[发明专利]分割焦斑探测的超分辨双轴差动共焦测量方法与装置

权利要求书

1.一种分割焦斑探测的超分辨双轴差动共焦测试方法，其特征在 于：在双轴共焦显微结构中采用分割焦斑的横向差动探测方式，包含 以下步骤：

(a)将照明透镜和采集透镜对称地布局在测量面法线两侧，使照明 光轴和采集光轴与测量面法线的夹角大小均为θ，以测量面法线方向 为测量轴线，建立系统坐标系(x，y，z)；

(b)波长为λ的光源经由照明透镜聚焦到被测样品表面，含有样品 信息的反射光束被反射进入采集透镜；

(c)经采集透镜出射的光束成像于采集透镜焦面上，显微物镜将采 集透镜焦面上的焦斑放大并成像在CCD探测器上；

(d)计算机从CCD探测器上获取焦斑图像，当被测样品位于系统 焦面上时，计算机计算出此时焦斑图像的中心，以此中心作为坐标原 点，建立CCD探测器像面上的坐标系(x_d′，y_d′)，在x_d′轴上对称设置 两个具有相同半径的圆形虚拟针孔对焦斑图像进行分割探测，分别为 第一虚拟针孔和第二虚拟针孔，其对应的针孔横向偏移量为M；

(e)当被测样品进行扫描时，计算机分别计算出第一虚拟针孔和第 二虚拟针孔范围内像素灰度总和，得到强度响应I₁(x，y，z，-v_xM)和 I₂(x，y，z，+v_xM)，其中v_xM是对应于M的归一化横向偏移量；

(f)将I₁(x，y，z，-v_xM)和I₂(x，y，z，+v_xM)差动相减得到带有被测样品凸凹 变化的强度I(x，y，z，v_xM)，由下式计算I(x，y，z，v_xM)：

I(x，y，z，v_xM)＝I₁(x，y，z，-v_xM)-I₂(x，y，z，+v_xM)

＝|h_i(x_i，y_i，z_i)×h_c(x_c，y_c，z_c，-v_xM)|²-|h_i(x_i，y_i，z_i)×h_c(x_c，y_c，z_c，+v_xM)|²

其中

hi(xi,yi,zi)=∫∫-∞+∞Pi(xiρ,yiρ)exp[iui2(xiρ2+yiρ2)]×exp[i(vixxiρ+viyyiρ)]dxiρdyiρ]]>

hc(xc,yc,zc,vxM)=∫∫-∞+∞Pc(xcρ,ycρ)exp[iuc2(xcρ2+ycρ2)]]]>

×exp{i[(vcx+vxM)xcρ+vcyycρ]}dxcρdycρ]]>

已知参数包括照明透镜的瞳函数P_i(x_iρ，y_iρ)、归一化径向光学坐标v_ix 和v_iy、归一化轴向坐标u_i，采集透镜的瞳函数P_c(x_cρ，y_cρ)、归一化径 向光学坐标v_cx和v_cy、归一化轴向坐标u_c。

(g)根据I(x，y，z，v_xM)在测量范围内的光强大小，重构出被测样品 的三维表面形貌和微观尺度；

(h)优化第一虚拟针孔和第二虚拟针孔对应的针孔横向偏移量以 及夹角的大小，使得系统的分辨力达到最佳。