分瞳移焦型共焦显微差分测量方法及装置

摘要

本发明涉及一种分瞳移焦型共焦差分测量方法与装置，属于超精密测量与三维成像领域。该装置解决了常用的基于偏振分光棱镜分光的差动共焦系统集成度低、两个针孔探测器探测同步性难以保证的问题。本发明装置主要包括线偏振光源系统、棱镜分光测量系统、分瞳式相位滤波器共焦探测系统；该装置利用一维相位光栅分出两束完全相同的测量光束，利用分瞳式相位光瞳滤波器的不同光瞳区域实现光强响应轴向正、负向平移，最后利用CCD相机实现同步采集。本发明方案：根据相位光瞳滤波器的移焦效应原理、光栅衍射分光理论以及软针孔探测方法，同时对两路测量光束实现正、负移焦，再进行作差计算，从而实现绝对位置的高精度测量。本发明稳定性好、同步性高，能实现共光路、高集成度测量与成像。

主权项

分瞳移焦型共焦显微差分测量方法，其特征为：基于共焦显微系统，在探测光路中利用一维衍射光栅将携带被测面位置信息的测量光分成两路，经过分瞳式相位光瞳滤波器的不同区域后，分别发生正、负向移焦，最后由CCD构成的软针孔进行探测，在探测空间上，可同时获得两路具有共轭移焦量的共焦显微光强信号。由以下公式$h(u,v)={\int }_0^{1}P\left(\rho \right)\exp ({\mathrm{iu\rho }}^2/2)J_0\left(v\rho \right)\rho d\rho ---\left(1\right)$I_a(u,v)＝|h(u,v)|²×|h(u+u_M,v)|²         (2)I_b(u,v)＝|h(u,v)|²×|h(u‑u_M,v)|²         (3)I_diff(u,v)＝I_a(u,v)‑I_b(u,v)＝|h(u,v)|²×(|h(u+u_M,v)|²‑|h(u‑u_M,v)|²)  (4)得到差分共焦光强信号与样品表面离焦位置的关系。h(u,v)表示焦点附近的点扩散函数，P(ρ)表示光瞳透过率函数，±u_M表示由于相位光瞳滤波器引入的轴向归一化离焦量，I_a(u,v)为正光瞳对应共焦系统的探测光强，I_b(u,v)为负光瞳对应共焦系统的探测光强，I_diff(u,v)表示差分共焦光强响应。