[发明专利]电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法

说明书

一种电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法，所述电光调制双光梳形貌测量装置包括：电光调制双光梳生成模块，用于生成中心频率和重复频率不同的光学频率梳；多外差一维测距模块，用于测量被测物在其出射激光方向上的一维距离信息；二维运动模块，用于带动被测物体做螺旋移动，并提供被测物x方向和y方向上的二维距离信息；计算处理单元，用于整合分析被测物z方向、x方向和y方向上的距离信息，生成被测物体的三维形貌。本发明的电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法使用基于电光调制双光梳的合成波长测距装置，能得到很高的z方向测距精度，且装置易调节，可方便实现垂直度校验等工作。

技术领域

本发明属于三维形貌测量技术领域，具体涉及一种电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法。

背景技术

三维形貌测量技术在质量检测、集成电路制造、工业装配等领域有着广泛的应用，传统的形貌测量技术只要分为两个方面：适用于大被测物表面的视觉法和适用于微小物体形貌测量的白光干涉技术和探针法测量技术。适用于大被测物表面的视觉法可测量的面积大，但受限于相机的性能，难以得到很准确的测量精度；微小物体形貌测量的白光干涉技术和探针法测量技术不仅测量速度慢，而且都属于增量测量方法，遇到大的起伏表面或者阶梯面，无法测出数值。现在工业领域缺少一种能兼容大被测表面和小被测表面，精度高，鲁棒性强的三维测量技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

作为本发明的一个方面，提供一种电光调制双光梳形貌测量装置，包括：电光调制双光梳生成模块，用于生成中心频率和重复频率不同的光学频率梳；多外差一维测距模块，使用所述双光学频率梳测量被测物在其出射激光方向上的一维距离信息，所述多外差一维测距模块的出射激光方向为z方向；二维运动模块，用于带动被测物体做螺旋移动，并提供被测物x方向和y方向上的二维距离信息；计算处理单元，用于整合分析所述多外差一维测距模块得到的z方向信息和所述二维运动模块得到的x方向和y方向上的二维距离信息，生成被测物体的三维形貌。

优选地，所述电光调制双光梳生成模块包括：连续波激光器、光纤耦合器、主振电光调制器、主振声光调制器、本振电光调制器以及本振声光调制器；其中，所述连续波激光器发出的光经过所述光纤耦合器分成两束，其中一束经过所述主振电光调制器和所述主振声光调制器生成主振光学频率梳；另一束经过所述本振电光调制器和所述本振声光调制器生成本振光学频率梳；所述主振光学频率梳和所述主振光学频率梳的中心频率差为Δf₀、重复频率差为Δf_rep。

优选地，所述多外差一维测距模块包括：主振光学频率梳，其经分束器分成参考光和测量光；以及本振光学频率梳；其经分束器分成参考光和测量光；其中，主振光学频率梳和本振光学频率梳的参考光直接通过耦合器汇合在一起送入探测器拍频；主振光学频率梳的测量光发射到被测物体表面，反射后与本振光学频率梳的测量光汇合，再送入光电探测器拍频。

优选地，所述多外差一维测距模块的的测距计算关系为：

其中，c是空气中光的传播速度，是n阶合成波长下参考光与测量光的相位差，所述主振光学频率梳的不同频率成分组合形成的合成波长的频率为nf_rep，n为正整数，f_rep为主振光学频率梳的重复频率。

优选地，所述二维运动模块包括：旋转台，其旋转面垂直于所述多外差一维测距模块的出射激光；安装机构，其位于所述旋转台的靠近所述多外差一维测距模块的一侧，用于安装被测物；平移台，用于固定所述旋转台，并使所述旋转台平移，其运动方向垂直于所述多外差一维测距模块的出射激光。