[发明专利]多焦全息差动共焦超大曲率半径测量方法与装置

权利要求书

1.多焦全息差动共焦超大曲率半径测量方法，其特征在于：

(a)首先，调整被测件和多焦全息透镜，使被测件被测表面和多焦全息透镜均与准直透镜共光轴；

(b)然后，打开点光源，其发出的光经第一分光镜、准直透镜和多焦全息透镜后，照射在被测件被测表面，经被测表面反射，再次通过多焦全息透镜和准直透镜，由第一分光镜反射进入差动共焦系统；

(c)而后，将被测件沿光轴方向移动，利用多焦全息透镜中短焦测量光束的会聚点对被测件的猫眼位置进行定位，差动共焦系统通过探测差动共焦响应信号的绝对零点确定此时被测件的位置坐标z₁；利用多焦全息透镜中长焦测量光束的会聚点对被测件的共焦位置进行定位，差动共焦系统通过探测差动共焦响应信号的绝对零点确定此时被测件的位置坐标z₂；其中猫眼位置为多焦全息透镜中短焦测量光束的会聚点与被测件被测表面顶点重合时被测件的位置，共焦位置为多焦全息透镜中长焦测量光束的会聚点与被测件被测表面球心重合时被测件的位置；

(d)根据多焦全息透镜的短焦距值f₁和长焦距值f₂，由几何光学原理可得被测表面超大曲率半径r满足：

r＝f₂-f₁-|z₂-z₁|。

2.根据权利要求1所述的多焦全息差动共焦超大曲率半径测量方法，其特征在于所述多焦全息透镜长焦距值f₂的校准步骤包括：

(a)首先，用标准透镜替换多焦全息透镜，并用此多焦全息透镜替换被测件；

(b)然后，打开点光源，其发出的光经第一分光镜、准直透镜和标准透镜后形成测量光束并会聚到多焦全息透镜表面，经多焦全息透镜表面反射，再次通过标准透镜和准直透镜后，由第一分光镜反射进入差动共焦系统；

(c)而后，沿光轴方向移动多焦全息透镜，差动共焦系统通过探测差动响应信号的绝对零点获取多焦全息透镜任意一个高阶焦点的位置F⁽ⁿ⁾′，并由此可得高阶焦点F⁽ⁿ⁾′对应的高阶焦距值f⁽ⁿ⁾′；

(d)由于多焦全息透镜各阶焦点对应的焦距值具有线性关系，根据(c)中所得的高阶焦距值f⁽ⁿ⁾′可得多焦全息透镜的长焦距值f₂＝n×f⁽ⁿ⁾′。

3.多焦全息差动共焦超大曲率半径测量装置，包括点光源，其特征在于：还包括第一分光镜、准直物镜、多焦全息透镜、差动共焦系统、调整架、测长系统和移动导轨；其中第一分光镜、多焦全息透镜与被测件依次放在光线的出射方向，差动共焦系统放置在第一分光镜的反射方向，被测件被测表面与第一分光镜将光束反射至差动共焦系统；调整架用于固定被测件及调整被测件的光轴；调整架与测长系统安装于移动导轨上。

4.根据权利要求3所述的多焦全息差动共焦超大曲率半径测量装置，其特征在于：包括标准透镜，用于多焦全息透镜长焦距值f₂的校准。

5.根据权利要求3或4所述的多焦全息差动共焦超大曲率半径测量装置，其特征在于：差动共焦系统包括第二分光镜、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光线进入差动共焦系统，并由第二分光镜将光线分成两路，一路照射在位于焦后的第一光强传感器上，另一路照射在位于焦前的第二光强传感器上。

6.根据权利要求3或4所述的多焦全息差动共焦超大曲率半径测量装置，其特征在于：差动共焦系统包括第二分光镜、焦前针孔、焦后针孔、第一光强传感器和第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光线进入差动共焦系统，并由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后针孔后照射在第一光强传感器上，另一路通过焦前针孔后照射在第二光强传感器上。

7.根据权利要求3或4所述的多焦全息差动共焦超大曲率半径测量装置，其特征在于：差动共焦系统包括第二分光镜、焦前显微物镜、焦后显微物镜、第一光强传感器和第二光强传感器；其中焦后显微物镜的物平面位于焦后，在其像平面放置第一光强传感器，焦前显微物镜的物平面位于焦前，在其像平面放置第二光强传感器；由第一分光镜反射回来的光线进入差动共焦系统，并由第二分光镜将光线分成两路，一路通过焦后显微物镜后成像在第一光强传感器上，另一路通过焦前显微物镜后成像在第二光强传感器上。