[发明专利]一种横向差动暗场共焦显微测量装置及其方法

权利要求书

1.一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，包括：环形光照明模块、环形光扫描模块和差动共焦探测模块；

所述环形光照明模块按照光线传播方向依次包括：激光器(1)、扩束镜(2)、偏振片一(3)、偏振分光膜(4)、四分之一波片(5)、锥透镜(6)和平面反射镜(7)；

所述环形光扫描模块按照光线传播方向依次包括：半反半透膜一(8)、二维扫描振镜(9)、扫描透镜(10)、管镜(11)和物镜(12)；

所述差动共焦探测模块包括：半反半透膜二(14)和探测光路；所述探测光路包括透射光路单元和反射光路单元；

所述透射光路单元按照光线传播方向依次包括：光阑一(15)、偏振片二(16)、聚焦透镜一(17)、针孔一(18)和相机一(19)；透射光束聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的左侧，被针孔一(18)遮挡过滤后的光束被相机一(19)收集；

所述反射光路单元按照光线传播方向依次包括：光阑二(20)、偏振片三(21)、聚焦透镜二(22)、针孔二(23)和相机二(24)；反射光束聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的右侧，被针孔二(23)遮挡过滤后的光束被相机二(24)收集；

其中所述偏振分光膜(4)与所述半反半透膜一(8)对应设置，所述半反半透膜一(8)和所述半反半透膜二(14)对应设置；

从所述偏振分光膜(4)反射的光束经过所述半反半透膜一(8)进行反射和透射；经过所述半反半透膜一(8)透射的光束再次经过所述半反半透膜二(14)进行反射和透射；

所述锥透镜(6)与所述平面反射镜(7)的组合将高斯光束整形为内外径可调节的环形光，放置于所述锥透镜(6)光路前端的所述扩束镜(2)用以调整环形光的内径，所述扩束镜(2)输出光斑直径越大，环形光的厚度越大，内径越小；环形光外径大小依赖所述锥透镜(6)与所述平面反射镜(7)的距离，相对距离越长，外径越大；高斯光束整形为环形光后的外径与所述物镜(12)的入瞳相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述扫描透镜(10)工作面设置于所述管镜(11)的前焦面处。

3.根据权利要求1所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，待测样品(13)设置于所述物镜(12)的前方，环形光入射至所述物镜(12)后在所述待测样品(13)上聚焦。

4.根据权利要求3所述的一种横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述光阑一(15)和所述光阑二(20)的孔径与环形光内径互补匹配，所述光阑一(15)和所述光阑二(20)完全遮挡来自待测样品(13)的反射光束，仅允许携带待测样品(13)信息的散射光进入所述探测光路。

5.一种横向差动暗场共焦显微测量方法，基于权利要求1～4中任意一项所述的横向差动暗场共焦显微测量装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1.激光器(1)所发平行激光光束，通过扩束镜(2)光束直径放大后，经过偏振片一(3)变为线偏振光，依次通过偏振分光膜(4)、四分之一波片(5)和锥透镜(6)后，被平面反射镜(7)反射；反射光束再次通过所述锥透镜(6)后被整形为环形光束，再次通过所述四分之一波片(5)后，偏振方向变化90°，被所述偏振分光膜(4)反射至半反半透膜一(8)；环形光束经所述半反半透膜一(8)、二维扫描振镜(9)反射，通过扫描透镜(10)聚焦至管镜(11)前焦面处，通过管镜(11)产生环形平行光束入射物镜(12)，在待测样品(13)上形成聚焦光斑，实现对所述待测样品(13)的环形光照明；

S2.控制所述二维扫描振镜(9)偏转使聚焦光斑在待测样品(13)上进行二维扫描，所述待测样品(13)表面及亚表面中的直接反射光与散射光依次经过所述物镜(12)、所述管镜(11)、所述扫描透镜(10)和所述二维扫描振镜(9)后，透射所述半反半透膜一(8)，实现对所述待测样品(13)的环形光扫描；

S3.从所述半反半透膜一(8)入射到半反半透膜二(14)的光束被分为两路探测光束：

透射光路中，光束经过光阑一(15)，所述待测样品(13)的直接反射光被遮挡滤除，所述待测样品(13)的散射光依次通过偏振片二(16)和聚焦透镜一(17)被聚焦于焦平面处，且处于焦平面中心位置的左侧，被针孔一(18)遮挡过滤后的光束被相机一(19)收集；

反射光路中，光束经过光阑二(20)，所述待测样品(13)的直接反射光被遮挡滤除，所述待测样品(13)的散射光依次通过偏振片三(21)和聚焦透镜二(22)被聚焦于焦平面处但处于焦平面中心位置的右侧，被针孔二(23)遮挡过滤后的光束被相机二(24)收集；完成对所述待测样品(13)的差动共焦探测；

S4.竖直方向移动所述待测样品(13)，进行对所述待测样品(13)不同轴向位置的横向二维扫描，实现对所述待测样品(13)的立体显微测量。