本发明涉及干涉测量，具体涉及一种结合微球透镜和等效微球的超分辨三维形貌测量装置及方法。
背景技术：
1、三维形貌测量可以获取纵向高度信息，对微纳光电器件、生物分子以及亚细胞结构等的检测具有重要的意义。相干扫描干涉测量（coherent scanning interferometry,csi）由于具有短相干特性，能够精确获取样品表面的三维微观形貌，进而通过高精度压电陶瓷驱动的纵向扫描，csi能够在轴向上达到亚纳米级的分辨率，然而，其横向分辨率仍然会受到衍射极限的限制。
2、通过将微球透镜与相干扫描干涉测量技术结合，可以将微球的应用从传统二维成像领域拓展到三维测量领域，实现样品的三维形貌的超分辨检测。针对于微球辅助相干扫描干涉测量，现有技术中主要是采用以下两种类型的相干扫描干涉仪：
3、1、基于linnik型相干扫描干涉：该类方案是将微球透镜与linnik型白光干涉显微镜相结合，在样品表面随机撒上钛酸钡微球，并用水浸没，可以复原具有200nm周期、100nm间隔的蓝光光盘表面结构。但是该类linnik型相干扫描干涉仪中，虽然可以在其测试光路中引入微球实现样品表面的超分辨成像，再通过调节参考光路中反射镜的位移偏离焦点匹配干涉光程,即参考光路中用空气光程补偿测试光路中的微球引入的额外光程，但由于光学元件的折射率与波长相关，上述补偿方法仅能够匹配单色光光程，对于混合波长的宽带光源则无法实现任意波长光程的完全匹配，因此在显微干涉图中仍会存在较为严重的色差。
4、2、基于mirau型相干扫描干涉仪：该类方案是使用mirau型白光干涉显微物镜和11μm口径的聚合物微球，实现蓝光光盘的三维超分辨形貌测量。但该类mirau型相干扫描干涉仪由于参考光路封装在镜体内部，参考板不可调，无法匹配两臂光程，导致最终获得的干涉条纹对比度降低，使得高度复原失真较为严重。尤其是在使用大直径微球时，几十微米的微球厚度即会导致物镜焦平面会显著偏离等光程位置，此时甚至在聚焦像面上无法形成干涉条纹，使得显微区域无法有效测量。
5、综上，现有技术在微球辅助相干扫描干涉测量中，会存在测量与参考臂光程不匹配问题，导致干涉条纹质量问题进而直接影响干涉相位复原的精度，使得三维形貌测量中存在较为明显的高度误差，甚至使得测量区域缺少干涉条纹，高度数据无法解算。因此，微球引入相干扫描干涉测量虽然使得光学显微测量的横向分辨率突破了衍射极限，但牺牲了相干扫描干涉测量的纵向高分辨率与精度，仍无法实现真正意义上的三维形貌超分辨测量。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种操作简单、测量精度高的结合微球透镜和等效微球的超分辨三维形貌测量装置及方法，能够有效提升基于微球透镜超分辨的相干扫描测量的能力和精度。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
3、一种结合微球透镜和等效微球的超分辨三维形貌测量装置，包括光束生成单元、分光棱镜、第一显微物镜、微球透镜、第二显微物镜、等效微球、平面标准镜、ccd相机以及数据处理单元；所述微球透镜设于待测样本的表面以用于辅助实现对待测样本的超分辨成像，所述等效微球设于所述平面标准镜的表面以用于对微球透镜在测量光路引入的额外光程差进行等效补偿，所述光束生成单元用于生成白光光束，生成的所述白光光束到达所述分光棱镜后分为测量光束和参考光束，其中测量光束经所述第一显微物镜和微球透镜聚焦至待测样本表面，并经待测样本反射后返回所述分光棱镜，参考光束经所述第二显微物镜和等效微球聚焦至所述平面标准镜，并经所述平面标准镜的反射后返回分光棱镜，反射后的参考光束与反射后的测量光束在所述分光棱镜处发生干涉，由所述ccd相机采集形成的干涉图样，所述数据处理单元通过对ccd相机采集的干涉图样进行数据处理以获得待测样本的超分辨三维形貌分布。
