[發明專利]基于LED光源高精度的微分干涉測量系統及方法

有效

• 申請號: 201210178838.0
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102679907A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 姚勇;趙勇;孫云旭;盛希晨;陳伯雙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 黃震

技術領域

本發明涉及一種微分干涉測量系統及方法，尤其涉及一種基于LED光源高精度的微分干涉測量系統及方法。

背景技術

激光器自問世以來，基于其光束的方向性好和相干性強等優質特性被廣泛應用于光學測量中作為照明光源。但隨著產品性能的不斷提高，對表面的平整度要求也越來越嚴格，在測量高平滑的表面時，激光器就會顯現出一些弊端，當光束在系統中傳播時，被各光學元件中的雜質、缺陷、甚至空氣中的塵埃散射的雜散光在接收屏上也會發生干涉，形成相干噪聲或散斑噪聲，這些噪聲通過算法處理很難消除，而且嚴重的影響了測量結果，尤其對高平滑表面進行測量時，甚至會吞沒表面的形貌信息，難以實現測量的目的。

發明內容

本發明解決的技術問題是：構建一種基于LED光源高精度的微分干涉測量系統及方法，克服現有技術激光光束在系統傳播容易發生干涉，形成相干噪聲或散斑噪聲的技術問題。

本發明的技術方案是：構建一種基于LED光源高精度的微分干涉測量系統，包括LED光源、聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片、起偏器、單軸晶體、分光棱鏡、1/4波片、檢偏器、成像透鏡、CCD圖像探測傳感器、采集干涉光強圖的采集單元、重構待測樣品表面的重構單元，所述LED光源、聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片、起偏器依次設置在第一光軸上，所述待測樣品、單軸晶體、分光棱鏡、1/4波片、檢偏器、成像透鏡、CCD圖像探測傳感器依次設置在第二光軸上，所述第一光軸與所述第二光軸通過所述分光棱鏡垂直連接，所述LED光源發出的光依次經過所述聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片后形成平行于第一光軸傳播的均勻光束，所述均勻光束經所述起偏器后形成線偏振光，所述線偏振光經所述分光棱鏡反射進入所述單軸晶體后被微分剪切成兩束振動方向互相垂直的線偏振光照射在待測樣品表面上，待測樣品表面的反射光經所述單軸晶體合成一束光經分光棱鏡、1/4波片和檢偏器后由所述成像透鏡在所述CCD圖像探測傳感器，所述采集單元通過所述CCD圖像探測傳感器采集光強圖，所述重構單元根據所述采集單元采集的光強圖重構待測樣品的表面。

本發明的進一步技術方案是：采用LED弱相干光作為照明光源，有效地抑制了相干噪聲及散斑噪聲的產生，提高了測量結果的信噪比，使系統的測量結果可以更真實的反應被測表面形貌信息，而且系統的可重復測量的能力得到增強。

本發明的技術方案是：提供一種基于LED光源高精度的微分干涉測量方法，包括LED光源、聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片、起偏器、單軸晶體、分光棱鏡、1/4波片、檢偏器、成像透鏡、CCD圖像探測傳感器、采集干涉光強圖的采集單元、重構待測樣品表面的重構單元，所述LED光源、聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片、起偏器依次設置在第一光軸上，所述待測樣品、單軸晶體、分光棱鏡、1/4波片、檢偏器、成像透鏡、CCD圖像探測傳感器依次設置在第二光軸上，所述第一光軸與所述第二光軸通過所述分光棱鏡垂直連接，基于LED光源高精度的微分干涉測量方法包括如下步驟：

形成線偏振光：所述LED光源發出的光依次經過所述聚焦透鏡、可調光闌、濾波器、準直透鏡、干涉濾光片后形成平行于第一光軸傳播的均勻光束，所述均勻光束經所述起偏器后形成線偏振光；

干涉成像：所述線偏振光經所述分光棱鏡反射進入所述單軸晶體后被微分剪切成兩束振動方向互相垂直的線偏振光照射在待測樣品表面上，待測樣品表面的反射光經所述單軸晶體合成一束光經分光棱鏡、1/4波片和檢偏器后由所述成像透鏡在所述CCD圖像探測傳感器；

采集圖像：依次采集至少三幅相位延遲π/2的待測樣品表面的干涉光強圖并提取出相位；

重構：采用數值積分算法對提取出的相位信息進行處理，重構出待測樣品表面的形貌。

本發明的進一步技術方案是：在采集圖像步驟中，將干涉光強圖譜寬內所有波長光相干疊加：

式中，λ₀為中心波長，i_s，i_r為兩束相干光的光功率密度，為被測表面的相位信息，為每次引入的相位延遲。

本發明的進一步技術方案是：在采集圖像步驟中，提取出相位為：

其中：Δλ為干涉光的譜寬，為被測表面的相位信息。

本發明的進一步技術方案是：在重構步驟中，將被測信息沿X方向量化了，采用數值積分算法重構被測表面高度信息為：