[實(shí)用新型]基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720017316.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN206362308U
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚東杰;關(guān)國業(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

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光學(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。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型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)量裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品厚度的非接觸測(cè)量。

針對(duì)上述目的，本實(shí)用新型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)量裝置，其構(gòu)成包括可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)以及主要由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，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；所述可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)位于M1反射鏡和分光板之間；分光板將激光源發(fā)射的激光分為兩束，其中一束激光經(jīng)位于可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上的樣品入射到M1反射鏡，另一束激光經(jīng)補(bǔ)償板入射到M2反光鏡；由M1反光鏡反射回的反射光經(jīng)可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上的樣品、分光板由接收器件接收，由M2反光鏡反射回的反射光經(jīng)補(bǔ)償板再由分光板反射至接收器件；調(diào)整可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度，使兩束反射光在接收器件上形成干涉條紋。該裝置是通過調(diào)整載物臺(tái)來實(shí)現(xiàn)樣品平面與M1反光鏡鏡面的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品厚度的測(cè)量。

上述基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量裝置，所述接收器件為接收屏或者CCD(Charge-coupled Device)元件；所述CCD元件為平面點(diǎn)陣電荷耦合元件或者線性電荷耦合元件；所述平面點(diǎn)陣電荷耦合元件如CCD攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭等等；所述線性電荷耦合元件如掃描儀中的CCD元件等等。

針對(duì)上述目的，基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量裝置也可設(shè)計(jì)成通過調(diào)整光路組件來實(shí)現(xiàn)樣品平面與M1反光鏡鏡面的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，即裝置的構(gòu)成包括放置待測(cè)樣品的固定載物臺(tái)以及封裝在一殼體內(nèi)的光路組件；所述光路組件主要由安裝在殼體內(nèi)基座上的M1反射鏡、M2反射鏡、激光源、接收器件、分光板、補(bǔ)償板和微機(jī)電陀螺儀構(gòu)成；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；所述基座與微機(jī)電陀螺儀安裝在中心軸上，實(shí)現(xiàn)基座旋轉(zhuǎn)與角度測(cè)量聯(lián)動(dòng)；分光板將激光源發(fā)射的激光分為兩束，其中一束激光經(jīng)樣品入射到M1反射鏡，另一束激光經(jīng)補(bǔ)償板入射到M2反光鏡；由M1反光鏡反射回的反射光經(jīng)樣品、分光板由接收器件接收，由M2反光鏡反射回的反射光經(jīng)補(bǔ)償板再由分光板反射至接收器件；調(diào)整殼體內(nèi)的基座的旋轉(zhuǎn)角度，使接收器件接收到干涉條紋；所述殼體上設(shè)計(jì)有大于樣品厚度的開口，固定載物臺(tái)能使放置在其上的樣品沿開口進(jìn)入殼體內(nèi)位于M1反射鏡和分光板之間。

上述基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量裝置，所述接收器件為CCD元件；所述CCD元件與前述相同，其為平面點(diǎn)陣電荷耦合元件或者線性電荷耦合元件；所述平面點(diǎn)陣電荷耦合元件如CCD攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭等等；所述線性電荷耦合元件如掃描儀中的CCD元件等等。

上述基于邁克爾遜干涉原理的非接觸式樣品厚度測(cè)量裝置，所述基座通過中心軸安裝在殼體內(nèi)，為了便于操作，可以將殼體、基座、中心軸固連，通過旋轉(zhuǎn)殼體實(shí)現(xiàn)對(duì)基座和中心軸的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)然殼體與基座、中心軸也可以不固連，而是在中心軸位于殼體外的一端安裝旋轉(zhuǎn)手柄，通過旋轉(zhuǎn)手柄實(shí)現(xiàn)對(duì)基座的旋轉(zhuǎn)；此外，中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)也可以通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。