本實用新型涉及光學(xué)成像或檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高分辨率寬場成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光學(xué)、半導(dǎo)體、電路板等光電原件表面的缺陷檢測通常采用人工或者自動光學(xué)成像的方法，即利用顯微鏡透鏡的放大功能將被測表面上的瑕疵等用光電傳感器記錄下來。該方法能分辨最小的劃痕的尺寸取決于所用顯微鏡的分辨率；該方法所能探測的橫向(垂直于光的傳播方向)范圍取決于面陣相機(jī)的像元數(shù)量；該方法所能探測的軸向(沿著光的傳播方向)范圍取決于光學(xué)系統(tǒng)的焦深或者景深。

高速大范圍光學(xué)表面的高精度缺陷檢測通常面臨以下難點：顯微鏡的分辨率的提高與焦深、視場的擴(kuò)展是矛盾的。一方面，從理論上講，顯微鏡的分辨率(1/e2)為△x＝λ/(πd/2f)≈λ/(πNA)，其中λ為波長，d為入射的光束直徑，f為物鏡焦距，NA是物鏡的有效數(shù)值孔徑；顯微鏡的焦深，也就是兩倍的瑞利范圍，定義是當(dāng)光束的1/e2直徑變?yōu)榻裹c處束腰的的距離，其公式為△z＝8λ(f/d)²/π∝1/NA²；視場定義為FOV＝f×θ，其中θ是視場角。從以上三個公式可以看出，顯微鏡分辨率的提高依賴于NA的增大，但是NA的增大必然導(dǎo)致景深變短，視場變小?？傊?，提高成像分辨率必須以犧牲焦深和視場大小為代價。

另一方面，從實際情況講，顯微鏡的視場角不可能無限大，因為當(dāng)視場角很大時，成像的像差通常難以控制，導(dǎo)致分辨率降低。所以，現(xiàn)有的顯微鏡成像或者檢測的難點在于同時獲得高分辨率、大視場和擴(kuò)展了的焦深。

光譜編碼共焦顯微鏡(Spectrally Encoded Confocal Microscopy，SECM)是一種并行式的共焦反射顯微鏡(US6341036)。普通共焦顯微鏡采用單色激光作為激發(fā)光源，因此在物鏡焦平面上只有一個聚焦點，所以必須通過X和Y兩個橫向維度的機(jī)械掃描來實現(xiàn)二維成像；與普通共焦顯微鏡不同的是，SECM采用寬譜光源，并利用一個光柵將該寬譜光在無限空間內(nèi)向不同方向散開，從而在物鏡的焦平面內(nèi)形成一個線焦點；SECM所形成的線焦點上的每一個點都對應(yīng)于一個唯一的波長，所以只需要用一個光譜儀就可以并行探測線焦點上所有點的反射光強。因此，SECM要比普通的共焦顯微鏡快1000倍左右。

明場和暗場探測：照明光入射到無缺陷的光學(xué)表面只會發(fā)生反射，而不散射；照明光入射到光學(xué)表面的劃痕等缺陷部位就會發(fā)生散射，通常散射會改變光的傳播角度和偏振方向。在光學(xué)表面缺陷檢測當(dāng)中，從無缺陷的部分反射回來的光不但沒有有用信息，而且會縮小光敏探測器的有效動態(tài)范圍，造成探測靈敏度低的問題?，F(xiàn)有所有的SECM技術(shù)采用明場探測從被成像物體返回的光信號，由于明場探測得到的光信號主要是反射光，因而不適合光學(xué)表面缺陷檢測的要求。暗場光路主要探測缺陷處發(fā)出的散射光，并且阻止無缺陷處發(fā)出的反射光進(jìn)入光敏探測器，因而適用于缺陷檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種超高分辨率寬場成像系統(tǒng)，其同時提高了橫向分辨率、焦深和視場。

為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種超高分辨率寬場成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括光源、物鏡、光柵、光瞳濾波器、透鏡、光電探測器，所述光源的輸出光能夠覆蓋整個樣品的待測表面，且所述輸出光與所述樣品的待測表面間的夾角為銳角，所述物鏡的光軸垂直于所述樣品的待測表面并通過所述待測表面的中心，所述樣品位于所述物鏡的前焦面處，所述光柵的幾何中心落在所述物鏡的光軸上，所述的輸出光照射在所述樣品的待測表面上后的散射光沿所述物鏡的光軸依次通過所述光柵、所述光瞳濾波器、所述透鏡傳播至所述光電探測器。

