[发明专利]一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统

说明书

一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，涉及的是光学检测空间物体表面三维信息的技术领域。本申请采用时域、空域混合移相的方式，以自然振动引入的随机移相量作为时域移相值，通过空域移相实时监测每帧主干涉图采集时由自然振动引入的具体移相值，并以此进行相位信息解算，最后得到的被测微球表面形貌不受环境因素中振动、空气扰动等因素的影响。它用于检测微球表面形貌。

技术领域

本发明涉及用空间移相获得微球表面形貌的系统，涉及的是光学检测空间物体表面三维信息的技术领域。

背景技术

微小球体是最常用的元器件形态之一，在微机械、微光学、ICF实验中有着广泛的用途，在高精密、高可靠性仪器设备及实验的应用中，微球表面形貌质量有着严格的要求，需要进行高精度检测。传统的检测手段，如原子力显微镜、共聚焦显微镜等成熟检测手段存在易划伤被测表面、检测效率低等问题，且通常需要精密运动机构配合检测装置才能实现整体三维形貌测量，受机械运动误差影响严重。光学干涉测量方法具有非接触、精度高等突出优点，同时具有相对较大的单次检测范围，尤其随着点衍射干涉、移相干涉等高级干涉测量技术的出现，不但可以提供近似理想的球面基准，相位信息提取精度也得以大幅提升，使得光学干涉测量方法成为公认的、较为理想的球面检测手段。时域移相是最常用的移相方式之一，具有结构简单、应用灵活、易于集成、横向分辨率高等特点，但对于振动、扰动等随机误差较为敏感。然而测量环境中的振动，尤其是低频振动，又很难完全隔绝，是时域移相干涉测量中的主要随机误差源之一，严重影响检测精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有采用时域移相式点衍射干涉法测量微球表面形貌，检测精度受到环境因素影响的问题，现提供一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统。

一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，所述系统包括球面波产生装置、D形反射镜7、会聚放大装置、准直透镜12、分光棱镜13、调制耦合器、一号单模保偏光纤16、准直透射装置、棱镜组19、偏振片组20、检偏器21、面阵相机22和计算机，

球面波产生装置发出的球面波分别两部分，

一部分球面波作为参考光被D形反射镜7反射至准直透镜12上，

另一部分球面波作为测量光经过会聚放大装置后到达被测微球表面11，经过被测微球表面11反射后的光携带着带有自然振动的被测微球表面形貌信息返回会聚放大装置，由会聚放大装置出射的光返回至球面波产生装置，由球面波产生装置反射进入D形反射镜7，由D形反射镜7反射至准直透镜12，经准直透镜12准直后，与参考光合束，生成的合束光经分光棱镜13的透射和反射分别形成透射光和反射光；

透射光中的参考光和测量光经检偏器21统一偏振方向后产生干涉，形成的干涉光由面阵相机22采集，作为主干涉图；

反射光经调制耦合器调制耦合后进入一号单模保偏光纤16滤除测量光中形貌起伏信息后，由一号单模保偏光纤16出射的光经准直透射装置将参考光和测量光调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，再由棱镜组19分为完全相同的4束平行光，4束平行光经偏振片组20中与水平方向成不同角度放置的4个偏振片调制后，形成4束移相量为0、π/2、π、3π/2的干涉光，4束干涉光经分光棱镜13的分光面反射，到达面阵相机22的四角，由面阵相机22采集4束干涉光，作为4个辅助干涉图；

计算机，用于采集每帧主干涉图和4个辅助干涉图，根据每帧移相量为0、π/2、π、3π/2的4个辅助干涉图解算此时主干涉图中由自然振动引入的随机移相量，根据随机移相量解算出被测微球表面11的相位信息，根据该相位信息得到被测微球表面11的高度信息，此高度信息为被测微球表面11形貌。

优选地，球面波产生装置包括激光器1、λ/2波片2、光纤耦合器3、二号单模保偏光纤4、高倍显微物镜5和针孔反射镜6，

针孔反射镜6一侧中心设置圆形的反射镀膜，且反射镀膜朝向会聚放大装置侧，反射镀膜中心开设通孔，