【技术实现步骤摘要】
一种基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法
本专利技术涉及精密光学测量工程领域，更具体的，涉及一种基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法。
技术介绍
传统的表面形貌的测量方法采用逐点扫描的方法进行测量，探测效率低，横向分辨率低，易受环境振动、温湿度变化等影响，容易划伤元件表面。其主要包括各种轮廓仪、原子力显微镜(AFM)等。国内最初主要采用原子力显微观测靶丸表面，获得了较为精确的靶丸表面轮廓，但其只能获得靶丸表面的局部信息。光学干涉测量法具有非接触、采样密度高、效率高、精度高等优点，是较为理想的表面形貌检测方法。目前微球全表面形貌光学测量方法主要有移相点衍射干涉法和数字全息显微法。移相点衍射干涉法测量精度高、效率高，但针孔在加工和装调上有一定的难度，且点源光路和干涉光路、成像光路全部耦合在一起，导致靶丸尺寸发生改变时，点和光源和CCD都需要大行程地移动，从而很大程度上降低了系统的可靠性和成像质量；数字全息显微法单次测量速度快、实时性好，分辨率高，但由于采用非共光路系统，光学元件多，质量难以保证，系统误差大，容易受...
【技术保护点】
1.一种基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法，其特征在于，方法步骤如下：/n步骤1、搭建显微干涉系统对微球表面进行成像，并利用CCD采集四幅移相干涉条纹图像I
【技术特征摘要】
1.一种基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤1、搭建显微干涉系统对微球表面进行成像，并利用CCD采集四幅移相干涉条纹图像I1、I2、I3、I4，根据显微干涉系统的景深公式，将采集的四幅移相干涉条纹图像划分为两个区域：中心视场位于景深范围内的清晰成像区域以及边缘视场位于景深范围外的模糊成像区域；同时转入步骤2和步骤3；
步骤2、对于清晰成像区域，直接通过四步移相法计算出包裹相位差分布，再解包裹得到清晰成像区域的微球表面形貌的相位分布，转入步骤7；
步骤3、对于模糊成像区域，单独遮挡测试光得到对应的参考光的强度图像Ir，结合四幅移相干涉图I1、I2、I3、I4，计算出测试光的振幅分布Ut，再根据四步移相法计算出缺陷相位叠加上一个标准球面波相位计算出测试光相位分布，将该测试光的振幅分布与相位分布组合得到测试光的光场分布转入步骤4；
步骤4、根据几何光学成像理论，分析微球经测量显微干涉系统后的像面的面型，将曲面像面划分为一系列规则的三角形面元，由上述测试光的光场分布分别通过逆衍射运算得到每一个面元的光场分布，在逆衍射运算过程中，利用物像共轭变换关系解决球面波相位因子的采样问题，并采用角谱衍射逆运算的D-FFT算法计算得到聚焦平面对应三角形面元的光场分布，转入步骤5；
步骤5、将上述三角形面元的光场分布取虚部，得到包裹相位分布并进行解包裹运算，再将这些相位分布进行组合，得到模糊成像区域像面的相位分布，转入步骤6；
步骤6、根据模糊成像区域像面的相位分布，由物像关系求得物面对应的相位分布，即模糊成像区域的微球表面形貌的相位分布，转入步骤7；
步骤7、将清晰成像区域的微球表面形貌的相位分布和模糊成像区域的微球表面形貌的相位分布进行拼接，得到整个成像视场内的微球表面形貌的相位分布。
2.根据权利要求1所述的基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法，其特征在于：所述步骤1中，所述显微干涉系统中，光源发出的光束由第一偏振分束棱镜分为参考光路和测试光路，两光路互相垂直；测试光路包括共第一光轴依次设置的显微物镜1、λ4玻片1，其中，待测微球放置在显微物镜1的工作距离处，入射光由偏振分束棱镜分束后沿测试光路照射到待测微球表面，待测微球表面反射的光原路返回作为测试光；参考光路包括共第二光轴依次设置的λ/4玻片2、显微物镜2和标准球面反射镜，入射光由第一偏振分束棱镜分束后沿参考光路照射到标准球面反射镜，由标准球面反射镜反射的光原路返回作为参考光，测试光和参考光再由第二偏振分束棱镜合束后经过管镜和相位延迟阵列到达CCD，并在CCD面发生干涉。
3.根据权利要求1所述的基于显微干涉的微球表面形貌大视场测量方法，其特征在于：所述清晰成像区域的最大直径Φm为：
式中，β为显微干涉系统的垂轴放大率，R为微球半...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭仁慧，付航，许雅，杨鑫，尹智瑶，李建欣，马骏，朱日宏，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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