CN103090787B - 基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置 - Google Patents

基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置 Download PDF

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Abstract

基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置属于表面形貌测量技术领域；该测量装置包括激光器、沿光线传播方向配置在激光器直射光路上的准直扩束器和偏振分光镜；配置在偏振分光镜反射光路上的四分之一波片、探测物镜和被测件；配置在偏振分光镜透射光路上的收集物镜、针孔和探测器；所述的探测器中含有窄带滤光片；所述的被测件由微位移载物台承载，表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜；这种通过镀膜改变被测面的表面特性的设计，保证测量光经被测面反射后能够返回探测系统，解决了高NA和高斜率表面检测的难题，适用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三维形貌的超精密测量。

Description

基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置
技术领域
基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置属于表面形貌测量技术领域，特别涉及一种用于微结构光学元件、微结构机械元件、集成电路元件中三维微细结构、微台阶、微沟槽线宽及大数值孔径光学元件表面形状测量的超精密测量装置。
背景技术
共焦传感技术是一种适用于微米及亚微米尺度测量的三维光学显微技术，其核心原理是利用光学显微系统离焦信号与准焦信号强度响应差异显著的基本特性，通过点探测器收集样品信息实现离焦、准焦信号分离，从而克服普通光学显微镜深度信息混叠的不足，获得高灵敏度纵向层析能力，实现三维显微成像。1977年，C.J.R.Sheppard和A.Choudhury首次阐明共焦显微系统在点针孔掩模的作用下，以牺牲视场为代价，使横向分辨率提高到相同孔径普通显微镜的1.4倍。此后，共焦传感技术受到普遍关注，成为了显微科学领域的重要分支。
测试样品特性差异是促使共焦传感技术多元化发展的主要原因。依照样品透、反射特性划分，共焦系统可分为透射式和反射式共焦两种；依照成像过程相干性划分，共焦系统可分为相干、部分相干和非相干系统。共焦系统相干性与样品、探测器尺度有关。当探测器为理想点探测器时，光场中任意两点的相位具有确定关系，成像过程为相干成像；当探测器尺度较大，为有限尺度点探测器时，成像过程为部分相干成像；当样品被荧光材料标记时，照明光相干性被完全破坏，共焦特性表现为非相干成像特性。
近年来，随着共焦技术应用领域的扩展，荧光共焦显微技术、光纤共焦显微技术、干涉共焦显微技术等得以产生和发展。尽管共焦传感方法种类多样，原理各异，但纵观共焦技术的发展历程可知，共焦技术发展始终集中围绕改善测量分辨率，扩展量程范围，提高抗扰动性能，实现高效测量以及上述特性的兼顾问题，特别是，对于高NA或曲率变化剧烈的表面，由于探测系统无法收集到足够的回光，因此很难实现其表面检测。
发明内容
为解决探测光难以返回探测系统从而无法实现高NA和高斜率表面检测的难题，本发明公开了一种基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置。通过镀膜改变被测面的表面特性，保证测量光经被测面反射后能够返回探测系统，解决了高NA和高斜率表面检测的难题，适用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三维形貌的超精密测量。
本发明的目的是这样实现的：
基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置，包括激光器、沿光线传播方向配置在激光器直射光路上的准直扩束器和偏振分光镜；配置在偏振分光镜反射光路上的四分之一波片、探测物镜和被测件；配置在偏振分光镜透射光路上的收集物镜、针孔和探测器；所述的探测器中含有窄带滤光片；所述的被测件由微位移载物台承载，表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜。
上述基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置，所述的探测器中的窄带滤光片的中心波长为610nm，带宽为50nm。
由于本发明基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置，包括激光器、沿光线传播方向配置在激光器直射光路上的准直扩束器和偏振分光镜；配置在偏振分光镜反射光路上的四分之一波片、探测物镜和被测件；配置在偏振分光镜透射光路上的收集物镜、针孔和探测器；所述的探测器中含有窄带滤光片；所述的被测件由微位移载物台承载，表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜；这种通过镀膜改变被测面的表面特性的设计，保证测量光经被测面反射后能够返回探测系统，解决了高NA和高斜率表面检测的难题，适用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三维形貌的超精密测量。
附图说明
图1是本发明基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置的结构示意图。
图中：1激光器、2准直扩束器、3偏振分光镜、4四分之一波片、5探测物镜、6被测件、7微位移载物台、8收集物镜、9针孔、10探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。
本实施例的基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置结构示意图如图1所示，该测量装置包括激光器1、沿光线传播方向配置在激光器1直射光路上的准直扩束器2和偏振分光镜3；配置在偏振分光镜3反射光路上的四分之一波片4、探测物镜5和被测件6；配置在偏振分光镜3透射光路上的收集物镜8、针孔9和探测器10；所述的探测器10中含有窄带滤光片，窄带滤光片的中心波长为610nm，带宽为50nm；所述的被测件6由微位移载物台7承载，表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜。

Claims (1)

1.基于被测表面荧光激发的共焦显微测量装置，其特征在于包括激光器(1)、沿光线传播方向配置在激光器(1)直射光路上的准直扩束器(2)和偏振分光镜(3)；配置在偏振分光镜(3)反射光路上的四分之一波片(4)、探测物镜(5)和被测件(6)；配置在偏振分光镜(3)透射光路上的收集物镜(8)、针孔(9)和探测器(10)；所述的探测器(10)中含有中心波长为610nm，带宽为50nm的窄带滤光片；所述的被测件(6)由微位移载物台(7)承载，被测件(6)表面采用真空蒸发镀膜法进行镀膜。
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