[發明專利]雙軸共焦高空間分辨乘積處理方法

無效

• 申請號: 201010239830.1
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN101936717A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 趙維謙;邱麗榮;江琴;劉大禮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學精密及微觀測量技術領域，涉及一種可用于檢測表面三維微細結構、微臺階、集成電路線寬和表面形貌以及生物醫學領域高分辨力顯微成像的方法。

背景技術

共焦顯微技術以其獨有的三維層析成像能力在高分辨成像和檢測領域得到了廣泛的應用，但是由于受衍射效應的原理性限制，共焦顯微技術的分辨能力、視場大小和工作距之間難以兼顧，其制約了其分辨力的進一步提高。為從根本上突破衍射極限，實現高分辨、大視場和大工作距顯微成像與測量，國內外學者做了許多研究，并已提出眾多的非傳統共焦顯微成像原理和超分辨方法。

為了改善共焦顯微技術的軸向分辨力，臺灣大學的C-H.Lee等提出了非干涉差分共焦顯微技術理論(Optics?Common.1997，35：232-237)，其利用響應曲線斜邊線性段來實現納米級檢測；中國專利“具有高空間分辨力的差動共焦掃描檢測方法”(專利號：ZL?200410006359.6)，利用響應曲線線性區間實現軸向納米級、橫向亞微米級檢測；中國專利“共焦顯微鏡”(申請號：01122439.8，公開號：CN?1395127A)提出將干涉法引入到傳統的共焦顯微成像技術中、用于改善軸向分辨力的方法；中國專利“雙頻共焦臺階高度顯微測量裝置”(申請號：02120884.0，公開號：CN?1384334A)提出了一種雙頻共焦臺階干涉顯微測量方法；Hell?S等人提出了4Pi共焦顯微技術(J.Opt.Soc.Am.A.1992，9(12)：2159～2166)，其將位于樣品兩側的兩個準直物鏡同時用于照明和收集，提高了系統的有效孔徑，提高了軸向分辨力；Stelzer等人提出了共焦θ顯微術(OpticsComm.1994，111：536～547)，其通過改變照明點擴展函數和收集點擴展函數的空間關系改善了系統的軸向分辨力；T.Wang等人提出了雙軸共焦顯微技術(Opt.Letters，2003，28(6)：414-416)，其通過低數值孔徑光學系統的斜入射實現了大工作距、高軸向分辨力成像；Tasso?R.M.Sales等設計了二區純相位光瞳濾波器來提高光學系統的軸向分辨力(Optics?Communications.1998，156：227-230)。

但是，上述成果均局限在改善與提高共焦顯微系統的軸向分辨力，部分方法亦兼顧了工作距和視場，但其均無法提高其橫向分辨力，而共焦顯微系統橫向分辨力的提高正是提高其空間分辨力的關鍵。

目前，可用于改善共焦顯微技術的橫向分辨力的方法與技術主要有空間頻率限制法、光瞳濾波法和4PI共焦法等。其中，采用三維超分辨光瞳濾波器是提高光學檢測方法空間分辨力的主要手段，但其既要兼顧軸向分辨力又要兼顧橫向分辨力，三維超分辨效果不顯著。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述已有技術的不足，提供一種具有高空間分辨力的光學檢測處理方法，實現對三維微細結構、微臺階、集成電路線寬、物體表面形貌以及生物醫學領域的高空間分辨力光學檢測及顯微成像檢測。

本發明在雙軸共焦顯微術中采用雙軸差動共焦顯微術的橫向分割探測方式和兩探測器信號乘積探測實現對被測樣品的高空間分辨測量；該處理方法的裝置以測量面法線方向為測量軸線，建立雙軸共焦系統坐標系(x，y，z)，入射光束的光軸與系統z軸夾角為θ，入射光束以入射角θ經測量透鏡入射到被測樣品上，經被測樣品以θ角反射后，進入采集透鏡；經過采集透鏡出射的測量光束，經成像透鏡成像于其焦平面上，經放大透鏡將成像透鏡焦平面上的聚焦光斑放大并成像在探測器上；以聚焦光斑的中心為原點，建立與接收光軸垂直的像面坐標系(x_d′，y_d′)，同時在點(-M，0)和(+M，0)處設置兩個相同的針孔，形成兩個點探測器，M為點探測器相對原點的橫向偏離量，M對應的橫向歸一化偏移為v_xM，其特征在于：

1)優化入射角θ和針孔的橫向歸一化偏移量v_xM，減小雙軸乘積共焦響應曲線的半高寬和兩點可分辨距離，使共焦顯微技術的空間分辨力最優；