一种基于正交解调的白光干涉成像装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学检测技术领域，提出一种基于正交解调的白光干涉成像装置与方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交解调的白光干涉成像装置与方法


[0001]本专利技术涉及光学检测
，尤其涉及一种基于正交解调的白光干涉成像装置与方法
。

技术介绍

[0002]垂直扫描白光干涉技术
(VSI)
是一种用于表面形貌测量的光学技术，能够高精度地获取物体表面的三维形貌信息
。
为了获得整个表面的形貌信息，
VSI
通过在样品臂或参考臂进行光程扫描，采集一系列干涉图样，通过对这些干涉图样进行分析和处理，确定干涉信号的等光程点，进而确定不同反射面的高度，
VSI
在许多领域有广泛的应用，包括材料科学
、
制造业
、
光学元件
、
微电子等
。
[0003]目前的
VSI
技术存在两个缺陷：
(1)
光程的扫描步长有限制，假定光源的中心波长为
λ0，根据采样定律，则光程扫描步长最大为
λ0/4(
考虑到参考光和样品光的往返
)
，当扫描步长超过
λ0/4
时，则干涉信号失真，无法进行深度解调
。
因此扫描步长一般最大为百纳米级，当进行较大深度范围成像时，导致需要进行大量光程扫描，因此扫描速度慢，干涉图像数据量大，测量效率低；
(2)
目前
VSI
大部分是通过
PZT
或者精密平移台驱动参考镜或干涉物镜进行光程扫描，这种光程扫描方式由于存在机械运动，容易导致干涉系统产生振动，降低系统稳定性，影响测量精度
。
[0004]例如在专利技术专利“一种适用于白光扫描干涉的微观形貌快速测量方法
(
申请号
202110223278.5)
中，需要使用压电陶瓷在指定总行程内等间隔驱动干涉显微物镜进行垂直扫描，存在机械运动，影响系统稳定性；设置压电陶瓷的扫描步长为
λ
/8
，
λ
为白光的中心波长，在
2.13
μ
m
范围内需要采集
32
幅干涉图像进行计算
。
扫描间隔较小，当用于较大高度范围测量时，需要采集的干涉图像数目较大，限制了成像速度
。
在专利技术专利“一种结合相移干涉与垂直扫描干涉的
3D
形貌恢复方法”(
申请号
201611015451.8)
中存在同样问题，通过上位机程序控制压电陶瓷微步距垂直扫描，影响系统稳定性；使用五帧相移算法计算相位，要求在一个波长范围内，采集5帧干涉图像，限制了成像速度
。
专利“用于光滑表面形貌测量的窄带非单色光
n+1
幅相移测试算法”(
申请号
201911302926.5)
，使用相移器进行相位间隔为
π
/2、
扫描步长为
λ0/8
的
z
轴时序垂直扫描，其中
λ0为窄带非单色光的中心波长，要求在一个波长范围内，采集8帧干涉图像，限制了成像速度
。
[0005]所以目前现有技术存在以下问题：
[0006]1、
目前
VSI
光程扫描步长为百纳米级或十纳米级，用于高度范围较大的样品时，扫描步数大，扫描速度慢，干涉图像数据量大，测量效率低
。
[0007]2、
通过
PZT
或者精密平移台驱动参考镜或系统进行光程扫描，这种光程扫描方式由于存在机械运动，容易导致干涉系统产生振动，降低系统稳定性，影响测量精度
。

