[发明专利]基于负反馈锁相振动抑制的微小球体表面形貌检测装置

权利要求书

1.基于负反馈锁相振动抑制的微小球体表面形貌检测装置，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、第一λ/2波片(3)、第二λ/2波片(4)、第三λ/2波片(5)、直角反射镜(6)、偏振分光棱镜(7)、第一角锥棱镜(8)、第二角锥棱镜(9)、第三角锥棱镜(10)、锁相移相器(11)、平面反射镜(12)、第一二向色镜(13)、4f系统(14)、第一显微物镜(15)、针孔反射镜(16)、D形反射镜(17)、第一准直透镜(18)、λ/4波片(19)、第二显微物镜(20)、被测微球(21)、第二准直透镜(22)、检偏器(23)、第二二向色镜(24)、第一单色滤光片(25)、面阵相机(26)、第二单色滤光片(27)和随机移相量检测装置(28)；

第一激光器(1)所发出的第一线偏振光透射过第一λ/2波片(3)后入射至直角反射镜(6)的第一反射面；直角反射镜(6)的第一反射面将第一线偏振光反射转向90°后入射至偏振分光棱镜(7)；偏振分光棱镜(7)在自身的分光面处将第一线偏振光分为第一水平偏振光和第一竖直偏振光；

第一水平偏振光透射过偏振分光棱镜(7)的分光面后入射至第一角锥棱镜(8)，该第一水平偏振光经第一角锥棱镜(8)转向180°后返回至偏振分光棱镜(7)，并透射过偏振分光棱镜(7)的分光面；

第一竖直偏振光经偏振分光棱镜(7)的分光面反射转向90°后入射至第三角锥棱镜(10)，该第一竖直偏振光经第三角锥棱镜(10)转向180°后返回至偏振分光棱镜(7)，且偏振分光棱镜(7)的分光面将第一竖直偏振光反射转向90°后与第一水平偏振光合束组成第一合束光束；

第一合束光束入射至直角反射镜(6)的第二反射面，并经直角反射镜(6)的第二反射面反射转向90°后透射过第一二向色镜(13)；

第二激光器(2)所发出的第二线偏振光透射过第二λ/2波片(4)后入射至偏振分光棱镜(7)，偏振分光棱镜(7)在自身的分光面处将第二线偏振光分为第二水平偏振光和第二竖直偏振光；

第二水平偏振光透射过偏振分光棱镜(7)的分光面；

第二竖直偏振光经偏振分光棱镜(7)的分光面反射转向90°后入射至第一角锥棱镜(8)，该第二竖直偏振光经第一角锥棱镜(8)转向180°后入射至第二角锥棱镜(9)；所述第二角锥棱镜(9)将第二竖直偏振光转向180°后入射至偏振分光棱镜(7)；偏振分光棱镜(7)的分光面将该第二竖直偏振光反射转向90°后与第二水平偏振光合束组成第二合束光束；

第二合束光束透射过第三λ/2波片(5)后入射至平面反射镜(12)；该第二合束光束依次经平面反射镜(12)反射转向90°后入射至第一二向色镜(13)的反光面、经第一二向色镜(13)的反光面反射转向90°后与第一合束光束合束组成总合束光束；所述第三λ/2波片(5)的快轴与第二合束光束的偏振方向呈45°角；

总合束光束依次经过4f系统(14)、第一显微物镜(15)和针孔反射镜(16)，并在针孔反射镜(16)的小孔处产生衍射光；且所述针孔反射镜(16)的干涉光路结构为分波面干涉结构，将所述衍射光分为测量光和参考光；

所述测量光包括第一测量光和第二测量光，所述第一测量光包括第一合束光束衍射产生第一水平偏振衍射光和第一竖直偏振衍射光，所述第二测量光包括由第二合束光束衍射产生第二水平偏振衍射光和第二竖直偏振衍射光；

所述参考光包括第一参考光和第二参考光，所述第一参考光包括第一合束光束衍射产生第一水平偏振衍射光和第一竖直偏振衍射光，所述第二参考光包括由第二合束光束衍射产生第二水平偏振衍射光和第二竖直偏振衍射光；

测量光依次经过第一准直透镜(18)、λ/4波片(19)和第二显微物镜(20)后到达被测微球(21)的表面；且测量光的中心与被测微球(21)的球心重合，使得测量光原路返回至针孔反射镜(16)；所述λ/4波片(19)的慢轴与测量光的偏振方向呈45°角；

所述针孔反射镜(16)的反射面将返回的测量光反射转向并与参考光合束，组成衍射合束光束；衍射合束光束入射至D形反射镜(17)，且经D形反射镜(17)反射转向后入射至第二准直透镜(22)，该衍射合束光束透射过第二准直透镜(22)并入射至检偏器(23)；

经过检偏器(23)滤除竖直偏振衍射光的第一测量光与第一参考光干涉生成第一干涉光；经过检偏器(23)滤除竖直偏振衍射光的第二测量光与第二参考光干涉生成第二干涉光；

第一干涉光与第二干涉光均入射至第二二向色镜(24)，且第一干涉光透射过第二二向色镜(24)后入射至第一单色滤光片(25)，第二干涉光经第二二向色镜(24)反射转向90°后入射至第二单色滤光片(27)；

第一干涉光经过第一单色滤光片(25)后进入面阵相机(26)，面阵相机(26)采集第一干涉光的干涉图；

第二干涉光经过第二单色滤光片(27)后进入随机移相量检测装置(28)的输入端，所述随机移相量检测装置(28)根据第二干涉光的信息生成移相量补偿控制信号发送至锁相移相器(11)；

所述锁相移相器(11)与第一角锥棱镜(8)固定，用于接收到移相量补偿控制信号后带动第一角锥棱镜(8)运动，对所述装置振动所引起的随机移相量进行补偿；所述第一角锥棱镜(8)的运动方向与偏振分光棱镜(7)的分光面呈45°角。