[實用新型]一種基于光譜調制度深度編碼的微結構形貌測量裝置

有效

• 申請號: 201821424821.8
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN208635741U
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 馬鎖冬;曾春梅;戴放
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本實用新型公開了一種基于光譜調制度深度編碼的微結構形貌測量裝置。被測元件與空間光調制器在測量所采用光譜范圍的中心波長下呈物像共軛；光束折轉耦合器、空間光調制器、準直擴束鏡頭、分束器、軸向非消色差顯微物鏡、成像鏡頭和彩色相機之間呈共光路結構。本實用新型所提供的測量裝置無需軸向機械掃描部件，借助光譜調制選通模塊、空間光調制器和軸向非消色差顯微物鏡，從系統硬件上實現“光譜—調制度—深度”三者之間的唯一性編碼，從而完成對（類）鏡面微結構，特別是面形變化復雜、非連續的（類）鏡面微結構元件的全場、非接觸、快速、精確測量，可有效抑制因機械部件掃描移動引入的測量誤差，提升系統的可控性與抗干擾能力。

技術領域

本實用新型涉及一種微結構形貌的測量技術，特別涉及一種基于光譜調制度深度編碼的微結構形貌的測量裝置，屬于先進制造與檢測技術領域。

背景技術

在半導體制造、人工智能、航空航天等國民經濟的重要領域，諸如硅基晶圓、微機電系統（Microelectromechanical systems，MEMS）、計算制全息圖（Computer-generatedHolography，CGH）等光機電元件有著廣泛的應用。這些元件的表面往往存在著由機械加工、激光/等離子體刻蝕、噴鍍涂層等工藝形成的復雜（類）鏡面微結構。其形貌分布不僅體現元件的外在特征，同時也與諸如硬度、殘余應力、使用壽命、損傷閾值等內在的特性密切相關。檢測作為元器件制造生產過程中的重要一環，能夠為預評估與控制元器件相關性能提供幫助，其檢測精度的高低往往直接決定了元器件加工成型效果的優劣。近十多年以來，針對此類元件表面微結構形貌的超精密檢測更是引起了相關領域科技工作者的重視與研究。

光干涉顯微測試技術因其具有非接觸、全場測量、高精度等特點，在光機電元件微觀形貌的精密檢測方面得到了較多的應用。傳統方案多以單色性較好的激光作為光源，結合移相干涉術，測量精度可達亞納米量級。然而，相鄰被測點光程差小于四分之一波長的要求，在一定程度上限制了單波長激光干涉顯微測試技術在表面具有復雜微結構（如階梯狀）的（類）鏡面元器件三維形貌檢測方面的應用。雖然白光干涉顯微測量術具有唯一的零光程差位置、可以進行絕對度量，常用于上述元件面形的高精度檢測，但其需要借助高精度的微位移器（如壓電陶瓷堆，piezoelectric transducer，PZT）沿軸向作精細掃描。從而導致整個測量時間較長，僅適用于靜態物面的檢測，且掃描過程中對外界的氣流擾動、震動等極為敏感，系統的結構也較為復雜、成本較高。

相比之下，基于條紋調制度編碼的三維形貌測量方法作為一種非相干光學檢測技術，雖然具有測量過程更為柔性可控、系統結構相對簡單等優點，但其為了獲得被測物的軸向面形分布，仍然需要利用PZT作軸向掃描，同樣存在抗外界干擾能力弱、僅適合靜態測量等缺點。因此，如何在不顯著增加系統結構復雜度和成本的基礎上，實現對表面具有復雜（類）鏡面微結構的光機電元件三維形貌分布的無機械式掃描、全場非接觸的快速高精度測量是本領域的研究熱點與趨勢。

發明內容

本實用新型針對現有技術存在的不足，提供一種無需機械掃描部件，能夠實現對（類）鏡面微結構，特別是面形變化復雜、非連續的（類）鏡面微結構元件快速、精確測量的裝置。