[实用新型]一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置

说明书

本实用新型提出了一种一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置包括：准直滤波单元、共光路微分干涉单元、自动移相单元、全自动控制单元、图像采集单元。采用LED低相干光源、抑制了相干噪声带来的影响，提高测量精度；将垂直滤波单元封装，减小了外界环境带来的干扰；通过电控旋转台和二维平移台实现装置的全自动控制，不仅可以减小手动移相带来的误差，而且可以快速测量大范围表面形貌；采用共光路结构设计、抗外界机械干扰能力强，使用LED光源等器件价格低廉，易于推广。

技术领域

本实用新型属于微观测量技术领域，具体涉及一种一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置。

背景技术

在光学测量法中，显微干涉法测量具有很大优势。显微干涉测量法从结构上可以分为分光路移相干涉和共光路干涉。

现有的光学测量法中较为成熟的是白光干涉测量法，属于分光路干涉测量。白光干涉测量法虽然有着较高的测量精度，但是其造价较为昂贵，分光路干涉抗机械干扰能力较差。有学者提出了剪切移相干涉测量法，将激光光源通过双折射晶体分束产生两束有一定剪切量的线偏振光，这两束光在同一方向，并且有一定剪切量，经过物体表面反射后产生剪切干涉。剪切移相干涉测量法中使用激光光源在测量较为光滑的三维表面形貌时，其相干噪声对测量精度有很大影响。如专利文献1（中国专利公开号CN120679907A）公开了一种基于弱相干光源LED纳米级精度的微分干涉测量装置，通过积分相位提取算法，通过五步移相算法实现了三维定量测量。

但是，在剪切移相干涉测量法中，激光光源在测量光滑表面形貌时，由于其具有很好的相干性，光束在光学元件中的杂质、缺陷、甚至空气中的尘埃散射的杂散光在接收屏上也会发生干涉，形成相干噪声，并且通过算法处理很难消除，严重影响了测量精度。而且，已有三维形貌测量装置中，大多数采用分光路设计，其对外界环境要求严格。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置，具有高精度、不受相干噪声影响、稳定性和重复性好的优点。

本实用新型具体通过如下技术方案实现：

一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置，包括：准直滤波单元、共光路微分干涉单元、自动移相单元、全自动控制单元、图像采集单元；其中，准直滤波单元包括：依次设置于第一光轴上的LED光源、聚焦透镜、针孔滤波器、准直透镜、硬膜干涉滤光片、起偏器以及可调光阑，将所述准直滤波单元封装为一个模块，在装置中不需要后续的光路调节，封装后光路不会受到外界环境的干扰；所述共光路微分干涉单元包括：依次设置于第二光轴上的消偏振分光棱镜、双折射单轴石英晶体、显微物镜和被测样品；自动移相单元包括：依次设置于第二光轴上的1/4波片、检偏器，所述检偏器安装在电控旋转台上，所述1/4波片靠近所述消偏振分光棱；所述第一光轴与第二光轴通过所述消偏振分光棱镜垂直连接；所述图像采集单元包括：成像镜头、工业相机；全自动控制单元主要由三轴控制器，精密电控二维平移台，电控旋转台、三维形貌重构软件构成；计算机与工业相机和三轴控制器相连，所述三轴控制器与精密电控二维平移台以及电控旋转台相连，通过计算机控制，实现被测样品的二维移动、干涉图采集、样品形貌恢复。

进一步地，精密升降台固定在精密电控二维平移台上，被测样品置于所述精密升降台上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置采用LED低相干光源、抑制了相干噪声带来的影响，提高测量精度；集成了垂直滤波单元，将其封装，减小了外界环境带来的干扰；通过电控旋转台和二维平移台实现装置全自动控制，不仅可以减小手动移相带来的误差，而且可以快速测量大范围表面形貌；采用共光路结构设计、抗外界机械干扰能力强，使用LED光源等器件价格低廉，易于推广。

附图说明

图1是本实用新型的一体化全自动同轴微观三维形貌测量装置结构图；

图2是双折射单轴石英晶体示意图；