專利名稱：Mirau型物鏡及使用該物鏡的干涉顯微鏡和測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種Mirau型物鏡、以及使用該物鏡的干涉顯微鏡和使用該干涉顯微鏡的測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)工業(yè)，半導(dǎo)體材料工業(yè)以 及機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展，對加工的表面形貌以及光潔度要求越來越高，迫切要求用光學(xué)干涉顯微鏡進(jìn)行精密測量和檢查。光學(xué)干涉顯微鏡的特點(diǎn)是對被檢驗(yàn)表面與基準(zhǔn)表面進(jìn)行光波的干涉，形成干涉條紋來精密測量和檢驗(yàn)其誤差。它的鮮明特點(diǎn)是精密。Mirau (米洛)干涉顯微鏡的基本用途主要有測光學(xué)加工表面的半徑等形貌指標(biāo)，尤其是微小光學(xué)另件；測光學(xué)薄膜厚度；測光學(xué)臺階厚度；測光學(xué)加工表面的光潔度；測半導(dǎo)體材料的表面的光潔度；測精密機(jī)械加工表面的光潔度。然而我國長期以來是用上海光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的6JA型干涉顯微鏡(俄羅斯的同類儀器也屬此類)測表面光潔度。它們是基于林立克原理，基準(zhǔn)光路和測試光路分別在兩條互相垂直的光軸上。其中任何一條光路的誤差都引起光路失調(diào)，干涉條紋不穩(wěn)，系統(tǒng)經(jīng)常不能正常工作。甚至一些單位的6JA型干涉顯微鏡絕大多數(shù)不能工作，維修之后不幾天又壞。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型提出一種新的系列放大倍率Mirau干涉顯微鏡。本實(shí)用新型立足于Mirau (米洛)干涉顯微鏡光路，即基準(zhǔn)光路和測試光路的光軸合一，從原理上保證不失調(diào)。本實(shí)用新型專利的技術(shù)方案如下一種Mirau型物鏡，包括顯微鏡頭、第一干涉板和第二干涉板；第一干涉板和第二干涉板平行放置在顯微鏡頭的下方，且與顯微鏡頭的光軸垂直；第一干涉板在顯微鏡頭和第二干涉板之間；第一干涉板上表面中心設(shè)有反射圓斑；第二干涉板的上表面鍍有分光膜，分光膜的反射率是10% 30%。第一干涉板和第二干涉板之間的相對位置固定；它們沿光軸方向以及與光軸垂直方向的位置可調(diào)。所述反射圓斑的反射率為100%。兩干涉板的上下兩表面平行，兩干涉板光程長度相等，并作光程配對(現(xiàn)有技術(shù)中，加工時(shí)的工序，在此不進(jìn)一步進(jìn)行限制)。一種使用所述Mirau型物鏡的Mirau干涉顯微鏡，包括光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片、第一分光鏡、第二分光鏡、工作臺和所述Mirau型物鏡；所述光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片和第一分光鏡位于第一光軸上，且自后向前依次排列；所述第二分光鏡、第一分光鏡和所述Mirau型物鏡位于第二光軸上，且自上向下依次排列；所述第二分光鏡位于第三光軸上；第一光軸和第二光軸相互垂直；第三光軸和第一光軸夾角30°，便于人眼觀察；所述第一分光鏡與第一光軸和第二光軸都成45° ;在第三光軸上設(shè)有目鏡；用于裝載被測物的工作臺位于Mirau型物鏡的下方。[0010]所述Mirau型物鏡包括多個(gè)，各個(gè)Mirau型物鏡倍率不同。本Mirau干涉顯微鏡的工作模式有白光干涉和單色光干涉.；白光干涉時(shí)，單色濾光片移出光路；單色光干涉時(shí)，單色濾光片移進(jìn)光路。所述工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上；所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接微調(diào)轉(zhuǎn)輪，微調(diào)轉(zhuǎn)輪與所述工作臺連接?！N使用所述的Mirau干涉顯微鏡的測量系統(tǒng)，包括Mirau干涉顯微鏡、計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)；所述Mirau干涉顯微鏡的工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上；所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號輸入端連接計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端；攝像機(jī)固定在所述Mirau干涉顯微鏡的攝像孔處，攝像機(jī)的光軸與Mirau干涉顯微鏡的第二光軸重合；攝像機(jī)的探測面與被測物面干涉場定位面共軛；攝像機(jī)的視頻信號數(shù)據(jù)輸 出端連接所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端。