| 主权项 |
一种基于光谱色散全场的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统，其特征是由宽带光源(X1)、隔离器(B1)、光纤(F)、光纤连接头(C)、球面凸透镜(L1，L2，L3)、柱面凸透镜(L4，L5，L6，L7)、分光镜(S1，S2，S3，S4)、直角棱镜(R1，R2，R3)、光阑(D1，D2)、挡光屏(P)、衍射光栅(G)、平面反射镜(M)、平移台(T1，T2)、光电探测器(PD1)、面阵探测器(PD2)、可调谐Fabro‑Perot滤波器(X2)、压电陶瓷(PZT)、数据采集卡(B2)、信号处理电路(B3)、反馈控制电路(B4)、计算机(B5)、结果输出(B6)、平移台驱动(B7)组成；宽带光源(X1)发出的光经过隔离器(B1)以及光纤(F)后，由光纤连接头(C)输出，经过球面凸透镜(L1)准直形成的平行光束经过球面凸透镜(L2)后，被聚焦在球面凸透镜(L2)的后焦点处，经过位于(L2)后焦点的圆孔光阑(D1)，再经过球面凸透镜(L3)准直形成的平行光束入射到直角棱镜(R1)上，经直角棱镜(R1)转向，到达分光镜(S1)，由分光镜(S1)分成透射和反射两束光，其中透射光到达分光镜(S2)，再由分光镜(S2)分成透射和反射两束光，反射光束被反射出系统，透射光束沿柱面凸透镜(L4)的主光轴入射到柱面凸透镜(L4)上，被聚焦在柱面凸透镜(L4)后焦点处，柱面凸透镜(L4)的后焦点在衍射光栅(G)的衍射面上，所以，光束被聚焦在衍射光栅(G)上，再由衍射光栅(G)色散，形成波长在横向(垂直于光波传播方向)连续分布的扇形光片，此扇形光片被柱面凸透镜(L5)准直成波长在横向连续分布的平行光片，此平行光片经过两个共焦柱面凸透镜(L6)和(L7)扩束为平行光束，此平行光束到达分光镜(S3)，被分成透射和反射两束光，其中透射平行光入射到平面反射镜(M)上，被平面反射镜(M)反射，再次回到分光镜(S3)，再由分光镜(S3)反射及透射成两束平行光束；来自柱面凸透镜(L7)并由分光镜(S3)反射的平行光束投射在被测表面上，被测表面上不同的被测点反射回不同波长的光，反射光再次到达分光镜(S3)，并被分光镜(S3)分成透射和反射两束平行光，其中透射平行光束与由平面反射镜(M)反射后达分光镜(S3)并被分光镜(S3)反射的平行光相遇并发生干涉，每个波长的光形成自己的干涉信号，此干涉平行光束到达分光镜(S4)，并被分光镜(S4)分成透射和反射两束平行光束，透射平行光束垂直入射到Fabry‑Perot滤波器(X2)的一个平行平板上，满足Fabry‑Perot滤波器(X2)相干相长条件波长的光得以透过，相邻波长间隔为Fabry‑Perot滤波器自由光谱区的梳状波长的光透过Fabry‑Perot滤波器(X2)，形成横截面光能量不连续的梳状平行光束，由面阵探测器(PD2)对应像元探测，面阵探测器(PD2)探测到的干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5)，这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面一组等间隔的被测线上的各点的反射光与平面反射镜(M)的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息；为了对其他点进行测量，平移台(T2)带动Fabry‑Perot滤波器(X2)的一个平行平板移动，从而调节Fabry‑Perot滤波器(X2)的腔长，使另一组满足Fabry‑Perot滤波器相干相长条件的梳状波长通过，由面阵探测器(PD2)探测，面阵探测器(PD2)探测到的干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5)，这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面上另一组等间隔的被测线上的各点的反射光与平面反射镜(M)的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带了对应被测点的纵向信息；如此重复，使被测表面上每一个被测点的反射光与平面反射镜(M)的反射光相遇形成的干涉信号都被面阵探测器(PD2)探测；计算机(B5)对干涉信号进行解调处理，实现对两相邻被测点的纵向高度差不大于半波长的表面全场测量，测量结果由结果输出(B6)输出；由于挡光屏P的作用，使得从分光镜S1反射的光束不能到达干涉仪，因此，不对测量起作用，此时，只有从分光镜S1透射的光束到达干涉仪和被测表面，参与完成测量工作；对于两相邻被测点的纵向高度差大于半波长的台阶和沟槽的不连续表面的测量，首先，按照以上步骤，面阵探测器(PD2)探测到被测表面上每一被测点的反射光形成的干涉信号，并将干