[发明专利]微镜镜面翘曲程度检测装置以及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学微机电系统领域，尤其涉及一种微镜镜面翘曲程度检测装置以及检测方法。

背景技术

微镜是基于MEMS工艺技术制造的集成了光学微反射镜和微驱动器的MEMS芯片，是光学MEMS器件中的核心元件，其镜面尺寸通常为数百微米至数千微米。曲率半径是表征微镜表面变形、翘曲的主要技术参数。微镜通常采用表面镀有金或铝等金属材料、光学介质反射膜的硅薄膜，硅薄膜的厚度一般为数微米至数十微米厚，而金属薄膜的厚度通常仅为数百纳米。由于硅、金属两种薄膜材料的热膨胀系数、杨氏模量的不同，以及薄膜内部存在应力，导致微镜偏离标准平面而出现变形、翘曲。微镜的形状通常为圆形，其变形亦近似为球面。球面的曲率半径是衡量变形大小的一个重要参数。微镜镜面较大的形变会使芯片封装后的光器件光学插入损耗增大，降低了MEMS光学器件的光学性能指标，同时镜面较大的形变也意味着微镜受温度影响比较大，器件的热可靠性不太高。因此，在MEMS光学元件中，对微镜的形变及翘曲评价是非常重要的。

但是，MEMS器件中采用的微镜的变形量实际上是很小的，直径1mm左右微镜面的最大变形高度仅在微米量级，无法用眼睛或常用的光学仪器(如显微镜)直接感知出来，给微镜面形变检测评估带来了很大的技术困难。现有技术中对于MEMS微镜面形变的分析手段主要采用光学形貌仪。但光学形貌仪设备昂贵，并且每次测试都需要严格校准光路，使用成本高，翘曲程度测量的精度也不高，因此仅能少量使用，仅限于镜面翘曲程度的定性测量，根本无法满足对微镜进行批量化、定量测试的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够满足批量化、定量测试要求的微镜镜面翘曲程度检测装置以及检测方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微镜镜面翘曲程度检测装置，包括： 样品台，用于放置一待测微镜；入射光模块，用于产生一束照射至待测微镜表面的入射光，入射光照射在所述待测微镜表面形成入射光斑，光斑尺寸小于微镜镜面；驱动模块，机械连接至样品台和/或入射光模块，驱动两者发生相对位移，以使入射光斑在所述待测微镜镜面发生直线移动；反射光模块，用于将待测微镜表面的反射光汇聚形成一反射光斑，并测量驱动模块驱动样品台和反射光模块相对移动的过程中反射光斑的位移量。

可选的，所述检测装置还包括一分光镜，所述分光镜设置在反射射光的光路上，用以改变自于待测微镜的反射光的方向，使所述反射光入射至反射光模块。

可选的，所述入射光模块产生的入射光以一夹角入射待测微镜的镜面，入射光在待测微镜上反射后直接入射至反射光模块。

可选的，所述入射光模块包括一光源，以及一第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜用于将光源发出的光汇聚至待测微镜镜面形成入射光斑，光斑尺寸小于微镜镜面尺寸。

可选的，所述入射光斑的形状选自于圆形光斑、椭圆光斑和十字叉丝型光斑中的一种。

可选的，所述反射光模块包括一第二聚焦透镜以及一摄像头，所述第二聚焦透镜用于将待测微镜镜面的反射光汇聚并聚焦形成反射光斑，所述摄像头摄取所述第二聚焦透镜焦点处的反射光斑。所述摄像头的成像镜头位置，使反射光斑在摄像头成像面上形成为一个多像素的反射光斑。反射光斑在摄像头中所呈的像的尺寸不小于3×3像素。

可选的，所述驱动模块驱动样品台和入射光模块发生相对位移，导致入射光斑在所述待测微镜镜面发生移动而形成经过所述待测微镜镜面的中心点的一运动轨迹。上述运动优选为直线运动，且入射光斑的移动轨迹在待测微镜的镜面内部。

一种微镜翘曲程度检测方法，包括如下步骤：提供一待测微镜；将一束入射光照射至待测微镜镜面，在所述待测微镜镜面形成入射光斑，并将反射光汇聚形成一反射光斑；使待测微镜和入射光发生相对位移，以使入射光斑在所述 待测微镜镜面发生直线移动；测量入射光斑在所述待测微镜镜面发生移动的过程中反射光斑的位移量；经过计算可以获得微镜镜面的翘曲程度。

可选的，所述入射光与待测微镜的镜面垂直或接近垂直，所述将反射光汇聚形成一反射光斑的步骤具体是将一分光镜设置在反射光的光路上，用以改变自于待测微镜的反射光的传播方向。

可选的，所述入射光斑的形状选自于圆形光斑、椭圆光斑和十字叉丝型光斑中的一种。

可选的，使待测微镜与入射光发生相对位移，以使入射光斑在所述待测微镜镜面发生移动的步骤中，还包括调整待测微镜和入射光的相对位置，以形成经过所述待测微镜镜面中心点的一直线运动轨迹。