并行差動(dòng)共焦三維成像方法通過(guò)將照明光分割為多光束,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)并行探測(cè),解決了傳統(tǒng)差動(dòng)共焦成像中逐點(diǎn)掃描導(dǎo)致的成像效率偏低的問(wèn)題,是一種理想的快速高精度三維成像方法。然而,在并行差動(dòng)共焦檢測(cè)過(guò)程中,系統(tǒng)光照不均和光學(xué)成像系統(tǒng)的場(chǎng)曲都會(huì)引起測(cè)量誤差。分析了寬場(chǎng)成像過(guò)程中不可避免的光照不均及光學(xué)系統(tǒng)場(chǎng)曲等因素對(duì)并行差動(dòng)共焦軸向測(cè)量的影響,提出了一種寬場(chǎng)誤差的修正方法,建立了并行差動(dòng)共焦軸向測(cè)量寬場(chǎng)誤差修正的理論模型。實(shí)驗(yàn)證明,該方法可以有效地抑制系統(tǒng)光照不均對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,并且校正了光學(xué)成像系統(tǒng)場(chǎng)曲等引起的軸向測(cè)量誤差,保證了并行差動(dòng)共焦納米量級(jí)軸向測(cè)量準(zhǔn)確度在全視場(chǎng)范圍內(nèi)的普適性。該方法實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)便,適用于其他并行共焦檢測(cè)方法的誤差修正。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(20)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

并行差動(dòng)共焦軸向測(cè)量方法原理示意圖

光強(qiáng)差動(dòng)響應(yīng)曲線如圖2所示。由圖2可知,光強(qiáng)差動(dòng)響應(yīng)曲線(黑實(shí)線)存在一段線性區(qū)(虛線框區(qū)域),通過(guò)對(duì)線性區(qū)進(jìn)行線性函數(shù)擬合,標(biāo)定光強(qiáng)差I(lǐng)D(z)與軸向離焦量z的關(guān)系(下文稱為“軸向測(cè)量曲線”),即可通過(guò)光強(qiáng)差確定樣品的軸向高度。相比傳統(tǒng)共焦顯微技術(shù)通過(guò)定位軸向光強(qiáng)響應(yīng)曲線峰值來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品的軸向測(cè)量,差動(dòng)共焦軸向測(cè)量方法通過(guò)線性函數(shù)計(jì)算避免了峰值提取算法的復(fù)雜問(wèn)題,同時(shí)光強(qiáng)差動(dòng)響應(yīng)曲線線性區(qū)的斜率遠(yuǎn)大于軸向光強(qiáng)響應(yīng)曲線峰值附近的斜率,光強(qiáng)差動(dòng)響應(yīng)曲線線性區(qū)對(duì)軸向位置的靈敏度更高,能實(shí)現(xiàn)更高的軸向測(cè)量精度和分辨率。另外,差動(dòng)軸向測(cè)量方法避免了光強(qiáng)峰值法的縱向?qū)訉訏呙柽^(guò)程,效率更高,通過(guò)多點(diǎn)并行測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)微觀三維形貌的快速還原。

現(xiàn)有的并行物方差動(dòng)共焦軸向測(cè)量曲線的標(biāo)定方法為單點(diǎn)標(biāo)定法,具體如圖3所示,主要分為以下幾個(gè)步驟:1)以平面反射鏡為樣本獲取樣品的參考焦面;2)分別將載物臺(tái)移動(dòng)至焦前面P+zd和焦后面P-zd處,通過(guò)DMD將光源調(diào)制成一個(gè)像素的點(diǎn)光源,通過(guò)壓電陶瓷電機(jī)(Piezoelectric ceramic motor)驅(qū)動(dòng)物鏡作行程為z,步進(jìn)為Δz的軸向掃描,共獲取z/Δz幀圖像;3)以每幀圖像點(diǎn)光源光斑的最大灰度值作為光斑光強(qiáng),分別繪制焦前面P+zd和焦后面P-zd的軸向光強(qiáng)響應(yīng)曲線I(z+zd)與I(z-zd);4)利用I(z+zd)與I(z-zd)的差獲取光強(qiáng)差動(dòng)響應(yīng)曲線ID(z),并對(duì)其線性區(qū)進(jìn)行線性函數(shù)擬合,即可獲得軸向測(cè)量曲線D(z)。2.2 并行差動(dòng)共焦軸向測(cè)量結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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