一种用于微小球面表面轮廓检测的倍程式移相衍射干涉测量仪及测量方法

摘要

一种用于微小球面表面轮廓检测的倍程式移相衍射干涉测量仪及测量方法，涉及光学检测领域。解决了传统时域移相干涉测量装置存在单次测量检测范围过小和测量精度低的问题。它包括短相干激光器、空间滤波器、分光棱镜、直角反射镜、偏振分光棱镜、λ/4波片、4f扩束系统、显微物镜、平面反射镜、角锥棱镜、移相器、光纤耦合镜、单模光纤和光纤准直镜、λ/2波片、偏振分光棱镜、偏振片、面阵CCD和计算机，通过计算机控制移相器使面阵CCD获得四幅干涉图样，计算机通过干涉图样获得干涉图像间的定位关系，从而求解出干涉场内每一像素点对应的初始相位差，进而求出光程差，实现球面形貌测量。本发明适用于微小球面表面轮廓检测。

主权项

一种用于微小球面表面轮廓检测的倍程式移相衍射干涉测量仪，其特征在于，它包括短相干激光器（1）、空间滤波器（2）、分光棱镜（3）、直角反射镜（4）、偏振分光棱镜（5）、λ/4波片（6）、4f扩束系统（7）、显微物镜（8）、平面反射镜（9）、角锥棱镜（10）、移相器（11）、光纤耦合镜（12）、单模光纤（13）和光纤准直镜（14）、λ/2波片（15）、偏振分光棱镜（16）、偏振片（17）、面阵CCD（18）和计算机（19），短相干激光器（1）发射出的线偏振激光束经空间滤波器（2）滤波扩束后入射至分光棱镜（3），线偏振激光束经分光棱镜（3）分为第一反射光和第一透射光，第一反射光入射至偏振光分棱镜（5），第一反射光在偏振光分棱镜（5）的分光面上完全透射形成第二透射光，第二透射光经λ/4波片（6）改变偏振方向后入射至4f扩束系统（7），改变偏振方向的第二透射光经入射至4f扩束系统（7），经4f扩束系统（7）扩束后入射至显微物镜（8），扩束的第二透射光经显微物镜（8）会聚到被测微球的表面，会聚的第二透射光的光束会聚中心与被测微球的球心重合，并经被测微球沿会聚的第二透射光的光路反向入射至4f扩束系统（7），反向的第二透射光经4f扩束系统（7）处理后经λ/4波片（6）入射至偏振光分棱镜（5），反向的第二透射光在偏振光分棱镜（5）的分光面上完全反射，形成第二反射光，第二反射光垂直入射至平面反射镜（9），平面反射镜（9）将第二反射光原路反射，形成第三反射光，第三反射光入射至偏振光分棱镜（5），第三反射光在偏振分光棱镜（5）的分光面上完全反射，形成第四反射光，第四反射光经λ/4波片（6）改变偏振方向和4f扩束系统（7）扩束后入射至显微物镜（8），扩束的第四反射光经显微物镜（8）会聚到被测微球的表面，会聚的第四反射光的光束会聚中心与被测微球的球心重合，并经被测微球沿会聚的第四反射光的光路反向入射至4f扩束系统（7），反向的第二透射光经4f扩束系统（7）处理后经λ/4波片（6）入射至偏振光分棱镜（5），反向的第四反射光在偏振光分棱镜（5）的分光面上完全透射形成第三透射光，第三透射光入射至分光棱镜（3），第三透射光在分光棱镜（3）的分光面上完全透射形成第四透射光，第四透射光经λ/2波片（15）改变偏振方向后入射至偏振分光棱镜（16），改变偏振方向的第四透射光在偏振分光棱镜（16）的分光面上完全透射形成第五透射光，第一透射光入射至直角反射镜（4），第一透射光经直角反射镜（4）和角锥棱镜（10）的反射后形成第五反射光，移相器（11）安装在角锥棱镜（10）上，将第五反射光入射至光纤耦合镜（12）进行耦合，耦合的第五反射光经单模光纤（13）入射至光纤准直镜（14）进行准直，将准直后的第五反射光入射至偏振分光棱镜（16）并在偏振分光棱镜（16）的分光面 上完全反射形成第六反射光，第六反射光与第五透射光在偏振分光棱镜（16）的分光面上合束，形成合束光束，合束光束入射至偏振片（17），合束光束经偏振片（17）进行检偏后入射至面阵CCD（18），计算机（19）的图像信号输入端与面阵CCD（18）的图像信号输出端连接。