[发明专利]一维表面形貌测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种一维表面形貌测量系统，其特征在于，包括差动共焦测距模块和色散测角模块；

在待测物的表面形貌的测量过程中：首先通过所述差动共焦测距模块将待测物表面的待测位置移动至预设测量位置；再通过所述色散测角模块对所述待测位置的峰值波长进行提取，最后通过倾斜角度θ与峰值波长λ的关系θ＝F(λ)确定所述待测位置的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，所述差动共焦测距模块包括：第一光源装置、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一聚光镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第一探测器装置和第二探测器装置；

所述第一光源装置用于发出一束准直激光光束，所述准直激光光束依次经过所述第一分光棱镜、所述第二分光棱镜的透射和所述第一聚光镜的汇聚后对所述待测物的表面进行照射；

所述准直激光光束经过所述待测物的反射后经过第一聚光镜的透射、所述第二分光棱镜的反射以及第三分光棱镜的透射后，入射至所述第四分光棱镜；

所述第四分光棱镜将所述准直激光光束分为互相垂直的焦前测量光束和焦后测量光束分别入射至所述第一探测器装置和第二探测器装置。

3.根据权利要求2所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，所述第一光源装置为单波长光源；

所述单波长光源用于发出一束直径为d，波长为λ的准直激光光束；

所述第一聚光镜设置有传动装置，用于实现再所述准直激光光束的入射光方向上的垂直移动；

经所述第四分光棱镜反射后出射的光束为焦前测量光束，入射至所述第一探测器装置；

经所述第四分光棱镜透射后出射的光束为焦后测量光束，入射至所述第二探测器装置。

4.根据权利要求3所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，所述第一探测器装置包括：第二聚光镜、焦前针孔和焦前光电传感器；

所述第二探测器装置包括：第三聚光镜、焦后针孔和焦后光电传感器；

所述焦前测量光束经过所述第二聚光镜的汇聚后，经所述焦前针孔后入射至所述焦前光电传感器；

所述焦前针孔放置在f-u_m的位置，其中f为所述第二聚光镜的焦距；

所述焦后测量光束经过所述第三聚光镜的汇聚后，经所述焦后针孔后入射至所述焦后光电传感器；

所述焦后针孔放置在f+u_m的位置，其中f为所述第三聚光镜的焦距。

5.根据权利要求4所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，在所述传动装置控制下，移动所述第一聚光镜，同时记录所述焦前光电探测器和所述焦后光电探测器的光强变化，分别记为I(u，-u_m)和I(u，+u_m)；

当所述焦前光电传感器和焦后光电传感器接收到的光强信号相等时，即I(u，-u_m)＝I(u，+u_m)时：

所述待测物表面的待测位置刚好处于所述第一聚光镜的焦点位置处。

6.根据权利要求5所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，在所述色散测角模块包括：第二光源装置、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一聚光镜、第三分光棱镜和第三探测器装置；

所述第二光源装置用于发出一束色散光束，所述色散光束依次经所述第一分光棱镜和第二分光棱镜的透射后，再次经所述第一聚光镜聚焦至所述待测物的待测位置处；

所述色散光束经所述待测物反射后再次经过所述第一聚光镜的透射、第二分光棱镜的反射和第三分光棱镜的反射后入射至所述第三探测器装置。

7.根据权利要求6所述的一维表面形貌测量系统，其特征在于，在所述第二光源装置包括：白光光源、第一色散补偿棱镜和第二色散补偿棱镜；

所述白光光源发出的光束第一色散补偿棱镜和第二色散补偿棱镜后得到所述色散光束；

所述第三探测器装置包括：柱面镜、针孔和光谱仪；

所述色散光束经所述柱面镜的聚焦后，通过所述针孔入射至所述光谱仪，获取所述色散光束的信号值，通过对所述信号值进行分析并提取出所述色散光束的峰值波长，得到所述待测位置的倾斜角度。