调整系统包括支撑台(8)、显微系统支架(20)、三维微位移部件(17)、驱动电机(19)和计算机(18)； 所述待测台中待测件(10)置于直角棱镜(7)的斜面上，待测件(10)的下表面和直角棱镜(7)的斜面贴合且二者之间涂有折射率液(9);多维精密电控调整系统中的支撑台(8)位于待测件(10)的下方作为待测件(10)的支撑平台；显微系统支架(20)支撑起显微分析系统，且显微系统支架(20)固定于三维微位移部件(17)上；计算机(18)的位移控制输出端通过驱动电机(19)接入三维微位移部件(17);显微分析系统中高倍物镜(11)上方设置能够旋转的第四反射镜(14)，第四反射镜(14)的同一水平面两侧分别设置第三反射镜(12)和第五反射镜(15)，第三反射镜(12)上方设置诺马斯基干涉仪成像系统(13)，第五反射镜(15)的上方设置光学相干层析系统(16);诺马斯基干涉仪成像系统(13)和光学相干层析系统(16)的信号输出端均接入计算机(18)； 首先进行全内反射粗定位，光源系统的激光器(I)发出的光经过偏振片(2)后变为线偏振光，线偏振光经过诺马斯基棱镜(3)后分为ο光和e光两束偏振光,该两束偏振光经准直透镜(4)后转换为两束平行光，该两束平行光依次通过第一反射镜(5)和第二反射镜(6)调整角度后入射至直角棱镜(7)的一个直角面，然后通过折射率液(9)透射到待测件(10)，多维精密电控调整系统中驱动电机(19)驱动三维微位移部件(17)从而实现光束对待测件(10)的三维扫描；没有损伤时，光束将在待测件(10)上表面发生全内反射并从棱镜另一直角边射出；有损伤时，两束平行光被待测件(10)的损伤散射，使小部分光束从样品上表面出射；该载有待测件(10)损伤信息的散射光束经过高倍物镜(11)后，调整第四反射镜(14)的角度使散射光束通过第三反射镜(12)进入诺马斯基干涉仪成像系统(13)，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机(18)中进行图像处理分析，最后输出待测件(10)的损伤位置；全内反射粗定位结束后，关闭激光器(I)并开启光学相干层析系统(16)，调整第四反射镜(14)的角度使反射光通过第五反射镜(15)进入光学相干层析系统(16)，根据待测件(10)的损伤位置信息，通过三维微位移部件(17)的移动将光学相干层析系统(16)移至损伤区域进行扫描，得到随波长分布的干涉信号并输入计算机(18)中进行图像处理得到待测件(10)损伤位置的二维断层图像。2.根据权利要求1所述的基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置，其特征在于，所述激光器(I)、偏振片(2)、诺马斯基棱镜(3)、准直透镜(4)、第一反射镜(5)、第二反射镜(6)，直角棱镜(7)、折射率液(9)、待测件(10)、高倍物镜(11)、第三反射镜(12)、第四反射镜(14)和诺马斯基干涉仪成像系统(13)组成了诺马斯基干涉仪系统，第四反射镜(14)旋转以调整光路方向。3.根据权利要求1所述的基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置，其特征在于，所述光源系统中激光器(I)、偏振片(2)、诺马斯基棱镜(3)、准直透镜(4)用于控制光束宽度，顺次共光轴设置，第一反射镜(5)和第二反射镜(6)用于调整光路方向。4.根据权利要求1所述的基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置，其特征在于，所述直角棱镜(7)、折射率液(9)和待测件(10)三者的折射率相同。5.