微表面形貌检测中Mirau干涉物镜的优化设计

提出了实用的Mirau干涉头结构,降低了制作工艺要求。物镜为长工作距物镜,由光焦度较大的正光组和光焦度较小的负光组组成。设计了5种不同透射/反射率的分束板,平衡了干涉光强。Mirau干涉物镜的NA=0.3,β=-10,工作距5mm,横向分辨率Δx≥0.887μm,景深Δ=±2.956μm。

检测微表面形貌的Mirau相移干涉轮廓仪

基于Mirau双光束干涉,研制了检测微表面形貌的Mirau相移干涉轮廓仪.柯拉照明提供被测面均匀的照明,干涉成像系统是长工作距无限筒长干涉显微镜结构,由Mirau干涉物镜和镜筒透镜组成.物镜由光焦度较大的正光组和光焦度较小的负光组组成.轮廓仪的放大率为-10,数值孔径为0.3,工作距5mm,视场0.64×0.48mm2,中心遮拦0.129.相移器为电容式闭环控制的压电陶瓷传感器.通过6幅光纤连接器端面的干涉图,经6步相移法得到其表面形貌.实验结果表明,Mirau干涉轮廓仪的横向分辨率为0.875μm,垂直方向的测量范围为5.3μm,重复测量精度为1.7nm.

大倍率干涉显微物镜的光学系统设计

干涉显微物镜是干涉测量显微镜的关键部件,在微纳表面三维形貌测量中应用广泛。设计了一款无限远共轭大倍率Mirau干涉显微物镜,其放大倍率为50×,数值孔径为0.5。基于系统长工作距的特性,干涉物镜采用反远距物镜结构。根据二级光谱理论,分析了干涉物镜的二级色差校正,合理选择了玻璃材料和初始结构。利用光学设计软件Code-V进行系统优化设计,设计结果表明,光学系统全视场范围内在800lp/mm处的调制传递函数大于0.3,其他各项指标满足设计要求。通过非序列模式建模对所设计的干涉物镜进行光线追迹,仿真分析得到清晰的牛顿环干涉图,结果验证了设计的合理性。