨光學(xué)系統(tǒng)可放置在偏振分光鏡前面，也可放置在偏振分光鏡與差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)之 間。
被測(cè)樣品為透明或半透明物體時(shí)，本發(fā)明所述測(cè)量方法中的物鏡
還可以聚焦到被測(cè)樣品內(nèi)表面；
本發(fā)明還提供一種基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微 測(cè)量裝置，包括光源，還包括偏振分光鏡、1/4波片、物鏡、諧振梁、 精密位移傳感器和差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)；其中偏振分光鏡、1/4波 片和物鏡依次放在光源出射光線方向，差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)放置在 偏振分光鏡反射方向；被測(cè)樣品與偏振分光鏡將光束反射至差動(dòng)共焦 瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)，諧振梁配合物鏡、差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)和位移測(cè)量 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品外表面或內(nèi)表面的形貌測(cè)量。
還可以包括超分辨光學(xué)系統(tǒng)，用來(lái)提高差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)的 橫向分辨力。超分辨光學(xué)系統(tǒng)可以放置在光源與偏振分光鏡之間，也 可以放置在偏振分光鏡與差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)之間。
本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
1.首次提出利用利用諧振梁進(jìn)行光軸方向的快速掃描和量程擴(kuò) 展，由差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線零點(diǎn)進(jìn)行瞄準(zhǔn)觸發(fā)，結(jié)合位移傳感器進(jìn)行高 效率、高分辨力、大量程的顯微測(cè)量；
2、 與傳統(tǒng)共焦顯微測(cè)量技術(shù)相比，本顯微測(cè)量技術(shù)具有絕對(duì)零 點(diǎn)，位于特性曲線靈敏度最大處且與顯微系統(tǒng)焦點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，利 用"零點(diǎn)觸發(fā)"式絕對(duì)跟蹤測(cè)量，可抑制樣品表面傾斜、粗糙特性 和系統(tǒng)非線性等對(duì)測(cè)量精度的影響；
3、 基于絕對(duì)零點(diǎn)瞄準(zhǔn)觸發(fā)測(cè)量的"焦點(diǎn)瞄準(zhǔn)觸發(fā)測(cè)量方式"， 可使共焦顯微系統(tǒng)工作在最小光斑狀態(tài)，顯著減小現(xiàn)有共焦顯微系 統(tǒng)因離焦而引起的對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；
4、 差動(dòng)探測(cè)方式顯著改善了軸向響應(yīng)特性的線性，使焦點(diǎn)位置 對(duì)應(yīng)的線性最佳、靈敏度最高，可顯著提高共焦顯微系統(tǒng)的層析成 像能力等，特別適用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域要求的層析成像測(cè)量；
5、 差動(dòng)探測(cè)方式有效地抑制光強(qiáng)波動(dòng)、探測(cè)器電子漂移、環(huán)境 狀態(tài)差異等產(chǎn)生的共模噪聲，顯著改善系統(tǒng)抗干擾能力；6、 可以將光瞳濾波技術(shù)等超分辨技術(shù)應(yīng)用到差動(dòng)傳感瞄準(zhǔn)觸發(fā) 系統(tǒng)中，用來(lái)壓縮其焦點(diǎn)光斑的直徑，提高系統(tǒng)的橫向分辨力。
7、 利用差動(dòng)共焦傳感器式"光探針"進(jìn)行測(cè)量，屬于無(wú)損檢測(cè)， 對(duì)測(cè)量樣品無(wú)任何傷害，測(cè)量條件簡(jiǎn)單，易滿足。
8、 與采用壓電陶瓷進(jìn)行光軸方向的掃描方法相比，用諧振梁的 方法可以對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行更大程度的擴(kuò)展，滿足大臺(tái)階測(cè)量等應(yīng)用需 求。
9、 與采用音叉、懸臂梁等進(jìn)行光軸方向的掃描方法相比，用諧 振梁的方法可以從原理上保證位于諧振梁中心的物鏡只產(chǎn)生軸向位 移，避免焦點(diǎn)光斑在垂直于光軸方向上的偏移，減小測(cè)量誤差。


圖1為本發(fā)明測(cè)量方法的示意圖2為本發(fā)明測(cè)量裝置的示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例的示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例的差動(dòng)響應(yīng)曲線圖5為采用音叉掃描的共焦顯微光路示意其中1-偏振分光鏡、2-波片、3-物鏡、4-諧振梁、5-樣品、6-差 動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)、7-分光鏡、8-透鏡、9-針孔、10-探測(cè)器、11-透鏡、12-針孔、13-探測(cè)器、14-光源、15-超分辨光學(xué)系統(tǒng)、16-分光 鏡、17-諧振梁振動(dòng)位移測(cè)量系統(tǒng)18-照明光源、19-綜合測(cè)控系統(tǒng)及 諧振梁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、20-分光鏡、21-透鏡、22-CCD、 23-零點(diǎn)、24-離焦 的光斑、25-焦點(diǎn)處的光斑、26-近焦的光斑、27-光源、28-偏振分光 鏡、29-波片、30-物鏡、31-被測(cè)樣品、32-音叉、33-透鏡、34-針孔、 35-探測(cè)器。
