超分辨三維測量顯微鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及精密測量【技術(shù)領(lǐng)域】。超分辨三維測量顯微鏡，包括一干涉顯微鏡本體，干涉顯微鏡本體包括一生成準(zhǔn)直均勻光線的照明模塊，照明模塊的出射光朝向一生成不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光生成器，結(jié)構(gòu)光生成器的出射光朝向一分光棱鏡，分光棱鏡的反射光朝向一干涉物鏡；干涉物鏡使由分光棱鏡反射的光束在光軸的方向上會聚而照射于被測物，并且使從被測物反射得到的測量光束與從干涉物鏡內(nèi)部得到的參照光束相干涉；被測物的干涉光從干涉物鏡中返回后，依次途徑分光棱鏡、一筒鏡、一探測器，干涉光經(jīng)過筒鏡后被探測器接收。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)光生成器和軟件算法來重建超分辨率的干涉光場圖像。
【專利說明】超分辨三維測量顯微鏡【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及干涉顯微鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展逐步豐富和精細(xì)，微電路、微光學(xué)元件、微機械以及其它各種微結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，對微結(jié)構(gòu)表面形貌測量系統(tǒng)的需求越發(fā)迫切。由于微表面結(jié)構(gòu)由于是由微觀結(jié)構(gòu)單元組成的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其測量一般都需要借助直接的或間接的顯微放大，要求有較高的橫向分辨率和縱向分辨率。同時與平滑表面的測量不同，微結(jié)構(gòu)表面的測量不僅要測量表面的粗糙度或瑕疵，還要測量表面的輪廓、形狀偏差和位置偏差。
[0003]干涉顯微法是光學(xué)干涉法與顯微系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過在干涉儀上增加顯微放大視覺系統(tǒng)，提高了干涉圖的橫向分辨率，使之能夠完成微納結(jié)構(gòu)的三維表面形貌測量。隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)以及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，干涉顯微法出現(xiàn)了測量精度達到納米級別的相移干涉法(PSI)和垂直掃描干涉法(VSI)。與其它表面形貌測量方法相比，干涉顯微法具有快速、非接觸的優(yōu)點，而且可以與環(huán)境加載系統(tǒng)配合完成真空、壓力、加熱環(huán)境下的結(jié)構(gòu)表面形貌測量，因而在微電子、微機電系統(tǒng)以及微光機電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表面形貌測量上得到了廣泛應(yīng)用。
[0004]在19世紀(jì)末20世紀(jì)初德國科學(xué)家阿貝(Abbe，1840-1905)和英國科學(xué)家瑞利(Rayleigh, 1842-1905)從光的波動理論證明，在成像光學(xué)系統(tǒng)中，由于光的衍射效應(yīng)，理想物點經(jīng)過系統(tǒng)所成的像不再是理想的幾何點像，而是有一定大小的光斑(即艾里斑)，當(dāng)兩個物點過于靠近以至于其像斑重疊在一起時，就不能分辨出是兩個物點的像，即光學(xué)系統(tǒng)中存在著一個衍射分辨極 限。在顯微系統(tǒng)中，此光學(xué)分辨極限決定于顯微物鏡的數(shù)值孔徑。由于顯微物鏡數(shù)值孔徑存在一個上限，在可見光范圍內(nèi)顯微鏡的分辨極限大約為200nm，這樣更細(xì)微的結(jié)構(gòu)就無法分辨。
[0005]對于干涉顯微鏡系統(tǒng)中，通過相移來計算干涉相位，進而計算出三維表面面型的高度數(shù)據(jù)。但是橫向分辨率由于受到衍射極限的限制，對于某些精細(xì)度較高的表面輪廓，計算出的就只是一個橫向區(qū)域的均值，而不是一個精確值。這樣還原出來的表面輪廓就是模糊不清的，具體的細(xì)節(jié)就不能還原出來，這就是被分辨率限制的結(jié)果。由于加工裝配工藝能力限制，常用的Mirau型干涉顯微物鏡的數(shù)值孔徑往往不能做大，因此，干涉顯微鏡的橫向分辨率受限制問題更為突出。
[0006]從光學(xué)信息處理的角度看，分辨率是基于把物體看作是發(fā)光點的集合，并以一點成像時的能量集中程度來表征光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的。而利用光學(xué)傳遞函數(shù)來評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，是基于把物體看作是由各種頻率的譜組成，也就是把物體的光場分布函數(shù)展開成傅立葉級數(shù)(物函數(shù)為周期函數(shù))或傅立葉積分(物函數(shù)為非周期函數(shù))的形式。若把光學(xué)系統(tǒng)看成是線性不變的系統(tǒng)，那么物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，可視為物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)傳遞后，其傳遞效果是頻率不變，但對比度下降，相位要發(fā)生推移，并在某一頻率處截止，即對比度為零。