CN213932397U - 一种双光源白光干涉仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双光源白光干涉仪，包括第一红光LED、第一透镜、第二透镜、第一分光棱镜、第三透镜、窄带滤光片、第四透镜、第二红光LED、第一LED光源座、第一压盖、第二压盖、第一棱镜座、透镜隔圈、窄带透镜座、透镜压圈以及干涉系统构件，所述第一分光棱镜位于第一棱镜座的顶部，所述第四透镜设置于第一分光棱镜的一侧处，且所述第四透镜的外部处设置有透镜压圈，所述第二透镜设置于第一分光棱镜靠近于第四透镜的一侧处，本实用新型通过在原有的红光LED光源的基础上，增加一个窄带光源，窄带光源光谱宽度很小，相干性好，相干长度长，可测量台阶高度差较大或者表面轮廓起伏较大的样品，增强了仪器的适用性。

Description

一种双光源白光干涉仪

技术领域

本实用新型涉及白光干涉仪设备技术领域，具体为一种双光源白光干涉仪。

背景技术

目前表面形貌测量的方法有很多，非接触式测量方法包括光学探针式测量法、扫描电子显微镜和白光干涉测试法等，其中白光干涉技术是一种对白光分解、传输和叠加后形成的干涉条纹进行分析处理的技术，其主要特点是中央零级条纹精确定位，因此可以检测及其微小的形变，对样品表面的高度信息有极高的敏感性，主要用于测量表面形貌和膜层，被广泛应用于机械、电子、光学、材料等领域，具有高测量精度和高灵敏度，且无损伤。

白光干涉仪利用了宽光谱光源具有较短的相干长度的特点，只有在零光程差位置处干涉条纹才会最清晰，因而通过垂直扫描而寻找条纹最清晰的位置就可确定被测样品的高度，白光干涉仪的光源光谱越宽，出现条纹的垂直范围越小，测量精度越高，因而宽谱光源对于测量表面台阶高度差极小或者表面轮廓起伏很小的样品具有高分辨，高精度的优势，由于其条纹垂直范围小，对焦难度大，且不适用于测量台阶高度差或者表面轮廓起伏较大的样品，针对需要快速测量，样品台阶高度差或者表面轮廓起伏较大的情况，本实用提出一种双光源结构，包括一个红光LED和一个窄带光源，红光LED用于测量台阶高度差微小，表面轮廓起伏很小的高精度样品，窄带光源用于测量台阶高度差大，表面轮廓起伏较大，需要快速对焦的样品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双光源白光干涉仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种双光源白光干涉仪，包括第一红光LED、第一透镜、第二透镜、第一分光棱镜、第三透镜、3nm的窄带滤光片、第四透镜、第二红光LED、第一LED光源座、第一压盖、第二压盖、第一棱镜座、透镜隔圈、窄带透镜座、透镜压圈以及干涉系统构件，所述第一分光棱镜位于第一棱镜座的顶部，所述第四透镜设置于第一分光棱镜的一侧处，且所述第四透镜的外部处设置有透镜压圈，所述第二透镜设置于第一分光棱镜靠近于第四透镜的一侧处，所述窄带滤光片通过窄带透镜座设置于第四透镜的一侧，所述第三透镜位于窄带滤光片远离于第四透镜的一侧，所述第三透镜远离于窄带滤光片的一侧设置有第二红光LED，所述第三透镜的外部设置有透镜隔圈，所述第一透镜设置于第二透镜远离于第一分光棱镜的一侧，所述第一透镜的外部设置有第一压盖，所述第二透镜的外部设置第二压盖，所述第一红光LED通过第一LED光源座安装于第一透镜远离于第二透镜的一侧。

进一步的，所述第一分光棱镜与第四透镜之间形成90°夹角。

进一步的，所述第一分光棱镜有45°分光角度。

进一步的，所述第一红光LED、第一透镜、第二透镜以及第一分光棱镜的中心轴线对齐。

进一步的，所述干涉系统构件包括复眼透镜、第五透镜、成像镜头、第二分光棱镜、显微物镜、参考反射镜以及第三分光棱镜，所述复眼透镜安装于第一分光棱镜远离于第二透镜的一侧，所述第五透镜设置于复眼透镜远离于第一分光棱镜的一侧，所述第一透镜、第二透镜、第一分光棱镜、复眼透镜、第五透镜、第三透镜、窄带滤光片以及第四透镜组成照明模块，所述成像镜头和第二分光棱镜组成成像模块，且所述第二分光棱镜的位置与复眼透镜和第五透镜的位置相匹配，所述显微物镜、参考反射镜以及第三分光棱镜组成干涉显微模块，且所述显微物镜的位置与第二分光棱镜相匹配，所述第三分光棱镜设置于显微物镜的下方处，所述参考反射镜设置于第三分光棱镜的一侧处。

