調(diào)整系統(tǒng)包括支撐臺(8)、顯微系統(tǒng)支架(20)、三維微位移部件(17)、驅(qū)動電機(jī)(19)和計(jì)算機(jī)(18)； 所述待測臺中待測件(10)置于直角棱鏡(7)的斜面上，待測件(10)的下表面和直角棱鏡(7)的斜面貼合且二者之間涂有折射率液(9);多維精密電控調(diào)整系統(tǒng)中的支撐臺(8)位于待測件(10)的下方作為待測件(10)的支撐平臺；顯微系統(tǒng)支架(20)支撐起顯微分析系統(tǒng)，且顯微系統(tǒng)支架(20)固定于三維微位移部件(17)上；計(jì)算機(jī)(18)的位移控制輸出端通過驅(qū)動電機(jī)(19)接入三維微位移部件(17);顯微分析系統(tǒng)中高倍物鏡(11)上方設(shè)置能夠旋轉(zhuǎn)的第四反射鏡(14)，第四反射鏡(14)的同一水平面兩側(cè)分別設(shè)置第三反射鏡(12)和第五反射鏡(15)，第三反射鏡(12)上方設(shè)置諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)(13)，第五反射鏡(15)的上方設(shè)置光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16);諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)(13)和光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)的信號輸出端均接入計(jì)算機(jī)(18)； 首先進(jìn)行全內(nèi)反射粗定位，光源系統(tǒng)的激光器(I)發(fā)出的光經(jīng)過偏振片(2)后變?yōu)榫€偏振光，線偏振光經(jīng)過諾馬斯基棱鏡(3)后分為ο光和e光兩束偏振光,該兩束偏振光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(4)后轉(zhuǎn)換為兩束平行光，該兩束平行光依次通過第一反射鏡(5)和第二反射鏡(6)調(diào)整角度后入射至直角棱鏡(7)的一個直角面，然后通過折射率液(9)透射到待測件(10)，多維精密電控調(diào)整系統(tǒng)中驅(qū)動電機(jī)(19)驅(qū)動三維微位移部件(17)從而實(shí)現(xiàn)光束對待測件(10)的三維掃描；沒有損傷時(shí)，光束將在待測件(10)上表面發(fā)生全內(nèi)反射并從棱鏡另一直角邊射出；有損傷時(shí)，兩束平行光被待測件(10)的損傷散射，使小部分光束從樣品上表面出射；該載有待測件(10)損傷信息的散射光束經(jīng)過高倍物鏡(11)后，調(diào)整第四反射鏡(14)的角度使散射光束通過第三反射鏡(12)進(jìn)入諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)(13)，得到包含損傷信息的干涉圖像并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(18)中進(jìn)行圖像處理分析，最后輸出待測件(10)的損傷位置；全內(nèi)反射粗定位結(jié)束后，關(guān)閉激光器(I)并開啟光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)，調(diào)整第四反射鏡(14)的角度使反射光通過第五反射鏡(15)進(jìn)入光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)，根據(jù)待測件(10)的損傷位置信息，通過三維微位移部件(17)的移動將光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)移至損傷區(qū)域進(jìn)行掃描，得到隨波長分布的干涉信號并輸入計(jì)算機(jī)(18)中進(jìn)行圖像處理得到待測件(10)損傷位置的二維斷層圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量裝置，其特征在于，所述激光器(I)、偏振片(2)、諾馬斯基棱鏡(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)、第一反射鏡(5)、第二反射鏡(6)，直角棱鏡(7)、折射率液(9)、待測件(10)、高倍物鏡(11)、第三反射鏡(12)、第四反射鏡(14)和諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)(13)組成了諾馬斯基干涉儀系統(tǒng)，第四反射鏡(14)旋轉(zhuǎn)以調(diào)整光路方向。