這種對比度的降低和相位推移是隨頻率的不同而不同的，其函數(shù)關(guān)系被稱為光學(xué)傳遞函數(shù)。它反映了物體不同頻率成分在光學(xué)系統(tǒng)中的傳遞能力。一般來說，高頻部分反映物體的細(xì)節(jié)傳遞情況，中頻部分則反映物體的層次情況，而低頻部分則反映物體的輪廓情況。在干涉顯微鏡中，由于干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)對于高頻的限制，導(dǎo)致物體的細(xì)節(jié)部分丟失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供超分辨三維測量顯微鏡，以解決至少一個上述技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009]超分辨三維測量顯微鏡，包括一干涉顯微鏡本體，其特征在于，所述干涉顯微鏡本體包括一生成準(zhǔn)直均勻光線的照明模塊，所述照明模塊的出射光朝向一生成不同相位初值的正弦結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光生成器，所述結(jié)構(gòu)光生成器的出射光朝向一分光棱鏡，所述分光棱鏡的反射光朝向一干涉物鏡；
[0010]所述干涉物鏡使由分光棱鏡反射的光束在光軸的方向上會聚而照射于被測物，并且使從被測物反射得到的測量光束與干涉物鏡內(nèi)部產(chǎn)生的的參照光束相干涉；
[0011]被測物的干涉光從所述干涉物鏡中返回后，依次途徑所述分光棱鏡、一筒鏡、一探測器，所述干涉光經(jīng)過筒鏡后被探測器接收。
[0012]本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)光的形式來實現(xiàn)超分辨，通過照明模塊得到準(zhǔn)直均勻的光線；經(jīng)過結(jié)構(gòu)光生成器產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)光；通過分光棱鏡使光路進入干涉物鏡，然后可以得到被測物的干涉光從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉光場。通過干涉光路使物體表面反射的測量光與干涉物鏡內(nèi)的參考光會聚得到干涉條紋；再經(jīng)特定的相移方法調(diào)制其相位，通過探測干涉場中的光強變化計算出每一個數(shù)據(jù)點的初始相位；最后，利用相位或光強度與高度的關(guān)系得出表面形貌。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)光生成器來提高分辨率，借助軟件算法來重建超分辨率的圖像。
[0013]所述結(jié)構(gòu)光生成器連接有一控制裝置，所述控制裝置可以是PC終端，通過所述PC終端控制結(jié)構(gòu)光生成器生成不同光強不同相位初值的結(jié)構(gòu)光。
[0014]所述照明模塊包括一照明光源、準(zhǔn)直透鏡、復(fù)眼透鏡、聚光透鏡，所述照明光源的出射光依次途徑所述準(zhǔn)直透鏡、所述復(fù)眼透鏡、所述聚光透鏡后，形成準(zhǔn)直均勻光線。
[0015]所述干涉物鏡包括一用于改變干涉光場條紋相位的環(huán)形移相器。此環(huán)形移相器可以以優(yōu)化的方式同干涉物鏡相結(jié)合。
[0016]所述干涉物鏡采用干涉物鏡，具體可以是Mirau型干涉物鏡。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一數(shù)字微鏡裝置，所述照明模塊與所述數(shù)字微鏡裝置之間設(shè)有一 TIR棱鏡；
[0018]所述數(shù)字微鏡裝置包括一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片上排布有一個由微鏡片組成的矩陣，每一個所述微鏡片控制投影畫面中的一個像素；
[0019]所述微鏡片是一反射鏡。
[0020]所述微鏡片在數(shù)字驅(qū)動信號的控制下能夠迅速改變角度，一旦接收到相應(yīng)信號，微鏡片就會傾斜一定的角度，如12°，從而使入射光的反射方向改變。處于投影狀態(tài)的微鏡片被示為“開”，并隨數(shù)字信號而傾斜+12° ;如果微鏡片處于非投影狀態(tài)，則被示為“關(guān)”，并傾斜-12°。與此同時，“開”狀態(tài)下被反射出去的入射光通過TIR棱鏡將影像沿分光棱鏡投影；而“關(guān)”狀態(tài)下反射在微鏡片上的入射光被光吸收器吸收。
[0021]首先照明光源通過照明模塊得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線通過TIR棱鏡的折射將以特定的入射角入射到數(shù)字微鏡裝置中，；然后通過計算機人為的控制每一個微反射鏡的“開”或者“關(guān)”的狀態(tài)，這樣光線就會得到相應(yīng)的光強調(diào)制，然后從數(shù)字微鏡裝置垂直出射；之后通過分光棱鏡的反射使光路進入干涉物鏡，在干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過數(shù)字微鏡裝置產(chǎn)生了不同相位初值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0022]作為另一種優(yōu)選方案，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一液晶顯示器，所述液晶顯示器包括至少一個偏振過濾片前板、至少一個偏振過濾片后板，所述偏振過濾片前板與所述偏振過濾片后板的偏振方向相互垂直；
