本发明涉及一种基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法，属于光学精密测量技术领域。
背景技术：
在使用大口径自由曲面样品测量装置时，利用物理气相沉积技术，在样品表面沉积一层弱附着的纳米级厚度荧光介质，构建了一个各向同性荧光散射表面，而后收集样品表面薄膜激发出的荧光得到轴向包络曲线，通过图像处理即可得到样品表面形貌。
但由于在其计算扫描点的z轴高度时，由于膜厚度的原因会引入一个共焦轴向响应峰值位置偏移。实际情况下，由于样品表面的荧光中介层的不均匀，这就引入了由于膜厚度不均匀引入的面形高度误差。
现有技术中给出了受厚度影响的轴向响应公式对上述误差进行测量，轴向响应公式为：其中tf表示荧光物质厚度，It为无限薄荧光中介层的共焦轴向响应。分析可知，当z＝tf/2时，IT(z)取得最大值，因为IT(z)为偶函数。这表明轴向的响应峰值处于膜厚度的1/2处。可见，由于荧光膜厚度不均匀产生的高度测量误差为厚度不一致性的1/2。即大小为(H-h)/2，其中H为中介层最大厚度，h为中介层最小厚度。
由此可见，现有技术中面形高度误差比较大。
技术实现要素：
本发明目的是为了解决由于样品表面的荧光中介层的不均匀，导致面形高度误差大的问题，提供了一种基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法。
本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置，该测量装置包括照明模块、探测模块和样品模块；照明模块按照照明光的传播方向依次为：激光器、准直镜、光阑、偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜；探测模块按照信号光传播方向依次为：扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜、针孔和光电探测器；样品模块包括待测样品和用于放置待测样品的三维微位载物台；所述待测样品表面镀有金属荧光薄膜；
激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜和光阑后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜，透射的光在待测样品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品表面的金属荧光薄膜发出荧光；待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集。
本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置的测量方法，该测量方法的具体过程为：
步骤1、在待测样品表面镀上一层厚度小于40nm的金属荧光薄膜；
步骤2、激光器发出激光光束，激光光束经过准直镜和光阑后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜、扫描振镜和扫描透镜，透射的光在待测样品上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品表面的金属荧光薄膜发出荧光；
步骤3、待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜、扫描振镜、偏振分光棱镜、滤光片、收集透镜和针孔后，被光电探测器收集；
步骤4、待测样品表面的金属荧光薄膜激发出的荧光被光电探测器收集后，通过轴向响应曲线顶点位置确定待测样品的表面位置；
步骤5、三维微位载物台带动待测样品在三维方向上移动，形成三维扫描成像；
步骤6、将待测样品浸入有机溶剂中，清洗表面的金属荧光薄膜，恢复成原有状态。
本发明的优点：本发明提出的基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置及其测量方法，能够全貌测量大口径自由曲面物体表面形貌，同现有技术相比，使用金属银增强的荧光膜代替传统有机荧光薄膜，其荧光发光效率高，膜厚度小，不损伤样品本身，面型高度误差极小，并且可以提高测量效率，同时还可以降低测量成本。由于无需接触样品表面，因此可以避免对样品表面产生损伤；由于光路简单，因此又降低了成本。
附图说明
图1是本发明所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置，该测量装置包括照明模块、探测模块和样品模块；
照明模块按照照明光的传播方向依次为：激光器1、准直镜2、光阑3、偏振分光棱镜4、扫描振镜5和扫描透镜6；
探测模块按照信号光传播方向依次为：扫描透镜6、扫描振镜5、偏振分光棱镜4、滤光片9、收集透镜10、针孔11和光电探测器12；
样品模块包括待测样品7和用于放置待测样品7的三维微位载物台8；
所述待测样品7表面镀有金属荧光薄膜；
