多波长线共焦显微探测方法与装置与流程

1.本发明涉及一种高速线共焦显微测量方法，可应用于ic芯片、mems、功能化结构微纳器件、车铣刨磨等机加工表面、喷丸磨砂表面、拉丝表面等各类样品表面形貌的快速测量，属于光学成像与检测技术领域。


背景技术：

2.线共焦显微镜由苏联人g. m. svishchev于20世纪60年代后期提出，其基本架构是：使用一对共轭狭缝进行照明和探测，通过精确控制机械运动装置如高精度电机或压电陶瓷研显微物镜光轴方向移动，从而能获取被测样品沿光轴方向的位移信息。相比于传统的点扫描式共焦显微镜，线共焦显微镜在机械装置的轴向扫描过程能获取一条直线上点沿光轴方向的位移信息，即其形貌测量效率远远优于传统的点扫描式共焦显微镜。但是，线共焦显微镜在获取位移信息的过程中，需要复杂的机械装置精确进行沿光轴方向的扫描，而机械扫描效率低、精度低，上述因素限制了线共焦显微镜获取被测样品三维形貌的速度和精度。
3.为了提高传统线共焦显微镜的测量速度，发表在《optics letters》上的《locally adaptive thresholding centroid localization in confocal microscopy》文献中：提出了采用一种变阈值的峰值提取算法，能满足大采样间隔时探测得到的线共焦响应强度信号的高精度处理，显著地提高线共焦显微测量速度和精度。但是，上述方法仍需要机械装置扫描，限制了线共焦显微测量速度的进一步提高。发表在《optics letters》上的《simple differential digital confocal aperture to improve axial response of line-scanning confocal microendoscopes》文献中：通过使用两个狭缝探测器，其中一个狭缝探测器放置在与狭缝照明光源共轭位置前一个微小间隔处，另一个探测器放置于与狭缝照明光源共轭位置后相等的微小间隔处，通过对两个狭缝探测器采集的共焦响应强度值做差分操作，快速获取被测样品表面上一条直线上点的位移信息。但是，上述方法在装置构建过程中存在如下缺陷：其一、狭缝探测共轭光路的调整极其复杂，上述方法中采用双探测狭缝探测器的设计将进一步使得光路调整复杂；其二、两个的狭缝探测器沿光束光轴方向上的位移偏置需要控制在微米量级，对机械零件的加工速度提出了极高的要求；其三、上述方法的测量量程受限于显微物镜的景深，只能维持在微米至数十微米量级，无法满足复杂大量程结构的形貌测量需求。
4.另一方面，线色散共焦显微测量方法采用宽带光源照明，利用色散物镜的轴向色散，结合线共焦探测技术，通过处理面光谱成像探测设备采集的光谱信息，实现无需机械轴向扫描的高速位移信息测量。但是，线色散共焦技术对光谱成像探测设备光谱分辨能力提出了较高要求，且采集频率受面阵探测器的性能限制通常只能达到khz至10 khz左右。


技术实现要素：

5.本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种多波长点共
焦显微探测方法与装置，以提高测量速度和测量精度。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，包括一种多波长线共焦显微探测装置，包括：多波长光源、照明狭缝、分光单元、色散物镜、探测狭缝和探测模块；所述多波长光源发出波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn共n个波长的照明光束，所述照明光束经所述照明狭缝过滤后形成狭缝照明光束，所述狭缝照明光束经分光镜入射到所述色散物镜；所述色散物镜对不同波长的光有不同的焦距，用于对n个波长的狭缝照明光束进行聚焦，形成n条垂直于光轴的共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；所述由l1、l2、l3、
…
、ln组成的n条共面的直线测量光束并照射在被测样品表面上形成测量相交线；从被测样品表面反射的直线测量光束经所述色散物镜后沿原光路返回至分光镜，依次经所述分光单镜分光和探测狭缝过滤后入射至探测模块，经探测模块得到被测样品在照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据，分别记为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]，其中，i
1m
、i
2m
、i
3m
、
…
、i
nm
分别表示被测样品的测量相交线上第m个测量点在波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度值；所述探测狭缝与所述照明狭缝呈共轭设置，被测样品在照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据用于计算得到被测样品表面的位移信息。
