[發明專利]一種白光干涉光學輪廓儀

無效

• 申請號: 200910061658.2
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101625231A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 王淑珍;常素萍;王生懷;謝鐵邦;劉曉軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于測量裝置技術領域，具體涉及一種基于白光干涉和垂直掃掃描技術的大量程三維表面形貌光學輪廓測量儀。

背景技術

表面三維微觀形貌的測量方法有很多種，通常可分為接觸式和非接觸式兩類。垂直掃描白光干涉測量法是在相移干涉法的基礎上發展起來的一種光學非接觸測量方法，結合了白光干涉顯微技術和相移干涉技術。目前，基于垂直掃描白光干涉測量法的三維表面形貌測量系統主要有一下幾種：

一，Linnik干涉顯微結構的垂直掃描白光干涉顯微測量儀([1]Pfortner?A，Schwide?J.Dispersion?error?in?white-light?Linnik?interferometers?and?itsimplications?for?evaluation?procedures[J].Appl.Opt，2001，40(34)：6223-6228)，該系統采用白熾燈或氙弧燈作光源，光線被分光鏡分成兩束，分別到達反光鏡和被測表面，反射后按原路返回到分光鏡，并到達CCD檢測陣列。壓電驅動器帶動被測表面連續移動，改變被測光路和參考光路的光程差，使干涉條紋掃描過整個被測表面。由電路處理得到干涉相干項和自相關函數，從而得到干涉條紋的光強最大值所對應的表面高度信息。壓電陶瓷驅動器的靈敏度高，重復性較好，但是位移量較小。Linnik干涉顯微鏡的分光系統在顯微鏡內部，可以使用低倍到高倍的各種大數值孔徑顯微物鏡，有利于提高系統的分辨率，但需要兩個匹配良好的物鏡來消除球差和色差。此外，由于參考光路和測量光路是分離的并且比較長，因此對外界的振動干擾和氣流的影響比較敏感，抗干擾性較差。

二，Mirau干涉顯微鏡的垂直掃描白光干涉顯微測量儀([2]Groot，P，Lega?XC.Signal?modeling?for?low-coherece?height-scanning?interferencemicroscopy[J].Appl.Opt，2004，43(25)：4821-4830.)，在Mirau干涉顯微鏡結構中，參考鏡被放在物鏡和樣板之間。基于Mirau干涉顯微結構的測量系統是將驅動器連接到光學顯微物鏡，驅動器的運動改變測量臂和參考臂之間的光程差。驅動參考鏡法的垂直驅動范圍受到顯微物鏡的限制，不可能很大。與Linnik干涉顯微鏡相比，這種Mirau干涉顯微鏡減少了一個顯微物鏡，簡化了結構，減小體積和重量，從而減輕了振動問題，但是因將參考鏡放入物鏡中，增加了物鏡的制作難度，并且Mirau物鏡的放大倍數和數值孔徑有限，使用范圍有所限制。美國VEECO公司和ZYGO公司的產品基本上都是采用驅動參考鏡法。

現有的垂直掃描白光干涉輪廓儀多是采用壓電陶瓷驅動物鏡和電容傳感器反饋控制位移量，垂直掃描范圍不可能很大，一般約為0～500μm，多用于測量表面的微觀形貌、微器件、臺階等。

三、華中科技大學開發研制的WIVS三維表面形貌測量儀([3]常素萍，謝鐵邦.WIVS三維表面形貌測量儀，計量技術，2006，(12)：39～41)，以國產6JA干涉顯微鏡光路為基礎，用壓電陶瓷驅動垂直工作臺帶動試樣作垂直掃描運動，使試樣表面不同高度的各點依次通過零光程差的位置，用面陣CCD記錄下各個位置的白光干涉條紋，經過計算處理后即可獲得被測試樣的表面三維形貌。該輪廓儀垂直掃描分辨力可達到1nm，但是該儀器具有放大倍數不可調，光路系統調節多，工件不能太重等缺點。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種白光干涉光學輪廓儀，該輪廓測量儀具有結構簡單、測量范圍大、測量精度高和成本低的特點。

本發明提供的白光干涉光學輪廓儀，包括垂直方向宏微二級驅動及位移計量裝置和白光干涉位移傳感器，其特征在于：白光干涉位移傳感器固定在垂直方向宏微二級驅動及位移計量裝置上，垂直方向宏微二級驅動及位移計量裝置固定在立柱上，立柱固定在隔振臺面上；萬能工作臺放置在隔振臺面上；

萬能工作臺包括工作臺底座、平衡彈簧、鎖緊螺母、關節軸承、回轉軸、旋轉載物臺、端蓋、基座、鋼球和直線電機；

基座固定在工作臺底座上，回轉軸的一端置于基座內孔中，另一端與旋轉載物臺固定連接，端蓋、關節軸承和鎖緊螺母自上至下依次安裝在回轉軸上；平衡彈簧一端與回轉軸的底部連接，另一端安裝在基座上；直線電機的驅動桿和平衡彈簧分別位于回轉軸底部的兩側。