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Abstract

一种基于分离反射镜组的共焦测量装置属于光学显微测量技术，包括激光器及依次配置在激光器直射光路上的准直扩束器、大数值孔径聚焦物镜、针孔、分光镜和三维位移载物台，在分光镜的折转光路上依次配置探测针孔和探测器；在激光器直射光路上还配置有由大口径椭球反射镜与补偿镜组构成的分离反射镜组，大口径椭球反射镜置于三维位移载物台上侧部位处，补偿镜组包括两片曲面反射镜，置于分光镜与三维位移载物台之间，分离反射镜组包括的三片反射镜顶部均开有通孔；本装置克服了现有椭球反射镜共焦测量方法视场小、大口径椭球反射镜难以加工的不足，利用补偿镜组矫正椭球反射镜的轴外像差并且降低其加工难度。

Description

一种基于分离反射镜组的共焦测量装置
技术领域
本发明属于光学显微测量领域，主要涉及一种用于微结构工业样品中三维微细结构表面形貌测量的超精密非接触测量装置。
背景技术
共焦点扫描测量是微光学、微机械、微电子领域中测量三维微细结构、微台阶、微沟槽线宽、深度及表面形状的重要技术手段之一。包括差动共焦曲率半径测量方法与装置(公开号CN101526341)、共焦显微镜及用其测量高度的方法(公开号CN1392962)、复色超分辨差动共焦测量方法与装置(公开号CN101182992)等采用传统透镜照明结构的共焦点扫描测量系统，其轴向分辨力及横向分辨力与物镜数值孔径大小密切相关，数值孔径越大，分辨力越高。但是，由于衍射极限的存在，基于透镜的共焦扫描系统很难通过增大数值孔径在探测分辨力的提高上取得突破。
采用反射照明结构的共焦测量系统可以较好地解决这个问题，如已经被提出一段时间并经过发展的抛物面反射系统：采用抛物面反射镜可以满足大数值孔径的需求，但是，为减小载物台遮挡光源的遮挡比采用大孔径反射镜，在保证像差的基础上制作直径与其匹配的大口径平面波照明光源难度很高；采用椭球面反射镜可利用其一对共轭点的特性，突破常规方案的物镜数值孔径，实现大数值孔径照明探测，使轴向分辨力和横向分辨力大幅提高，但是椭球反射镜也存在视场小，采用大口径设计时加工难度高的问题。
发明内容
为克服已有技术存在的椭球反射镜视场小、采用大口径设计时难加工的不足，本装置采用了为椭球镜配套的补偿镜组，达到通过逐级矫正轴外像差的方式增大镜组的视场，同时通过补偿降低椭球反射镜的设计难度。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于分离反射镜组的共焦测量装置，包括激光器及依次配置在激光器直射光路上的准直扩束器、大数值孔径聚焦物镜、针孔、分光镜和三维位移载物台，在分光镜的折转光路上依次配置探测针孔和探测器，在激光器直射光路上还配置由大口径椭球反射镜和补偿镜组组成的分离反射镜组，该分离反射镜组中的补偿镜组置于分光镜与三维位移载物台之间，大口径椭球反射镜置于三维位移载物台上侧部位处，该分离反射镜组可等效为一椭球面反射镜，其远焦点位于针孔处，近焦点位于三维位移载物台上的样品表面上；其中补偿镜组由两片反射镜组成，分离反射镜组包括的三片反射镜顶点处均开有通孔。
本发明以反射式共焦显微镜为基础，利用椭球反射镜从一个焦点发出的探测光经椭球镜反射必聚焦于另一个焦点的特性，突破常规方案的物镜数值孔径，实现大数值孔径照明，使轴向分辨力和横向分辨力大幅提高；同时利用补偿镜组逐级矫正离轴像差及加工中产生的机械误差，起到了增大视场，降低加工难度的效果。
附图说明
附图是一种基于分离反射镜组的共焦测量装置结构示意图
图中件号说明：1、激光器、2、准直扩束器、3、大数值孔径聚焦物镜、4、针孔、5、探测针孔、6、分光镜、7、探测器、8、分离反射镜组、8-1、大口径椭球反射镜、8-2、补偿镜组9、三维位移载物台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。
一种基于分离反射镜组的共焦测量装置，包括激光器1及依次配置在激光器1直射光路上的准直扩束器2、大数值孔径聚焦物镜3、针孔4、分光镜6和三维位移载物台9，在分光镜6的折转光路上依次配置探测针孔5和探测器7；在激光器1直射光路上还配置由大口径椭球反射镜8-1和补偿镜组8-2组成的分离反射镜组8，该分离反射镜组8中的补偿镜组8-2置于分光镜6与三维位移载物台9之间，大口径椭球反射镜8-1置于三维位移载物台9上侧部位处。所述的分离反射镜组8可等效为一椭球面反射镜，其远焦点位于针孔4处，近焦点位于三维位移载物台9上的样品表面上。所述的补偿镜组8-2由两片反射镜组成；所述的分离反射镜组8中，在补偿镜组8-2的两片反射镜和大口径椭球反射镜8-1的中心顶点处均开有通孔。
测量作业使用时：
第一步，对被测样品进行照明。
激光器1发射出平行探测光束，经准直扩束器2扩束后成为理想平面波，经过大数值孔径聚焦物镜3后聚焦至针孔4成为球面波探测波，分离反射镜组8可等效为椭球面反射镜，其远焦点位于针孔4处，近焦点位于三维位移载物台9上的待测样品表面处，故通过针孔4的球面探测波经分离反射镜组8反射后聚焦于三维位移载物台9上的样品表面从而实现大孔径照明。
第二步，收集探测
球面探测光打在样品表面处形成漫反射，后经分离反射镜组8反射后于分光镜5处，经分光镜5反射汇聚于探测针孔6处，并通过针孔6打入探测器7。

Claims (3)

1.一种基于分离反射镜组的共焦测量装置，包括激光器(1)及依次配置在激光器(1)直射光路上的准直扩束器(2)、大数值孔径聚焦物镜(3)、针孔(4)、分光镜(6)和三维位移载物台(9)，在分光镜的折转光路上依次配置探测针孔(5)和探测器(7)；其特征在于：在激光器(1)直射光路上还配置由大口径椭球反射镜(8-1)和补偿镜组(8-2)组成的分离反射镜组(8)，该分离反射镜组(8)中的补偿镜组(8-2)置于分光镜(6)与三维位移载物台(9)之间，大口径椭球反射镜(8-1)置于三维位移载物台(9)上侧部位处。
2.根据权利要求1所述的一种基于分离反射镜组的共焦测量装置，其特征在于：所述的分离反射镜组(8)可等效为一椭球面反射镜，其远焦点位于针孔(4)处，近焦点位于三维位移载物台(9)上的样品表面上。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于分离反射镜组的共焦测量装置，其特征在于：所述的补偿镜组(8-2)由两片反射镜组成；所述的分离反射镜组(8)中，在补偿镜组(8-2)的两片反射镜和大口径椭球反射镜(8-1)的中心顶点处均开有通孔。
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