测距装置及测距方法制造方法及图纸

本申请提供了一种测距装置及测距方法。测距装置包括：宽谱光源，用于输出初始高斯光束；光分合器，用于将初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束；测距探头，用于将第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并输出至待测物面，并将返回的第一光束转换为第二光束；参考组件，透镜组件用于将第二高斯光束转换为第三光束出射至参考物面，并将返回的第四光束转换为第五光束；光分合器还用于将第五光束与第二光束合束为第六光束；光谱仪，接收第六光束并进行功率谱测量得到干涉功率谱；以及数据处理机，接收干涉功率谱并计算光程差。本申请提供的测距装置在提高横向采样分辨率的同时，还提高了纵向测距量程，并保持了量程范围内横向采样分辨率的一致。样分辨率的一致。样分辨率的一致。

【技术实现步骤摘要】
测距装置及测距方法


[0001]本申请涉及测量距离领域，具体涉及一种测距装置及测距方法。

技术介绍

[0002]谱干涉位移计广泛用于微位移测量、外观轮廓测量等在线检测领域，通常采用会聚的高斯光束进行距离测量，其量程一般受限于高斯光束束腰两侧的瑞利长度。为了获得高横向采样分辨率，以匹配其高纵向测量精度，谱干涉位移计在测量范围内的光束半径不能太大，但高斯光束的束腰尺寸越小，其瑞利长度越短，因此谱干涉位移计的量程往往较小。

