[發(fā)明專利]基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測量裝置及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710104131.8
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106643557B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉儉;王宇航;谷康;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測量裝置及其測量方法，屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有微觀結(jié)構(gòu)的測量方法測量范圍有限，無法進行大口徑光學(xué)元件測量的問題。本發(fā)明包括共焦顯微模塊、直線運動平臺模塊和旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊，共焦顯微三維測量模塊包括第一激光器、第一分光棱鏡、二維掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡、第一物鏡、第一收集透鏡和第一光電探測器；共焦光學(xué)探針模塊包括第二激光器、第二分光棱鏡、第二物鏡、第二收集透鏡和第二光電探測器；共焦光學(xué)探針模塊用于完成宏觀結(jié)構(gòu)的三維測量，共焦顯微三維測量模塊用于完成微觀結(jié)構(gòu)的三維測量。本發(fā)明用于測量復(fù)雜面形的光學(xué)元件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種宏微結(jié)合面形的測量裝置及其測量方法，屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代超精密加工技術(shù)與計算機科學(xué)的發(fā)展，光學(xué)元件面形精度越來越高，結(jié)構(gòu)特征越來越豐富。為了滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的性能要求，具有宏微結(jié)合面形特點的光學(xué)元件被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中，其特點是在宏觀尺寸元件上復(fù)合微觀特殊結(jié)構(gòu)，因此這類光學(xué)元件的面形測量成為了亟待解決的問題。目前機械觸針式輪廓儀和光學(xué)干涉測量儀是解決宏觀光學(xué)元件的重要手段，但是其并不能同時解決微觀結(jié)構(gòu)測量問題；而解決微觀結(jié)構(gòu)的測量方法如原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、光學(xué)干涉等，測量范圍有限，不能很好的解決大口徑光學(xué)元件測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有微觀結(jié)構(gòu)的測量方法測量范圍有限，無法進行大口徑光學(xué)元件測量的問題，提供了一種基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測量裝置及其測量方法。

本發(fā)明所述基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測量裝置，該裝置包括共焦顯微模塊、直線運動平臺模塊和旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊，共焦顯微模塊包括共焦顯微三維測量模塊和共焦光學(xué)探針模塊；

旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊上端面的中央固定有支柱，直線運動平臺模塊安裝在支柱的橫梁上，直線運動平臺模塊在橫梁上沿X向運動，旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊在XY平面上旋轉(zhuǎn)，直線運動平臺模塊的外側(cè)分別安裝有共焦顯微三維測量模塊和共焦光學(xué)探針模塊，待測樣品放置在旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊的工作臺面上；

共焦顯微三維測量模塊包括第一激光器、第一分光棱鏡、二維掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡、第一物鏡、第一收集透鏡和第一光電探測器；

第一激光器發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過第一分光棱鏡的分光后，依次經(jīng)過二維掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡和第一物鏡，在待測樣品上形成聚焦光斑，通過二維掃描振鏡偏轉(zhuǎn)使聚焦光斑在待測樣品上進行二維掃描，待測樣品表面反射的光束依次經(jīng)過第一物鏡、管鏡、二維掃描振鏡、第一分光棱鏡和第一收集透鏡，通過多模光纖被第一光電探測器收集；

共焦光學(xué)探針模塊包括第二激光器、第二分光棱鏡、第二物鏡、第二收集透鏡和第二光電探測器；

第二激光器發(fā)出的激光光束，激光光束經(jīng)過第二分光棱鏡，然后通過第二物鏡在待測樣品上形成聚焦光斑，待測樣品表面反射的光束經(jīng)過第二物鏡、第二分光棱鏡和第二收集透鏡，通過多模光纖被第二光電探測器收集。

本發(fā)明所述基于共焦顯微原理的宏微結(jié)合面形測量裝置的測量方法，該測量方法包括宏觀結(jié)構(gòu)的三維測量和微觀結(jié)構(gòu)的三維測量；宏觀結(jié)構(gòu)的三維測量采用共焦光學(xué)探針模塊完成，微觀結(jié)構(gòu)的三維測量采用共焦顯微三維測量模塊完成。

宏觀結(jié)構(gòu)的三維測量的具體過程為：

步驟1、共焦光學(xué)探針模塊的第二激光器發(fā)出激光光束，經(jīng)過第二分光棱鏡和第二物鏡后在待測樣品上形成聚焦光斑，待測樣品表面反射的光束經(jīng)過第二物鏡、第二分光棱鏡和第二收集透鏡，通過多模光纖被第二光電探測器收集，通過軸向響應(yīng)曲線頂點位置確定待測樣品的表面位置；

步驟2、直線運動平臺模塊帶動共焦顯微三維測量模塊沿X向移動，形成宏觀二維輪廓掃描測量；

步驟3、旋轉(zhuǎn)運動平臺模塊帶動待測樣品在XY平面上旋轉(zhuǎn)，完成待測樣品的宏觀三維面形測量。