超精表面形貌测量仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新型的超精表面形貌测量仪，属长度计量技术领域。本测量仪由工作台、光源、反光棱镜、显微镜、光探测器、计算机和图象监测器组成。被测样品置于工作台上，并与测量棱镜的底面相接触。光源发出的入射光通过反光棱镜和测量棱镜后，进入显微镜，光探测器将显微镜的光强信号传递到计算机和图象监视器，即可算出被测样品表面的形貌分布。本仪器具有快速精确，抗干扰能力强等优点。（*该技术在2002年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种新型的超精表面形貌测量仪，属长度计量
表面形貌的测量对研究表面几何特性与使用性能的关系，以及提高加工表面的质量和产品的性能有着十分重要的意义。用光学方法测量表面形貌，由于可实现无损测量和评定，并且具有精度高速度快等优点，因此受到人们的广泛重视和普遍应用。目前应用最多的是Mirau分光路干涉显微镜。Mirau干涉显微镜的光路原理如图1所示，从光源发出的光束经显微物镜1后透过参考板2，被分光板3上的半透半反膜分成两路。一路透过分光板后由被测面4反射，经分光板和参考板后回到显微镜视场中，另一路被分光板反射到镀在参考板表面的小镜面5上，从小镜面上反射回的光束再次被分光板反射，然后穿过参考板到达显微镜视场，与第一路光束会合而发生干涉。利用干涉显微镜测量表面形貌，通常是通过测量干涉条纹的变形来间接确定表面粗糙度参数，这种分析方法的测量精度很低，一般在λ～λ／20之间（λ为光波波长）。Koliopoulos对Miran干涉显微镜进行了改进，将显微镜中的参考板固定在一块筒状压电陶瓷5上（如图2），图中4是被测表面，5是压电陶瓷，6是目镜，7是CCD面阵探测器，8是光源，9是物镜，通过计算机控制压电陶瓷驱动参考板沿光轴方向匀速移动，使参考光与测量光之间的相位差随时间作线性变化，因此干涉场上各点的干涉光强就在亮与暗之间作正弦变化，由于被测表面上各点的微观高度差异，使干涉场上相应点的干涉相位也有所不同。利用CCD面阵探测干涉场上各点的光强，用计算机将各点的光强测量数据拟合为正弦函数，通过比较各点正弦函数间的相位关系，就可获得被测表面形貌的高度分布数据。改进后的干涉显微镜是目前使用最广泛的一种用光学方法测量表面-->形貌的仪器，但是它还有以下不足之处：（1）对机械振动、大气扰动及温度变化的影响十分敏感，需配备气浮精密隔振平台，严格限定测量环境的工作条件。（2）光学系统复杂，成本高，（3）调整困难。本技术的目的是设计一种快速精确、抗干扰能力很强的表面形貌测量仪。本技术的内容是表面形貌测量仪，由工作台、光源、反光棱镜、测量棱镜、显微镜、光探测器、计算机和图象监视器组成。被测样品置于工作台上，测量棱镜的底面是测量基准面，与被测样品的表面相接触。光源发出的入射光通过所述的反光棱镜和测量棱镜后，进入显微镜，光探测器探测到显微镜中的光强信号，并依次将信号传递到计算机和图像监视器，经过计算机对所得信号的处理，就可以算出被测样品表面的形貌分布数据。附图说明：图1和图2是已有技术测试原理示意图。图3是本技术的结构示意图。图4是hm标定方法示意图下面结合附图，详细介绍本技术的工作原理和测试过程。图3中，10是工作台，11是被测表面，12是测量基准面，13是测量棱镜，14是反光棱镜，15是光源，16是显微镜，17是光探测器，18是计算机，19是图象监视器。本技术的工作原理是：在全反射条件下，光波不是绝对地在界面上被全部反射回第一介质。当被测表面与基准面发生接触或距离非常小时，被测表面将吸收一部分光波的能量，使反射光变弱。对于视场中任一位置的点或微小区域，两表面间距越小，则反射光强度越弱，即反射光强与表面间距有确定的单调的函数关系。在仪器的结构确定后，反射光强度与表面间距的函数关系可以用下面的简化式子表示：-->h=(R-R0)h2m1-R0---(1)]]>其中：R为反射率，即反射光强与入射光强之比h为表面间距Ro为表面间距为零时反射光强与入射光强之比hm为一常数，通过标定确定hm的标定方法如图4所示。图中20是棱镜，21是量规。经过适当装卡，使量规与棱镜表面之间形成一个很小的楔角α，用光干涉方法确定楔角。将仪器调整到正常测量状态，从接触点（表面间距为零）开始沿楔角方向搜索，当反射率增大到1时，所对应的表面间距即为hm。使用本测量仪测量表面形貌的步骤如下：（1）打开电源，调整工作台使被测表面远离测量基准面，这时光全反射没有遭到破坏，光探测器所探测的光强度与入射光相同，将探测结果输入计算机并存储。（2）调节工作台，使被测表面靠上测量基准面，探测反射光强度并将数据存入计算机。（3）计算机搜索反射光强数据，找出最小反射光强度值，将该值与入射光强度相比，则得到标定常数Ro。（4）hm与光波波长，入射角，棱镜折射率等因素有关，而与被测表面无关，仪器调整完毕后，hm即确定，通过标定即得到hm的具体数值。（5）计算机将步骤（2）的结果与（1）的结果相比即得到视场内各点的反射率R，再根据公式①即算出被测表面的形貌分布数据。本测量仪的垂直分辨率优于1纳米，其最大特点是抗干扰能力很强，同时具有测量迅速，操作简便，成本低和可靠性好等优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超精表面形貌测量仪，其特征在于所述的测量仪由工作台、光源、反光棱镜、测量棱镜、显微镜、光控测器、计算机和图象监测器组成；被测样品置于所述的工作台上；所述的测量棱镜的底面是测量基准面，与被测样品的表面相接触；所述的光源发出的入射光通过所述的反光棱镜和测量棱镜后，进入所述的显微镜，所述的光探测器探测到显微镜中的光强信号，并依次将信号传递到计算机和图象监视器。

【技术特征摘要】
1、一种超精表面形貌测量仪，其特征在于所述的测量仪由工作台、光源、反光棱镜、测量棱镜、显微镜、光控测器、计算机和图象监测器组成；被测样品置于所述的工作台上；所述的测量棱镜的底面是测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：冼亮，郭炎，陈大融，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]