基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置与方法

摘要

基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置与方法属于超精密三维微细结构表面形貌测量领域；该装置包括角谱扫描照明光路，从线阵LED阵列发出的光束依次经过成像透镜、分光棱镜、显微物镜后，平行照射到被测微结构样品表面；包括准共焦测量光路，成像部分采用线阵针孔阵列配合线阵图像传感器的结构；该方法首先获得某一半径上的像素在不同角谱扫描照明下的层析图像，然后利用共焦三维测量原理，判断该半径方向的每个像素的轴向坐标，最后拟合出被测微结构样品的三维形貌；这种设计使被测微结构样品的每一部分都能找到对应的最佳照明角度，提高探测信号强度，降低背景噪声，进而提高测量精度；同时实现高速测量。

主权项

基于线阵角谱照明的并行共焦环形微结构测量装置，其特征在于：包括角谱扫描照明光路和准共焦测量光路；所述的角谱扫描照明光路包括：线阵LED阵列（1）、成像透镜（2）、分光棱镜（3）、光阑（4）和显微物镜（5）；从线阵LED阵列（1）发出的光束依次经过成像透镜（2）、分光棱镜（3）、显微物镜（5）后，平行照射到随三自由度载物台（6）移动的圆对称被测微结构样品表面；所述的三自由度载物台（6）沿笛卡尔坐标系的三个坐标轴移动，其中，z轴为光轴方向；所述的准共焦测量光路包括：三自由度载物台（6）、显微物镜（5）、光阑（4）、分光棱镜（3）、管镜（7）、线阵针孔阵列（8）和线阵图像传感器（9）；随三自由度载物台（6）移动的圆对称被测微结构样品表面反射的光束依次经过显微物镜（5）、光阑（4）、分光棱镜（3）、管镜（7），成像到线阵针孔阵列（8）位置，并由线阵图像传感器（9）成像；所述的角谱扫描照明光路和准共焦测量光路共用分光棱镜（3）、光阑（4）和显微物镜（5）；所述的线阵LED阵列（1）位于成像透镜（2）的物平面，成像透镜（2）的像平面与显微物镜（5）的后焦平面重合于光阑（4）所在平面；管镜（7）的前焦平面位于线阵针孔阵列（8）所在平面；线阵针孔阵列（8）与线阵图像传感器（9）像元紧贴，线阵针孔阵列（8）上的针孔与线阵图像传感器（9）的像元数量相同、位置前后对应。