专利名称：分级干涉条纹细分装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种分级干涉条纹细分装置，是一种可普遍应用于各种动态光学干涉条纹细分的高精度的测量装置。
这些方法大致可分为光学倍频法、电子学倍频法、CCD细分法等。光学倍频法多采用四倍频、八倍频，可以记录到四分之一、八分之一的干涉条纹的移动。这在细分精度上显然是不够的。现在用于电子束曝光机的激光工作平台采用了七十八倍频，达到了一定的分辨精度，而其造价却相当高([1]罗腾蛟，电子制版，上海中科院上海冶金所出版)。电子学倍频法通过高精度AD采样电路对干涉条纹信号进行采样，并通过特定的软件算法可以实现干涉条纹的20细分([2]崔骥，李怀琼，陈钱，光栅莫尔条纹信号的细分与辩向新技术，光学技术，2002年04期)。但其造价非常高，对环境噪声也非常敏感。传统的采用线阵CCD作为光学干涉条纹细分装置虽然可以达到很高的细分精度([3]曹国荣，景芳盛，任莹，CCD用于莫尔条纹细分的技术，计量学报，1995年02期)，然而受器件本身工作原理的限制，只能用于静态干涉条纹的细分，而不能用于动态干涉条纹的细分测量。
为实现上述实用新型目的，一种分级干涉条纹细分装置，包括分光镜、渥拉斯顿棱镜、二个光电二极管、线性阵列光电接收器件、整形电路和细分判向计数电路；分光镜将干涉光分为相互垂直的两束光；渥拉斯顿棱镜接收其中一束并分光为相互正交的两束光，二个光电二极管分别接收这二束光，将干涉光强信号转变为电信号后输出给整形电路和细分判向计数电路，得到干涉条纹的λ/4整数倍部分和条纹变化的方向信息；线性阵列光电接收器件接收分光镜射出的另一束光，转变为电信号后经采样和数字信号处理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
本实用新型采用分级细分方法，通过细分判向计数电路得到λ/4整数倍的条纹移动，而小于λ/4的部分又可以通过线性阵列光电接收器件进行高精度的细分，从而提供了一种将高精度的线阵光电器件应用于动态条纹细分中的装置。这种方法实现非常简单，相对于已有的细分方法成本也较低。
光电二极管3，4将接收的干涉光强信号转变为电信号后经过整形电路6变为相位差为90°的两路方波信号，然后送入后续的细分判向计数电路7后得出干涉条纹的λ/4整数倍部分和条纹变化的方向信息；线性阵列光电接收器件5将接收的干涉光强信号转变为电信号后经采样和数字信号处理后得出小于λ/4的干涉相位信息。采样和数字信号处理可以采用现有技术中通用的软、硬件方法实现。
光电二极管3，4接收的光强信号经整形电路后变为相位差为90°的两路方波A与B，细分判向计数电路7实际上就是要对A、B的上升和下降沿进行周期采样。根据A相与B相的相对关系得到真值表后化简得正向脉冲P+=AA+‾B‾B+‾+AA+BB+‾+A‾A+BB++A‾A+‾B‾B+]]>
反向脉冲P-=A‾A+‾B‾B++AA+‾BB++AA+BB+‾+A‾A+B‾B+‾]]>其中，A，A+；B，B+分别表示A，B信号的上升和下降沿。正向脉冲数与反向脉冲数的差值的绝对值就表示干涉条纹移动的λ/4的倍数，而其符号则代表了干涉条纹移动的方向。
根据以上关系式，细分判向计数电路7可以通过各种通用数字电路实现，更为简便的方法是采用GAL或CPLD等类型的可编程逻辑器件实现上述的细分判向计数电路。整形电路6也可以采用现有的各种通用整形电路实现。
下面介绍本装置的测量方法，开始测量前，将细分判向计数电路7清0，采集当前的线阵器件的光强分布信号x1，开始测量时，启动细分判向计数电路7，到系统稳定到第二个采样位置时，停止细分判向计数电路7，根据计数值求出λ/4整数倍的位移a，采集当前的线阵器件的光强分布信号x2，根据数字信号处理的结果求出x2相对于x1的相移b，将a，b相加就得出了第二点对第一点的相对位移。此后将细分判向计数电路7清0，重复上述步骤，求得第三点相对第二点的相对位移。如此逐点求出系统的相对高度变化，就完成了干涉条纹的动态细分高精度测量。
权利要求1.一种分级干涉条纹细分装置，包括分光镜(1)、渥拉斯顿棱镜(2)、二个光电二极管(3、4)、线性阵列光电接收器件(5)、整形电路(6)和细分判向计数电路(7)；分光镜(1)将干涉光分为相互垂直的两束光；渥拉斯顿棱镜(2)接收其中一束并分光为相互正交的两束光，光电二极管(3)和(4)分别接收这二束光，将干涉光强信号转变为电信号后输出给整形电路(6)和细分判向计数电路(7)，得到干涉条纹的λ/4整数倍部分和条纹变化的方向信息；线性阵列光电接收器件(5)接收分光镜(1)射出的另一束光，转变为电信号后经采样和数字信号处理，得出小于λ/4的干涉相位信息。
2.根据权利要求1所述的分级干涉条纹细分装置，其特征在于所述线性阵列光电接收器件(5)为线阵CCD或线阵CMOS器件。
专利摘要本实用新型公开了一种分级干涉条纹细分装置，包括分光镜、渥拉斯顿棱镜、二个光电二极管、线性阵列光电接收器件、整形电路和细分判向计数电路；分光镜将干涉光分为相互垂直的两束光；渥拉斯顿棱镜接收其中一束并分光为相互正交的两束光，二个光电二极管分别接收这二束光，将干涉光强信号转变为电信号后输出给整形电路和细分判向计数电路，得到干涉条纹的λ/4整数倍部分和条纹变化的方向信息；线性阵列光电接收器件接收分光镜射出的另一束光，转变为电信号后经采样和数字信号处理，得出小于λ/4部分的干涉相位信息。本实用新型装置将高精度的线阵光电器件应用于动态条纹细分中，并且易于实现，成本也较低。
文档编号G01B9/02GK2606332SQ03235900
公开日2004年3月10日 申请日期2003年3月18日 优先权日2003年3月18日
发明者郭军, 谢铁邦 申请人:华中科技大学