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。現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，對環境噪聲也非常敏感。傳統的采用線陣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，只能用于靜態干涉條紋的細分，而不能用于動態干涉條紋的細分測量。
為實現上述發明目的，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為電信號后輸出給整形電路和細分判向計數電路，得到干涉條紋的λ/4整數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，轉變為電信號后經采樣和數字信號處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
本發明采用分級細分方法，通過細分判向計數電路得到λ/4整數倍的條紋移動，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條紋細分中的裝置。這種方法實現非常簡單，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為電信號后經過整形電路6變為相位差為90°的兩路方波信號，然后送入后續的細分判向計數電路7后得出干涉條紋的λ/4整數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為電信號后經采樣和數字信號處理后得出小于λ/4的干涉相位信息。采樣和數字信號處理可以采用現有技術中通用的軟、硬件方法實現。
光電二極管3，4接收的光強信號經整形電路后變為相位差為90°的兩路方波A與B，細分判向計數電路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。正向脈沖數與反向脈沖數的差值的絕對值就表示干涉條紋移動的λ/4的倍數，而其符號則代表了干涉條紋移動的方向。
根據以上關系式，細分判向計數電路7可以通過各種通用數字電路實現，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上述的細分判向計數電路。整形電路6也可以采用現有的各種通用整形電路實現。
下面介紹本裝置的測量方法，開始測量前，將細分判向計數電路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，啟動細分判向計數電路7，到系統穩定到第二個采樣位置時，停止細分判向計數電路7，根據計數值求出λ/4整數倍的位移a，采集當前的線陣器件的光強分布信號x2，根據數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。如此逐點求出系統的相對高度變化，就完成了干涉條紋的動態細分高精度測量。
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為電信號后輸出給整形電路(6)和細分判向計數電路(7)，得到干涉條紋的λ/4整數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，轉變為電信號后經采樣和數字信號處理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
2.根據權利要求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為電信號后輸出給整形電路和細分判向計數電路，得到干涉條紋的λ/4整數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，轉變為電信號后經采樣和數字信號處理，得出小于λ/4部分的干涉相位信息。本發明裝置將高精度的線陣光電器件應用于動態條紋細分中，并且易于實現，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 優先權日2003年3月18日
發明者郭軍, 謝鐵邦 申請人:華中科技大學