一种定焦干涉光谱共焦测量系统

本发明属于超精密测量领域，特别是涉及一种定焦干涉光谱共焦测量系统。

背景技术：

1、光学显微镜因其具有非接触、无损伤、高精度等优点，已经成为工业测量领域必不可少的工具。随着精密制造的快速发展，高精度的检测需求也逐年增加。光谱共焦传感器是现有使用较为普遍的传感器。相较于激光共焦传感器，光谱共焦通过色散物镜将宽光谱光源聚焦到不同位置，并通过光谱解调实现无轴向扫描的快速、高精度位移和厚度测量。

2、尽管光谱共焦无需轴向扫描，但由于采用多波长聚焦到不同物体表面，反射回来的光信号相较于传统的激光共焦信号存在信号展宽，信噪比下降等问题，因此难以实现纳米级分辨力。

3、针对这一问题，现有技术包括采用光瞳滤波方式对信号进行压缩，以及采用多信号平均的方式提高信噪比，这些方法在一定情况下提升了测量分辨力，但目前依旧难以满足纳米级精度检测需求。干涉光谱共焦是一种可行的方法，通过探测测量臂与参考臂光信号之间的相位信息，从而获得纳米级分辨力。但是现有的干涉光谱共焦由于测量臂返回的是窄带信号，参考臂返回的是宽光谱信号，导致干涉效应的减弱，信号串扰严重，实际的测量分辨力仅停留在亚微米级。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种定焦干涉光谱共焦测量系统，以解决现有测量方式干涉效应减弱、信号串扰严重导致分辨力下降的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种定焦干涉光谱共焦测量系统，包括：

3、光源，用于产生均匀宽光谱光源，产生的光经第一限束组件后获得微米级宽光谱光源；

4、分光组件，用于将微米级宽光谱光源分成测量光路和参考光路；沿测量光路，依次布置有色散组件和待测物体表面；沿参考光路，依次设置有可调焦光学透镜组件和参考反射组件；所述参考光路经色散组件色散到不同的焦平面上，待测物体表面反射光经色散组件收集后经分光组件反射至第二限束组件；所述参考光路经可调焦光学透镜组件聚焦在参考反射组件上，参考反射组件返回光经可调焦光学透镜组件收集后透过分光组件至第二限束组件；其中，所述可调焦光学透镜组件焦距可变，使某一时刻只有单一波长处于准焦状态；以及，

5、光谱解调模块，接收经过第二限束组件的测量光和参考光，并解算两种光产生的干涉条纹。

6、更进一步的，所述色散组件为色散物镜，其最大波长和最小波长之间的色散距离为系统的量程。

7、更进一步的，对所述色散物镜球差校正，以使聚焦到量程范围内所有焦点的光达到衍射极限。

8、更进一步的，所述第一限束组件和第二限束组件均为针孔。

9、更进一步的，所述可调焦光学透镜组件适应波长范围与色散组件工作波长范围相同。

10、更进一步的，可调焦光学透镜组件为液体透镜或液晶调控器。

11、更进一步的，所述可调焦光学透镜组件配置像差校正镜组，用于实现不同波长聚焦在参考反射组件的光斑大小达到衍射极限，用于对离焦信号进行抑制。

12、更进一步的，所述可调焦光学透镜组件、像差校正镜组引入的光程差与色散组件引入的光程差一致。

13、更进一步的，所述分光组件为偏振不敏感型分光棱镜，当反射信号与参考信号比例为1:1时以实现最大对比度。

14、更进一步的，所述光谱解调模块配置有信号显示模块。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1.本系统采用焦距可调的可调焦光学透镜组件，可保障信号光与参考光波长始终保持一致，有效屏蔽离焦光、杂散光、其他谱段光及各类非干涉光对干涉检测信号的干扰；由此显著提升干涉信号的对比度与信噪比，为后续精准提取相位信息提供可靠的数据基础，大幅优化了系统的轴向分辨能力。

17、2.基于系统轴向分辨力的显著提升，本系统可精准捕捉被测样品纳米级别的微观形貌变化，突破了传统干涉检测技术的测量精度局限，有效拓宽了干涉形貌检测技术的适用场景与应用范围。

18、3.相较于传统机械扫描式干涉检测系统，本发明引入的液态透镜具备响应速度快、动态范围大的技术优势，可显著提升系统的信号采集与数据处理效率，有效提高系统整体数据通量，适配高速、连续的检测作业需求。

19、4.本发明通过电压驱动液态透镜实现焦距调控，摒弃了传统设备的机械扫描运动结构，从根源上规避了机械运动产生的振动、抖动问题，有效降低了系统测量误差，大幅提升了检测装置的运行稳定性与测量可靠性。

1.一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述色散组件（6）为色散物镜，其最大波长和最小波长之间的色散距离为系统的量程。

3.根据权利要求2所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：对所述色散物镜球差校正，以使聚焦到量程范围内所有焦点的光达到衍射极限。

4.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述第一限束组件（2）和第二限束组件（10）均为针孔。

5.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述可调焦光学透镜组件（4）适应波长范围与色散组件（6）工作波长范围相同。

6.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：可调焦光学透镜组件（4）为液体透镜或液晶调控器。

7.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述可调焦光学透镜组件（4）配置像差校正镜组，用于实现不同波长聚焦在参考反射组件（5）的光斑大小达到衍射极限，用于对离焦信号进行抑制。

8.根据权利要求6所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述可调焦光学透镜组件（4）、像差校正镜组引入的光程差与色散组件（6）引入的光程差一致。

9.根据权利要求1所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述分光组件（3）为偏振不敏感型分光棱镜，当反射信号与参考信号比例为1:1时以实现最大对比度。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种定焦干涉光谱共焦测量系统，其特征在于：所述光谱解调模块（8）配置有信号显示模块（9）。