[发明专利]一种基于光学相移的跨尺度表面形貌测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于光学相移的跨尺度表面形貌测量装置及方法，装置包括计算机、光强可控式白光光源、第一透镜、滤光片旋转盘、分光棱镜、第二透镜、第三透镜、CCD相机、空间光调制器SLM、第四透镜；本发明利用纯相位调制式液晶空间光调制器实现精确的光学相移，应用光强可调的白光光源和四个带通滤波片得到四种光强分布一致的单色光，并利用多波长干涉的原理，通过合理尺寸衔接实现测量范围的拓展。在重复光学相移中，以轮换滤光片方式获取不同波长的干涉图像序列，并运用优化的四步相移法进行逐点逐帧相位运算，得到大尺度范围内形貌点高度。本发明既能满足跨尺度的测量范围要求，又能保持单波长干涉的纳米精度，具有重要的应用价值。

主权项

1.一种基于光学相移的跨尺度表面形貌测量方法，应用于基于光学相移的跨尺度表面形貌测量装置中；所述装置包括计算机(1)、光强可控式白光光源(2)、第一透镜(3)、滤光片旋转盘(4)、分光棱镜(5)、第二透镜(6)、第三透镜(8)、CCD相机(9)、空间光调制器SLM(11)、第四透镜(12)；所述计算机(1)控制所述光强可控式白光光源(2)发出的白光经过所述第一透镜(3)和滤光片旋转盘(4)上的滤光片后变为单色光，单色光经过所述分光棱镜(5)后分成两束；一束经过所述第二透镜(6)后射向被测对象(7)，另一束经过所述第三透镜(8)、空间光调制器SLM(11)及所述空间光调制器SLM(11)反射后与由被测对象(7)反射回的光进行干涉，干涉图经过所述第四透镜(12)成像到所述CCD相机(9)；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：计算机(1)控制输入到空间光调制器SLM(11)中的灰度值；步骤2：所述计算机(1)控制滤光片旋转盘(4)角度选择不同滤光片，并控制所述光强可控式白光光源(2)光强使得经不同滤光片后的光强保持一致，然后采集干涉图像；其具体实现包括以下子步骤：步骤2.1：所述计算机(1)首先选用一种窄带滤光片，所述光强可控式白光光源(2)发出的白光经过所述第一透镜(3)和滤光片旋转盘(4)上的滤光片后变为单色光λ1，单色光λ1经过所述分光棱镜(5)后分成两束；一束经过所述第二透镜(6)后射向被测对象(7)，另一束经过所述第三透镜(8)、空间光调制器SLM(11)及所述空间光调制器SLM(11)反射后与由被测对象(7)反射回的光进行干涉，干涉图经过所述第四透镜(12)成像到所述CCD相机(9)，获得λ1的干涉图像；步骤2.2：所述计算机(1)控制滤光片旋转盘(4)选取另一种波长滤光片，得到单色光λ2，再利用上述步骤2.1的原理获得λ2的干涉图像；步骤2.3：所述计算机(1)控制滤光片旋转盘(4)选取另一种波长滤光片，得到单色光λ3，再利用上述步骤2.1的原理获得λ3的干涉图像；步骤2.4：所述计算机(1)控制滤光片旋转盘(4)选取另一种波长滤光片，得到单色光λ4，再利用上述步骤2.1的原理获得λ4的干涉图像；步骤3：采集完四种不同波长(λ1、λ2、λ3、λ4)的干涉图像后，再利用图像处理算法计算出被测对象(7)每点的高度信息，从而得到被测对象的表面形貌。