[發明專利]一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置與方法

在審

• 申請號: 201611240022.0
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106595526A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 劉儉;劉辰光;譚久彬;劉妍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 宋詩非

1.一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置，其特征在于，包括：

照明模塊、第一探測模塊和第二探測模塊：

所述的照明模塊按照照明光傳播方向依次為：激光器(1)、準直鏡(2)、光闌(3)、PBS一(4)、高速數字掃描振鏡一(5)、高速數字掃描振鏡二(6)、掃描透鏡(7)和三維微位移載物臺(9)；

所述的第一探測模塊按照信號光傳播方向依次為：掃描透鏡(7)、高速數字掃描振鏡二(6)、高速數字掃描振鏡一(5)、PBS一(4)、濾光片(10)、PBS二(11)、收集透鏡一(12)、多模光纖一(13)和PMT一(14)；

所述的第二探測模塊按照信號光傳播方向依次為：掃描透鏡(7)、高速數字掃描振鏡二(6)、高速數字掃描振鏡一(5)、PBS一(4)、濾光片(10)、PBS二(11)、收集透鏡二(15)、多模光纖二(16)和PMT二(17)；

所述照明模塊、第一探測模塊和第二探測模塊共同一套PBS一(4)、高速數字掃描振鏡一(5)、高速數字掃描振鏡二(6)和掃描透鏡(7)；

所述激光器(1)發出的激光經所述準直鏡(2)后形成平行光，所述平行光經所述光闌(3)入射至所述PBS一(4)，由PBS一(4)透射的激光經所述高速數字掃描振鏡一(5)、高速數字掃描振鏡二(6)，高速數字掃描振鏡二(6)反射至所述掃描透鏡(7)，掃描透鏡(7)將激光聚焦至待測樣品(8)形成聚焦光斑，所述待測樣品(8)置于三維微位移載物臺(9)上；

所述待測樣品(8)表面激發出的熒光依次經過掃描透鏡(7)、高速數字掃描振鏡二(6)、高速數字掃描振鏡一(5)、和PBS一(4)反射后，經濾光片(10)透射，透射光被PBS二(11)分為兩束光，一束光經過收集透鏡一(12)和多模光纖一(13)后，被PMT一(14)收集；另一束光經過收集透鏡二(15)和多模光纖二(16)后，被PMT二(17)收集。

2.根據權利要求1所述的一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置，其特征在于，所述的掃描透鏡(7)的數值孔徑小于0.1。

3.根據權利要求1所述的一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置，其特征在于，所述的掃描透鏡(7)具有50mm×50mm的視場，Z方向最大測量范圍為100mm。

4.根據權利要求1所述的一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置，其特征在于，激光器(1)發射波長為532nm，激光器(1)發出的激光經過掃描透鏡(7)后光功率大于0W且小于0.8W。

5.根據權利要求1所述的一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓的測量裝置，其特征在于，采用雙振鏡系統，所述高速數字掃描振鏡一(5)的尺寸大于高速數字掃描振鏡一(5)上光斑直徑的2倍。

6.根據權利要求書1所述的一種大口徑自由曲面樣品表面輪廓差動測量裝置，其特征在于，所述的多模光纖一(13)位于收集透鏡(12)焦面之后，多模光纖二(16)位于收集透鏡二(15)焦面之前，且多模光纖一(13)與收集透鏡(12)焦面之間的距離等于多模光纖二(16)與收集透鏡二(15)焦面之間的距離。

7.基于權利要求1所述裝置的表面輪廓差動測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a、在待測樣品(8)表面鍍一層熒光物質；

步驟b、激光器(1)發出的激光經所述準直鏡(2)后形成平行光，平行光經所述光闌(3)入射至所述PBS一(4)，由PBS一(4)透射的激光經所述高速數字掃描振鏡一(5)、高速數字掃描振鏡二(6)，高速數字掃描振鏡二(6)反射至所述掃描透鏡(7)，由掃描透鏡(7)將激光聚焦至待測樣品(8)的表面，并形成聚焦光斑，所述待測樣品(8)置于三維微位移載物臺(9)上；

步驟c、待測樣品(8)上的聚焦光斑激發表面熒光物質，其激發出的散射光透過收集透鏡一(12)和收集透鏡二(15)收集，而后經由多模光纖一(13)和多模光纖二(16)濾除雜散光，再經由PMT一(14)和PMT二(17)收集信號，對PMT一(14)和PMT二(17)產生的兩路信號進行差分運算得到差動響應曲線，通過差動響應曲線零點來確定待測樣品(8)的表面位置；

步驟d、使三維微位移載物臺(9)帶動待測樣品(8)三維移動掃描，重復步驟c，得到待測樣品(8)在不同掃描位置的表面位置，形成三維掃描成像，完成樣品的表面輪廓測量。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟d之后還包括：

步驟e、清洗鍍膜樣品。