技术实现思路

[0008]基于现有技术存在的不足，设计一种基于正交解调的白光干涉成像装置与方法
。
[0009]本专利技术的技术方案如下：一种基于正交解调的白光干涉成像装置，包括白光光源
1、
相机
2、
耦合器
3、
环形器
4、
准直透镜
、
振镜
6、
楔形玻璃
8、
参考镜
9、
分光棱镜
12、
色散透镜
13
和透镜；光源1通过光纤连接至耦合器3一端；耦合器3另一端分为两支路；第一支路至环形器4第一端口
17
，环形器4第二端口
15
外依次布置准直透镜
a5、
振镜
6、
透镜
a7、
楔形玻璃
8、
参考镜9；环形器4第三端口
18
外与分光棱镜
12
一侧间布置准直透镜
c11
；第二支路至准直透镜
b10
一侧，准直透镜
b10
另一侧位于分光棱镜
12
一侧；分光棱镜
12
另一侧分为两方向，一方向上依次布置色散透镜
13、
样品
14
；另一方向依次布置透镜
b16
和相机2；相机2连接至电脑
。
[0010]从光源1发出的光经光纤进入耦合器3，耦合器3将光分为样品光和参考光；参考光从环形器4第一端口
17
进入，从环形器4第二端口
15
出射，参考光经过准直透镜
a5
准直后，经过振镜6反射依次过透镜
a7、
楔形玻璃8聚焦于参考镜9；经参考镜9反射的参考光沿原路返回，依次经环形器4第二端口
15、
环形器4第三端口
18
出射，经准直透镜
c11
准直后，经分光棱镜
12
透射；样品光经过准直透镜
b10
准直，再经过分光棱镜
12
透射，经色散透镜
13
聚焦于样品
14
，经样品
14
反射的样品光沿原路返回到分光棱镜
12
；经分光棱镜
12
反射的样品光和经分光棱镜
12
透射的参考光经过透镜
b16
成像于相机2，相机2采集干涉图像至电脑处理
。
[0011]一种基于正交解调的白光干涉成像方法，基于所述基于正交解调的白光干涉成像装置实现；改变振镜6的控制电压，从而改变振镜6的角度，使参考光穿过楔形玻璃8的不同位置，进行参考光的光程改变；在电脑传输振镜控制电压至振镜6的同时，电脑传输触发信号至相机2，每个触发信号触发相机2采集一帧干涉图像，即振镜控制电压信号与触发信号同步；相邻的两个触发信号组成一组，同该组触发信号对应的镇境控制电压信号不同，导致振镜6处于两个不同的角度，使参考光在这两个角度下的光程差为
π
/2
，相邻两组触发信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于正交解调的白光干涉成像装置，其特征在于，所述基于正交解调的白光干涉成像装置包括白光光源
(1)、
相机
(2)、
耦合器
(3)、
环形器
(4)、
准直透镜
、
振镜
(6)、
楔形玻璃
(8)、
参考镜
(9)、
分光棱镜
(12)、
色散透镜
(13)
和透镜；光源
(1)
通过光纤连接至耦合器
(3)
一端；耦合器
(3)
另一端分为两支路；第一支路至环形器
(4)
第一端口
(17)
，环形器
(4)
第二端口
(15)
外依次布置准直透镜
a(5)、
振镜
(6)、
透镜
a(7)、
楔形玻璃
(8)、
参考镜
(9)
；环形器
(4)
第三端口
(18)
外与分光棱镜
(12)
一侧间布置准直透镜
c(11)
；第二支路至准直透镜
b(10)
一侧，准直透镜
b(10)
另一侧位于分光棱镜
(12)
一侧；分光棱镜
(12)
另一侧分为两方向，一方向上依次布置色散透镜
(13)、
样品
(14)
；另一方向依次布置透镜
b(16)
和相机
(2)
；相机
(2)
连接至电脑
。2.
根据权利要求1所述的基于正交解调的白光干涉成像装置，其特征在于，从光源
(1)
发出的光经光纤进入耦合器
(3)
，耦合器
(3)
将光分为样品光和参考光；参考光从环形器
(4)
第一端口
(17)
进入，从环形器
(4)
第二端口
(15)
出射，参考光经过准直透镜
a(5)
准直后，经过振镜
(6)
反射依次过透镜
a(7)、
楔形玻璃
(8)
聚焦于参考镜
(9)
；经参考镜
(9)
反射的参考光沿原路返回，依次经环形器
(4)
第二端口
(15)、
环形器
(4)
第三端口
(18)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红仙，王毅，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：