【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及干涉测量领域，特别是涉及自标定干涉测量系统。
技术介绍
1、随着精密制造业的发展，需要对一些表面高度跳变从几百纳米到几百微米的mems器件、半导体芯片等物体进行三维形貌测量。白光扫描干涉作为一种非接触、无损伤、高分辨率、高精度的三维形貌测量方法被广泛应用于显微和非显微物体的三维形貌测量和物体表面粗糙度测量。
2、请参阅图1，其为现有的白光扫描干涉系统的光路示意图。通过白光光源11发射出的白光光束经过分光镜32分成样品入射光和参考入射光，样品入射光经过样品物镜33后照射在样品上，经过样品表面后被反射为样品反射光，参考入射光经过参考物镜35后照射在参考反射镜36上被反射为参考反射光，样品反射光和参考反射光经过分光镜32后合束成扫描光，扫描光在成像图像传感器41上干涉成像。在使用扫描白光干涉仪测量物体表面形貌时，需要沿光轴方向对物体进行扫描，样品设置在样品台34上，控制样品台34带动样品沿光轴垂直方向移动，在扫描过程中，物体表面逐渐通过样品物镜33的焦平面，在整个扫描过程中通过成像图像传感器41记录下对应于不同的扫描位点的一系列二维图像，并依据白光扫描在样品不同位点的光程变化量依次堆叠形成三维干涉图像数据，再逐个像素点地进行表面形貌重构。其中，该白光扫描的光程变化量定义为扫描步长。
3、实验型扫描白光干涉系统通常采用linnik干涉仪架构，linnik白光干涉系统具有长工作距的优点，尤其体现在为了实现高分辨率成像而使用大数值孔径物镜的情况下。在表面特征的横向尺寸大于系统横向分辨率的情况下，扫描白光
4、然而，在linnik白光干涉系统中，如何精确标定扫描白光的扫描步长即光程变化始终是一大难题。韩国首尔国立大学的研究人员提出使用模拟反馈信号控制精确扫描步长以解决快速扫描中压电陶瓷存在高残余振动，然而该系统只考虑了扫描物镜的振动影响，其他因素带来的振动影响不能消除；德国卡塞尔大学的tereschenko提出利用红外激光点探测系统同步标定实际扫描步长，但是其所使用的单点探测器探测正弦干涉信号精度不高，且标定光路与实际光路具有较多非共路部分；华南师范大学周云飞等人提出在压电陶瓷的另一侧搭建一套额外的迈克尔逊干涉系统，这样就可以在压电陶瓷进行白光扫描时，通过迈克尔逊干涉系统进行同步的位移量标定。该方法的局限性在于白光干涉系统与标定系统非共路，系统整体收到的扰动与实际扫描白光测量时系统收到的干扰不一致；另一方面亦没考虑除pzt以外因素带来的振动误差，且压电陶瓷样品台的重复精度也难以保证，因此标定的扫描步长与实际扫描步长存在一定的误差。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种自标定高精度扫描白光干涉系统，其具有能够精确标定扫描白光的扫描步长，抗干扰能力强的优点。
2、本专利技术的自标定高精度扫描白光干涉系统包括：白光入射单元、激光入射单元、样品扫描单元、成像单元和标定单元；所述白光入射单元产生的白光入射光束与所述激光入射单元产生的激光入射光束在样品扫描单元中共路合束为检测入射光束后，再分成样品入射光束和参考入射光束；其中，样品入射光束照射在样品上并反射形成样品反射光束，参考入射光束照射在一参考反射镜并反射形成参考反射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在样品扫描单元中再次共路合束为扫描光束，所述扫描光束之后被再次分成成像光束和标定光束，所述成像光束进入成像单元中形成样品在当下照射点的即时图像，所述标定光束进入标定单元中标定白光的扫描步长。
3、相对于现有技术，本专利技术的自标定高精度扫描白光干涉系统实现了白光扫描光路与激光标定光路共路的结构，保证了激光与白光所受干扰的一致性和白光的宽谱性，能够高精度标定白光实际扫描步长。
4、进一步地，所述标定单元包括沃拉斯通棱镜、聚焦透镜、标定偏振片和标定图像传感器，所述沃拉斯通棱镜将标定光束分离成偏振方向相互垂直且具有一定分离角的两束光波，两束沿不同角度传输的光波经所述聚焦透镜汇聚在标定图像传感器上，且在通过聚焦透镜后的两束光波将再经标定偏振片改变为相同偏振方向，最后在标定图像传感器上干涉成像，以标定白光的扫描步长。
