近期，我院杨克成教授课题组依托国家科技部重点研发专项“智能传感器”重点专项“高精度线光谱共焦传感器研制”，在《激光与光电子学进展》发表题为“光谱共焦显微成像技术与应用”的封面文章。论述了光谱共焦显微成像技术的原理、分类以及发展历程，针对光学设计、信号模型、数据处理等关键问题，总结国内外相关研究进展。最后介绍了该技术应用案例以及发展前景。
对于二元光学、微机电系统等精密器件，以光学检测为代表的非接触式测量能更好地适应此类检测需求。光谱共焦显微成像(CCM)技术利用波长位移编码原理进行深度测量，分辨力更高，并且对表面纹理、倾斜、杂散光等因素不敏感。另外无需轴向扫描，具有层析成像的特点。基于这些优点，CCM技术在生物医学成像、精密样品的三维检测以及生产加工的在线监测等方面有着广泛的应用前景。
CCM技术按扫描方式，可分为点扫描、线扫描以及面阵成像，如图1所示[1-4]。点扫描方案起源最早，应用也最成熟，具有高横向和轴向分辨率的特点，但存在扫描速度较慢以及图像畸变的问题；传统的单轴式线扫描方案使扫描速度得到提升，而双轴式线扫描方案采用共焦θ显微镜的结构降低了横向分辨率对光学设计的要求。另外，双轴式线扫描方案的分辨率、SNR、光通量等性能参数均优于传统的单轴式系统；基于针孔阵列、微透镜阵列等技术的面阵探测方案将CCM技术的成像速度进一步提升，然而较低的光能利用率、更为严重的串扰问题是限制其应用的一个缺点。MicroLED凭借像元尺寸小、独立控制发光、高速的优点有望成为CCM面阵探测的解决方案。CCM技术自诞生以来不断发展完善，不断有学者从光学设计、信号产生模型、光谱数据处理等角度对CCM技术进行研究。另外，随着半导体技术、材料科学的发展，高速探测器、超连续谱光源等器件的出现使得CCM测量性能的进一步提升成为可能。
图1不同扫描方式的光谱共焦显微镜。(a)点扫描；(b)单轴式线扫描；(c)双轴式线扫描；(d)面阵探测。
CCM技术发展至今，凭借高分辨率、大成像深度、高速处理、无损检测等优势逐步在生物医学成像、三维形貌检测、生产加工在线监测等领域得到应用。大成像深度、高速测量、无标记检测的优点使得基于光谱共焦的内窥镜在疾病诊断得到应用。无损检测、层析成像的优点使得CCM非常适合膜厚测量；高速测量、非接触式检测的特点使得CCM在工件的三维形貌测量以及生产加工的在线监测中发挥重要作用。
未来，光谱共焦显微成像技术仍具有广阔的发展空间。研制光谱稳定性更强的光源和噪声水平更低的探测器，是提高其系统精度的一个重要研究方向。其次，开发更准确的寻峰算法也是提升测量精度的关键途径。另外，通过引入偏振信息以及结合干涉测量技术，有望抑制光源光谱不稳定性带来的噪声，可以为光谱共焦显微成像技术带来新的创新。
杨克成教授团队主要从事光电系统设计，光电检测，机器视觉等领域的研究。近年来，该团队在低相干干涉测量领域取得突破，低相干干涉测量技术作为一种非接触、原位测量手段能够广泛应用于第三代半导体工艺的膜厚测量、表面形貌测量等各种领域，基于该项目开发的工程样机正在集成电路、泛半导体制造厂商进行现场测试。
原文链接：https://www.opticsjournal.net/Articles/OJ2a77c365554ceae7/Abstract
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