[0007]
同时，本发明还提出一种多波长线共焦显微探测方法，包括以下步骤：s1、标定：将标定样品设置在测量光束的光轴上，控制标定样品沿测量光束光轴方向移动，测量并记录标定样品沿测量光束光轴方向的位移值，以及各个位移值下标定样品的测量相交线上全部m个点在n个照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]，然后对标定样品的测量相交线上同一个测量点在任意相邻波长下的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]；构建位移值与（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据之间的对应关系，实现（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据与位移之间关系的标定；s2、测量过程：将被测样品设置在测量光束的光轴上，测量并记录被测样品在n个照明波长下的线共焦响应强度数据，然后对任意相邻波长下的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据；根据（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据与位移之间的标定关系，得到被测样品的测量线上各个测量点的位移；s3、垂直于光轴和线测量光束的方向移动被测样品，重复步骤s2，得到被测样品表面不同测量相交线上的测量点在沿测量光束光轴方向的位移信息，从而获得被测样品的形貌信息。
[0008]
本发明与现有技术具有以下有益效果：1. 本发明中多波长线共焦显微探测方法属于非接触测量技术，其无需机械扫描，就能实现ic芯片、mems、磨削抛光等样品的精密测量，能显著地简单装置的结构；2. 本发明中多波长线共焦显微探测方法利用线共焦响应曲线中斜率较大的线性区域来替代传统线共焦中采用斜率为零的顶点区域来探测位移信息，使得灵敏度和测量精度都有显著提升，同时由于只需要线阵光电探测器来测量n个照明波长下的线共焦响应强i2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]，其中，i
1m
、i
2m
、i
3m
、
…
、i
nm
分别表示被测样品5的测量相交线上第m个测量点在n个不同波长下的线共焦响应强度数据；所述线共焦响应强度数据用于计算得到被测样品5表面的位移信息。
[0013]
进一步地，如图2所示，本实施例中，所述色散物镜4包括依次同轴设置的消色差透镜401（焦距23mm、通光孔径5.2mm）、凹透镜402（焦距-14mm、通光孔径15mm）、第一凸透镜403（焦距23.8mm、通光孔径25.4mm）、第二凸透镜404（焦距34mm、通光孔径25.4mm）和第三凸透镜405（焦距34mm、通光孔径22mm），色散物镜4的基本工作原理如下：消色差透镜401将多波长狭缝照明光束射出的光准直，准直光束进入凹透镜402进行发散，然后被第一凸透镜403、第二凸透镜404、第三凸透镜405聚焦在光轴oa1上不同位置，如λ1=450nm、λ2=455 nm、λ3=460 nm、
…
、λn=750 nm的光束聚焦在色散物镜光轴16.5mm、16.505 mm、16.510 mm、
…
、16.8 mm处，形成n共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；n条共面测量直线组成的测量面照射到被测样品表面，与样品表面相交得到一条测量相交线，被测样品将照射在测量相交线的测量光束反射。
[0014]
本实施例中，所述波长分光装置7用于将测量光束中的不同波长的光送至探测器8不同的探测区域，经所述探测器8的n个不同探测区域得到的被测样品5的测量相交线上m个测量点的光强值即为被测样品在n个不同波长下的线共焦响应强度数据。
[0015]
具体地，本实施例中，如图1所示，所述波长分光装置7包括：球面反射镜701、光栅702、球面聚焦镜703，所述光栅702、球面聚焦镜703分别设置在球面反射镜701两侧，从被测样品5表面反射的测量光束依次经色散物镜4、分光镜3、探测缝隙6后入射至所述球面反射镜701，然后经球面反射镜701反射后入射至所述光栅702，经所述光栅702反射后，测量光束中各个波长的光分开，然后经所述球面聚焦镜703反射后入射到探测器8的不同探测区域。波长分光装置7的基本工作原理如下：球面反射镜701将通过探针狭缝6的测量光束准直，照射到光栅702上，光栅702将不同波长的光衍射偏折不同的角度照射到球面反射镜703上，球面反射镜703将不同波长的光聚焦到探测器8中不同区域。
[0016]
