[發明專利]用于微球表面形貌檢測的瞬時移相干涉測量儀及采用該測量儀實現微球表面形貌的測量方法

有效

• 申請號: 201310071146.0
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103162616A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 盧丙輝;劉國棟;陳鳳東;甘雨;劉炳國;莊志濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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

本發明涉及一種用于微球表面形貌檢測的瞬時移相干涉測量儀及采用該測量儀實現微球表面形貌的測量方法，屬于光學檢測空間物體三維形貌的技術領域。?

背景技術

微小球面作為最常用的元器件形態之一，被廣泛應用于航天、軍事、工業、醫療等諸多領域，微小球面的表面面型精度對其性能有著至關重要的影響。傳統對微小球面的檢測手段，如原子力顯微鏡、共聚焦顯微鏡等雖然具有很高的縱向測量精度，但當單次測量范圍非常小，且需要配合高精度機械掃描運動裝置才能實現整體三維形貌測量時，受機械運動誤差影響嚴重，同時由于采用單點式掃描測量，還存在檢測效率低、橫向分辨能力差、孤立缺陷點容易遺漏等問題。而對于檢測范圍相對較大的干涉式測量方法，需要理想球面作為參考面，又會存在著參考面精度不高，制造困難等問題。此外，傳統移相干涉測量方法對雜散光干擾、環境振動、空氣擾動等因素較為敏感，影響干涉系統的測量精度。?

發明內容

本發明是為了解決微小球面表面形貌測量中，單次測量檢測范圍過小、容易遺漏孤立缺陷點、參考面制造困難且精度不高、干涉場對比度低、以及傳統時域移相干涉測量儀受到環境因素（振動、空氣擾動）影響嚴重的問題，進而提供一種用于微球表面形貌檢測的瞬時移相干涉測量儀及采用該測量儀實現微球表面形貌的測量方法。?

本發明所述用于微球表面形貌檢測的瞬時移相干涉測量儀，它包括激光器、空間濾波器、第一λ/2波片、第一偏振分光棱鏡、λ/4波片、顯微物鏡、微球、第二λ/2波片、第二偏振分光棱鏡、光纖耦合器、單模光纖、光纖準直器、第三偏振分光棱鏡、平面反射鏡、第四偏振分光棱鏡、第五偏振分光棱鏡、波片陣列、偏振片、面陣CCD光學傳感器、計算機；?

所述的空間濾波器、第一λ/2波片、第一偏振分光鏡、λ/4波片、顯微物鏡和微球依次設置在激光器輸出的激光束的光軸上，激光器輸出的激光束經空間濾波器透射后轉換成平行光束并入射至第一λ/2波片，經所述第一λ/2波片透射的光束入射至第一偏振分光棱鏡，經所述第一偏振分光棱鏡透射后的光束入射至λ/4波片，經所述λ/4波片透射后的光束入射至顯微物鏡，所述顯微物鏡將入射的光束會聚并照射在微球的表面，所述微球的球心位于顯微物鏡的焦點位置；?

經微球表面反射的反射光沿原光路返回，經顯微物鏡透射之后轉換成平行光并入射至λ/4波片，經所述λ/4波片透射后入射至第一偏振分光棱鏡的分光面，經該分光面反射后入射至第二λ/2波片，經所述第二λ/2波片透射后入射至第二偏振分光棱鏡的分光面，經該分光面反射的光束為參考光束，該參考光束入射至光纖耦合器，經該光纖耦合器耦合后入射至單模光纖，經該單模光纖濾波后的參考光束入射至光纖準直器，經該光纖準直器準直后獲得平行的參考光束作為第一入射參考光束入射至第三偏振分光棱鏡；?

經第二偏振分光棱鏡的分光面透射的光束為測量光束，該測量光束作為第二入射測量光束入射至第三偏振分光棱鏡；?

所述第一入射參考光束的光軸與第二入射測量光束的光軸相垂直，第三偏振分光棱鏡將入射的第一入射參考光束和第二入射測量光束合并之后形成一束光束，該束光束入射至第三平面反射鏡，經該第三平面反射鏡反射后形成與第四偏振分光棱鏡的分光面平行的光束，并入射至所述第四偏振分光棱鏡，所述第四偏振分光棱鏡將入射的光束分為光強相同的兩束平行光出射至第五偏振分光棱鏡；所述第五偏振分光棱鏡將入射的兩束平行光分別分光，形成四束光強相等的平行光束，所述四束光強相等的平行光束同時入射至波片陣列，所述波片陣列對入射的四束光束分別加入0、π/2、π、3π/2的移相量，經所述波片陣列透射的四束光束同時入射至偏振片，經所述偏振片檢偏后產生相干光，所述相干光入射至面陣CCD光學傳感器的光敏面，在面陣CCD光學傳感器上同時形成四幅干涉條紋圖樣；面陣CCD光學傳感器的圖像電信號輸出端連接計算機的圖像信號采集端。?

采用瞬時移相干涉測量儀實現微球表面形貌的測量方法為，?

步驟一、激光器發射激光束，該激光束經空間濾波器透射后轉換成平行光束并入射至第一λ/2波片，經所述第一λ/2波片透射的光束入射至第一偏振分光棱鏡，經所述第一偏振分光棱鏡透射后的光束入射至λ/4波片，經所述λ/4波片透射后的光束入射至顯微物鏡，所述顯微物鏡將入射的光束會聚并照射在微球的表面；?