[發明專利]一種白光自干涉表面檢測儀

在審

• 申請號: 201710846015.3
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107702661A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 鄭明杰;李志芳
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G02B21/06;G02F1/13
• 代理公司: 福州市博深專利事務所(普通合伙)35214
• 代理人: 林志崢

技術領域

本發明涉及檢測儀器技術領域，尤其涉及一種白光自干涉表面檢測儀。

背景技術

表面精密度檢測在現代制造行業中具有重大的意義，表面精密檢測技術廣泛應用于塑化工業、造紙及纖維工業、電子工業、金屬工業等領域，例如在高精度軸承、鋼珠、透明薄膜、半透明材料等制造過程中，表面精密度檢測至關重要。

現有技術中，最具代表性的白光干涉測量表面輪廓的儀器是ZYGO的3D光學表面輪廓儀，這個儀器的特點在于采用雙光路白光干涉，其垂直方向分辨率由白光的光譜寬度或時間相干性決定，其在垂直方向上需要高精度壓電平臺做多次成像即掃描。以獲得各個像素點不同深度的白光干涉光強，最后依靠算法找到每個像素點的干涉光強最大點，該點即對應表面輪廓的高度或深度。但這個儀器的缺點在于：

1.采用雙光路白光干涉，系統整體的機械平臺抗震性要求高，需保證多幅圖像逐像素點對齊；

2.兩束干涉光的光強不能針對不同情況做適應性調整，這影響了干涉的對比度和測量精度；

3.裝置復雜度高，垂直方向設置高精度的步進電控升降裝置作為垂直掃描系統，甚至還需要配置閉環反饋系統；以獲得次納米級垂直方向分辨率；

4.需要反復數百次以上成像掃描；

5.后續需要處理多張CCD圖像，算法較為復雜；

6.干涉儀需要設計專用的物鏡以獲得干涉成像用的直射光和散射光。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種白光自干涉表面檢測儀，能夠解決上述技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種白光自干涉表面檢測儀，包括載物臺以及設置于載物臺上的顯微鏡光路和成像光路；所述顯微鏡光路由上至下依次包括科勒照明系統光源、孔徑光闌、分光棱鏡和物鏡，所述孔徑光闌上設有隨機分布的陣列針孔；所述成像光路由外至內依次包括CCD、傅里葉變換鏡頭、純位相液晶光閥和望遠透鏡；所述顯微鏡光路的光軸與載物臺垂直，所述成像光路的光軸與顯微鏡光路的光軸垂直，且顯微鏡光路的光軸與成像光路的光軸的交點在分光棱鏡的分光面上。

本發明的有益效果在于：本發明采用反射式顯微鏡光路系統，對孔徑光闌上隨機分布的陣列針孔在液晶面的共軛像，利用純位相光柵衍射分光可得到自干涉的直射光和散射光。這種單光路自干涉的結構相比于現有技術而言具有更好的抗震抗干擾性能；相比于現有技術中的環孔式孔徑光闌，本發明的陣列針孔式的孔徑光闌還可以改善表面輪廓梯度較大的局部區域的成像的邊暈效應；在液晶光閥面上顯示數字二元位相光柵和閃耀光柵，可通過改變液晶光閥的電壓來調節數字二元位相光柵的高低位相差和閃耀光柵的閃耀角，依據實際情況對直射光和散射光的強度做適應性調整，從而調整圖像的對比度，以提高分辨精度；本發明通過調節液晶光閥可將直射光和散射光的相位差分別設為0、π/2、π、3π/2，只需四次成像即可算出表面輪廓，因此垂直方向無需高精度步進升降臺，后期圖像處理也只需簡單的數學計算和位相解包裹運算；本發明具備亞納米的表面檢測能力，不需要像ZYGO的表面檢測儀一樣設計專門的物鏡。

附圖說明

圖1為本發明實施例的白光自干涉表面檢測儀的系統結構示意圖；

圖2為孔徑光闌的陣列針孔的結構示意圖；

圖3為純位相液晶光閥上顯示的位相灰度圖；

圖4為數字二元位相光柵的剖面圖；

圖5為閃耀光柵的剖面圖；

圖6為鹵素燈的白光光譜；

圖7為白光光譜對應的自相關函數圖；

標號說明：

101、CCD；102、傅里葉變換鏡頭；103、純位相液晶光閥；104、電腦；105、第三望遠透鏡；106、分劃板；107、第四望遠透鏡；108、載物臺；

109、物鏡；110、分光棱鏡；111、消光紙；112、第二望遠透鏡；113、第一望遠透鏡；114、孔徑光闌；115、視野光闌；116、集光鏡；117、起偏片；118、磨砂片；119、鹵素燈燈絲；120、檢偏片。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖予以說明。

本發明最關鍵的構思在于:在顯微鏡光路設置孔徑光闌114和分光棱鏡110，孔徑光闌114上設有隨機分布的陣列針孔；成像光路的傅里葉面上設置純位相液晶光閥103。