一、基于色差原理的显微快速自动对焦方法研究 二、多焦点结构照明快速共焦跨尺度三维成像方法研究

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近年来,由于对电子器件进行微纳加工技术的不断进步,对微纳结构元件的加工精度要求也日益增加,目前的测量手段都还不能达到对微纳结构元件的测量要求,主要存在着以下几点不足处:(1)目前大多数方法都通过逐点或逐层测量的方法进行三维成像,因此三维测量的速度慢,特别是检测表面高度跨度大的样本时;(2)显微测量方法视场较小,无法满足工业大样本的测量要求;(3)分辨率、成像效率及测量范围无法兼顾的问题。针对现有三维显微成像方法横向和轴向分辨率不能兼顾,三维形貌还原的空间分辨率、时间分辨率有限等局限,本文提出一种点阵共焦式结构光照明模式和像方差动共聚焦方法结合的差动多焦点结构照明显微成像(DAF-SIM)高时空分辨三维形貌还原方法。本课题的主要研究内容如下:首先,对超分辨结构光照明显微成像(SIM)和光切片SIM理论进行了分析,并在此基础上对多焦点结构照明显微超分辨成像方法和光切片差动测量理论进行了公式推导及仿真,提出差动多焦点结构照明显微成像(DAF-SIM)非轴向扫描3D显微方法,并通过数字模拟验证了差动多焦点结构照明显微成像(DAF-SIM)的可行性,并实验测试了系统最高横向分辨率为[email protected],超过了衍射极限。其次,根据DAF-SIM原理搭建一套实验平台,并对该系统在不同物镜倍率下的轴向测量范围、轴向响应曲线、及轴向可分辨最小步距进行了标定,最大测量范围为100μm@4×,最高轴向可分辨步距为10nm@100×。对不同样本进行了测试,表面DAF-SIM能够满足不同样本的测量要求,实现了3次/秒的三维成像效率。之后,对所搭建的DAF-SIM系统存在的非均匀光照明误差进行了分析,并提出了对数差动的误差补偿方法,以此来消除非均匀光照明误差对测量结果的影响。最后,根据DAF-SIM系统中大视场的应用需求,提出了子孔径扫描视场拼接过程中的自动聚焦和视场快速拼接算法,实现了尺寸为16cm×16cm面积样品的快速、亚微米精度高分辨三维显微成像。经测量,单次离焦量检测效率为0.042s,64个视场的总拼接成像时间为95.5s。
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