一种基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法与流程

本发明属于光学精密测量技术领域，主要涉及一种基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法。

背景技术：

光学元件是光学系统的核心器件，光学元件的加工精度直接决定了光学系统的成像分辨力、清晰度等核心参数。大口径高精度的透射式光学元件是天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别、激光大气传输、惯性约束聚变(icf)等领域中起支撑作用的关键部件之一而制约大口径光学元件加工水平的关键，取决于与制造要求相适应的检测方法和仪器；激光三角光测量方法是一种高精度的光学非接触检测方法，然而现有的激光三角法适用于反射式或者漫反射式样品的测量，对于反射率较低的高精度光滑元件，其反射信号和散射信号极弱，从而导致信号无法收集，不能够进行高精度测量。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有激光三角光无法测量光滑透明光学元件面形问题，从而提供基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法，其特征在于包括：

照明系统、探测系统和镀膜样品；

所述照明系统包括激光器、光纤、透镜、物镜、三维载物台；

所述激光器发出的激光经过光纤形成点光源射出，所述点光源经所述透镜后形成平行光，所述平行光由所述物镜将激光聚焦至镀膜样品上；

所述的镀膜样品为表面镀了荧光物质薄膜的待测样品；

所述探测系统包括收集透镜、滤波片、光电探测器；

待测样品激发的荧光经收集透镜汇聚，经过滤波片后，聚焦到光电探测器上成像，根据光电探测器上的偏移量从而得到被测点的轴向相对位置；

所述照明激光器波长范围为200nm-980nm。

所述的镀膜样品表面通过镀膜工艺镀上一层荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度在0.01μm-0.5μm之间，荧光物质膜在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于5g/100g。

所述滤波片位于光电探测器之前。

所述光电探测器(8)为线阵探测器。

本发明所述的基于中介层散射的激光三角光测量方法，包括以下步骤：

步骤a、通过镀膜工艺在待测样品表面形成一层厚度在0.01μm-0.5μm之间的荧光膜，使待测样品成为镀膜样品；

步骤b、激光器发出的激光经过光纤形成点光源射出，所述点光源经所述透镜后形成平行光，所述平行光由所述物镜将激光聚焦至镀膜样品上，聚焦光斑激发样品表面的荧光膜，发出荧光；

步骤c、镀膜样品发出的荧光经收集透镜后，经过滤波片由线阵光电探测器收集，通过光电探测器上的偏移来确定被测样品位置；

步骤d、三维位移载平台带动被测样品移动，完成三维扫描测量；

步骤e、将镀膜样品溶于水或酒精、丙酮等有机溶剂，清洗膜，恢复待测样品镀膜前的状态。

本发明的技术创新性及产生的良好效果在于：

本发明通过对激光三角光光路进行改进，加入滤波片，从而使得其可以探测激光光源照射到荧光膜后激发出的荧光，从而可以结合中阶层散射法测量光滑透明的光学元件面形，扩展了激光三角法的应用范围，实现光学元件高精度测量。

本发明适用于反射率低和散射效应低的光滑透明光学元件的面形测量。

附图说明

图1为所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法，其特征在于包括：

照明系统、探测系统和镀膜样品；

所述照明系统包括激光器(1)、光纤(2)、透镜(3)、物镜(4)、三维载物台(9)；

所述激光器(1)发出的激光经过光纤(2)形成点光源射出，所述点光源经所述透镜(3)

后形成平行光，所述平行光由所述物镜(4)将激光聚焦至镀膜样品(5)上；

所述的镀膜样品(5)为表面镀了荧光物质薄膜的待测样品；

所述探测系统包括收集透镜(6)、滤波片(7)、光电探测器(8)；

待测样品(5)激发的荧光经收集透镜(6)汇聚，经过滤波片(7)后，聚焦到光电探测器(8)上成像，根据光电探测器上的偏移量从而得到被测点的轴向相对位置；

具体实施方式二：本实施方式是对所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法作进一步说明，本实施方式中，照明激光器(1)波长范围为200nm-980nm。

具体实施方式三：本实施方式是对所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法作进一步说明，本实施方式中，所述的镀膜样品(5)表面通过镀膜工艺镀上一层荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度在0.01μm-0.5μm之间，荧光物质膜在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于5g/100g。

具体实施方式四：本实施方式是对所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法作进一步说明，本实施方式中，滤波片(7)位于光电探测器(8)之前。

具体实施方式五：本实施方式是对所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法作进一步说明，本实施方式中，光电探测器(8)为线阵探测器。

具体实施方式六：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于中介层散射的激光三角光测量装置和方法，该方法包括以下步骤：

步骤a、通过镀膜工艺在待测样品表面形成一层厚度在0.01μm-0.5μm之间的荧光膜，使待测样品成为镀膜样品(5)；

步骤b、激光器(1)发出的激光经过光纤(2)形成点光源射出，所述点光源经所述透镜(3)后形成平行光，所述平行光由所述物镜(4)将激光聚焦至镀膜样品(5)上，聚焦光斑激发样品表面的荧光膜，发出荧光；

步骤c、镀膜样品(5)发出的荧光经收集透镜(6)后，经过滤波片(7)由线阵光电探测器(8)收集，通过光电探测器(8)上的偏移来确定被测样品位置；

步骤d、三维位移载平台(9)带动被测样品(5)移动，完成三维扫描测量；

步骤e、将镀膜样品(5)溶于水或酒精、丙酮等有机溶剂，清洗膜，恢复待测样品镀膜前的状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。