动态干涉仪
一、前言
激光干涉仪大多用于测量光学元件或其他精密器件的测量,而为了应对不同环境和应用的需求,精密光学加工也越来越:“内卷”,因此,对于精密元件的面型测量也出现了很多新技术。其中动态干涉仪首当其冲。
动态干涉仪使用独有的瞬时相位传感器,即使有振动和环境噪音,仍能极其精确地测量表面形状。
二、“经久不衰”的移相式激光干涉仪
经典移相式菲索激光干涉仪,有一个移相采样过程。通过压电陶瓷推动标准镜来完成相位移动,即为“移相”。通过算法对CCD采集的不同相位的条纹光强图计算得出相位(三维高度)图。
作为测量相位的经典方式,自然有着不可替代的方面,移相式激光干涉拥有目前最高的采样精度以及分辨率。
而拥有最高精度的同时也对测量环境提出了很高的要求:
(一)环境的影响
作为移相干涉束的最大限制,对于外界环境的振动以及空气湍流极为敏感,因为移相干涉测量的数据帧是按时间顺序获取,间隔超过数百毫秒。在这段采集时间中,振动以及空气湍流会导致数据发生不可预测的相移,导致测量精度降低,在环境恶劣的情况下,甚至无法测量。
(二)被测件的不稳定
在长时间的采集时间中,被测件会在卡扣不紧的情况下,发生微小的移动,对相位的移动造成影响,最终导致测量结果产生误差。
三、“出陈易新”的动态干涉仪
对于一些在传统意义上难以或不可能使用时相移位仪器的测量,动态干涉仪可以轻松的应对。动态系统可以在没有光学气浮平台的车间里使用,或者在具有嘈杂的泵和空气处理机的洁净室中,仍然能够完成精确测量。
动态干涉测量,严格意义上是指多次瞬态测量的集合,以反映样品的实时变化。所谓瞬态,则是采用高速微秒级快门,只取一帧干涉条纹图,在干涉腔的状态定格在一瞬间,去除环境扰动以及被测件不稳定带来的影响。
当前市场上,主要有两种瞬态采样及分析方式,基于倾斜条纹载波法,以及偏振移相方式。这两种方式都可以实现,单帧干涉条纹图的相位解析;都采用了“空间”换“时间”的方法,将经典移相过程从时域上转变到了空间域上。
英特飞的动态干涉仪采用偏振移相的瞬态采样方法。基于偏振光的干涉原理产生干涉图像,利用微偏振阵列对捕获的干涉图像进行空间编码,有0、90、180和270度四种相位偏移,从而实现单帧定量相位测量。
四、竞争优势
(一)大功率激光器
高功率的激光器在干涉仪中可以使光路清晰可见,能够给对点带来极大的方便,即使测量光路中具有多个反射镜,也能够表现出极佳的光斑,以提高条纹对比度。我们的动态干涉仪激光功率动态范围大,最低可至5uw,最高可至33mw。
光斑对比图
(二)可变倍动态干涉仪
变倍系统,可以对干涉成像精准实时的变倍,使得干涉图像具有大视野、高分辨率,我们的动态干涉仪加装了变倍系统(1X-1.6X),可以在一定范围内调整镜头的焦距,扩大视场,提高分辨率,满足高精度定位检测的条件。
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