[其他]無接觸高分辨率掃描式激光輪廓儀

無效

• 申請號: 86106872
• 申請日: 1986-10-27
• 公開（公告）號: CN86106872A
• 公開（公告）日: 1988-05-11
• 發明（設計）人: 周肇飛
• 申請（專利權）人: 成都科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/02
• 代理公司: 成都科技大學專利代理事務所
• 代理人: 肖浚澤

本發明屬于激光測試技術領域。用偏振光差動干涉原理和光電信號相位測量法測量精細表面輪廓形狀的方法和設備。

由于高性能光學設備、射線設備（如激光武器和x射線天體測量裝置）和集成電路工業技術的發展，新的、高分辨率無接觸輪廓測量方法成為迫切的需要，研究者也為數不少。在這方面有關的文章有：

（Ⅰ）Z.F.Zhou（周肇飛）《PTB????Mitteilungen》94.1/84“untersuchungen????ueber????ein????Fotoelektri-sches????Interferenz-messmikroskop????mit????Zweifreq-uenzlaser????Zum????Messen????Von????Feinstrukturen”。

（Ⅱ）G.Makosch，B.Drolliner《Applied????Optics》1984.12.“Surface????profile????measurment????With????a????scanning????differential????ac????Interferometer”

（Ⅲ）C.W.See，M.Vaez，and????H.K.Wikramasinghe《Applied????Optics》1985.8.“Scanning????differe-ntial????phase????contrast????optical????microscop：appl-ication????to????surface????studies”《Applied????Optics》1????August????1985/Vol.24，No.15等均有報導。

但這些研究工作皆有明顯不足，主要問題是：

1????差動干涉儀只能作相對測量-只能比較兩個小光點投射處的高低差別，并不能測出真實輪廓。往往光束只是部份利用物鏡孔徑因無法造成足夠小的光點，橫向分辨率低。

2????只能適用于某一特定的表面形狀或很小的測量范圍，局限性很大。

3????對設備本身的制造精度要求過高，不易穩定，難以達到高分辨率。

4????現在使用最多的接觸式表面輪廓測量儀器，測量時會劃傷精細表面，對于要求不允許留下劃傷的表面，則用接觸式測量儀器無法測量。

本發明提供的無接觸高分辨率掃描式激光輪廓儀能測出精細表面輪廓的真實形狀，又具有差動干涉儀對外界振動，干擾不敏感的優點，對本身制造精度亦無過高要求。其分辨率和信噪比極高。能測量任何形狀的精細輪廓，且無接觸，完全不會劃傷被測表面。適用于測量各種金屬與非金屬的精細表面輪廓形狀。如高級鍍膜光學表面，大功率激光器的金屬反射鏡，x射線天文裝置的反射面，硅片材料表面，超大規模集成電路，校對輪廓儀的精細標準塊等。

圖1是無接觸高分辨率掃描式激光輪廓儀結構示意圖

（1）激光管。（2）玻片。（3），（3′）偏振片。（4），（17）透鏡。（5），（18）光電管。（6），（19）放大器。（7），（10）冰洲石雙折射晶體。（9），（12）反射鏡。（11）透鏡。（13）半透半反射鏡。（14）λ/4波片。（15）物鏡。（16）被測件。（20）相位計。（21）記錄器

本發明是一種利用了差動原理的偏振干涉儀。用偏振分光器件將激光分成偏振方向互相垂直的兩束，一束作為參考臂，使會聚于物鏡象方焦點上，經物鏡后變成直徑較大并可通過更換物鏡組改變直徑大小以適應不同被測件要求的平行光束ν₁。另一束光ν₂作為測量臂，在進入物鏡前保持為直徑能充滿物鏡孔徑的平行光，經物鏡會聚成極小的光點落到被測表面上。此兩束光中心同軸。由于參考臂光束射到被測面上的光斑甚大40μm～10mm對于細小的起伏不平無反應，而測量光斑很小（可達1μm），所以能以1μm的橫向分辨能力測量在高度方向精細到1（埃），極限分辨率可達0.1的表面輪廓形狀。上述很高分辨率是通過相位測量實現的。由于光束ν₁和ν₂是同軸的，最理想的利用了差動干涉儀抗干擾、防振性能優越的特點，為相位測量提供了高信噪比條件。