CN111964580A - 一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法，解决了现有薄膜厚度的测量方法中未考虑待测薄膜的位置与角度的检测校正的问题，本发明提出的检测装置及方法，基于光的反射原理，利用待测薄膜与光线准直器输出光之间的反射关系形成光杠杆，通过识别照射在光电位置探测器上光斑中心位置坐标的变化，实现对待测薄膜的位置及偏转角度的检测及校正，而且装置简单，易于集成，保证了薄膜厚度的测量精度。

Description

一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及光学测量的技术领域，更具体地，涉及一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置及方法。

背景技术

随着材料科学与技术的蓬勃发展，为满足微电子、光电子、新能量等领域的迫切需求，薄膜在光学工程、机械工程、通讯工程、生物工程、航空航天工程、化学工程、医学工程等领域被广泛应用。薄膜的厚度不仅是薄膜生产中关键的决定参数之一，更决定着薄膜在力学、电磁、光电和光学等场景中的应用性能，对薄膜厚度的精确测量一直是薄膜生产以及应用中重要的环节之一。

现有针对薄膜的厚度进行测量的方法有接触探针法、超声脉冲法、光学测量法等，其中，接触探针法具有稳定性好，分辨力高，测量范围大等优点，但由于探针法中包含基于机械运动的探针，对薄膜测量时需要进行二次加工，此外探针在薄膜表面的移动，也会给薄膜造成一定的损害；超声脉冲法发射超声脉冲入射到油膜的表面发生谐振，再通过测量反射脉冲的相关特性对油膜的厚度进行测量；但是该方法只适用于液态模的测量，且对于不同厚度范围的薄膜需建立不同的模型，解调难度较大；光学测量法具有高精度的优势，在薄膜厚度测量方面开始逐渐广泛的应用起来。

作为光学测量法的一部分，宽谱光干涉法由于具有绝对量的测量优势，在薄膜厚度测量领域逐渐应用发展起来。宽谱光干涉法的基本原理是：在宽谱光干涉仪的一臂末端接上扫描镜作为传感臂，另一臂长度固定作为参考臂，通过移动扫描镜来改变传感臂长度，当传感臂中传输光的光程与参考臂中传输光的光程实现匹配时，出现的干涉峰值最大，通过识别峰值的位置实现相关参数的测量。2017年9月15日，哈尔滨工程大学在中国专利中公开了一种共光路自校准薄膜厚度测量装置及测量方法，公开号为：CN107167085A，该方法利用共光路的宽谱光干涉仪与激光干涉仪实现薄膜厚度的测量，具有共光路，不需要标定器件等优点；同年，哈尔滨工程大学在公开号为CN107339943A的中国专利中公开了一种偏振复用的共光路自校准薄膜厚度测量装装置及测量方法，该方法在原有优势的基础上可进一步消除透射光对测量结果的影响，但是装置搭建较为复杂；2018年8月21日，哈尔滨工程大学公开了一种薄膜厚度与折射率同时测量的装置及测量方法的中国专利(公开号为CN108426530A)及2018年7月24日也公开了一种消除透射光的共光路自校准薄膜厚度与折射率的测量方法(公开号为CN108317962A)，哈尔滨工程大学在2018年公开的专利与2017年公开的发明专利相比，上述两种方法实现对了对透射光影响的消除及测量稳定性的提升，但是上述的测量方法均未考虑待测薄膜的位置与角度的检测校正，无法为薄膜厚度测量结果的准确性提供有效的保障。

