一种双通道同时相移干涉显微系统技术方案

本发明专利技术公开一种双通道同时相移干涉显微系统，涉及光学干涉领域，包括分光单元、参考光路单元、测量光路单元、合束单元及图像采集单元；分光单元用于将入射的光波分离为传输方向相互垂直、偏振面相互正交的测量光束及参考光束；参考光路单元用于传输参考光束及将参考光束进行空域相移；测量光路单元用于传输测量光束及对测量光束进行空域相移，并将测量光束经过待测量物体后生成物光束；合束单元用于对空域相移后的参考光束和物光束进行合束；图像采集单元用于对合束后的光束进行分光并在两个通道上采集获得两幅相移干涉条纹图；降低成本、技术难度，在具备空域同时相移功能的基础上，还具备时域相移功能，也能够对测量系统进行校正。

A Two-Channel Simultaneous Phase-Shift Interferometric Microscope System

The invention discloses a dual-channel simultaneous phase-shifting interferometric microscopic system, which relates to the field of optical interference, including a splitting unit, a reference light path unit, a measuring light path unit, a combining beam unit and an image acquisition unit; a splitting unit is used to separate incident light into a measuring beam and a reference beam whose transmission directions are perpendicular to each other and whose polarization planes are orthogonal to each other; and a reference light path unit is used for transmitting parameters. The measurement unit is used to transmit the measured beam and phase shift the measured beam in the spatial domain, and generate the product beam after the measured beam passes through the object to be measured; the combining unit is used to combine the reference beam and the object beam after phase shift in the spatial domain; the image acquisition unit is used to separate the beam after phase shift and collect it in two channels. Two phase-shifting interference fringes are obtained, which can reduce the cost and technical difficulty. On the basis of simultaneous phase-shifting in spatial domain, it also has time-domain phase-shifting function and can correct the measurement system.

