CN1632450A - X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 - Google Patents
X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1632450A CN1632450A CN 200510023203 CN200510023203A CN1632450A CN 1632450 A CN1632450 A CN 1632450A CN 200510023203 CN200510023203 CN 200510023203 CN 200510023203 A CN200510023203 A CN 200510023203A CN 1632450 A CN1632450 A CN 1632450A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ray
- speckle
- determinand
- recording medium
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 7
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001303 quality assessment method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
一种X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用，所述的X射线散斑装置包括X射线散斑成像装置和读出装置两部分，所述的X射线散斑成像装置由X射线源、待测物、微波带片和记录介质组成，所述的待测物置于X射线源输出的光路上，该待测物的法线与X射线光轴成一夹角θ，所述的微波带片和记录介质与待测物的法线同轴，所述的读出装置由同轴放置的He－Ne激光器、记录有散斑图样的照片和成像屏组成。本发明的X射线散斑装置工作在X射线波段，测试精度较可见光要高3～4数量级，由于采用微波带片预放大，结构非常简单，具有很高的学术价值和应用前景，将填补微位移测量的空白。
Description
技术领域
本发明涉及散斑计量，特别是一种X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用。
背景技术
当用相干光束照射一粗糙表面，即表面平均起伏大于照射光波波长的表面时，呈现出斑点状的图样，我们把每个斑点称为散斑，整个图样称为散斑图样，这种散斑现象是使用相干光束照明所特有的。
以往常把散斑图样看作是降低成像质量和限制干涉条纹清晰度的光学噪声，但近20余年发展起来的散斑摄影术和散斑干涉度量术，却形成了一种崭新的光测力学方法—散斑计量学。目前，散斑效应已广泛地应用于表面粗糙度研究、光学图像处理、光学系统的调整和镜头成像质量评价等方面。但通常采用散斑计量束测量物体表面的面内位移，由此引申出空间位移场、应变场的测试、距离及速度的测量、振动分析以及进行位相物体研究等。这些方法的优点是几何光路简单，降低了对机械稳定性的要求，易于测试面内位移，且测试灵敏度可在一定范围内调节。
散斑的物理机制可简单说明如下：当相干光照射到物体表面时，物体表面上的每一个点或面元，特别是在X射线波段，光学表面起伏可小于纳米颗粒，都可视为子波源，它们都要散射光。由于光的高相干性，由一个物点散射的光将和其他物点散射的光干涉，又因为物体表面元是随机分布的，这种随机特性由表面粗糙度引起，则由它们散射的各子波相干叠加，形成的反射光场具有随机的空间光强分布。当把探测器置于光场中时，将记录到一种杂乱无章的干涉图样，并呈现颗粒状结构，即“散斑”分布。
通常散斑是用高度相干的激光作光源，激光散斑技术已获得了广泛的应用。但是，激光散斑最大的缺点是往往在可见波段，波长太长，因而测试精度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，克服上述在先技术的不足，提出一种X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用。由于采用了短波长，测试精度较可见光波段要提高3～4个量级。
本发明的实质是利用相干的硬X射线作光源，微波带片将表面起伏在纳米以下颗粒进行预放大，然后用光刻胶记录。如果对测试物体在运动前后应用二次曝光法拍摄散斑图样，并假设位移的量值大于散斑特征尺寸，那么，在同一底片上就记录了两个同样的、但位置稍微错开的散斑图。这样，其中的各散斑点都是成对出现的，这相当于在底片上布满了无数的“杨氏双孔”，各“双孔”的孔距和连线反映了“双孔”所在处像点的位移量值和方位，当用相干光束照射此散斑底片时，将发生杨氏双孔干涉现象。
本发明的技术解决方案如下：
一种X射线散斑装置，其特征在于该装置包括X射线散斑成像装置和读出装置，所述的X射线散斑成像装置由X射线源、待测物、微波带片和记录介质组成，所述的的待测物置于X射线源输出的光路上，该待测物的法线与X射线光轴成一夹角θ，所述的微波带片和记录介质与待测物的法线同轴，所述的读出装置由同轴放置的He-Ne激光器、记录有散斑图样的照片和成像屏组成。
