用于测量表面形貌的光学系统，它包括光源（３０），由二个或多个衍射光栅，全息光栅等衍射光学元件（１２０、１３０；１２２、１３２；１２３、１３３）组成的衍射光学组件（７０、７２、７３），以及用于从干涉数据测定表面高度的电子探测装置和数字信号处理装置，衍射光学组件把入射光分成两束，并以不同的入射角射到物体（２０）的表面（７０）上的相同位置处，经过物体表面反射后，光束分开地向后通过衍射光学组件，之后他们再次复合在一起，形成代表表面形貌的干涉图样，最后干涉图样的等效波长大于照明光的波长。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于表面成像和分析的精密光学计量仪，尤其是对表面外形轮廓的干涉计量。干涉计量仪是广泛用于测量表面轮廓的仪器，它利用光的波性质高精度地绘制物体表面高度的变化。例如，通常干涉仪的举例可参见由Daniel Malacara编写(Wiley，NewYork，1992)的书“Optical Shop Testing”中第1、2和3章节。大部分惯用的干涉仪不能利用表面的高度变化及表面的粗糙度在超过源光波长的四分之一的变化来调节表面特性。这种表面特性将导致干涉相位的双值性，这种双值性是很难，甚至于是不可能解释的。另一困难是表面斜率很大，对分析干涉条纹造成困难。由此限制了常用干涉仪的应用范围，已有技术提出过一些另外的方法和手段，企图降低测量的敏感性。一种显见的方法包括，通过使用不寻常的光源来增加光的波长。一种举例的方法和装置已由C.R.Munnerlyn和M.Latta(AppL.opt 7(9)1858—1859(1968)公开在文章“Rough Surface in-terferometry using a Co2Laser source”中。然而，这种方法非常化钱和麻烦，因为该方法中用到了专门的光源、光学元件和探测器。其它克服常用干涉仪的限制范围的途径包括使用源光的多波长，如由R.RenéBenoit在文章“Application desphénomènes a des déterminations métrologiques”(J.dePhys，3(7)，57—68(1899))所述。对二个或二个以上波长的一系列测量提供一个相当大的等效波长，以克服常用单波长干涉仪的某些双值性问题。一个应用这种技术至表面计量上的方法公开在U.S.patent No.4,355,899(T.A.Nuss-meier)中。然而，这些多波长技术用在表面斜率大到难以分析干涉条纹时仍然不正确。在已有技术，如由K.Haines和B.P.Hildebrand在文章“Contour generation by wavefrontreconstruction”(Physics Letters，19(1)，10—11(1965))介绍的双波长全息照相方法中，双波长全息像再现的净结果是构成干涉的轮廓间隔的外形。然而，这种方法用在实示应用中有困难。一种利用扫描白光干涉法显现表面轮廓的已有方法公开在U.S.patent No.4,340,306(N.Balasubramanian)中，该专利描述一种白光干涉仪，它包括一个机械扫描参考镜，一个二维探测器阵列和计算机控制。该公开的已有技术方法包括，以分别的步骤或者对参改镜扫描，或者对物体扫描，对每个扫描位置测量图像中每个点的条纹反差，用这种方法对每个表面点测定最大条纹反差的位置。对反差是最大的扫描位置用于测量一个特殊表面点的相对高度。然而，该已有技术的工作非常缓慢，对于大的粗糙表面由于分析干涉条纹有困难，因此不能很好地测量。已有技术也提供另一些不同的测量几何构形，企图减低对表面粗糙度、表面斜率和多次反射的测量敏感性。有关的具有代表性的已有技术介绍在U.S.Patent No.4,325,637(R.C.Moore)中，以及由C.Joenethan，B.Franze，和H.J.Tiziani(Applied optics 33(31)，7307—7311，(1994))的文章“Oblique incidence and observation electronicspeckle—pattern interferometry”中，在这些所谓的掠射入射干涉仪中，照明和观察的倾斜角相比于最普通的干涉仪来说将减少物体表面上的条纹密度，其中减少的条纹密度相当于一种等效波长Λ，它可能是光的实际波长的许多倍。等效波长Λ越大，则由仪器可以调节的表面粗糙度就越大。