技术实现思路

[0003]第一方面，本申请实施方式提供了一种测距装置。所述测距装置包括：宽谱光源，用于输出初始高斯光束；光分合器，用于将所述初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束；测距探头，用于将所述第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并发射出去，所述测距探头包括第一凸锥透镜，所述第一凸锥透镜用于输出所述第一贝塞尔光束至待测物面，其中，所述第一贝塞尔光束具有无衍射区段，所述测距探头还用于接收被待测物面沿原光路反射或后向散射所述第一贝塞尔光束形成的第一光束，并将所述第一光束转换为会聚的第二光束至所述光分合器；参考组件，包括透镜组件及参考物面，所述透镜组件用于将所述第二高斯光束转换为会聚的第三光束后发射至所述参考物面，并接收被参考物面沿原光路反射或后向散射第三光束形成的第四光束，所述透镜组件还用于将所述第四光束转换为会聚的第五光束至所述光分合器，所述第五光束与所述第二光束经由所述光分合器合束后发生干涉形成第六光束；光谱仪，接收所述第六光束，用于对其进行功率谱测量得到干涉功率谱；以及数据处理机，电连接所述光谱仪，用于接收所述干涉功率谱，并根据所述干涉功率谱计算光程差，进而计算所述待测物面相对于等效参考物面的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。
[0004]其中，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段的长度与入射至所述第一凸锥透镜的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜的底角角度成反比。
[0005]其中，所述测距探头还包括：第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；所述第一凸锥透镜设于所述第三高斯光束的束腰处，用于将所述第三高斯光束转换为所述第一贝塞尔光束并发射出去，所述第一凸锥透镜还用于接收第一光束，并将所述
第一光束转换为准直的第七光束至所述第一准直镜，所述第七光束经由所述第一准直镜转换为所述第二光束；所述透镜组件包括：第二准直镜，所述第二准直镜用于将所述第二高斯光束转换为准直的第四高斯光束；以及聚焦透镜，设于所述第四高斯光束的束腰处，用于将所述第四高斯光束转换为所述第三光束，还用于接收所述第四光束并转换为准直的第八光束至所述第二准直镜，所述第八光束经由所述第二准直镜转换为所述第五光束。
[0006]其中，所述第一准直镜的厚度及外径与所述第二准直镜的厚度及外径相等；所述聚焦透镜为凸锥透镜，所述聚焦透镜与所述第一凸锥透镜相同；或者，所述聚焦透镜为非凸锥透镜，所述透镜组件还包括：色散补偿器，所述色散补偿器设于所述第二准直镜与所述聚焦透镜之间，用于补偿参考光路与样品光路之间的色散，其中，所述参考光路为所述光分合器与所述参考物面之间的传输光路，所述样品光路为所述光分合器与所述待测物面之间的传输光路。
[0007]其中，所述测距探头还包括：第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；凹锥透镜，所述凹锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第一环形空心光束；以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述凹锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述凹锥透镜的凹陷锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述发散的第一环形空心光束转换为准直的第二环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。
[0008]其中，所述测距探头还包括：第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；第三凸锥透镜，所述第三凸锥透镜设于所述第一准直镜与所述第一凸锥透镜之间，用于将所述第三高斯光束转换为发散的第三环形空心光束；以及第二凸锥透镜，所述第二凸锥透镜设于所述第三凸锥透镜与所述第一凸锥透镜之间，所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构相对设置，且所述第二凸锥透镜的凸出锥面结构的底角与所述第三凸锥透镜的凸出锥面结构的底角相等，所述第二凸锥透镜用于将所述第三环形空心光束转换为准直的第四环形空心光束并出射至所述第一凸锥透镜。
[0009]其中，所述测距装置还包括：遮光罩，包括至少一个光阑，所述遮光罩对应所述第一凸锥透镜设置，且位于所述第一凸锥透镜背离所述光分合器一侧，所述遮光罩用于对所述第一光束中的杂散光进行遮光过滤。
[0010]第二方面，本申请实施方式还提供了一种测距方法，所述测距方法包括：
投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束；接收所述第一光束转换为会聚的第二光束，接收所述第四光束准换为会聚的第五光束；将所述第二光束及所述第五光束合束为干涉的第六光束，并对所述第六光束的干涉进行功率谱测量，得到干涉功率谱；根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差，其中，所述第二光束的光程对应为投射所述第一贝塞尔光束至所述待测物面并返回的总光程，所述第五光束的光程对应为投射所述第三光束至所述参考物面并返回的总光程；以及根据所述光程差计算出所述待测物面相对于等效参考物面之间的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。
[0011]其中，在所述“投射具有无衍射特征的细长针状的第一贝塞尔光束在待测物面，形成沿原光路反射或后向散射的第一光束，投射会聚的第三光束在参考物面，形成沿原光路反射或后向散射的第四光束”之后，在所述“接收所述第一光束转换为会聚的第二光束，接收所述第四光束准换为会聚的第五光束”之前，所述测距方法还包括：对所述第一光束中的杂散光进行遮光过滤。
[0012]其中，所述“根据所述干涉功率谱得到合成所述第六光束的第二光束与第五光束之间的光程差”包括：识别所述干涉功率谱中干涉光的强度主峰；以及对所述干涉光的强度主峰的分布进行拟合计算，得出干涉光的精确光程差。
[0013]本申请提供了一种测距装置，所述测距装置包括宽谱光源、光分合器、测距探头、参考组件、光谱仪及数据处理机，所述光分合器将所述宽谱光源输出的初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束，所述测距探头用于将所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测距装置，其特征在于，所述测距装置包括：宽谱光源，用于输出初始高斯光束；光分合器，用于将所述初始高斯光束分束为第一高斯光束及第二高斯光束；测距探头，用于将所述第一高斯光束转换为第一贝塞尔光束并发射出去，所述测距探头包括第一凸锥透镜，所述第一凸锥透镜用于输出所述第一贝塞尔光束至待测物面，其中，所述第一贝塞尔光束具有无衍射区段，所述测距探头还用于接收被待测物面沿原光路反射或后向散射所述第一贝塞尔光束形成的第一光束，并将所述第一光束转换为会聚的第二光束至所述光分合器；参考组件，包括透镜组件及参考物面，所述透镜组件用于将所述第二高斯光束转换为会聚的第三光束后发射至所述参考物面，并接收被参考物面沿原光路反射或后向散射第三光束形成的第四光束，所述透镜组件还用于将所述第四光束转换为会聚的第五光束至所述光分合器，所述第五光束与所述第二光束经由所述光分合器合束后发生干涉形成第六光束；光谱仪，接收所述第六光束，用于对其进行功率谱测量得到干涉功率谱；以及数据处理机，电连接所述光谱仪，用于接收所述干涉功率谱，并根据所述干涉功率谱计算光程差，进而计算所述待测物面相对于等效参考物面的距离，以得到所述待测物面的位移变化，其中，所述等效参考物面为所述参考物面等效至与所述待测物面同一光束传输路径的物面。2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述第一贝塞尔光束的无衍射区段的长度与入射至所述第一凸锥透镜的准直光束的束腰半径成正比，与所述第一凸锥透镜的底角角度成反比。3.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距探头还包括：第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；所述第一凸锥透镜设于所述第三高斯光束的束腰处，用于将所述第三高斯光束转换为所述第一贝塞尔光束并发射出去，所述第一凸锥透镜还用于接收所述第一光束，并将所述第一光束转换为准直的第七光束至所述第一准直镜，所述第七光束经由所述第一准直镜转换为所述第二光束；所述透镜组件包括：第二准直镜，所述第二准直镜用于将所述第二高斯光束转换为准直的第四高斯光束；以及聚焦透镜，设于所述第四高斯光束的束腰处，用于将所述第四高斯光束转换为所述第三光束，还用于接收所述第四光束并转换为准直的第八光束至所述第二准直镜，所述第八光束经由所述第二准直镜转换为所述第五光束。4.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述第一准直镜的厚度及外径与所述第二准直镜的厚度及外径相等；所述聚焦透镜为凸锥透镜，所述聚焦透镜与所述第一凸锥透镜相同；或者，所述聚焦透镜为非凸锥透镜，所述透镜组件还包括：色散补偿器，所述色散补偿器设于所述第二准直镜与所述聚焦透镜之间，用于补偿参
考光路与样品光路之间的色散，其中，所述参考光路为所述光分合器与所述参考物面之间的传输光路，所述样品光路为所述光分合器与所述待测物面之间的传输光路。5.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距探头还包括：第一准直镜，所述第一准直镜相较于所述第一凸锥透镜靠近所述光分合器设置，所述第一准直镜用于将所述第一高斯光束转换为准直的第三高斯光束；凹锥透镜，所述凹锥透镜设于所述第一准直镜与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王三宏，金少峰，杨灏，
申请(专利权)人：深圳市深视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：