分束干涉型光学间隔测量中干涉条纹级次的一种识别方法技术

本发明专利技术公开了分束干涉型光学间隔测量中干涉条纹级次的一种识别方法，属光学测量领域。主要解决测量中ｎｄ范围较大时，零级和±１级用强度识别可能导致的误判问题。本方法利用干涉条纹中彩条关于零级条纹的对称性将强度识别改为色彩识别，从而避免了级次误判，大大提高测试精度。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属光学测量领域，特别涉及微小光学间隔的测量。微小光学间隔的测量一直是一项重要技术。例如，液晶盒厚度的精确测量是获得高品质即高清晰度液晶显示器的关键和保证。液晶盒测厚的需求从六十年代后期即已出现，测厚精度在0.1微米。到了八十年代，随着STN(超扭曲型)等新型液晶器件的出现，液晶的质量出现了较大提高，显示色彩、灵敏度等都大大迈进了一步。随之对测量的精度要求也相应提高至优于0.05微米。对这类微小光学间隔的测量，较有代表意义的是日本佳能公司生产的TM-230型液晶盒间隙厚度检测仪，国内则有电子科技大学推出的OEE GM-I型液晶盒间隙厚度测量仪。它们都采用偏振光分束干涉法进行测量。经过准直的白光光源先经半反射镜分束，一部投向样品。经样品上、下两表面反射的两波阵面经起偏镜，双折射棱镜，检偏镜后在光电检测器阵列上形成干涉条纹。读出干涉条纹间距即可测知样品的间隙厚度。两种仪器有相同的技术指标，测量范围nd(折射率×厚度)为2-28微米，测量精度1-5%，折射率范围1.0-2.7。其测量精度最高仅能达到0.1微米。提高测量精度的一个简捷的方法是在检偏镜与光电检测器阵列间加一透镜将条纹间距扩大(该技术已申请技术专利，申请号93238743.8，并已由申请人实施)，并在光电检测器阵列能够接收的范围内尽量加大透镜的放大倍数。用这种办法可将测量精度大幅度提高。然而，采用上述偏振光分束干涉法测量，都是根据两组干涉条纹之间(即零级到零级或±1级到±1级)的距离测出光学间隔的厚度，这就需要准确地识别各组条纹中的条纹级次。上述两仪器都是用黑白成像器件把光学干涉条纹变成电信号，经图像处理卡后，一路送监示器恢复成条纹图象(条纹方向沿铅垂方向)，另一路由计算机控制，沿同一行逐点搜索、识别，以灰度等级取极大值的定为干涉条纹的零级。如果随机噪声等偶然原因使±1级变亮或使零级变暗，就可能把±1级误判为零级。如此得出的两组条纹间距的误差量为一个条纹间距，相应的间隙厚度测量误差达±0.3微米。前述仪器的测量精度在1-5%正是这种意思，当测量范围比较小，比如nd在4-12微米范围时，可以保持零级条纹信号总比±1级强，测量的绝对误差可以达到±0.1微米。相应于低端2微米的5%。如测量范围比较大，nd在2-28微米范围变化时，零级条纹与±1级条纹的强度差有可能变得很小，由于随机噪声信号等偶然因素的影响，甚至可能出现±1级条纹的电信号反比零级条纹高的情形，这样就可能把±1级条纹误判为零级条纹，相应的测量误差就高达约±0.3微米。因而，想用加透镜的办法提高测量精度可能引入更大的误差。本专利技术的任务是提出分束干涉法微小光学间隔测量中干涉条纹级次的准确识别方法，避免级次误判导致的大误差出现，大幅度提高测量精度。本专利技术的任务是用如下方法实现的在用白光源进行偏振分束干涉测量时，其零级条纹无色彩，而±1级及更高级次条纹均有彩色。因此，本专利技术采用白光源，用彩色摄像器件代替黑白摄像器件，将干涉条纹的强度识别改为色彩识别。人工测量时，操作人员可以根据零级条纹两边彩色条纹的对称性，方便而准确地识别出零级条纹;计算机处理时则可逐点比较红、绿、兰三色度信号中任两个信号之比值(如红信号电平与兰信号电平之比值)再根据彩色条纹关于零级条纹的对称性，准确无误地识别零级条纹。采用本专利技术方法的优点首先在于避免了级次误判可能带来的很大误差。