[发明专利]一种白光干涉三维形貌测量光学系统

说明书

发明所提供的白光干涉三维形貌测量光学系统，包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面；两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。本发明白光干涉三维形貌测量光学系统，能成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像，能实时记录和观测目标物的干涉图像，从而为获得被测物体的物体三维形貌信息和二维图像信息提供数据基础。

技术领域

本发明涉及干涉测量应用技术领域，特别是涉及一种白光干涉三维形貌测量光学系统。

背景技术

随着微纳技术的蓬勃发展，加工对象也正向着更小、更精的方向延伸，伴随而来的是如何对微纳结构进行三维精确测量。现有技术中，由于白光干涉仪可以对陡峭的微观阶梯进行高精度测量，因而使其成为了微纳结构测量的重要工具。现有的白光干涉仪多采用Linnik和Mirau结构形式，这种结构形式可以很好地获得被测目标三维高精度测量信息，但也存在着工作视场小、工作距离短、被测目标不能有效标注等诸多问题。大视场白光干涉仪多采用Michelson结构形式，但由于测量镜组采用望远结构，将成像像面设定为无穷远，因而丧失了对被测目标的成像观测能力。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中工作视场小、工作距离短、被测目标不能有效标注，从而无法实现对被测目标的成像观测能力的技术问题，提供一种白光干涉三维形貌测量光学系统，能够成像获得携带目标物形貌信息的干涉图像。

本发明提供一种实施例的白光干涉三维形貌测量光学系统，包括宽谱段光源、投影照明镜组、分光镜、标准反射镜、第一方位调整器、第二方位调整器、直线驱动器、测量镜组及探测器阵列；

所述投影照明镜组位于分光镜的Z轴负方向上，并与所述Z轴垂直；

所述标准反射镜位于所述分光镜的Z轴正方向上，所述第一方位调整器驱动连接所述标准反射镜，用于调整标准反射镜面与Z轴的夹角；

所述第二方位调整器用于放置被测物体，所述被测物体表面与分光镜的反射面相对，被测物体位于分光镜的X轴负方向上；

所述测量镜组位于所述分光镜的X轴正方向上，其光轴与X轴重合；

探测器阵列位于测量镜组的后焦平面上，用于接收测量镜组投影过来的物像；

所述直线驱动器与所述被测物体驱动连接，用于驱动被测物体沿X轴移动。

宽谱段光源发出宽谱段照明光，经投影照明镜组后，投射至被测物体表面和标准反射镜表面，两处的反射光经分光镜合束后形成空间干涉光场，入射至测量镜组中，被投影到光电探测器上。

其中，以分光镜的中心为原点建立三维直角坐标系，以宽谱段光源入射到分光镜的光轴方向为Z轴的正方向，以宽谱段光源入射到分光镜后经反射出的光轴方向为X轴负方向。

在所述投影照明镜组的入射侧的光轴上还设有对比图样发生器，所述宽谱段光源发出宽谱段照明光经对比图样发生器投射或反射后传入所述投影照明镜组中。

所述宽谱段光源针对对比图样发生器的照明方式为背面照明方式、迎面照明方式或倾斜照明方式。

所述分光镜为分光正四棱柱，所述分光正四棱柱的第一表面、第二表面垂直于所述投影照明镜组的中心光轴，第三表面、第四表面垂直于所述测量镜组的光轴方向。

所述标准反射镜可沿其所在光路方向移动。

所述分光镜的投射面与所述标准反射镜之间设有光强衰减片及补偿镜，用于对干涉光光强和波前相位进行调制。

所述探测器阵列为CCD元件阵列、CMOS元件阵列或者APD元件阵列。