[发明专利]一种横向差动暗场共焦显微测量装置及其方法

权利要求书

1.一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，包括：环形光照明模块、环形光扫描模块和差动共焦探测模块；

所述环形光照明模块按照光线传播方向依次为：激光器(1)、扩束镜(2)、偏振片一(3)、凹面锥透镜(4)和半反半透膜一(5)；

所述环形光扫描模块按照光线传播方向依次为：二维扫描振镜(6)、扫描透镜(7)、管镜(8)和物镜(9)；

所述差动共焦探测模块包括：半反半透膜二(11)和探测光路；所述探测光路包括透射光路单元和反射光路单元；

所述透射光路单元按照光线传播方向依次包括：光阑一(12)、偏振片二(13)、聚焦透镜一(14)、针孔一(15)和相机一(16)；

所述反射光路单元按照光线传播方向依次包括：光阑二(17)、偏振片三(18)、聚焦透镜二(19)、针孔二(20)和相机二(21)；

其中所述半反半透膜一(5)和所述二维扫描振镜(6)对应设置，所述半反半透膜一(5)和所述半反半透膜二(11)对应设置；

经过所述半反半透膜一(5)透射的光束到达所述二维扫描振镜(6)，经过所述半反半透膜一(5)反射的光束到达所述半反半透膜二(11)。

2.根据权利要求1所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述凹面锥透镜(4)的前后表面底角α相同，高斯光束整形为环形光后的外径与所述物镜(9)的入瞳相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述扫描透镜(7)工作面应置于管镜(8)的前焦面处。

4.根据权利要求1所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，待测样品(10)设置于所述物镜(9)的前方，环形光入射至所述物镜(9)后在所述待测样品(10)上聚焦。

5.根据权利要求4所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，光阑一(12)和光阑二(17)的孔径与凹面锥透镜(4)所产生的环形光孔径互补匹配，光阑一(12)和光阑二(17)完全遮挡来自所述待测样品(10)的反射光束，仅允许携带所述待测样品(10)信息的散射光进入后续探测光路。

6.根据权利要求1所述的横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，

在透射光路单元中，透射光束被聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的左侧，被针孔一(15)遮挡滤除后的光束被相机一(16)收集；

在反射光路单元中，反射光束被聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的右侧，被针孔二(20)遮挡滤除后的光束被相机二(21)收集。

7.一种横向差动暗场共焦显微测量方法，基于权利要求1～6中任意一项所述的横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1.激光器(1)所发平行激光光束，通过扩束镜(2)光束直径放大后，经过偏振片一(3)变为线偏振光，经过凹面锥透镜(4)后，高斯光束被整形为环形光束；线偏振环形光束透射半反半透膜一(5)，经过二维扫描振镜(6)反射，通过扫描透镜(7)聚焦至管镜(8)前焦面处，通过所述管镜(8)产生环形平行光束入射物镜(9)，在所述待测样品(10)上形成聚焦光斑，实现对所述待测样品(10)的环形光照明；

S2.控制所述二维扫描振镜(6)偏转使聚焦光斑在所述待测样品(10)上进行二维扫描，所述待测样品(10)的散射光和反射光依次经过所述物镜(9)、所述管镜(8)、所述扫描透镜(7)和所述二维扫描振镜(6)，被所述半反半透膜一(5)反射，实现对所述待测样品(10)的环形光扫描；

S3.从所述入射半反半透膜一(5)入射到半反半透膜二(11)的光束被分为两路探测光束：

透射光路中，光束经过光阑一(12)，所述待测样品(10)直接反射光被遮挡滤除，所述待测样品(10)的散射光依次通过偏振片二(13)和聚焦透镜一(14)被聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的左侧，被针孔一(15)遮挡过滤后的光束被相机一(16)收集；

反射光路中，光束经过光阑二(17)，所述待测样品(10)的直接反射光被遮挡滤除，所述待测样品(10)的散射光依次通过偏振片三(18)和聚焦透镜二(19)被聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的右侧，被针孔二(20)遮挡过滤后的光束被相机二(21)收集；完成对所述待测样品(10)的差动共焦探测；

S4.竖直方向移动所述待测样品(10)，进行对所述待测样品(10)不同轴向位置的横向二维扫描，实现对所述待测样品(10)的立体显微测量。