[0023]所述偏振過濾片前板與所述偏振過濾片后板之間設(shè)有一液晶分子陣列層。
[0024]通過電場可以控制液晶對光線偏振方向的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對光的控制。
[0025]首先照明光源通過照明模塊就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線會經(jīng)過液晶顯示器的透射，通過計算機人為的控制每個像素下的液晶，通過外部信號來控制液晶從而調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光；之后通過分光棱鏡的折射使光路進入干涉物鏡，在干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過液晶顯示器產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0026]作為另一種優(yōu)選方案，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一硅基液晶，所述照明模塊與所述數(shù)字微鏡裝置之間還設(shè)有一分光棱鏡。
[0027]首先照明光源通過照明模塊就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線經(jīng)過分光棱鏡折射到硅基液晶中，我們通過計算機人為的控制每個像素下的液晶，通過外部信號來控制液晶從而調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光并通過底部的硅芯片反射出去；之后通過分光棱鏡的折射使光路進入干涉物鏡，在干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過硅基液晶產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0028]作為另一種優(yōu)選方案，所述結(jié)構(gòu)光生成器是正弦光柵。光柵可以使入射光的振幅或相位(或兩者同時)受到周期性空間調(diào)制的光學(xué)元件。只能使光受到振幅調(diào)制或相位調(diào)制的光柵，分別稱為振幅光柵和相位光柵。按工作方式分，光柵又可分為透射光柵(透射光受調(diào)制)和反射光柵(反射光受調(diào)制)。
[0029]首先照明光源通過照明模塊就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線會經(jīng)過正弦光柵的透射，我們通過控制器人為的控制光柵按一定相位相移，就可以得到不同相位的正弦干涉光，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光；之后通過分光棱鏡的折射使光路進入干涉物鏡，在干涉物鏡中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物的干涉光場從干涉物鏡中返回；之后再次通過分光棱鏡，經(jīng)過筒鏡后被探測器接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過光柵產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0030]分束器使向測量工件會聚的平行光束的一部分照射到參考平面反射而產(chǎn)生參照光束(即，參照光束是從會聚的光束分支得到的)。反射的參照光束在分束器的位置與作為從測量工件反射得到的測量光束耦合。通過測量光束與參照光束耦合而得到的干涉光束沿著光軸向分束器的方向返回。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明具體實施I的光路圖；
[0033]圖3為本發(fā)明具體實施2的光路圖；
[0034]圖4為本發(fā)明具體實施3的光路圖；
[0035]圖5為本發(fā)明具體實施4的光路圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。
[0037]參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，超分辨三維測量顯微鏡，包括一干涉顯微鏡本體，干涉顯微鏡本體包括一生成準(zhǔn)直均勻光線的照明模塊1，照明模塊I的出射光朝向一生成不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光生成器2,結(jié)構(gòu)光生成器2的出射光朝向一分光棱鏡3,分光棱鏡3的反射光朝向一干涉物鏡4 ;干涉物鏡4使由分光棱鏡3反射的光束在光軸的方向上會聚而照射于被測物5，并且使從被測物5反射得到的測量光束與從干涉物鏡4內(nèi)部得到的參照光束相干涉；被測物5的干涉光從干涉物鏡4中返回后，依次途徑分光棱鏡3、一筒鏡6、一探測器7，干涉光經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)光的形式來實現(xiàn)超分辨，通過照明模塊I得到準(zhǔn)直均勻的光線；經(jīng)過結(jié)構(gòu)光生成器2產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)光；通過分光棱鏡3使光路進入干涉物鏡4，然后可以得到被測物5的干涉光從干涉物鏡4中返回；之后再次通過分光棱鏡3，經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉光場。