[发明专利]基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置及其测量方法

说明书

基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置及其测量方法，属于光学精密测量技术领域，本发明为解决现有微观结构的测量方法测量范围有限，无法进行大口径光学元件测量的问题。本发明包括共焦显微模块、直线运动平台模块和旋转运动平台模块，共焦显微三维测量模块包括第一激光器、第一分光棱镜、二维扫描振镜、扫描透镜、管镜、第一物镜、第一收集透镜和第一光电探测器；共焦光学探针模块包括第二激光器、第二分光棱镜、第二物镜、第二收集透镜和第二光电探测器；共焦光学探针模块用于完成宏观结构的三维测量，共焦显微三维测量模块用于完成微观结构的三维测量。本发明用于测量复杂面形的光学元件。

技术领域

本发明涉及一种宏微结合面形的测量装置及其测量方法，属于光学精密测量技术领域。

背景技术

随着现代超精密加工技术与计算机科学的发展，光学元件面形精度越来越高，结构特征越来越丰富。为了满足现代光学系统的性能要求，具有宏微结合面形特点的光学元件被广泛应用到各个领域当中，其特点是在宏观尺寸元件上复合微观特殊结构，因此这类光学元件的面形测量成为了亟待解决的问题。目前机械触针式轮廓仪和光学干涉测量仪是解决宏观光学元件的重要手段，但是其并不能同时解决微观结构测量问题；而解决微观结构的测量方法如原子力显微镜、光学显微镜、光学干涉等，测量范围有限，不能很好的解决大口径光学元件测量。

发明内容

本发明目的是为了解决现有微观结构的测量方法测量范围有限，无法进行大口径光学元件测量的问题，提供了一种基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置及其测量方法。

本发明所述基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置，该装置包括共焦显微模块、直线运动平台模块和旋转运动平台模块，共焦显微模块包括共焦显微三维测量模块和共焦光学探针模块；

旋转运动平台模块上端面的中央固定有支柱，直线运动平台模块安装在支柱的横梁上，直线运动平台模块在横梁上沿X向运动，旋转运动平台模块在XY平面上旋转，直线运动平台模块的外侧分别安装有共焦显微三维测量模块和共焦光学探针模块，待测样品放置在旋转运动平台模块的工作台面上；

共焦显微三维测量模块包括第一激光器、第一分光棱镜、二维扫描振镜、扫描透镜、管镜、第一物镜、第一收集透镜和第一光电探测器；

第一激光器发出激光光束，激光光束经过第一分光棱镜的分光后，依次经过二维扫描振镜、扫描透镜、管镜和第一物镜，在待测样品上形成聚焦光斑，通过二维扫描振镜偏转使聚焦光斑在待测样品上进行二维扫描，待测样品表面反射的光束依次经过第一物镜、管镜、二维扫描振镜、第一分光棱镜和第一收集透镜，通过多模光纤被第一光电探测器收集；

共焦光学探针模块包括第二激光器、第二分光棱镜、第二物镜、第二收集透镜和第二光电探测器；

第二激光器发出的激光光束，激光光束经过第二分光棱镜，然后通过第二物镜在待测样品上形成聚焦光斑，待测样品表面反射的光束经过第二物镜、第二分光棱镜和第二收集透镜，通过多模光纤被第二光电探测器收集。

本发明所述基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置的测量方法，该测量方法包括宏观结构的三维测量和微观结构的三维测量；宏观结构的三维测量采用共焦光学探针模块完成，微观结构的三维测量采用共焦显微三维测量模块完成。

宏观结构的三维测量的具体过程为：

步骤1、共焦光学探针模块的第二激光器发出激光光束，经过第二分光棱镜和第二物镜后在待测样品上形成聚焦光斑，待测样品表面反射的光束经过第二物镜、第二分光棱镜和第二收集透镜，通过多模光纤被第二光电探测器收集，通过轴向响应曲线顶点位置确定待测样品的表面位置；

步骤2、直线运动平台模块带动共焦显微三维测量模块沿X向移动，形成宏观二维轮廓扫描测量；

步骤3、旋转运动平台模块带动待测样品在XY平面上旋转，完成待测样品的宏观三维面形测量。