[发明专利]菲涅尔光栅微透镜阵列、光谱仪及光谱共焦面型测量系统

说明书

本发明公开了一种菲涅尔光栅微透镜阵列、光谱仪及光谱共焦面型测量系统，其中菲涅尔光栅微透镜阵列是由聚合物PDMS压制形成的透镜模块，其中该透镜模块的一面为阵列排列的菲涅尔微透镜结构，另一面为闪耀光栅结构。菲涅尔光栅光谱仪，包括阵列式光源狭缝模块、面阵CCD和菲涅尔光栅微透镜阵列，阵列式光源狭缝模块中阵列排列的光源狭缝之间的间距与阵列排列的菲涅尔微透镜结构中各个菲涅尔微透镜的中心之间的间距相等。光谱共焦面型测量系统包括光源、光纤耦合器、光谱共焦测头和菲涅尔光栅光谱仪。本发明提出的光谱仪及光谱共焦面型测量系统，体积小、重量轻、测量维度适应性强，加工成本低。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种菲涅尔光栅微透镜阵列、光谱仪及光谱共焦面型测量系统。

背景技术

科学技术的发展越来越依赖于制造业的进步。制造业生产过程中需要对产线进行精密测控，确保产品质量。位移测量是精密测控技术中重要的领域，位移测量技术作为精密测控技术的基础手段，可以获取产品的形貌、厚度、振动等关键尺度信息。

光谱共焦技术是非接触位移测量领域一种重要的技术手段，具有精度高、适应性强、成本低等优势。光谱共焦技术是色散现象和共聚焦技术的创造性结合，它是将白光光源中不同波长的光聚焦在不同的轴向位置，相当于对光轴上的无限个点位进行波长编码，通过分析待测表面的反射光谱的聚焦波长，根据响应曲线获取待测表面的轴向位置。

光谱共焦测量技术主要集中于光谱共焦测头。白光光源发出的光经过针孔后可近似看做点光源，点光源经分光棱镜和色散物镜后，由于色散物镜的光学特性依赖于波长，因此在光轴上会形成一系列连续分布的不同波长的聚焦光斑。将被测样品置于光谱共焦测头下，入射光束在物体表面发生反射，被测物体表面全部的光谱信息会以相反的方向再次通过色散物镜和分光棱镜到达光谱仪。当被测样品在不同波长的聚焦光斑范围内上下移动时，每个位置就形成了不同波长的共焦系统。

商品化的微型光谱仪主要是基于平面反射光栅与平场凹面光栅两种分光方式类型。平面光栅研究和应用较成熟，除了核心色散元件平面光栅以外，还需要配合准直系统和聚焦成像系统，因此系统复杂，难以小型化，装调难度大。平场凹面光栅，集成了光栅和透镜的优点，即核心元件凹面光栅同时具有准直和色散的功能，还具有平像场的特点，但是凹面光栅制作工艺复杂，尤其是闪耀角的制作难度很大，成本高，难以批量化生产。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种菲涅尔光栅微透镜阵列、光谱仪及光谱共焦面型测量系统，体积小、重量轻、测量维度适应性强，加工成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种菲涅尔光栅微透镜阵列，是由聚合物PDMS压制形成的透镜模块，其中该透镜模块的一面为阵列排列的菲涅尔微透镜结构，另一面为闪耀光栅结构。

优选地，所述菲涅尔光栅微透镜阵列是通过采用精密机械加工或者光刻技术制作的菲涅尔面阵列模板和闪耀光栅模板压制聚合物PDMS而形成的透镜模块。

优选地，阵列排列的菲涅尔微透镜结构是由多个菲涅尔微透镜单元阵列排列形成，其中每个菲涅尔微透镜单元的周围与四个或六个相同尺寸的菲涅尔微透镜单元相接，以对应形成矩阵式结构或者蜂窝状结构。

优选地，闪耀光栅结构采用等栅距闪耀光栅结构或者变栅距闪耀光栅结构。

本发明还公开了一种菲涅尔光栅光谱仪，包括阵列式光源狭缝模块、面阵CCD和上述的菲涅尔光栅微透镜阵列，其中所述阵列式光源狭缝模块中阵列排列的光源狭缝之间的间距与阵列排列的菲涅尔微透镜结构中各个菲涅尔微透镜的中心之间的间距相等。