发明内容

为克服现有薄膜厚度的测量方法中未考虑待测薄膜的位置与角度的检测校正，导致薄膜厚度测量结果的准确性无法保证的缺陷，本发明提出一种基于光杠杆的博薄膜位置与角度的检测装置及方法，保证薄膜厚度的测量精度。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，包括：光源输出模块、第一分束耦合器、双面光杠杆薄膜测量检测模块、第一干涉耦合器、第二干涉耦合器及采集处理模块；所述双面光杠杆薄膜测量检测模块包括：第一光线准直器、第一光电位置探测器、第二光线准直器、第二光电位置探测器及待测薄膜，待测薄膜安装在距离第一光线准直器与第二光线准直器的输出光的交点ε范围内，第一光线准直器的出射光经过待测薄膜第一测量面的反射，进入第一光电位置探测器的工作面上，第二光线准直器的出射光经过待测薄膜第二测量面的反射，进入到第二光电位置探测器的工作面上，ε表示大于等于零的量度参数；第一光电位置探测器的输出端及第二光电位置探测器的输出端均连接采集处理模块；所述光源输出模块的输出光被分束耦合器分为两束，一束通过第一干涉耦合器输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块的第一光线准直器中，另一束通过第二干涉耦合器输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块的第二光线准直器中，两束输出光均在双面光杠杆薄膜测量检测模块中进行薄膜位置及偏转角度检测校正，薄膜位置及偏转角度检测校正后的电信号通过第一光电位置探测器以及第二光电位置探测器的输出端传输至计算机进行数据解调与计算。

在此，待测薄膜与光线准直器输出光之间的反射关系形成光杠杆，然后在双面光杠杆薄膜测量检测模块中进行薄膜位置及薄膜偏转角度的检测校正，实现对待测薄膜的位置及偏转角度的监测，进而保证薄膜厚度及折射率测量结果的准确性。

优选地，所述光源输出模块包括作为测量光束的宽谱光源、第一隔离器、作为光路校正光束的窄带稳频激光光源、第二隔离器及第一波分复用器，宽谱光源的发出光传输至第一隔离器，窄带稳频激光光源的发出光传输至第二隔离器，两者通过第一波分复用器合成一束输出光进入第一分束耦合器中，被第一分束耦合器等分为两束输出光。

优选地，所述双面光杠杆薄膜测量检测模块还包括膜厚测量探头模块、第二分束耦合器及第三分束耦合器，所述膜厚测量探头模块包括第一测量探头及第二测量探头，第一干涉耦合器传输的输出光由第二分束耦合器分为两束，一束进入第一测量探头进行薄膜厚度测量，另一束进入第一光线准直器中进行薄膜位置及偏转角度检测校正；第二干涉耦合器传输的输出光由第三分束耦合器分为两束，一束进入第二测量探头进行薄膜厚度测量，另一束进入第二光线准直器中进行薄膜位置及偏转角度检测校正。

在此，双面光杠杆薄膜测量检测模块可直接实现两大功能：一是待测薄膜厚度的测量；二是薄膜位置及偏转角度的检测校正，薄膜位置及偏转角度的检测校正保证薄膜厚度的测量精度。

优选地，第一光线准直器与第二光线准直器的光学参数相同，第一光电位置探测器与第二光电位置探测器的光学参数相同，所述光学参数包括：发散角、工作距离、束腰直径及最大可通过光功率；第一光线准直器、第二光线准直器(309)、第一光电位置探测器及第二光电位置探测器具有相同的光波长工作距离。

优选地，当待测薄膜未安装时，第一光线准直器的输出光照射在第二光电位置探测器的工作面上，第二光线准直器的输出光照射在第一光电位置探测器的工作面上，第一光线准直器的输出光照射第二光电位置探测器的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器工作面积的10％，第二光线准直器的输出光照射在第一光电位置探测器的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器工作面积的10％。

优选地，当待测薄膜未安装时，第一光线准直器、第二光线准直器的出射光与第一测量探头、第二测量探头的出射光处于同一平面上且相交于同一点，第一测量探头的出射光与第二测量探头的出射光相重合；第一光线准直器的出射光和第二光线准直器的出射光互相垂直，第一测量探头的出射光与第一光线准直器的出射光之间夹角为45°；第二测量探头的出射光与第二光线准直器的出射光之间的夹角为45°。

