[发明专利]超分辨双轴差动共焦测量方法与装置

权利要求书

1.一种超分辨双轴差动共焦测试方法，其特征在于包含以下步骤：

(a)将照明光路(1)和测量光路(2)对称地布局在测量面法线(3)两侧，使照明光轴(4)和测量光轴(5)与测量面法线(3)的夹角(6)大小为θ，以测量面法线(3)方向为测量轴线，建立系统坐标系(x，y，z)；

(b)平行光通过照明端光瞳滤波器(10)进行滤波整形，经由照明物镜(11)聚焦到放置在微位移工作台(13)上的被测样品(12)表面，含有样品信息的反射光束被反射进入测量物镜(14)，出射为平行光，并经由测量端光瞳滤波器(15)滤波整形；

(c)由测量端光瞳滤波器(15)出射的光束被分光镜(16)分为两束，分别通过第一集光镜(17)和第二集光镜(20)，分别聚焦在位于两个集光镜焦前位置和焦后位置的第一针孔(18)和第二针孔(21)上，分别被贴近两个针孔后面的第一光电探测器(19)和第二光电探测器(22)探测；两个探测器对应的归一化轴向偏移为±u_cd；

(d)第一光电探测器(19)和第二光电探测器(22)测得具有不同位相差的响应信号的强度I₁(x，y，z)和I₂(x，y，z)，将I₁(x，y，z)和I₂(x，y，z)差动相减得到被测样品(12)凸凹变化的强度I(x，y，z)；

(e)由下式计算I（x，y，z)：

已知参数包括照明物镜(11)的归一化径向坐标ρ₁、归一化径向光学坐标ν_i、归一化轴向坐标u_i，第一集光镜(17)和第二集光镜(20)的归一化径向坐标ρ₂、归一化径向光学坐标ν_c、归一化轴向坐标u_c，照明端光瞳滤波器(10)的区数N、第j区的位相透过率第j区的振幅透过率t_1j∈[0，1]第j区的归一化径向半径a_j，测量端光瞳滤波器(15)的区数M、第j区的位相透过率第j区的振幅透过率t_2j∈[0，1]第j区的归一化径向半径b_j；

(f)根据I(x，y，z)在测量范围内的光强大小，重构出被测样品(12)的三维表面形貌和微观尺度；

(g)优化第一针孔(18)和第二针孔(21)距其相应的集光镜焦点位置的归一化轴向偏移以及夹角(6)的大小，并对两个光瞳滤波器进行优化配比，使得系统的分辨力达到最佳。

2.根据权利1所述的超分辨双轴差动共焦测试方法，其特征在于：去除照明端光瞳滤波器(10)，即令计算公式中参数N＝1。

3.根据权利1所述的超分辨双轴差动共焦测试方法，其特征在于：去除测量端光瞳滤波器(15)，即令计算公式中参数M＝1。

4.根据权利1所述的超分辨双轴差动共焦测试方法，其特征在于：去除照明端光瞳滤波器(10)和测量端光瞳滤波器(15)，即令计算公式中参数N＝1，M＝1。

5.一种超分辨双轴差动共焦测量装置，包括光源(7)，照明物镜(11)，微位移工作台(13)，测量物镜(14)，其特征在于：还包括照明端光瞳滤波器(10)，测量端光瞳滤波器(15)，分光镜(16)，第一集光镜(17)，第二集光镜(20)，第一针孔(18)，第二针孔(21)，第一光电探测器(19)和第二光电探测器(22)；其中照明端光瞳滤波器(10)，照明物镜(11)依次放在光源(7)的出射光线方向；测量物镜(14)，测量端光瞳滤波器(15)和分光镜(16)依次放在被测样品(6)的反射光线方向；第一集光镜(17)、位于第一集光镜(17)焦点后的第一针孔(18)和第一探测器(19)依次放在分光镜(16)的反射光线方向；第二集光镜(20)、位于第二集光镜(20)焦点前的第二针孔(21)和第二探测器(22)依次放在分光镜(16)的透射光线方向。

6.根据权利要求5所述的超分辨双轴差动共焦测试装置，其特征在于照明端光瞳滤波器(10)和测量端光瞳滤波器(15)是位相型光瞳滤波器或振幅型光瞳滤波器，又或者是振幅位相混合型光瞳滤波器。

7.根据权利要求5所述的超分辨双轴差动共焦测试装置，其特征在于：还包括连接两个探测器的聚焦信号差动相减处理系统(23)，和进行最后数据处理的计算机处理系统(24)。