基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置及微位移量测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，包括宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒、干涉物镜、精密电控平台、短波截止滤光片、SMA905光纤接头、光纤、光谱仪、计算机和。光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒，之后进入干涉物镜，经过干涉物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜的参考板和被测件表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒的成像透镜和短波截止滤光片投射到像面，SMA905光纤接头将光纤固定于显微镜筒的像面，干涉信号通过光纤导入光谱仪，光谱仪与计算机连接，输出谱域干涉条纹。

Near infrared displacement sensor and micro displacement measurement method based on broadband spectral domain micro interferometry

The invention provides a near infrared displacement sensor based on microscopic interferometry for broadband spectral domain, including broadband light source, Kohler illumination system, microscope tube, interference objective, precision electronic control platform, short wave cut-off filter, optical fiber connector, optical fiber, SMA905 spectrometer, and computer. The optical structure along the direction of travel of the light path in turn is a broadband light source, Kohler illumination system and microscope tube, after entering the interferometer, after interference objective transflective film into the reference beam and the test beam, respectively through the reference plate interference objective and the measured surface reflection, return along the original path and interference through the lens and the interference signal, HF microscope cylinder cut-off filter onto the image plane, SMA905 fiber joint fiber fixed to the microscope tube like surface, the interference signal through the optical fiber spectrometer, connecting the spectrometer and computer, the output spectral domain interference fringe.

