光柵分光式移相干涉差分共焦位移傳感技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子、微機(jī)械、微光學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，測量分辨力、范圍、工作距等超精密測量指標(biāo)在結(jié)構(gòu)表面形貌高精度測量、凸臺高度絕對微位移測量等幾何量超精密測量領(lǐng)域有著更高的發(fā)展需求。同步移相干涉技術(shù)具有抗環(huán)境振動和高分辨力的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在高精密測量領(lǐng)域，但是其測量范圍與測量分辨力相互限制，很難兼容；差分共焦顯微技術(shù)具有雙極性與零點(diǎn)的特點(diǎn)，在三維掃描與成像領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但是易受環(huán)境振動影響，并且差分光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針孔探測位置裝調(diào)困難，一定程

2、度上影響了整體的測量精度、減小了測量同步性。為了克服外界環(huán)境振動影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，研究一種小型化、大測量范圍和高分辨力的高精度微位移絕對測量，本課題把同步移相干涉與差分共焦理論相結(jié)合，將位移變化轉(zhuǎn)變成相位變化，利用差分共焦實(shí)現(xiàn)絕對位置的粗略測量，再利用同步移相干涉精確測量位移值。
　　為了解決上述超精密位移測量中的問題，本課題“光柵分光式移相干涉差分共焦位移傳感技術(shù)研究”的主要完成的工作如下：
　?。?）針對測量分辨力與

3、測量范圍矛盾的問題，將差分共焦理論融入到空間同步移相干涉理論中，建立光柵分光式、偏振片組移相的移相干涉差分共焦理論模型，理論分析四通道同步移相干涉原理、基于光瞳移焦的差分共焦原理以及同步移相干涉差分共焦位移測量特性。
　　（2）為了提高系統(tǒng)抗環(huán)境振動的能力，設(shè)計(jì)正交位相型Ronchi光柵，實(shí)現(xiàn)共光軸；設(shè)計(jì)移相器和分瞳式相位光瞳濾波器，使得四束光同時(shí)共面探測，達(dá)到穩(wěn)定測量的目的；利用參考面與測量面的顯微物鏡實(shí)現(xiàn)等傾照明，探測光強(qiáng)不再

4、是干涉條紋，而是均勻的光斑，提高系統(tǒng)的同步性和穩(wěn)定性。
　　（3）為了擴(kuò)大系統(tǒng)的測量工作距，結(jié)合差分共焦系統(tǒng)在整體裝置中的作用，在滿足移相干涉測量周期一半的條件下，適當(dāng)減小差分共焦的分辨力，選取較小數(shù)值孔徑的測量物鏡，提高系統(tǒng)工作距。
　　最后結(jié)合設(shè)計(jì)的分光光學(xué)元件與移相器、分瞳式光瞳濾波器搭建相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，對系統(tǒng)光路的工作特性、穩(wěn)定性、重復(fù)性以及分辨力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以平面鏡作為被測面，利用正交相位Ro