[发明专利]激光共聚焦多点测高系统及测高方法

说明书

本发明涉及精密光学仪器测量系统技术领域，公开了一种激光共聚焦多点测高系统，包括激光光源和共聚焦直线光路，所述激光光源通过准直镜向分光棱镜发射激光，在所述激光光路的准直镜前方，设置微透镜阵列和第一分光镜，激光入射光位于第一分光镜的透光光路上，在所述第一分光镜的分光光路上设置第二分光镜，在所述第二分光镜的透光光路和分光光路上，分别设置正离焦PMT组和负离焦PMT组，在正离焦PMT组的光路上设置正离焦小孔组，在负离焦PMT组的光路上负离焦小孔组，所述微透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜。本发明还公开了对应的测高方法。本发明针对待测面的实际分布通过微透镜阵列来实现更换测试范围，实现同时测量多个不同点的特征信息。

技术领域

本发明涉及精密光学仪器测量系统技术领域，尤其涉及一种激光共聚焦多点测高系统及测高方法。

背景技术

参见附图1，激光共焦测量是基于共焦成像原理实现的。点光源P位于准直物镜L1的焦点上，发出的平行光经分光镜分光进入成像物镜L2，在L2的焦点上成点光源P的像，即图1中待测样品P'。准直物镜L1的焦距为F1, 准直物镜L2的焦距为F2,当被测件（试样）表面位于L2的焦面上时（物距D1=F2），入射光原路返回，过分光镜和另一准直物镜L3后，在L3的焦点上成点光源P的第二次成像，即图1中探测器P''。只有当P，P'，P''在各自光学元件的焦点位置上，才成立共轭的成像关系，这就称为共焦成像。

在此基础上，申请人早些时候申请了专利：“激光共聚焦测高系统及测高方法”（申请号：202010467720.4 ），通过实现单点测高，也可以直接分辨检测点的表面特征是凸起还是凹陷。其测试点单一，面对表面特征单一的待测物时，操作简单，效果直观，但对于表面特征多样，测试面积较大的样品则需要多次测量，导致测试时间长，操作复杂，不利于提高效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种激光共聚焦多点测高系统及测高方法，针对待测面的实际分布通过微透镜阵列来实现更换测试范围，实现同时测量多个不同点的特征信息。

本发明采取的技术方案是：

一种激光共聚焦多点测高系统，其特征是，包括激光光源和共聚焦直线光路，所述共聚焦直线光路包括成像CMOS、成像后镜组、分光棱镜、成像前镜组和待测物面，所述激光光源通过准直镜向分光棱镜发射激光，所述激光的入射方向与共聚焦直线光路垂直，在所述激光光路的准直镜前方，设置微透镜阵列和第一分光镜，激光入射光位于第一分光镜的透光光路上，在所述第一分光镜的分光光路上设置第二分光镜，在所述第二分光镜的透光光路和分光光路上，分别设置正离焦PMT组和负离焦PMT组，在正离焦PMT组的光路上的正离焦位置设置正离焦小孔组，在负离焦PMT组的光路上的负离焦位置设置负离焦小孔组，所述微透镜阵列包括多个阵列排布的凸透镜，所述正离焦PMT组、负离焦PMT组、正离焦小孔组和负离焦小孔组的各特征数量和排列与微透镜阵列相对应。

进一步，在所述第一分光镜与共聚焦直线光路之设置主镜组。

进一步，所述第一分光镜与激光光路呈45度夹角，所述第二分光镜与第一分光镜平行布置。

进一步，所述第一分光镜和第二分光镜位于靠近所述主镜组的一侧。

进一步，所述微透镜阵列的凸透镜为4个，呈正方形排列，正负离焦PMT组和正负离焦小孔组也呈正方形布置。

一种激光共聚焦多点测高方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）根据待测物面确定微透镜阵列及其排布；

（2）在待测物面位置设置平面标定板，调节平面标定板的水平位置，使多个正离焦PMT组和负离焦PMT组都能接收到能量且能量值最大，记能量最大值为E0，将此时的平面标定板的位置定为零点d0；

（3）将待测物面置于零点；

（4）通过测高系统获取待测物面的表面信息；