優(yōu)選地，所述光柵與所述物鏡間的距離與所述物鏡的焦距相同。

優(yōu)選地，所述成像系統(tǒng)還包括掃描機(jī)構(gòu)，所述掃描機(jī)構(gòu)位于所述光柵與所述光瞳濾波器間，且所述掃描機(jī)構(gòu)落在所述透鏡的光軸上。

優(yōu)選地，所述的光瞳濾波器為一塊中心遮攔掩模板。

優(yōu)選地，所述輸出光的波長范圍在200nm～5μm間。

優(yōu)選地，所述的光源為寬譜激光器或白光光源。

由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：本實用新型提供的一種超高分辨率寬場成像系統(tǒng)，其通過物鏡、光柵、光瞳濾波器、透鏡、光電探測器構(gòu)成暗場探測，通過調(diào)整光源與樣品間的相對距離，使得光源所發(fā)出的輸出光能夠覆蓋整個樣品的待測表面，且輸出光與待測表面間形成銳角夾角，使得其輸出光的反射光無法通過該暗場，而只有其散射光才能通過該暗場進(jìn)入光電探測器內(nèi)，本發(fā)明中采用了光瞳濾波器，與現(xiàn)有的普通光譜編碼共焦顯微鏡相比，本發(fā)明的成像系統(tǒng)的焦深能夠擴(kuò)展至2-20倍，橫向分辨率能夠提高20％以上，視場能夠擴(kuò)大10％以上。

附圖說明

附圖1為本實用新型所述的超高分辨率寬場成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2a為未設(shè)置光瞳濾波器的成像系統(tǒng)在物鏡焦點處的xz平面光斑分布圖；

附圖2b本實用新型所述的設(shè)置有光瞳濾波器的成像系統(tǒng)在物鏡焦點處的xz平面光斑分布圖；

其中：100、光源；110、樣品；120、物鏡；130、光柵；140、掃描機(jī)構(gòu)；150、光瞳濾波器；160、透鏡；170、光電探測器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

一種超高分辨率寬場成像系統(tǒng)，參見圖1所示，其中，笛卡爾坐標(biāo)系表示物鏡120焦點處的世界坐標(biāo)。該成像系統(tǒng)包括光源100、物鏡120、光柵130、掃描機(jī)構(gòu)140、光瞳濾波器150、透鏡160、光電探測器170。

這里的光源100可以是一個寬譜激光器，也可以是一個白光光源，該光源100構(gòu)成了本成像系統(tǒng)的照明光路。這里的物鏡120、光柵130、掃描機(jī)構(gòu)140、光瞳濾波器150、透鏡160和光電探測器170共同構(gòu)成了本成像系統(tǒng)的探測光路。

通過調(diào)整光源100與樣品110間的相對距離，使得光源100的輸出光能夠覆蓋整個樣品110的待測表面，且輸出光的入射光與待測表面間成一銳角夾角，使得輸出光的反射光無法通過物鏡120、光柵130、掃描機(jī)構(gòu)140、光瞳濾波器150、透鏡160后進(jìn)入光電探測器170，只有輸出光的散射光能夠到達(dá)光電探測器170，從而構(gòu)成了暗場探測。這里的輸出光，其波長范圍控制在200nm～5μm間。

具體的，本發(fā)明的成像系統(tǒng)中，物鏡120的光軸通常垂直于樣品110的待測表面，并通過該待測表面的中心，樣品110通常置于該物鏡120的前焦面處。該光柵130置于物鏡120的上方，其幾何中心位于該物鏡120的光軸上。這里，該光柵130相對于該物鏡120的距離為一倍該物鏡120焦距，且該光柵130的角度滿足光柵130公式，從而使得輸出光的入射光線從樣品110的待測表面散射后沿著物鏡120的光軸通過該光柵130，而后沿著透鏡160的光軸方向傳播至光電探測器170內(nèi)。

這里的掃描機(jī)構(gòu)140置于透鏡160的光軸上，用以實現(xiàn)垂直于紙面的橫向光束掃描。這里，也可以不采用掃描機(jī)構(gòu)140，而采用移動整個成像系統(tǒng)或是移動該樣品110來實現(xiàn)橫向光束掃描。

這里采用的光瞳濾波器150是一個幅度型、相位型；或幅度/相位混合型掩模元件。例如，可采用一個最簡單的幅度型光瞳濾波器150：中心遮擋掩模板。該中心遮擋掩模板的視線沿著透鏡160的光軸方向，其中心為不透光部分，外周部為透光部分。如果沒有設(shè)置光瞳濾波器150，在物鏡120的焦點處，其焦深非常有限，參見圖2a；而增加了光瞳濾波器150，則其焦深實現(xiàn)了顯著的擴(kuò)展，參見圖2b，圖2a、2b中的箭頭所示范圍為焦深。

上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。