激光器1发出激光光束，激光光束经过准直镜2和光阑3后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜4、扫描振镜5和扫描透镜6，透射的光在待测样品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品7表面的金属荧光薄膜发出荧光；待测样品7表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜6、扫描振镜5、偏振分光棱镜4、滤光片9、收集透镜10和针孔11后，被光电探测器12收集。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，扫描透镜6作为照明和成像镜头，具有50mm×50mm视场。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，激光器1发射的激光光束的波长为532nm，照明光经过扫描透镜6后光功率小于1w。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，待测样品7表面镀的金属荧光薄膜为掺入纳米银颗粒的荧光薄膜。
本实施方式中，由荧光薄膜的不一致性引起的面形高度测量误差降低到20nm以下。
具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或实施方式四作进一步说明，待测样品7表面镀的金属荧光薄膜的厚度小于40nm。
具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述待测样品7的金属银增强中介层的发光效率是有机中介层的5倍。
本实施方式中，所述有机中介层是指传统的有机中介层。
具体实施方式七：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于金属银增强荧光的自由曲面测量装置的测量方法，该测量方法的具体过程为：
步骤1、在待测样品7表面镀上一层厚度小于40nm的金属荧光薄膜；
步骤2、激光器1发出激光光束，激光光束经过准直镜2和光阑3后形成平行光，平行光依次经过偏振分光棱镜4、扫描振镜5和扫描透镜6，透射的光在待测样品7上形成聚焦光斑，聚焦光斑激发待测样品7表面的金属荧光薄膜发出荧光；
步骤3、待测样品7表面的金属荧光薄膜激发出的荧光依次经过扫描透镜6、扫描振镜5、偏振分光棱镜4、滤光片9、收集透镜10和针孔11后，被光电探测器12收集；
步骤4、待测样品7表面的金属荧光薄膜激发出的荧光被光电探测器12收集后，通过轴向响应曲线顶点位置确定待测样品7的表面位置；
步骤5、三维微位载物台8带动待测样品7在三维方向上移动，形成三维扫描成像；
步骤6、将待测样品7浸入有机溶剂中，清洗表面的金属荧光薄膜，恢复成原有状态。
具体实施方式八：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，步骤1所述在待测样品7表面镀上一层厚度小于40nm的金属荧光薄膜的具体过程为：
步骤a、将75mL双氧水缓慢滴加到在冰水浴中的175mL浓硫酸中，缓慢搅拌均匀，将待测样品7浸入，加热煮沸30min，取出待测样品7后用去离子水清洗，并用氮气吹干；
步骤b、将70mL氨水和70mL双氧水缓慢加入到350mL去离子水中，搅拌均匀，将步骤a获得的待测样品7浸入，80℃加热25min，取出待测样品7后用去离子水清洗，并用氮气吹干；
步骤c、称量100mg聚乙烯亚胺、0.16mg纳米银、12mg罗丹明B和292.2mg氯化钠，溶解于50mL去离子水中，搅拌均匀形成溶液A；
步骤d、称量100mg聚乙烯亚胺、12mg罗丹明B和292.2mg氯化钠，溶解于50mL去离子水中，搅拌均匀形成溶液B；
步骤e、称量250mg聚苯乙烯磺酸钠和292.2mg氯化钠，溶解于50mL去离子水中，搅拌均匀形成溶液C；
步骤f、称量250mg聚苯乙烯磺酸钠，溶解于50mL去离子水中，搅拌均匀形成溶液D；
步骤g、将步骤b获得的待测样品7浸入溶液A中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出；
步骤h、将步骤g获得的待测样品7浸入溶液C中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出；
步骤i、将步骤h获得的待测样品7浸入溶液B中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出；
步骤j、将获得的待测样品7浸入溶液A中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出；然后将获得的待测样品7浸入溶液C中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出；重复10次；
步骤k、将步骤j获得的待测样品7浸入溶液B中，静置15min，然后取出，浸入去离子水中，静置2min，取出，用氮气吹干。
本实施方式中，待测样品7表面镀的金属荧光薄膜的厚度的高度误差小于20nm。
具体实施方式九：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，步骤6所述有机溶剂包括水、酒精和丙酮。