[發(fā)明專利]基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法及測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710011842.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN106871797B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚東杰;關(guān)國(guó)業(yè);林方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發(fā)明公開了一種基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法及測(cè)量裝置，通過調(diào)整M1反射鏡與樣品平面之間的角度，使激光束光程發(fā)生變化，從而使干涉條紋產(chǎn)生移動(dòng)，再依據(jù)本發(fā)明提供的公式計(jì)算得到待測(cè)樣品的厚度；由于該測(cè)量方法需要控制的物理量?jī)H為M1反射鏡與樣品平面之間的角度，測(cè)量誤差極小，在簡(jiǎn)化了測(cè)量過程的同時(shí)，提高了樣品厚度測(cè)量精度；用于實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量方法的測(cè)量裝置，由于測(cè)量原理簡(jiǎn)單且不需要高精度的昂貴儀器，因此可以將光路組件集成在一體化的裝置內(nèi)，設(shè)計(jì)成小型化的便攜裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法以及測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

對(duì)于樣品厚度的測(cè)量，可以采用接觸式測(cè)量(例如采用游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器等儀器進(jìn)行測(cè)量)、也可以采用非接觸式測(cè)量(例如基于邁克爾遜干涉原理的測(cè)量方法)；然而在某些特殊情況下，高精度的非接觸式測(cè)量裝置具有不可替代性，例如，在玻璃儀器的制造過程中，往往需要對(duì)處于熔融狀態(tài)的玻璃進(jìn)行厚度、折射率等屬性的測(cè)量；此時(shí)，接觸式測(cè)量方法不僅可能會(huì)影響材料的形狀與結(jié)構(gòu)，而且精度十分有限。

因此，不少工業(yè)生產(chǎn)需要提供高精度非接觸式測(cè)量方法和儀器。傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉測(cè)量方法，僅能測(cè)量厚度為幾百微米的薄膜類樣品，難以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前，工業(yè)上已有利用二維激光掃描非接觸式測(cè)量物件尺寸的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)較厚樣品厚度的測(cè)量(參見尚妍，徐春廣光學(xué)非接觸廓形測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展光學(xué)技術(shù)2008.12第34卷增刊216-217)，該方法是利用樣品對(duì)激光的遮擋，在接收屏上產(chǎn)生并記錄光強(qiáng)差，從而確定待測(cè)物件的輪廓，從而獲得樣品的厚度。該方法影響測(cè)量精度的關(guān)鍵在于激光成像的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性；為此，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須做到像面照度分布均勻、雜散光少、成像幾何畸變小等，不僅設(shè)計(jì)復(fù)雜繁瑣，其儀器制造成本也非常高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明目的旨在提供一種測(cè)量方便、誤差小的基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式測(cè)量方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品厚度的非接觸測(cè)量。

本發(fā)明的另一目的旨在提供一種實(shí)現(xiàn)上述基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法的裝置。

針對(duì)上述第一個(gè)發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法，利用主要由M1反射鏡、M2反射鏡、激光源、接收器件、分光板和補(bǔ)償板構(gòu)成的光路組件對(duì)樣品厚度進(jìn)行測(cè)量，所述激光源、分光板、補(bǔ)償板和M2反光鏡沿同一方向依次排列，所述分光板與補(bǔ)償板相互平行且均與M1反射鏡鏡面成45°夾角；用于放置樣品的載物臺(tái)位于M1反射鏡和分光板之間；樣品厚度按包括以下步驟的方法進(jìn)行測(cè)量：

S1，將待測(cè)樣品放置到載物臺(tái)上；

S2，打開激光源，調(diào)整載物臺(tái)或者光路組件至接收器件接收到干涉條紋，記錄樣品平面與M1反射鏡鏡面相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度α₁；

S3，繼續(xù)調(diào)整載物臺(tái)或者光路組件至接收器件接收到的干涉條紋移動(dòng)L條，記錄樣品平面與M1反射鏡鏡面相對(duì)旋轉(zhuǎn)夾角α₂；

S4，將步驟S2和步驟S3所記錄的樣品平面與M1反射鏡之間的夾角α₁、α₂以及干涉條紋移動(dòng)數(shù)L帶入以下公式計(jì)算得到待測(cè)樣品的厚度：

其中，x為待測(cè)樣品的厚度，λ為激光源的波長(zhǎng)。

上述基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量方法，為了使測(cè)量的樣品厚度更加的準(zhǔn)確，最好重復(fù)步驟S1至S4若干次，得到待測(cè)樣品厚度的多組數(shù)值，對(duì)所得待測(cè)樣品厚度的多組數(shù)值計(jì)算平均值，以平均值為待測(cè)樣品的厚度。