优选地，所述检测装置还包括干涉测量模块，所述干涉测量模块包括呈镜像分布的第一干涉测量模块及第二干涉测量模块，第一干涉测量模块包括：第一解调干涉仪耦合器、第一准直镜、第一法拉第反射镜、位置扫描装置、正向移动光学反射镜，从双面光杠杆薄膜测量检测模块进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第一干涉耦合器进入第一干涉测量模块，通过位置扫描装置的光程扫描，在第一解调干涉仪耦合器处进行干涉；

第二干涉测量模块包括：第二解调干涉仪耦合器、反向移动光学反射镜、第二准直镜及第二法拉第反射镜；被第一分束耦合器等分为两束的输出光中另一束从双面光杠杆薄膜测量检测模块进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第二干涉耦合器进入第一干涉测量模块，通过位置扫描装置的光程扫描，在第二解调干涉仪耦合器处进行干涉；

第一解调干涉仪耦合器的第一输出端与第一准直镜连接；第一解调干涉仪耦合器的第二输出端与第一法拉第反射镜连接；第二解调干涉仪耦合器的第一输出端与第二准直镜连接；第一解调干涉仪耦合器的第二输出端与第二法拉第反射镜连接；

第一干涉测量模块与第二干涉测量模块共用同一位置扫描装置；当正向移动光学反射镜位于零点位置时，反向移动光学反射镜具有最大位移L；当正向移动光学反射镜移动到最大位移L时，反向移动光学反射镜处于零点位置；在位置扫描过程中，正向移动光学反射镜与反向移动光学反射镜具有相同的位移。

优选地，所述采集处理模块包括：第二波分复用器、第三波分复用器、若干个采集光电探测器、数据采集卡及计算机，第二波分复用器将第一干涉测量模块干涉后的薄膜厚度测量光束分离，第三波分复用器将第二干涉测量模块干涉后的光路校正光束分离，两者被采集光电探测器获取后，通过数据采集卡传输到计算机中进行解调处理。

本发明还提出一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测方法，基于权利要基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置实现，至少包括以下步骤：

S1.在待测薄膜未安装时，通过采集处理模块分别解调出第一光线准直器的输出光及第二光线准直器的输出光照射在第一光电位置探测器以及第二光电位置探测器工作面上的标准光斑中心位置坐标A；

S2.将待测薄膜安装在距离第一光线准直器与第二光线准直器的输出光的交点ε范围内，ε表示大于等于零的量度参数；第一光线准直器与第二光线准直器的出射光分别照射到待测薄膜的第一测量面及第二测量面上后，并分别反射到第一光电位置探测器及第二光电位置探测器的工作面上；

S3.设置经待测薄膜第一测量面与第二测量面反射的反射光斑中心位置B与标准光斑中心位置坐标A的偏差阈值R；

S4.调整待测薄膜的横向位置，使第一光电位置探测器与第二光电位置探测器同时出现光斑；调整待测薄膜的角度，通过采集处理模块解调记录经待测薄膜反射的反射光斑中心位置A″；

S5.判断反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量是否小于偏差阈值R且具有最小值，若是，薄膜位置与角度正常，校正结束；否则，调整待测薄膜的位置，直至反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量小于偏差阈值R且具有最小值。

优选地，步骤S3所述的偏差阈值根据待测薄膜的厚度h设置，允许的最大偏差阈值R_max满足：

R_max＜1.5h

其中，h表示待测薄膜的厚度。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1.利用待测薄膜与光线准直器输出光之间的反射关系形成光杠杆，而且利用两个光线准直器、两个光电位置探测器形成了双面双光杠杆的结构，可推广适用于透明薄膜与不透明薄膜的空间位置检测。

