用于微球表面形貌检测的瞬时移相干涉测量仪及采用该测量仪实现微球表面形貌的测量方法

摘要

用于微球表面形貌检测的瞬时移相干涉测量仪及采用该测量仪实现微球表面形貌的测量方法，涉及光学检测空间物体三维形貌领域。本发明解决了现有同类技术检测效率低、横向分辨能力差、孤立缺陷点容易遗漏、参考面制造困难且精度低等问题。参考光经单模光纤传递给光纤准直器，准直后形成入射参考光束；测量光束经透射后形成与入射参考光束垂直的入射测量光束，入射参考光束和入射测量光束入射第三偏振分光棱镜后合束，依次经第四、第五偏振分光棱镜分成四束平行光束，四束平行光束经波片阵列分别加入不同的移相量后在面阵CCD上形成四个光斑。本测量方法是通过对四个光斑进行图像处理获得被测微球的球面形貌。本发明适用于微球表面形貌的快速检测。

主权项

用于微球表面形貌检测的瞬时移相干涉测量仪，其特征在于：它包括激光器(1)、空间滤波器(2)、第一λ/2波片(3)、第一偏振分光棱镜(4)、λ/4波片(5)、显微物镜(6)、微球(7)、第二λ/2波片(10)、第二偏振分光棱镜(11)、光纤耦合器(12)、单模光纤(13)、光纤准直器(14)、第三偏振分光棱镜(15)、平面反射镜(16)、第四偏振分光棱镜(17)、第五偏振分光棱镜(18)、波片阵列(19)、偏振片(20)、面阵CCD光学传感器(21)、计算机(22)，空间滤波器(2)、第一λ/2波片(3)、第一偏振分光棱镜(4)、λ/4波片(5)、显微物镜(6)和微球(7)依次设置在激光器(1)输出的激光束的光轴上，激光器(1)输出的激光束经空间滤波器(2)透射后转换成平行光束并入射至第一λ/2波片(3)，经所述第一λ/2波片(3)透射的光束入射至第一偏振分光棱镜(4)，经所述第一偏振分光棱镜(4)透射后的光束入射至λ/4波片(5)，经所述λ/4波片(5)透射后的光束入射至显微物镜(6)，所述显微物镜(6)将入射的光束会聚并照射在微球(7)的表面，所述微球(7)的球心位于显微物镜(6)的焦点位置；经微球(7)表面反射的反射光沿原光路返回，经显微物镜(6)透射之后转换成平行光并入射至λ/4波片(5)，经所述λ/4波片(5)透射后入射至第一偏振分光棱镜(4)的分光面，经该分光面反射后入射至第二λ/2波片(10)，经所述第二λ/2波片(10)透射后入射至第二偏振分光棱镜(11)的分光面，经该分光面反射的光束为参考光束，该参考光束入射至光纤耦合器(12)，经该光纤耦合器(12)耦合后入射至单模光纤(13)，经该单模光纤(13)滤波后的参考光束入射至光纤准直器(14)，经该光纤准直器(14)准直后获得平行的参考光束作为第一入射参考光束入射至第三偏振分光棱镜(15)；经第二偏振分光棱镜(11)的分光面透射的光束为测量光束，该测量光束作为第二入射测量光束入射至第三偏振分光棱镜(15)；所述第一入射参考光束的光轴与第二入射测量光束的光轴相垂直，第三偏振分光棱镜(15)将入射的第一入射参考光束和第二入射测量光束合并之后形成一束光束，该束光束入射至第三平面反射镜(16)，经该第三平面反射镜(16)反射后形成与第四偏振分光棱镜(17)的分光面平行的光束，并入射至所述第四偏振分光棱镜(17)，所述第四偏振分光棱镜(17)将入射的光束分为光强相同的两束平行光出射至第五偏振分光棱镜(18)；所述第五偏振分光棱镜(18)将入射的两束平行光分别分光，形成四束光强相等的平行光束，所述四束光强相等的平行光束同时入射至波片阵列(19)，所述波片阵列(19)对入射的四束光束分别加入0、π/2、π、3π/2的移相量，经所述波片阵列(19)透射的四束光束同时入射至偏振片(20)，经所述偏振片(20)检偏后产生相干光，所述相干光入射至面阵CCD光学传感器(21)的光敏面，在面阵CCD光学传感器(21)上同时形成四幅干涉条纹图样；面阵CCD光学传感器(21)的图像电信号输出端连接计算机(22)的图像信号采集端。