进一步地，本实施例的一种多波长线共焦显微探测装置，还包括微处理器9，微处理器9用于接收探测器8的探测信号，即待测样品表面测量相交线上同一测量点在照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据进行差分处理，获取被测样品表面测量相交线上m个测量点沿测量光束光轴oa1方向的位移信息。
[0017]
进一步地，本实施例中，探测器8包括能探测波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn的直线测量光束强度的探测区域。
[0018]
进一步地，本实施例中，波长分光装置7和探测器8也可以用光谱仪代替。
[0019]
本实施例的工作原理如下：多波长光源1发出波长λ1=450nm、λ2=455 nm、λ3=460 nm、
…
、λn=750 nm的照明光束，经照明狭缝2和分光镜3进入色散物镜4；色散物镜4将波长λ1=450nm、λ2=455 nm、λ3=460 nm、
…
、λn=750 nm的光聚焦在色散物镜4光轴16.5mm、16.505 mm、16.510 mm、
…
、16.8 mm处，形成n条共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；n条共面测量直线照射在被测样品5的表面上，得到一条测量相交线；被测样品5将照射在测量相交线上的测量光束反射，反射的测量光束被色散物镜4收集，经分光镜3反射进入探针狭缝6；探测狭缝6对经被测样品反射的测量光束过滤，送入波长分光装置7；波长分光装置7将通过探测狭缝6的测量光束中不同波长的光聚焦在探测器8的不同区域；探测器8得到被测样品5的测量相
交线上m个测量点在照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]；通过对被测样品5表面测量相交线上同一测量点在任意相邻波长下的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n－1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]；根据测量相交线上m个测量点所对应的（n－1）个相邻波长差分线共焦响应数据得到被测样品5测量相交线上m个点沿测量光束光轴oa1方向的位移信息。当利用运动平台沿垂直于测量光束光轴oa1和被测样品5表面测量相交线的方法移动多波长差分线共焦显微探测装置或被测样品5，获取被测样品5表面上不同测量相交线上点在沿测量光束光轴oa1方向的位移信息，进而重构样品5表面轮廓或形貌。
[0020]
实施例2本发明实施例2提供了一种多波长线共焦显微探测装置，与实施例1不同的是，本实施例中基于时分驱动电路实现多波长线共焦响应强度值的分离。
[0021]
如图3所示，本实施例的一种多波长线共焦显微探测装置，包括：多波长光源1、照明狭缝2、分光镜3、色散物镜4、探测狭缝6、时分驱动电路704、线阵探测器801、微处理器9。
[0022]
本实施例的基本工作原理如下：微处理器9控制时分驱动电路704产生周期性脉冲信号，脉冲信号的上升沿激励驱动电路依次给多波长光源1中波长为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的子光源模块供电，在t1、t2、t3、
…
、tn时刻，依次产生波长为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的照明光束；照明光束通过照明狭缝2和分光镜3，进入色散物镜4；色散物镜4将照明光束中不同波长的光聚焦在色散物镜光轴oa1上不同位置，形成n条共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；由色散物镜4聚焦形成n条共面测量直线，照射在被测样品5上，与样品表面相交得到一条测量相交线l3；照射在被测样品5测量相交线上的测量光束被样品5表面反射，沿原光路返回，被色散物镜4收集，经分光镜3反射，通过探测狭缝7，在t1、t2、t3、
…
、tn时刻依次被线阵探测器801接收，得到测量相交线上全部m个点在n个照明波长下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]；微处理器9通过对测量相交线上同一测量点任意相邻波长下的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]，并根据（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与样品位移之间的精确标定关系，获取样品表面5测量相交线上全部m个点沿测量光束光轴oa1方向的位移信息。
[0023]
实施例3本发明实施例3提供了一种多波长线共焦显微探测装置，与实施例1不同的是，本实施例中的探测模块的结构不同，其基于（n－1）个二色分光镜实现n个波长测量光束的分离。
