一种白光干涉三维形貌测量光学系统技术方案

发明专利技术所提供的白光干涉三维形貌测量光学系统，包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面；两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。本发明专利技术白光干涉三维形貌测量光学系统，能成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像，能实时记录和观测目标物的干涉图像，从而为获得被测物体的物体三维形貌信息和二维图像信息提供数据基础。

An optical system for measuring three-dimensional morphology of white light interference

【技术实现步骤摘要】
一种白光干涉三维形貌测量光学系统
本专利技术涉及干涉测量应用
，特别是涉及一种白光干涉三维形貌测量光学系统。
技术介绍
随着微纳技术的蓬勃发展，加工对象也正向着更小、更精的方向延伸，伴随而来的是如何对微纳结构进行三维精确测量。现有技术中，由于白光干涉仪可以对陡峭的微观阶梯进行高精度测量，因而使其成为了微纳结构测量的重要工具。现有的白光干涉仪多采用Linnik和Mirau结构形式，这种结构形式可以很好地获得被测目标三维高精度测量信息，但也存在着工作视场小、工作距离短、被测目标不能有效标注等诸多问题。大视场白光干涉仪多采用Michelson结构形式，但由于测量镜组采用望远结构，将成像像面设定为无穷远，因而丧失了对被测目标的成像观测能力。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中工作视场小、工作距离短、被测目标不能有效标注，从而无法实现对被测目标的成像观测能力的技术问题，提供一种白光干涉三维形貌测量光学系统，能够成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像。本专利技术提供一种实施例的白光干涉三维形貌测量光学系统，包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；所述投影照明镜组位于分光镜的Z轴负方向上，并与所述Z轴垂直；所述标准反射镜位于所述分光镜的Z轴正方向上，所述第一方位调整器驱动连接所述标准反射镜，用于调整标准反射镜面与Z轴的夹角；所述第二方位调整器用于放置被测物体，所述被测物体表面与分光镜的反射面相对，被测物体位于分光镜的X轴负方向上；所述测量镜组位于所述分光镜的X轴正方向上，其光轴与X轴重合；探测器阵列位于测量镜组的后焦平面上，用于接收测量镜组投影过来的物像；所述直线驱动器与所述被测物体驱动连接，用于驱动被测物体沿X轴移动。宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面，两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。其中，以分光镜的中心为原点建立三维直角坐标系，以宽谱段光源入射到分光镜的光轴方向为Z轴的正方向，以宽谱段光源入射到分光镜后经反射出的光轴方向为X轴负方向。在所述投影照明镜组的入射侧的光轴上还设有对比图样发生器，所述宽谱段光源发出宽谱段照明光经对比图样发生器投射或反射后传入所述投影照明镜组中。所述宽谱段光源针对对比图样发生器的照明方式为背面照明方式、迎面照明方式或倾斜照明方式。所述分光镜为分光正四棱柱，所述分光正四棱柱的第一表面、第二表面垂直于所述投影照明镜组的中心光轴，第三表面、第四表面垂直于所述测量镜组的光轴方向。所述标准反射镜可沿其所在光路方向移动。所述分光镜的投射面与所述标准反射镜之间设有光强衰减片及补偿镜，用于对干涉光光强和波前相位进行调制。所述探测器阵列为CCD元件阵列、CMOS元件阵列或者APD元件阵列。所述标准反射镜在测量过程中是固定的，所述直线驱动器驱动被测物体沿所在光轴方向移动，移动范围小于系统量程。测量镜组可以为通用测量镜组、显微测量镜组或远心测量镜组。所述投影照明镜组与分光镜的入射面之间设有滤光片，所述滤光片滤光范围涵盖电磁波的紫外波段、可见光波段、近红外波段、中红外波段和远红外波段。本专利技术的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术白光干涉三维形貌测量光学系统，能成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像，能实时记录和观测目标物的干涉图像，从而为解算被测目标的三维形貌信息提供数据技术，并同时获取被测目标的高清二维图像。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种白光干涉三维形貌测量光学系统的示意图。图2为本专利技术另一实施例提供的一种白光干涉三维形貌测量光学系统的示意图。101-宽谱段光源、102-投影照明镜组、103-分光镜、104-标准反射镜、105-测量镜组、106-探测器阵列、107-第一方位调整器、108-第二方位调整器、109-直线驱动器、110-被测物体、111-滤光片、112-光强衰减片、113-第一补偿镜、114-第二补偿镜、115-对比图样发生器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。本专利技术提供一种实施例的白光干涉三维形貌测量光学系统，包括宽谱段光源101、投影照明镜组102、分光镜103、标准反射镜104、第一方位调整器107、第二方位调整器108、直线驱动器109、测量镜组105及探测器阵列106；所述投影照明镜组102位于分光镜103的入射面的入射光轴上，并与所述入射光轴垂直；所述标准反射镜104位于所述分光镜103的投射面的透射光轴上，所述第一方位调整器107驱动连接所述标准反射镜104，用于调整标准反射镜面与所述投射光轴的夹角；所述第二方位调整器108用于放置被测物体110，所述被测物体110表面与分光镜103的反射面相对，被测物体110位于分光镜103的反射面的反射光轴上；所述测量镜组105位于所述分光镜103的干涉面的干涉光轴上，并与所述干涉光轴垂直；探测器阵列106位于测量镜组105的后焦平面上，用于接收测量镜组105投影过来的物像；所述直线驱动器109与所述被测物体110驱动连接，用于驱动被测物体110沿反射光轴移动。宽谱段光源101发出宽谱段照明光，经投影照明镜组102后，投射至被测物体110表面和标准反射镜104表面，两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组105中，被投影到探测器阵列106上。投影照明镜组102和测量镜组105是由透镜组成的光学组件，其中投影照明镜组102用于接收光源光照，分光镜103位于投影照明镜组的像空间，其中标准反射镜104和第被测物体110分别处于由测量镜组105和分光镜103组成的光学系统的焦平面附近，使光源的光线中透射的部分光和反射的部分光分别照射到标准反射镜104和被测物体110上。本实施例白光干涉三维形貌测量光学系统中，由投影照明镜组102接收宽谱段光源101发出的光，光线经过分光镜103，一部分进行透射，另一部分进行反射，透射光照射到标准反射镜104，反射后返回到分光镜103被反射出；反射光照射到被测物体110，反射后返回到分光镜103被透射出，标准反射镜104到分光镜103的距离固定，被测物体110可沿其所在光路方向移动或固定倾斜放置，通过移动被测物体110调整两路光之间的光程差；由分光镜103反射出的光和透射出的光汇合发生干涉，经测量镜组105将干涉光汇聚到探测器阵列106，由探测器阵列106接收和记录，从而成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像。请参考图1，为本实施例提供的一种白光干涉三维形貌测量光学系统的示意图，所述宽谱段光源101发出宽谱段光源，经过所述投影照明镜组102投射到分光镜103中。投影照明镜组102由透镜组成，应用中可以根据具体的使用需求，光学镜面的直径、正反面的曲率半径、中心厚度、位置关系等；当为常规平行光照明时，投影照明镜组102将光源101发出的照明光线调制成平行光射出；当以对比图样发生器115作为照明光源时，投影照明镜组102与分光镜103组合形成投影系统，将对比图样发生器115的图案投影到标准平面反射镜和被测物体上。分光镜103位于投影照明镜组102的像空间。所述分光镜103透射部分像光形成一路透射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白光干涉三维形貌测量光学系统，其特征在于：包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；所述投影照明镜组位于分光镜的Z轴负方向上，并与所述Z轴垂直；所述标准反射镜位于所述分光镜的Z轴正方向上，所述第一方位调整器驱动连接所述标准反射镜，用于调整标准反射镜面与Z轴的夹角；所述第二方位调整器用于放置被测物体，所述被测物体表面与分光镜的反射面相对，被测物体位于分光镜的X轴负方向上；所述测量镜组位于所述分光镜的X轴正方向上，其光轴与X轴重合；探测器阵列位于测量镜组的后焦平面上，用于接收测量镜组投影过来的物像；所述直线驱动器与所述被测物体驱动连接，用于驱动被测物体沿X轴移动。宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面，两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。其中，以分光镜的中心为原点建立三维直角坐标系，以宽谱段光源入射到分光镜的光轴方向为Z轴正方向，以宽谱段光源入射到分光镜后经反射出的光轴方向为X轴负方向。