【技术实现步骤摘要】
基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置及微位移量测量方法
本专利技术涉及光干涉计量测试领域，特别是一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置及微位移量测量方法。
技术介绍
随着机械制造、光学元件加工、电子工业等领域的发展，对于微位移量测量工作的要求越来越高。接触式位移传感方法多由于测头在测量过程中接触表面，因此有划伤被测件表面的危险(例如贾立德,郑子文,戴一帆,李圣怡.摆臂式非球面轮廓仪的原理与试验[J].光学精密工程，2007,15(4)：499-504)。对于表面轮廓陡度太大或者存在沟槽的元件，测头无法接触指定点，造成测量误差。非接触式位移传感技术多采用光学探头，测量精度高，不会损伤测量面。白光干涉法作为一种高精度的非接触式位移传感技术被广泛应用于微位移量的测量。传统的白光干涉法多通过参考镜或者测试镜的时域扫描，通过对干涉信号包络极值位置的定位实现位移量传感。但其测量过程需要大量的轴向扫描过程，不仅费时费力，对高精度的移相装置也提出了严格的要求。国外的USchnell(USchnell,EZimmermann,RDandliker.Absolutedistancemeasurementwithsynchronouslysampledwhite-lightchanneledspectruminterferometry[J].PureAppl.Opt.1995,4:643-651.)等最早报道了白光谱域干涉位移传感装置，根据载频谱域干涉条纹位相随波长变化的斜率关系实现位移传感，测量过程中无需扫描参考镜或者测试镜，提高了位移量测量的效率。但其装置基于迈克尔逊干涉仪，横向分辨率较低。另一方面，目前用于微位移量测量的位移传感装置多为可见光波段(例如薛晖，沈伟东，顾培夫等.基于白光干涉的光学薄膜物理厚度测量方法[J].光学学报，2009,29(7):1877-1880)，对于近红外波段的谱域干涉位移传感装置还未见相关技术。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提出一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，包括宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒、干涉物镜、精密电控平台、短波截止滤光片、SMA905光纤接头、光纤、光谱仪、计算机和。光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源、柯勒照明系统、显微镜筒，之后进入干涉物镜，经过干涉物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜的参考板和被测件表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒的成像透镜和短波截止滤光片投射到像面，SMA905光纤接头将光纤固定于显微镜筒的像面，干涉信号通过光纤导入光谱仪，光谱仪与计算机连接，输出谱域干涉条纹。光源为高功率宽带光源，光强大小可调。根据本专利技术的改进，还提出一种基于前述近红外位移传感装置的微位移量测量方法，包括：步骤1、将SMA905光纤接头、光纤、光谱仪换成CCD，调整精密电控平台的倾斜和高度，使得CCD视场中出现数根空域干涉条纹；步骤2、将CCD换成SMA905光纤接头、光纤、光谱仪，调整精密电控平台高度，使得光谱仪上出现载频数适中的谱域干涉条纹；步骤3、根据光谱仪记录的谱域干涉条纹出现串扰的波段范围选择合适的短波截止滤光片加入系统；步骤4、调整宽带光源光强和光谱仪积分时间、积分次数，记录多个对比度的谱域干涉条纹；步骤5、对获取的单幅谱域干涉图采用傅里叶变换法提取位移量。本专利技术与现有技术相比，显著优点为：非接触式位移量传感方法，不会对测量件造成损伤；测量过程无需轴向扫描，测量效率高，时间短；系统横向分辨率高，尤其是在光学元件的高精度检测中能满足需求。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是说明本专利技术某些实施例的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的示意图。图2a-2d是说明本专利技术某些实施例的位移量提取过程的示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图1的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的示意，根据本专利技术的实施例，一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，该近红外位移传感装置包括宽带光源1、柯勒照明系统2、显微镜筒3、干涉物镜4、精密电控平台6、短波截止滤光片7、SMA905光纤接头8、光纤9、光谱仪10、计算机11和CCD12。如图1所示，光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源1、柯勒照明系统2、显微镜筒3，之后进入干涉物镜4，经过物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜4的参考板和位于精密电控平台6上的被测件5表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒3的成像透镜和短波截止滤光片7投射到像面，SMA905光纤接头8将光纤9固定于显微镜筒3的像面，干涉信号通过光纤9导入光谱仪10。光谱仪与计算机11连接，输出谱域干涉条纹。所述精密电控平台6用于调整被测件5的空间位置以满足测量需求。所述CCD12用于测量过程中寻找空域条纹。前述实施例的近红外位移传感装置(如图1所示)，可工作于近红外波段，且能消除不同波段条纹的串扰，增大位移传感范围。在一些例子中，所述宽带光源1为高功率宽带光源，光强大小可调。优选地，光谱仪10的光谱范围为近红外波段。短波截止滤光片7用于滤除近红外谱域干涉条纹中出现的串扰条纹。所述干涉物镜4优选为迈克尔逊型干涉物镜。在一些具体的例子中，前述图1中，近红外位移传感装置中，其光学结构包括：宽带光源(1)为150W石英卤钨灯，光强连续可调；柯勒照明系统(2)；显微镜筒(3)；迈克尔逊型干涉物镜(4)；精密电控平台(6)可实现三维位移调整以及正交方向倾斜调整；短波截止滤光片(7)的截止波段为200-630nm；SMA905光纤接头(8)、光纤(9)纤芯直径600um、光谱仪(10)光谱带宽为700-1100nm、计算机(11)和CCD(12)。示例性地，被测件(5)为高度7.8um的标准台阶板。本专利技术的一些实施例还提出一种基于前述近红外位移传感装置的微位移量测量方法，包含以下几个步骤：步骤1、将图1中的SMA905光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，该近红外位移传感装置包括宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)、干涉物镜(4)、精密电控平台(6)、短波截止滤光片(7)、SMA905光纤接头(8)、光纤(9)、光谱仪(10)、计算机(11)和CCD(12)，其中：光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)，之后进入干涉物镜(4)，经过物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜(4)的参考板和位于精密电控平台(6)上的被测件(5)表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒(3)的成像透镜和短波截止滤光片(7)投射到像面，SMA905光纤接头(8)将光纤(9)固定于显微镜筒(3)的像面，干涉信号通过光纤(9)导入光谱仪(10)，光谱仪与计算机(11)连接，输出谱域干涉条纹，所述精密电控平台(6)用于调整被测件(5)的空间位置以满足测量需求,所述CCD(12)用于测量过程中寻找空域条纹。

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，该近红外位移传感装置包括宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)、干涉物镜(4)、精密电控平台(6)、短波截止滤光片(7)、SMA905光纤接头(8)、光纤(9)、光谱仪(10)、计算机(11)和CCD(12)，其中：光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)，之后进入干涉物镜(4)，经过物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜(4)的参考板和位于精密电控平台(6)上的被测件(5)表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒(3)的成像透镜和短波截止滤光片(7)投射到像面，SMA905光纤接头(8)将光纤(9)固定于显微镜筒(3)的像面，干涉信号通过光纤(9)导入光谱仪(10)，光谱仪与计算机(11)连接，输出谱域干涉条纹，所述精密电控平台(6)用于调整被测件(5)的空间位置以满足测量需求,所述CCD(12)用于测量过程中寻找空域条纹。2.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，所述宽带光源(1)为高功率宽带光源，光强大小可调。3.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，所述光谱仪(10)的光谱范围为近红外波段。4.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，所述短波截止滤光片(7)用于滤除近红外谱域干涉条纹中出现的串扰条纹。5.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置，其特征在于，所述干涉物镜(4)为迈克尔逊型干涉物镜。6.一种基于前轮要求1-5中任意一项所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，其特征在于，该微位移量测量方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，郑权，韩志刚，周斌斌，张瑞，宋乐，周舒，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32