2.通过识别照射在光电位置探测器上光斑中心位置坐标的变化，实现对待测薄膜的位置及偏转角度的检测，双面光杠杆薄膜测量检测模块的双面差分结构可实现对薄膜空间位置偏移的进一步放大，便于光电位置探测器测量，测量精度高，从而实现对待测薄膜的位置及偏转角度的检测校正。

3.本发明提出的装置简单，易于集成，保证了薄膜厚度的测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例中提出的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例中提出的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测方法流程图。

图3为本发明实施例中提出的在待测薄膜未安装时，双面光杠杆薄膜测量检测模块内部的光路形成光斑中心的示意图。

图4为本发明实施例中提出的调整待测薄膜的角度时，双面光杠杆薄膜测量检测模块内部的光路形成光斑中心的示意图。

图5表示本发明实施例中提出的待测薄膜的角度完成调节时，双面光杠杆薄膜测量检测模块内部的所有光路形成光斑中心的示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置结构示意图，包括：光源输出模块1、第一分束耦合器2、双面光杠杆薄膜测量检测模块3、第一干涉耦合器4、第二干涉耦合器5及采集处理模块7，第一分束耦合器2分光比为3dB；双面光杠杆薄膜测量检测模块3包括：第一光线准直器308、第一光电位置探测器301、第二光线准直器309、第二光电位置探测器302及待测薄膜304，待测薄膜304安装在距离第一光线准直器308与第二光线准直器309的输出光的交点ε范围内，第一光线准直器308的出射光经过待测薄膜304第一测量面的反射，进入第一光电位置探测器301的工作面上，第二光线准直器309的出射光经过待测薄膜304第二测量面的反射，进入到第二光电位置探测器302的工作面上，ε表示大于等于零的量度参数，第一光电位置探测器301的输出端及第二光电位置探测器302的输出端均连接采集处理模块7；光源输出模块1的输出光被分束耦合器2分为两束，一束通过第一干涉耦合器4输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块3的第一光线准直器308中，另一束通过第二干涉耦合器5输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块3的第二光线准直器309中，两束输出光在双面光杠杆薄膜测量检测模块3中进行薄膜位置及偏转角度检测校正，薄膜位置及偏转角度检测校正后的电信号通过第一光电位置探测器301以及第二光电位置探测器302的输出端传输至计算机701进行数据解调与计算。

在本实施例中，第一光线准直器308与第二光线准直器309的光学参数相同，第一光电位置探测器301与第二光电位置探测器302的光学参数相同，所述光学参数包括：发散角、工作距离、束腰直径及最大可通过光功率；第一光线准直器308、第二光线准直器309、第一光电位置探测器301及第二光电位置探测器302具有相同的光波长工作距离；第一光线准直器308与第二光线准直器309的输出光在第一光电位置探测器301及第二光电位置探测器的工作距离为第一测量探头303与第二测量探头工作距离的1.5倍；第一光电位置探测器301与第二光电位置探测器302的工作面直径为1000μm，第一光电位置探测器301以及第二光电位置探测器302的工作波长在1100-1700nm之间，当待测薄膜304未安装时，第一光线准直器308的输出光照射在第二光电位置探测器302的工作面上，第二光线准直器309的输出光照射在第一光电位置探测器301的工作面上，第一光线准直器308的输出光照射第二光电位置探测器302的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器302工作面积的10％，第二光线准直器309的输出光照射在第一光电位置探测器303的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器302工作面积的10％。

当待测薄膜304未安装时，第一光线准直器308、第二光线准直器309的出射光与第一测量探头303、第二测量探头305的出射光处于同一平面上且相交于同一点，第一测量探头303的出射光与第二测量探头305的出射光相重合；第一光线准直器308的出射光和第二光线准直器309的出射光互相垂直，第一测量探头303的出射光与第一光线准直器308的出射光之间夹角为45°；第二测量探头305的出射光与第二光线准直器309的出射光之间的夹角为45°。

