CN104422398B - 可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，包括套筒组件、连接件和俯仰倾斜二维调整架，连接件为中空圆柱体，两端内径相等，外径不同，在外径较小的一端通过螺纹固定在套筒组件的侧壁上，另一端通过螺纹与俯仰倾斜二维调整架连接。本装置结构简单，体积小，装调方便，适用性强，可应用在干涉显微镜中，为表面微观三维轮廓的高精度测量提供必要手段。

Description

可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置

技术领域

本发明属于干涉测量领域，具体涉及一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，用于将低放大倍率显微物镜改装的干涉显微物镜。

背景技术

干涉显微镜主要有Michelson（迈克尔逊）、Mirau（米洛）和Linnik三种类型。Michelson型干涉显微镜利用分光镜将入射光束分成两束，一束入射到被测件，另一束入射到参考镜，调节参考镜位置，使参考镜和被测件反射回的光束的光程差为零，光束发生干涉后产生干涉条纹，从而可以分析被测件的微观特性。

迈克尔逊型干涉显微镜是目前结构较为简单、使用较多的一种通过对低倍显微物镜改装的干涉显微物镜类型。迈克尔逊型干涉显微镜在光程拉长的情况下也可以进行测量，而其设计也较为容易。Sagamihara-shi等人的专利号为US 2012/0099115 A1的专利中提出了一种米洛型干涉显微物镜是将参考镜和分光镜固定在一个套筒中，该方法一定程度上简化了干涉显微物镜的结构，但其缺点是参考镜和分光镜之间距离是固定的，只能使用在一种工作距离长度的显微物镜上，两镜之间的距离以及平行精度也只能由加工精度决定，而且不适用于光程较长的情况。谢勇军等人在《利用Linnik显微干涉技术测量微结构动态特性》中提到的迈克尔逊干涉显微结构是将分光镜置于显微物镜下方，这样就需要使用工作距离较长的显微物镜，限制了装置的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，本装置可便捷地将普通显微物镜改造成干涉显微物镜，可方便安装卸载参考镜和分光镜，并且能够微调参考镜和分光镜之间距离使其能够适用于不同工作距离的显微物镜的改造。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，包括套筒组件、连接件和俯仰倾斜二维调整架，连接件为中空圆柱体，两端内径相等，外径不同，在外径较小的一端通过螺纹固定在套筒组件的侧壁上，另一端通过螺纹与俯仰倾斜二维调整架连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明可便捷地将普通显微物镜改造迈克尔逊型干涉显微物镜，实现精密元件的表面形貌测量；参考镜和分光镜可以独立装配拆卸，参考镜可进行俯仰倾斜的调节；装置体积小，便于保存携带，且能满足高精度的使用要求，分光镜和参考镜之间距离可调，可用于不同工作距离的显微物镜改装，且适用于光程较长的情况下。

附图说明

图1为本发明的整体装置示意图。

图2为本发明的整体装置剖面示意图。

图3为本发明的套筒组件结构剖面示意图。

图4为本发明的套筒结构剖面示意图。

图5为本发明的连接件剖面示意图。

图6为本发明的第一调节件剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，包括套筒组件26、连接件14和俯仰倾斜二维调整架25，连接件14为中空圆柱体，两端内径相等，外径不同，在外径较小的一端通过螺纹固定在套筒组件26的侧壁上，另一端通过螺纹与俯仰倾斜二维调整架25连接。

套筒组件26包括套筒6、第一压圈7、分光镜8，套筒6两端外径均不同，外径小的一端带有外螺纹，通过外螺纹与显微镜物镜转换器连接，外径大的一端带有内螺纹，通过内螺纹与显微物镜连接，在外径小的一端设有第一深孔2，在第一深孔2下方设置横截面为正方形的正方形深孔3，在正方形深孔3下方设置第二深孔4，第二深孔4下方设置第三深孔5，第三深孔5带有内螺纹与显微物镜连接，套筒6侧壁设置第四深孔9，通过第四深孔9与连接件14连接，在第四深孔9另一端设置纵截面为正方形的第五深孔10，第五深孔10另一端与正方形深孔3连通，第一压圈7通过螺纹将分光镜8固定在套筒6的正方形深孔3中，第五深孔10的中心轴与第四深孔9的中心轴重合且经过分光镜8的几何中心。

