[發(fā)明專利]基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710104131.8 | 申請(qǐng)日： | 2017-02-24 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN106643557B | 公開（公告）日： | 2019-04-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉儉;王宇航;谷康;譚久彬 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01B11/24 | 分類號(hào)： | G01B11/24 |
| 代理公司： | 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109 | 代理人： | 岳泉清 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 顯微 原理 結(jié)合 測(cè)量 裝置 及其 測(cè)量方法 | ||
1.基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括共焦顯微模塊、直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)，共焦顯微模塊包括共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)和共焦光學(xué)探針模塊(2)；
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)上端面的中央固定有支柱(4)，直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)安裝在支柱(4)的橫梁上，直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)在橫梁上沿X向運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)在XY平面上旋轉(zhuǎn)，直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)的外側(cè)分別安裝有共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)和共焦光學(xué)探針模塊(2)，待測(cè)樣品(7)放置在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)的工作臺(tái)面上；
共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)包括第一激光器(1-1)、第一分光棱鏡(1-2)、二維掃描振鏡(1-3)、掃描透鏡(1-4)、管鏡(1-5)、第一物鏡(1-6)、第一收集透鏡(1-7)和第一光電探測(cè)器(1-8)；
第一激光器(1-1)發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過第一分光棱鏡(1-2)的分光后，依次經(jīng)過二維掃描振鏡(1-3)、掃描透鏡(1-4)、管鏡(1-5)和第一物鏡(1-6)，在待測(cè)樣品(7)上形成聚焦光斑，通過二維掃描振鏡(1-3)偏轉(zhuǎn)使聚焦光斑在待測(cè)樣品(7)上進(jìn)行二維掃描，待測(cè)樣品(7)表面反射的光束依次經(jīng)過第一物鏡(1-6)、管鏡(1-5)、二維掃描振鏡(1-3)、第一分光棱鏡(1-2)和第一收集透鏡(1-7)，通過多模光纖被第一光電探測(cè)器(1-8)收集；
共焦光學(xué)探針模塊(2)包括第二激光器(2-1)、第二分光棱鏡(2-2)、第二物鏡(2-3)、第二收集透鏡(2-4)和第二光電探測(cè)器(2-5)；
第二激光器(2-1)發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過第二分光棱鏡(2-2)，然后通過第二物鏡(2-3)在待測(cè)樣品(7)上形成聚焦光斑，待測(cè)樣品(7)表面反射的光束經(jīng)過第二物鏡(2-3)、第二分光棱鏡(2-2)和第二收集透鏡(2-4)，通過多模光纖被第二光電探測(cè)器(2-5)收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測(cè)量裝置，其特征在于，支柱(4)的橫梁為氣浮直線導(dǎo)軌，直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)沿氣浮直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測(cè)量裝置，其特征在于，第一激光器(1-1)和第二激光器(2-1)采用相同的激光器，發(fā)射波長為532nm，經(jīng)過第一物鏡(1-6)和第二物鏡(2-3)后，光的功率小于30mW。
4.基于權(quán)利要求1所述的基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，該測(cè)量方法包括宏觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量和微觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量；宏觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量采用共焦光學(xué)探針模塊(2)完成，微觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量采用共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量方法，其特征在于，宏觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量的具體過程為：
步驟1、共焦光學(xué)探針模塊(2)的第二激光器(2-1)發(fā)出激光光束，經(jīng)過第二分光棱鏡(2-2)和第二物鏡(2-3)后在待測(cè)樣品(7)上形成聚焦光斑，待測(cè)樣品(7)表面反射的光束經(jīng)過第二物鏡(2-3)、第二分光棱鏡(2-2)和第二收集透鏡(2-4)，通過多模光纖被第二光電探測(cè)器(2-5)收集，通過軸向響應(yīng)曲線頂點(diǎn)位置確定待測(cè)樣品(7)的表面位置；
步驟2、直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)帶動(dòng)共焦光學(xué)探針模塊(2)沿X向移動(dòng)，形成宏觀二維輪廓掃描測(cè)量；
步驟3、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)帶動(dòng)待測(cè)樣品(7)在XY平面上旋轉(zhuǎn)，完成待測(cè)樣品(7)的宏觀三維面形測(cè)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量方法，其特征在于，微觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量的具體過程為：
步驟1、共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)的第一激光器(1-1)發(fā)出激光光束，經(jīng)過第一分光棱鏡(1-2)的分光后，依次經(jīng)過二維掃描振鏡(1-3)、掃描透鏡(1-4)、管鏡(1-5)和第一物鏡(1-6)，在待測(cè)樣品(7)上形成聚焦光斑；待測(cè)樣品(7)表面反射的光束依次經(jīng)過第一物鏡(1-6)、管鏡(1-5)、二維掃描振鏡(1-3)、第一分光棱鏡(1-2)和第一收集透鏡(1-7)，通過多模光纖被第一光電探測(cè)器(1-8)收集，通過軸向響應(yīng)曲線頂點(diǎn)位置確定待測(cè)樣品(7)的表面位置；
步驟2、通過二維掃描振鏡(1-3)偏轉(zhuǎn)使聚焦光斑在待測(cè)樣品(7)上進(jìn)行二維掃描；
步驟3、直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(3)帶動(dòng)共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)沿X向移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊(5)帶動(dòng)待測(cè)樣品(7)在XY平面上旋轉(zhuǎn)，使微結(jié)構(gòu)區(qū)域在共焦顯微三維測(cè)量模塊(1)視場(chǎng)范圍內(nèi)，完成微觀結(jié)構(gòu)的三維測(cè)量。
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