CN103983205A - 微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法 - Google Patents

Abstract

一种微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法，有由光学显微干涉系统、数字CCD摄像机和图像采集卡依次连接构成的白光干涉微结构测试系统，固定在白光干涉微结构测试系统上的自感应音叉式原子力显微测头，位于自感应音叉式原子力显微测头下方的用于放置被测样品的扫描及位移平台，分别与扫描及位移平台电连接的纳米测量机控制器和压电陶瓷控制器，白光干涉微结构测试系统的输出端电连接PC机，自感应音叉式原子力显微测头的输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统电连接PC机，压电陶瓷控制器的输出端还电连接纳米测量机控制器，压电陶瓷控制器的输入端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统电连接PC机。本发明实现了多信息传感和数据融合。

Description

微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法

技术领域

本发明涉及一种微结构形貌测试。特别是涉及一种将白光扫描干涉法与自感应音叉式原子力显微测头相结合的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法。

背景技术

超精密加工技术是指加工的尺寸、形状精度优于0.1μm，表面粗糙度Ra≤0.01μm的所有加工技术。超精密加工技术向前延伸，当加工精度达到纳米级或加工对象的尺度在纳米级时，称为纳米加工技术。目前，超精密加工和纳米加工技术呈现出的特点是：加工方法多样、加工材料种类丰富、加工结构和形状趋向复杂、加工表面精度高(面形误差小、表面粗糙度低)。

多种加工方法包括：由传统加工方法发展而来的超精密加工方法，例如：单点金刚石车削、磨削方法、铣削方法等；由微电子集成电路(IC)制造发展而来的加工方法，例如：光刻、ICP刻蚀、RIE刻蚀、化学气相沉积(CVD)等；可实现非硅类材料加工的方法，例如：LIGA、飞秒激光加工、聚焦离子束(FIB)加工、电子束加工等；以及一些新兴的纳米加工方法，例如：分子自主装加工、纳米压印、探针诱导氧化加工等。可加工材料种类也很丰富，包括金属、半导体、高分子聚合物和复合材料等，采用不同的加工方法可以在不同材料表面加工出形状各异的微纳米结构和高精度表面，满足不同需求。举例来说，微电子芯片制造的特征尺寸就是以光刻技术所能达到的最小线宽为标志的，形成了一代线宽一代微电子产品的格局。目前美国INTEL公司的制造水平已经达到了45nm，预计2011年实现22nm，这需要光刻掩模板的定位精度优于2nm。将宏观大器件缩小到显微尺寸甚至是纳米尺寸，对生产者提出的一个挑战就是器件的鲁棒性和整体性能会受到微小缺陷或是加工过程变化的影响，因此正确测量器件的特性对于实现预期的性能是必需的。

加工技术的发展，必将对其测量技术有了越来越高的要求，这主要体现在测量精度、测量范围和测量速度三个方面。针对加工方法和器件材料的不同，对加工表面的要求也不尽相同，有的对表面粗糙度有很高要求，有的则是对面形信息要求很高，而有的则对两者都有着很高的要求。例如，光学自由曲面是一类特殊要求的自由曲面，其主要特点是形状精度和表面粗糙度都必须同时达到很高的要求，它的几何形状精度将直接影响其工作性能和使用效果，形状精度通常要求达到与光波长同量级甚至于更高的要求(一般为微米或亚微米级)，表面粗糙度一般为纳米、亚纳米级。

复杂曲面元件的形状精度要求高，正向小型高精度化和大型高精度化方向发展。采用现有的加工工具、加工工艺和加工设备不易直接保证更小或是更大尺寸的产品达到高精度。因为有许多原因会造成设计形状与加工形状的差异，为消除这些因素的影响，常常利用被加工的复杂曲面形状的检测信息进行多次的误差修正。复杂曲面加工中可能需要几次乃至几十次的测试和修正才能达到目标精度，也就是说，没有高精度的测试手段也就无法加工出高精度的复杂曲面。另外，不同因素影响在表面信息中体现在不同的参数内，有的影响面形精度，有的影响波纹度，还有的影响粗糙度，通过对表面信息所表现出来的多参数进行分析，即可分析出产生误差的原因，提出对加工系统、加工工艺或是加工工具的改进措施。