分光镜8为边长为a₀的正方体，显微物镜的长度为l₀，工作距为l_d，通光孔径为D₀，套筒6外径小的一端外径的半径为r₀，高度为d₀，第一深孔2半径为r₁，深度为d₁，2 r₁> a₀，正方形深孔3横截面的边长为a₁，深度为d₂，d₂< a₁=a₀，第二深孔4半径为r₃，深度为d₃，D₀<2r₃=a₁，第三深孔5半径为r₄，深度为d₄，r₀= r₄，第一深孔2、正方形深孔3、第二深孔4和第三深孔5的几何中心同轴，第四深孔9半径为r₅，深度为d₅，第五深孔10的纵截面边长为a₂，深度为d₆，D₀< a₂<2r₅，第一压圈7的内圈半径为r₇，厚度为d₇, r₇> a₀，d₇< d₁。

连接件14的内径为r₁₁，2r₁₁> D₀。

俯仰倾斜二维调整架25，包括第一调节件24、第二调节件17、拉簧18、固定球1、微调螺纹副23、参考镜22和第二压圈21，第一调节件24沿光路方向设置通孔，通孔两端内径不同，内壁设有螺纹，第二压圈21通过螺纹将参考镜22固定在通孔的内径较小的一侧；在第一调节件24较大内径的面上沿对角线布置两个微调螺纹副23，两个微调螺纹副23穿过第一调节件24设置在第二调节件17的对角线上，第一调节件24和第二调节件17之间的另一条对角线上设置固定球1，通过固定球1固定，在固定球1和微调螺纹副23之间分别对称设置两个拉簧18。

第一调节件24内径较小一端的内径为r₁₂，，r₁₂≧r₁₁。

参考镜22上表面镀全反射膜，反射率大于99.9%，工作波长为380-780nm。

分光镜8反射率与透过率之比为50%：50%，工作波长为380-780nm。

俯仰倾斜二维调整架25与连接件14通过止螺加固。

结合图1、图2、图3、图4、图5和图6，安装时，先将分光镜8放入套筒6中，分光镜8使垂直入射的光线一部分反射到第五深孔10，另一部分透射到第二深孔4，第一压圈7通过螺纹旋入第一深孔2固定分光镜8，套筒6外径小的一端通过外螺纹与显微镜物镜转换器连接，外径大的一端通过内螺纹与显微物镜连接，连接件14外径较小的一端通过螺纹固定在套筒组件26的侧壁上，将参考镜22镀反射膜的一面固定在第一调节件24中通孔内径较小的一侧，并第二压圈固定，再将调节组件25旋到连接件14上，改变调节组件25在连接件14上的位置，并通过两个螺纹副23调节参考镜22的俯仰倾斜，使参考镜22反射回来的光束与被测件反射回来的光束等光程，最后用止螺固定第二调节件17的位置。

分光镜8边长a₀=12mm，显微物镜的长度为l₀=38mm，工作距为l_d=11.6mm，通光孔径为D₀=9.5mm，套筒6外径小的一端外径r₀=12mm，高度为d₀=5mm，第一深孔2半径r₁=8.6mm，深度d₁=13mm，正方形深孔3边长a₁=12mm，深度d₂=10mm，第二深孔4半径r₃=6mm，深度d₃=6mm，第三深孔5半径r₄=12mm，深度d₄=5mm，第四深孔[9]半径r₅=9mm，深度d₅=6mm，第五深孔[10]边长a₂=10mm，深度d₆=5mm，第一压圈[7]的内圈半径r₇=5.5mm，厚度d₇=3mm，连接件14外径较小一端的外径为9mm，长度为6mm, 连接件14外径较大一端的外径为11mm，长度为30mm，连接件的通孔半径r₁₁=6mm，第一调节件24和第二调节件17的纵截面都为边长为40mm的正方形，第一调节件24通孔内径小的一端的内径为r₁₂=7mm，厚度为d₁₂=2mm，第一调节件24通孔内径大的一端的内径为8mm，厚度为8mm，参考镜22的半径为8mm，厚度为2mm，第二压圈21内圈半径为5.5mm，厚度为6mm，第二调节件17的厚度d₁₈=25mm，第二调节件17的通孔半径为11mm。

