[发明专利]基于同步载频移相的干涉显微检测装置与检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于同步载频移相的干涉显微检测装置与检测方法，属于光学干涉检测技术领域。

背景技术

干涉显微将干涉技术和显微放大技术相结合，可精确地分析物体的三维形貌和相位型物体的位相信息，具有分辨力高、测量速度快等传统干涉技术和显微技术不可替代的优势，是一种比较理想的微小物体三维形貌和位相分布测量的方法。

2006年，瑞士Lyncee Tec公司首次推出DHM-1000数字全息显微镜，可用于测量微小物体的三维形貌和位相分布。但需要倾斜参考光以获得足够大载频使干涉图样的零频分量、实像和共轭像在频谱面上分离，因此，不能充分利用图像传感器的横向分辨率或空间带宽积，限制了其测量精度的提高。

西安光机所的姚保利等提出利用平行双光栅的同步载频移相干涉显微方法(P.Gao，B.L.Yao，I.Harder，J.Min，R.Guo，J.Zheng，T.Ye.Parallel two-step phase-shifting digitalholograph microscopy based on a grating pair.J.Opt.Soc.Am.A2011，28(3)：434-440)。该方法通过调整平行双光栅间距调制载频，并结合偏振调制通过一次曝光获得两幅相移载频干涉图。该方法通过将两幅相移干涉图样相减来消除零频分量，从而降低了对干涉图样中载频量的要求，同时提高了对CCD的空间分辨率和空间带宽积的利用率，但是该方法光利用率低，数据处理复杂，并需通过测量条纹确定载频量。

发明内容

本发明是为了解决现有同步载频移相干涉显微方法中光利用率低，数据处理复杂的问题，提供一种基于同步载频移相的干涉显微检测装置与检测方法。

本发明所述基于同步载频移相的干涉显微检测装置，它包括光源，它还包括线偏振片、第一偏振分光棱镜、第一准直扩束系统、待测物体、显微物镜、校正物镜、第一反射镜、第二反射镜、第二准直扩束系统、第二偏振分光棱镜、λ/4波片、矩形窗口、第一傅里叶透镜、一维周期光栅、第二傅里叶透镜、偏振片组、图像传感器和计算机，其中λ为光源发射光束的光波长，

光源发射的光束经线偏振片后入射至第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的反射光束入射至第一准直扩束系统的光接收面，经第一准直扩束系统准直扩束后的出射光束依次经待测物体、显微物镜和校正物镜后，入射至第一反射镜，第一反射镜的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜；

第一偏振分光棱镜的透射光束经第二反射镜反射后入射至第二准直扩束系统的光接收面，经第二准直扩束系统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；

汇合于第二偏振分光棱镜的物光束和参考光束经过λ/4波片和矩形窗口后入射至第一傅里叶透镜，经第一傅里叶透镜汇聚后的出射光束通过一维周期光栅后入射至第二傅里叶透镜，经第二傅里叶透镜透射后的出射光束入射至偏振片组，该偏振片组的出射光束由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的信号输出端连接计算机的图像信号输入端；

以第一傅里叶透镜光轴的方向为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；

第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜的焦距均为f；

矩形窗口位于第一傅里叶透镜的前焦面上；一维周期光栅位于第一傅里叶透镜的后焦f-Δf处并且位于第二傅里叶透镜的前焦f+Δf处，其中Δf为一维周期光栅的离焦量，Δf大于0并且小于f；

图像传感器位于第二傅里叶透镜的后焦面上；

一维周期光栅的周期d与矩形窗口沿x轴方向的宽度D之间满足关系：

d＝2λf/D。

一维周期光栅为二值一维周期光栅、正弦一维周期光栅或余弦一维周期光栅。

偏振片组由两片偏振片组成，该两片偏振片形成1×2阵列，该两片偏振片的透光轴与x轴分别呈0°和45°。

λ/4波片快轴与x轴呈45°。

线偏振片的透光轴与x轴呈45°。

本发明所述基于上所述基于同步载频移相的干涉显微检测装置的检测方法，它的实现过程如下：

打开光源，使光源发射的光束经线偏振片和第一偏振分光棱镜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汇合后，依次通过λ/4波片、矩形窗口、第一傅里叶透镜、一维周期光栅、第二傅里叶透镜和偏振片组，