【技术特征摘要】
1.一种白光干涉三维形貌测量光学系统，其特征在于：包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；所述投影照明镜组位于分光镜的Z轴负方向上，并与所述Z轴垂直；所述标准反射镜位于所述分光镜的Z轴正方向上，所述第一方位调整器驱动连接所述标准反射镜，用于调整标准反射镜面与Z轴的夹角；所述第二方位调整器用于放置被测物体，所述被测物体表面与分光镜的反射面相对，被测物体位于分光镜的X轴负方向上；所述测量镜组位于所述分光镜的X轴正方向上，其光轴与X轴重合；探测器阵列位于测量镜组的后焦平面上，用于接收测量镜组投影过来的物像；所述直线驱动器与所述被测物体驱动连接，用于驱动被测物体沿X轴移动。宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面，两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。其中，以分光镜的中心为原点建立三维直角坐标系，以宽谱段光源入射到分光镜的光轴方向为Z轴正方向，以宽谱段光源入射到分光镜后经反射出的光轴方向为X轴负方向。2.根据权利要求1所述的白光干涉三维形貌测量光学系统，其特征在于：在所述投影照明镜组的入射侧的光轴上还设有对比图样发生器，所述宽谱段光源发出宽谱段照明光经对比图样发生器投射或反射后传入所述投影照明镜组中。3.根据权利要求2所述的白光干涉三维形貌测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22