本实用新型涉及光干涉测量领域。特别是一种基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置。
背景技术：
干涉测量技术中，单波长的测量精度最高，但其无法超越λ/2测量深度而产生的相位模糊问题。双波长采用等效波长原理，虽然能扩展测量深度，但是伴随着检测表面轮廓的加深，需要更长的等效波长才能满足测量要求。而等效波长很长时，因为误差放大效应，用双波长检测得到的相位值修正单波长检测得到的相位值的难度将增大，使得不仅双波长的检测精度不能提高，其检测深度也是有限的。在合成波长一致的情况下，多波长方法具有比双波长方法更高的测量精度和更大的噪声容限。并且由于通过机械系统如压电陶瓷PZT来产生相移导致系统不稳定、效率低。因此，有必要将传统相移干涉法测量装置进行改进，设计出非接触性、低侵入性、高分辨率、测量范围大的三维形貌检测装置。
技术实现要素：
本实用新型是为了解决在三维形貌检测中，传统相移干涉法测量范围小、稳定性低下且操作复杂的问题。在多波长移相干涉原理及Linnik显微干涉结构的基础上开发实现新型的基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置。与现有测量设备相比，本实用新型提供了一种非接触性、低侵入性、高分辨率、测量范围大的基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置。
基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置，它包括光源（1）、一号滤光片（2）、二号滤光片（3）、三号滤光片（4）、一号反射镜（5）、二号反射镜（6）、一号透镜（7）、分光镜（8）、一号显微物镜（9）、待测元件（10）、移相控制装置（11）、二号显微物镜（12）、参考元件（13）、二号透镜（14）、探测装置（15）、步进电机（16）、数据采集装置（17）；
一号滤波片（2）、二号滤波片（3）、三号滤波片（4）平行放置于一圆盘上，且二号滤波片（3）位于中间；距二号滤波片（3）150mm一侧放置光源（1）另一侧距其200mm位置放置一号反射镜（5）；二号反射镜（6）位于能够使入射到一号反射镜（5）的光垂直出射的位置；一号透镜（7）位于距二号反射镜（6）150mm同时距分光镜（8）150mm的位置；一号显微物镜（9）距分光镜（8）230mm同时距待测元件（10）200mm；探测装置（15）和二号透镜（14）距离100mm；二号显微物镜（12）距移相控制装置（11）100mm同时距参考原件（13）200mm。
光源（1）为LED白光光源。
一号滤光片（3）、二号滤光片（4）、三号滤光片（5）透过的波长分别为632.8nm、543nm、457nm。
分光镜（8）的分光比均为1:1材料为BK7玻璃。
一号透镜（5）的焦距为150mm 的AC254-150透镜。
二号透镜（14）的焦距为100mm 的AC254-100-A透镜。
一号显微物镜（9）和二号显微物镜（12）为相同型号的十倍显微物镜，焦距为20mm。
移相控制装置（11）为电动调焦镜片ETL。
探测装置（15）为CCD。
数据采集装置（17）为计算机。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的光源为LED白光，三个不同波长的滤光片均分布于圆盘上，经电机驱动圆盘实现光源切换，保证了在同光路下得到不同的波长，这样可使其测量范围扩大，一号反射镜（5）、二号反射镜（6）和一号透镜（7）安装在平移平台上以进行控制激光束的入射角从而进一步扩大测量范围。同时，该装置基于的干涉原理保证了测量灵敏度高的优势，且引入了一种使用电动调焦镜片来实现移相的方法，使系统更具有稳定性、鲁棒性。
附图说明
图1为基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1，本实施方式所述的基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置，它包括光源（1）、一号滤光片（2）、二号滤光片（3）、三号滤光片（4）、一号反射镜（5）、二号反射镜（6）、一号透镜（7）、分光镜（8）、一号显微物镜（9）、待测元件（10）、移相控制装置（11）、二号显微物镜（12）、参考元件（13）、二号透镜（14）、探测装置（15）、步进电机（16）、数据采集装置（17）；一号滤波片（2）、二号滤波片（3）、三号滤波片（4）平行放置于一圆盘上，且二号滤波片（3）位于中间；距二号滤波片（3）150mm一侧放置光源（1）另一侧距其200mm位置放置一号反射镜（5）；二号反射镜（6）位于能够使入射到一号反射镜（5）的光垂直出射的位置；一号透镜（7）位于距二号反射镜（6）150mm同时距分光镜（8）150mm的位置；一号显微物镜（9）距分光镜（8）230mm同时距待测元件（10）200mm；探测装置（15）和二号透镜（14）距离100mm；二号显微物镜（12）距移相控制装置（11）100mm同时距参考原件（13）200mm。
光源（1）为LED白光光源。
一号滤光片（3）、二号滤光片（4）、三号滤光片（5）透过的波长分别为632.8nm、543nm、457nm。
分光镜（8）的分光比均为1:1材料为BK7玻璃。
一号透镜（5）的焦距为150mm 的AC254-150透镜。
二号透镜（14）的焦距为100mm 的AC254-100-A透镜。
一号显微物镜（9）和二号显微物镜（12）为相同型号的十倍显微物镜，焦距为20mm。
移相控制装置（11）为电动调焦镜片ETL。
探测装置（15）为CCD。
数据采集装置（17）为计算机。
在进行光学元件三维形貌检测时，先搭建好实验光路，光源（1）出射的光束照射到滤光片上，电机驱动定制圆盘转动，轮换出三个单波长光源。单色光经过平移平台后可以改变入射角度，再经过分光镜（8）后反射光斑和透射光斑保持形状、大小不变。移相控制装置（11）由两种介质组成，可通过控制电压使移相控制装置（11）内的两种介质的厚度发生改变，从而使两路光的光程发生改变，使得传感光路与参考光路产生位相差以实现相位调制。每改变一次利用探测装置（15）采集其对应干涉条纹图，采集的三个单波长下的图像分别储存于数据采集装置（17）中。
工作原理：
基于多波长显微干涉的三维形貌检测装置：
工作过程：如图1所示，先搭建好实验光路，将探测装置（15）连接到数据采集装置（17），一号滤光片（3）、二号滤光片（4）、三号滤光片（5）所在的圆盘连接步进电机（16），电机通过数据采集装置（17）来控制。
在对元件三维形貌的检测的过程中，光源（1）出射的光束照射到滤光片上，电机（16）驱动定制圆盘转动，轮换出三个单波长光源。单色光经过平移平台后的光在经过分光镜（8）后形成互相垂直的两路光，一路反射光经由一号显微物镜（9）后，照射到检测面，再反射;另一路透射光经由移相控制装置（11）和二号显微物镜（12）后，照射到参考镜表面，再反射，两路反射光在分光镜（8）处汇聚，形成干涉，探测装置（15）为CCD采集干涉条纹图像。移相控制装置（11）由两种介质组成，可通过控制电压使移相控制装置（11）内的两种介质的厚度发生改变，从而使两路光的光程发生改变，使得传感光路与参考光路产生位相差以实现相位调制。利用探测装置（15）的模拟信号经过A/D转换变成数字信传到数据采集装置（17）。图像采集完成后，通过多波长移相干涉图像数据分析处理算法，对图像进行处理，重构待测元件（10）的三维形貌。