近10年来在国家科技计划的支持下，我国的超精密加工和纳米加工技术已经取得了很大的进步，多家研究单位采用单点金刚石车削、磨削、极紫外光刻、LIGA等技术加工出了具有纳米级特征结构或超精密表面的元件,在理论研究和工程应用等方面都取得了重要进展，而且还有结合基本传统加工工艺而不断产生新的加工技术，但其中也暴露出一些不足之处，如：加工工艺稳定性不高、器件成品率及可靠性偏低等问题，问题形成的重要原因之一就是缺乏相应的测试手段。十五期间，我国开始重视微纳米测试技术的研究，在光学和扫描探针等高精度测试方面取得了一定进展，但是由于时间较短，所解决的测试问题只是有限的几个方面，且应用存在较多的限制条件。

具有微结构阵列的复杂曲面核心关键件，例如：高清晰投影技术中的微镜阵列、生化分析中的芯片实验室(LOC)、光纤通讯中的微透镜阵列、惯性制导中的“复眼”透镜阵列和天文望远系统中的菲涅尔透镜等，在航空航天、国防军工、汽车工业、现代通讯、生物医疗等领域日益广泛的应用。对于这一类元件，其整体与单个微结构的形状精度和表面质量以及微结构阵列的一致性等参数都很重要，大扫描范围、纳米级分辨力的表面几何参数测量就成为其加工过程质量控制的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种将光学显微干涉技术和扫描探针技术相结合的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，包括有由光学显微干涉系统、数字CCD摄像机和图像采集卡依次连接构成的白光干涉微结构测试系统，还设置有固定在所述的白光干涉微结构测试系统上的自感应音叉式原子力显微测头，位于自感应音叉式原子力显微测头下方的用于放置被测样品的扫描及位移平台，分别与所述的扫描及位移平台电连接的纳米测量机控制器和压电陶瓷控制器，其中，所述的白光干涉微结构测试系统的输出端电连接PC机，所述的自感应音叉式原子力显微测头的输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统电连接PC机，所述的压电陶瓷控制器的输出端还电连接纳米测量机控制器，压电陶瓷控制器的输入端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统电连接PC机。

所述的自感应音叉式原子力显微测头包括有探针、用于调整探针位置的位置调整机构和用于控制探针工作的音叉探针控制器，其中，所述的位置调整机构固定在所述的自感应音叉式原子力显微测头中的光学显微干涉系统上，所述的探针位于所述白光干涉微结构测试系统的镜头下方，同时还位于被测样品的上方，所述的音叉探针控制器输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统电连接PC机。

所述的位置调整机构包括有二维精密位移台和放置在所述二维位移台上的测头组件，所述的测头组件包括有与所述的音叉探针控制器电连接的探针电路板，设置在探针电路板上中间开有贯通孔的底座，设置在底座的贯通孔内并与所述的探针电路板通过螺栓固定连接用于调整探针电路板旋转位置的手动旋转台，通过螺栓固定连接在所述底座一侧边的连接臂，其中，所述的手动旋转台上设置有一用于推动手动旋转台旋转的手柄，所述的底座上与所述的手柄相对应的设置有用于限定手动旋转台旋转角度的限位磁铁，所述的探针设置在所述的探针电路板的侧端部。

所述的扫描及位移平台包括有用于放置被测样品的高频压电陶瓷台和与所述的高频压电陶瓷台相连接的纳米测量机，其中，所述的高频压电陶瓷台的输入端连接所述的压电陶瓷控制器，所述的纳米测量机连接纳米测量机控制器。

所述的纳米测量机控制器包括有与所述的纳米测量机输入端相连的电机控制器，与所述的纳米测量机输出端相连的激光干涉仪，以及分别与压电陶瓷控制器和PC机相连的平台控制器，其中，所述的激光干涉仪、平台控制器和电机控制器依次连接。

所述的高速数字信号处理伺服反馈控制系统包括有依次连接的AD转换模块、高速数字信号处理器和DA转换模块，所述的高速数字信号处理器过RS232接口连接PC机，其中，所述的AD转换模块的输入端连接自感应音叉式原子力显微测头中的音叉探针控制器的输出端，所述的DA转换模块的输出端连接压电陶瓷控制器。

