[發明專利]基于負反饋鎖相振動抑制的微小球體表面形貌檢測裝置

有效

• 申請號: 202110307642.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112964197B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 盧丙輝;劉國棟;劉炳國;莊志濤;陳鳳東;甘雨;路程
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

1.基于負反饋鎖相振動抑制的微小球體表面形貌檢測裝置，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、第一λ/2波片(3)、第二λ/2波片(4)、第三λ/2波片(5)、直角反射鏡(6)、偏振分光棱鏡(7)、第一角錐棱鏡(8)、第二角錐棱鏡(9)、第三角錐棱鏡(10)、鎖相移相器(11)、平面反射鏡(12)、第一二向色鏡(13)、4f系統(14)、第一顯微物鏡(15)、針孔反射鏡(16)、D形反射鏡(17)、第一準直透鏡(18)、λ/4波片(19)、第二顯微物鏡(20)、被測微球(21)、第二準直透鏡(22)、檢偏器(23)、第二二向色鏡(24)、第一單色濾光片(25)、面陣相機(26)、第二單色濾光片(27)和隨機移相量檢測裝置(28)；

第一激光器(1)所發出的第一線偏振光透射過第一λ/2波片(3)后入射至直角反射鏡(6)的第一反射面；直角反射鏡(6)的第一反射面將第一線偏振光反射轉向90°后入射至偏振分光棱鏡(7)；偏振分光棱鏡(7)在自身的分光面處將第一線偏振光分為第一水平偏振光和第一豎直偏振光；

第一水平偏振光透射過偏振分光棱鏡(7)的分光面后入射至第一角錐棱鏡(8)，該第一水平偏振光經第一角錐棱鏡(8)轉向180°后返回至偏振分光棱鏡(7)，并透射過偏振分光棱鏡(7)的分光面；

第一豎直偏振光經偏振分光棱鏡(7)的分光面反射轉向90°后入射至第三角錐棱鏡(10)，該第一豎直偏振光經第三角錐棱鏡(10)轉向180°后返回至偏振分光棱鏡(7)，且偏振分光棱鏡(7)的分光面將第一豎直偏振光反射轉向90°后與第一水平偏振光合束組成第一合束光束；

第一合束光束入射至直角反射鏡(6)的第二反射面，并經直角反射鏡(6)的第二反射面反射轉向90°后透射過第一二向色鏡(13)；

第二激光器(2)所發出的第二線偏振光透射過第二λ/2波片(4)后入射至偏振分光棱鏡(7)，偏振分光棱鏡(7)在自身的分光面處將第二線偏振光分為第二水平偏振光和第二豎直偏振光；

第二水平偏振光透射過偏振分光棱鏡(7)的分光面；

第二豎直偏振光經偏振分光棱鏡(7)的分光面反射轉向90°后入射至第一角錐棱鏡(8)，該第二豎直偏振光經第一角錐棱鏡(8)轉向180°后入射至第二角錐棱鏡(9)；所述第二角錐棱鏡(9)將第二豎直偏振光轉向180°后入射至偏振分光棱鏡(7)；偏振分光棱鏡(7)的分光面將該第二豎直偏振光反射轉向90°后與第二水平偏振光合束組成第二合束光束；

第二合束光束透射過第三λ/2波片(5)后入射至平面反射鏡(12)；該第二合束光束依次經平面反射鏡(12)反射轉向90°后入射至第一二向色鏡(13)的反光面、經第一二向色鏡(13)的反光面反射轉向90°后與第一合束光束合束組成總合束光束；所述第三λ/2波片(5)的快軸與第二合束光束的偏振方向呈45°角；

總合束光束依次經過4f系統(14)、第一顯微物鏡(15)和針孔反射鏡(16)，并在針孔反射鏡(16)的小孔處產生衍射光；且所述針孔反射鏡(16)的干涉光路結構為分波面干涉結構，將所述衍射光分為測量光和參考光；

所述測量光包括第一測量光和第二測量光，所述第一測量光包括第一合束光束衍射產生第一水平偏振衍射光和第一豎直偏振衍射光，所述第二測量光包括由第二合束光束衍射產生第二水平偏振衍射光和第二豎直偏振衍射光；

所述參考光包括第一參考光和第二參考光，所述第一參考光包括第一合束光束衍射產生第一水平偏振衍射光和第一豎直偏振衍射光，所述第二參考光包括由第二合束光束衍射產生第二水平偏振衍射光和第二豎直偏振衍射光；

測量光依次經過第一準直透鏡(18)、λ/4波片(19)和第二顯微物鏡(20)后到達被測微球(21)的表面；且測量光的中心與被測微球(21)的球心重合，使得測量光原路返回至針孔反射鏡(16)；所述λ/4波片(19)的慢軸與測量光的偏振方向呈45°角；

所述針孔反射鏡(16)的反射面將返回的測量光反射轉向并與參考光合束，組成衍射合束光束；衍射合束光束入射至D形反射鏡(17)，且經D形反射鏡(17)反射轉向后入射至第二準直透鏡(22)，該衍射合束光束透射過第二準直透鏡(22)并入射至檢偏器(23)；

經過檢偏器(23)濾除豎直偏振衍射光的第一測量光與第一參考光干涉生成第一干涉光；經過檢偏器(23)濾除豎直偏振衍射光的第二測量光與第二參考光干涉生成第二干涉光；

第一干涉光與第二干涉光均入射至第二二向色鏡(24)，且第一干涉光透射過第二二向色鏡(24)后入射至第一單色濾光片(25)，第二干涉光經第二二向色鏡(24)反射轉向90°后入射至第二單色濾光片(27)；

第一干涉光經過第一單色濾光片(25)后進入面陣相機(26)，面陣相機(26)采集第一干涉光的干涉圖；

第二干涉光經過第二單色濾光片(27)后進入隨機移相量檢測裝置(28)的輸入端，所述隨機移相量檢測裝置(28)根據第二干涉光的信息生成移相量補償控制信號發送至鎖相移相器(11)；

所述鎖相移相器(11)與第一角錐棱鏡(8)固定，用于接收到移相量補償控制信號后帶動第一角錐棱鏡(8)運動，對所述裝置振動所引起的隨機移相量進行補償；所述第一角錐棱鏡(8)的運動方向與偏振分光棱鏡(7)的分光面呈45°角。