[發明專利]基于權值分配的共焦測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202211087003.4
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115307574A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 楊永強;王廷煜;王之一;王建立;糜小濤;楊禹凱;全勝;姚凱男;劉昌華
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/26
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

本發明提供一種基于權值分配的共焦測量系統及測量方法，共焦測量系統通過位置測量單元中的差動共焦測量組件進行位置距離的測量；通過在差動共焦光路的基礎上，加入角度測量單元進而構建測角光路，實現對測量位置的同時進行傾斜角度的測量。本發明所提供的技術方案解決了現有技術中差動共焦顯微測距的同時不能測傾斜角度的問題。光學系統的光路簡單易于實現。角度測量組件分光測角光路結構簡單，成本低。實現了在差動共焦測距的同時，獲取待測位置傾斜角度信息，在光學形貌測量，尤其在對微小表面缺陷識別中精度更高。

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，具體涉及一種基于權值分配的共焦測量系統及測量方法。

背景技術

在光學元件的超精密制造領域中，為實現對加工成型的自由曲面鏡的形狀和面型等參數的高精度檢測，要求測量設備所使用的測量探針不僅要具有納米級的高空間分辨率，還要求具備非接觸等技術特性。共焦顯微鏡以及差動共焦顯微鏡廣泛應用于工業中，是十分理想的光學探針，用于自由曲面的三維輪廓檢測。

但是現有技術中，發表在Optics Letters中的Aperture-coded confocalprofilometry，提出了一種孔徑編碼的共聚焦顯微鏡。通過傾斜被測表面，從樣品表面反射的光束將被設計的孔徑部分阻擋。因此，通過分析反射光束的強度，可以同時測量表面高度和傾斜角。然而，這種方法僅限于測量沿一個方向的傾斜角度，而測量點的傾斜角度往往是二維的

激光差動共焦顯微測量若通過分別單獨獲取離散點的二維傾角和空間位置信息，則會存在兩方面的累積誤差，無法提供準確的自由曲面的三維數據。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提出了基于權值分配的共焦測量系統及測量方法。

為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

本發明提供一種基于權值分配的共焦測量系統，包括位置測量單元、角度測量單元；其中，

所述位置測量單元包括沿光路依次設置的第一分束鏡、第一聚焦透鏡、第二分束鏡、差動共焦測量組件；

所述角度測量單元包括沿光路依次設置的多面體棱鏡、角度測量組件；

激光光束入射至所述第一分束鏡，經所述第一分束鏡透射至所述第一聚焦透鏡進行聚焦，聚焦后的光束入射至所述待測物，經所述待測物表面反射后穿過所述第一聚焦透鏡后，入射至所述第一分束鏡，經所述第一分束鏡反射至所述第二分束鏡進行分光，一部分光束被反射作為角度測量光束入射至所述多面體棱鏡，所述多面體棱鏡將入射的角度測量光束進行分束后入射至所述角度測量組件，所述角度測量組件根據入射光束的強度的權值分布獲取所述待測物表面待測點的角度信息，另一部分被透射作為位置測量光束入射至所述差動共焦測量組件進行位置測量，通過所述差動共焦測量組件獲取所述待測物表面待測點的位置信息，并結合所述角度信息同時獲取所述待測物的面型信息和表面傾角信息。

進一步地，所述多面體棱鏡為四面體棱鏡，且所述四面體棱鏡的三個側面鍍有反射膜。

進一步地，所述角度測量組件為沿光路依次設置的聚焦透鏡組、光電探測器組；

所述聚焦透鏡組包括第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡、第四聚焦透鏡；

所述光電探測器組包括第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器；

經所述四面體棱鏡各個側面反射的角度測量光束依次入射至所述第二聚焦透鏡、所述第三聚焦透鏡和所述第四聚焦透鏡，經相應的聚焦透鏡聚光后依次入射至所述第一光電探測器、所述第二光電探測器和所述第三光電探測器。

進一步地，所述差動共焦測量組件包括干涉測距儀、傳動組件、第三分束鏡、焦前聚焦透鏡、焦前針孔、焦前光電探測器、焦后聚焦透鏡、焦后針孔、焦后光電探測器；其中，