一种微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，是针对微阵列型复杂曲面光学元件的将白光扫描干涉法与自感应音叉式原子力显微测头相结合的复合测量方法，首先，将自感应音叉原子力显微测头装在光学显微干涉系统上，将被测样品放置于高频压电陶瓷台上，由PC机通过纳米测量机控制器控制纳米测量机完成扫描过程，白光干涉微结构测试系统采集图像传至PC机进行后续处理，确定被测样品表面形貌，完成大范围快速测量；然后，在所确定的被测样品表面形貌的基础上选取需精密测量的特征区域，由自感应音叉原子力显微测头配合高速数字信号处理伺服反馈控制系统，高频压电陶瓷台及压电陶瓷控制器进行该区域的原子力显微测量，最终获得特征区域的高分辨力形貌。

具体包括如下步骤：

1)统一坐标系，通过位置调整机构中的二维位移台调整探针高度，改变探针的悬臂梁与白光干涉微结构测试系统中的物镜距离，使悬臂梁在视场中清晰成像，选择平面样品，以确保悬臂梁处于单色背景之中，同时使样品远离白光干涉微结构测试系统的成像区域，以视场左上角为坐标原点，记录悬臂梁末端在视场中的水平像素坐标，并换算出对应的位置坐标；

2)将平面样品更换为被测样品，通过移动纳米测量机使被测样品表面成像于视场中，选择被测样品表面特征区域的像素范围；

3)为了不影响白光干涉测量，通过位置调整机构中的测头旋转机构，将探针的悬臂梁移出视场之外；

4)通过白光显微干涉方法对被测样品表面进行测量，从测量结果中得到特征区域的左上角坐标，通过白光干涉测量，同时得到样品表面和特征区域的整体高度变化；

5)通过纳米测量机水平移动被测样品，将特征区域的左上角移动至悬臂梁末端的坐标位置；

6)通过位置调整机构中的测头旋转机构，将探针的悬臂梁移回视场中的初始位置，使用自感应音叉式原子力显微测头继续对样品特征区域内的区域进行测量，直至获得被测样品特征区域的纳米级分辨力形貌。

本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法，悬臂梁探针无需传统光学信号检测部分，设计紧凑型测头，构建新型测量系统，从而实现将光学式测量和机械式测量相结合，将非接触测量和接触测量相结合，将全场测量和单点扫描测量相结合，将大范围、高垂直分辨力、低水平分辨力测量和小范围、高垂直分辨力、高水平分辨力测量相结合，应用于纳米测量机(NMM)高精度定位测量平台，在高精度定位平台上构建新型测量系统，通过扫描探针技术提高光学方法在水平方向的测量分辨力，通过光学方法扩展扫描探针方法的测量范围，提高测量速度，将二者有机结合起来，通过NMM内嵌的激光干涉仪实现长度测量溯源，既扩展了测量范围又提高了测量精度，可以实现大范围的几何量参数测试，实现了多信息传感和数据融合，解决微结构阵列复杂曲面元件几何量测试中的关键问题。

