并行差动共焦三维成像方法通过将照明光分割为多光束,实现多点并行探测,解决了传统差动共焦成像中逐点扫描导致的成像效率偏低的问题,是一种理想的快速高精度三维成像方法。然而,在并行差动共焦检测过程中,系统光照不均和光学成像系统的场曲都会引起测量误差。分析了宽场成像过程中不可避免的光照不均及光学系统场曲等因素对并行差动共焦轴向测量的影响,提出了一种宽场误差的修正方法,建立了并行差动共焦轴向测量宽场误差修正的理论模型。实验证明,该方法可以有效地抑制系统光照不均对测量结果的影响,并且校正了光学成像系统场曲等引起的轴向测量误差,保证了并行差动共焦纳米量级轴向测量准确度在全视场范围内的普适性。该方法实施过程简便,适用于其他并行共焦检测方法的误差修正。

差动共聚焦显微成像技术可以获得很高的轴向测量精度, 然而已有的差动共聚焦测量技术主要适用于激光扫描共聚焦, 还不能满足微纳加工过程中对工件进行非接触式的在线、在位测量的要求。本文在分析差动共聚焦显微成像系统能够实现轴向测量原理的基础上, 提出了适用于并行共聚焦技术的轴向测量方法。该方法利用均匀白光照明, 在像方只需要使用一台相机做探测器, 在物方通过移动载物台分别对样品在焦前和焦后两次成像, 根据预先刻度好的差动曲线就可以得出物体表面的高度。理论模拟与实验结果均表明, 该方法可以实现高精度的轴向测量, 对500 nm的台阶样品测量的平均误差为2.9 nm, 相对误差为0.58%。该方法简单、廉价、测量精度高, 可以用于普通显微镜, 易于实现样品的三维快速形貌还原与测量。