本实用新型通过在原有的红光LED光源的基础上，增加一个窄带光源，窄带光源光谱宽度很小，相干性好，相干长度长，可测量台阶高度差较大或者表面轮廓起伏较大的样品，并且可以实现快速对焦，提高测量效率，增强仪器适用性，本实用新型采用柯勒照明方式，可以获得均匀而明亮的照明光，同时两个光源分别独立工作，互不影响；两光源分别有独立的平行准直光路；两光源光路分别位于同一个分光棱镜90°相邻面的两侧，通过分光棱镜进入同一光学系统；窄带光路部分可以作为一个独立光路结构使用，安装方便，灵活性好，结构紧凑；红光LED光路每个透镜的安装相对独立，维护方便，结构紧凑；窄带光源使用红光LED加窄带滤光片获得；也可以直接使用一个带宽很窄的光源实现；复眼透镜配合柯勒照明系统，能使得系统光照的均匀性更高；两种不同带宽的照明光源，即可以解决高精度测量的需求，又能解决快速在线式的测量需求；窄带的光源配合大步距的移动，利用合适的算法，如中心法和二阶高斯拟合法来提高测量的速度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的双光源结构剖面图；

图2是本实用新型的双光源白光干涉仪原理图；

图中：1、第一红光LED；2、第一透镜；3、第二透镜；4、第一分光棱镜；5、第三透镜；6、窄带滤光片；7、第四透镜；8、第二红光LED；9、第一LED光源座；10、第一压盖；11、第二压盖；12、第一棱镜座；13、透镜隔圈；14、窄带透镜座；15、透镜压圈； 16、成像镜头；17、第二分光棱镜；18、显微物镜；19、参考反射镜；20、第三分光棱镜； 21、照明模块；22、成像模块；23、干涉显微模块；24、复眼透镜；25、第五透镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实用新型提供技术方案：一种双光源白光干涉仪，包括第一红光LED1、第一透镜2、第二透镜3、第一分光棱镜4、第三透镜5、3nm的窄带滤光片6、第四透镜7、第二红光LED8、第一LED光源座9、第一压盖10、第二压盖11、第一棱镜座 12、透镜隔圈13、窄带透镜座14、透镜压圈15以及干涉系统构件，所述第一分光棱镜4 位于第一棱镜座12的顶部，所述第四透镜7设置于第一分光棱镜4的一侧处，且所述第四透镜7的外部处设置有透镜压圈15，所述第二透镜3设置于第一分光棱镜4靠近于第四透镜7的一侧处，所述窄带滤光片6通过窄带透镜座14设置于第四透镜7的一侧，所述第三透镜5位于窄带滤光片6远离于第四透镜7的一侧，所述第三透镜5远离于窄带滤光片6的一侧设置有第二红光LED8，所述第三透镜5的外部设置有透镜隔圈13，所述第一透镜2设置于第二透镜3远离于第一分光棱镜4的一侧，所述第一透镜2的外部设置有第一压盖10，所述第二透镜3的外部设置第二压盖11，所述第一红光LED1通过第一LED 光源座9安装于第一透镜2远离于第二透镜3的一侧。

所述第一分光棱镜4与第四透镜7之间形成90°夹角；

所述第一分光棱镜4有45°分光角度；

所述第一红光LED1、第一透镜2、第二透镜3以及第一分光棱镜4的中心轴线对齐；

所述干涉系统构件包括复眼透镜24、第五透镜25、成像镜头16、第二分光棱镜17、显微物镜18、参考反射镜19以及第三分光棱镜20，所述复眼透镜24安装于第一分光棱镜4远离于第二透镜3的一侧，所述第五透镜25设置于复眼透镜24远离于第一分光棱镜 4的一侧，所述第一透镜2、第二透镜3、第一分光棱镜4、复眼透镜24、第五透镜25、第三透镜5、窄带滤光片6以及第四透镜7组成照明模块21，所述成像镜头16和第二分光棱镜17组成成像模块22，且所述第二分光棱镜17的位置与复眼透镜24和第五透镜25 的位置相匹配，所述显微物镜18、参考反射镜19以及第三分光棱镜20组成干涉显微模块23，且所述显微物镜18的位置与第二分光棱镜17相匹配，所述第三分光棱镜20设置于显微物镜18的下方处，所述参考反射镜19设置于第三分光棱镜20的一侧处。