在本实施例中，光源输出模块1包括作为测量光束的宽谱光源101、第一隔离器102、作为光路校正光束的窄带稳频激光光源103、第二隔离器104及第一波分复用器105，宽谱光源101的中心波长为1310nm，主要用于实现薄膜厚度的绝对测量；窄带稳频激光光源103的波长为1550nm，主要用于实现薄膜厚度测量的溯源；第一隔离器102的工作波长为1310nm，第二隔离器104的工作波长为1550nm，第一波分复用器的工作波长为1310nm和1550nm；宽谱光源101的发出光传输至第一隔离器102，窄带稳频激光光源103的发出光传输至第二隔离器104，两者通过第一波分复用器105合成一束输出光进入第一分束耦合器2中，被第一分束耦合器2等分为两束输出光，一束通过分光比为3dB的第一干涉耦合器4输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块3的第一光线准直器308中，另一束通过分光比为3dB的第二干涉耦合器5输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块3的第二光线准直器309中。双面光杠杆薄膜测量检测模块3还包括膜厚测量探头模块、第二分束耦合器306及第三分束耦合器307，所述膜厚测量探头模块包括第一测量探头303及第二测量探头305，第一干涉耦合器4传输的输出光由第二分束耦合器306分为两束，一束进入第一测量探头303进行薄膜厚度测量，另一束进入第一光线准直器308中进行薄膜位置及偏转角度检测校正；第二干涉耦合器5传输的输出光由第三分束耦合器307分为两束，一束进入第二测量探头305进行薄膜厚度测量，另一束进入第二光线准直器309中进行薄膜位置及偏转角度检测校正，在本实施例中，第一测量探头303与第二测量探头305透镜端面反射率与透射率的比为50:50，第一光线准直器308与第二光线准直器309的输出光在第一光电位置探测器301及第二光电位置探测器302处的直径为50μm。

在本实施例中，所述检测装置还包括干涉测量模块6，干涉测量模块6包括呈镜像分布的第一干涉测量模块6A及第二干涉测量模块6B，第一干涉测量模块6A包括：第一解调干涉仪耦合器601、第一准直镜602、第一法拉第反射镜603、位置扫描装置604、正向移动光学反射镜604a，从双面光杠杆薄膜测量检测模块3进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第一干涉耦合器4进入第一干涉测量模块6A，通过位置扫描装置604的光程扫描，在第一解调干涉仪耦合器(601)处进行干涉；

第二干涉测量模块6B包括：第二解调干涉仪耦合器607、反向移动光学反射镜604b、第二准直镜605及第二法拉第反射镜606；从双面光杠杆薄膜测量检测模块3进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第二干涉耦合器5进入第一干涉测量模块6B，通过位置扫描装置604的光程扫描，在第二解调干涉仪耦合器607处进行干涉；

第一解调干涉仪耦合器601的第一输出端与第一准直镜602连接；第一解调干涉仪耦合器601的第二输出端与第一法拉第反射镜603连接；第二解调干涉仪耦合器607的第一输出端与第二准直镜605连接；第一解调干涉仪耦合器607的第二输出端与第二法拉第反射镜606连接；

第一干涉测量模块6A与第二干涉测量模块6B共用同一位置扫描装置604；当正向移动光学反射镜604a位于零点位置时，反向移动光学反射镜604b具有最大位移L；当正向移动光学反射镜604a移动到最大位移L时，反向移动光学反射镜604b处于零点位置；在位置扫描过程中，正向移动光学反射镜604a与反向移动光学反射镜604b具有相同的位移；

在本实施例中，参见图1，采集处理模块7包括：第二波分复用器707、第三波分复用器708、数据采集卡702、计算机701及三个采集光电探测器：第一光电探测器703、第二光电探测器704、第三光电探测器705，第二波分复用器707将第一干涉测量模块6A干涉后的薄膜厚度测量光(中心波长为1310nm的白光测量光束)分离，第三波分复用器708将第二干涉测量模块6B干涉后的光路校正光束分离(波长为1550nm激光校正光束)分离，两者被第一光电探测器703、第二光电探测器704及第三光电探测器705获取后，通过数据采集卡702传输到计算机701中进行解调处理；在实际实施时，计算机701负责对位置扫描装置604进行驱动。