通過干涉光路使物體表面反射的測量光與干涉物鏡4內(nèi)的參考光會聚得到干涉條紋；再經(jīng)特定的相移方法調(diào)制其相位，通過探測干涉場中的光強變化計算出每一個數(shù)據(jù)點的初始相位；最后，利用相位或光強度與高度的關(guān)系得出表面形貌。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)光生成器2來提高分辨率，借助軟件算法來重建超分辨率的圖像。
[0038]結(jié)構(gòu)光生成器2連接有一控制裝置32，控制裝置32可以是PC終端，通過PC終端控制結(jié)構(gòu)光生成器2生成不同光強的結(jié)構(gòu)光。
[0039]照明模塊I包括一照明光源、準(zhǔn)直透鏡11、復(fù)眼透鏡12、聚光透鏡13，照明光源的出射光依次途徑準(zhǔn)直透鏡11、復(fù)眼透鏡12、聚光透鏡13后，形成準(zhǔn)直均勻光線。
[0040]干涉物鏡4包括一用于改變干涉光場條紋相位的環(huán)形移相器。此環(huán)形移相器可以以優(yōu)化的方式同干涉物鏡4相結(jié)合。干涉物鏡4采用Mirau型干涉物鏡。
[0041]具體實施1，參見圖2，結(jié)構(gòu)光生成器2是一數(shù)字微鏡裝置21，照明模塊I與數(shù)字微鏡裝置21之間設(shè)有一 TIR棱鏡22 ;數(shù)字微鏡裝置21包括一半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片上排布有一個由微鏡片組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素；微鏡片是一反射鏡。
[0042]首先照明光源通過照明模塊I就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；DMD芯片上微反射鏡的偏轉(zhuǎn)角為12°時，所得到的準(zhǔn)直均勻的光線通過TIR棱鏡22的折射將以24°入射到數(shù)字微鏡裝置21 (DMD)中；然后通過計算機人為的控制每一個微反射鏡的“開”或者“關(guān)”的狀態(tài)，這樣光線就會得到相應(yīng)的光強調(diào)制，然后從數(shù)字微鏡裝置21垂直出射；之后通過分光棱鏡3的反射使光路進入干涉物鏡4，在干涉物鏡4中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物5的干涉光場從干涉物鏡4中返回；之后再次通過分光棱鏡3，經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過數(shù)字微鏡裝置21產(chǎn)生了不同相位初值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0043]具體實施2，參見圖3，結(jié)構(gòu)光生成器2是一液晶顯示器31，液晶顯示器31包括至少一個偏振過濾片前板、至少一個偏振過濾片后板，偏振過濾片前板與偏振過濾片后板的偏振方向相互垂直；偏振過濾片前板與偏振過濾片后板之間設(shè)有一液晶分子陣列層。
[0044]通過電場控制液晶對光線偏振方向的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對光的控制。
[0045]首先照明光源通過照明模塊I就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線會經(jīng)過液晶顯示器31的透射，通過計算機人為的控制每個像素下的液晶，通過外部信號來控制液晶從而調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光；之后通過分光棱鏡3的折射使光路進入干涉物鏡4，在干涉物鏡4中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物5的干涉光場從干涉物鏡4中返回；之后再次通過分光棱鏡3，經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過液晶顯示器31產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0046]具體實施3，參見圖4，結(jié)構(gòu)光生成器2是一硅基液晶51，照明模塊I與數(shù)字微鏡裝置21之間還設(shè)有一分光棱鏡3。
[0047]首先照明光源通過照明模塊I就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線經(jīng)過分光棱鏡3折射到硅基液晶51中，我們通過計算機人為的控制每個像素下的液晶，通過外部信號來控制液晶從而調(diào)制進入的光線，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光并通過底部的硅芯片反射出去；之后通過分光棱鏡3的折射使光路進入干涉物鏡4，在干涉物鏡4中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物5的干涉光場從干涉物鏡4中返回；之后再次通過分光棱鏡3，經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過硅基液晶51產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0048]具體實施4,參見圖5,結(jié)構(gòu)光生成器2是正弦光柵41。光柵可以使入射光的振幅或相位(或兩者同時)受到周期性空間調(diào)制的光學(xué)元件。只能使光受到振幅調(diào)制或相位調(diào)制的光柵，分別稱為振幅光柵和相位光柵。按工作方式分，光柵又可分為透射光柵(透射光受調(diào)制)和反射光柵(反射光受調(diào)制)。