根据权利要求1所述的基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置，其特征在于，所述多维精密电控调整系统中三维微位移部件(17)为两条平行支架和横梁形成的单杠结构，且横梁能够沿着两条平行支架上下移动；该两条平行支架设于支撑台(8)上，显微系统支架(20)设置于横梁上，令X轴平行于横梁、y轴平行于支撑台(8)平面、z轴平行于两条平行支架；支撑台(8)上设有平行于y轴方向的轨道，两条平行支架沿着该y轴方向轨道移动；横梁上设有轨道，显微系统支架(20)沿着横梁即X轴方向轨道移动；并且显微系统支架(20)能够随横梁沿着两条平行支架上下移动即z轴方向移动； 所述计算机(18)向驱动电机(19)发送控制信号，显微系统支架(20)和三维微位移部件(17)通过驱动电机(19)对待测件(10)进行三维扫描:首先显微系统支架(20)沿着三维微位移部件(17)的横梁即X轴方向轨道移动,一行扫描完毕后,显微系统支架(20)的两条平行支架沿着支撑台(8)上y轴方向轨道步进一位，显微系统支架(20)再次沿着X轴扫描，随着对待测件(10)的逐层检测显微系统支架(20)沿z轴方向移动以调整纵向深度，依次逐步完成对待测件(10)的三维扫描。6.一种基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，将待测件(10)放置在支撑台(8)上，待测件(10)的下表面和直角棱镜(7)的平面贴合且二者之间涂有折射率液(9)，由激光器(I)产生一束激光光束，经过第一偏振片(2)后变为线偏振光，线偏振光经过第一渥拉斯顿棱镜(3)后分为ο光和e光两束振动方向互相垂直的偏振光，该两束偏振光经准直透镜(4)后转换为两束平行光，该两束平行光依次通过第一反射镜(5)和第二反射镜(6)调整入射角度从而改变光路； 步骤2，通过第一反射镜(5)和第二反射镜(6)调整光源的入射角度，光束入射至直角棱镜(7)的一个直角面，然后通过折射率液(9)透射到待测件(10);没有损伤时，光束将在待测件(10)上表面发生全内反射并从棱镜另一直角边射出；有损伤时，两束平行光被待测件(10)的损伤散射，使小部分光束从样品上表面出射； 步骤3，该载有待测件(10)损伤信息的散射光束经过高倍物镜(11)后，调整第四反射镜(14)的角度使散射光束通过第三反射镜(12)进入诺马斯基干涉仪成像系统(13)，得到包含损伤信息的干涉图像并传输到计算机(18)中进行图像处理分析，最后输出待测件(10)的损伤位置；多维精密电控调整系统中驱动电机(19)驱动三维微位移部件(17)从而实现对待测件(10)的三维扫描； 步骤4，全内反射粗定位结束后，关闭激光器(I)并开启光学相干层析系统(16)，调整第四反射镜(14)的角度使反射光通过第五反射镜(15)进入光学相干层析系统(16);根据待测件(10)的损伤位置信息将光学相干层析系统(16)移至损伤区域进行扫描，得到随波长分布的干涉信号并输入计算机(18)中进行图像处理得到待测件(10)损伤位置的二维断层图像。
【专利摘要】本发明公开了一种基于全内反射及光学相干层析的亚表面测量装置及方法。该装置包括依次设置的光源系统、待测台和显微分析系统，其中光源系统包括顺次设置的激光器、偏振片、诺马斯基棱镜、准直透镜、第一反射镜和第二反射镜，待测台包括直角棱镜、折射率液和待测件，显微分析系统包括高倍物镜、第三反射镜、诺马斯基干涉仪成像系统、第四反射镜、第五反射镜和光学相干层析系统，多维精密电控调整系统包括支撑台、显微系统支架、三维微位移部件、驱动电机和计算机。所述诺马斯基干涉仪显微成像系统和光学相干层析系统均置于显微系统支架上，分别进行全内反射粗定位过程和光学相干层析过程，即将两者相结合对元件检测，检测速度快、可靠性强、精度高。
【IPC分类】G01N21/88
【公开号】CN105092585
【申请号】CN201410185995
【发明人】何勇, 朱晓娟, 高万荣, 何佳竻, 马骏, 朱日宏, 陈磊, 耿旭, 陈宽, 傅鑫, 赵宏俊, 王桦林, 刘齐卉之, 刘向阳, 李建欣
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月5日