[发明专利]用于距离测量的耦合多波长共聚焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量介质和成像头之间的距离的装置，其中该成像头用于计算机直接制版（CPT）成像装置。

背景技术

基本的共聚焦技术由Marvin Minsky发明并从此在各种形式的文献中众所周知。共聚焦显微镜的基本原理和优点在专利号为3013467的美国专利中描述(Minsky等人)。

Shafir等人在文章“Expanding the realm of fiber optic confocal sensing for probing position,displacement,and veloci”《扩大用于探测位置、位移和速度的光纤共焦传感的范围》（Applied Optics，卷45，第30期，2006年10月20日)中使用不同的波长并调整成像透镜的不同焦平面上的光纤尖端。但是Shafir等人没有使用用于距离测量的信号比。

美国专利号6353216（Oren等人）也使用了一种共聚焦系统和不同的波长。该专利中的不同信号被使用以确定运动的方向。但没有提到使用两个信号的比用于距离测量的想法。

上述引用的现有技术中获取的共聚焦信号依赖于样本的反射率。此外，该共聚焦信号也依赖于样本前面的介质的光透射率。因此，需要一种不依赖或至少不太依赖于反射率和介质的光透射率的共聚焦信号。

发明内容

简单地说，根据本发明的一个方面，一种用于测量到基板的距离的系统包括第一光源，其通过透镜发射第一波长到基板的区域上。第二光源通过透镜发射第二波长到基板的区域上。第一和第二检测器配置为检测从基板反射的第一和第二波长光。处理器被配置为计算第一响应函数，其中所述第一响应函数将从第一光源发出的反射光强度表示为成像设备和基板之间的距离的函数。第二响应函数将从第二光源发出的反射光强度表示为成像设备和基板之间的距离的函数。比率响应函数将第一和第二响应函数之间的比表示为成像设备和基板之间的距离的函数。

本发明提出了一种共聚焦系统，其中样本被两个不同的波长同时照射。从样本反射回的信号的比率对参数如反射率和样本前面的介质的光透射率不敏感或不太敏感。

本发明的这些和其他目标、特征或优点在本领域技术人员阅读下面的详细描述连同附图之后会变得明显，其中本发明的示例性实施例在下列详细说明和附图中被示出和描述。

附图说明

图1是用于测量来自成像的基板的反射的共聚焦传感器的一种现有技术的示意图；

图2是示出来自成像的基板的反射光强度的响应函数的现有技术示意图，其中最大值表示焦点；

图3是使用各自具有不同的波长的两个光源的共聚焦系统的示意图；

图4A图示了两个响应函数之间的转换；而且

图4B图示了两个响应函数的比。

具体实施方式

在下列详细的描述中，阐述了大量具体细节以提供对本发明透彻的理解。但是，本领域技术人员将明白，本发明的教导可以被实现，而无需这些具体的细节。在其他示例中，众所周知的方法、过程、组件和电路没有详细描述以免模糊本发明的教导。

尽管本发明结合其中一个实施例描述，将理解的是并不意味着将本发明限制于该实施例。相反，旨在涵盖所附权利要求所涵盖的替代、修改和等效物。

图1示出了常规和众所周知的光纤共聚焦传感器100的结构。该共聚焦传感器100包括耦合到光纤124和光纤耦合器116的光源104。光纤128发射的光线136通过成像透镜144在基板148的表面上成像。反射回的光140耦合到发射光纤128并通过耦合器116和光纤132到达光检测器112。光检测器112测量的强度是到基板148的距离Z160的函数。

本发明的原理在此描述。检测器测量的信号Vd是成比例的，并且是几个参数的函数：

Vd(λ,z)αIoxG(λ,z)xρ(λ)xΤ(λ,z).其中，α代表比例符号。

Io是照射在样本上的光的强度。

ρ(λ)是样本的反射率。

Τ(λ,z)是样本和成像透镜之间的介质的光透射率。

Z是到样本的距离。

G(λ,z)是描述共聚焦系统总的光响应的函数。它是距离z和波长λ的函数而且还由共聚焦系统的光参数如透镜的数值孔径和纤芯直径定义。