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5)，然后，将挡光屏(P)移至从分光镜(S1)透射的光束位置(如图所示，分光镜(S1)和(S2)之间的虚线的位置)，挡光屏(P)挡住从分光镜(S1)透射的光束，使之不参与测量；由分光镜(S1)反射的光束由直角棱镜(R2)和(R3)转向后，到达分光镜(S2)，被分光镜(S2)分成反射和透射两束光束，透射光束射出测量系统，反射光束以偏离柱面凸透镜(L4)的主光轴但平行于柱面凸透镜(L4)的主光轴的方向入射到柱面凸透镜(L4)上，被聚焦到柱面凸透镜(L4)的后焦点上，因柱面凸透镜(L4)的后焦点在衍射光栅(G)的衍射面上，所以，光束被聚焦在衍射光栅(G)的衍射面上，再由衍射光栅(G)色散，形成波长在横向连续分布的扇形光片，此扇形光片被柱面凸透镜(L5)准直成波长在横向连续分布的平行光片；由于这束光在衍射光栅(G)上的入射角与过柱面凸透镜(L4)主光轴的那束光(从(S1)和(S2)透射的光束)在衍射光栅(G)的入射角不同，所以这两束光经过衍射光栅(G)衍射后形成的两片波长在横向联系分布的扇形光片中，每种波长在这两片扇形光片的空间位置不同，经过透镜(L5)准直形成的波长在空间分布的平行波片，每种波长在两片平行光片的位置在横向错位，此平行光片经过两个共焦柱面凸透镜(L6)和(L7)扩束为平行光束，此平行光束到达分光镜(S3)，被分成透射和反射两束光，其中透射平行光入射到平面反射镜(M)上，被平面反射镜(M)反射，再次回到分光镜(S3)，再由分光镜(S3)反射及透射成两束平行光束，由分光镜(S3)反射的平行光束投射在被测表面上，被测表面上不同的被测点反射回不同波长的光,反射光再次到达分光镜(S3)，并被分光镜(S3)分成透射和反射两束平行光,其中透射光束与由平面反射镜(M)反射到达分光镜(S3)并被分光镜(S3)反射的平行光相遇并发生干涉，每种波长的光形成自己的干涉信号，此干涉平行光束到达分光镜(S4)，并被分光镜(S4)分成透射和反射两束平行光束,透射光束垂直入射到Fabry‑Perot滤波器(X2)的一个平行平板上，满足Fabry‑Perot滤波器(X2)相干相长条件波长的光得以透过，相邻波长间隔为Fabry‑Perot滤波器(X2)自由光谱区的梳状波长的光透过Fabry‑Perot滤波器(X2)，形成横截面光能量不连续的梳状平行光束，由面阵探测器(PD2)对应像元探测,面阵探测器(PD2)探测到的干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5),这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面一组等间隔的被测线上的各点的反射光与反射镜(M)的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息；为了对其他点进行测量，纵向平移台(T3)带动Fabry‑Perot滤波器(X2)的一个平行平板移动，从而调节Fabry‑Perot滤波器(X2)的腔长，使另一组满足Fabry‑Perot滤波器(X2)相干相长条件的梳状波长通过，由面阵探测器(PD2)探测，面阵探测器(PD2)探测到的干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5)这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面上另一组等间隔的被测线上的各点反射光与平面反射镜(M)的反射光相遇形成的，因此，梳状波长中每个波长的干涉信号携带了对应被测点的纵向信息；如此重复，使被测表面上每一个被测点的反射光与平面反射镜(M)的反射光相遇形成的干涉信号都被面阵探测器(PD2)探测，并将面阵探测器(PD2)探测到的干涉信号经过数据采集卡(B2)后输入计算机(B5)；计算机(B5)对输入的干涉信号进行解调处理，实现对有高度差大于半波长的台阶及深槽的表面全场测量，测量结果由结果输出B6输出；由分光镜(S4)反射的干涉平行光束到达狭缝光阑(D2)，此光线的每一点是不同的波长形成的干涉信号，透过狭缝光阑(D2)的干涉信号到达光电探测器(PD1)，由光电探测器(PD1)探测,光电探测器(PD1)探测到的干涉信号经信号处理电路(B3)后，经过反馈控制电路(B4)处理，反馈控制电路(B4)的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷(PZT)上，驱动压电陶瓷(PZT)调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态,由此消除环境干扰对干涉仪的影响，从而达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。 |
