[发明专利]分光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

1.一种分光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）、一维周期光栅（14）、第二傅里叶透镜（15）、消偏振分光棱镜（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，

光源（1）发射的光束经偏振片（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一维周期光栅（14）入射至第二傅里叶透镜（15），经第二傅里叶透镜（15）和消偏振分光棱镜（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（15）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；一维周期光栅（14）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（15）的前焦面上；

图像传感器（18）位于第二傅里叶透镜（15）的后焦面上；

一维周期光栅（14）的周期d与矩形窗口（12）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所述的分光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1、2或3所述的分光同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：一维周期光栅（14）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。

5.根据权利要求1、2或3所述的分光同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：消偏振分光棱镜（16）按照其分光面与第一λ/4波片（10）和第二λ/4波片（11）排列方向和光源（1）光线发射方向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。

6.根据权利要求1、2或3所述的分光同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：四象限偏振片组（17）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。

7.根据权利要求1、2或3所述的分光同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：偏振片（2）的透光轴与x轴呈45°角。

8.根据权利要求1、2或3所述的分光同步移相共光路干涉显微检测装置，其特征在于：所述矩形窗口（12）为D×(D/2)=6.33mm×3.16mm的窗口。

9.一种基于权利要求1所述分光同步移相共光路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）和准直扩束系统（3）的准直扩束后形成平行偏振光后，入射至第一分光棱镜（4），经第一分光棱镜（4）反射与透射后最终分别形成参考光束和物光束汇合至矩形窗口（12），并排汇合于矩形窗口（12）的参考光束和物光束再依次通过第一傅里叶透镜（13）、一维周期光栅（14）、第二傅里叶透镜（15）、消偏振分光棱镜（16）和四象限偏振片组（17），四象限偏振片组（17）出射的偏振光束在图像传感器（18）平面上产生干涉图样，计算机（19）将采集获得的干涉图样依据矩形窗口（12）的小窗口的尺寸分割获得待测物体（9）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（9）的相位分布