【技术实现步骤摘要】
一种双通道同时相移干涉显微系统
本专利技术涉及一种光学干涉显微系统，尤其涉及一种双通道同时相移干涉显微系统。
技术介绍
近几十年来，随着光电图像传感技术、计算机技术、图像处理技术的发展，光学相位测量显微术也取得了很大的进步；光学相位测量显微术具有全场、快速、高精度、非接触、无损伤的优点，通过光电图像传感器(如CCD、CMOS)采集一幅干涉图或多幅相移量单调变化的干涉图，利用相位解调算法即可计算出样品的相位分布，同时实现样品三维形貌信息的高精度测量，测量精度可达到1/100波长；在细胞生物学、生物组织、器官、临床检测与诊断、光学表面检测等方面有着广泛的应用。相移干涉测量技术与其他干涉测量技术相比有着背景噪声消除比较彻底、测量精度高等优点，但是也存在需要在不同时刻利用相移装置采集多幅相移干涉图的问题，使得测量结果易受到外界振动和空气串扰的影响，并且无法实现动态相位测量。而采用空域同时相移技术可以解决上述的问题，它是利用偏振光学元件对正交偏振光进行相移，在一个或多个相机的感光芯片的靶面上同时形成三幅或四幅相移量相差pi/2的干涉图，再通过三步或四步相移算法计算出相位的方法。主要有三种方式可实现：一是利用分光棱镜和偏振器件，在多个相机的感光芯片的靶面上形成具有不同相移量的干涉图；二是利用光栅或者其他的分光元件和偏振器件，使得在一个感光芯片的靶面上的不同区域，同时采集到具有不同相移量的干涉图；三是利用偏振相移阵列器件，使得在一个相机的感光芯片的靶面上，以四个像素为一个单元，不同位置的像素具有特定的相移期间，采集到的图像可通过分离和插值的方式形成相移干涉图，再通过相移相位恢复算法即可求的相位分布，实现动态相位测量。以上方法都可实现空域的同时相移的动态相位测量，但是也存在以下一些问题：一、多个图像传感器系统需要保证多相机同步采集图像，而多个CCD的光电性能不一致、空间相对位置不同都会对测量结果带来较大影响；二、单个CCD靶面不同区域同时采集到多幅相移干涉图则会受到诸多条件的限制，如光栅衍射方向受波长的影响，使得该方法只能应用于单波长测量而不能进行白光或窄带光的测量，空间分辨率不足、需要特殊图像传感器等；三、像素掩膜元件则因制作成本昂贵，很难实现广泛的商业应用。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中的问题提供一种双通道同时相移干涉显微系统，降低成本、技术难度，在具备空域同时相移功能的基础上，还具备时域相移功能，能够实现时域相移相位测量，也能够对测量系统进行校正。为了实现上述目的，本专利技术提出一种双通道同时相移干涉显微系统，至少包括：分光单元、参考光路单元、测量光路单元、合束单元及图像采集单元；其中，所述分光单元，用于将入射的光波分离为传输方向相互垂直、偏振面相互正交的测量光束及参考光束；所述参考光路单元，用于传输参考光束及将参考光束进行空域相移；所述测量光路单元，用于传输测量光束及对测量光束进行空域相移，并将测量光束经过待测量物体后生成物光束；所述合束单元，用于对空域相移后的参考光束和物光束进行合束；所述图像采集单元，用于对合束后的光束进行分光并在两个通道上采集获得两幅相移干涉条纹图。优选地，该系统还包括：光源单元，用于生成光强分布均匀的平面光波，并将平面光波传输至分光单元。优选地，所述的光源单元，包括：光源发生器、偏振衰减器和光束扩束准直组件，其中，所述光源发生器产生线偏振光波，线偏振光波经过偏振衰减器进行衰减及旋转光波偏振方向，在经过扩束准直组件形成光强分布均匀的平面光波。优选地，所述的参考光路单元，可依次设置为：第一1/4波片和第一反射镜，参考光束经过所述第一1/4波片及第一反射镜反射后形成圆偏振光的参考光束；所述的测量光路单元，设置为：第一1/2波片、第二反射镜和一个成像物镜，待测量物体设置于成像物镜前端，测量光束经过第一1/2波片形成与水平方向存在一定夹角的线偏振光，线偏振光经第二反射镜照射到待测量物体表面，透射过待测量物体后经成像物镜形成物光波。优选地，所述的参考光路单元，还可依次设置为：第二1/2波片、第一1/4波片和第一反射镜，参考光束经过所述第二1/2波片、第一1/4波片及第一反射镜反射后形成圆偏振光的参考光束；所述的测量光路单元，设置为：第一1/2波片、第二反射镜和一个成像物镜，待测量物体设置于成像物镜前端，测量光束经过第一1/2波片形成与水平方向存在一定夹角的线偏振光，线偏振光经第二反射镜照射到待测量物体表面，透射过待测量物体后经成像物镜形成物光波。优选地，所述的参考光路单元，还可依次设置为：第一1/4波片、第二1/2波片和第一反射镜，参考光束经过所述第一1/4波片、第二1/2波片及第一反射镜反射后形成圆偏振光的参考光束；所述的测量光路单元，设置为：第一1/2波片、第二反射镜和一个成像物镜，待测量物体设置于成像物镜前端，测量光束经过第一1/2波片形成与水平方向存在一定夹角的线偏振光，线偏振光经第二反射镜照射到待测量物体表面，透射过待测量物体后经成像物镜形成物光波。优选地，所述的图像采集单元，包括：一个偏振分光棱镜、第一光电图像传感器和第二光电图像传感器，合束后的光束经过偏振分光棱镜进行分光获得相互垂直的两路光束，通过第一光电图像传感器和第二光电图像传感器两个通道上采集获得两幅相移干涉条纹图。优选地，所述的反射镜可替换为压电陶瓷，以对参考光束进行时域相移。优选地，所述的一定夹角为45°。优选地，所述的合束后的光束经过偏振分光棱镜进行分光获得相互垂直的两路光束后，使光束尺寸与第一光电图像传感器和第一光电图像传感器的光敏面尺寸相匹配。本专利技术提出一种双通道同时相移干涉显微系统，具有如下有益效果：(1)本专利技术专利为时空混合相移双通道干涉显微系统，结合两步相移算法，可以实现静态和动态相位测量，相对其他空域相移技术，大大降低了成本和技术难度；(2)本专利技术专利所述干涉显微系统在具备空域同时相移功能的基础上，还具备时域相移功能，能够实现时域相移相位测量(在参考光路将反射镜换成PZT)，也能够对测量系统进行校正；(3)本专利技术专利相较于其他系统更为简单，对于两CCD空间位置的匹配操作难度更低，而且系统光能利用率更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术第一优选实施例中双通道同时相移干涉显微系统结构框图；图2为本专利技术第一优选实施例中光源单元结构框图；图3为本专利技术第一优选实施例中参考光路单元结构框图；图4为本专利技术第一优选实施例中测量光路单元结构框图；图5为本专利技术第一优选实施例中图像采集单元结构框图；图6为本专利技术第一优选实施例中双通道同时相移干涉显微系统整体细节结构框图；图7为本专利技术第二优选实施例中参考光路单元结构框图；图8为本专利技术第三优选实施例中参考光路单元结构框图；符号说明：1-光源单元；2-分光单元；3-参考光路单元；4-测量光路单元；5-合束单元；6-图像采集单元；101-光源发生器；102-偏振衰减器；103-光束扩束准直组件；301-第一1/4波片；302-第一反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，至少包括：分光单元、参考光路单元、测量光路单元、合束单元及图像采集单元；其中，所述分光单元，用于将入射的光波分离为传输方向相互垂直、偏振面相互正交的测量光束及参考光束；所述参考光路单元，用于传输参考光束及将参考光束进行空域相移；所述测量光路单元，用于传输测量光束及对测量光束进行空域相移，并将测量光束经过待测量物体后生成物光束；所述合束单元，用于对空域相移后的参考光束和物光束进行合束；所述图像采集单元，用于对合束后的光束进行分光并在两个通道上采集获得两幅相移干涉条纹图。

