[发明专利]全息式焦点跟踪光触针测微仪

说明书

本发明属于测量长度的精密仪器，更具体地说，本发明属于用光学方法对位移、表面轮廓、表面粗糙度以及表面缺陷进行测量的精密仪器。

目前非接触式光学法测微大致采用三种方法，即干涉条纹检测法，光散射测量法和离焦检测法。

干涉条纹检测法是利用参考表面和被测表面两束反射光的干涉，分析干涉条纹图样的强度和位相变化，从而进行测微。此种方法测量范围大，测量精度高，但测量装置成本较高且装调困难。此外，此种方法常采用区域照明，难以描绘被测面细微的实际轮廓。

光散射测量法具有测量范围大，测量方法简便等特点，但测量精度较低，照射光点大且在被测范围内变化大。

离焦检测法，又称光触针法，它将光束聚焦成微米量级的光点照射到被测表面上，光点可与机械式触针相比拟，故称之为光触针。它利用反射光通过离焦检测元件在光电接收器件上的光斑图象变化进行测量。此法能真实扩大和记录被测面的断面曲线，易于制成微型测头，从而在不更换其他设备的情况下取代机械触针式测头，具有极大的应用前景。

德国UBM公司生产了一种UB16型非接触光学测微计。该测微计采用目前已有的离焦检测法，其光学工作原理在图1中示出。光源[1]由准直镜[2]形成平行光，透过分光镜[13]由物镜[6]形成光触针[7]，并聚焦在被测面[12]上。由被测面[12]反射的光束由分光镜[13]反射后投向汇聚镜[20]，其汇聚光照射到离焦检测元件-傅科棱镜[21]上，所形成的光斑由光电接收器件[8]与[9]接收并转换为离焦电量送至离焦信号处理器[14]中。离焦信号处理器[14]的输出送入驱动器[16]，驱动器[16]的输出用于推动焦点跟踪驱动器[11]并带动物镜[6]沿光轴移动。被测面[12]的位移量由与物镜[6]连接的位移测量装置[19]测出。上述离焦检测法测微仪的不足之处是：1.离焦检测所需的元件多，价格高。为了分辨出离焦量至少要用分光镜[13]、汇聚镜[20]及傅科棱镜[21]三个元件;2.实际的位移测量是由位移测量装置[19]来完成，这使得结构复杂，安装困难，因而成本较高。

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种结构比较简单、成本比较低、体积比较小，而且测量范围宽、分辨率高、噪声低的光学测微仪。

本发明含有半导体激光器[1]、准直透镜[2]、物镜[6]、焦点跟踪驱动器[11]、驱动电路[16]、积分器[15]和显示器[18];由全息片[3]和[4]集成的全息刀口元件[5]设置在准直透镜[2]和物镜[6]之间;二个二象限光电接收器[8]和[9]置于半导体激光器[1]的一侧或分别置于半导体激光器[1]的一侧和后（前）侧，以便接收到全息刀口元件[5]衍射的光束;所述光电接收器[8]和[9]连接信号处理器[14]，所述信号处理器[14]用以处理被测表面位移变化的信号（离焦量）;非线性修正器[17]一端接积分器[15]，另一端接显示器[18]。

上述全息刀口元件[5]最好采用全息正交刀口元件或全息双刀口元件。上述全息刀口元件[5]向着光电接收器[8]和[9]的相反方向颂斜3-5°，效果更佳。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述和说明。

图1是现有技术中的离焦法激光光触针测微仪的工作原理图;

图2（1）是本发明采用全息正交刀口元件的测微仪的工作原理图;

图2（2）是本发明采用全息双刀口元件的测微仪的工作原理图;

图3（1）是本发明采用全息正交刀口元件的测微仪的结构图（去外壳俯视图）;

图3（2）是本发明采用全息双刀口元件的测微仪的结构图（正视图）;

图4（1）是全息正交刀口元件结构示意图;

图4（2）是全息双刀口元件结构示意图;

图5是信号处理器的电路图。

现在简述一下本发明的工作原理：