[实用新型]一种光学测量系统

说明书

本实用新型公开了一种光学测量系统，包括共用物镜、发射侧物镜、接收侧物镜、光源。光源发出的光束经过发射侧物镜后进入共用物镜，由共用物镜出射的光束经被测对象反射或散射后再次进入共用物镜，由共用物镜接收的光束进入接收侧物镜，由发射侧物镜出射的光束用于获取被测对象信息，发射侧物镜与共用物镜的光轴、以及接收侧物镜与共用物镜的光轴不同轴，具有空间偏移量。本实用新型实现了发射与接收光束存在可控制的倾斜角度，从而降低了光学信号间的串扰；由于发射光路与接收光路不共光轴，系统中无分光元件，所以提高了系统的光能利用率、提高了系统的分辨率。

技术领域

本实用新型涉及一种光学测量系统，特别涉及一种用于表面形貌、透明物质厚折射率、透明物质背部结构等测量的光学测量系统。

背景技术

光谱共焦在位移量、厚度、折射率、多层透明物质结构或者三维形貌的测量方面有诸多应用，早在上世纪七十年代，学者Courtney Pratt等人提出一种可以使用显微镜物镜的色差进行表面形貌检测的技术；之后Molesini等学者使用一组色差经特殊设计的镜头，搭建了一台基于光谱共焦原理的表面轮廓仪；Boyde.A等人将其推广应用到给显微镜领域带来革命性变化的共焦显微镜技术中去。此后，国外很多学者都对基于光谱共焦原理的测量技术进行了深入研究，并在测量领域衍生出许多应用实例：如表面轮廓及形貌的测量、微纳米量级精细结构的测量、半导体工业和汽车制造业中的位移测量、光学玻璃及生物薄膜的厚度测量、油漆与印刷行业的颜色测量等。目前，发达国家对该技术的掌握已十分成熟，市场上已有工业级的光谱共焦相关产品出现，工作频响达千赫兹以上。

光谱共焦位移传感器是基于共焦原理采用宽谱光源的非接触式传感器，其最高精度可以到亚微米级别，几乎可以测量所有材质表面，由于其非接触、高精度的特点所以应用广泛。光谱共焦的关键技术之一是利用光谱波长对距离进行编码，然后采用光电转换元件对编码进行解码。目前公开并商业化的光谱共焦传感器大多为点测量方式。例如，公开号为CN107044822A、名称为“光谱共焦传感器和测量方法”的中国专利、公开号为CN110260799A、名称为“一种光谱共焦位移传感器”的中国专利、公开号为US10197382B2、名称为“chromatic confocal sensor”的美国专利，公开的光谱共焦传感器和测量方法经过光谱解码从而实现点位移量的测量，要获得二维属性需要配合运动扫描装置。于是发展线扫描的装置一直是业界的追求。

2014年Focalspec OY公司的公开号为US9476707B2的美国专利公开了一种实现线状测量的方法。该方案中渐进滤光片与被测物表面以及光学镜头存在空间倾斜角度，光学系统复杂、且体积庞大、工作距离比较小，发射与接收系统不同轴，同时为达到最小的波像差，通常测量光路的数值孔径比较小。

2018年PrecitecOptronik GmbH在公开号为US10228551B1的美国专利中公开了一种实现线状测量的方法。在此方法中，关键点的共焦小孔，由于小孔间距的限制降低了X轴测量的横向分辨率，若是采用狭缝，则会导致不同深度的信号串扰，同样降低分辨率。同时分光棱镜的使用降低了系统的光能利用率，导致光源的功率较大，带来较大的热量，给系统的散热设计带来挑战。

2019年，同样是PrecitecOptronik GmbH在公开号为US10466357B1的美国专利(专利号US 10466357B1)中公布了一种采用光栅或者分光棱镜的分光方案。但为了发射部和接收部与被测面保持一定的角度，采用两块分光元件导致系统的体积庞大而且分光元件数量较多。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种结构简单、分辨率高、可降低信号串扰的用于表面形貌测量、透明物质厚度测量、折射率测量、多层透明物质结构测量等的光学测量系统。

本实用新型采用如下技术方案：