本发明专利技术公开了一种可连续变倍的表面形貌测量装置，包括光源、集光镜系统、分光棱镜、干涉物镜、变倍光学系统、成像光学系统、面阵CCD相机、微移动装置和载物台。集光镜系统出射光朝向分光棱镜，分光棱镜的反射光朝向干涉物镜；变倍光学系统同轴设置在分光棱镜与成像光学系统之间；干涉成像光路与照明光路通过分光棱镜衔接于一体。变倍光学系统为连续变倍光学系统，包括补偿组、变倍组和固定组。本装置可针对不同的放大倍率要求，不需要更换物镜，只需调节变倍光学系统的放大倍率M，即可实现变大或缩小测量视场范围，且放大倍数连续可调。适用于相位差干涉法或者垂直扫描白光干涉法实现表面形貌测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面形貌测量
，具体是一种可连续变倍的表面形貌测量装置。
技术介绍
近年来，随着精密制造技术的不断进步与发展，尤其是在半导体纳米制程工艺、微机电系统、纳米复合材料、超精密加工等领域，利用非破坏性的例如光学干涉方法及其装置测量物体三维表面形貌的技术已得到日益广泛的应用。干涉显微技术是光学干涉技术和显微技术相结合的产物，通过在干涉系统中增加显微放大系统，提高干涉图的横向分辨率，使之能够完成微纳结构的三维表面形貌测量。目前本领域已为使用者公知的光学干涉测量方法主要有移相干涉法和白光干涉垂直扫描法两种类型的测量方法。对于精细的物体三维表面形貌测量，干涉显微技术具有不接触样品表面、不破坏样品结构、高灵敏度和快速测量的特点。公开号为CNl01625231的中国专利文献公开了一种白光干涉光学轮廓仪，具有大量程、非接触测量的特点。但这种测量装置包含的物镜是相对固定设置，按倍率分为5X、10X、50 X等。如若在测量时对视场有不同的放大倍率要求，需要更换物镜来达到变倍目的，且倍率变化不连续。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可连续变倍的表面形貌测量装置，具有结构简单紧凑、放大倍率连续可调等特点。实现上述目的，本专利技术采用的技术解决方案为:—种可连续变倍的表面形貌测量装置，包括光源、接收光源发射光的分光棱镜、干涉物镜、微移动装置、变倍光学系统、成像光学系统、面阵CCD相机、载物台；微移动装置与干涉物镜依次同轴设置在分光棱镜的反射光路方向上;干涉物镜与成像光学系统同轴设置在分光棱镜的两侧，构成干涉成像光路;变倍光学系统同轴设置在分光棱镜与成像光学系统之间；面阵CCD相机同轴设置在成像光学系统的上方;载物台设置在干涉物镜的下方;其中，变倍光学系统包括补偿组、变倍组和固定组;补偿组、变倍组和固定组按照从物方到像方的顺序依次同轴设置;变倍组做线性移动来改变焦距的大小；补偿组做非线性移动以补偿像面位移，保持像面位置不变。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:1.测量时如想变大或缩小测量范围，不需要更换物镜，可以达到快速连续变倍的效果。2.装置在变倍过程中像面位置不动，使系统在变倍过程中都能获得连续清晰的图像，不易丢失目标。【附图说明】图1是可连续变倍的表面形貌测量装置的结构示意图ο图2是Mirau型干涉物镜的结构示意图。图3为变倍光学系统的结构示意图。图4为变倍曲线和补偿曲线与放大倍率的关系图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示为本装置的结构示意图，包括光源1、集光镜系统2、分光棱镜3、干涉物镜4、变倍光学系统6、成像光学系统7、面阵CCD相机8、微移动装置9、载物台1等。集光镜系统2与干涉物镜4构成落射式柯勒照明光路，形成均匀光束照明被测工件5;集光镜系统2出射光朝向分光棱镜3，分光棱镜3的反射光朝向干涉物镜4 ；微移动装置9与干涉物镜4依次同轴设置在分光棱镜3的反射光路方向上;干涉物镜4与成像光学系统7同轴设置在分光棱镜3的两侧，构成干涉成像光路;变倍光学系统6同轴设置在分光棱镜3与成像光学系统7之间；面阵CCD相机8同轴设置在成像光学系统7的上方;干涉成像光路与照明光路通过分光棱镜3衔接于一体。载物台10设置在干涉物镜4的下方，被测工件5安放在载物台10上。无论是相位差干涉法还是垂直扫描白光干涉法，干涉计算所需要的干涉图像序列是通过微移动装置9沿光轴方向驱动来实现干涉物镜4与被测样品表面相对距离变化;所述微移动装置9为压电陶瓷PZT或者电机(包括伺服电机、步进电机等)驱动的机械移动平台；沿光轴方向的微移动装置9可设置驱动干涉物镜4或者驱动样品载物台10来实现干涉物镜4与被测样品表面相对距离变化。如图2所示为Mirau型干涉物镜的结构示意图，包括显微物镜401、参考板402、分光板403和参考板上的反射区域404。