然而，出现在已有技术方法中的密度的明显降低将要求相对于垂直入射具有一个大的照明角度。这样一种大角度对正常的物体照明和成像将产生许多问题。也可能有由于表面特性，例如间隔和通道所带来的不希望的阴影。已有技术的其它附加的应用在于从需要适当平衡干涉仪的参考光束和物光束来补偿表面反射率的变化。其它的用一个长的等效波长来产生干涉图样的方法可参见U.S.Patent No.3,958,884(F.H.Smith)。该方法所用的装置包括一个光学组件，它可以同时把两束相互相干的光，以不同的入射角射到表面上的一点。当这两束光复合时，最终的干涉图样对表面形貌的变化的敏感性降低很大。这种减感的条纹密度也可以用一个等效波长Λ＞λ来表征；然而，这种方法不需包含大角度的照明。F.H.Smith提出几种利用折射和偏振元件的组合来对源光进行分和合的方法。这些方法包括使用一个Jamin干涉仪，一个双折射双合透镜，一个双折射合光棱镜，或一个Savart合光板。然而，这些现有技术方法中没有一种方法适合于大的表面面积，因为需采用麻烦和昂贵的光学部件和几何光学，以及不同孔径的光阑用于限定和分开光束，这种几何光学构形也是非常消耗光的。其它形式的采用不同入射角工作的已有干涉仪已公开在U.S.patent No.4,498,771(G.Makosch)中，所公开的装置使用双折射晶体，例如一种Wollaston棱镜，和一组平面镜来把光束射向物体。在U.S.PatentNo.4,498,771的图2a所示的实施例中，企图采用二个不同角度的光束进行照明来增加干涉图样中有效的条纹间隔，这个实施例在专利的第3和4栏中作出说明。然而，采用这样一种双折射晶体将把欲观察物体的尺寸限制在几个厘米的范围。此外，还要采用大角度照明(大于45°)的装置，所以具有如已有的掠射入射干涉仪那样的诸多不利点。这样的装置调整起来复杂且困难。还有另外一些已有技术通过改变几何光学来简化光学干涉仪的敏感性，如由W.Jaeriseh和G.Makosch在文章“optical contour mapping of surfaces”(Applied optics 12(7))中所述。该文介绍一种已有的方法，即采用一种衍射光学元件，如衍射光栅，把它放置成几乎与测试表面相接触。用单色平面波对光栅照明，在二个不同衍射级的光束分量之间产生一个干涉图样。该图样受到反射，离开物体表面，反过来被重叠在光栅上，最后形成一个相似于物体表面的表面轮廓的条纹图样。这些轮廓可以比源光的波长大许多。一个类似的产生减感条纹的方法介绍在文章“Common-pathinterferometer for fiatness testing”(P.Jacquot，X.Colonna de Lega and P.M.Boone(SPEI 2248，optics forproductivity in manufacturing，paper 18(1994))中。文中的干涉仪利用衍射光学元件的二个衍射级的相互作用来工作。然而，在这种情形下，所用的光学元件是一种球面波前的全息记录元件。无论是Jaerisch and Makosch还是Jacquot等所述的已有技术方法都需要把衍射元件几乎与物体表面相接触地放置。这是因为在两种已有方法中，单个射元件把源光分成两束在不同方向上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在有效的工作距离处利用减感的干涉条纹来显现物体表面轮廓的方法，它包括下述步骤：使用一光源照明衍射光学组件，把照明所述衍射光学组件的源光分成两束，他们以不同的方向通过所述的衍射光学组件传播，所述的出自所述衍射光学组件的光束在位于适 当工作距离处的所述物体表面上与以两个不同入射角射向物体表面基本上相同位置处的光束重叠，将所述的入射光束从物体的表面向后反射到所述的衍射光学组件，所述反射光束在不同的方向后向通过所述的衍射光学组件返回，使向后通过所述衍射光学组件的所述 反射光束复合，形成表示所述物体表面轮廓的干涉图样，所述的干涉图样对表面形变和粗糙度具有减感性，所述的物体表面可放置在一个相当大的工作距离内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼德德格鲁特，
申请(专利权)人：载歌公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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