基于权值分配的共焦测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于权值分配的共焦测量系统及测量方法，共焦测量系统通过位置测量单元中的差动共焦测量组件进行位置距离的测量；通过在差动共焦光路的基础上，加入角度测量单元进而构建测角光路，实现对测量位置的同时进行倾斜角度的测量。本发明专利技术所提供的技术方案解决了现有技术中差动共焦显微测距的同时不能测倾斜角度的问题。光学系统的光路简单易于实现。角度测量组件分光测角光路结构简单，成本低。实现了在差动共焦测距的同时，获取待测位置倾斜角度信息，在光学形貌测量，尤其在对微小表面缺陷识别中精度更高。小表面缺陷识别中精度更高。小表面缺陷识别中精度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于权值分配的共焦测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于光学检测
，具体涉及一种基于权值分配的共焦测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]在光学元件的超精密制造领域中，为实现对加工成型的自由曲面镜的形状和面型等参数的高精度检测，要求测量设备所使用的测量探针不仅要具有纳米级的高空间分辨率，还要求具备非接触等技术特性。共焦显微镜以及差动共焦显微镜广泛应用于工业中，是十分理想的光学探针，用于自由曲面的三维轮廓检测。
[0003]但是现有技术中，发表在Optics Letters中的Aperture
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coded confocal profilometry，提出了一种孔径编码的共聚焦显微镜。通过倾斜被测表面，从样品表面反射的光束将被设计的孔径部分阻挡。因此，通过分析反射光束的强度，可以同时测量表面高度和倾斜角。然而，这种方法仅限于测量沿一个方向的倾斜角度，而测量点的倾斜角度往往是二维的
[0004]激光差动共焦显微测量若通过分别单独获取离散点的二维倾角和空间位置信息，则会存在两方面的累积误差，无法提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于权值分配的共焦测量系统，其特征在于，包括位置测量单元、角度测量单元；其中，所述位置测量单元包括沿光路依次设置的第一分束镜、第一聚焦透镜、第二分束镜、差动共焦测量组件；所述角度测量单元包括沿光路依次设置的多面体棱镜、角度测量组件；激光光束入射至所述第一分束镜，经所述第一分束镜透射至所述第一聚焦透镜进行聚焦，聚焦后的光束入射至所述待测物，经所述待测物表面反射后穿过所述第一聚焦透镜后，入射至所述第一分束镜，经所述第一分束镜反射至所述第二分束镜进行分光，一部分光束被反射作为角度测量光束入射至所述多面体棱镜，所述多面体棱镜将入射的角度测量光束进行分束后入射至所述角度测量组件，所述角度测量组件根据入射光束的强度的权值分布获取所述待测物表面待测点的角度信息，另一部分被透射作为位置测量光束入射至所述差动共焦测量组件进行位置测量，通过所述差动共焦测量组件获取所述待测物表面待测点的位置信息，并结合所述角度信息同时获取所述待测物的面型信息和表面倾角信息。2.根据权利要求1所述的基于权值分配的共焦测量系统，其特征在于，所述多面体棱镜为四面体棱镜，且所述四面体棱镜的三个侧面镀有反射膜。3.根据权利要求2所述的基于权值分配的共焦测量系统，其特征在于，所述角度测量组件为沿光路依次设置的聚焦透镜组、针孔组、光电探测器组；所述聚焦透镜组包括第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜；所述针孔组包括第一针孔、第二针孔、第三针孔；所述光电探测器组包括第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器；经所述四面体棱镜各个侧面反射的角度测量光束分别入射至所述第一聚焦透镜、所述第二聚焦透镜和所述第三聚焦透镜，经相应的聚焦透镜聚光后，分别穿过所述第一针孔、所述第二针孔、所述第三针孔，分别入射至所述第一光电探测器、所述第二光电探测器和所述第三光电探测器。4.根据权利要求1所述的基于权值分配的共焦测量系统，其特征在于，所述差动共焦测量组件包括干涉测距仪、传动组件、第三分束镜、焦前聚焦透镜、焦前针孔、焦前光电探测器、焦后聚焦透镜、焦后针孔、焦后光电探测器；其中，所述传动组件与所述第一聚焦透镜固定连接，所述传动组件控制所述第一聚焦透镜沿所述激光光束方向往复移动来控制所述待测表面的成像位置，所述干涉测距仪用于测量所述第一聚焦透镜移动的位移数值；所述焦前聚焦透镜的物平面位于焦前，在其像平面设置所述焦前光电探测器；所述焦后聚焦透镜的物平面位于焦后，在其像平面设置所述焦后光电探测器；所述位置测量光束入射至所述第三分束镜进行分光，一部分光束被反射作为焦前测量光束，所述焦前测量光束依次通过所述焦前聚焦透镜、所述焦前针孔后入射至所述焦前光电探测器；另一部分光束被透射作为焦后测量光束，所述焦后测量光束依次通过所述焦后聚焦透镜、所述焦后针孔后入射至所述焦后光电探测器。5.一种采用权利要求1
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4中任意一项所述的基于权值分配的共焦测量系统的测量方法，其特征在于，基于权值分配的共焦测量系统实现测量，包括如下步骤：S1、搭建基于权值分配的共焦测量系统；
所述激光光束依次经所述第一分束镜、所述第一聚焦透镜透射至所述待测物，经所述待测物表面待测点反射后，沿原光路返回至所述第一分束镜，经所述第一分束镜反射至所述第二分束镜后，经所述第二分束镜反射的角度测量光束入射至所述角度测量单元进行测量；经所述第二分束镜透射的位置测量光束入射至所述差动共焦测量组件进行位置测量；S2、所述角度测量单元的角度测量方法为：角度测量光束入射至所述多面体棱镜，所述多面体棱镜将入射的角度测量光束进行分束，分束后入射至所述聚焦透镜组，经相应的聚焦透镜聚光后入射至光电探测器组，获取相应的探测器上的光强数据，获取光束强度的权值分布和倾斜角度的对应关系，进而完成所述待测物的倾斜角度测量；所述位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，王廷煜，王之一，王建立，糜小涛，杨禹凯，全胜，姚凯男，刘昌华，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：