3D飞点分光干涉仪

在精密测量领域，深孔结构的检测是一项很大的挑战。由于深孔样品具有孔径小深度大的特点，传统的接触式测量因为探针尺寸的限制无法深入测量，传统的非接触式的光学测量方法虽然不需要使用探针，但是由于探测光的角度限制，也难以实现深孔的结构测量，如三角法及结构光的入射光和反射光存在较大夹角，光谱共聚焦和激光共聚焦需要大的数值孔径。对沟槽及具有直角边的结构成像也有同样的问题，而带有深孔和沟槽的工件和样品，在半导体、汽车等高新产业领域应用广泛，深孔测量具有相当大的应用需求。中科行智与东北大学秦皇岛分校合作研发的3D飞点分光干涉仪，可以很好的解决这一测量难题，现已正式投入生产并面向市场，并入围由机器视觉产业联盟（CMVU）评选的2023机器视觉创新产品TOP10。

3D飞点分光干涉仪基于频域干涉理论，通过分析干涉光谱实现对样品表面高度信息的获取，和传统的高精密3D成像技术相比，3D飞点分光干涉仪，具有高精度、大动态范围、大视野、高速及低成本的优点，并提高了测量效率。

图1（a）

图1（b）

图1（a）为3D飞点分光干涉仪系统原理图，使用超辐射发光二极管（SLD），经过耦合器及准直器，在分光棱镜处分为参考光和样品光两路。参考光经透镜聚焦于反射镜，样品光经扫描振镜和透镜，聚焦于待测样品面。经样品表面反射的样品光与参考光经由耦合器另一端输出进入光谱仪，线阵相机记录干涉光谱，传给电脑进行处理。该系统使用振镜代替昂贵的高精度位移台进行二维扫描，可用于点测量（位移、振动及厚度测量）、线轮廓测量及表面轮廓测量。图1（b）为3D飞点分光干涉仪实物图，重复精度可达到30nm，扫描速度70kHz，扫描范围最大直径可达80 mm，适用于测量强反射、弱反射及透明物体等多种不同样品。

图2

图2为使用干涉仪进行深孔测量的原理图，由于3D飞点分光干涉仪的入射光与反射光同轴，而且使用较小的数值孔径，因此不受深孔壁遮挡限制，探测光易于进入深孔内部，进行深孔成像。同时，该设备在对沟槽等具有直角边的结构成像时，不会出现边界效应，可以获得准确的边界结构信息。

应用实例

使用中科行智3D飞点分光干涉仪进行深孔测量的部分应用举例：

图3

图3为对金属板上深孔进行深度测量的实际应用案例。其中，图3（1）为实际样品实拍图，（2）为（1）中白色虚线框所示区域的面成像结果，（3）为取（2）中沿虚线所示的数据结果。通过深孔表面及地面的高度差，可计算得到H1约为178um，H2约为238um,整个孔深H3约为497um。

中科行智3D飞点分光干涉仪可以通过对深孔区域进行面成像，从而达到深孔测量的目的，具有应用范围广、精度高等优点。