复色超分辨差动共焦测量大线性量程数据融合方法属于超精密三维微结构表面测量领域；该方法首先利用式１和式２分别计算得到第一和第二超分辨差动共焦测量支路的输出信息，其中式３分别是采用复色超分辨差动共焦测量装置获取的第一和第二测量支路的实际输出光强信息，（式１、２、３见右上）然后截取Γ↓［１］和Γ↓［２］得到有效输出Γ↓［１］和Γ↓［２］，最后构造系统线性输出融合函数：见式４作为系统最终位移响应输出，其中Γ↓［Ｂ′］为平移因子，λ↓［１］和λ↓［２］是第一和第二测量支路波长；该方法保留了复色超分辨差动共焦测量高空间分辨力、抑制共模加性噪声和线性量程扩展的优点，同时可以抑制乘性噪声干扰，获得线性程度更好、线性测量范围更大的输出特性曲线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超精密三维微结构表面测量领域，主要涉及一种复色超分辨差动 共焦测量大线性量程数据融合方法，可适用于微光机电元器件三维微细结构特征 的超精密非接触测量。
技术介绍
共焦测量技术最早是由M. Minsky于1957年提出，并于1961年获得了美国 专利，专利号US3013467，其基本技术思想是通过引入针孔探测器抑制杂散光， 并产生了轴向层析能力，该技术的不足之处在于，轴向响应信号在测量面准焦区 域附近测量灵敏度不高，因此只适用于离焦位移测量。非传统的共焦测量技术，如双光子荧光显微技术、单光子荧光显微技术和 4PI荧光共焦显微技术基本技术特征是利用照明光束作用，样品吸收一个入射光 子，产生荧光辐射，实现三维成像，此类技术适用于具有荧光特性的物质；激光 干涉共焦显微技术是利用双频激光技术和共焦扫描测量技术相结合，采用相位测 量技术实现长度测量，此类技术对激光频率稳定性要求很高，而且测量范围相对较小；e共焦显微技术是一种基于扫描测量原理的测量技术，可以提高测量效率，但是测量精度相对较低；彩色共焦测量方法采用宽光谱非相干光进行照明，采用 传统共焦结构，通过分析探测信号光谱变化实现位移测量，该方法与传统共焦技 术相比提高了测量范围，并提高了测量表面的倾斜允限，但是测量，度相对较低， 而且响应信号强度较弱，不利于进一步提高信号噪声比；差动共焦'扫描测量技术 及三差动共焦测量技术，通过对探测器等距离离焦，并对探测光强信号做减法运 算，获得双极性跟踪特性，使测量范围和轴向测量分辨力得到提高；超分辨共焦 扫描测量技术及超分辨差动共焦扫描测量技术通过引入光瞳滤波器提高了空间 分辨力，差动及超分辨差动扫描测量技术虽然有效抑制了共模干扰信号(加性噪 声)；复色超分辨差动共焦测量技术，利用不同波长光束聚焦产生理想聚焦面平 移的色散特性，形成两个具有不同灵敏度、有交点的线性测量区，而且具有双极 性跟踪特性，使系统轴向线性测量范围得到扩展；上述基于差动的共焦测量技术虽然有效抑制了共模干扰(加性噪声)，但是没有考虑共焦扫描测量系统中可能 存在的乘性噪声干扰，而且复色超分辨差动共焦测量技术的轴向线性测量范围仍 属有限。超分辨差动共焦扫描测量技术(参见专利具有高空间分辨力的差动共焦扫 描检测方法；专利公开号CN 1527026A)和复色超分辨差动共焦测量技术(参 见专利复色超分辨差动共焦测量方法和装置；专利公开号CN 101182992A)为已公开技术，因此本专利技术将超分辨差动共焦扫描测量技术和复色超分辨差动共 焦测量技术视为已知技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有复色超分辨差动共焦测量技术方法没有考虑系统 乘性噪声干扰、以及轴向线性测量范围仍有限制的不足，设计提供一种能够保留 复色超分辨差动共焦测量装置高空间分辨力、抑制共模加性噪声和线性量程扩展 的优良特性，同时可以在一定程度上抑制乘性噪声干扰，获得测量区线性程度更 好、线性范围更大的全量程轴向响应线性输出曲线。本专利技术的技术方案如下-一种，该方法分三个步骤① 利用r, = (/;2 -/ )/(/;2+/ )和r2 = (/21 -4)/(4+4)分别计算得到第一和第二超分辨差动共焦测量支路的输出信息，其中/u和/,、分别是采用复色超分辨差动共焦测量装置第一超分辨差动共焦测量支路的第一 和第二光电探测器获取的实际输出光强信息，/21和/;2分别是第二超分 辨差动共焦测量支路的第四和第三光电探测器获取的实际输出光强信息；② 截取1^和「2得到有效输出^和亡2，截取过程是通过截取r^和r2各自 中心点o,和o2左右两侧出现的第一个零点之间的曲线部分作为有效输③ 构造系统线性输出融合函数<formula>formula see original document page 5</formula>作为系统最终全量程位移响应输出，其中v， w分别是横向和轴向无量纲光学坐标，平移因子r^是曲线f^和^在线性区交点B'处的函数值，4和;^是第一和 第二超分辨差动共焦测量支路波长，比值^作为曲线灵敏度修正系数。