用于微结构探测的并行共焦光学结构的研究

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1、用于微结构探测的并行共焦光学结构的研究*刘文文，余晓芬，余卿，毕美华（合肥T.业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009）摘要：基于菲涅尔衍射理论推导并行共聚焦系统的两种常用光路（显微与远心）的三维相干成像公式.发现两者在傍轴近似条件下并行探测能力没有明显区别，并且这一结果得到了实验证实°但是显微光路离轴探测光场在物而和图像面存在横向漂移，漂移随着离轴和离焦程度增加而增加,干扰了系统的轴向探测能力并且使正焦辨识过程复朵化，影响系统的测童效率;远心光路由于不存在探测光场的横向漂移，以及较好的结构可靠性使系统精度易于保证,应该成为构建并行共聚焦微结构探测系统的首选

2、。关键词：并行共聚焦；3・D点扩散函数；显徽；远心；微结构中图分类号：TH742文献标识码：A国家标准学科分类代码：140.3015Researchonopticalstructuresinparallelconfocalsystemfordetecting3・Dprofileofmicro-structureLiuWenwen,YuXiaofen,YuQing,BiMeihua（SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicEngineering,HefeiUniversityofTechnologytHefei2300

3、09、China）Abstract:Aimingatthemicroscopicalandtelecentricbeampathgenerallyusedinparallelconfocaldetectingsystemtthe3・DamplitudepointspreadfunctionsarederivedbasedontheFresneldiffraction.Thetheoreticalandexperimentalresearchshowsthatbothout-axisandin-axisdetectingbeamshavethesameaxia

4、）responsepropertynomatterformicroscopicalbeampathortelecentricbeampath・Butthemicroscopicalout-axislight-fieldsshifttransverselyinboththedetectedsurfaceandtheimagesurface,wh込hwillnotonlyseriouslyinterferewiththeaxialmeasurementcapability,butalsomakethein-focalidentificationarithmeti

5、ccomplicatedandlessenthemeasuringciency.Becauseoflessaberrationandnotransverseshift,thetelecentricbeampathshouldbetheoplimumopticalstructureoftheparallelconfocalsystemfordetecting3-Dprofileofmicro-structure・Keywords：parallelconfocal;3・Dpointspreadfunction;microscopicalbeampath;telece

6、ntricbeampath；micro・struchire1引言共焦显微成像技术由于其高精度、高分辨率及独特的轴向层析成像能力，在半导体、微电子器件、信息存储、工程表面测量、医学检测以及牛命科学研究等领域得到了广泛地应用。经典的扫描式共焦显微探测技术基于点照明、点成像和点探测的三点共辘原理，由于采用单点机械扫描•探测效率低、光能利用率差及扫描过程易受振动收稿H期：2008-IlReceivedDate：2008-11•基金项目：国家自然科学基金（50775063）资助项目的影响，使其难以用于快速的三维测址场合。近年来，并行共焦技术引起各国专家的普遍关注2」，并进

7、行了大量的研究，取得了一定的成果。纵观并行共焦探测系统的发展，较多的是利用微光学器件（主要是微透镜阵列）进行光束分割,实现多光束并行同步对被测表面的不同点进行瞄准检测，以提高测虽效率。从光路设计上看主要有两种:一是显微光路"」，另一是远心光路㈤，两种光学结构的并行探测能力是构建用于微结构探测的并行共焦系统过程中必须仔细考量的问题。目前•这一问题已经引起了广泛的关注,但对探测能力的分析仍然停羽在定性阶段，缺乏定蜀表征⑷。面对目前广泛应用于并行共焦探测系统的两种光路(显微与远心)，本文基于1F涅尔衍射理论推导其三维相干成像公式,理论与实验相结合研究两若在傍轴近似条件

8、下的并行探测能力，评估两