附图说明

图1是本发明测量系统的整体结构示意图；

图2是本发明中测头组件的分解结构示意图；

图3是本发明中测头组件的整体结构示意图。

图中

1：自感应音叉式原子力显微测头      2：高速数字信号处理伺服反馈控制系统

3：白光干涉微结构测试系统          4：纳米测量机控制器

5：扫描及位移平台                  6：压电陶瓷控制器

7：PC机                            11：探针

12：位置调整机构                   13：音叉探针控制器

21：AD转换模块                     22：高速数字信号处理器

23：DA转换模块                     24：RS232接口

31：光学显微干涉系统               32：数字CCD摄像机

33：图像采集卡                     41：电机控制器

42：激光干涉仪                     43：平台控制器

51：高频压电陶瓷台                 52：纳米测量机

121：探针电路板                    122：底座

123：手动旋转台                    124：连接臂

125：限位磁铁                      126：手柄

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统与测量方法做出详细说明。

本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，将光学显微干涉技术和扫描探针技术相结合，悬臂梁探针采用瑞士Nanosensors公司的新型的自激励/自感应音叉探针Akiyama探针，无需传统光学信号检测部分，设计紧凑型测头，构建新型测量系统，从而实现将光学式测量和机械式测量相结合，将非接触测量和接触测量相结合，将全场测量和单点扫描测量相结合，将大范围、高垂直分辨力、低水平分辨力测量和小范围、高垂直分辨力、高水平分辨力测量相结合，应用于德国SIOS公司的纳米测量机(NMM)高精度定位测量平台，将二者有机结合起来，通过NMM内嵌的激光干涉仪实现长度测量溯源，既扩展了测量范围又提高了测量精度，可以实现大范围的几何量参数测试，解决微结构阵列复杂曲面元件几何量测试中的关键问题。

如图1所示，本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，包括有专利号为ZL201010274207.X中的由光学显微干涉系统31、数字CCD摄像机32和图像采集卡33依次连接构成的白光干涉微结构测试系统3，固定在所述的白光干涉微结构测试系统3上的自感应音叉式原子力显微测头1，位于自感应音叉式原子力显微测头1下方的用于放置被测样品的扫描及位移平台5，分别与所述的扫描及位移平台5电连接的纳米测量机控制器4和压电陶瓷控制器6，其中，所述的白光干涉微结构测试系统3的输出端电连接PC机7，所述的自感应音叉式原子力显微测头1的输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统2电连接PC机7，所述的压电陶瓷控制器6的电容传感器输出端接入纳米测量机控制器4的反馈信号输入端，压电陶瓷控制器6的输入端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统2电连接PC机7。

由PC机7控制纳米测量机进行扫描，扫描过程中，被测样品的不同区域在不同时间通过相干平面并达到最佳干涉，整个相移干涉过程通过数字CCD摄像机记录图像并由图像采集卡传至PC机进行处理。通过提取图像中的干涉信号，并确定干涉信号零级干涉条纹的位置，最终确定表面形貌。扫描探针测量是参考纳米测量机(NMM)说明书设置测量范围与测量路径，通过NMM控制器将样品形貌信息记录入PC机，由NMM控制软件自动完成区域形貌测量。

所述的自感应音叉式原子力显微测头1包括有瑞士Nanosensors公司的Akiyama探针11、用于调整探针11位置的位置调整机构12和用于控制探针11工作的由美国NanoAndMore公司生产的音叉探针控制器Tuning Fork Sensor Controller(TFSC)13，其中，所述的位置调整机构12固定在所述的自感应音叉式原子力显微测头1中的光学显微干涉系统31上，所述的探针11位于所述白光干涉微结构测试系统3的镜头下方，同时还位于被测样品的上方，所述的音叉探针控制器13的Δf输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统2电连接PC机7。

所述的位置调整机构12包括有卓立汉光公司的二维精密位移台和放置在所述二维位移台上的测头组件，所述的测头组件如图2、图3所示，包括有音叉探针控制器13附带的并与所述的音叉探针控制器13电连接的探针电路板121，设置在探针电路板121上中间开有贯通孔的底座122，设置在底座122的贯通孔内并与所述的探针电路板121通过螺栓固定连接用于调整探针电路板121旋转位置的手动旋转台123，通过螺栓固定连接在所述底座122一侧边的连接臂124，其中，所述的手动旋转台123上设置有一用于推动手动旋转台123旋转的手柄126，所述的底座122上与所述的手柄126相对应的设置有用于限定手动旋转台123旋转角度的限位磁铁125，所述的探针11通过簧片安装在音叉探针控制器附带的探针电路板121上。所述的测头组件可以使探针旋转进入或退出光学显微干涉模块的测量视场，实现复合测量或单独光学干涉测量。

所述的扫描及位移平台5包括有用于放置被测样品的德国Physik Instrumente(PI)公司生产的S303高频压电陶瓷台51和与所述的高频压电陶瓷台51相连接的德国SIOS公司生产的大范围三维扫描定位平台纳米测量机52，其中，所述的高频压电陶瓷台51的输入端连接德国Physik Instrumente(PI)公司生产的压电陶瓷控制器6，所述的纳米测量机52连接纳米测量机控制器4。

