[发明专利]一种白光自干涉表面检测仪

说明书

技术领域

本发明涉及检测仪器技术领域，尤其涉及一种白光自干涉表面检测仪。

背景技术

表面精密度检测在现代制造行业中具有重大的意义，表面精密检测技术广泛应用于塑化工业、造纸及纤维工业、电子工业、金属工业等领域，例如在高精度轴承、钢珠、透明薄膜、半透明材料等制造过程中，表面精密度检测至关重要。

现有技术中，最具代表性的白光干涉测量表面轮廓的仪器是ZYGO的3D光学表面轮廓仪，这个仪器的特点在于采用双光路白光干涉，其垂直方向分辨率由白光的光谱宽度或时间相干性决定，其在垂直方向上需要高精度压电平台做多次成像即扫描。以获得各个像素点不同深度的白光干涉光强，最后依靠算法找到每个像素点的干涉光强最大点，该点即对应表面轮廓的高度或深度。但这个仪器的缺点在于：

1.采用双光路白光干涉，系统整体的机械平台抗震性要求高，需保证多幅图像逐像素点对齐；

2.两束干涉光的光强不能针对不同情况做适应性调整，这影响了干涉的对比度和测量精度；

3.装置复杂度高，垂直方向设置高精度的步进电控升降装置作为垂直扫描系统，甚至还需要配置闭环反馈系统；以获得次纳米级垂直方向分辨率；

4.需要反复数百次以上成像扫描；

5.后续需要处理多张CCD图像，算法较为复杂；

6.干涉仪需要设计专用的物镜以获得干涉成像用的直射光和散射光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种白光自干涉表面检测仪，能够解决上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种白光自干涉表面检测仪，包括载物台以及设置于载物台上的显微镜光路和成像光路；所述显微镜光路由上至下依次包括科勒照明系统光源、孔径光阑、分光棱镜和物镜，所述孔径光阑上设有随机分布的阵列针孔；所述成像光路由外至内依次包括CCD、傅里叶变换镜头、纯位相液晶光阀和望远透镜；所述显微镜光路的光轴与载物台垂直，所述成像光路的光轴与显微镜光路的光轴垂直，且显微镜光路的光轴与成像光路的光轴的交点在分光棱镜的分光面上。

本发明的有益效果在于：本发明采用反射式显微镜光路系统，对孔径光阑上随机分布的阵列针孔在液晶面的共轭像，利用纯位相光栅衍射分光可得到自干涉的直射光和散射光。这种单光路自干涉的结构相比于现有技术而言具有更好的抗震抗干扰性能；相比于现有技术中的环孔式孔径光阑，本发明的阵列针孔式的孔径光阑还可以改善表面轮廓梯度较大的局部区域的成像的边晕效应；在液晶光阀面上显示数字二元位相光栅和闪耀光栅，可通过改变液晶光阀的电压来调节数字二元位相光栅的高低位相差和闪耀光栅的闪耀角，依据实际情况对直射光和散射光的强度做适应性调整，从而调整图像的对比度，以提高分辨精度；本发明通过调节液晶光阀可将直射光和散射光的相位差分别设为0、π/2、π、3π/2，只需四次成像即可算出表面轮廓，因此垂直方向无需高精度步进升降台，后期图像处理也只需简单的数学计算和位相解包裹运算；本发明具备亚纳米的表面检测能力，不需要像ZYGO的表面检测仪一样设计专门的物镜。

附图说明

图1为本发明实施例的白光自干涉表面检测仪的系统结构示意图；

图2为孔径光阑的阵列针孔的结构示意图；

图3为纯位相液晶光阀上显示的位相灰度图；

图4为数字二元位相光栅的剖面图；

图5为闪耀光栅的剖面图；

图6为卤素灯的白光光谱；

图7为白光光谱对应的自相关函数图；

标号说明：

101、CCD；102、傅里叶变换镜头；103、纯位相液晶光阀；104、电脑；105、第三望远透镜；106、分划板；107、第四望远透镜；108、载物台；

109、物镜；110、分光棱镜；111、消光纸；112、第二望远透镜；113、第一望远透镜；114、孔径光阑；115、视野光阑；116、集光镜；117、起偏片；118、磨砂片；119、卤素灯灯丝；120、检偏片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:在显微镜光路设置孔径光阑114和分光棱镜110，孔径光阑114上设有随机分布的阵列针孔；成像光路的傅里叶面上设置纯位相液晶光阀103。