所述的相干硬X射线源是一台同步辐射源，或者X射线微聚焦管，波长从到0.1到10。
所述的待测物是一种表面起伏在10以上的光学表面。
所述的微波带片是一块波带数大于500的成像波带片。
所述待测物法线与X射线光轴所成夹角θ的取值范围为10-50°。
利用所述的X射线散斑装置测量物体微位移的方法，其特征在于包括下列步骤：
①将待测物置于X射线源输出的光路上，该待测物的法线与X射线光轴成一夹角θ，在该待测物的法线上依次设置微波带片和记录介质；
②对待测物在运动前后应用二次曝光法由记录介质记录散斑图样，将该记录介质进行显影、定影、晾干处理，形成具有散斑图样的照片；
③将散斑图样的照片置于所述的读出装置，用He-Ne激光器照明所述的散斑图样的照片，在成像屏上生成干涉条纹，测出干涉条纹间距l；
④按下列公式计算待测物的微位移量L：
L＝l/M＝z0λ/(MΔd)，
式中：Δd为相邻亮条纹的间隔或相邻暗条纹的间隔，满足关系式：
l＝z0λ/Δd
l为“双孔”间距，
λ为激光波长，
M为微波带片的放大率，
z0为散斑图样的照片和成像屏之间的距离。
本发明的技术效果如下：
当用相干的X射线照明待测物以后，将产生散斑，由于散斑颗粒较小，采用微波带片将散斑放大约1000倍，并成像在记录介质上，待测物微位移，然后进行第二次曝光，并记录，此时散斑尺寸约为1μm大小，然后用He-Ne激光照明，观察干涉条纹，根据所述公式可计算出待测物的位移量。
与在先技术相比，本发明的X射线散斑装置工作在X射线波段，测试精度较可见光要高3～4数量级，由于采用微波带片预放大，结构非常简单，具有很高的学术价值和应用前景，将填补微位移测量的空白。
附图说明
图1为本发明的X射线散斑装置的成像装置的光路图。
图2为本发明的X射线散斑装置的读出装置的光路图。
具体实施方式
先请参阅图1和图2，由图可见，本发明的X射线散斑装置，包括X射线散斑成像装置和读出装置两部分，所述的X射线散斑成像装置由X射线源1、待测物2、微波带片3和记录介质4组成，所述的的待测物2置于X射线源1输出的光路上，该待测物2的法线与X射线光轴成一夹角θ，所述的微波带片3和记录介质4与待测物2的法线同轴，所述的读出装置由同轴放置的He-Ne激光器5、记录有散斑图样的照片6和成像屏7组成。
所述的相干硬X射线源1是一台同步辐射源，或者X射线微聚焦管，波长从到0.1到10。
所述的待测物2是一种表面起伏在10以上的光学表面。
所述的微波带片3是一块波带数大于500的成像波带片。
所述的待测物2的法线与X射线光轴所成夹角θ的取值范围为10-50°。
利用所述的X射线散斑装置测量物体微位移的方法，其特征在于包括下列步骤：
①将待测物2置于X射线源1输出的光路上，该待测物2的法线与X射线光轴成一夹角θ，在该待测物2的法线上依次设置微波带片3和记录介质4；
②对待测物2在运动前后应用二次曝光法由记录介质4记录散斑图样，将该记录介质进行显影、定影、晾干处理，形成具有散斑图样的照片6；
③将散斑图样的照片6置于所述的读出装置，用He-Ne激光器5照明所述的散斑图样的照片6以后，即在成像屏7上生成干涉条纹，测出干涉条纹间距l；
④按下列公式计算待测物2的微位移量L：
L＝l/M＝z0λ/(MΔd)，
式中：Δd为相邻亮条纹的间隔或相邻暗条纹的间隔，满足关系式：
l＝z0λ/Δd
l为“双孔”间距，
λ为激光波长，
M为微波带片3的放大率为，
z0为散斑图样的照片6和成像屏7之间的距离。
本发明的工作原理和基本过程：
将拍摄好的二次曝光的散斑图样的照片6，采用细激光束垂直照明二次曝光散斑图底片，在其后面距离z0处平行放置观察屏7，每次观察底片上一个小区域的频谱。这时在观察屏7上将会看到，由散斑底片被照明小区域的“散斑对”所产生的杨氏双孔干涉条纹，它们是一系列的平行直线，相邻亮条纹的间隔和相邻暗条纹的间隔Δd均满足：
l＝z0λ/Δd (1)
式中，l为“双孔”间距(即位移量值)，λ为激光波长，且条纹取向与“双孔”连线(即位移的方位)垂直，由此便可求出待测物体表面各点的位移大小和方位。注意，上述位移量是经过微波带片透镜放大了的值。若成像散斑的放大率为M，则待测物体表面各点发生的实际位移量值应为：
L＝l/M＝z0λ/(MΔd)，M＝v/u (2)
将待测物2斜放在X射线1的光路上，X射线光轴与待测物法线成20°角，如图1所示，将波带片3与待测物2法线同轴，距待测物距离为100.1μm，将记录介质4放置在距波带片100mm处，进行第一次曝光。然后微移待测物，上移量约10，在同一上记录介质上进行第二次曝光。将两次曝光记录介质进行显影、定影、晾干处理，然后放在图2所示的装置上进行阅读，按公式(2)就可测出待测物移动的距离。
本发明的读出装置如图2所示，它是由三部分组成：He-Ne激光器5，记录有散斑图样的照片6和成像屏7。
当He-Ne激光器5照明有散斑图样的照片6以后，即可在成像屏7上看到干涉条纹，测出干涉条纹间距，就可按公式(2)求得待测物2的移动量。
Claims (6)