所述的纳米测量机控制器4同样是德国SIOS公司生产的，包括有与所述的纳米测量机52输入端相连的电机控制器41，与所述的纳米测量机52输出端相连的激光干涉仪42，以及分别与压电陶瓷控制器6和PC机7相连的平台控制器43，其中，所述的激光干涉仪42、平台控制器43和电机控制器41依次连接。

所述的位置调整机构使用的德国SIOS公司生产的大范围三维扫描定位平台纳米测量机(NMM)依据长度计量原理构建，采用He-Ne单频激光干涉仪对X、Y、Z三轴运动进行实时标定，利用三个正交测量激光束构建空间测量坐标系，实现三个方向的测量轴交于一点，测量点也位于此处，可避免阿贝误差影响；X、Z和Y、Z两个红外角度传感器测量Z向扫描工作台的偏摆，并进行实时反馈控制，采用温度、湿度和气压传感器对周围环境变化进行测量，修正激光波长变化，提高平台的定位精度。平台的运动范围为25mm×25mm×5mm，这使得复合式测头的测量范围也扩展为25mm×25mm×5mm，由于纳米测量机控制器内嵌的激光干涉仪在整个测量范围的非线性小，测量精度高，因此，系统可以实现大范围内的高精度测量。同时，采用具有较高谐振频率的全行程为2μm、最高工作频率为25kHz，德国PhysikInstrumente(PI)公司生产的S303高频压电陶瓷驱动器及压电陶瓷控制器E655用于辅助NMM的z向运动，调节悬臂梁的z向变形量，获取表面的高频信息，实现高速测量。高频压电陶瓷驱动器通过连接板固定在纳米测量机的运动平台上。

为了保证悬臂梁变形信号的采集、处理速度以及反馈控制，整体采用高速数字信号处理(DSP)伺服反馈控制系统进行控制，所述的高速数字信号处理伺服反馈控制系统2包括有依次连接的AD转换模块21、高速数字信号处理器22和DA转换模块23，所述的高速数字信号处理器22过RS232接口24连接PC机7，其中，所述的AD转换模块21的输入端连接自感应音叉式原子力显微测头1中的音叉探针控制器13的输出端，所述的DA转换模块23的输出端连接压电陶瓷控制器6。反馈控制信号采用音叉探针控制器13输出的探针调频信号，通过音叉探针控制器13自激振荡选频回路将驱动信号通过音叉探针控制器附带的探针电路板输入探针，使其在谐振频率工作，并将音叉探针控制器附带探针电路板输出的信号输入音叉探针控制器13的锁相环(PLL)电路，感知悬臂梁谐振频率变化，并将输出的频移信号通过AD输入高速数字信号处理(DSP)伺服反馈控制系统进行实时处理，通过比例-积分(PI)控制算法确定反馈控制量，并通过DA输出进入压电陶瓷驱动器的控制器，控制高频压电陶瓷驱动器运动，并将压电陶瓷控制器的电容传感器输出信号输入纳米测量机控制器的反馈信号输入端，实现频率调制模式下的扫描探针测量，减小探针接触力对被测样品表面的影响。

本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，是采用复合测头测量同一标准样板，通过对比自感应音叉式原子力显微测头扫描图像和白光干涉测量系统图像之间的相对位置关系，实现两套系统测量坐标系的统一。利用白光干涉测量系统的大视场特点，对被测样品在较大的范围内进行测量，得到被测样品表面结构的三维形貌信息，对于感兴趣的区域(例如单个微结构)，再利用自感应音叉式原子力显微测头进行精细测量，得到表面粗糙度等信息，通过自感应音叉式原子力显微测头提高白光干涉测量系统的水平分辨力。即，本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，是针对微阵列型复杂曲面光学元件的将白光扫描干涉法与自感应音叉式原子力显微测头相结合的复合测量方法，首先，将自感应音叉原子力显微测头装在光学显微干涉系统上，将被测样品放置于高频压电陶瓷台上，由PC机通过纳米测量机控制器控制纳米测量机完成扫描过程，白光干涉微结构测试系统采集图像传至PC机进行后续处理，确定被测样品表面形貌，完成大范围快速测量；然后，在所确定的被测样品表面形貌的基础上选取需精密测量的特征区域，由自感应音叉原子力显微测头配合高速数字信号处理伺服反馈控制系统，高频压电陶瓷台及压电陶瓷控制器进行该区域的原子力显微测量，最终获得特征区域的高分辨力形貌。

