[發明專利]基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置

有效

• 申請號: 201310033367.9
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103105142A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 劉儉;譚久彬;王偉波;張拓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

?基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置屬于表面形貌測量技術領域，特別涉及一種用于微結構光學元件、微結構機械元件、集成電路元件中三維微細結構、微臺階、微溝槽線寬及大數值孔徑光學元件表面形狀測量的超精密測量裝置。

背景技術

共焦傳感技術是一種適用于微米及亞微米尺度測量的三維光學顯微技術，其核心原理是利用光學顯微系統離焦信號與準焦信號強度響應差異顯著的基本特性，通過點探測器收集樣品信息實現離焦、準焦信號分離，從而克服普通光學顯微鏡深度信息混疊的不足，獲得高靈敏度縱向層析能力，實現三維顯微成像。1977年，C.?J.?R.?Sheppard和A.?Choudhury首次闡明共焦顯微系統在點針孔掩模的作用下，以犧牲視場為代價，使橫向分辨率提高到相同孔徑普通顯微鏡的1.4倍。此后，共焦傳感技術受到普遍關注，成為了顯微科學領域的重要分支。

測試樣品特性差異是促使共焦傳感技術多元化發展的主要原因。依照樣品透、反射特性劃分，共焦系統可分為透射式和反射式共焦兩種；依照成像過程相干性劃分，共焦系統可分為相干、部分相干和非相干系統。共焦系統相干性與樣品、探測器尺度有關。當探測器為理想點探測器時，光場中任意兩點的相位具有確定關系，成像過程為相干成像；當探測器尺度較大，為有限尺度點探測器時，成像過程為部分相干成像；當樣品被熒光材料標記時，照明光相干性被完全破壞，共焦特性表現為非相干成像特性。

近年來，隨著共焦技術應用領域的擴展，熒光共焦顯微技術、光纖共焦顯微技術、干涉共焦顯微技術等得以產生和發展。盡管共焦傳感方法種類多樣，原理各異，但縱觀共焦技術的發展歷程可知，共焦技術發展始終集中圍繞改善測量分辨率，擴展量程范圍，提高抗擾動性能，實現高效測量以及上述特性的兼顧問題，特別是，對于高NA或曲率變化劇烈的表面，由于探測系統無法收集到足夠的回光，因此很難實現其表面檢測。

發明內容

為解決探測光難以返回探測系統從而無法實現高NA和高斜率表面檢測的難題，本發明公開了一種基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置。通過鍍膜改變被測面的表面特性，保證測量光經被測面反射后能夠返回探測系統，解決了高NA和高斜率表面檢測的難題，適用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三維形貌的超精密測量。

本發明的目的是這樣實現的：

基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置，包括激光器、沿光線傳播方向配置在激光器直射光路上的準直擴束器和偏振分光鏡；配置在偏振分光鏡反射光路上的四分之一波片、反射式物鏡和被測件；配置在偏振分光鏡透射光路上的收集物鏡、針孔和探測器；所述的探測器中含有窄帶濾光片；所述的被測件表面采用真空蒸發鍍膜法進行有機鍍膜。

上述基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置，所述的探測器中的窄帶濾光片的中心波長為610nm，帶寬為50nm。

由于本發明基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置，包括激光器、沿光線傳播方向配置在激光器直射光路上的準直擴束器和偏振分光鏡；配置在偏振分光鏡反射光路上的四分之一波片、反射式物鏡和被測件；配置在偏振分光鏡透射光路上的收集物鏡、針孔和探測器；所述的探測器中含有窄帶濾光片；所述的被測件表面采用真空蒸發鍍膜法進行有機鍍膜；這種通過鍍膜改變被測面的表面特性的設計，保證測量光經被測面反射后能夠返回探測系統，解決了高NA和高斜率表面檢測的難題，適用于高NA和高斜率球面、非球面和自由曲面三維形貌的超精密測量。

附圖說明

圖1是本發明基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置的結構示意圖。

圖中：1激光器、2準直擴束器、3偏振分光鏡、4四分之一波片、5反射式物鏡、6被測件、7收集物鏡、8針孔、9探測器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明具體實施例作進一步詳細描述。

本實施例的基于被測表面熒光激發的長工作距輪廓測量裝置結構示意圖如圖1所示。該裝置包括激光器1、沿光線傳播方向配置在激光器1直射光路上的準直擴束器2和偏振分光鏡3；配置在偏振分光鏡3反射光路上的四分之一波片4、反射式物鏡5和被測件6；配置在偏振分光鏡3透射光路上的收集物鏡7、針孔8和探測器9；所述的探測器9中含有窄帶濾光片，中心波長為610nm，帶寬為50nm。所述的被測件6表面采用真空蒸發鍍膜法進行有機鍍膜。