[发明专利]超分辨双轴差动共焦测量方法与装置

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种超分辨双轴差动共焦测量方法与装置。该方法与装置在双轴共焦测量结构中融合光瞳滤波技术，并利用差动处理方法接收测量光束并进行处理，实现了提高分辨力、扩展工作距离、提高抗干扰能力和改善线性范围的目的。可用于微电子、材料、工业精密检测、生物医学等领域中进行精密测量。

主权项

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(波长λ)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v_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v_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。