本发明专利技术公开了一种基于共焦显微技术的大口径非球面谐衍射样品测量装置与方法，所述装置由共焦显微模块、直线运动平台模块和被测样品构成，所述的共焦显微模块的照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、准直镜、光阑、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、滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；所述的照明模块、探测模块共用物镜与分光棱镜；所述的直线运动平台模块为气浮直线导轨；所述的被测样品为非球面谐衍射元件的待测样品。本发明专利技术首次通过共焦技术进行大口径谐衍射元件轮廓测量，提出了曲面基底台阶高度计算方法，不仅拟合精度高，而且可以进行对宏微结合的复杂面形的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学精密测量
，涉及一种利用共焦显微技术测量大口径非球面谐衍射样品表面轮廓的装置和方法。
技术介绍
现代光学系统的性能提升依赖于光学元器件的发展。衍射光学元件其表面具有丰富的结构特征，具有负色散、负热差的特性，为光学系统提供了更多的设计自由度，因此被广泛地应用于现代光学系统，尤其是红外光学系统当中。非球面基底谐衍射元件是在非球面上设计谐衍射面，其母线轮廓是宏观的非球面上叠加微米级台阶而形成的离散曲线，因此干涉测量法不适合测量此类样品。非球面基底谐衍射元件是回转对称加工而成，目前用来测量此类元件轮廓的成熟的产品原理是机械触针法。机械触针式测量法测量速度快、测量精度较高，技术比较成熟，但是机械触针法的横向分辨力不高、受限于触针大小，并且机械触针容易划伤光学元件表面。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于共焦显微技术的大口径非球面谐衍射样品测量装置与方法，从非球面基底谐衍射元件的自身轮廓特点出发，以共焦扫描原理作为测量手段，研究了曲面基底台阶高度算法，实现了对非球面基底谐衍射光学元件母线轮廓的非接触无损测量。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于共焦显微技术的大口径非球面谐衍射样品测量装置，包括共焦显微模块、直线运动平台模块和被测样品，其中：所述的共焦显微模块由照明模块和探测模块两部分构成；所述的照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、准直镜、光阑、分光棱镜和物镜；所述的探测模块按照信号光传播方向依次为：物镜、分光棱镜、滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；所述的照明模块、探测模块共用物镜与分光棱镜；所述的直线运动平台模块为气浮直线导轨；所述的照明模块中激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜之后形成平行光，再经过分光棱镜反射和物镜透射后，在被测样品上形成聚焦光斑；所述的被测样品表面反射的光束依次经过物镜、分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集；所述的气浮直线导轨带动被测样品横向移动，使被测样品不同位置被测量，得到被测样品的二维轮廓；所述的被测样品为非球面谐衍射元件的待测样品。一种利用上述基于共焦显微技术的非球面谐衍射样品测量装置测量非球面谐衍射样品的方法，采用多项式回归算法计算曲面基底台阶高度，采用Levenberg-Marquardt算法拟合非球面基底参数，具体实施步骤如下：步骤a、激光器发出激发光，激光光束经过准直物镜之后形成平行光，平行光束经过分光棱镜反射和物镜透射后在被测样品上形成聚焦光斑；步骤b、聚焦光斑反射经过物镜、分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集，通过轴向响应曲线顶点位置来确定被测样品表面位置；步骤c、气浮直线导轨带动被测样品二维移动，形成表面轮廓扫描成像；步骤d、采用多项式回归算法计算曲面基底台阶高度，提取非球面基底，拟合出最后样品的非球面曲线；步骤e、对分离台阶后的非球面基底数据采用Levenberg-Marquardt算法进行非球面拟合，得到被测元件轮廓曲线及轮廓误差。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术首次通过共焦技术进行大口径谐衍射元件轮廓测量，提出了曲面基底台阶高度计算方法，不仅拟合精度高，而且可以进行对宏微结合的复杂面形的测量。2、本专利技术能够测量非球面谐衍射元件表面二维轮廓同时对局部台阶部位进行三维轮廓扫描，同现有方法相比，由于无需结合机械扫描与多角度探测器技术，因此可以避免机械扫描与多角度探测器技术带来的不确定度，提高测量精度。3、由于省略了机械扫描装置或多探测器，采用光学非接触式测量方法，因此又避免了对被测样品的损伤。附图说明图1为大口径非球面谐衍射样品轮廓测量装置；图2为本专利技术基于共焦显微技术的非球面谐衍射元件测量装置中共焦显微模块结构示意图；图3为本专利技术基于共焦显微技术的非球面谐衍射元件测量方法流程图；图4为非球面谐衍射元件的轮廓测量数据。