[发明专利]差动共焦瞄准触发式空心球体内外轮廓及壁厚测量方法与装置

权利要求书

1.差动共焦瞄准触发式空心球体内外轮廓及壁厚测量方法，其特征在于：

①平行光透过偏振分光镜(1)、1/4波片(2)，经过物镜(3)会聚到透明或半透明空心微球(7)；光线经过空心微球(7)的外表面或内表面反射后，通过物镜(3)、1/4波片(2)和偏振分光镜(1)进入差动共焦瞄准触发系统(10)；

②使物镜(3)在光轴方向做高速振动扫描，差动共焦响应曲线上的第一零点(21)、第二零点(22)分别对应物镜(3)聚焦到空心微球(7)外、内轮廓位置；

③通过差动瞄准触发系统(10)依次探测第一零点(21)、第二零点(22)，来分别测量与探测第一零点(21)和第二零点(22)对应物镜(3)的第一振动位置(4)和第二振动位置(6)，其值分别记为a和b；

其中a为瞄准点对应空心微球(7)外表面轮廓的高度值，b为瞄准点对应空心微球(7)内表面轮廓的高度值；

④a和b相减得到微球(7)在瞄准点处的壁厚(23)；

⑤空心微球(7)随着工作台(8)匀速旋转，旋转过程中重复使用步骤③，得到空心微球(7)外表面轮廓的高度值数据{a₁，a₂，a₃，...，a_n}、内表面轮廓的高度值数据{b₁，b₂，b₃，...，b_n}及每个瞄准点相对应的旋转角度值{θ₁，θ₂，θ₃，...，θ_n}；

⑥由{a₁，a₂，a₃，...，a_n}和{θ₁，θ₂，θ₃，...，θ_n}可以计算空心微球(7)的外表面轮廓；

⑦由{b₁，b₂，b₃，...，b_n}和{θ₁，θ₂，θ₃，...，θ_n}可以计算空心微球(7)的内表面轮廓；

⑧由{a₁，a₂，a₃，...，a_n}和{b₁，b₂，b₃，...，b_n}相减，得到一组空心微球(7)的壁厚值：{Δ₁，Δ₂，Δ₃，...，Δ_n}。

2.根据权利要求1所述的差动共焦瞄准触发式空心球体内外轮廓及壁厚测量方法，其特征在于：在光路中加入超分辨光学系统(18)，放置在偏振分光镜(1)前面，或放置在偏振分光镜(1)与差动共焦瞄准触发系统(10)之间，用于提高差动共焦瞄准触发系统的横向分辨力。

3.差动共焦瞄准触发式空心球体内外轮廓及壁厚测量装置，包括光 源(19)，依次放置在光源(19)出射平行光线方向的偏振分光镜(1)、1/4波片(2)、物镜(3)和空心微球(7)；还包括放置在偏振分光镜反射方向的差动共焦瞄准触发系统(10)，其中空心微球(7)、1/4波片(2)、偏振分光镜(1)，将光束反射到差动共焦瞄准触发系统(10)中的分光镜(11)，分光镜(11)将光束分成两部分：透射光线经过第一透镜(12)、第一针孔(13)，照射到第一探测器(14)上；反射光线经过第二透镜(15)、第二针孔(16)，照射到第二探测器(17)上；纳米级微位移工作台(9)带动物镜(3)在光轴方向做往复运动扫描；在扫描过程中，物镜(3)的焦点先后瞄准到微球的外表面和内表面，分别对应差动共焦传感器输出响应曲线中第一零点(21)、第二零点(22)；利用这两个零点去触发测控系统(20)去记录微位移工作台(9)的传感器输出的位移值，即可得到空心微球(7)在这一点的内外表面表面轮廓值以及壁厚；工作台(8)带动空心微球(7)做匀速旋转，重复上述测量步骤得到一系列空心微球(7)的内外表面轮廓值和相对应的旋转角度值；通过对这些数据的处理，就可以得到空心微球(7)的内外表面的轮廓和壁厚。

4.根据权利要求3所述的差动共焦瞄准触发式空心球体内外轮廓及壁厚测量装置，其特征还在于：在光路中加入超分辨光学系统(18)，放置在光源(19)与偏振分光镜(1)之间，或放置在偏振分光镜(1)与差动共焦瞄准触发系统(10)之间。