1、一种X射线散斑装置，其特征在于该装置包括X射线散斑成像装置和读出装置，所述的X射线散斑成像装置由X射线源(1)、待测物(2)、微波带片(3)和记录介质(4)组成，所述的的待测物(2)置于X射线源(1)输出的光路上，该待测物(2)的法线与X射线光轴成一夹角θ，所述的微波带片(3)和记录介质(4)与待测物(2)的法线同轴，所述的读出装置由同轴放置的He-Ne激光器(5)、记录有散斑图样的照片(6)和成像屏(7)组成。
2、根据权利要求1所述的X射线散斑装置，其特征在于所述的相干硬X射线源(1)是一台同步辐射源，或者X射线微聚焦管，波长从到0.1到10。
3、根据权利要求1所述的X射线散斑装置，其特征在于所述的待测物(2)是一种表面起伏在10以上的光学表面。
4、根据权利要求1所述的X射线散斑装置，其特征在于所述的微波带片(3)是一块波带数大于500的成像波带片。
5、根据权利要求1所述的X射线散斑装置，其特征在于所述的待测物(2)的法线与X射线光轴所成夹角θ的取值范围为10-50°。
6、利用权利要求1所述的X射线散斑装置测量物体微位移的方法，其特征在于包括下列步骤：
①将待测物(2)置于X射线源(1)输出的光路上，该待测物(2)的法线与X射线光轴成一夹角θ，在该待测物(2)的法线上依次设置微波带片(3)和记录介质(4)；
②对待测物(2)在运动前后应用二次曝光法由记录介质(4)记录散斑图样，将该记录介质进行显影、定影、晾干处理，形成具有散斑图样的照片(6)；
③将散斑图样的照片(6)置于所述的读出装置，用He-Ne激光器(5)照明所述的散斑图样的照片(6)以后，即在成像屏(7)上生成干涉条纹，测出干涉条纹间距l；
④按下列公式计算待测物(2)的微位移量L：
L＝l/M＝z0λ/(MΔd)，
式中：Δd为相邻亮条纹的间隔或相邻暗条纹的间隔，满足关系式：
l＝z0λ/Δd
l为“双孔”间距，
λ为激光波长，
M为微波带片(3)的放大率为，
z0为散斑图样的照片(6)和成像屏(7)之间的距离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100232033A CN100398981C (zh) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100232033A CN100398981C (zh) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1632450A true CN1632450A (zh) | 2005-06-29 |
| CN100398981C CN100398981C (zh) | 2008-07-02 |
Family
ID=34853142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100232033A Expired - Fee Related CN100398981C (zh) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100398981C (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1304815C (zh) * | 2005-07-12 | 2007-03-14 | 陈昌浩 | 基于半导体激光—电荷耦合器件的微位移测量系统 |
| RU189629U1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-05-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | Рентгеновский фазово-контрастный микроскоп с объективом, содержащим аксикон |
| CN110631487A (zh) * | 2019-11-08 | 2019-12-31 | 济南大学 | 一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法 |
| CN114754681A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-07-15 | 上海微钠光电科技有限公司 | 基于光学成像传感的纳米位移测量装置及方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6631842B1 (en) * | 2000-06-07 | 2003-10-14 | Metrologic Instruments, Inc. | Method of and system for producing images of objects using planar laser illumination beams and image detection arrays |
| US7028899B2 (en) * | 1999-06-07 | 2006-04-18 | Metrologic Instruments, Inc. | Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target |