所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過微調(diào)轉(zhuǎn)輪連接所述工作臺，步進(jìn)電機(jī)的控制信號輸入端連接所述計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于是一臺光路不失調(diào)能長期穩(wěn)定工作的干涉顯微鏡，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)控制的Mirau (米洛)干涉顯微鏡，而且實(shí)現(xiàn)了 10x、20x以至50x等一系列放大倍率的Mirau型物鏡加工和裝配工藝技術(shù)。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中Mirau型物鏡示意圖；圖中，計(jì)算機(jī)I、顯微鏡2、攝像機(jī)3、人眼4、光源La、單色濾光片F(xiàn)i、聚光鏡L、視場光闌PP、被測物S、工作臺P、第一分光鏡R1、第一干涉板R2、第二干涉板R3、第二分光鏡R4、圓斑R21、物鏡的顯微鏡頭0B、攝像機(jī)的靶面D、步進(jìn)電機(jī)CS、目鏡EL。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本技術(shù)方案進(jìn)一步說明如下一種Mirau型物鏡，包括顯微鏡頭、第一干涉板和第二干涉板，第一干涉板和第二干涉板平行放置在顯微鏡頭的下方，且與顯微鏡頭的光軸垂直，第一干涉板在顯微鏡頭和第二干涉板之間；第一干涉板上表面中心設(shè)有反射圓斑；所述第二干涉板的上表面鍍有分光膜，分光膜的反射率是10% 30%。第一干涉板和第二干涉板之間的相對位置固定；它們沿光軸方向以及與光軸垂直方向的位置可調(diào)。所述反射圓斑的反射率為100%。一種使用所述Mirau型物鏡的Mirau干涉顯微鏡，包括光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片、第一分光鏡、第二分光鏡、工作臺和所述Mirau型物鏡；所述光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片和第一分光鏡位于第一光軸上，且自后向前依次排列；所述第二分光鏡、第一分光鏡和所述Mirau型物鏡位于第二光軸上，且自上向下依次排列；所述第二分光鏡位于第三光軸上；第一光軸和第二光軸相互垂直；第三光軸和第一光軸夾角約30°便于人眼觀察；所述第一分光鏡與第一光軸和第二光軸都成45° ;在第三光軸上都設(shè)有目鏡；用于裝載被測物的工作臺位于Mirau型物鏡的下方。所述Mirau干涉顯微鏡可工作在白光干涉和單色光干涉兩種模式.所述Mirau型物鏡包括多個(gè)，各個(gè)Mirau型物鏡倍率不同。所述工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上。所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接微調(diào)轉(zhuǎn)輪，微調(diào)轉(zhuǎn)輪與所述工作臺連接。[0020]—種使用所述的Mirau干涉顯微鏡的測量系統(tǒng)，包括Mirau干涉顯微鏡、計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)；所述Mirau干涉顯微鏡的工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上；所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號輸入端連接計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端；攝像機(jī)固定在所述Mirau干涉顯微鏡的專設(shè)攝像孔處.攝像機(jī)的光軸與Mirau干涉顯微鏡的第二光軸重合.攝像機(jī)的探測面與被測物面干涉場定位面共軛；攝像機(jī)的視頻信號數(shù)據(jù)輸出端連接所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端。所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過微調(diào)轉(zhuǎn)輪連接所述工作臺，步進(jìn)電機(jī)的控制信號輸入端連接所述計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端。實(shí)施例。本例以一臺任何反射光路的顯微鏡，例如江南永新集團(tuán)生產(chǎn)的小型金相顯微鏡mv2100或大型金相顯微鏡mv6100等為基礎(chǔ)，見圖1，光源為鹵素?zé)艋虬讕脽?，光源發(fā)出的非相干光，經(jīng)聚光鏡L，視場光闌PP，一個(gè)或多個(gè)波長的單色濾光片F(xiàn)i (例如可選上海海光光學(xué)元件廠的半寬度為13nm的濾光片)，之后，成為相干光。