[發明專利]分光同步移相共光路干涉顯微檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201210374863.6
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102889853A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 單明廣;鐘志;郝本功;張雅彬;竇崢;刁鳴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及分光同步移相共光路干涉顯微檢測裝置及檢測方法，屬于光學干涉檢測領域。

背景技術

干涉顯微將干涉技術和顯微放大技術相結合，可精確地分析物體的三維形貌和相位型物體的位相信息，具有分辨力高、測量速度快等傳統干涉技術和顯微技術不可替代的優勢，是一種比較理想的微小物體三維形貌和位相分布測量的方法。

2006年，瑞士Lyncee?Tec公司首次推出DHM-1000數字全息顯微鏡，可用于測量微小物體的三維形貌和位相分布。但因為采用離軸全息光路而不能充分利用CCD分辨率和空間帶寬積；同時不能在光路中消除物鏡引起的相位畸變，為相位重構帶來困難，并引起重構誤差；因為采用分離光路干涉，即物光和參考光通過不同路徑進行干涉，易受外界振動、溫度起伏等影響，降低了實驗的可重復性。

中國專利《基于衍射光柵的物參共路相移數字全息顯微裝置》，公開號為CN102147233A，公開日為20110810，利用光柵衍射和針孔濾波構建了物參共路的干涉顯微裝置，降低了環境振動對干涉成像的影響，提高了成像的縱向分辨率，但是該方法需通過移動光柵獲得相移，不僅調控困難，而且振動等會給不同時刻采集的干涉圖引入相位誤差，同時因為在時間上分別完成記錄多幅干涉圖樣，無法實現待測物體的動態實時測量。

西安光機所的姚保利等提出利用分光棱鏡和偏振調制方法相結合構建同步相移干涉顯微裝置的方法（P.Gao,B.L.Yao,J.W.Min,R.L.Guo,J.J.Zheng,T.Ye.Parallel?two-step?phase-shifting?microscopic?interferometry?based?on?a?cube?beamsplitter.Optics?Communications.2011,284:4136-4140）。該方法利用分光棱鏡將正交偏振的物光和參考光分束，結合偏振調制通過一次曝光獲得兩幅相移干涉圖。該方法結構簡單，光能利用率高，但方法一次曝光只能獲得兩幅干涉圖樣，同時因為正交偏振的物光和參考光在分光棱鏡中間反射層反射時，物光或參考光其中一個會發生半波損失，且透射光與反射光強度不同，進而在兩幅干涉圖中引入附加相位差，并使兩幅干涉圖樣對比度不同，進而增加數據處理的復雜性并影響測量精度。

發明內容

本發明目的是為了解決現有光學相移干涉檢測方法操作復雜困難、測量精度低的問題，提供了一種分光同步移相共光路干涉顯微檢測裝置及檢測方法。

本發明所述分光同步移相共光路干涉顯微檢測裝置，它包括光源，它還包括偏振片、準直擴束系統、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、第一λ/4波片、校正物鏡、顯微物鏡、待測物體、第二λ/4波片、第三λ/4波片、矩形窗口、第一傅里葉透鏡、一維周期光柵、第二傅里葉透鏡、消偏振分光棱鏡、四象限偏振片組、圖像傳感器和計算機，其中λ為光源發射光束的光波長，

光源發射的光束經偏振片后入射至準直擴束系統的光接收面，經準直擴束系統準直擴束后的出射光束入射至第一分光棱鏡，第一分光棱鏡的反射光束作為參考光束經第二λ/4波片入射至矩形窗口；

第一分光棱鏡的透射光束再經第二分光棱鏡透射后入射至第一λ/4波片，第一λ/4波片的出射光束經由校正物鏡和顯微物鏡入射至待測物體，被待測物體反射的光束再經顯微物鏡、校正物鏡和第一λ/4波片入射至第二分光棱鏡，經第二分光棱鏡的反射光束作為物光束經第三λ/4波片入射至矩形窗口；

并排匯合于矩形窗口的物光束和參考光束入射至第一傅里葉透鏡，經第一傅里葉透鏡匯聚后的出射光束通過一維周期光柵入射至第二傅里葉透鏡，經第二傅里葉透鏡和消偏振分光棱鏡透射后的出射光束入射至四象限偏振片組，該四象限偏振片組的出射光束由圖像傳感器的光接收面接收，圖像傳感器的信號輸出端連接計算機的圖像信號輸入端；

以第一傅里葉透鏡光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標系，所述矩形窗口沿垂直于光軸的方向設置，并且沿x軸方向均分為兩個小窗口；

第二λ/4波片和第三λ/4波片與矩形窗口平行設置、且位于同一個平面內，第二λ/4波片和第三λ/4波片沿x軸方向并行等間距排布；

第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡的焦距均為f；

矩形窗口位于第一傅里葉透鏡的前焦面上；一維周期光柵位于第一傅里葉透鏡的后焦面上并且位于第二傅里葉透鏡的前焦面上；

圖像傳感器位于第二傅里葉透鏡的后焦面上；

一維周期光柵的周期d與矩形窗口沿x軸方向的長度D之間滿足關系：d=2λf/D。