本专利技术方法的有益效果在于直接利用现有复色超分辨差动共焦测量装置获 取原始测量数据，引入两个综合差动输出公式，进行有用信号截取后，进而构造 系统线性输出融合函数，实现了在一定程度上同时抑制加性共模噪声和乘性噪声 干扰，从而提高信噪比，达到全量程范围内线性输出，而且系统最终的输出响应 曲线的线性程度更好、线性量程更大。附图说明图i为现有复色超分辨差动共焦测量装置原理示意图。图2为第一超分辨差动共焦测量A支路直接差动和综合差动方法输出响应 曲线比较(+C/M1=25.4^m)。图3为第一超分辨差动共焦测量^支路直接差动和综合差动方法输出响应 曲线比较(+f/wl= 50.8pm )。图4为第一超分辨差动共焦测量^支路直接差动和综合差动方法输出响应 曲线比较(+f/M1=67.7nm)。图5为复色超分辨差动共焦测量装置直接差动方法的轴向光强探测位移响 应曲线图(《=58.0nm)。图6为复色超分辨差动共焦测量装置综合差动方法的轴向光强探测位移响 应曲线图(《=58.0)_im)。 ，图7为复色超分辨差动共焦测量装置综合差动方法的系统最终融合线性位 移输出响应曲线(《=58.0Mm)。图中右下方小图为A响应曲线修正调整前的输出响应曲线。图8为复色超分辨差动共焦测量装置综合差动方法的轴向光强探测位移响应曲线图(《=120|om)。图9为复色超分辨差动共焦测量装置综合差动方法的系统最终融合线性位 移输出响应曲线(《=120^111)。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术实施方案进行详细描述。复色超分辨差动共焦测量装置，如图1所示，包括第一超分辨差动共焦测量 支路100，第二超分辨差动共焦测量支路200， 二向色镜14以及部分色差校正物 镜15。第一超分辨差动共焦测量支路100包括第一激光器1、第一激光器发出第一 波长^的线偏振光，通过第一准直聚焦物镜2、第一针孔3以及第一准直聚焦物镜4准直，再通过第一偏振分光镜5分为两束偏振光，其中一束偏振光通过第一 分光镜6分光后一束通过第一探测聚焦物镜7以及第二针孔8后由位于近离焦平 面处的第一光电探测器12接收，另一束通过第二探测聚焦物镜9以及第三针孔 IO后由位于远离焦平面处的第二光电探测器11接收，另一束偏振光通过第一 1/4 波片13和第一超分辨滤波器31以45度角入射至二向色镜14;第一针孔用于生 成理想点光源，第二针 L、第三针孔、分别与第一光电探测器、第二光电探测器、 一一对应构成点探测器，探测被测物离焦产生的强度变化信号；第一准直物镜用 于与第一针孔生成理想点光源第一偏振分光镜与第一l/4波片相结合，用于分 离激光器发出光束与测量表面反射的测量光束；第一超分辨滤波器用于进行横 向、轴向或三维超分辨，以提高横向分辨力和轴向分辨力。第一分光镜、用于等 强度分离由测量表面反射的测量光束，以形成差动探测；第一探测聚焦物镜、第 二探测聚焦物镜用于聚焦测量光束，以形成测量点的共轭像。第一超分辨差动共 焦测量支路的输出则为第一光电探测器与第二光电探测器的输出之差。第二超分辨差动共焦测量支路200，包括第二激光器18、第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复色超分辨差动共焦测量大线性量程数据融合方法，其特征在于该方法分三个步骤： ①利用Γ↓［１］＝（Ｉ↓［１２］′－Ｉ↓［１１］′）／（Ｉ↓［１２］′＋Ｉ↓［１１］′）和Γ↓［２］＝（Ｉ↓［２１］′－Ｉ↓［２２］′）／（Ｉ↓［２１］′＋Ｉ↓［２２］′）分别计算得到第一和第二超分辨差动共焦测量支路的输出信息，其中Ｉ↓［１１］′和Ｉ↓［１２］′分别是采用复色超分辨差动共焦测量装置第一超分辨差动共焦测量支路的第一和第二光电探测器获取的实际输出光强信息，Ｉ↓［２１］′和Ｉ↓［２２］′分别是第二超分辨差动共焦测量支路的第四和第三光电探测器获取的实际输出光强信息； ②截取Γ↓［１］和Γ↓［２］得到有效输出＊↓［１］和＊↓［２］； ③构造系统线性输出融合函数： ＊＊＊ 作为系统最终全量程位移响应输出，其中ｖ，ｕ分别是横向和轴向无量纲光学坐标，Γ↓［Ｂ′］为平移因子，λ↓［１］和λ↓［２］是第一和第二超分辨差动共焦测量支路波长，比值λ↓［２］／λ↓［１］作为曲线灵敏度修正系数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，谭久彬，刘涛，王伟波，王宇航，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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