一种连续变倍宽光谱干涉测微装置的制作方法

本发明属于光学领域，具体涉及一种连续变倍宽光谱干涉测微装置。

背景技术：

1、工业领域对非接触测量技术提出了迫切需求，在半导体、航空航天等领域微米直至纳米量级的高精度三维形貌检测技术成为重要发展方向。在非接触光学检测领域，主要有成像式垂直扫描测量仪、扫描共聚焦扫描装置、平面干涉仪、多焦面叠加测量仪、白光干涉扫描仪等，这些非接触光学测量技术相对于接触式测量法具有测量精度高、速度快等优势。

2、宽光谱干涉测微装置是测量三维轮廓、平面度、粗糙度的一种精密瞄准测量工具。它能够得到被测表面的一系列干涉图，用来瞄准定位和测量纵向(主光轴方向)上的不同位置和高度。宽光谱干涉测微装置利用宽光谱低相干性，通过干涉的零级条纹实现对微纳尺寸器件的高精度、高分辨力的瞄准定位和测量。但现有的宽光谱干涉技术存在倍率固定、焦距固定、成本高、结构复杂、配备系列物镜、体量大、精度低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种高精度、焦距连续可变、放大倍率连续可变、视场连续可变、重量轻、体积小的连续变倍宽光谱干涉测微装置。

2、为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种连续变倍宽光谱干涉测微装置，包括宽光谱光源、分划板、光学镜头组、物镜组、分光镜、连续变倍镜组、相机、位移台、位移台控制器以及计算单元；

3、所述宽光谱光源用于照明和作为干涉光源，所述分划板设置在所述宽光谱光源与所述光学镜头组之间，用于在连续变倍的情况下对倍率的显示以及不同视场范围的区域划分，所述光学镜头组用于将从所述宽光谱光源发出的光束汇聚成平行光束，所述分光镜用于反射该平行光束和透过干涉光束，由所述分光镜反射的平行光束通过所述物镜组汇聚到被测表面并与被测表面的反射光形成干涉光束并在所述物镜组内并产生干涉条纹，干涉光束透过所述分光镜并经过所述连续变倍镜组及所述相机汇聚后形成干涉图像；

4、所述连续变倍镜组由多组镜片组成，能够通过移动改变镜片之间的间距，实现连续改变焦距，从而实现连续变倍和变视场，所述位移台用于纵向移动实现对被测表面的扫描测量，从而得到一系列干涉图像，所述位移台控制器用于在计算单元的控制下控制位移台的移动，所述计算单元用于根据所述一系列干涉图像计算出被测表面的纵向高度并重构出被测表面的三维形貌。

5、优选地，所述计算单元用于将干涉图像转换为光强图，通过滤波及信号提取算法，获得每幅干涉图像的调制图，通过解算得到被测表面每个像素点的高度信息，实现被测表面的三维形貌重建。

6、优选地，所述宽光谱光源为白光光源或低相干光源，所述分划板为刻线分划板或同心圆分划板。

7、优选地，所述分光镜包括分光平片、分光棱镜、偏振分光镜和非偏振分光镜。

8、优选地，所述光学镜头组和所述物镜组为可见光波段镀膜光学镜组。

9、优选地，所述位移台为压电陶瓷控制的微纳米位移台或步进电机控制的微纳米位移台。

10、优选地，所述连续变倍镜组通过改变曲率或加压改变材料折射率的方式改变焦距。

11、优选地，所述连续变倍为0.5倍到1000倍连续变倍，所述视场的范围包括中心视场、1/3全视场、2/3全视场和全视场范围。

12、优选地，通过将每个镜片的每个位置进行排列组合，列出在同一倍率下的像差最优解，从而得到对应倍率下的每个镜片的位置，进而得到镜片之间的间距值。

13、本发明上述方面的连续变倍宽光谱干涉测微装置具有高精度、焦距连续可变、放大倍率连续可变、视场连续可变、重量轻、体积小的优点。

技术特征：

1.一种连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，包括宽光谱光源、分划板、光学镜头组、物镜组、分光镜、连续变倍镜组、相机、位移台、位移台控制器以及计算单元；

2.根据权利要求1所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述计算单元用于将干涉图像转换为光强图，通过滤波及信号提取算法，获得每幅干涉图像的调制图，通过解算得到被测表面每个像素点的高度信息，实现被测表面的三维形貌重建。

3.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述宽光谱光源为白光光源或低相干光源，所述分划板为刻线分划板或同心圆分划板。

4.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述分光镜包括分光平片、分光棱镜、偏振分光镜和非偏振分光镜。

5.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述光学镜头组和所述物镜组为可见光波段镀膜光学镜组。

6.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述位移台为压电陶瓷控制的微纳米位移台或步进电机控制的微纳米位移台。

7.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述连续变倍镜组通过改变曲率或加压改变材料折射率的方式改变焦距。

8.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，所述连续变倍为0.5倍到1000倍连续变倍，所述视场的范围包括中心视场、1/3全视场、2/3全视场和全视场范围。

9.根据权利要求1或2所述的连续变倍宽光谱干涉测微装置，其特征在于，通过将每个镜片的每个位置进行排列组合，列出在同一倍率下的像差最优解，从而得到对应倍率下的每个镜片的位置，进而得到镜片之间的间距值。

技术总结
本发明公开了一种连续变倍宽光谱干涉测微装置，包括宽光谱光源、分划板、光学镜头组、物镜组、分光镜、连续变倍镜组、相机、位移台、位移台控制器以及计算单元；光学镜头组用于将从宽光谱光源发出的光束汇聚成平行光束，分光镜用于反射该平行光束和透过干涉光束，干涉光束透过分光镜并经过连续变倍镜组及相机汇聚后形成干涉图像；连续变倍镜组由多组镜片组成，能够通过移动改变镜片之间的间距，实现连续改变焦距，从而实现连续变倍和变视场；计算单元用于根据一系列干涉图像计算出被测表面的纵向高度并重构出被测表面的三维形貌。本发明具有高精度、焦距连续可变、放大倍率连续可变、视场连续可变、重量轻、体积小的优点。

技术研发人员：武文彬,甘晓川,孙安斌,李艳,钱丰,邹志,郭锁慧,庞子明
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27