[发明专利]分光同步移相干涉显微检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种分光同步移相干涉显微检测装置，它包括光源（1），其特征在于：它还包括偏振片（2）、第一偏振分光棱镜（3）、第一准直扩束系统（4）、待测物体（5）、显微物镜（6）、校正物镜（7）、第一反射镜（8）、第二反射镜（9）、第二准直扩束系统（10）、第二偏振分光棱镜（11）、λ/4波片（12）、矩形窗口（13）、第一傅里叶透镜（14）、一维周期光栅（15）、第二傅里叶透镜（16）、消偏振分光棱镜（17）、四象限偏振片组（18）、图像传感器（19）和计算机（20），其中λ为光源（1）发射光束的光波长，

光源（1）发射的光束经偏振片（2）后入射至第一偏振分光棱镜（3），第一偏振分光棱镜（3）的反射光束入射至第一准直扩束系统（4）的光接收面，经第一准直扩束系统（4）准直扩束后的出射光束依次经待测物体（5）、显微物镜（6）和校正物镜（7）后，入射至第一反射镜（8），第一反射镜（8）的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜（11）；

第一偏振分光棱镜（3）的透射光束经第二反射镜（9）反射后入射至第二准直扩束系统（10）的光接收面，经第二准直扩束系统（10）准直扩束后的出射光束作为参考光束入射至第二偏振分光棱镜（11）；

汇合于第二偏振分光棱镜（11）的物光束和参考光束经过λ/4波片（12）和矩形窗口（13）后入射至第一傅里叶透镜（14），经第一傅里叶透镜（14）汇聚后的出射光束通过一维周期光栅（15）后入射至第二傅里叶透镜（16），经第二傅里叶透镜（16）透射后的出射光束入射至消偏振分光棱镜（17）和四象限偏振片组（18），该四象限偏振片组（18）的出射光束由图像传感器（19）的光接收面接收，图像传感器（19）的信号输出端连接计算机（20）的图像信号输入端；

以第一傅里叶透镜（14）光轴的方向为z轴方向建立xyz三维直角坐标系，所述矩形窗口（13）沿垂直于光轴的方向设置，并且沿x轴方向均分为两个小窗口；

第一傅里叶透镜（14）和第二傅里叶透镜（16）的焦距均为f；

矩形窗口（13）位于第一傅里叶透镜（14）的前焦面上；一维周期光栅（15）位于第一傅里叶透镜（14）的后焦面上并且位于第二傅里叶透镜（16）的前焦面上；

图像传感器（19）位于第二傅里叶透镜（16）的后焦面上；

一维周期光栅（15）的周期d与矩形窗口（10）沿x轴方向的长度D之间满足关系：d=2λf/D。

2.根据权利要求1所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：

消偏振分光棱镜（17）按照其分光面与x轴和z轴构成的平面平行的方式放置，入射光从与其分光面成45°或-45°角的斜面入射。

3.根据权利要求1或2所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：一维周期光栅（15）为二值一维周期光栅或正弦一维周期光栅或余弦一维周期光栅。

4.根据权利要求1或2所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：四象限偏振片组（18）为偏振方向依次逆时针旋转45°角的四片偏振片组成的2×2阵列，该四片偏振片沿逆时针方向排布。

5.根据权利要求1或2所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：偏振片（2）的透光轴与x轴呈45°角。

6.根据权利要求1或2所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：所述λ/4波片（12）快轴沿与x轴呈45°角的方向放置。

7.根据权利要求1或2所述的分光同步移相干涉显微检测装置，其特征在于：所述矩形窗口（13）为D×(D/2)=6.33mm×3.16mm的窗口。

8.一种基于权利要求1所述分光同步移相干涉显微检测装置的干涉检测方法，其特征在于：它的实现过程如下：

打开光源（1），使光源（1）发射的光束经偏振片（2）和第一偏振分光棱镜（3）后分成偏振方向相互垂直的物光束和参考光束；物光束和参考光束经第二偏振分光棱镜（11）汇合后，依次通过λ/4波片（12）、矩形窗口（13）、第一傅里叶透镜（14）、一维周期光栅（15）、第二傅里叶透镜（16）、消偏振分光棱镜（17）和四象限偏振片组（18），四象限偏振片组（18）出射的偏振光束在图像传感器（19）平面上产生干涉图样，计算机（20）将采集获得的干涉图样依据矩形窗口（13）的小窗口的尺寸分割获得待测物体（5）的四幅干涉图样，该四幅干涉图样以右上角图像为第一幅干涉图样，并按照逆时针方向排布为第一至第四幅干涉图样，将第三幅干涉图样和第四幅干涉图样进行镜像翻转后，四幅干涉图样按顺序的强度分布顺次为I₁、I₂、I₃和I₄，根据四幅干涉图样的强度分布计算获得待测物体（5）的相位分布