CN115962848A - 一种双角度并联干涉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干涉光谱成像技术领域，公开了一种双角度并联干涉系统，包括光源单元、第一干涉单元、分光单元、第二干涉单元以及图像获取单元，第一干涉单元以及第二干涉单元分别位于待测样品的两个不同方位，光源单元向分光单元投射光束，光束经分光单元反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束，第一光束在第一干涉单元中干涉，并向图像获取单元投射关于待测样品的第一视角的干涉成像；第二光束在第二干涉单元中干涉，并向图像获取单元投射关于待测样品的第二视角的干涉成像；实现了在不改变物体位置的情况下对样品的两个角度同时进行干涉成像，覆盖了样品两倍的角度范围，拓展了干涉仪的应用范围。

Description

一种双角度并联干涉系统

技术领域

本发明涉及干涉光谱成像技术领域，尤其涉及一种双角度并联干涉系统。

背景技术

干涉仪在分辨微观特征方面具有得天独厚的优势，依据光的干涉原理会产生干涉条纹，分布于整个画面的干涉条纹即包含表面形貌的高度信息，由待测表面反射的光与参考平面反射的光会形成光程差(Optical Path)，由于光的波长尺度是纳米级的，亚纳米级的光程差都会被干涉条纹分辨出来，从而获得0.1纳米的高度分辨能力。

然而干涉仪在对光滑表面进行成像时，受限于物镜的数值孔径，能够接收的光的反射角度较小，放大倍率50倍、数值孔径0.55的干涉物镜，接收角为33.4°，使用大视场范围小数值孔径镜头观测时，光线反射角度甚至会小至1°以内，这一缺陷大大限制了干涉仪的应用场景，为了解决此困境，现有的技术手段是通过转动干涉仪或样品的方式测量多个角度，但此种方法引入了微米级的运动误差，使得测量精度严重下降，且大幅延长了测量的时间。

发明内容

本发明意在提供一种双角度并联干涉系统，其可以在不改变物体位置的情况下对样品的两个角度同时进行干涉成像，且在不影响测量效率的前提下，覆盖了样品两倍的角度范围，能够拓展干涉仪的应用范围。

为达到上述目的，本发明的基本方案如下：

一种双角度并联干涉系统，包括光源单元、第一干涉单元、分光单元、第二干涉单元以及图像获取单元，所述光源单元用于向分光单元发射光束，所述分光单元用于分射光束，所述第一干涉单元包括第一样品臂以及第一参考臂，所述第二干涉单元包括第二样品臂以及第二参考臂；

所述第一样品臂与第二样品臂分别位于待测样品的两个不同方位，并用于分别获取待测样品的两个视角的物光；

所述光源单元向分光单元投射光束，光束经分光单元反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束，在第一干涉单元中，第一光束经第一样品臂投射至待测样品，经待测样品反射的第一光束经分光单元投射至图像获取单元，所述图像获取单元获取关于待测样品的第一物光；第二光束经第一参考臂内部反射后经分光单元投射至图像获取单元，图像获取单元获取第一参考光，并根据第一参考光以及第一物光获取待测样品的第一视角的干涉成像；

在第二干涉单元中，第二光束经第二样品臂投射至待测样品，经待测样品反射的第二光束经分光单元投射至图像获取单元，所述图像获取单元获取关于待测样品的第二物光；第二光束经第二参考臂内部反射后经分光单元投射至图像获取单元，图像获取单元获取第二参考光，并根据第二参考光以及第二物光获取待测样品的第二视角的干涉成像。

进一步地，所述光源单元包括白光光源以及准直镜组，所述白光光源为点光源，所述白光光源向准直镜组投射光束，该光束经准直镜组向分光单元投射平行光束。

进一步地，所述图像获取单元包括相机以及目镜，所述第一参考光与第一物光在目镜的视场中发生干涉，相机获取干涉后的待测样品的第一视角的干涉成像；

所述第二参考光与第二物光在目镜的视场中发生干涉，相机获取干涉后的待测样品的第二视角的干涉成像。

进一步地，所述第一样品臂包括第一物镜，所述第一物镜用于将第一光束投向待测样品，并将经待测样品反射的第一光束引向图像获取单元。

进一步地，所述第二样品臂包括第二物镜以及第三反射镜，在第二干涉单元中，所述第二光束依次经第三反射镜以及第二物镜投向待测样品，经待测样品反射后依次经第二物镜、第三反射镜以及分光单元引向图像获取单元。

进一步地，所述第一参考臂包括依次设置的第二物镜、第一反射镜以及第一压电驱动器，所述第一压电驱动器用于带动第一反射镜发生形变，所述第一反射镜发生形变能够改变反射至第一反射镜的光束的相位；