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(shuō)明。 首次提出基于諧振梁的差動(dòng)共焦顯微測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高分辨力、 大量程和高效率顯微測(cè)量。本發(fā)明的基本思想是利用諧振梁的共振帶 動(dòng)聚焦物鏡進(jìn)行光軸方向上的快速掃描，通過(guò)差動(dòng)共焦傳感器輸出特性曲線的零點(diǎn)對(duì)被測(cè)樣品表面進(jìn)行瞄準(zhǔn)觸發(fā)，測(cè)量其對(duì)應(yīng)的聚焦物鏡 的位移即可得到樣品的高度數(shù)據(jù)。 實(shí)施例
如圖3所示， 一種基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)
量方法，其測(cè)量步驟是
首先，打開(kāi)光源14，射出平行光透過(guò)由偏振分光鏡1和1/4波片 2構(gòu)成的分光系統(tǒng)，經(jīng)透鏡3會(huì)聚在被測(cè)樣品5的表面，光線再由被 測(cè)樣品5的表面反射后，通過(guò)1/4波片2和偏振分光鏡1反射進(jìn)入差 動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)系統(tǒng)6中的分光鏡7;分光鏡7將光線分成兩路，透射光 線經(jīng)過(guò)透鏡8、針孔9照射到探測(cè)器10，反射光線經(jīng)過(guò)透鏡11、針 孔12照到探測(cè)器13;通過(guò)諧振梁振動(dòng)帶動(dòng)物鏡3在光軸方向作往復(fù) 掃描。差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)系統(tǒng)6的響應(yīng)曲線如圖4所示。通過(guò)探測(cè)零點(diǎn) 23來(lái)確定物鏡3聚焦在被測(cè)樣品5的表面，觸發(fā)高精密位移測(cè)量系 統(tǒng)測(cè)量差動(dòng)共焦式光探針傳感器聚集物鏡3的位移，即為被測(cè)樣品5 表面所瞄準(zhǔn)點(diǎn)的高度值。
該實(shí)施例中通過(guò)在偏振分光鏡1前面加入超分辨光學(xué)系統(tǒng)15， 用來(lái)提高差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)的橫向分辨力。
該實(shí)施例在光路中加入由照明光源18、分光鏡16、分光鏡20、 透鏡21和CCD 22等組成視頻圖像采集系統(tǒng)，用來(lái)在測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè) 樣品5進(jìn)行觀察和定位。
如圖3所示， 一種基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè) 量裝置，包括光源14，依次放置在光源14出射平行光線方向的偏振 分光鏡1、 1/4波片2、物鏡3和被測(cè)樣品5;還包括放置在偏振分光 鏡反射方向的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)6，其中被測(cè)樣品5， 1/4波片2， 偏振分光鏡1，將光束反射到差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)6中的分光鏡7， 分光鏡7將光束分成兩部分透射光線經(jīng)過(guò)透鏡8、針孔9，照射到 探測(cè)器10上；反射光線經(jīng)過(guò)透鏡11、針孔12,照射到探測(cè)器13上。 諧振梁4帶動(dòng)物鏡3在光軸方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)掃描。在掃描過(guò)程中，物 鏡3會(huì)聚焦在被測(cè)樣品5的表面，對(duì)應(yīng)差動(dòng)共焦傳感器輸出響應(yīng)曲線 中的零點(diǎn)23。利用這個(gè)零點(diǎn)去觸發(fā)測(cè)控系統(tǒng)20去記錄精密位移傳感 器17輸出的位移值，即可得到被測(cè)樣品5在這一點(diǎn)的高度值。該裝置在光源14和偏振分光鏡1之間加入的超分辨光學(xué)系統(tǒng)15，
用來(lái)提高差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)的橫向分辨力。
該裝置在光路中加入由照明光源18、分光鏡16、分光鏡20、透 鏡21和CCD 22等組成的視頻圖像采集系統(tǒng)，用來(lái)在測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè) 樣品5進(jìn)行觀察和定位。
此實(shí)施例通過(guò)一系列的措施實(shí)現(xiàn)了高速度、高分辨力、高層析、 大量程的顯微測(cè)量。與其它測(cè)量方法相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度 高、抗干擾能力強(qiáng)和不損害被測(cè)樣品等優(yōu)點(diǎn)。
