[发明专利]表面及亚表面一体化共焦显微测量装置和方法

权利要求书

1.表面及亚表面一体化共焦显微测量装置，其特征在于，包括环形光照明模块、环形光扫描模块、暗场共焦探测模块和反射共焦探测模块；

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)、凹面锥透镜(4)和半反半透膜一(5)；

所述环形光扫描模块按照光线传播方向依次包括：二维扫描振镜(6)、扫描透镜(7)、管镜(8)、物镜(9)和待测样品(10)；

所述暗场共焦探测模块按照光线传播方向依次包括：半反半透膜二(11)、光阑(12)、偏振片二(13)、聚焦透镜一(14)、针孔一(15)和相机一(16)；

所述反射共焦探测模块按照光线传播方向依次包括：偏振片三(17)、聚焦透镜二(18)、针孔二(19)和相机二(20)；

所述凹面锥透镜(4)用于将线偏振高斯光束整形为线偏振环形光束，所述凹面锥透镜(4)的前后表面底角α相同，且所述凹面锥透镜(4)的厚度d满足整形后的所述线偏振环形光束充满物镜(9)的入瞳，实现对样品的暗场观察需求；凹面锥透镜的厚度d决定偏振光环形光束的外径，且外径与物镜的入瞳相匹配，扩束镜用于调整线偏振环形光束的内径；

通过所述半反半透膜一入射至半反半透膜二的光束分为两路探测光束：所述半反半透膜二的透射光束依次经过光阑、偏振片二和聚焦透镜一聚焦至针孔一的中心处，离焦光束被所述针孔一阻挡，准焦光束携带所述待测样品的散射信息至相机一；所述半反半透膜二的反射光束依次经过偏振片三和聚焦透镜二聚焦至针孔二的中心处，离焦光束被所述针孔二阻挡，准焦光束携带所述待测样品的反射信息至相机二。

2.根据权利要求1所述的表面及亚表面一体化共焦显微测量装置，其特征在于，所述光阑(12)的孔径与所述线偏振环形光束的内径相同。

3.根据权利要求1所述的表面及亚表面一体化共焦显微测量装置，其特征在于，所述扫描透镜(7)的工作面位于所述管镜(8)的前焦面处。

4.表面及亚表面一体化共焦显微测量方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一、激光器(1)所发平行激光光束，通过扩束镜(2)放大所述平行激光光束的直径，经过偏振片一(3)变为线偏振高斯光束，经过凹面锥透镜(4)后，所述线偏振高斯光束整形为线偏振环形光束，所述线偏振环形光束通过半反半透膜一(5)透射、二维扫描振镜(6)反射和扫描透镜(7)聚焦至管镜(8)前焦面处，所述管镜(8)产生环形平行光束入射至物镜(9)，在待测样品(10)上形成聚焦光斑，实现对所述待测样品(10)的环形光照明；

步骤二、控制所述二维扫描振镜(6)偏转，使聚焦光斑在所述待测样品(10)上进行二维扫描，所述待测样品(10)表面及亚表面中反射光与散射光依次经过所述物镜(9)、所述管镜(8)、所述扫描透镜(7)和所述二维扫描振镜(6)，并通过所述半反半透膜一(5)反射，实现对所述待测样品(10)的环形光扫描；

步骤三、通过所述半反半透膜一(5)入射至半反半透膜二(11)的光束分为两路探测光束：所述半反半透膜二(11)的透射光束依次经过光阑(12)、偏振片二(13)和聚焦透镜一(14)聚焦至针孔一(15)的中心处，离焦光束被所述针孔一(15)阻挡，准焦光束携带所述待测样品(10)的散射信息至相机一(16)；所述半反半透膜二(11)的反射光束依次经过偏振片三(17)和聚焦透镜二(18)聚焦至针孔二(19)的中心处，离焦光束被所述针孔二(19)阻挡，准焦光束携带所述待测样品(10)的反射信息至相机二(20)；

步骤四、竖直移动所述待测样品(10)的轴向位置，对所述待测样品(10)不同轴向位置进行横向二维扫描，实现对所述待测样品(10)的表面及亚表面立体显微测量；

所述凹面锥透镜(4)的前后表面底角α相同，且所述凹面锥透镜(4)的厚度d满足整形后的所述线偏振环形光束充满物镜(9)的入瞳，实现对样品的暗场观察需求，凹面锥透镜的厚度d决定偏振光环形光束的外径，且外径与物镜的入瞳相匹配，扩束镜用于调整线偏振环形光束的内径。

5.根据权利要求4所述的表面及亚表面一体化共焦显微测量方法，其特征在于，所述光阑(12)的孔径与所述线偏振环形光束的内径相同。

6.根据权利要求4所述的表面及亚表面一体化共焦显微测量方法，其特征在于，所述扫描透镜(7)的工作面位于所述管镜(8)的前焦面处。