本發(fā)明涉及光學精密測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用共焦顯微技術(shù)測量大口徑高曲率光學元件表面輪廓的技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著光學加工和檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，大口徑光學元件已成為天文光學、空間光學和地基空間目標探測與識別、激光大氣傳輸、慣性約束聚變(ICF)等領(lǐng)域中起支撐作用的關(guān)鍵部件之一，同時也是光學系統(tǒng)設(shè)計和超精密加工技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。大口徑光學元件結(jié)合了以上各領(lǐng)域的特性，不僅在光學系統(tǒng)中可有效校正高級像差，顯著提高光學系統(tǒng)成像質(zhì)量，同時又可明顯簡化光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擴展光學系統(tǒng)功能，被廣泛應(yīng)用于各類武器裝備中，該類設(shè)備的研究發(fā)展方向是：小型化、輕量化、超視距、寬視場和高分辨力，而制約大口徑光學元件加工水平的關(guān)鍵，取決于與制造要求相適應(yīng)的檢測方法和儀器；然而現(xiàn)有共焦測量方法很難檢測出大口徑高曲率光學樣品的表面面形，而且測量速度慢、誤差大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有測量大口徑高曲率光學元件的方法檢測難度大、測量速度慢、誤差大的問題，從而提供基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置及方法。

本發(fā)明所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置，包括共焦顯微系統(tǒng)和二維氣浮運動平臺；

所述共焦顯微系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)和探測系統(tǒng)；

所述照明系統(tǒng)包括激光器、準直鏡、光闌、二向色鏡和物鏡；

所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述準直鏡后形成平行光，所述平行光經(jīng)所述光闌入射至所述二向色鏡，二向色鏡將激光反射至所述物鏡，物鏡將激光聚焦至待測樣品，所述待測樣品置于所述二維氣浮運動平臺上；

待測樣品的表面鍍有有機熒光膜；

照明系統(tǒng)和所述探測系統(tǒng)共用物鏡和二向色鏡；

所述探測系統(tǒng)包括物鏡、二向色鏡、濾光片轉(zhuǎn)換器、匯聚透鏡、針孔和光電探測器；

待測樣品表面激發(fā)出的熒光經(jīng)物鏡透射至二向色鏡，二向色鏡透射的熒光依次經(jīng)所述濾光片轉(zhuǎn)換器、匯聚透鏡和針孔入射至所述光電探測器。

優(yōu)選的是，所述激光器發(fā)出的激光的波長為532nm。

優(yōu)選的是，所述物鏡透射的激光功率大于0mW且小于50mW。

優(yōu)選的是，所述針孔位于匯聚透鏡的后焦面上。

本發(fā)明所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、在待測樣品的表面鍍有機熒光膜；

步驟二、光電探測器收集所述待測樣品發(fā)出的熒光；

步驟三、物鏡沿光軸方向運動，光電探測器得到軸向響應(yīng)曲線，根據(jù)軸向響應(yīng)曲線，確定待測樣品的表面位置；

步驟四、二維氣浮運動平臺帶動待測樣品在垂直于光軸的二維平面移動；

重復步驟二至步驟三四，直至得到待測樣品的三維表面輪廓，完成測量。

優(yōu)選的是，所述有機熒光膜為羅丹明B薄膜。

有益效果：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高精度檢測大口徑高曲率光學元件的宏微結(jié)構(gòu)，同現(xiàn)有測量技術(shù)相比，首先實現(xiàn)了大口徑光學元件和微結(jié)構(gòu)光學元件復用的輪廓檢測，而且測量精度很高；同時本發(fā)明結(jié)合了中介層散射法測量高曲率光學面型的研究方法，兼顧實現(xiàn)了對高曲率樣品面型的檢測；同時省略了機械掃描裝置或多探測器，因此又降低了成本。

本發(fā)明適用于測量大口徑高曲率光學元件及微結(jié)構(gòu)光學元件。

附圖說明

圖1是具體實施方式一所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是具體實施方式五的物鏡及二維氣浮運動平臺掃描方向的示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置，包括共焦顯微系統(tǒng)和二維氣浮運動平臺7；

所述共焦顯微系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)和探測系統(tǒng)；

所述照明系統(tǒng)包括激光器1、準直鏡2、光闌3、二向色鏡4和物鏡5；

所述激光器1發(fā)出的激光經(jīng)所述準直鏡2后形成平行光，所述平行光經(jīng)所述光闌3入射至所述二向色鏡4，二向色鏡4將激光反射至所述物鏡5，物鏡5將激光聚焦至待測樣品6，所述待測樣品6置于所述二維氣浮運動平臺7上；

待測樣品6的表面鍍有有機熒光膜；

照明系統(tǒng)和所述探測系統(tǒng)共用物鏡5和二向色鏡4；

所述探測系統(tǒng)包括物鏡5、二向色鏡4、濾光片轉(zhuǎn)換器8、匯聚透鏡9、針孔10和光電探測器11；

待測樣品6表面激發(fā)出的熒光經(jīng)物鏡5透射至二向色鏡4，二向色鏡4透射的熒光依次經(jīng)所述濾光片轉(zhuǎn)換器8、匯聚透鏡9和針孔10入射至所述光電探測器11。

調(diào)整濾光片轉(zhuǎn)換器8濾除綠激光。熒光經(jīng)針孔10入射與光電探測器11連接的多模光纖12。當測量樣品是微結(jié)構(gòu)(納米、微米級的光柵、溝槽等)時，待測樣品的表面可以不鍍有機熒光膜，裝置中可以不含濾光片轉(zhuǎn)換器8。

具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置作進一步說明，本實施方式中，所述激光器1發(fā)出的激光的波長為532nm。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一或二所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置作進一步說明，本實施方式中，所述物鏡5透射的激光功率大于0mW且小于50mW。

入射到待測樣品7的激光功率小于50mW，保證了待測樣品7的表面能激發(fā)出熒光，又不會破壞待測樣品。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一或二所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量裝置作進一步說明，本實施方式中，所述針孔10位于匯聚透鏡9的后焦面上。

后焦面上的光斑最小，光強最強，有利于提高測量精度。

具體實施方式五：結(jié)合圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的基于具體實施方式一所述的共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓測量裝置的掃描測量方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、在待測樣品6的表面鍍有機熒光膜；

步驟二、光電探測器11收集所述待測樣品6發(fā)出的熒光；

步驟三、物鏡5沿光軸方向運動，光電探測器11得到軸向響應(yīng)曲線，根據(jù)軸向響應(yīng)曲線，確定待測樣品6的表面位置；

步驟四、二維氣浮運動平臺7帶動待測樣品6在垂直于光軸的二維平面移動；

重復步驟二至步驟三四，直至得到待測樣品6的三維表面輪廓，完成測量。

通過軸向響應(yīng)曲線的頂點位置來確定被測樣品表面位置。Z軸電機帶動物鏡做軸向掃描運動。如圖2所示，物鏡沿Z軸運動，如圖中的雙向箭頭所示，二維氣浮運動平臺7帶動待測樣品7沿x軸和y軸移動，如圖中交叉的雙向箭頭所示。

具體實施方式六：本實施方式是對具體實施方式五所述的基于共焦顯微技術(shù)的大口徑高曲率光學元件的輪廓掃描測量方法作進一步說明，本實施方式中，所述有機熒光膜為羅丹明B薄膜。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，并且可以設(shè)計出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。