[发明专利]基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置及其测量方法

权利要求书

1.基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置，其特征在于，该装置包括共焦显微模块、直线运动平台模块(3)和旋转运动平台模块(5)，共焦显微模块包括共焦显微三维测量模块(1)和共焦光学探针模块(2)；

旋转运动平台模块(5)上端面的中央固定有支柱(4)，直线运动平台模块(3)安装在支柱(4)的横梁上，直线运动平台模块(3)在横梁上沿X向运动，旋转运动平台模块(5)在XY平面上旋转，直线运动平台模块(3)的外侧分别安装有共焦显微三维测量模块(1)和共焦光学探针模块(2)，待测样品(7)放置在旋转运动平台模块(5)的工作台面上；

共焦显微三维测量模块(1)包括第一激光器(1-1)、第一分光棱镜(1-2)、二维扫描振镜(1-3)、扫描透镜(1-4)、管镜(1-5)、第一物镜(1-6)、第一收集透镜(1-7)和第一光电探测器(1-8)；

第一激光器(1-1)发出激光光束，激光光束经过第一分光棱镜(1-2)的分光后，依次经过二维扫描振镜(1-3)、扫描透镜(1-4)、管镜(1-5)和第一物镜(1-6)，在待测样品(7)上形成聚焦光斑，通过二维扫描振镜(1-3)偏转使聚焦光斑在待测样品(7)上进行二维扫描，待测样品(7)表面反射的光束依次经过第一物镜(1-6)、管镜(1-5)、二维扫描振镜(1-3)、第一分光棱镜(1-2)和第一收集透镜(1-7)，通过多模光纤被第一光电探测器(1-8)收集；

共焦光学探针模块(2)包括第二激光器(2-1)、第二分光棱镜(2-2)、第二物镜(2-3)、第二收集透镜(2-4)和第二光电探测器(2-5)；

第二激光器(2-1)发出激光光束，激光光束经过第二分光棱镜(2-2)，然后通过第二物镜(2-3)在待测样品(7)上形成聚焦光斑，待测样品(7)表面反射的光束经过第二物镜(2-3)、第二分光棱镜(2-2)和第二收集透镜(2-4)，通过多模光纤被第二光电探测器(2-5)收集。

2.根据权利要求1所述的基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置，其特征在于，支柱(4)的横梁为气浮直线导轨，直线运动平台模块(3)沿气浮直线导轨运动。

3.根据权利要求1所述的基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置，其特征在于，第一激光器(1-1)和第二激光器(2-1)采用相同的激光器，发射波长为532nm，经过第一物镜(1-6)和第二物镜(2-3)后，光的功率小于30mW。

4.基于权利要求1所述的基于共焦显微原理的宏微结合面形测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法包括宏观结构的三维测量和微观结构的三维测量；宏观结构的三维测量采用共焦光学探针模块(2)完成，微观结构的三维测量采用共焦显微三维测量模块(1)完成。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，宏观结构的三维测量的具体过程为：

步骤1、共焦光学探针模块(2)的第二激光器(2-1)发出激光光束，经过第二分光棱镜(2-2)和第二物镜(2-3)后在待测样品(7)上形成聚焦光斑，待测样品(7)表面反射的光束经过第二物镜(2-3)、第二分光棱镜(2-2)和第二收集透镜(2-4)，通过多模光纤被第二光电探测器(2-5)收集，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2、直线运动平台模块(3)带动共焦光学探针模块(2)沿X向移动，形成宏观二维轮廓扫描测量；

步骤3、旋转运动平台模块(5)带动待测样品(7)在XY平面上旋转，完成待测样品(7)的宏观三维面形测量。

6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，微观结构的三维测量的具体过程为：

步骤1、共焦显微三维测量模块(1)的第一激光器(1-1)发出激光光束，经过第一分光棱镜(1-2)的分光后，依次经过二维扫描振镜(1-3)、扫描透镜(1-4)、管镜(1-5)和第一物镜(1-6)，在待测样品(7)上形成聚焦光斑；待测样品(7)表面反射的光束依次经过第一物镜(1-6)、管镜(1-5)、二维扫描振镜(1-3)、第一分光棱镜(1-2)和第一收集透镜(1-7)，通过多模光纤被第一光电探测器(1-8)收集，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2、通过二维扫描振镜(1-3)偏转使聚焦光斑在待测样品(7)上进行二维扫描；

步骤3、直线运动平台模块(3)带动共焦显微三维测量模块(1)沿X向移动，旋转运动平台模块(5)带动待测样品(7)在XY平面上旋转，使微结构区域在共焦显微三维测量模块(1)视场范围内，完成微观结构的三维测量。