專利名稱：分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置，是一種可普遍應(yīng)用于各種動(dòng)態(tài)光學(xué)干涉條紋細(xì)分的高精度的測(cè)量裝置。
這些方法大致可分為光學(xué)倍頻法、電子學(xué)倍頻法、CCD細(xì)分法等。光學(xué)倍頻法多采用四倍頻、八倍頻，可以記錄到四分之一、八分之一的干涉條紋的移動(dòng)。這在細(xì)分精度上顯然是不夠的?，F(xiàn)在用于電子束曝光機(jī)的激光工作平臺(tái)采用了七十八倍頻，達(dá)到了一定的分辨精度，而其造價(jià)卻相當(dāng)高([1]羅騰蛟，電子制版，上海中科院上海冶金所出版)。電子學(xué)倍頻法通過高精度AD采樣電路對(duì)干涉條紋信號(hào)進(jìn)行采樣，并通過特定的軟件算法可以實(shí)現(xiàn)干涉條紋的20細(xì)分([2]崔驥，李懷瓊，陳錢，光柵莫爾條紋信號(hào)的細(xì)分與辯向新技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，2002年04期)。但其造價(jià)非常高，對(duì)環(huán)境噪聲也非常敏感。傳統(tǒng)的采用線陣CCD作為光學(xué)干涉條紋細(xì)分裝置雖然可以達(dá)到很高的細(xì)分精度([3]曹國(guó)榮，景芳盛，任瑩，CCD用于莫爾條紋細(xì)分的技術(shù)，計(jì)量學(xué)報(bào)，1995年02期)，然而受器件本身工作原理的限制，只能用于靜態(tài)干涉條紋的細(xì)分，而不能用于動(dòng)態(tài)干涉條紋的細(xì)分測(cè)量。
為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，一種分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置，包括分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、二個(gè)光電二極管、線性陣列光電接收器件、整形電路和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路；分光鏡將干涉光分為相互垂直的兩束光；渥拉斯頓棱鏡接收其中一束并分光為相互正交的兩束光，二個(gè)光電二極管分別接收這二束光，將干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸出給整形電路和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路，得到干涉條紋的λ/4整數(shù)倍部分和條紋變化的方向信息；線性陣列光電接收器件接收分光鏡射出的另一束光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后經(jīng)采樣和數(shù)字信號(hào)處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
本實(shí)用新型采用分級(jí)細(xì)分方法，通過細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路得到λ/4整數(shù)倍的條紋移動(dòng)，而小于λ/4的部分又可以通過線性陣列光電接收器件進(jìn)行高精度的細(xì)分，從而提供了一種將高精度的線陣光電器件應(yīng)用于動(dòng)態(tài)條紋細(xì)分中的裝置。這種方法實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，相對(duì)于已有的細(xì)分方法成本也較低。
光電二極管3，4將接收的干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后經(jīng)過整形電路6變?yōu)橄辔徊顬?0°的兩路方波信號(hào)，然后送入后續(xù)的細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7后得出干涉條紋的λ/4整數(shù)倍部分和條紋變化的方向信息；線性陣列光電接收器件5將接收的干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后經(jīng)采樣和數(shù)字信號(hào)處理后得出小于λ/4的干涉相位信息。采樣和數(shù)字信號(hào)處理可以采用現(xiàn)有技術(shù)中通用的軟、硬件方法實(shí)現(xiàn)。
光電二極管3，4接收的光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)整形電路后變?yōu)橄辔徊顬?0°的兩路方波A與B，細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7實(shí)際上就是要對(duì)A、B的上升和下降沿進(jìn)行周期采樣。根據(jù)A相與B相的相對(duì)關(guān)系得到真值表后化簡(jiǎn)得正向脈沖P+=AA+‾B‾B+‾+AA+BB+‾+A‾A+BB++A‾A+‾B‾B+]]>
反向脈沖P-=A‾A+‾B‾B++AA+‾BB++AA+BB+‾+A‾A+B‾B+‾]]>其中，A，A+；B，B+分別表示A，B信號(hào)的上升和下降沿。正向脈沖數(shù)與反向脈沖數(shù)的差值的絕對(duì)值就表示干涉條紋移動(dòng)的λ/4的倍數(shù)，而其符號(hào)則代表了干涉條紋移動(dòng)的方向。
根據(jù)以上關(guān)系式，細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7可以通過各種通用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，更為簡(jiǎn)便的方法是采用GAL或CPLD等類型的可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)上述的細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路。整形電路6也可以采用現(xiàn)有的各種通用整形電路實(shí)現(xiàn)。
下面介紹本裝置的測(cè)量方法，開始測(cè)量前，將細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7清0，采集當(dāng)前的線陣器件的光強(qiáng)分布信號(hào)x1，開始測(cè)量時(shí)，啟動(dòng)細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7，到系統(tǒng)穩(wěn)定到第二個(gè)采樣位置時(shí)，停止細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7，根據(jù)計(jì)數(shù)值求出λ/4整數(shù)倍的位移a，采集當(dāng)前的線陣器件的光強(qiáng)分布信號(hào)x2，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的結(jié)果求出x2相對(duì)于x1的相移b，將a，b相加就得出了第二點(diǎn)對(duì)第一點(diǎn)的相對(duì)位移。此后將細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路7清0，重復(fù)上述步驟，求得第三點(diǎn)相對(duì)第二點(diǎn)的相對(duì)位移。如此逐點(diǎn)求出系統(tǒng)的相對(duì)高度變化，就完成了干涉條紋的動(dòng)態(tài)細(xì)分高精度測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置，包括分光鏡(1)、渥拉斯頓棱鏡(2)、二個(gè)光電二極管(3、4)、線性陣列光電接收器件(5)、整形電路(6)和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路(7)；分光鏡(1)將干涉光分為相互垂直的兩束光；渥拉斯頓棱鏡(2)接收其中一束并分光為相互正交的兩束光，光電二極管(3)和(4)分別接收這二束光，將干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸出給整形電路(6)和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路(7)，得到干涉條紋的λ/4整數(shù)倍部分和條紋變化的方向信息；線性陣列光電接收器件(5)接收分光鏡(1)射出的另一束光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后經(jīng)采樣和數(shù)字信號(hào)處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置，其特征在于所述線性陣列光電接收器件(5)為線陣CCD或線陣CMOS器件。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分級(jí)干涉條紋細(xì)分裝置，包括分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、二個(gè)光電二極管、線性陣列光電接收器件、整形電路和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路；分光鏡將干涉光分為相互垂直的兩束光；渥拉斯頓棱鏡接收其中一束并分光為相互正交的兩束光，二個(gè)光電二極管分別接收這二束光，將干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸出給整形電路和細(xì)分判向計(jì)數(shù)電路，得到干涉條紋的λ/4整數(shù)倍部分和條紋變化的方向信息；線性陣列光電接收器件接收分光鏡射出的另一束光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后經(jīng)采樣和數(shù)字信號(hào)處理，得出小于λ/4部分的干涉相位信息。本實(shí)用新型裝置將高精度的線陣光電器件應(yīng)用于動(dòng)態(tài)條紋細(xì)分中，并且易于實(shí)現(xiàn)，成本也較低。
文檔編號(hào)G01B9/02GK2606332SQ03235900
公開日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月18日
發(fā)明者郭軍, 謝鐵邦 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)