[发明专利]一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统

说明书

本发明公开了一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统，可对精密元器件提供无损、快速、高精度、电动的表面三维形貌测量。照明模块对光进行准直整形，成像模块将准直整形后的光分为物光和参考光，两束光的反射光合束后干涉，条纹调整和扫描模块调整参考镜的偏转姿态，在干涉条纹满足扫描要求时进行扫描，成像模块将干涉光放大成像后传输给处理模块，处理模块根据图像重现被测样品的表面三维形貌，被测样品利用样品夹持模块固定且利用对焦模块实现对焦，照明模块、条纹调整和扫描模块和成像模块利用系统固定模块固定，整个系统结构设计紧凑，具有体积小、便于集成、易于搬运、适合异地测试等优势，且参考镜的偏转角度可以实现电动精确调节。

技术领域

本发明涉及表面检测技术领域，尤其涉及一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统。

背景技术

表面形貌是指表面的微观几何形态，它是由于加工过程中刀具与零件之间的摩擦、切削分离时的塑性变形和金属撕裂、加工系统的振动等原因在零件表面留下的各种不同形状和尺寸的微观结构。表面形貌对于加工过程中工艺过程的状态变化十分敏感，因此，被认定为加工过程中控制、监测和诊断的重要手段。随着高科技的发展，诸多领域对于元器件的表面形貌提出了越来越高的要求，例如，集成电路的硅片，X射线仪及激光器的发射镜窗片，同步辐射光学组件，激光陀螺和光纤陀螺的光学组件，以及纳米技术和生物技术等前沿学科领域。

表面形貌的测量方法基本可以分为接触式测量和非接触式测量两种。例如，机械探针式测量法和扫描探针式测量法属于接触式测量法，虽然具有较高的测量精度，但会损伤被测样品的表面，测量结果的重复性低；光学探针式测量法、扫描电子显微镜和白光干涉测量法属于非接触式测量法，其中，光学探针式测量法和扫描电子显微镜虽然不会损伤被测样品的表面，但存在测量范围小、测量速度慢且易损伤探针等缺点，而白光干涉测量法的非接触和快速测量特性，使得它在实际应用中得到飞速发展。

白光干涉测量法是利用白光的低相干特性，将物体表面三维形貌信息反映到干涉信号上，通过对干涉图像进行分析，恢复出待测样品的表面三维形貌。白光干涉测量法最大的优点是测量精度高、速度快、无损伤。

目前，国内的白光干涉系统一般为垂直光路型(即立式结构)，且系统中的分部件多为标准件，因此，存在体积大、结构复杂的问题，例如，迈克尔逊型干涉仪一般以光学标准件搭建而成，特别是成像部分，以光学标准件搭建而成，或者采用尼康等公司的迈克尔逊型干涉微分镜头。现有的白光干涉系统的调节方式多为手动，很难精确控制定量的位移输出，而白光干涉系统是一个精密测量系统，不精确的手动调节会增加测量难度，引入测量误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统，用以在保证高精度测量的前提下，解决系统体积大、调节非电动等问题。

因此，本发明提供了一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统，包括：照明模块、条纹调整和扫描模块、成像模块、处理模块、样品夹持模块、对焦模块以及系统固定模块；其中，

所述照明模块，用于对低相干光进行准直整形；

所述条纹调整和扫描模块，用于调整参考镜的偏转姿态，以调整干涉条纹的幅度和偏转角度，待所述干涉条纹满足扫描要求时进行扫描；

所述成像模块，用于将准直整形后的光分为两束光，一束为照射在被测样品的物光，另一束为照射在所述参考镜的参考光，并将由所述物光的反射光和所述参考光的反射光合束后产生的干涉光放大成像，再将图像传输给所述处理模块；

所述处理模块，用于将接收的图像转化为数字数据并进行解算，重现所述被测样品的表面三维形貌；

所述样品夹持模块，用于固定所述被测样品，使所述被测样品的表面与所述物光垂直；

所述对焦模块，与所述样品夹持模块固定连接，用于调整所述被测样品的位置，使所述成像模块成像清晰；