[發明專利]一種雙通道同時相移干涉顯微系統

有效

• 申請號: 201811635318.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109470173B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 呂曉旭;孫振達;鐘麗云;王翰林
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B9/02
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發明公開一種雙通道同時相移干涉顯微系統，涉及光學干涉領域，包括分光單元、參考光路單元、測量光路單元、合束單元及圖像采集單元；分光單元用于將入射的光波分離為傳輸方向相互垂直、偏振面相互正交的測量光束及參考光束；參考光路單元用于傳輸參考光束及將參考光束進行空域相移；測量光路單元用于傳輸測量光束及對測量光束進行空域相移，并將測量光束經過待測量物體后生成物光束；合束單元用于對空域相移后的參考光束和物光束進行合束；圖像采集單元用于對合束后的光束進行分光并在兩個通道上采集獲得兩幅相移干涉條紋圖；降低成本、技術難度，在具備空域同時相移功能的基礎上，還具備時域相移功能，也能夠對測量系統進行校正。

技術領域

本發明涉及一種光學干涉顯微系統，尤其涉及一種雙通道同時相移干涉顯微系統。

背景技術

近幾十年來，隨著光電圖像傳感技術、計算機技術、圖像處理技術的發展，光學相位測量顯微術也取得了很大的進步；光學相位測量顯微術具有全場、快速、高精度、非接觸、無損傷的優點，通過光電圖像傳感器(如CCD、CMOS)采集一幅干涉圖或多幅相移量單調變化的干涉圖，利用相位解調算法即可計算出樣品的相位分布，同時實現樣品三維形貌信息的高精度測量，測量精度可達到1/100波長；在細胞生物學、生物組織、器官、臨床檢測與診斷、光學表面檢測等方面有著廣泛的應用。

相移干涉測量技術與其他干涉測量技術相比有著背景噪聲消除比較徹底、測量精度高等優點，但是也存在需要在不同時刻利用相移裝置采集多幅相移干涉圖的問題，使得測量結果易受到外界振動和空氣串擾的影響，并且無法實現動態相位測量。而采用空域同時相移技術可以解決上述的問題，它是利用偏振光學元件對正交偏振光進行相移，在一個或多個相機的感光芯片的靶面上同時形成三幅或四幅相移量相差pi/2的干涉圖，再通過三步或四步相移算法計算出相位的方法。主要有三種方式可實現：一是利用分光棱鏡和偏振器件，在多個相機的感光芯片的靶面上形成具有不同相移量的干涉圖；二是利用光柵或者其他的分光元件和偏振器件，使得在一個感光芯片的靶面上的不同區域，同時采集到具有不同相移量的干涉圖；三是利用偏振相移陣列器件，使得在一個相機的感光芯片的靶面上，以四個像素為一個單元，不同位置的像素具有特定的相移期間，采集到的圖像可通過分離和插值的方式形成相移干涉圖，再通過相移相位恢復算法即可求的相位分布，實現動態相位測量。

以上方法都可實現空域的同時相移的動態相位測量，但是也存在以下一些問題：

一、多個圖像傳感器系統需要保證多相機同步采集圖像，而多個CCD的光電性能不一致、空間相對位置不同都會對測量結果帶來較大影響；

二、單個CCD靶面不同區域同時采集到多幅相移干涉圖則會受到諸多條件的限制，如光柵衍射方向受波長的影響，使得該方法只能應用于單波長測量而不能進行白光或窄帶光的測量，空間分辨率不足、需要特殊圖像傳感器等；

三、像素掩膜元件則因制作成本昂貴，很難實現廣泛的商業應用。

發明內容

本發明針對背景技術中的問題提供一種雙通道同時相移干涉顯微系統，降低成本、技術難度，在具備空域同時相移功能的基礎上，還具備時域相移功能，能夠實現時域相移相位測量，也能夠對測量系統進行校正。

為了實現上述目的，本發明提出一種雙通道同時相移干涉顯微系統，至少包括：分光單元、參考光路單元、測量光路單元、合束單元及圖像采集單元；其中，

所述分光單元，用于將入射的光波分離為傳輸方向相互垂直、偏振面相互正交的測量光束及參考光束；

所述參考光路單元，用于傳輸參考光束及將參考光束進行空域相移；

所述測量光路單元，用于傳輸測量光束及對測量光束進行空域相移，并將測量光束經過待測量物體后生成物光束；

所述合束單元，用于對空域相移后的參考光束和物光束進行合束；