采用本专利技术方法在很大的测量范围内(nd下限可以低于2微米，上限可以超过28微米)保证对干涉条纹级次的判断准确无误，从而可以把微小光学间隔测量仪的绝对误差控制在0.05微米以内，大幅度提高了测量仪的精度。其二，本专利技术方法为继续提高微小光学间隔的测量精度，提供了一条简捷的途径。零级条纹准确定出后，条纹组间的距离测定误差就不再是一个条纹间距，而是同一条纹内两相邻象素点间距离。前述仪器在测量时的绝对误差可达±0.3微米(相应于把±1级误判为零级)，相邻条纹间共有六个象素点，采用本专利技术方法，则误差仅有1个象素点，测量误差相应降为±0.3微米的六分之一，即±0.05微米。如果采用透镜放大办法把条纹间象素点增加到10个象素点甚至更多，相应的测量精度就可提高一个数量级以上。在电子科技大学推出的OEE GM-I型液晶盒厚度测量仪基础上试用了本专利技术方法。光路部份不作任何改动，将原来的黑白光电摄像器件改为彩色光电摄像器件，当然黑白图像卡到彩色图像卡、单色监示器到彩色监示器等硬件也作相应变化。计算机判断的色度信号选择了差别较大的红、兰信号，并改编了相应软件，对同一行内各象素点的红信号与兰信号之比值进行逐点比较，用彩色关于零级条纹的对称性作判据定出零级条纹。在彩色监示器中也能由人眼根据彩条对称性判断零级条纹。然后用原有办法由人工移动无光标数出条纹组间距象素点数或由计算机算出条纹组间距象素点数进而计算出光学间隔厚度。权利要求1.，它包括下列步骤(1)经准直的白光源，分束后经过待测光学间隔获得两个有相差的波阵面，然后使两束光发生干涉；(2)将彩色光电检测器阵列置于光路末端，使干涉条纹投射在光电检测器阵列上；(3)将彩色光电检测器阵列输出的电信号送至彩色图象处理卡，根据彩色图象卡的输出信号用色彩识别的办法确定零级。2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于在第(3)步骤的色彩识别中当采用人工操作时，将彩色图象处理卡的输出信号送彩色电视监示器，由人眼根据彩色监示器上的干涉条纹图象中彩色条纹关于零级条纹的对称性确认零级条纹。3.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于在第(3)步骤的色彩识别中，当用计算机处理时，对彩色图象处理卡输出信号在一行内逐点比较红、绿、兰三信号中任二信号之比值(如红信号电平与兰信号电平之比)，再由彩色条纹关于零级的对称性确定零级条纹。全文摘要本专利技术公开了，属光学测量领域。主要解决测量中nd范围较大时，零级和±1级用强度识别可能导致的误判问题。本方法利用干涉条纹中彩条关于零级条纹的对称性将强度识别改为色彩识别，从而避免了级次误判，大大提高测试精度。文档编号G01B11/02GK1102254SQ93111998公开日1995年5月3日 申请日期1993年10月26日 优先权日1993年10月26日专利技术者叶玉堂, 刘永智, 刘旭, 毛清明, 吴金谦 申请人:电子科技大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
分束干涉型光学间隔测量中干涉条纹级次的一种识别方法，它包括下列步骤：（１）经准直的白光源，分束后经过待测光学间隔获得两个有相差的波阵面，然后使两束光发生干涉；（２）将彩色光电检测器阵列置于光路末端，使干涉条纹投射在光电检测器阵列上； （３）将彩色光电检测器阵列输出的电信号送至彩色图象处理卡，根据彩色图象卡的输出信号用色彩识别的办法确定零级。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶玉堂，刘永智，刘旭，毛清明，吴金谦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]