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量裝置，其特征在于，所述光源系統(tǒng)中激光器(I)、偏振片(2)、諾馬斯基棱鏡(3)、準(zhǔn)直透鏡(4)用于控制光束寬度，順次共光軸設(shè)置，第一反射鏡(5)和第二反射鏡(6)用于調(diào)整光路方向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量裝置，其特征在于，所述直角棱鏡(7)、折射率液(9)和待測件(10)三者的折射率相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量裝置，其特征在于，所述多維精密電控調(diào)整系統(tǒng)中三維微位移部件(17)為兩條平行支架和橫梁形成的單杠結(jié)構(gòu)，且橫梁能夠沿著兩條平行支架上下移動；該兩條平行支架設(shè)于支撐臺(8)上，顯微系統(tǒng)支架(20)設(shè)置于橫梁上，令X軸平行于橫梁、y軸平行于支撐臺(8)平面、z軸平行于兩條平行支架；支撐臺(8)上設(shè)有平行于y軸方向的軌道，兩條平行支架沿著該y軸方向軌道移動；橫梁上設(shè)有軌道，顯微系統(tǒng)支架(20)沿著橫梁即X軸方向軌道移動；并且顯微系統(tǒng)支架(20)能夠隨橫梁沿著兩條平行支架上下移動即z軸方向移動； 所述計(jì)算機(jī)(18)向驅(qū)動電機(jī)(19)發(fā)送控制信號，顯微系統(tǒng)支架(20)和三維微位移部件(17)通過驅(qū)動電機(jī)(19)對待測件(10)進(jìn)行三維掃描:首先顯微系統(tǒng)支架(20)沿著三維微位移部件(17)的橫梁即X軸方向軌道移動,一行掃描完畢后,顯微系統(tǒng)支架(20)的兩條平行支架沿著支撐臺(8)上y軸方向軌道步進(jìn)一位，顯微系統(tǒng)支架(20)再次沿著X軸掃描，隨著對待測件(10)的逐層檢測顯微系統(tǒng)支架(20)沿z軸方向移動以調(diào)整縱向深度，依次逐步完成對待測件(10)的三維掃描。6.一種基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，將待測件(10)放置在支撐臺(8)上，待測件(10)的下表面和直角棱鏡(7)的平面貼合且二者之間涂有折射率液(9)，由激光器(I)產(chǎn)生一束激光光束，經(jīng)過第一偏振片(2)后變?yōu)榫€偏振光，線偏振光經(jīng)過第一渥拉斯頓棱鏡(3)后分為ο光和e光兩束振動方向互相垂直的偏振光，該兩束偏振光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(4)后轉(zhuǎn)換為兩束平行光，該兩束平行光依次通過第一反射鏡(5)和第二反射鏡(6)調(diào)整入射角度從而改變光路； 步驟2，通過第一反射鏡(5)和第二反射鏡(6)調(diào)整光源的入射角度，光束入射至直角棱鏡(7)的一個直角面，然后通過折射率液(9)透射到待測件(10);沒有損傷時(shí)，光束將在待測件(10)上表面發(fā)生全內(nèi)反射并從棱鏡另一直角邊射出；有損傷時(shí)，兩束平行光被待測件(10)的損傷散射，使小部分光束從樣品上表面出射； 步驟3，該載有待測件(10)損傷信息的散射光束經(jīng)過高倍物鏡(11)后，調(diào)整第四反射鏡(14)的角度使散射光束通過第三反射鏡(12)進(jìn)入諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)(13)，得到包含損傷信息的干涉圖像并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(18)中進(jìn)行圖像處理分析，最后輸出待測件(10)的損傷位置；多維精密電控調(diào)整系統(tǒng)中驅(qū)動電機(jī)(19)驅(qū)動三維微位移部件(17)從而實(shí)現(xiàn)對待測件(10)的三維掃描； 步驟4，全內(nèi)反射粗定位結(jié)束后，關(guān)閉激光器(I)并開啟光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)，調(diào)整第四反射鏡(14)的角度使反射光通過第五反射鏡(15)進(jìn)入光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16);根據(jù)待測件(10)的損傷位置信息將光學(xué)相干層析系統(tǒng)(16)移至損傷區(qū)域進(jìn)行掃描，得到隨波長分布的干涉信號并輸入計(jì)算機(jī)(18)中進(jìn)行圖像處理得到待測件(10)損傷位置的二維斷層圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于全內(nèi)反射及光學(xué)相干層析的亞表面測量裝置及方法。該裝置包括依次設(shè)置的光源系統(tǒng)、待測臺和顯微分析系統(tǒng)，其中光源系統(tǒng)包括順次設(shè)置的激光器、偏振片、諾馬斯基棱鏡、準(zhǔn)直透鏡、第一反射鏡和第二反射鏡，待測臺包括直角棱鏡、折射率液和待測件，顯微分析系統(tǒng)包括高倍物鏡、第三反射鏡、諾馬斯基干涉儀成像系統(tǒng)、第四反射鏡、第五反射鏡和光學(xué)相干層析系統(tǒng)，多維精密電控調(diào)整系統(tǒng)包括支撐臺、顯微系統(tǒng)支架、三維微位移部件、驅(qū)動電機(jī)和計(jì)算機(jī)。所述諾馬斯基干涉儀顯微成像系統(tǒng)和光學(xué)相干層析系統(tǒng)均置于顯微系統(tǒng)支架上，分別進(jìn)行全內(nèi)反射粗定位過程和光學(xué)相干層析過程，即將兩者相結(jié)合對元件檢測，檢測速度快、可靠性強(qiáng)、精度高。
【IPC分類】G01N21/88
【公開號】CN105092585
【申請?zhí)枴緾N201410185995
【發(fā)明人】何勇, 朱曉娟, 高萬榮, 何佳竻, 馬駿, 朱日宏, 陳磊, 耿旭, 陳寬, 傅鑫, 趙宏俊, 王樺林, 劉齊卉之, 劉向陽, 李建欣
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月5日