專利名稱：分級干涉條紋細分裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種分級干涉條紋細分裝置，是一種可普遍應用于各種動態(tài)光學干涉條紋細分的高精度的測量裝置。
這些方法大致可分為光學倍頻法、電子學倍頻法、CCD細分法等。光學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。這在細分精度上顯然是不夠的?，F(xiàn)在用于電子束曝光機的激光工作平臺采用了七十八倍頻，達到了一定的分辨精度，而其造價卻相當高([1]羅騰蛟，電子制版，上海中科院上海冶金所出版)。電子學倍頻法通過高精度AD采樣電路對干涉條紋信號進行采樣，并通過特定的軟件算法可以實現(xiàn)干涉條紋的20細分([2]崔驥，李懷瓊，陳錢，光柵莫爾條紋信號的細分與辯向新技術，光學技術，2002年04期)。但其造價非常高，對環(huán)境噪聲也非常敏感。傳統(tǒng)的采用線陣CCD作為光學干涉條紋細分裝置雖然可以達到很高的細分精度([3]曹國榮，景芳盛，任瑩，CCD用于莫爾條紋細分的技術，計量學報，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)干涉條紋的細分，而不能用于動態(tài)干涉條紋的細分測量。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種分級干涉條紋細分裝置，包括分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、二個光電二極管、線性陣列光電接收器件、整形電路和細分判向計數(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，二個光電二極管分別接收這二束光，將干涉光強信號轉變?yōu)殡娦盘柡筝敵鼋o整形電路和細分判向計數(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，轉變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)采樣和數(shù)字信號處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
本發(fā)明采用分級細分方法，通過細分判向計數(shù)電路得到λ/4整數(shù)倍的條紋移動，而小于λ/4的部分又可以通過線性陣列光電接收器件進行高精度的細分，從而提供了一種將高精度的線陣光電器件應用于動態(tài)條紋細分中的裝置。這種方法實現(xiàn)非常簡單，相對于已有的細分方法成本也較低。
光電二極管3，4將接收的干涉光強信號轉變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)過整形電路6變?yōu)橄辔徊顬?0°的兩路方波信號，然后送入后續(xù)的細分判向計數(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將接收的干涉光強信號轉變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)采樣和數(shù)字信號處理后得出小于λ/4的干涉相位信息。采樣和數(shù)字信號處理可以采用現(xiàn)有技術中通用的軟、硬件方法實現(xiàn)。
光電二極管3，4接收的光強信號經(jīng)整形電路后變?yōu)橄辔徊顬?0°的兩路方波A與B，細分判向計數(shù)電路7實際上就是要對A、B的上升和下降沿進行周期采樣。根據(jù)A相與B相的相對關系得到真值表后化簡得正向脈沖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)的差值的絕對值就表示干涉條紋移動的λ/4的倍數(shù)，而其符號則代表了干涉條紋移動的方向。
根據(jù)以上關系式，細分判向計數(shù)電路7可以通過各種通用數(shù)字電路實現(xiàn)，更為簡便的方法是采用GAL或CPLD等類型的可編程邏輯器件實現(xiàn)上述的細分判向計數(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現(xiàn)。
下面介紹本裝置的測量方法，開始測量前，將細分判向計數(shù)電路7清0，采集當前的線陣器件的光強分布信號x1，開始測量時，啟動細分判向計數(shù)電路7，到系統(tǒng)穩(wěn)定到第二個采樣位置時，停止細分判向計數(shù)電路7，根據(jù)計數(shù)值求出λ/4整數(shù)倍的位移a，采集當前的線陣器件的光強分布信號x2，根據(jù)數(shù)字信號處理的結果求出x2相對于x1的相移b，將a，b相加就得出了第二點對第一點的相對位移。此后將細分判向計數(shù)電路7清0，重復上述步驟，求得第三點相對第二點的相對位移。如此逐點求出系統(tǒng)的相對高度變化，就完成了干涉條紋的動態(tài)細分高精度測量。
權利要求
1.一種分級干涉條紋細分裝置，包括分光鏡(1)、渥拉斯頓棱鏡(2)、二個光電二極管(3、4)、線性陣列光電接收器件(5)、整形電路(6)和細分判向計數(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，將干涉光強信號轉變?yōu)殡娦盘柡筝敵鼋o整形電路(6)和細分判向計數(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，轉變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)采樣和數(shù)字信號處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的分級干涉條紋細分裝置，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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分級干涉條紋細分裝置，包括分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、二個光電二極管、線性陣列光電接收器件、整形電路和細分判向計數(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，二個光電二極管分別接收這二束光，將干涉光強信號轉變?yōu)殡娦盘柡筝敵鼋o整形電路和細分判向計數(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，轉變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)采樣和數(shù)字信號處理，得出小于λ/4部分的干涉相位信息。本發(fā)明裝置將高精度的線陣光電器件應用于動態(tài)條紋細分中，并且易于實現(xiàn)，成本也較低。
文檔編號G01B11/04GK1441225SQ0311879
公開日2003年9月10日 申請日期2003年3月18日 優(yōu)先權日2003年3月18日
發(fā)明者郭軍, 謝鐵邦 申請人:華中科技大學