横向快速扫描共焦测量装置及基于该装置的光学元件表面轮廓测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106908012A(43)申请公布日2017.06.30(21)申请号201710103553.3(22)申请日2017.02.24(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人刘俭王宇航谷康谭久彬(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人岳泉清(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称横向快速扫描共焦测量装置及基于该装置的光学元件表面轮廓测量方法(57)摘要横向快速扫描共焦测量装置及基于该装置的光学元件表面轮廓测量方法，属于光学领域，本发明为解决现有共焦逐点测量时轴向扫描效率低，导致对样品长时间照明容易引起中介层荧光猝灭，影响最终的面形测量精度的问题。本发明包括照明模块、扫描模块、探测模块和宽场成像模块；照明模块按照照明光传播方向依次为激光器、单模光纤、准直器、二向色镜、分光棱镜和物镜；探测模块按照信号光传播方向依次为物镜、分光棱镜、二向色镜、滤光片、第一收集透镜、多模光纤和光电倍增管；扫描模块包括二维扫描振镜、扫描透镜和管镜；宽场成像模块包括CCD和第二收集透镜。本发明用于大口径高曲率光学元件的测量。CN106908012ACN106908012A权利要求书1/1页1.横向快速扫描共焦测量装置，其特征在于，该测量装置包括照明模块、扫描模块、探测模块和宽场成像模块；照明模块按照照明光传播方向依次为激光器(1)、单模光纤(2)、准直器(3)、二向色镜(4)、分光棱镜(9)和物镜(10)；探测模块按照信号光传播方向依次为物镜(10)、分光棱镜(9)、二向色镜(4)、滤光片(5)、第一收集透镜(15)、多模光纤(16)和光电倍增管(6)；扫描模块包括二维扫描振镜(14)、扫描透镜(13)和管镜(12)；宽场成像模块包括CCD(7)和第二收集透镜(8)；激光器(1)发出激光光束，激光光束通过单模光纤(2)入射至准直器(3)，经过准直器(3)准直后形成平行光入射至二向色镜(4)，经过二向色镜(4)的透射光依次经过二维扫描振镜(14)、扫描透镜(13)、管镜(12)、分光棱镜(9)和物镜(10)，在待测样品(11)上形成聚焦光斑；待测样品(11)表面激发出的反射光通过物镜(10)入射至分光棱镜(9)，经过分光棱镜(9)的反射光入射至第二收集透镜(8)，经过第二收集透镜(8)后入射至CCD(7)；经过分光棱镜(9)的透射光依次经过管镜(12)、扫描透镜(13)和二维扫描振镜(14)，入射至二向色镜(4)，经过二向色镜(4)的反射光依次经过滤光片(5)和第一收集透镜(15)，通过多模光纤(16)被光电倍增管(6)收集。2.根据权利要求1所述的横向快速扫描共焦测量装置，其特征在于，所述激光器(1)的发射波长为532nm，照明光经过物镜(10)后光功率小于30mW。3.根据权利要求1所述的横向快速扫描共焦测量装置，其特征在于，多模光纤(16)位于第一收集透镜(15)的后焦面上。4.根据权利要求1所述的横向快速扫描共焦测量装置，其特征在于，待测样品(11)安装在气浮直线导轨上。5.基于权利要求1或4所述横向快速扫描共焦测量装置的光学元件表面轮廓测量方法，其特征在于，该测量方法的具体过程为：步骤1、激光器(1)发出激光光束，激光光束经过准直器(3)后形成平行光，平行光经过扫描模块、分光棱镜(9)和物镜(10)后，在待测样品(11)上形成聚焦光斑；步骤2、待测样品(11)表面激发出的反射光经过物镜(10)、分光棱镜(9)、扫描模块、二向色镜(4)、滤光片(5)和第一收集透镜(15)，被光电倍增管(6)收集，获得初始位置的电压值；步骤3、根据电压值获得被测点的横向包络曲线，通过包络解算获得被测点的横向坐标；步骤4、通过调节扫描模块的二维扫描振镜(14)，使聚焦光斑在待测样品(11)的表面产生横向平移，通过光电倍增管(6)获得当前位置的电压值；步骤5、根据电压值获得光束横向扫描时所有被测点的横向包络曲线，通过包络解算获得所有被测点的横向坐标，形成表面轮廓扫描成像。2CN106908012A说明书1/3页横向快速扫描共焦测量装置及基于该装置的光学元件表面轮廓测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种横向快速扫描共焦测量装置及利用共焦显微技术测量倾斜样品表面面形的方法，属于光学精密测量技术领域。背景技术[0002]现代光学系统的性能提升依赖于光学元器件的发展。大口径高曲率光学元件如共形光学头罩、离轴反射镜等在国防军事、空间探测等众多领域中扮演着十分重要的角色，其面形精度直接影响了光学系统的性能。基于中介层散射的共焦测量方法，利用物理气相沉积技术，在