[0024]
如图4所示，本实施例中，所述探测模块包括准直镜705、（n－1）个二色分光镜706、n个会聚镜707、和n个线阵探测器801。
[0025]
本实施例的工作原理如下：所述准直镜705将经探测狭缝6过滤的线测量光束准
直，准直的光束依次通过（n－1）个二色分光镜706后将线测量光束后分成n束；分开的光束分别通过一个会聚镜705聚焦在一个线阵探测器801，每一个所述线阵探测器801分别用于探测其中一个波长下的线测量光束，从而得到被测样品表面测量相交线上全部m个点在n个照明波长下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]。
[0026]
实施例4本发明实施例4提供了一种多波长线共焦显微探测装置，与实施例1不同的是，本实施例中的探测模块的结构不同，其基于n个窄带滤波片实现n个波长测量光束的分离。
[0027]
如图5所示，本实施例中，所述探测模块包括准直镜705、（n－1）个分光镜708、n个窄带滤波片709、n个会聚镜707和n个线阵探测器801；所述准直镜705用于将经探测狭缝6过滤的线测量光束进行准直，准直后的光束依次通过（n－1）个分光镜708后分为n束，然后每束光经一个窄带滤波片709后入射到其中一个线阵探测器801，每个所述线阵探测器801分别用于探测其中一个波长的线测量光束，最终得到测量相交线上全部m个点在n个照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]。。
[0028]
实施例5本发明实施例5提供了一种多波长线共焦显微探测装置，与实施例1不同的是，本实施例基于光纤阵列波分复用器实现n个波长线测量光束的分离。
[0029]
如图6所示，本发明实施例5提供了一种多波长线共焦显微探测装置包括多波长光源1、光纤阵列耦合器301、色散物镜4、光纤阵列波分复用器710、探测器8、微处理器9和光纤阵列法兰10。
[0030]
具体地，本实施例中，多波长光源1包括n个不同波长的单波长光纤阵列光源101和光纤阵列合束器102，所述探测器包括n个个光纤阵列探测器802。
[0031]
本实施例的基本工作原理如下：多波长光源1由能发出λ1、λ2、λ3、
…
、λn共n个不同波长的n个单波长光纤阵列光源101和光纤阵列合束器102组成；光纤阵列合束器102将n个单波长光纤阵列光源101发出的波长分别为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的照明光束合束在一起，然后通过光纤阵列法兰10送入到光纤阵列耦合器301；光纤阵列耦合器301将多波长照明光束送往色散物镜4；色散物镜4将由光纤阵列耦合器301发出的多波长照明光束中不同波长的光聚焦在色散物镜光轴oa1上不同位置，形成垂直于光轴的n条共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；由色散物镜聚焦形成的n条共面测量直线，照射在测量样品表面，与样品表面相交得到一条测量相交线；照射在被测样品5测量相交线上的测量光束被样品5表面反射，沿原光路返回，被色散物镜4收集，进入光纤阵列耦合器301；光纤阵列耦合器301将经被测样品反射的测量光束送入光纤阵列波分复用器710；波分复用器710将测量光束中不同波长的光送至探测器8中不同探测区域，由n个光纤阵列探测器802得到被测样品表面测量相交线上全部m个点在n个照明波长下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]；微处理器9通过对测量相交线上同一点任意相邻波长的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]，并根据（n
–
1）
个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与样品位移之间的精确标定关系，获取样品表面5测量相交线上全部m个点沿测量光束光轴oa1方向的位移信息。
[0032]
实施例6本发明实施例6提供了一种多波长线共焦显微探测装置，与实施例1不同的是，本实施例基于时分驱动电路704来实现n个波长线测量光束的分离。
[0033]
如图7所示，本发明实施例6提供了一种多波长线共焦显微探测装置，包括：多波长光源1、光纤阵列耦合器301、色散物镜4、时分驱动电路704、光纤阵列探测器802、微处理器9和光纤阵列法兰10。
[0034]
本实施例的其工作原理如下：多波长光源1由能分别发出λ1、λ2、λ3、
…
、λn共n个不同波长的n个单波长光纤阵列光源101和1
×