5、进一步地，所述白光入射单元包括一白光光源；所述激光入射单元包括一激光光源；所述样品扫描单元包括一分光镜和一分束镜；所述成像单元包括一成像图像传感器；所述白光光源产生的白光入射光束与所述激光光源产生的激光入射光束共路合束为检测入射光束后，在所述分光镜中分成样品入射光束和参考入射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在所述分光镜中再次共路合束为扫描光束，所述扫描光束经过所述分束镜后被再次分成成像光束和标定光束，所述成像光束进入所述成像图像传感器中形成样品在当下照射点的即时图像。
6、进一步地，所述样品扫描单元还包括一合束镜、样品物镜和参考物镜，所述白光入射光束与所述激光入射光束在所述合束镜中共路合束为检测入射光束，所述样品物镜设置在所述分光镜和样品之间，所述参考物镜设置在所述分光镜和参考反射镜之间。
7、进一步地，所述样品扫描单元还包括一入射管透镜和一出射管透镜，所述入射管透镜设置在所述合束镜和所述分光镜之间，所述出射管透镜设置在所述分束镜和所述分光镜之间，设置入射管透镜可以聚焦检测入射光束，减小白光入射光束和激光入射光束合束共路后发散的影响；设置出射管透镜可以聚焦扫描光束，减小样品反射光束和参考反射光束合束后发散的影响。
8、进一步地，所述白光入射单元还包括准直扩束模组和小孔滤波器，通过所述准直扩束模组可以增强白光入射光束的准直性，形成光强均匀分布的平面白光光束，通过所述小孔滤波器可以滤除白光入射光束中的灯丝伪影等杂波，提高平面白光光束的均匀性。
9、进一步地，所述成像图像传感器和所述分束镜之间设有一长通二向色镜，长通二向色镜可以滤除波长较短的激光部分而通过波长较长的白光部分，从而防止激光部分对白光部分的干涉成像影响。
10、进一步地，所述激光光源和合束镜之间设有一衰减片，通过衰减片可以控制激光入射光束的光强，防止光强过高损坏光路中其他仪器。
11、进一步地，还包括一成像处理器，所述成像处理器接收所述成像图像传感器生成的样品在扫描位置的成像图和所述标定图像传感器生成的激光标定载频干涉图，用激光标定载频干涉图中的时序相移信息标定白光扫描步长，生成样品表面样貌图像。
12、进一步地，所述样品扫描单元还包括一微移样品台，微移样品台控制样品按照与光轴垂直的固定方向在需要的一定范围内移动，使得样品入射光束可以照射所需范围内样品的全部表面，获得所需范围内的表面信息。
13、为了更好地理解和实施，下面结合附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于，包括：白光入射单元、激光入射单元、样品扫描单元、成像单元和标定单元；所述白光入射单元产生的白光入射光束与所述激光入射单元产生的激光入射光束在样品扫描单元中共路合束为检测入射光束后，再分成样品入射光束和参考入射光束；其中，样品入射光束照射在样品上并反射形成样品反射光束，参考入射光束照射在一参考反射镜并反射形成参考反射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在样品扫描单元中再次共路合束为扫描光束，所述扫描光束之后被再次分成成像光束和标定光束，所述成像光束进入成像单元中形成样品在当下照射点的即时图像，所述标定光束进入标定单元中标定白光的扫描步长。
2.根据权利要求1所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述标定单元包括沃拉斯通棱镜、聚焦透镜、标定偏振片和标定图像传感器，所述沃拉斯通棱镜将标定光束分离成偏振方向相互垂直且具有一定分离角的两束光波，两束沿不同角度传输的光波经所述聚焦透镜汇聚在标定图像传感器上，且在通过聚焦透镜后的两束光波将再经标定偏振片改变为相同偏振方向，最后在标定图像传感器上干涉成像，以标定白光的扫描步长
3.根据权利要求2所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述白光入射单元包括一白光光源；所述激光入射单元包括一激光光源；所述样品扫描单元包括一分光镜和一分束镜；所述成像单元包括一成像图像传感器；所述白光光源产生的白光入射光束与所述激光光源产生的激光入射光束共路合束为检测入射光束后，在所述分光镜中分成样品入射光束和参考入射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在所述分光镜中再次共路合束为扫描光束，所述扫描光束经过所述分束镜后被再次分成成像光束和标定光束，所述成像光束进入所述成像图像传感器中形成样品在当下照射点的即时图像。