| CN1401991A (zh) * | 2002-09-13 | 2003-03-12 | 清华大学 | 时间序列散斑场脉冲计数位移测量方法及其装置 |
-
2005
- 2005-01-10 CN CNB2005100232033A patent/CN100398981C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1304815C (zh) * | 2005-07-12 | 2007-03-14 | 陈昌浩 | 基于半导体激光—电荷耦合器件的微位移测量系统 |
| RU189629U1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-05-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" | Рентгеновский фазово-контрастный микроскоп с объективом, содержащим аксикон |
| CN110631487A (zh) * | 2019-11-08 | 2019-12-31 | 济南大学 | 一种利用激光散斑自相关技术测量横向微位移的方法 |
| CN114754681A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-07-15 | 上海微钠光电科技有限公司 | 基于光学成像传感的纳米位移测量装置及方法 |
| CN114754681B (zh) * | 2022-03-07 | 2024-05-14 | 上海微钠光电科技有限公司 | 基于光学成像传感的纳米位移测量装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100398981C (zh) | 2008-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104520982B (zh) | 类装置散射测量叠盖目标 | |
| KR101587176B1 (ko) | 무라 검출 및 계측을 위한 방법 및 장치 | |
| US8233154B2 (en) | High precision code plates and geophones | |
| US6643025B2 (en) | Microinterferometer for distance measurements | |
| CN1675515A (zh) | 共光程频率扫描干涉仪 | |
| CN206990338U (zh) | 一种利用数字激光散斑法测量杨氏弹性模量的实验系统 | |
| WO2002079720A1 (en) | Microinterferometer for distance measurements | |
| CN1523448A (zh) | 用于euv波阵面传感器的棋盘式设置中的透射切变光栅 | |
| CN1244044C (zh) | 一种鼠标光学信号处理方法 | |
| CN1632450A (zh) | X射线散斑装置及其在微位移测量中的应用 | |
| JPH0627647B2 (ja) | ガラスのような透明材料から成る大面積の板の光学品質検査方法 | |
| CN1844844A (zh) | 飞秒激光散斑相关法测量微小位移的装置和方法 | |
| CN112082490B (zh) | 一种基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器 | |
| CN1182384C (zh) | 测量薄膜折射率的方法及装置 | |
| CN101033949A (zh) | 一种基于错位相关原理的物体应变测量方法及装置 | |
| CN111649693B (zh) | 一种样品形貌测量装置及方法 | |
| CN200982855Y (zh) | 相移影像云纹栅等高线测量仪 | |
| TWI388817B (zh) | Method and device for measuring the defect of the CCD object by the critical angle method | |
| CN1204047A (zh) | 光束方向微小漂移检测系统 | |
| CN1252460C (zh) | 光栅表面质量无损检测方法和装置 | |
| CN1858575A (zh) | 高密度光栅偏振相关自成像的探测方法和装置 | |
| CN1238687C (zh) | 利用衍射特征的分析对焦点中心的判断 | |
| CN1243213C (zh) | 孪生波带片x射线干涉仪 | |
| CN1283976C (zh) | 双波长二维空间相移电子散斑干涉仪 | |
| CN1243971C (zh) | 原子束相衬成像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080702 Termination date: 20110110 |