[0049]首先照明光源通過照明模塊I就可以得到準(zhǔn)直均勻的光線；所得到的準(zhǔn)直均勻的光線會經(jīng)過正弦光柵41的透射，我們通過控制器人為的控制光柵按一定相位相移，就可以得到不同相位的正弦干涉光，使光線得到相應(yīng)的正弦結(jié)構(gòu)光；之后通過分光棱鏡3的折射使光路進入干涉物鏡4，在干涉物鏡4中經(jīng)過分束器形成兩束光，這兩束光分別照射到參考平面和被測平面后反射回來，并且在分束器形成光學(xué)干涉；然后被測物5的干涉光場從干涉物鏡4中返回；之后再次通過分光棱鏡3，經(jīng)過筒鏡6后被探測器7接收，就可以得到有別于一般干涉顯微鏡的干涉圖像，因為通過光柵產(chǎn)生了不同相位值的正弦結(jié)構(gòu)光。最后通過分析得到的干涉光場數(shù)值，應(yīng)用相應(yīng)相位算法，就可以得到被測面的微結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)據(jù)。
[0050]分束器使向測量工件會聚的平行光束的一部分反射而產(chǎn)生參照光束(即，參照光束是從會聚的光束分支得到的)。反射的參照光束在分束器的位置與作為從測量工件反射得到的測量光束耦合。通過測量光束與參照光束耦合而得到的干涉光束沿著光軸向分束器的方向返回。
[0051]本發(fā)明的原理如下:
[0052]從光源中出射的光經(jīng)過照明系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)光生成器、干涉顯微物鏡等最終由探測器接收，在探測器上得到的干涉圖像做傅里葉變換得到頻域的表達式為:
[0053]
【權(quán)利要求】
1.超分辨三維測量顯微鏡，包括一干涉顯微鏡本體，其特征在于，所述干涉顯微鏡本體包括一生成準(zhǔn)直均勻光線的照明模塊，所述照明模塊的出射光朝向一生成不同相位初值的正弦結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光生成器，所述結(jié)構(gòu)光生成器的出射光朝向一分光棱鏡，所述分光棱鏡的反射光朝向一干涉物鏡； 所述干涉物鏡使由分光棱鏡反射的光束在光軸的方向上會聚而照射于被測物，并且使從被測物反射得到的測量光束與從干涉物鏡內(nèi)部得到的參照光束相干涉； 被測物的干涉光從所述干涉物鏡中返回后，依次途徑所述分光棱鏡、一筒鏡、一探測器，所述干涉光經(jīng)過筒鏡后被探測器接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述照明模塊包括一照明光源、準(zhǔn)直透鏡、復(fù)眼透鏡、聚光透鏡，所述照明光源的出射光依次途徑所述準(zhǔn)直透鏡、所述復(fù)眼透鏡、所述聚光透鏡后，形成準(zhǔn)直均勻光線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述干涉物鏡包括一用于改變干涉光場條紋相位的環(huán)形移相器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一數(shù)字微鏡裝置，所述照明模塊與所述數(shù)字微鏡裝置之間設(shè)有一 TIR棱鏡； 所述數(shù)字微鏡裝置包括一半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片上排布有一個由微鏡片組成的矩陣，每一個所述微鏡片控制投影畫面中的一個像素； 所述微鏡片是一反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一液晶顯示器，所述液晶顯示器包括至少一個偏振過濾片前板、至少一個偏振過濾片后板，所述偏振過濾片前板與所述偏振過濾片后板的偏振方向相互垂直； 所述偏振過濾片前板與所述偏振過濾片后板之間設(shè)有一液晶分子陣列層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光生成器是一硅基液晶，所述照明模塊與所述數(shù)字微鏡裝置之間還設(shè)有一分光棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光生成器是正弦光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的超分辨三維測量顯微鏡，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光生成器連接有一控制裝置，所述控制裝置是PC終端，通過所述PC終端控制結(jié)構(gòu)光生成器生成不同光強不同相位初值的結(jié)構(gòu)光。
【文檔編號】G01B11/24GK103968779SQ201410198264
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】萬新軍, 朱偉超, 楊波 申請人:上海理工大學(xué)