再經(jīng)第一分光鏡Rl的反射，進(jìn)入Mirau物鏡。再參看圖2，光在第二干涉板R3的上表面反射分為兩支光路。第一支光路向上被圓斑R21反射向下到第二干涉板R3的上表面；第二支光路穿過第二干涉板R3到被測物S反射向上穿過第二干涉板R3到達(dá)它的上表面，此時(shí)第一支與第二支光路會(huì)合。由于兩 支光路存在光程差，便產(chǎn)生干涉。相干光向上穿過第一分光鏡Rl被第二分光鏡R4反射，干涉圖像被人眼觀察；有一部分相干光穿過第二分光鏡R4成像在攝像機(jī)(可以選用北京清德公司產(chǎn)品EC300)的探測面D上被探測和采集變?yōu)閿?shù)字信號進(jìn)入計(jì)算機(jī)存儲，干涉圖像同時(shí)也顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。所述Mirau干涉顯微鏡可工作在白光干涉和單色光干涉兩種模式.當(dāng)為前者時(shí)，單色濾光片F(xiàn)i被移出光路，寬光譜的白光沿著上述光路，只產(chǎn)生光程差接近于零的2到3條黑白干涉條紋，供精密機(jī)械加工表面的測試計(jì)算機(jī)給出指令控制精密步進(jìn)電機(jī)CS (例如可選用南京萬瑪超聲電機(jī)公司產(chǎn)品)作微小轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)顯微鏡的微調(diào)轉(zhuǎn)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作臺作精密向上或向下的移動(dòng)(例如
0.0006 u m/脈沖的移動(dòng))形成光的相位差改變，即移相。這時(shí)干涉圖改變，利用移相算法測出被測物體表面的精密形貌或表面光潔度。本干涉顯微鏡采用Mirau型物鏡(見圖2)，該Mirau物鏡是整個(gè)干涉顯微鏡系統(tǒng)的核心,特點(diǎn)包括I)僅利用普通商品化的長工作距離顯微鏡頭為Mirau物鏡的基礎(chǔ)，易買易實(shí)現(xiàn)。2)其下方增設(shè)兩塊干涉板第一干涉板R2，第二干涉板R3。該兩塊干涉板嚴(yán)格加工拋光和配對。3)第一干涉板R2的上表面中心有一鍍膜(100%的反射率)的圓斑R21，直徑約I毫米。4)第二干涉板R3的上表面鍍分光膜，反射率約為10%至30%，以至當(dāng)測試不同被物體時(shí)，干涉條紋都有好的對比度。5)第一干涉板R2、第二干涉板R3之間的軸向距離d23嚴(yán)格控制并可在裝配時(shí)作微小調(diào)節(jié)，同時(shí)能自鎖。6)第一干涉板R2、第二干涉板R3組合在一起，使其可沿光軸上下微小移動(dòng)。7)第一干涉板R2、第二干涉板R3組合在一起，可相對于光軸作微小橫向調(diào)節(jié)，校正橫向偏差。上述結(jié)構(gòu)保證了儀器能長期穩(wěn)定工作。經(jīng)試驗(yàn)證明I、經(jīng)過顛簸測試、跌落測試、以及運(yùn)輸過程中的摔碰等后，儀器安裝本Mirau型物鏡后立即出干涉條紋圖像。且本Mirau型物鏡始終產(chǎn)生清晰而穩(wěn)定的干涉條紋圖像，Mirau型物鏡成像平面與干涉定位面始終能夠嚴(yán)格重合。2、Mirau物鏡是10x，20x以至50x等倍率，都按前述技術(shù)方案，從而本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)對一系列倍率的Mirau (米洛)干涉顯微鏡達(dá)到完善的生產(chǎn)和裝配工藝處理。3、參見圖1，在本顯微鏡的光源光路中加入一個(gè)或多個(gè)波長的普通單色濾光片F(xiàn)i，從而普通光源La (鹵素?zé)艋虬讕脽?發(fā)出的非相干光經(jīng)濾光片F(xiàn)i之后變?yōu)橄喔晒?，?shí) 現(xiàn)了干涉，但又沒有用激光作為光源時(shí)帶來的價(jià)格昂貴及相干噪聲大的缺點(diǎn)。4、如圖I右側(cè)所示，在工作臺的微調(diào)轉(zhuǎn)輪T1、T2的任一個(gè)，接上精密步進(jìn)電機(jī)CS。該電機(jī)的特點(diǎn)是尺寸小且可實(shí)現(xiàn)精密微小轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)工作臺上下極精密地微小移動(dòng)(例如0. 0006 u m/脈沖)，實(shí)現(xiàn)Mirau物鏡與被測物體S表面之間光程的微小相位移動(dòng)，利用移相算法測出被測物體表面的精密形貌或表面光潔度。5、如圖I所示，在儀器上方成像面處安置數(shù)碼攝像機(jī)，它與計(jì)算機(jī)相連，獲取干涉條紋及其移相變化信息，這些數(shù)據(jù)信息送入計(jì)算機(jī)處理。
