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。

为了对微纳加工工件进行三维形貌测量，建立了基于数字微镜的并行激光共焦显微检测系统。首先，利用衍射光学对数字微镜的夫琅禾费衍射模型进行了研究。接着，利用数字微镜实现扫描像素单元为2×2，周期为T=3的并行扫描模式。然后对三维图像重构算法和激光散斑匀化进行了分析。最后，利用该系统分别对镀膜平板、WSZ位置灵敏阳极探测器以及螺钉进行了三维测量。实验结果表明，在轴向平移台步距为10 nm的条件下，该系统能准确重构出样品三维形貌。该共焦显微检测方法能大大提高共焦扫描速度，能很好地满足一般工业检测需求，本文为并行共焦检测技术提供了一条新的研究和应用方法。

共焦显微术是一种重要的微小物体成像技术，由于具有高精度、高分辨率及容易实现三维重构图像的优势而被广泛应用于微纳三维形貌测量。近年来，并行共焦显微检测技术引起各国专家的广泛关注，该技术将单点扫描变为多路同时并行探测，大大提高了三维检测速度。综述了并行共焦显微检测技术的基本原理，系统论述了近年来国内外在并行共焦显微检测技术方面的研究进展以及作者在这方面的研究。按照实现并行检测的方法对7种并行共焦显微检测技术进行了分类介绍，并指出了各种方法的优缺点。最后总结了目前存在的技术难题，分析了未来的发展趋势，为我国进一步开展此项研究提供技术参考。

数字微镜器件(DMD)可以对反射后的光线进行分束，再经过透镜聚光后，能够形成点光源阵列，其中点的大小、间距都可以很方便地控制。相较于传统的微光学器件，DMD 具有不可比拟的柔性，而且成本很低。利用DMD 构建的数字并行光源可以用于并行共焦显微探测，实验搭建了一条适应于目前测量环境的光路，对比了周期不等的点光源阵列后，得到了在同时满足DMD 和CCD 的像素要求的前提下，阵列周期越小越能提高测量纵向分辨力的结论。

并行共焦显微术能够同时测量多个被测点,大大提高了测量效率,但同时也引入了较大的轴外点像差。已有的数据处理手段不能消除轴外光斑的横向偏移。针对其缺陷,提出了中心扩散法和光强重组法来获取被测光斑的光强位移曲线。实验结果表明,中心扩散法和光强重组法基本消除了轴外点光斑10 μm左右的横向偏移;与现有方法比较,这两种方法还将系统的测量稳定性分别提高了2倍和5倍,满足了并行共焦显微系统高精度快速测量的要求。