如图2所示，本发明还提出一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测方法，基于前述光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置实现，包括以下步骤：

S1.在待测薄膜304未安装时，通过采集处理模块7分别解调出第一光线准直器308的输出光及第二光线准直器309的输出光照射在第一光电位置探测器301以及第二光电位置探测器302工作面上的标准光斑中心位置坐标A；

具体地，在双面光杠杆薄膜测量检测模块3内部的光路形成光斑中心的示意图如图3所示，待测薄膜304未安装时，第一光线准直器308的出射光照射在第二光电位置探测器302的工作面上，可以通过采集处理模块7解调出第一光线准直器308的出射光照射在第二光电位置探测器302的工作面上的标准光斑中心位置坐标A1；第二光线准直器309出射光照射在第一光电位置探测器301的工作面上，可以通过采集处理模块7解调出第二光线准直器309的出射光照射在第二光电位置探测器301的工作面上的标准光斑中心位置坐标A2；

S2.将待测薄膜304安装在距离第一光线准直器308与第二光线准直器309的输出光的交点ε范围内，ε表示大于等于零的量度参数；第一光线准直器308与第二光线准直器309的出射光分别照射到待测薄膜304的第一测量面及第二测量面上后，并分别反射到第一光电位置探测器301及第二光电位置探测器302的工作面上，ε范围表示待测薄膜304安装在距离第一光线准直器308与第二光线准直器309的输出光的交点附近；

S3.设置经待测薄膜304第一测量面与第二测量面反射的反射光斑中心位置B与标准光斑中心位置坐标A的偏差阈值R；

所述的偏差阈值根据待测薄膜304的厚度h设置，在本实施例中，设置偏差阈值R与待测薄膜的厚度相同，实际中允许的最大偏差阈值R_max满足：

R_max＜1.5h

其中，h表示待测薄膜的厚度；

S4.调整待测薄膜304的横向位置，使第一光电位置探测器(301)与第二光电位置探测器302同时出现光斑；调整待测薄膜304的角度，通过采集处理模块7解调记录经待测薄膜304反射的反射光斑中心位置A″；

如图4所示，以第一光线准直器308、待测薄膜304以及第一光电位置探测器301组成的光杠杆为例说明，当调节待测薄膜304的位置N(304')与理想位置M的待测薄膜304存在角度偏移α时，第一光线准直器308的输出光经过具有角度偏移的待测薄膜304第一测量面的反射照射在第一光电位置探测器301上，光斑中心坐标记为A″，然后执行步骤S5；

S5.判断反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量是否小于偏差阈值R且具有最小值，若是，薄膜位置与角度正常，校正结束；否则，调整待测薄膜304的位置，直至反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量小于偏差阈值R且具有最小值。

在具体实施时，第二光线准直器309、待测薄膜304以及第二光电位置探测器302所组成的光杠杆在待测薄膜304的位置与角度检测时具有上述相同的调节校正过程，待测薄膜304的角度完成调节校正时，双面光杠杆薄膜测量检测模块3内部的所有光路形成光斑中心的示意图如图5所示。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，包括：光源输出模块(1)、第一分束耦合器(2)、双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)、第一干涉耦合器(4)、第二干涉耦合器(5)及采集处理模块(7)；所述双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)包括：第一光线准直器(308)、第一光电位置探测器(301)、第二光线准直器(309)、第二光电位置探测器(302)及待测薄膜(304)，待测薄膜(304)安装在距离第一光线准直器(308)与第二光线准直器(309)的输出光的交点ε范围内，第一光线准直器(308)的出射光经过待测薄膜(304)第一测量面的反射，进入第一光电位置探测器(301)的工作面上，第二光线准直器(309)的出射光经过待测薄膜(304)第二测量面的反射，进入到第二光电位置探测器(302)的工作面上，ε表示大于等于零的量度参数，第一光电位置探测器(301)的输出端及第二光电位置探测器(302)的输出端均连接采集处理模块(7)；所述光源输出模块(1)的输出光被分束耦合器(2)分为两束，一束通过第一干涉耦合器(4)输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)的第一光线准直器(308)中，另一束通过第二干涉耦合器(5)输入至双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)的第二光线准直器(309)中，两束输出光均在双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)中进行薄膜位置及偏转角度检测校正，薄膜位置及偏转角度检测校正后的电信号通过第一光电位置探测器(301)以及第二光电位置探测器(302)的输出端传输至计算机(701)进行数据解调与计算。

