[发明专利]基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，它包括光源(1)，其特征在于：它还包括线偏振片(2)、准直扩束系统(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、第一λ/4波片(6)、校正物镜(7)、显微物镜(8)、待测物体(9)、第二λ/4波片(10)、第三λ/4波片(11)、矩形窗口(12)、第一傅里叶透镜(13)、一维周期幅度光栅(14)、一维周期相位光栅(15)、第二傅里叶透镜(16)、四象限偏振片组(17)、图像传感器(18)和计算机(19)，其中λ为光源(1)发射光束的光波长，

一维周期幅度光栅(14)和一维周期相位光栅(15)组成双光栅，一维周期幅度光栅(14)和一维周期相位光栅(15)按照光栅线方向正交放置；

光源(1)发射的光束经线偏振片(2)后入射至准直扩束系统(3)的光接收面，经准直扩束系统(3)准直扩束后的出射光束入射至第一分光棱镜(4)，第一分光棱镜(4)的反射光束作为参考光束经第二λ/4波片(10)入射至矩形窗口(12)；

第一分光棱镜(4)的透射光束再经第二分光棱镜(5)透射后入射至第一λ/4波片(6)，第一λ/4波片(6)的出射光束经由校正物镜(7)和显微物镜(8)入射至待测物体(9)，被待测物体(9)反射的光束再经显微物镜(8)、校正物镜(7)和第一λ/4波片(6)入射至第二分光棱镜(5)，经第二分光棱镜(5)的反射光束作为物光束经第三λ/4波片(11)入射至矩形窗口(12)；

并排汇合于矩形窗口(12)的物光束和参考光束入射至第一傅里叶透镜(13)，经第一傅里叶透镜(13)汇聚后的出射光束通过由一维周期幅度光栅(14)和一维周期相位光栅(15)组成的双光栅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四象限偏振片组(17)，该四象限偏振片组(17)的出射光束由图像传感器(18)的光接收面接收，图像传感器(18)的信号输出端连接计算机(19)的图像信号输入端；

以第一傅里叶透镜(13)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(12)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；

第二λ/4波片(10)和第三λ/4波片(11)与矩形窗口(12)平行设置、且位于同一个平面内，第二λ/4波片(10)和第三λ/4波片(11)沿x轴方向并行等间距排布；

第一傅里叶透镜(13)和第二傅里叶透镜(16)的焦距均为f；

矩形窗口(12)位于第一傅里叶透镜(13)的前焦面上；一维周期幅度光栅(14)和一维周期相位光栅(15)组成的双光栅位于第一傅里叶透镜(13)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(18)位于第二傅里叶透镜(16)的后焦面上；

一维周期幅度光栅(14)的周期d与矩形窗口(12)沿x轴方向的长度L之间满足关系：d＝2λf/L；

一维周期相位光栅(15)的周期d_phase与矩形窗口(12)沿y轴方向的宽度W之间满足关系：d_phase≤2λf/W。

2.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(5)均为非偏振分光棱镜，第二λ/4波片(10)和第三λ/4波片(11)的快轴方向相同。

3.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(5)均为偏振分光棱镜，第二λ/4波片(10)和第三λ/4波片(11)的快轴方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：第二λ/4波片(10)的快轴沿与x轴呈45°角的方向放置，第三λ/4波片(11)的快轴沿与x轴呈-45°角的方向放置。

5.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：一维周期幅度光栅(14)为二值一维周期幅度光栅、正弦一维周期幅度光栅或余弦一维周期幅度光栅。

6.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：一维周期相位光栅(15)为相位为0和π的二值光栅。