[发明专利]光学微纳测量装置、提取待测结构微纳尺寸信息的方法

权利要求书

1.一种光学微纳测量装置，其特征在于：

包括：反射式柯勒照明和成像部分；和

物镜定位部分，

其中反射式柯勒照明和成像部分包括：

光源；

第一物镜，放置于光源之前，用于会聚照明光；

小孔，放置于所述第一物镜之前；

第一透镜，置于所述小孔前方，用于形成准直光路；

第二透镜，置于所述第一透镜前方，位于分光棱镜和第二物镜之间，既与第一透镜组成了照明部分4f系统，又与第三透镜组成了成像部分4f系统；

偏振片，放置于准直光路中，针对不同类型的待测样品，通过调整偏振片的通光轴方向，以获得最佳的测量灵敏度；

分光棱镜，放置于所述偏振片之后；和

第三透镜，放置于所述第二透镜之后；

第四透镜，置于所述第三透镜后方，用于与所述第三透镜形成4f系统；

平面镜；

第二物镜，用于产生反射式柯勒照明和成像；和

成像CCD，

物镜定位部分包括：压电定位器，与所述第二物镜连接，用于使所述第二物镜沿光轴上下扫描，获取一系列离焦图像，实现通焦扫描的目的；和

控制部，控制所述压电定位器。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述光源、所述第一物镜和所述小孔组成了一个光源系统，所述第一物镜将从所述光源发出的照明光会聚至所述小孔中心，所述小孔再将会聚照明光变为发散照明光。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述第一透镜和所述第二透镜组成了4f系统，所述第一透镜和所述第二透镜组成的4f系统的入射焦平面与所述小孔中心所在平面重合，所述第一透镜和所述第二透镜组成的4f系统的出射焦平面与所述第二物镜的共轭后焦平面重合，通过调整小孔直径大小，以获得不同入射数值孔径的反射式柯勒照明模式。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述控制部对所述压电定位器进行控制，使得所述第二物镜沿光轴上下扫描，获取一系列离焦图像，组成实验通焦扫描图像，作为光学信号，通过仿真算法生成对应的仿真扫描图像，再通过比较实验和仿真通焦扫描图像来提取待测目标的尺寸参数。

5.一种提取待测结构微纳尺寸信息的方法，其特征在于：

包括：

模拟图像仿真步骤，用于生成组成搜索库的仿真离焦图像序列，在该步骤中，利用全矢量计算方法，首先将柯勒照明光分解为一系列平面波分量，然后计算每一个平面波分量对应的散射近场分布，再利用阿贝成像原理计算每一个近场分布的远场变换和像平面分布，最后进行叠加合成得到最终的理想模拟图像；

实际图像采集步骤，用于采集待测结构的离焦图像序列；

实际图像校正步骤，用于去除实际图像中受外界干扰所引入的光学噪声与机械噪声；

通焦扫描图像建立步骤；和

通焦扫描图像比对及待测信息提取步骤。

6.根据权利要求5所述的提取待测结构微纳尺寸信息的方法，其特征在于：

在实际图像采集步骤中，通过控制压电定位器，使物镜在每次扫描行程结束后通过反馈校正回到初始位置而不必手动调整，满足了快速重复测量需要。

7.根据权利要求5所述的提取待测结构微纳尺寸信息的方法，其特征在于：

在实际图像校正步骤中，利用傅里叶变换的思想，分别分离出含噪声实际图像和理想模拟图像的频谱和相位，并将含噪声实际图像的相位和理想模拟图像的频谱组合，以消除原实际图像中受外界干扰所引入的光学噪声和机械噪声。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述指令在一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行权利要求5～7中所述的提取待测结构微纳尺寸信息的方法。