所述第二光束穿过第二物镜，经第一反射镜反射后穿过第二物镜经分光单元投射至图像获取单元。

进一步地，所述第二参考臂包括依次设置的第四物镜、第二反射镜以及第二压电驱动器，所述第二压电驱动器用于带动第二反射镜发生形变，所述第二反射镜发生形变能够改变反射至第二反射镜的光束的相位；

所述第二光束穿过第四物镜，经第二反射镜反射后穿过第四物镜经分光单元投射至图像获取单元。

进一步地，所述分光单元包括依次设置的第一分光镜、第二分光镜以及第三分光镜，所述第一分光镜以及第二分光镜参与第一干涉单元的干涉成像，所述第一分光镜、第二分光镜以及第三分光镜参与第二干涉单元的干涉成像。

进一步地，所述第二分光镜与第一分光镜相互垂直设置，第三分光镜与第一分光镜相互平行设置。

与现有技术相比本方案的有益效果是：

本系统配置两个干涉单元，两个干涉单元通过分光单元并联在一起，光源单元发射的光束经分光单元反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束，第一光束和第二光束在第一干涉单元中干涉，并向图像获取单元投射关于待测样品的第一视角的干涉成像，第二光束在第二干涉单元中干涉，并向图像获取单元投射关于待测样品的第二视角的干涉成像；实现了在不改变物体位置的情况下对样品的两个角度同时进行干涉成像，且在不影响测量效率的前提下，覆盖了样品两倍的角度范围，能够拓展了干涉仪的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：白光光源1、准直镜组2、第一分光镜3、相机4、目镜5、第一压电驱动器6、第一反射镜7、第二物镜8、第二分光镜9、第三分光镜10、第四物镜11、第二反射镜12、第二压电驱动器13、第一物镜14、待测样品15、第三物镜16、第三反光镜17。

具体实施方式

下面结合说明书附图，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

实施例：

一种双角度并联干涉系统，如图1所示，包括光源单元、第一干涉单元、分光单元、第二干涉单元以及图像获取单元，

光源单元包括白光光源1以及准直镜组2，白光光源1为点光源，白光光源1用于向准直镜组2投射光束，该光束经准直镜组2向分光单元投射平行光束；光源单元向分光单元投射光束，光束经分光单元反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束；

分光单元包括依次设置的第一分光镜3、第二分光镜9以及第三分光镜10，第一分光镜3的镜面与来自准直镜组2的平行光束呈45°角，第二分光镜9与第一分光镜3相互垂直设置，第三分光镜10与第一分光镜3相互平行设置；第一分光镜3以及第二分光镜9参与第一干涉单元的干涉成像，第一分光镜3、第二分光镜9以及第三分光镜10参与第二干涉单元的干涉成像；

第一干涉单元包括第一样品臂以及第一参考臂，第二干涉单元包括第二样品臂以及第二参考臂；第一样品臂与第二样品臂分别位于待测样品15的两个不同方位，并用于分别获取待测样品15的两个视角的物光；

第一样品臂包括第一物镜14，第一物镜14用于将第一光束投向待测样品15，并将经待测样品15反射的第一光束引向图像获取单元；第一参考臂包括依次设置的第二物镜8、第一反射镜7以及第一压电驱动器6，第一压电驱动器6用于带动第一反射镜7发生形变，第一反射镜7发生形变能够改变反射至第一反射镜7的光束的相位；

第二光束穿过第二物镜8，经第一反射镜7反射后穿过第二物镜8经分光单元投射至图像获取单元。

第二样品臂包括第二物镜8以及第三反射镜，在第二干涉单元中，第二光束依次经第三反射镜以及第二物镜8投向待测样品15，经待测样品15反射后依次经第二物镜8、第三反射镜以及分光单元引向图像获取单元。

第二参考臂包括依次设置的第四物镜11、第二反射镜12以及第二压电驱动器13，第二压电驱动器13用于带动第二反射镜12发生形变，第二反射镜12发生形变能够改变反射至第二反射镜12的光束的相位；

第二光束穿过第四物镜11，经第二反射镜12反射后穿过第四物镜11经分光单元投射至图像获取单元。

图像获取单元包括相机4以及目镜5，第一参考光与第一物光在目镜5的视场中发生干涉，相机4获取干涉后的待测样品15的第一视角的干涉成像；

第二参考光与第二物光在目镜5的视场中发生干涉，相机4获取干涉后的待测样品15的第二视角的干涉成像。

本方案具体实施方式如下：

白光光源1用于向准直镜组2投射光束，该光束经准直镜组2向第一分光镜3投射平行光束，该平行光束经第一分光镜3反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束；

