[实用新型]基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置。

背景技术

对于样品厚度的测量，可以采用接触式测量(例如采用游标卡尺、螺旋测微器等仪器进行测量)、也可以采用非接触式测量(例如基于迈克尔逊干涉原理的测量方法)；然而在某些特殊情况下，高精度的非接触式测量装置具有不可替代性，例如，在玻璃仪器的制造过程中，往往需要对处于熔融状态的玻璃进行厚度、折射率等属性的测量；此时，接触式测量方法不仅可能会影响材料的形状与结构，而且精度十分有限。

因此，不少工业生产需要提供高精度非接触式测量方法和仪器。传统的迈克尔逊干涉测量方法，仅能测量厚度为几百微米的薄膜类样品，难以应用于工业化生产。目前，工业上已有利用二维激光扫描非接触式测量物件尺寸的技术来实现对较厚样品厚度的测量(参见尚妍，徐春广光学非接触廓形测量技术研究进展光学技术2008.12第34卷增刊216-217)，该方法是利用样品对激光的遮挡，在接收屏上产生并记录光强差，从而确定待测物件的轮廓，从而获得样品的厚度。该方法影响测量精度的关键在于激光成像的稳定性与准确性；为此，光学系统设计时必须做到像面照度分布均匀、杂散光少、成像几何畸变小等，不仅设计复杂繁琐，其仪器制造成本也非常高。

实用新型内容

针对上述现有技术中的不足，本实用新型目的旨在提供一种测量方便、误差小的基于迈克尔逊干涉原理的非接触式测量装置，可以实现对样品厚度的非接触测量。

针对上述目的，本实用新型所提供的基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置，其构成包括可旋转载物台以及主要由M1反射镜、M2反射镜、激光源、接收器件、分光板和补偿板构成的光路组件，所述激光源、分光板、补偿板和M2反光镜沿同一方向依次排列，所述分光板与补偿板相互平行且均与M1反射镜镜面成45°夹角；所述可旋转载物台位于M1反射镜和分光板之间；分光板将激光源发射的激光分为两束，其中一束激光经位于可旋转载物台上的样品入射到M1反射镜，另一束激光经补偿板入射到M2反光镜；由M1反光镜反射回的反射光经可旋转载物台上的样品、分光板由接收器件接收，由M2反光镜反射回的反射光经补偿板再由分光板反射至接收器件；调整可旋转载物台的旋转角度，使两束反射光在接收器件上形成干涉条纹。该装置是通过调整载物台来实现样品平面与M1反光镜镜面的相对旋转，进而实现对样品厚度的测量。

上述基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置，所述接收器件为接收屏或者CCD(Charge-coupled Device)元件；所述CCD元件为平面点阵电荷耦合元件或者线性电荷耦合元件；所述平面点阵电荷耦合元件如CCD摄像机、数码相机、手机摄像头等等；所述线性电荷耦合元件如扫描仪中的CCD元件等等。

针对上述目的，基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置也可设计成通过调整光路组件来实现样品平面与M1反光镜镜面的相对旋转，即装置的构成包括放置待测样品的固定载物台以及封装在一壳体内的光路组件；所述光路组件主要由安装在壳体内基座上的M1反射镜、M2反射镜、激光源、接收器件、分光板、补偿板和微机电陀螺仪构成；所述激光源、分光板、补偿板和M2反光镜沿同一方向依次排列，所述分光板与补偿板相互平行且均与M1反射镜镜面成45°夹角；所述基座与微机电陀螺仪安装在中心轴上，实现基座旋转与角度测量联动；分光板将激光源发射的激光分为两束，其中一束激光经样品入射到M1反射镜，另一束激光经补偿板入射到M2反光镜；由M1反光镜反射回的反射光经样品、分光板由接收器件接收，由M2反光镜反射回的反射光经补偿板再由分光板反射至接收器件；调整壳体内的基座的旋转角度，使接收器件接收到干涉条纹；所述壳体上设计有大于样品厚度的开口，固定载物台能使放置在其上的样品沿开口进入壳体内位于M1反射镜和分光板之间。

上述基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置，所述接收器件为CCD元件；所述CCD元件与前述相同，其为平面点阵电荷耦合元件或者线性电荷耦合元件；所述平面点阵电荷耦合元件如CCD摄像机、数码相机、手机摄像头等等；所述线性电荷耦合元件如扫描仪中的CCD元件等等。

上述基于迈克尔逊干涉原理的非接触式样品厚度测量装置，所述基座通过中心轴安装在壳体内，为了便于操作，可以将壳体、基座、中心轴固连，通过旋转壳体实现对基座和中心轴的旋转；当然壳体与基座、中心轴也可以不固连，而是在中心轴位于壳体外的一端安装旋转手柄，通过旋转手柄实现对基座的旋转；此外，中心轴的转动也可以通过步进电机来实现。