来自光学系统前端的光束经显微物镜401后透过参考板402，然后经分光板403上半反半透膜分成两束，一束被分光板403反射到参考板402上的反射区域404，由反射区域404反射后回到分光板403再次被反射，最后透过参考板402回到物镜401，形成参考光；另一束透过分光板403投射到被测工件，经被测工件反射后经分光板403和参考板402回到显微物镜401上，形成测试光。两束光在物镜401视场中会合发生干涉。如图3所示为变倍光学系统的结构示意图，包括补偿组601、变倍组602和固定组603 ο CU表示补偿组601与变倍组602之间的距离，d2表示变倍组602与固定组603之间的距离。补偿组601、变倍组602和固定组603的焦距分别为75mm、-20mm和75mm。当变倍组602由左向右线性移动时，焦距由短变长，同时像面发生位移。用补偿组601作相应的非线性移动，使发生了位移的像面经补偿后重新成像在固定的位置上。变倍组602和补偿组601协同运动，二者共同作用使放大倍率连续变化。非线性运动的引入，不仅对像面稳定提供了可能，而且大大提高了像质。相应的变倍曲线和补偿曲线与放大倍率的关系如图4所示。如图1所示，光源I发出的光线依次途经集光镜系统2、分光棱镜3和干涉物镜4后，形成均勾光束照明被测工件5。集光镜系统2出射光朝向分光棱镜3，分光棱镜3的反射光朝向Mirau型干涉物镜4;Mirau型干涉物镜4使由分光棱镜3反射的光束在光轴方向上汇聚而照射于被测工件5，并且使从被测工件5反射得到的测量光束与从干涉物镜内部得到的参考光束相干涉;干涉光从所述干涉物镜4返回后，依次途经分光棱镜3、变倍光学系统6和成像光学系统7后，聚焦在CCD相机8靶面上，形成干涉条纹。微移动装置9驱动Mirau型干涉物镜4沿光轴纵向扫描，CCD相机8将拍摄的图像实时传送给计算机(图中未给出)。计算机将这些干涉图像依次整理，形成一系列干涉图像，最后根据相位或光强度与高度的关系来表征三维表面形貌。从成像角度考虑，整个系统的放大倍率可表示为Γ =β.M，其中为成像光学系统7的焦距，f。为干涉物镜4的焦距。M为变倍光学系统6的放大倍率。由于装置中干涉物镜4和成像光学系统7是相对固定设置，所以系统放大率Γ随着变倍光学系统6放大倍率M变化而变化。所以，从物像传递关系的角度来说，整个系统的物像关系可表示为y7 = Γ.γ。由于系统像高^是不变的，变倍光学系统6放大倍率M越大，系统放大倍率Γ越大，物面高度y越小;变倍光学系统6放大倍率M越小，系统放大倍率Γ越小，物面高度y越大。也就是说，变倍光学系统6的放大倍率由小变大变化，被观察范围由大变小变化，相应的视场角由大变小变化。因此，在如若对视场有不同的放大倍率要求，不需要更换物镜，只需调节变倍光学系统的放大倍率M，即可实现变大或缩小测量视场范围，且放大倍数连续可调。【主权项】1.一种可连续变倍的表面形貌测量装置，其特征在于:包括光源(I)、接收光源(I)发射光的分光棱镜(3)、干涉物镜(4)、变倍光学系统(6)、成像光学系统(7)、面阵CCD相机(8)、微移动装置(9)、载物台(10);微移动装置(9)与干涉物镜(4)依次同轴设置在分光棱镜(3)的反射光路方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可连续变倍的表面形貌测量装置，其特征在于：包括光源(1)、接收光源(1)发射光的分光棱镜(3)、干涉物镜(4)、变倍光学系统(6)、成像光学系统(7)、面阵CCD相机(8)、微移动装置(9)、载物台(10)；微移动装置(9)与干涉物镜(4)依次同轴设置在分光棱镜(3)的反射光路方向上；干涉物镜(4)与成像光学系统(7)同轴设置在分光棱镜的两侧，构成干涉成像光路；干涉物镜(4)与成像光学系统(7)同轴设置在分光棱镜(3)的两侧，构成干涉成像光路；变倍光学系统(6)同轴设置在分光棱镜(3)与成像光学系统(7)之间；面阵CCD相机(8)同轴设置在成像光学系统(7)的上方；载物台(10)设置在干涉物镜(4)的下方；其中，变倍光学系统(6)包括补偿组(601)、变倍组(602)和固定组(603)；补偿组(601)、变倍组(602)和固定组(603)按照从物方到像方的顺序依次同轴设置；变倍组(602)做线性移动来改变焦距的大小；补偿组(601)做非线性移动以补偿像面位移，保持像面位置不变。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏勇，周伟，
申请(专利权)人：镇江超纳仪器有限公司中外合资，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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