【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学检测，具体涉及一种基于横向编码的光谱共聚焦测量系统及其测量方法。
技术介绍
1、共聚焦显微镜测量技术是一种强大的三维结构可视化工具，广泛应用于半导体晶圆检测等领域，因其能够精确测量表面轮廓而备受重视。然而，传统共聚焦显微镜测量技术需要逐点扫描，导致图像获取速度较慢。为提高成像速度，常用的技术之一是串联扫描法，即通过nipkow盘实现对样品多个点的同时照明。然而，多点照明容易引起串扰和散射噪声，从而降低系统的信噪比和整体灵敏度。为了获得较好的信噪比，共焦针孔在盘面上只能占据少量面积，导致照明效率较低。
2、为改善现有技术中的问题，共聚焦位移传感器技术诞生，该传感器技术无需进行垂直方向的扫描运动。该传感器技术配备了白光光源和光谱仪。当白光通过物镜时，由于色差效应，不同波长的光在物镜后聚焦于不同的焦距位置。样品表面反射的离焦光会被光谱仪前的共焦针孔滤除。基于波长与焦距的已知关系，通过光谱仪分析反射光，可以解码样品表面各点的高度信息。为了获取区域的三维轮廓，需要通过x、y平移台对样品进行逐点横向扫描。
3、但现有的共聚焦位移传感器技术在实际应用中面临一些挑战。由于使用光谱共聚焦位移传感器技术测量被测表面空间位置的同时测量表面倾斜角度，主要通过测量返回光束经过色散透镜后加入分光棱镜和二维位置传感探测器或者ccd相机上光斑的移动来判断表面倾斜角度。因此光谱共聚焦位移传感器技术所面临最大的问题是：白光光源相对于单色光而言，存在能量分散、光源效率以及相干性等因素导致的光束能量弱的困扰。因而，二维位置传感
技术实现思路
1、本专利技术克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于横向编码的共聚焦测量系统及其测量方法。
2、基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，包括光谱位置测量单元，还包括光谱角度测量单元；其中，
3、所述光谱位置测量单元包括依次沿光路设置的光源、准直透镜、第一分束镜、第一色散透镜、第二分束镜、第二色散透镜、共焦针孔和第一光谱接收装置；
4、所述光谱角度测量单元包括依次沿光路设置的色散调校组件、空间滤波组件和第二光谱接收装置；
5、所述光源发出的光束经所述准直透镜进行准直后，经所述第一分束镜进行分束，分束后的反射光束经所述第一色散透镜散射后，入射至待测物表面后反射，反射后的光束形成具有携带所述待测物信息的信息光束，所述信息光束经所述第一色散透镜透射后，入射至所述第二分束镜，经所述第二分束镜分束后的透射光束透射至所述第二色散透镜和所述共焦针孔，穿过所述共焦针孔后入射至所述第一光谱接收装置，分析所述第一光谱接收装置接收到的光谱信息获取所述待测物表面待测点的位置信息；
6、经所述第二分束镜分束后的反射光束依次入射至所述色散调校组件进行色散和光束校正后，入射至所述空间滤波组件进行光束信号滤波和汇聚后，入射至第二光谱接收装置，分析所述第二光谱接收装置接收到的光谱信息获取所述待测物表面待测点的角度信息。
7、进一步地，所述色散调校组件包括第一棱镜和第二棱镜，经所述第二分束镜分束后的反射光束入射至所述第一棱镜，所述第一棱镜将光束色散为不同波长不同角度的光束后，入射至所述第二棱镜，经所述第二棱镜折射和校正后，变成不同波长的平行光束入射至所述空间滤波组件。
8、进一步地，所述第一棱镜和所述第二棱镜的形状为三角形或梯形。
9、进一步地，所述第一棱镜和所述第二棱镜的材质相同。
10、进一步地，所述空间滤波组件包括沿光路设置的微透镜阵列和光纤；
11、所述微透镜阵列将所述第二棱镜出射的不同波长的平行光束中的杂乱光束信号滤除，并同时将有效光谱信息进行汇聚；
12、所述有效光谱信息入射至所述光纤中进行滤波的同时传输至所述第二光谱接收装置。
13、本专利技术还提供基于横向编码的光谱共聚焦测量系统的测量方法，包括如下步骤：
14、s1、将平面反射镜放置在待测物处，启动基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，根据此时所述第二光谱接收装置接收的光谱信息获取基准中心波长；
15、s2、将所述待测物放置于所述基于横向编码的光谱共聚焦测量系统中，分别获取所述第一光谱接收装置和所述第二光谱接收装置接收的光谱信息；
16、s3、通过分析所述第一光谱接收装置接收的光谱信息，获得相应的所述待测物表面待测点的位置信息；