4、进一步的，所述待测样本设于第一调整台上，所述第一调整台用于实现待测样本垂直方向上的高度调节、实现水平面内的两维直线运动以及实现绕两轴的俯仰和偏摆运动。
5、进一步的，所述平面标准镜设于第二调整台上，所述第二调整台用于调节平面标准镜相对第二显微物镜的三维直线运动、俯仰及偏摆运动。
6、进一步的，所述第二显微物镜、等效微球、平面标准镜、压电陶瓷和第二调整台均设于第三调整台上，所述第三调整台用于调整所述第二显微物镜、等效微球、平面标准镜、压电陶瓷和第二调整台整体的三维平移，以调节所述第二显微物镜、等效微球、平面标准镜、压电陶瓷和第二调整台与所述分光棱镜的中心对准，以及实现对参考光程的调整。
7、进一步的，所述平面标准镜固定于压电陶瓷上，通过控制所述压电陶瓷以带动平面标准镜沿光轴方向运动，实现对待测样本的相干扫描测量。
8、进一步的，所述光束生成单元包括白光光源、光束整形组件，所述光束整形组件包括依次设置的孔径光阑、第一聚光透镜、视场光阑、第二聚光透镜以及光学滤波片。
9、进一步的，所述光学滤波片为带通滤波片，以用于对白光光源发出的宽带光束进行滤波。
10、一种用于结合微球透镜和等效微球的超分辨三维形貌测量装置的测量方法，包括以下步骤：
11、s1.将待测样本布置于第一调整台上，平面标准镜设于第二调整台上，第二显微物镜、等效微球、平面标准镜、压电陶瓷和第二调整台均设于第三调整台上；通过调节第一调整台、第二调整台以及第三调整台，使得在待测样本的超分辨成像区域内获得清晰的干涉条纹；
12、s2.驱动控制压电陶瓷带动平面标准镜沿着光轴方向移相扫描，使待待测样本的超分辨成像区域完整经过整个干涉过程，并将扫描过程中记录的干涉图样保存至主控计算机以进行后续的数据离线处理，获得待测样本的超分辨三维形貌分布。
13、进一步的，所述步骤s1包括：
14、s101.开启白光光源，调节第一调整台的高度，使得ccd相机视场内得到待测样本表面清晰的像；
15、s102.调节第二调整台沿光轴方向平移，使得第二显微物镜聚焦于平面标准镜表面，调节第三调整台沿光轴方向平移以改变参考光束光程，直至所述参考光束光程与测量光束光程相匹配，使得ccd相机视场内出现干涉条纹，再次调节第一调整台和第二调整台的俯仰、偏摆角度，以将ccd相机视场内干涉条纹调整至指定数量个条纹；
16、s103.调节第一调整台的垂直高度，直至透过微球透镜获得待测样本表面结构的超分辨图像，且在ccd相机像面上获取指定形状的成像区域；
17、s104.调节第二调整台，使得平面标准镜相对于第二显微物镜在垂直于光轴的平面上做两维平移，在参考光路搜寻等效微球，并将等效微球平移至ccd相机像面上相同区域；
18、s105.调节第二调整台沿于光轴方向的平移，调整等效微球和平面标准镜相对于第二显微物镜焦点的距离，直至在待测样本的超分辨成像区域内获得清晰的干涉条纹。
19、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在测量光路引入微球透镜实现样本表面的超分辨成像，在参考光路引入等效微球进行光程差的补偿，结合微球透镜和等效微球共同实现超分辨三维形貌测量，能够解决传统微球辅助的相干扫描干涉测量中光程差不匹配导致的测量精度低或者不可测问题，使得微球透镜超分辨成像能真正应用于相干扫描干涉测量中，实现宽场三维超分辨检测。