用视频显微镜实现显微干涉计量的实验研究

　　光学干涉计量技术具有非接触、高精度、能进行全场测量等特点,在科学研究和工程实践中得到了广泛应用。随着光电子技术的发展,光学图像可通过CCD等二维光电转换器件转换成电信号,通过图像采集卡送入计算机,并可进行一系列灵活的图像处理和计算,还易于实现条纹自动处理,从而成为一种广泛使用的图像记录方式,如电子散斑干涉(ESPI)等。

　　光学干涉计量的一个重要应用是显微干涉测量[1],即精确测量小区域内的变形、折射率变化等物理量,并进行显微显示,如测量微电子器件管脚、焊珠的变形等。目前能同时实现显微和电子记录的有以下几种方法:

　　(1)用全息干版记录显微图像,再用CCD照相机摄入计算机,此方法仍须全息干版做记录介质;

　　(2)用显微目镜成像,并用CCD记录,此方法最为常用,但光路不能变动;

　　(3)用短焦距单透镜成像,并用CCD记录,这时由于镜头非常靠近被测物体,光路很难布置。

　　本文使用视频显微镜进行显微干涉计量,同量达到显微和电子记录的目的,光路灵活、简洁、调整方便。实验中用美国的KH 2200手持式视频显微镜,进行了显微云纹干涉实验和显微散斑干涉实验,给出了实验结果。

　　KH 2200手持式视频显微镜

　　KH 2200视频显微镜集光学显微系统与CCD摄像技术于一体,主要由光学显微系统、摄像系统、光源和摄像控制系统(主机)组成,可后接监视器或计算机图像采集系统。以下特点使它成为显微干涉计量的有力工具。

　　(1)集成了光学显微系统和CCD摄像系统,同时满足显微和电子记录的目的;

　　(2)可配置各种不同的定焦或变焦镜头,以实现不同的放大倍率,(本文为x8);

　　(3)显微镜头工作距离较大,并可配接工作距离接圈进一步加大工作距离,从而使光路布置极其容易。本文实验未配接工作距离接圈,工作距离为65毫米;

　　(4)景深较大,这对于显微测量物体变形非常必要;

　　(5)配有同轴照明卤素灯光源,可用于成像调节;

　　(6)镜筒可在360度范围内自由转动,并可在高度方向自由升降,使光路调整简单。

　　显微云纹干涉实验—面内位移测量图1为显微云纹干涉系统从激光器出射的相干光经分光镜分成两束,以特定角度对称入射至制有高密度栅的试件表面,产生两束垂直试件表面的一级衍射光。显微镜将试件成像到CCD靶面上。图中未画出激光的扩束。

         设试件变形前两个一级衍射平面波为

　　试件受力变形后栅发生畸变,其一级衍射光波为