對稱離焦的共焦微位移傳感方法研究.pdf

1、隨著微結構加工技術的發(fā)展,加工尺寸由一般尺寸向微米級、亞微米級甚至是納米級尺寸過渡,這就對三維微結構的超精密測量提出了更高的要求。在諸多的微結構測量技術中,共焦顯微系統(tǒng)憑借其精度高、分辨力高、非接觸以及能夠三維成像的特點,被廣泛應用于微電子、微光學以及生物工程領域。由于系統(tǒng)分辨力是衡量測量技術性能的重要指標之一,系統(tǒng)空間分辨力的改善措施成為諸多共焦研究方向中的熱點。在分析離焦像差對共焦顯微系統(tǒng)軸向以及橫向光強分布特性影響的基礎上，給出了

2、一種對稱離焦結構以努力提高系統(tǒng)軸向分辨力。針對反射式的共焦顯微系統(tǒng),研究了對稱離焦結構的具體實現方式。本研究主要內容包括：
　?、艑ΨQ離焦結構的理論分析。根據共焦系統(tǒng)軸向特性是由其照明臂以及探測臂軸向特性的乘積構成的結論(即系統(tǒng)的乘積性),給出了共焦顯微系統(tǒng)的對稱離焦結構模型。利用給出的結構模型,推導出了對稱離焦狀態(tài)下共焦系統(tǒng)的橫向以及軸向光強分布函數,詳細分析了探測與照明光路關于焦平面對稱離焦時所產生的超分辨特性。仿真結果表明,

3、該方法可以很好地改善軸向分辨能力。
　?、茖ΨQ離焦的性能評價指標的建立。Juana給出的復振幅光瞳濾波器評價模型(包括橫向超分辨因子GT、軸向超分辨因子GA以及斯特焦爾比S)是通過光瞳濾波器的二階展開建立的,很難直接用來評價對稱離焦結構的性能。本文采用斯特焦爾比S、半極值全寬FWHM以及旁瓣抑制比 M這3個指標建立了對稱離焦結構的評價模型。利用MATLAB,系統(tǒng)地仿真了上述3個評價指標隨對稱離焦系數20DW的連續(xù)變化趨勢,并優(yōu)化出

4、對稱離焦結構的最優(yōu)對稱離焦系數區(qū)間。
　?、菍ΨQ離焦結構的實現方式。在實際的反射式共焦顯微系統(tǒng)中,顯微物鏡承擔著照明以及信息收集的雙重任務,無法實現顯微物鏡的焦點分離以構建對稱離焦的結構。針對這個問題,構思了三種對稱離焦結構的實現方式。其一,基于二次位相光瞳的對稱離焦的實現方式。理論推導了該實現方式下系統(tǒng)的軸向以及橫向光強分布函數的形式。其二,基于焦移效應的對稱離焦的實現方式。首先,文中分析得出,用以構建對稱離焦結構的一組位相型光

5、瞳濾波器需具備3個基本特性,包括軸向焦移量Fu互為相反數、軸向超分辨因子 AG相等以及斯特焦爾比S相等。然后,本文給出一組位相光瞳濾波器具備這3個特性的兩個充分條件,并給出嚴密地理論證明。最后,給出符合充分條件的一組位相光瞳濾波器以驗證所推導條件的正確性。其三,基于差動結構的對稱離焦實現方式。文中主要闡述了該實現方式的實現過程,并給出了系統(tǒng)軸向特性的仿真。
　　⑷實驗驗證對稱離焦結構的軸向特性。完成了平臺所需器件的選型以及光學實驗