本实用新型的工作原理：红光LED和窄带光源分别独立工作，一般需要测量台阶高度差极小或者表面轮廓起伏很小的样品时，使用第一红光LED1进行照明，配合小步距移动，运用垂直扫描法，进行高精度测量，而第一红光LED1发出的光经过第一透镜2以及第二透镜3，初步准直后透过第一分光棱镜4，经过复眼透镜24和第五透镜25匀光和后再次准直到达第二分光棱镜17，在第二分光棱镜17处改变90°传播方向经过显微物镜18到达第三分光棱镜20处分为两束光，一束透过第三分光棱镜20投射到被测样品表面，另一束改变90方向投射到参考反射镜19表面，两束光反射后再次在第三分光棱镜20处相遇，当两束光光程差接近于零或者等于零时，在CCD感光面上产生干涉条纹，由干涉条纹的对比度和产生的位置可以计算得到样品的轮廓表面高度信息，当需要测量台阶高度差较大或者表面轮廓起伏较大的样品或者需要快速对焦测量时，采用第二红光LED8配合窄带滤光片6，获得窄带光源照明，配合大步距的移动，快速对焦，利用合适的算法，如中心法和二阶高斯拟合法等，来提高测量速度，窄带光源的光经过透镜组的滤光和准直后，被分光棱镜改变90°传播方向，进入后续的光学系统中，测量原理和红光LED相同。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双光源白光干涉仪，包括第一红光LED(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)、第一分光棱镜(4)、第三透镜(5)、窄带滤光片(6)、第四透镜(7)、第二红光LED(8)、第一LED光源座(9)、第一压盖(10)、第二压盖(11)、第一棱镜座(12)、透镜隔圈(13)、窄带透镜座(14)、透镜压圈(15)以及干涉系统构件，其特征在于：所述第一分光棱镜(4)位于第一棱镜座(12)的顶部，所述第四透镜(7)设置于第一分光棱镜(4)的一侧处，且所述第四透镜(7)的外部处设置有透镜压圈(15)，所述第二透镜(3)设置于第一分光棱镜(4)靠近于第四透镜(7)的一侧处，所述窄带滤光片(6)通过窄带透镜座(14)设置于第四透镜(7)的一侧，所述第三透镜(5)位于窄带滤光片(6)远离于第四透镜(7)的一侧，所述第三透镜(5)远离于窄带滤光片(6)的一侧设置有第二红光LED(8)，所述第三透镜(5)的外部设置有透镜隔圈(13)，所述第一透镜(2)设置于第二透镜(3)远离于第一分光棱镜(4)的一侧，所述第一透镜(2)的外部设置有第一压盖(10)，所述第二透镜(3)的外部设置第二压盖(11)，所述第一红光LED(1)通过第一LED光源座(9)安装于第一透镜(2)远离于第二透镜(3)的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种双光源白光干涉仪，其特征在于：所述第一分光棱镜(4)与第四透镜(7)之间形成90°夹角。

3.根据权利要求1所述的一种双光源白光干涉仪，其特征在于：所述第一分光棱镜(4)有45°分光角度。

4.根据权利要求1所述的一种双光源白光干涉仪，其特征在于：所述第一红光LED(1)、第一透镜(2)、第二透镜(3)以及第一分光棱镜(4)的中心轴线对齐。

5.根据权利要求1所述的一种双光源白光干涉仪，其特征在于：所述干涉系统构件包括复眼透镜(24)、第五透镜(25)、成像镜头(16)、第二分光棱镜(17)、显微物镜(18)、参考反射镜(19)以及第三分光棱镜(20)，所述复眼透镜(24)安装于第一分光棱镜(4)远离于第二透镜(3)的一侧，所述第五透镜(25)设置于复眼透镜(24)远离于第一分光棱镜(4)的一侧，所述第一透镜(2)、第二透镜(3)、第一分光棱镜(4)、复眼透镜(24)、第五透镜(25)、第三透镜(5)、窄带滤光片(6)以及第四透镜(7)组成照明模块(21)，所述成像镜头(16)和第二分光棱镜(17)组成成像模块(22)，且所述第二分光棱镜(17)的位置与复眼透镜(24)和第五透镜(25)的位置相匹配，所述显微物镜(18)、参考反射镜(19)以及第三分光棱镜(20)组成干涉显微模块(23)，且所述显微物镜(18)的位置与第二分光棱镜(17)相匹配，所述第三分光棱镜(20)设置于显微物镜(18)的下方处，所述参考反射镜(19)设置于第三分光棱镜(20)的一侧处。

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