權(quán)利要求1.一種Mirau型物鏡，其特征是包括顯微鏡頭、第一干涉板和第二干涉板；第一干涉板和第二干涉板平行放置在顯微鏡頭的下方，且與顯微鏡頭的光軸垂直；第一干涉板在顯微鏡頭和第二干涉板之間；第一干涉板上表面中心設(shè)有反射圓斑；第二干涉板的上表面鍍有分光膜，該分光膜的反射率是10% 30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Mirau型物鏡，其特征第一干涉板和第二干涉板之間的相對位置固定；它們沿光軸方向以及與光軸垂直方向的位置可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的Mirau型物鏡，其特征是所述反射圓斑的反射率為100%。
4.一種使用權(quán)利要求1、2或3任一所述Mirau型物鏡的Mirau干涉顯微鏡,其特征是包括光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片、第一分光鏡、第二分光鏡、工作臺和所述Mirau型物鏡；所述光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片和第一分光鏡位于第一光軸上，且自后向前依次排列；所述第二分光鏡、第一分光鏡和所述Mirau型物鏡位于第二光軸上，且自上向下依次排列；所述第二分光鏡位于第三光軸上；第一光軸和第二光軸相互垂直；第三光軸 和第一光軸夾角30° ;所述第一分光鏡與第一光軸和第二光軸都成45° ;在第三光軸上設(shè)有目鏡；用于裝載被測物的工作臺位于Mirau型物鏡的下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Mirau干涉顯微鏡，其特征是所述Mirau型物鏡包括多個(gè)，各個(gè)Mirau型物鏡倍率不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Mirau干涉顯微鏡，其特征是本Mirau干涉顯微鏡的工作模式有白光干涉和單色光干涉.；白光干涉時(shí)，單色濾光片移出光路；單色光干涉時(shí)，單色濾光片移進(jìn)光路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的Mirau干涉顯微鏡，其特征是所述工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上；所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接微調(diào)轉(zhuǎn)輪，微調(diào)轉(zhuǎn)輪與所述工作臺連接。
8.一種使用權(quán)利要求4 I任一所述的Mirau干涉顯微鏡的測量系統(tǒng)，其特征是包括Mirau干涉顯微鏡、計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)；所述Mirau干涉顯微鏡的工作臺連接在位置平移驅(qū)動(dòng)裝置上；所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號輸入端連接計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端；攝像機(jī)固定在所述Mirau干涉顯微鏡的攝像孔處,攝像機(jī)的光軸與Mirau干涉顯微鏡的第二光軸重合；攝像機(jī)的探測面與被測物面干涉場定位面共軛；攝像機(jī)的視頻信號數(shù)據(jù)輸出端連接所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征是所述位置平移驅(qū)動(dòng)裝置是精密步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過微調(diào)轉(zhuǎn)輪連接所述工作臺，步進(jìn)電機(jī)的控制信號輸入端連接所述計(jì)算機(jī)的控制信號輸出端。
專利摘要一種Mirau型物鏡，包括顯微鏡頭、第一干涉板和第二干涉板；第一干涉板和第二干涉板平行放置在顯微鏡頭的下方，且與顯微鏡頭的光軸垂直；第一干涉板在顯微鏡頭和第二干涉板之間；第一干涉板上表面中心設(shè)有反射圓斑；第二干涉板的上表面鍍有分光膜，該分光膜的反射率是10%～30%。一種使用所述Mirau型物鏡的Mirau干涉顯微鏡，包括光源、聚光鏡、視場光闌、單色濾光片、第一分光鏡、第二分光鏡、工作臺和所述Mirau型物鏡。一種使用所述的Mirau干涉顯微鏡的測量系統(tǒng)，包括Mirau干涉顯微鏡、計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)。本實(shí)用新型的光路不失調(diào)能長期穩(wěn)定工作，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)控制的Mirau(米洛)干涉顯微鏡，而且實(shí)現(xiàn)了10×、20×以至50×等一系列放大倍率的Mirau型物鏡加工和裝配工藝技術(shù)。
文檔編號G01B9/04GK202794687SQ201220363110
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者陶純堪 申請人:陶純堪