【技术特征摘要】
1.一种双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，至少包括：分光单元、参考光路单元、测量光路单元、合束单元及图像采集单元；其中，所述分光单元，用于将入射的光波分离为传输方向相互垂直、偏振面相互正交的测量光束及参考光束；所述参考光路单元，用于传输参考光束及将参考光束进行空域相移；所述测量光路单元，用于传输测量光束及对测量光束进行空域相移，并将测量光束经过待测量物体后生成物光束；所述合束单元，用于对空域相移后的参考光束和物光束进行合束；所述图像采集单元，用于对合束后的光束进行分光并在两个通道上采集获得两幅相移干涉条纹图。2.根据权利要求1所述的双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，该系统还包括：光源单元，用于生成光强分布均匀的平面光波，并将平面光波传输至分光单元。3.根据权利要求2所述的双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，所述的光源单元，包括：光源发生器、偏振衰减器和光束扩束准直组件，其中，所述光源发生器产生线偏振光波，线偏振光波经过偏振衰减器进行衰减及旋转光波偏振方向，在经过扩束准直组件形成光强分布均匀的平面光波。4.根据权利要求1所述的双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，所述的参考光路单元，可依次设置为：第一1/4波片和第一反射镜，参考光束经过所述第一1/4波片及第一反射镜反射后形成圆偏振光的参考光束；所述的测量光路单元，设置为：第一1/2波片、第二反射镜和一个成像物镜，待测量物体设置于成像物镜前端，测量光束经过第一1/2波片形成与水平方向存在一定夹角的线偏振光，线偏振光经第二反射镜照射到待测量物体表面，透射过待测量物体后经成像物镜形成物光波。5.根据权利要求1所述的双通道同时相移干涉显微系统，其特征在于，所述的参考光路单元，还可依次设置为：第二1/2波片、第一1/4波片和第一反射镜，参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓旭，孙振达，钟丽云，王翰林，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44