17、通过分析所述第二光谱接收装置接收的光谱信息和所述基准中心波长，获得相应的所述待测物表面待测点的角度信息。
18、进一步地，获得相应的所述待测物表面待测点的角度信息的具体方式为：
19、根据所述第二光谱接收装置接收的光谱信息，获取此时接收到所述待测物表面待测点的中心波长；
20、根据所述待测物表面待测点的中心波长、所述基准中心波长和基于横向编码的光谱共聚焦测量系统参数，计算所述待测物表面待测点的角度信息，计算公式（1）具体如下所示：
21、（1）
22、其中，表示所述待测物表面待测点的角度信息；l表示所述第一棱镜和所述第二棱镜的质心距离；表示测量待测物表面待测点时所述第二光谱接收装置接收波长时对应的出射角度；表示所述基准中心波长；表示所述微透镜阵列的焦距；表示获取基准中心波长时所述第二光谱接收装置接收波长时对应的出射角度。
23、进一步地，根据所述第二光谱接收装置接收的光谱信息，获取此时接收到所述待测物表面待测点的中心波长的具体方式为：质心法或高斯拟合法。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
25、本专利技术是一种基于横向编码的光谱共聚焦测量系统及其测量方法，通过在现有的共聚焦测量系统中加入色散调校组件、空间滤波组件和光谱接收装置，通过光谱的横向编码技术、空间滤波技术和光谱定位技术，使用一维光谱波长精确的完成待测点的位置和角度测量，改变现有共聚焦测量技术中通过光斑来进行测量，当接收到的光斑形状发生变化、亮度不均匀、光斑能量弱或干扰因素过大时，就不能进行精确测量的情况。并且本专利技术的系统和方法不仅能够测量待测物的三维位置信息，获得待测物的空间成像信息，还能够对待测物表面测量点的倾斜角度进行测量，从而有效克服了现有共聚焦测量技术在测量位置和倾斜角度方面的局限性。
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1.一种基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，包括光谱位置测量单元，其特征在于，还包括光谱角度测量单元；其中，
2.根据权利要求1所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述色散调校组件包括第一棱镜（10）和第二棱镜（11）；
3.根据权利要求2所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述第一棱镜（10）和所述第二棱镜（11）的形状为三角形或梯形。
4.根据权利要求3所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述第一棱镜（10）和所述第二棱镜（11）的材质相同。
5.根据权利要求4所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述空间滤波组件包括沿光路设置的微透镜阵列（12）和光纤（13）；
6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统的测量方法，其特征在于，获得相应的所述待测物（5）表面待测点的角度信息的具体方式为：
8.根据权利要求7所
...【技术特征摘要】
1.一种基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，包括光谱位置测量单元，其特征在于，还包括光谱角度测量单元；其中，
2.根据权利要求1所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述色散调校组件包括第一棱镜（10）和第二棱镜（11）；
3.根据权利要求2所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述第一棱镜（10）和所述第二棱镜（11）的形状为三角形或梯形。
4.根据权利要求3所述的基于横向编码的光谱共聚焦测量系统，其特征在于，所述第一棱镜（10）和所述第二棱镜（11）的材质相同。
5.根据权利要求4所述的基于横向编码的光谱共聚焦...
【专利技术属性】
技术研发人员：王之一，冯晓鹏，王建立，刘昌华，贾建禄，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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