[发明专利]一种基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法

说明书

一种基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法，属于光学精密测量技术领域，为了解决共焦显微技术测量大口径高陡度光学元件测量效率低的问题。激光器发出的照明激光光通过耦合光纤输出，依次经过准直镜、物镜，物镜将激光汇聚至镀有荧光膜的待测样品，样品激发的荧光依次经过物镜、准直镜，耦合光纤、滤光片，最终入射至光电探测器，高速微位移执行器带动耦合光纤扫描，从而完成对被测点的测量。本发明适用于测量大口径高陡度光学元件表面轮廓。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，主要涉及一种基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法。

背景技术

随着光学加工和检测技术的不断发展，大口径高陡度光学元件已成为天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别、激光大气传输、惯性约束聚变(ICF)等领域中起支撑作用的关键部件之一，同时也是光学系统设计和超精密加工技术紧密结合的产物。而制约大口径高陡度光学元件加工水平的关键，取决于与制造要求相适应的检测方法和仪器；共焦轮廓仪是一种高精度的光学非接触检测大口径光学元件表面轮廓的方法，然而现有共焦轮廓仪对大口径光学元件测量基于逐点扫描测量方法，共焦的逐点轴向扫描制约了共焦轮廓仪的测量速度，并且根据反射定理，只能在于入射光线成特殊夹角方向共焦才能接收到较强光信号，而由于收集物镜口径的限制，在不增加自由度的情况下无法完成对高陡度样品的测量。

发明内容

本发明公开了一种基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法，的目的是为了解决现有共焦轮廓仪测量大口径光学元件测量速度慢、误差大的问题，以及无法完成高陡度元件测量的问题

本发明的技术解决方案是：

一种基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法，包括：

所述共焦显微装置包括照明系统、探测系统和位移执行器件；

所述照明系统包括激光器、耦合光纤、准直镜、物镜和二维位移平台；

所述激光器发出的激光经过耦合光纤形成点光源射出，所述点光源经所述准直镜后形成平行光，所述平行光由所述物镜将激光聚焦至镀有荧光膜的待测样品上；

所述探测系统包括物镜、准直镜、耦合光纤、滤波片和光电探测器；

待测样品激发的荧光经物镜、准直镜聚焦至耦合光纤，经过滤波片后传导至所述光电探测器；

所述照明系统和探测系统共用耦合光纤、准直镜、和物镜；

所述位移执行器器件为高速微位移器件，带动耦合光纤进行轴向扫描，完成对被测点的测量。

所述位移执行器器件为高速微位移器件，带动耦合光纤进行轴向扫描，完成对被测点的测量。

优选的是，所述耦合光纤为多路耦合光纤。

所述耦合光纤为照明光源和探测系统共用器件，代替原有共焦光路中的针孔。

所述耦合光纤和所述位移执行器件固定在一起，进行轴向扫描运动，从而完成对被测点的光束扫描。

所述的照明光波长范围为200nm-1000nm。

所述的镀膜样品表面通过镀膜工艺镀上一层荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度在0.01μm-0.5μm之间，荧光物质膜在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于5g/100g。

优选的是，所述位移执行器运动频率大于1KHz。

本发明所述的基于中介层散射的针孔随动共焦显微装置和方法，包括以下步骤：

步骤a、通过镀膜工艺在待测样品表面形成一层厚度在0.01μm-0.5μm之间的荧光膜，使待测样品成为镀膜样品；