2.根据权利要求1所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，所述光源输出模块(1)包括作为测量光束的宽谱光源(101)、第一隔离器(102)、作为光路校正光束的窄带稳频激光光源(103)、第二隔离器(104)及第一波分复用器(105)，宽谱光源(101)的发出光传输至第一隔离器(102)，窄带稳频激光光源(103)的发出光传输至第二隔离器(104)，两者通过第一波分复用器(105)合成一束输出光进入第一分束耦合器(2)中，被第一分束耦合器(2)等分为两束输出光。

3.根据权利要求2所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，所述双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)还包括膜厚测量探头模块、第二分束耦合器(306)及第三分束耦合器(307)，所述膜厚测量探头模块包括第一测量探头(303)及第二测量探头(305)，第一干涉耦合器(4)传输的输出光由第二分束耦合器(306)分为两束，一束进入第一测量探头(303)进行薄膜厚度测量，另一束进入第一光线准直器(308)中进行薄膜位置及偏转角度检测校正；第二干涉耦合器(5)传输的输出光由第三分束耦合器(307)分为两束，一束进入第二测量探头(305)进行薄膜厚度测量，另一束进入第二光线准直器(309)中进行薄膜位置及偏转角度检测校正。

4.根据权利要求1所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，第一光线准直器(308)与第二光线准直器(309)的光学参数相同，第一光电位置探测器(301)与第二光电位置探测器(302)的光学参数相同，所述光学参数包括：发散角、工作距离、束腰直径及最大可通过光功率；第一光线准直器(308)、第二光线准直器(309)、第一光电位置探测器(301)及第二光电位置探测器(302)具有相同的光波长工作距离。

5.根据权利要求4所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，当待测薄膜(304)未安装时，第一光线准直器(308)的输出光照射在第二光电位置探测器(302)的工作面上，第二光线准直器(309)的输出光照射在第一光电位置探测器(301)的工作面上，第一光线准直器(308)的输出光照射第二光电位置探测器(302)的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器(302)工作面积的10％，第二光线准直器(309)的输出光照射在第一光电位置探测器(303)的工作面上形成的光斑面积小于第二光电位置探测器(302)工作面积的10％。

6.根据权利要求5所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，当待测薄膜(304)未安装时，第一光线准直器(308)、第二光线准直器(309)的出射光与第一测量探头(303)、第二测量探头(305)的出射光处于同一平面上且相交于同一点，第一测量探头(303)的出射光与第二测量探头(305)的出射光相重合；第一光线准直器(308)的出射光和第二光线准直器(309)的出射光互相垂直，第一测量探头(303)的出射光与第一光线准直器(308)的出射光之间夹角为45°；第二测量探头(305)的出射光与第二光线准直器(309)的出射光之间的夹角为45°。

7.根据权利要求3所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括干涉测量模块(6)，所述干涉测量模块(6)包括呈镜像分布的第一干涉测量模块(6A)及第二干涉测量模块(6B)，第一干涉测量模块(6A)包括：第一解调干涉仪耦合器(601)、第一准直镜(602)、第一法拉第反射镜(603)、位置扫描装置(604)、正向移动光学反射镜(604a)，从双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第一干涉耦合器(4)进入第一干涉测量模块(6A)，通过位置扫描装置(604)的光程扫描，在第一解调干涉仪耦合器(601)处进行干涉；