本发明的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，具体包括如下步骤：

1)统一坐标系，通过位置调整机构中的二维位移台调整探针高度，改变探针的悬臂梁与白光干涉微结构测试系统中的物镜距离，使悬臂梁在视场中清晰成像，选择平面样品(如硅片)，以确保悬臂梁处于单色背景之中，同时使样品远离白光干涉微结构测试系统的成像区域，以视场左上角为坐标原点，记录悬臂梁末端(即探针端)在视场中的水平像素坐标，并换算出对应的位置坐标；

2)将平面样品更换为被测样品，通过移动纳米测量机使被测样品表面成像于视场中，选择被测样品表面特征区域的像素范围；

3)为了不影响白光干涉测量，通过位置调整机构中的手动旋转台，将探针的悬臂梁移出视场之外；

4)通过白光显微干涉方法对被测样品表面进行测量，测量时在视场中观察到移动的干涉条纹，从测量结果中得到特征区域的左上角坐标，通过白光干涉测量，同时得到样品表面和特征区域的整体高度变化；

5)通过纳米测量机水平移动被测样品，将特征区域的左上角移动至悬臂梁末端(即探针端)的坐标位置；

6)通过位置调整机构中的手动旋转台，将探针的悬臂梁移回视场中的初始位置，使用自感应音叉式原子力显微测头继续对样品特征区域内的区域进行测量，直至获得被测样品特征区域的纳米级分辨力形貌。

本发明将光学显微干涉技术和扫描探针技术相结合，在高精度定位平台上构建新型测量系统，利用激光干涉仪实现长度计量,通过扫描探针技术提高光学方法在水平方向的测量分辨力，通过光学方法扩展扫描探针方法的测量范围，提高测量速度，两者结合既扩展了测量范围又提高了测量精度，实现了多信息传感和数据融合，解决其测试过程中的关键问题。

Claims (8)

1.一种微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，包括有由光学显微干涉系统(31)、数字CCD摄像机(32)和图像采集卡(33)依次连接构成的白光干涉微结构测试系统(3)，其特征在于，还设置有固定在所述的白光干涉微结构测试系统(3)上的自感应音叉式原子力显微测头(1)，位于自感应音叉式原子力显微测头(1)下方的用于放置被测样品的扫描及位移平台(5)，分别与所述的扫描及位移平台(5)电连接的纳米测量机控制器(4)和压电陶瓷控制器(6)，其中，所述的白光干涉微结构测试系统(3)的输出端电连接PC机(7)，所述的自感应音叉式原子力显微测头(1)的输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统(2)电连接PC机(7)，所述的压电陶瓷控制器(6)的输出端还电连接纳米测量机控制器(4)，压电陶瓷控制器(6)的输入端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统(2)电连接PC机(7)。

2.根据权利要求1所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，其特征在于，所述的自感应音叉式原子力显微测头(1)包括有探针(11)、用于调整探针(11)位置的位置调整机构(12)和用于控制探针(11)工作的音叉探针控制器(13)，其中，所述的位置调整机构(12)固定在所述的自感应音叉式原子力显微测头(1)中的光学显微干涉系统(31)上，所述的探针(11)位于所述白光干涉微结构测试系统(3)的镜头下方，同时还位于被测样品的上方，所述的音叉探针控制器(13)输出端通过高速数字信号处理伺服反馈控制系统(2)电连接PC机(7)。

