共焦白光偏振干涉的多层透明介质厚度测量装置和方法与流程

技术特征：

1.共焦白光偏振干涉的多层透明介质厚度测量装置，该测量装置包括光源(3)，第一小孔(4)、第一透镜(5)，第二棱镜(14)和第三透镜(13)，其特征在于：

所述光源(3)、所述第一小孔(4)、所述第一透镜(5)、所述第二棱镜(14)和所述第三透镜(13)的中心均在同一光轴上，其中，所述第一小孔设置在所述第一透镜(5)的前焦平面上，用于确保从光源发出的光穿过第一小孔后经第一透镜透射出去的光线为平行光，该平行光经所述第二棱镜(14)后被分为沿水平方向透射的测量光束和沿竖直上方反射的参考光束，被测物的待测面设置在所述第三透镜(13)的后焦面上，所述测量光束通过第三透镜(13)汇聚在所述待测表面上，然后原路反射到所述第二棱镜(14)上，接着被该第二棱镜(14)向竖直下方反射出去；

所述第二棱镜(14)的竖直上方依次设置有第三棱镜(15)和倾斜的反射镜(16)，所述反射镜(16)和第三棱镜(15)的水平方向上还相对设置有位移台(2)，该位移台(2)中设置有角锥棱镜(1)，用于使所述参考光束横向偏移后照射到所述反射镜(16)上，所述第二棱镜(14)的竖直下方依次设置有第二透镜(11)和第一棱镜(10)，所述竖直方向设置的部件中心均在同一光轴上，所述参考光束经所述竖直上方设置的部件反射后被所述第二棱镜(14)竖直向下透射出去；

所述第二透镜(11)的后焦平面上设置有第二图像传感器(9)或第二小孔(8)中的任何一个，另外一个设置在所述第一棱镜(10)水平方向的一侧，且其中心到所述第一棱镜(10)中心的距离与所述第一棱镜(10)中心到所述第二透镜(11)中心的距离之和为所述第二透镜(11)的焦距，所述第二小孔(8)的后方设置有第一图像传感器(7)，且所述第二小孔(8)、所述第一图像传感器(7)和所述第一棱镜(10)的中心在同一光轴上，所述第二图像传感器(9)用于显示所述测量光线和参考光线形成的光斑，所述第一图像传感器(7)用于显示所述测量光线和参考光线形成的干涉条纹，通过测量该干涉条纹计算所需透明介质的厚度。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述被测物、所述第三透镜、所述第二透镜和所述第二小孔构成共焦结构，用于消除反射背景光的干扰以提高所述干涉条纹的对比度。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二棱镜和所述第一棱镜之间设置有可旋转偏振片(6)，且其与所述第二棱镜和所述第二透镜同光轴，用于调节所述测量光束和参考光束的相对强度，以提高所述干涉条纹的对比度。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二棱镜和被测物之间设置有第一波片，且该波片与所述第二棱镜同光轴，该波片采用1/4波片。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述反射镜与所述位移台之间，或所述反射镜与所述第三棱镜之间设置有第二波片，该波片采用1/4波片或1/2波片中的一种。

6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，第二和第三棱镜采用偏振分光棱镜，所述第一棱镜采用偏振分光棱镜和分束镜中的一种。

7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一、第二和第三透镜都采用正透镜。

8.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源采用白光光源。

9.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二小孔的直径不小于所述参考光束光斑的半径、所述测量光束光斑的半径和所述测量光斑与所述参考光束光斑中心距三者之和。

10.一种权利要求1-9任一项所述的测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法包括下列步骤：

(a)打开光源(3)，通过调整第三透镜(13)和被测物的位置使得测量光束聚焦在被测物的第一表面(18)，同时使得第二图像传感器(9)上的两个光斑直径大小一致，接下来调整反射镜(16)的位置使得所述两个光斑的中心距与预设值相等；

(b)移动位移台(2)使得第一图像传感器(7)上出现干涉条纹，其中，通过调整偏振片(6)的位置改变所述干涉条纹的对比度；

(c)记录此时所述位移台水平方向的位置L1,测量所述干涉条纹的零级条纹与预设参考坐标轴原点的距离d1，以及所述零级条纹与一级条纹的中心距e1；

(d)调整第三透镜(13)的位置，并保持被测物位置不变，使得光束聚焦在被测物的第二表面(19)，同时使得第二图像传感器(9)上的两个光斑直径大小一致；重复步骤(b)和(c),记录和测量L2，d2，e2，并按照公式计算被测物的厚度。

11.如权利要求10所述的测量方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述公式采用下列表达式，其中，λ为光源中心波长，n1为被测物的被测层内部折射率，H1为被测物第一表面到第二表面的厚度，