[发明专利]光点差分式非接触式元件厚度测量的光头、厚度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：其光学系统包括光源、分光镜、第一聚光镜、柱面镜和相机；

光源发出的光束经分光镜后，一部分光经过第一聚光镜聚成测量光点、落在被测元件表面；

测量光点在被测元件表面反射，沿原光路返回，依次经过第一聚光镜、分光镜和柱面镜后，被聚焦形成相互垂直的X方向的焦线和Y方向的焦线，且在X方向的焦线和Y方向的焦线之间，形成呈中心对称的像点，相机设在像点处。

2.如权利要求1所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：还包括第二聚光镜和毛玻璃，光源发出的光束经分光镜后，还有一部分光经过第二聚光镜聚光形成指示光点、并落在毛玻璃上。

3.如权利要求1或2所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：分光镜为半反半透镜；半反半透镜的反射面与光源的照射方向夹角为0～90°、且0°和90°除外；光源发出的光束经过半反半透镜一部分被反射形成反射光、另一部分被投射形成投射光，半反半透镜的反射光经第一聚光镜聚成测量光点、落在被测元件表面。

4.如权利要求3所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：半反半透镜的透射光经第二聚光镜聚光形成指示光点、并落在毛玻璃上。

5.如权利要求4所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：光源的照射方向与水平方向一致；光源、半反半透镜和第二聚光镜沿光源的照射方向依次设置，半反半透镜的反射面与光源的照射方向夹角为45°；第一聚光镜设在半反半透镜的正下方；柱面镜为柱面聚光镜，柱面镜球面向上地设在半反半透镜的正上方；相机设在像点处。

6.如权利要求1或2所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头，其特征在于：光源为点光源；相机为焦平面相机。

7.包含权利要求1-6任意一项所述的光点差分式非接触式元件厚度测量的光头的厚度测量装置，其特征在于：还包括底座和第一立柱；第一立柱垂直设在底座的上表面，第一立柱上设有刻度值；光头通过连接杆连接在第一立柱上，第一聚光镜聚成的测量光点可落在底座的上表面上；连接杆在第一立柱上的高度可调。

8.如权利要求7所述的厚度测量装置，其特征在于：第一立柱上设有Z轴导轨，连接杆一端滑动连接在Z轴导轨上、另一端连接光头。

9.如权利要求7或8所述的厚度测量装置，其特征在于：还包括第二立柱，第二立柱垂直设在底座的上表面，第一立柱上通过两根连接杆分别连接有上下相对设置的两个光头，两个光头的出光口相对，两根连接杆在第一立柱上的高度可调；第二立柱上设有样品架。

10.利用权利要求7-9任意一项所述的厚度测量装置测量厚度的方法，其特征在于：当有一个光头时，将被测元件放置在底座的上表面上，并正对第一聚光镜，通过上下移动光头，使第一聚光镜的聚焦光束聚焦到被测元件的中央位置，当相机在相互垂直的X方向的焦线和Y方向的焦线之间捕获到中心对称的像点时，读取连接杆所在高度h1；将被测元件移走，通过上下移动光头，使第一聚光镜聚成的测量光点落在底座的上表面上，读取连接杆所在高度h2；被测元件的厚度等于h1-h2；

当有两个光头时，通过调节，使得上下两个光头的测量光点重合，此时两个光头在标尺上的位置之差为X0，就是设备的零点；将被测元件到样品架上，调节上下光头直至分别得到被测元件上下表面中心对称的像点，记下此时两个光头在标尺上的位置之差Yt，Yt与X0之差Yt-X0的值就是透镜的中心厚。