n光纤阵列合束器102组成；光纤阵列合束器102将n个单波长光纤阵列光源101发出的波长分别为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的照明光束合束在一起，然后通过光纤阵列法兰10送入到光纤阵列耦合器301；微处理器9控制时分驱动电路704发出周期性脉冲信号，脉冲信号的上升沿激励驱动电路依次给多波长光源中波长为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的单波长阵列光纤光源模块供电，在t1、t2、t3、
…
、tn时刻，依次发生波长为λ1、λ2、λ3、
…
、λn的照明光束，通过光纤合束器102进入到光纤阵列耦合器301；光纤阵列耦合器301将多波长照明光束送往色散物镜4；色散物镜4将光纤阵列耦合器301发出的多波长照明光束中不同波长的光聚焦在色散物镜光轴oa1上不同位置处，形成垂直于光轴的n条共面测量直线，记作l1、l2、l3、
…
、ln；由色散物镜聚焦形成的n条共面测量直线，照射在测量样品表面，与样品表面相交得到一条测量相交线；照射在被测样品5测量相交线上的测量光束被样品5表面反射，沿原光路返回，被色散物镜4收集，进入光纤阵列耦合器301；光纤阵列耦合器301将反射的测量光束送入光纤阵列探测器802；在t1、t2、t3、
…
、tn时刻依次被光纤阵列探测器802接收，得到测量相交线上全部m个点在n个照明波长下的线共焦响应强度数据，分别为[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]；微处理器9通过对测量相交线上同一点任意相邻波长的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]，并根据（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与样品位移之间的精确标定关系，获取样品表面5测量相交线上全部m个点沿测量光束光轴oa1方向的位移信息。
[0035]
实施例7本实施例提供了一种多波长线共焦显微探测方法，其基于实施例1~6中的任意一种探测装置实现，本实施例中，样品沿测量光束方向的位移信息获取有赖于构建（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与被测样品位移之间的标定关系。由于各个探测装置中，多波长光源1、色散物镜4、探测模块（如波长分光装置7和探测器8）等器件均存在非均匀光谱响应特性，使得（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响
应值与被测样品位移之间的关系会偏离理论设计，因此本实施例通过实际测试来精确构建（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值与被测样品位移之间的标定关系。具体地，本实施例包括以下步骤：s1、标定：将标定样品设置在测量光束的光轴上，控制标定样品沿测量光束光轴方向移动，测量并记录标定样品沿测量光束光轴方向的位移值，以及各个位移值下标定样品在λ1、λ2、λ3、
…
、λn共n个不同波长下的线共焦响应强度数据，然后对测量相交线上同一点上任意相邻波长下的线共焦响应强度数据进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据；构建位移值与（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据之间的对应关系，实现（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应数据与位移之间关系的标定。
[0036]
具体地，本实施例中，精确控制标定样品沿测量光束测量方向移动，如z1=0、z2=1 μm、z3=3 μm、
…
、zq=300 μm，并同时由探测器8采集得到不同位移时在照明波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下的线共焦响应强度数据[i
11
, i
12
, i
13
,
…
, i
1m ]、[i
21
, i
22
, i
23
,
…
, i
2m ]、[i
31
, i
32
, i
33
,
…
, i
3m ]、
…
、[i
n1
, i
n2
, i
n3
,
…
, i
nm ]。对于同一个测量点，在照明波长λ1、λ2、λ3、λ3下的线共焦响应强度曲线，如图8所示；通过对同一测量点的相同位移时任意相邻波长下的线共焦响应强度值做差分处理，得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与被测样品位移之间的关系曲线，如图9所示，可以实现（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]与样品测量点对应的位移之间关系的标定。
[0037]
s2、测量过程：将被测样品5设置在测量光束的光轴上，测量并记录照明光束波长λ1、λ2、λ3、