以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作了說(shuō)明，但這些說(shuō)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(shū)限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1.基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)量方法，其特征在于①平行光透過(guò)偏振分光鏡(1)、1/4波片(2)，經(jīng)過(guò)物鏡(3)會(huì)聚到被測(cè)樣品(5)；光線經(jīng)過(guò)被測(cè)樣品(5)反射后，通過(guò)物鏡(3)、1/4波片(2)和偏振分光鏡(1)進(jìn)入差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)；②諧振梁(4)帶動(dòng)物鏡(3)在光軸方向做高速振動(dòng)掃描，差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線上的零點(diǎn)(23)對(duì)應(yīng)物鏡(3)聚焦到被測(cè)樣品(5)的表面；③通過(guò)差動(dòng)瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)探測(cè)零點(diǎn)(23)來(lái)測(cè)量與其對(duì)應(yīng)的物鏡(3)的振動(dòng)位置，其值記為a，為瞄準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)被測(cè)樣品(5)表面的高度值。
2、 根據(jù)權(quán)利1所述的基于諧振梁快速軸向掃描的差動(dòng)共焦位移 測(cè)量方法，其特征在于還可以在光路中加入超分辨光學(xué)系統(tǒng)(15)， 可放置在偏振分光鏡(l)前面，也可放置在偏振分光鏡(l)與差動(dòng)共焦 瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)之間，用于提高差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)的橫向分辨 力。
3、 根據(jù)權(quán)利1所述的基于諧振梁快速軸向掃描的差動(dòng)共焦位移 測(cè)量方法，其特征在于被測(cè)樣品(5)為透明或半透明物體時(shí)，物鏡(3) 還可以聚焦到被測(cè)樣品(5)內(nèi)表面。
4、 基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)量裝置，包括 光源(14)，其特征在于還包括偏振分光鏡(l)、 1/4波片(2)、物鏡(3)、 諧振梁(4)、精密位移傳感器(17)和差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6);其中偏 振分光鏡(l)、 1/4波片(2)和物鏡(3)依次放在光源(14)出射光線方向， 差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)放置在偏振分光鏡(1)反射方向；被測(cè)樣品 (5)與偏振分光鏡(1)將光束反射至差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)，諧振梁 配合物鏡(3)、差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)和位移測(cè)量系統(tǒng)(17)實(shí)現(xiàn)被測(cè) 樣品(5)外表面或內(nèi)表面的形貌測(cè)量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā) 式顯微測(cè)量裝置，其特征還在于還可以在光路中加入超分辨光學(xué)系 統(tǒng)(15)，可放置在光源(14)與偏振分光鏡(1)之間，也可放置在偏振分 光鏡1與差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)系統(tǒng)(6)之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測(cè)量領(lǐng)域，涉及基于諧振梁掃描的差動(dòng)共焦瞄準(zhǔn)觸發(fā)式顯微測(cè)量方法與裝置。該方法利用諧振梁的共振帶動(dòng)聚焦透鏡在光軸方向快速振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)聚焦焦點(diǎn)在光軸方向的快速掃描。采用硬件過(guò)零觸發(fā)電路探測(cè)差動(dòng)共焦傳感器的零點(diǎn)，配合精密位移傳感器，可以實(shí)現(xiàn)光軸方向位移的快速測(cè)量并擴(kuò)展了其量程。同時(shí)可以利用光瞳濾波技術(shù)提高系統(tǒng)的分辨力和靈敏度。本發(fā)明利用諧振梁的方式實(shí)現(xiàn)差動(dòng)共焦傳感器的軸向快速掃描，解決了傳統(tǒng)差動(dòng)共焦位移測(cè)量速度慢、量程小的難題。差動(dòng)共焦式傳感器探測(cè)的是光強(qiáng)信號(hào)，具有精度高、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、不損壞被測(cè)對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)。該方法可以滿足高空間分辨力、高精度和大測(cè)量范圍的要求。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101586947SQ20091008692
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者沙定國(guó), 趙維謙, 邱麗榮, 郭俊杰 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)