4.根据权利要求3所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述样品扫描单元还包括一合束镜、样品物镜和参考物镜，所述白光入射光束与所述激光入射光束在所述合束镜中共路合束为检测入射光束，所述样品物镜设置在所述分光镜和样品之间，所述参考物镜设置在所述分光镜和参考反射镜之间。
5.根据权利要求4所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述样品扫描单元还包括一入射管透镜和一出射管透镜，所述入射管透镜设置在所述合束镜和所述分光镜之间，所述出射管透镜设置在所述分束镜和所述分光镜之间。
6.根据权利要求5所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述白光入射单元还包括准直扩束模组和小孔滤波器。
7.根据权利要求6所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述成像图像传感器和所述分束镜之间设有一长通二向色镜。
8.根据权利要求7所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述激光光源和合束镜之间设有一衰减片。
9.根据权利要求8所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：还包括一成像处理器，所述成像处理器接收所述成像图像传感器生成的样品在扫描位置的成像图和所述标定图像传感器生成的激光标定载频干涉图，用激光标定载频干涉图中的时序相移信息标定白光扫描步长，生成样品表面样貌图像。
10.根据权利要求9所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述样品扫描单元还包括一微移样品台。
...【技术特征摘要】
1.一种自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于，包括：白光入射单元、激光入射单元、样品扫描单元、成像单元和标定单元；所述白光入射单元产生的白光入射光束与所述激光入射单元产生的激光入射光束在样品扫描单元中共路合束为检测入射光束后，再分成样品入射光束和参考入射光束；其中，样品入射光束照射在样品上并反射形成样品反射光束，参考入射光束照射在一参考反射镜并反射形成参考反射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在样品扫描单元中再次共路合束为扫描光束，所述扫描光束之后被再次分成成像光束和标定光束，所述成像光束进入成像单元中形成样品在当下照射点的即时图像，所述标定光束进入标定单元中标定白光的扫描步长。
2.根据权利要求1所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述标定单元包括沃拉斯通棱镜、聚焦透镜、标定偏振片和标定图像传感器，所述沃拉斯通棱镜将标定光束分离成偏振方向相互垂直且具有一定分离角的两束光波，两束沿不同角度传输的光波经所述聚焦透镜汇聚在标定图像传感器上，且在通过聚焦透镜后的两束光波将再经标定偏振片改变为相同偏振方向，最后在标定图像传感器上干涉成像，以标定白光的扫描步长。
3.根据权利要求2所述的自标定高精度扫描白光干涉系统，其特征在于：所述白光入射单元包括一白光光源；所述激光入射单元包括一激光光源；所述样品扫描单元包括一分光镜和一分束镜；所述成像单元包括一成像图像传感器；所述白光光源产生的白光入射光束与所述激光光源产生的激光入射光束共路合束为检测入射光束后，在所述分光镜中分成样品入射光束和参考入射光束；所述样品反射光束和参考反射光束在所述分光镜中再次共路合束为扫描光束，所述扫...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓旭，卜正阳，韩贤信，吴裕旺，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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