…
、λn下各个测量点的线共焦响应强度值，然后对同一个点上任意相邻波长进行差分处理得到（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值；根据各个测量点的（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值与位移之间的标定关系，得到被测样品的测量点的位移；s3、沿垂直于线测量光束和光轴的方向移动被测样品5，重复步骤s2，得到被测样品5表面不同测量相交线上的点在沿测量光束光轴方向的位移信息，从而获得被测样品的形貌信息。
[0038]
具体地，本实施例中，（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]、[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m ]、[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]、
…
、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]的计算公式为：[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m
]=[(i
21
–i11
)/( i
21
i
11
), (i
22
–i12
)/( i
22
i
12
), (i
23
–i13
)/( i
23
i
13
),
…
, (i
2m
–i1m
)/( i
2m
i
1m
)]；[di
321
,di
322
,di
323
,
…
, di
32m
]=[(i
31
–i21
)/( i
31
i
21
), (i
32
–i22
)/( i
32
i
22
), (i
33
–i23
)/( i
33
i
23
),
…
, (i
3m
–i2m
)/( i
3m
i
2m
)]；[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]=[(i
41
–i31
)/( i
41
i
31
), (i
42
–i32
)/( i
42
i
32
), (i
43
–i33
)/( i
43
i
33
),
…
, (i
4m
–i3m
)/( i
4m
i
3m
)]；、、、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m
]=[(i
n1
–i(n
–
1)1
)/( i
n1
i
(n
–
1)1
), (i
n2
–i(n
–
1)2
)/( i
n2
i
(n
–
1)2
), (i
n3
–i(n
–
1)3
)/( i
n3
i
(n
–
1)3
),
…
, (i
nm
–i(n
–
1)m
)/( i
nm
i
(n
–
1)m
)]；
或：[di
211
,di
212
,di
213
,
…
, di
21m ]=[(i
21
–i11
), (i
22
–i12
), (i
23
–i13
),
…
, (i
2m
–i1m
)]；[di
321
,di
322
,di
323
,
…
,di
32m
]=[(i
31
–i21
),(i
32
–i22
),(i
33
–i23
),
…
,(i
3m
–i2m
)]；[di
431
,di
432
,di
433
,
…
, di
43m
]=[(i
41
–i31
), (i
42
–i32
), (i
43
–i33
),
…
, (i
4m
–i3m
)]；、、、[di
n(n
–
1)1
,di
n(n
–
1)2
,di
n(n
–
1)3
,
…
,di
n(n
–
1)m ]=[(i
n1
–i(n
–
1)1
), (i
n2
–i(n
–
1)2
), (i
n3
–i(n
–
1)3
),
…
, (i
nm
–i(n
–
1)m
)]。
[0039]
其中，di
21m
、di
32m
、di
43m
、
…
、di
n(n
–
1)m
分别表示测量相交线上第m个点对应的（n－1）个相邻波长差分线共焦响应值。
[0040]
具体地，本实施例中，在不同的标定位移下，可以得到一系列的（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值；在实施过程中，可以先构建位移与这（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值的映射关系；在测量的时候，根据映射关系和测量得到的（n
–
1）个相邻波长差分线共焦响应值得到位移值。
[0041]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。