[發(fā)明專利]一種反射式點衍射離軸同步移相干涉檢測裝置與檢測方法

有效

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• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103322912A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 單明廣;鐘志;郝本功;刁鳴;張雅彬;竇崢
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于光學干涉檢測領域，特別涉及一種反射式點衍射離軸同步移相的干涉檢測裝置及其專用的檢測方法。

背景技術

光學移相干涉測量是一種非接觸、高精度的全場測量方法，被廣泛的應用于光學表面、形變及厚度等測量領域。常用的干涉方法有離軸干涉法、時間共軸干涉法及空間共軸干涉法等。離軸干涉法通過在物光和參考光之間引入傾角，使干涉圖產生載波，從而將恢復相位所需的項與干擾項分離。但是，載波的引入使得CCD的帶寬不能被充分利用。時間和空間共軸干涉法不需要引入載波，而是直接記錄物體的相位變化產生的干涉圖，因此CCD的帶寬利用率高，但該方法需要記錄多幅（通常大于等于三幅）干涉圖來消除干擾項，如時間共軸干涉法在不同時間記錄多幅圖像，能夠充分利用CCD的有效視場，但降低了測量的實時性；空間共軸干涉法在一個CCD上同時記錄多幅圖像，雖然提高了測量的實時性，但降低了CCD視場利用率。

西安光機所的姚保利等提出一種兼顧測量實時性、CCD帶寬利用率和CCD視場利用率的干涉方法，利用平行雙光柵和和偏振調制方法相結合構建同步相移干涉顯微裝置（P.Gao,B.L.Yao,I.Harder,J.Min,R.Guo,J.Zheng,T.Ye.Parallel?two-step?phase-shifting?digital?holograph?microscopy?based?on?a?grating?pair.J.Opt.Soc.Am.A2011,28(3):434-440）。該方法利用平行雙光柵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同時獲得兩幅載波相移干涉圖，并通過兩幅圖相減消去了直流分量。該方法降低了離軸結構對CCD帶寬的要求，而且相對于時間共軸結構提高了測量實時性，相對空間共軸結構提高了CCD視場利用率。但是該裝置采用分離光路結構，抗干擾能力有待于進一步提高。

相對于分離光路結構，共光路結構有非常好的抗干擾能力，點衍射式干涉方法就是其中一種。西安光機所的郭榮禮等提出了一種反射式點衍射顯微干涉儀（R.Guo,B.Yao,P.Gao,J.Min,J.Zheng,T.Ye.Reflective?Point-diffraction?microscopic?interferometer?with?long?term?stability.COL2011,9(12):120002.），在一個標準4f光學系統(tǒng)中引入非偏振分光棱鏡產生兩束光，通過對其中一束光使用反射式針孔濾波，從而形成參考光，另一束光被反射鏡反射后與參考光一起共路傳播。該方法具有非常好的抗干擾能力，但是存在時間相移共軸方法的不足，而且需要執(zhí)行機構移動偏振片實現移相，增加了系統(tǒng)的復雜性。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種更高的穩(wěn)定性、相位恢復算法更簡單、計算效率更高的反射式點衍射離軸同步移相的干涉檢測裝置。本發(fā)明方法還在于提供一種反射式點衍射載波同步移相干涉檢測裝置專用的檢測方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

反射式點衍射離軸同步移相干涉檢測裝置，包括光源、準直擴束系統(tǒng)、第一偏振片、四分之一波片、第一透鏡、非偏振分光棱鏡、第二偏振片、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、第二透鏡，偏振分光棱鏡、圖像傳感器；光源發(fā)射的光束經準直擴束系統(tǒng)后依次通過第一偏振片四分之一波片和待測物體，經第一透鏡后聚焦的光束被非偏振分光棱鏡分成反射的物光和透射的參考光；物光經過第二偏振片濾波后照射在第一平面反射鏡上，參考光照射在第二平面反射鏡上；經過反射的物光和參考光經非偏振分光棱鏡匯合成一束后依次通過第二透鏡和分光面與入射光束呈0°角的偏振分光棱鏡后在偏振分光棱鏡的分光面兩側形成兩幅干涉圖，同時被圖像傳感器采集到計算機中。

第一平面反射鏡位于第一透鏡的焦平面上，所述的第二平面反射鏡位于第二透鏡的焦平面上。

第一偏振片和四分之一波片以按照產生圓偏振光的方式放置，即第一偏振片的偏振方向和四分之一波片軸方向夾角為45°。

第二平面反射鏡的反射面大小與系統(tǒng)輸入孔徑在傅里葉平面產生的艾里斑大小一致。

第二平面反射鏡的反射面大小與照射在鏡面上的光斑的大小一致。

第一平面反射鏡可以進行與水平方向偏轉角為θ的轉動。

待測物體和第一透鏡之間還可以依次放置顯微物鏡和校正物鏡。

反射式點衍射載波同步移相干涉檢測方法，包括如下步驟：