3.根据权利要求2所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，其特征在于，所述的位置调整机构(12)包括有二维精密位移台和放置在所述二维位移台上的测头组件，所述的测头组件包括有与所述的音叉探针控制器(13)电连接的探针电路板(121)，设置在探针电路板(121)上中间开有贯通孔的底座(122)，设置在底座(122)的贯通孔内并与所述的探针电路板(121)通过螺栓固定连接用于调整探针电路板(121)旋转位置的手动旋转台(123)，通过螺栓固定连接在所述底座(122)一侧边的连接臂(124)，其中，所述的手动旋转台(123)上设置有一用于推动手动旋转台(123)旋转的手柄(126)，所述的底座(122)上与所述的手柄(126)相对应的设置有用于限定手动旋转台(123)旋转角度的限位磁铁(125)，所述的探针(11)设置在所述的探针电路板(121)的侧端部。

4.根据权利要求1所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，其特征在于，所述的扫描及位移平台(5)包括有用于放置被测样品的高频压电陶瓷台(51)和与所述的高频压电陶瓷台(51)相连接的纳米测量机(52)，其中，所述的高频压电陶瓷台(51)的输入端连接所述的压电陶瓷控制器(6)，所述的纳米测量机(52)连接纳米测量机控制器(4)。

5.根据权利要求1或4所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，其特征在于，所述的纳米测量机控制器(4)包括有与所述的纳米测量机(52)输入端相连的电机控制器(41)，与所述的纳米测量机(52)输出端相连的激光干涉仪(42)，以及分别与压电陶瓷控制器(6)和PC机(7)相连的平台控制器(43)，其中，所述的激光干涉仪(42)、平台控制器(43)和电机控制器(41)依次连接。

6.根据权利要求1所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统，其特征在于，所述的高速数字信号处理伺服反馈控制系统(2)包括有依次连接的AD转换模块(21)、高速数字信号处理器(22)和DA转换模块(23)，所述的高速数字信号处理器(22)过RS232接口(24)连接PC机(7)，其中，所述的AD转换模块(21)的输入端连接自感应音叉式原子力显微测头(1)中的音叉探针控制器(13)的输出端，所述的DA转换模块(23)的输出端连接压电陶瓷控制器(6)。

7.一种权利要求1所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，其特征在于，是针对微阵列型复杂曲面光学元件的将白光扫描干涉法与自感应音叉式原子力显微测头相结合的复合测量方法，首先，将自感应音叉原子力显微测头装在光学显微干涉系统上，将被测样品放置于高频压电陶瓷台上，由PC机通过纳米测量机控制器控制纳米测量机完成扫描过程，白光干涉微结构测试系统采集图像传至PC机进行后续处理，确定被测样品表面形貌，完成大范围快速测量；然后，在所确定的被测样品表面形貌的基础上选取需精密测量的特征区域，由自感应音叉原子力显微测头配合高速数字信号处理伺服反馈控制系统，高频压电陶瓷台及压电陶瓷控制器进行该区域的原子力显微测量，最终获得特征区域的高分辨力形貌。

8.根据权利要求7所述的微阵列型复杂曲面光学元件的复合测量系统的测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)统一坐标系，通过位置调整机构中的二维位移台调整探针高度，改变探针的悬臂梁与白光干涉微结构测试系统中的物镜距离，使悬臂梁在视场中清晰成像，选择平面样品，以确保悬臂梁处于单色背景之中，同时使样品远离白光干涉微结构测试系统的成像区域，以视场左上角为坐标原点，记录悬臂梁末端在视场中的水平像素坐标，并换算出对应的位置坐标；

2)将平面样品更换为被测样品，通过移动纳米测量机使被测样品表面成像于视场中，选择被测样品表面特征区域的像素范围；

3)为了不影响白光干涉测量，通过位置调整机构中的测头旋转机构，将探针的悬臂梁移出视场之外；

4)通过白光显微干涉方法对被测样品表面进行测量，从测量结果中得到特征区域的左上角坐标，通过白光干涉测量，同时得到样品表面和特征区域的整体高度变化；

5)通过纳米测量机水平移动被测样品，将特征区域的左上角移动至悬臂梁末端的坐标位置；

6)通过位置调整机构中的测头旋转机构，将探针的悬臂梁移回视场中的初始位置，使用自感应音叉式原子力显微测头继续对样品特征区域内的区域进行测量，直至获得被测样品特征区域的纳米级分辨力形貌。