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：如图1和2所示，本实施方式提供的基于共焦显微技术的光滑大曲率样品测量装置包括共焦显微模块A、直线运动平台模块B和被测样品7，其中：所述的共焦显微模块A由照明模块和探测模块两部分构成；所述的照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器1、准直镜3、光阑4、分光棱镜5和物镜6；所述的探测模块按照信号光传播方向依次为：物镜6、分光棱镜5、滤光片9、收集透镜10、针孔11和光电探测器12；所述的照明模块、探测模块共用物镜6与分光棱镜5；所述的直线运动平台模块B为气浮直线导轨8；所述的照明模块中激光器1发出激光光束2，激光光束2经过准直镜3之后形成平行光，再经过分光棱镜5反射和物镜6透射后，在被测样品7上形成聚焦光斑；所述的被测样品7表面激发出的反射光依次经过物镜6、分光棱镜5、滤光片9、收集透镜10和针孔11后，被光电探测器12收集；所述的气浮直线导轨8带动被测样品7横向移动，使被测样品7不同位置被测量，得到被测样品7的二维轮廓；所述的被测样品7为非球面谐衍射元件的待测样品。本实施方式中，所述的激光器1发射波长范围为532nm，照明光经过物镜后光功率小于100mW。本实施方式中，所述的针孔11位于收集透镜10的后焦面上。本实施方式中，所述的被测样品7口径最大为120mm，失高最大为12mm。具体实施方式二：本实施方式提供了一种基于共焦技术的非球面谐衍射元件测量方法，用于非球面谐衍射元件的表面轮廓。如图3所示，具体实施步骤如下：步骤a、本实施方式选择的被测样品7是非球面基底谐衍射元件，其母线轮廓是宏观的非球面上叠加微米级台阶而形成的离散曲线的特殊衍射原件；步骤b、激光器1发出激发光，激光光束2经过准直物镜3之后形成平行光，平行光束经过分光棱镜5反射和物镜6透射后在被测样品7上形成聚焦光斑；步骤c、聚焦光斑反射经过光电探测器12收集后，通过轴向响应曲线顶点位置来确定被测样品7的表面位置；步骤d、气浮直线导轨8带动被测样品7二维移动，形成表面轮廓扫描成像；步骤e、非球面谐衍射元件是非球面基底上叠加台阶项而形成的特殊的宏微结合的复杂轮廓，这里我们采用多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于共焦显微技术的大口径非球面谐衍射样品测量装置，其特征在于所述装置由共焦显微模块、直线运动平台模块和被测样品构成，其中：所述的共焦显微模块由照明模块和探测模块两部分构成；所述的照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、准直镜、光阑、分光棱镜和物镜；所述的探测模块按照信号光传播方向依次为：物镜、分光棱镜、滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；所述的照明模块、探测模块共用物镜与分光棱镜；所述的直线运动平台模块为气浮直线导轨；所述的照明模块中激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜之后形成平行光，再经过分光棱镜反射和物镜透射后，在被测样品上形成聚焦光斑；所述的被测样品表面反射的光束依次经过物镜、分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集；所述的气浮直线导轨带动被测样品横向移动，使被测样品不同位置被测量，得到被测样品的二维轮廓；所述的被测样品为非球面谐衍射元件的待测样品。
【技术特征摘要】
1.一种基于共焦显微技术的大口径非球面谐衍射样品测量装置，
其特征在于所述装置由共焦显微模块、直线运动平台模块和被测样品
构成，其中：
所述的共焦显微模块由照明模块和探测模块两部分构成；
所述的照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、准直镜、
光阑、分光棱镜和物镜；
所述的探测模块按照信号光传播方向依次为：物镜、分光棱镜、
滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；
所述的照明模块、探测模块共用物镜与分光棱镜；
所述的直线运动平台模块为气浮直线导轨；
所述的照明模块中激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜之
后形成平行光，再经过分光棱镜反射和物镜透射后，在被测样品上形
成聚焦光斑；
所述的被测样品表面反射的光束依次经过物镜、分光棱镜、滤光
片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集；
所述的气浮直线导轨带动被测样品横向移动，使被测样品不同位
置被测量，得到被测样品的二维轮廓；
所述的被测样品为非球面谐衍射元件的待测样品。
2.根据权利要求1所述的基于共焦显微技术的大口径非球面谐
衍射样品测量装置，其特征在于所述的激光器发射波长范围为
532nm，照明光经过物镜后光功率小于100mW。
3.根据权利要求1所述的基于共焦显微技术的大口径非球面谐
衍射样品测量装置，其特征在于所述的针孔位于收集透镜的后焦面
上。
4.根据权利要求1所述的基于共焦显微技术的大口径非球面谐
衍射样品测量装置，其特征在于所述的被测样品口径最大为120mm，<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，谭久彬，谷康，王宇航，牛斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。