在第一干涉单元中，第一光束经第一物镜14投射至待测样品15，经待测样品15反射的第一光束经第一分光镜3透射至目镜5，目镜5获取到关于待测样品15的第一物光；

第二光束投射至第一参考臂内部，在第一参考臂内部，第二光束经第二分光镜9、第二物镜8投射至第一反光镜，经第一反光镜反射后又依次经第二物镜8、第二分光镜9以及第一分光镜3反射至目镜5，目镜5获取第一参考光，第一参考光与第一物光在目镜5的视场中发生干涉，相机4获取干涉后的待测样品15的第一视角的干涉成像。

在第二干涉单元中，第二光束依次经第二分光镜9、第三分光镜10、第三反射镜以及第三物镜16投射至待测样品15，经待测样品15反射的第二光束依次经第三物镜16、第三反射镜、第三分光镜10、第二分光镜9以及第一分光镜3反射至目镜5，目镜5获取到关于待测样品15的第二物光；

同时，第二光束依次经第二分光镜9、第三分光镜10、第四物镜11投射至第二反射镜12，经第二反射镜12反射后又经第四物镜11、第三分光镜10、第二分光镜9以及第一分光镜3反射至目镜5，目镜5获取第二参考光，第二参考光与第二物光在目镜5的视场中发生干涉，相机4获取干涉后的待测样品15的第二视角的干涉成像。

本方案的干涉系统实现了在不改变物体位置的情况下对样品的两个角度同时进行干涉成像，且在不影响测量效率的前提下，覆盖了样品两倍的角度范围，能够拓展了干涉仪的应用范围。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种双角度并联干涉系统，其特征在于：包括光源单元、第一干涉单元、分光单元、第二干涉单元以及图像获取单元，所述光源单元用于向分光单元发射光束，所述分光单元用于分射光束，所述第一干涉单元包括第一样品臂以及第一参考臂，所述第二干涉单元包括第二样品臂以及第二参考臂；

所述第一样品臂与第二样品臂分别位于待测样品的两个不同方位，并用于分别获取待测样品的两个视角的物光；

所述光源单元向分光单元投射光束，光束经分光单元反射及透射后分别形成第一光束以及第二光束，在第一干涉单元中，第一光束经第一样品臂投射至待测样品，经待测样品反射的第一光束经分光单元投射至图像获取单元，所述图像获取单元获取关于待测样品的第一物光；第二光束经第一参考臂内部反射后经分光单元投射至图像获取单元，图像获取单元获取第一参考光，并根据第一参考光以及第一物光获取待测样品的第一视角的干涉成像；

在第二干涉单元中，第二光束经第二样品臂投射至待测样品，经待测样品反射的第二光束经分光单元投射至图像获取单元，所述图像获取单元获取关于待测样品的第二物光；第二光束经第二参考臂内部反射后经分光单元投射至图像获取单元，图像获取单元获取第二参考光，并根据第二参考光以及第二物光获取待测样品的第二视角的干涉成像。

2.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述光源单元包括白光光源以及准直镜组，所述白光光源为点光源，所述白光光源向准直镜组投射光束，该光束经准直镜组向分光单元投射平行光束。

3.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述图像获取单元包括相机以及目镜，所述第一参考光与第一物光在目镜的视场中发生干涉，相机获取干涉后的待测样品的第一视角的干涉成像；

所述第二参考光与第二物光在目镜的视场中发生干涉，相机获取干涉后的待测样品的第二视角的干涉成像。

4.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述第一样品臂包括第一物镜，所述第一物镜用于将第一光束投向待测样品，并将经待测样品反射的第一光束引向图像获取单元。

5.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述第二样品臂包括第二物镜以及第三反射镜，在第二干涉单元中，所述第二光束依次经第三反射镜以及第二物镜投向待测样品，经待测样品反射后依次经第二物镜、第三反射镜以及分光单元引向图像获取单元。

6.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述第一参考臂包括依次设置的第二物镜、第一反射镜以及第一压电驱动器，所述第一压电驱动器用于带动第一反射镜发生形变，所述第一反射镜发生形变能够改变反射至第一反射镜的光束的相位；

所述第二光束穿过第二物镜，经第一反射镜反射后穿过第二物镜经分光单元投射至图像获取单元。

7.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述第二参考臂包括依次设置的第四物镜、第二反射镜以及第二压电驱动器，所述第二压电驱动器用于带动第二反射镜发生形变，所述第二反射镜发生形变能够改变反射至第二反射镜的光束的相位；

所述第二光束穿过第四物镜，经第二反射镜反射后穿过第四物镜经分光单元投射至图像获取单元。

8.根据权利要求1所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述分光单元包括依次设置的第一分光镜、第二分光镜以及第三分光镜，所述第一分光镜以及第二分光镜参与第一干涉单元的干涉成像，所述第一分光镜、第二分光镜以及第三分光镜参与第二干涉单元的干涉成像。

9.根据权利要求8所述的一种双角度并联干涉系统，其特征在于：所述第二分光镜与第一分光镜相互垂直设置，第三分光镜与第一分光镜相互平行设置。

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