显微镜出射的平行光经过第一深孔2入射到分光镜8中，一部分被反射，另一部分被透射，被反射的光束通过第五深孔10、第四深孔9以及连接件14入射到参考镜22，光束经过参考镜22镀高反射膜的一面反射回到分光镜8，被透射的光束通过第二深孔4、显微物镜到达被测件上，光束经过被测件的反射又可以回到分光镜8，由参考镜22反射回来的光束经过分光镜8一部分会发生反射，由被测件反射回来的光束经过分光镜8一部分会发生透射，这两束光束在等光程的条件会发生干涉形成干涉条纹，从而可以分析被测件的微观形貌。将调节组件25旋在连接件14上，使参考镜22到分光镜8的几何中心的距离大于分光镜8几何中心到待测件的距离，先用人眼粗调使参考镜22与入射到参考镜22上的光束垂直，将调解组件25缓慢地向分光镜8旋转，结合参考镜22俯仰倾斜的微调观察视场变化，出现清晰的干涉条纹时用止螺将调解组件25的位置固定。

Claims (7)

1.一种可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：包括套筒组件[26]、连接件[14]和俯仰倾斜二维调整架[25]，连接件[14]为中空圆柱体，两端内径相等，外径不同，在外径较小的一端通过螺纹固定在套筒组件[26]的侧壁上，另一端通过螺纹与俯仰倾斜二维调整架[25]连接；

套筒组件[26]包括套筒[6]、第一压圈[7]、分光镜[8]，套筒[6]两端外径均不同，外径小的一端带有外螺纹，通过外螺纹与显微镜物镜转换器连接，外径大的一端带有内螺纹，通过内螺纹与显微物镜连接，在外径小的一端设有第一深孔[2]，在第一深孔[2]下方设置横截面为正方形的正方形深孔[3]，在正方形深孔[3]下方设置第二深孔[4]，第二深孔[4]下方设置第三深孔[5]，第三深孔[5]带有内螺纹与显微物镜连接，套筒[6]侧壁设置第四深孔[9]，通过第四深孔[9]与连接件[14]连接，在第四深孔[9]另一端设置纵截面为正方形的第五深孔[10]，第五深孔[10]另一端与正方形深孔[3]连通，第一压圈[7]通过螺纹将分光镜[8]固定在套筒[6]的正方形深孔[3]中，第五深孔[10] 的中心轴与第四深孔[9]的中心轴重合且经过分光镜[8]的几何中心；

分光镜[8]为边长为a₀的正方体，显微物镜的长度为l₀，工作距为l_d，通光孔径为D₀，套筒[6]外径小的一端外径的半径为r₀，高度为d₀，第一深孔[2]半径为r₁，深度为d₁，2 r₁> a₀，正方形深孔[3]横截面的边长为a₁，深度为d₂，d₂< a₁=a₀，第二深孔[4]半径为r₃，深度为d₃，D₀<2r₃=a₁，第三深孔[5]半径为r₄，深度为d₄，r₀= r₄，第一深孔[2]、正方形深孔[3]、第二深孔[4]和第三深孔[5]的几何中心同轴，第四深孔[9]半径为r₅，深度为d₅，第五深孔[10]的纵截面边长为a₂，深度为d₆，D₀< a₂<2r₅，第一压圈[7]的内圈半径为r₇，厚度为d₇, r₇> a₀，d₇< d₁。

2.根据权利要求1所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：连接件[14]的内径为r₁₁，2r₁₁> D₀。

3.根据权利要求2所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：俯仰倾斜二维调整架[25]，包括第一调节件[24]、第二调节件[17]、拉簧[18]、固定球[1]、微调螺纹副[23]、参考镜[22]和第二压圈[21]，第一调节件[24]沿光路方向设置通孔，通孔两端内径不同，内壁设有螺纹，第二压圈[21] 通过螺纹将参考镜[22]固定在通孔内径较小的一侧；在第一调节件[24]较大内径的面上沿对角线布置两个微调螺纹副[23]，两个微调螺纹副[23]穿过第一调节件[24]设置在第二调节件[17]的对角线上，第一调节件[24]和第二调节件[17]之间的另一条对角线上设置固定球[1]，通过固定球[1]固定，在固定球[1]和微调螺纹副[23]之间分别对称设置两个拉簧[18]。

4.根据权利要求3所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：第一调节件[24]的通孔内径较小一端的内径为r₁₂，r₁₂≧r₁₁。

5.根据权利要求1所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：参考镜[22]上表面镀全反射膜，反射率大于99.9%，工作波长为380-780nm。

6.根据权利要求1所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：分光镜[8]反射率与透过率之比为50%：50%，工作波长为380-780nm。

7.根据权利要求3所述的可调节的迈克尔逊型的干涉显微套筒装置，其特征在于：俯仰倾斜二维调整架[25]与连接件[14]通过止螺加固。