第二干涉测量模块(6B)包括：第二解调干涉仪耦合器(607)、反向移动光学反射镜(604b)、第二准直镜(605)及第二法拉第反射镜(606)；从双面光杠杆薄膜测量检测模块(3)进行薄膜厚度测量后返回的薄膜厚度测量光通过第二干涉耦合器(5)进入第一干涉测量模块(6B)，通过位置扫描装置(604)的光程扫描，在第二解调干涉仪耦合器(607)处进行干涉；

第一解调干涉仪耦合器(601)的第一输出端与第一准直镜(602)连接；第一解调干涉仪耦合器(601)的第二输出端与第一法拉第反射镜(603)连接；第二解调干涉仪耦合器(607)的第一输出端与第二准直镜(605)连接；第一解调干涉仪耦合器(607)的第二输出端与第二法拉第反射镜(606)连接；

第一干涉测量模块(6A)与第二干涉测量模块(6B)共用同一位置扫描装置(604)；当正向移动光学反射镜(604a)位于零点位置时，反向移动光学反射镜(604b)具有最大位移L；当正向移动光学反射镜(604a)移动到最大位移L时，反向移动光学反射镜(604b)处于零点位置；在位置扫描过程中，正向移动光学反射镜(604a)与反向移动光学反射镜(604b)具有相同的位移。

8.根据权利要求7所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置，其特征在于，所述采集处理模块(7)包括：第二波分复用器(707)、第三波分复用器(708)、若干个采集光电探测器、数据采集卡(702)及计算机(701)，第二波分复用器(707)将第一干涉测量模块(6A)干涉后的薄膜厚度测量光束分离，第三波分复用器(708)将第二干涉测量模块(6B)干涉后的光路校正光束分离，两者被采集光电探测器获取后，通过数据采集卡(702)传输到计算机(701)中进行解调处理。

9.一种基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测方法，所述方法基于权利要求1所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测装置实现，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1.在待测薄膜(304)未安装时，通过采集处理模块(7)分别解调出第一光线准直器(308)的输出光及第二光线准直器(309)的输出光照射在第一光电位置探测器(301)以及第二光电位置探测器(302)工作面上的标准光斑中心位置坐标A；

S2.将待测薄膜(304)安装在距离第一光线准直器(308)与第二光线准直器(309)的输出光的交点ε范围内，ε表示大于等于零的量度参数；第一光线准直器(308)与第二光线准直器(309)的出射光分别照射到待测薄膜(304)的第一测量面与第二测量面上后，并分别反射到第一光电位置探测器(301)及第二光电位置探测器(302)的工作面上；

S3.设置经待测薄膜(304)第一测量面与第二测量面反射的反射光斑中心位置B与标准光斑中心位置坐标A的偏差阈值R；

S4.调整待测薄膜(304)的横向位置，使第一光电位置探测器(301)与第二光电位置探测器(302)同时出现光斑；调整待测薄膜(304)的角度，通过采集处理模块(7)解调记录经待测薄膜(304)反射的反射光斑中心位置A″；

S5.判断反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量是否小于偏差阈值R且具有最小值，若是，薄膜位置与角度正常，校正结束；否则，调整待测薄膜(304)的位置，直至反射光斑中心位置A″与标准光斑中心位置坐标A的位置偏移量小于偏差阈值R且具有最小值。

10.根据权利要求9所述的基于光杠杆的薄膜位置与角度的检测方法，其特征在于，步骤S3所述的偏差阈值根据待测薄膜(304)的厚度h设置，允许的最大偏差阈值R_max满足：

R_max＜1.5h

其中，h表示待测薄膜的厚度。

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