[發(fā)明專利]用于同步移相干涉儀的空間移相器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810040613.2
• 申請(qǐng)日: 2008-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101319873A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾愛(ài)軍;郭小嫻;江曉軍;黃惠杰;王向朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01B9/02
• 分類號(hào): G01B9/02;G01J9/02;G02B5/04;G02B5/30
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)干涉測(cè)量領(lǐng)域，是一種用于同步移相干涉儀的空間移相器，特別是一種用單個(gè)圖像傳感器同時(shí)接收多幅移相干涉圖像的空間移相器。

背景技術(shù)

移相干涉儀利用移相技術(shù)來(lái)輔助提取相位信息，可以獲得高的測(cè)量精度且在整個(gè)測(cè)量區(qū)域上實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量。常見(jiàn)的移相干涉儀是采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)鏡移動(dòng)或者改變激光波長(zhǎng)等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)移相的，多幅移相干涉圖像在不同時(shí)間內(nèi)采集得到，稱之為時(shí)域移相干涉儀。時(shí)域移相干涉儀由于干涉圖像采集時(shí)間的變化使其對(duì)使用環(huán)境的要求非常苛刻，其中振動(dòng)的影響尤為突出。振動(dòng)將導(dǎo)致干涉圖像產(chǎn)生抖動(dòng)、扭曲、模糊，使得干涉儀在移相過(guò)程中采集圖像時(shí)引入隨機(jī)相位誤差，影響測(cè)量精度甚至使測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。同時(shí)，時(shí)域移相干涉儀的移相干涉圖像是在不同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的，故它只適合于靜態(tài)波面或者準(zhǔn)靜態(tài)波面測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波面的實(shí)時(shí)測(cè)量。上述問(wèn)題可以采用同步移相干涉儀來(lái)解決，同步移相干涉儀瞬間獲得多幅移相干涉圖像，故可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)波面的抗振動(dòng)測(cè)量和動(dòng)態(tài)波面的實(shí)時(shí)測(cè)量。

在同步移相干涉儀中，測(cè)量光束與參考光束的偏振方向相互垂直。測(cè)量光束與參考光束合束后進(jìn)入空間移相器，空間移相器將測(cè)量光束、參考光束進(jìn)行分光以形成多個(gè)子光束組，每個(gè)子光束組中包含測(cè)量子光束和參考子光束，同時(shí)不同子光束組中的測(cè)量子光束、參考子光束具有不同的相位差，進(jìn)而形成多幅具有不同移相量的干涉圖像。空間移相器是同步移相干涉儀的一個(gè)核心部件，它直接影響同步移相干涉儀的性能特征。

在先技術(shù)[1](參見(jiàn)Chris?L.Koliopoulos.Simultaneous?phase?shift?interferometer.Proc.SPIE，Vol.1531，119～127，1991)中描述了一種空間移相器，該空間移相器主要由一塊二分之一波片、一個(gè)分束棱鏡、一塊四分之一波片、兩個(gè)偏振分束棱鏡和四個(gè)圖像傳感器所組成。偏振方向相互垂直的測(cè)量光束與參考光束合束并經(jīng)過(guò)半波片后由分束棱鏡進(jìn)行第一次分光，分光產(chǎn)生的透射子光束、反射子光束均包含測(cè)量子光束與參考子光束，透射子光束被一個(gè)偏振分束棱鏡進(jìn)行第二次分光，反射子光束經(jīng)過(guò)四分之一波片后由另一個(gè)偏振分束棱鏡進(jìn)行第二次分光。兩次分光后產(chǎn)生的四組子光束形成四幅依次移相90°的干涉圖像。

在先技術(shù)[2](參見(jiàn)Arjan?J.P.van?Haasteren，Hans?J.Frankena.Real-timedisplacement?measurement?using?a?multicamera?phase-stepping?speckle?interferometer.Applied?Optics，Vol.33，No.19，4137～4142，1994)中描述了一種空間移相器，該空間移相器主要由一個(gè)分束棱鏡、兩塊四分之一波片、一個(gè)單輸出檢偏器、一個(gè)雙輸出檢偏器和三個(gè)圖像傳感器所組成。偏振方向相互垂直的測(cè)量光束與參考光束合束并經(jīng)過(guò)分束棱鏡進(jìn)行分光，其透射子光束、反射子光束均包含測(cè)量子光束與參考子光束。反射子光束經(jīng)過(guò)四分之一波片后進(jìn)入單輸出檢偏器，形成一幅移相量為90°的干涉圖像，該干涉圖由一個(gè)圖像傳感器所接收。透射子光束經(jīng)過(guò)四分之一波片后進(jìn)入雙輸出檢偏器，雙輸出檢偏器進(jìn)行偏振分光產(chǎn)生移相量為0°和180°的兩幅干涉圖像，分別由兩個(gè)圖像傳感器所接收。該空間移相器在三個(gè)圖像傳感器上共形成了三幅移相量分別為0°、90°和180°的干涉圖像。

在先技術(shù)[3](參見(jiàn)Piotr?Szwaykowski，Raymond?J?Castonguay，F(xiàn)rederick?NBushroe.Simultaneous?phase?shifting?module?for?use?in?interferometry.US?Patent，No.20060146340)中描述了一種空間移相器，該空間移相器主要由一個(gè)復(fù)合分束棱鏡、三塊四分之一波片、三塊檢偏器和三個(gè)圖像傳感器所組成。偏振方向相互垂直的參考光束與測(cè)量光束合束后進(jìn)入該空間移相器，復(fù)合分束棱鏡進(jìn)行兩次分光后將其分為三個(gè)子光束組，各個(gè)包含測(cè)量子光束、參考子光束的子光束組分別經(jīng)過(guò)四分之一波片、檢偏器后在圖像傳感器上形成干涉圖，利用三個(gè)檢偏器方位角度的不同使三幅干涉圖像的移相量分別為0°、90°和180°。

上述在先技術(shù)主要有下列幾個(gè)缺點(diǎn)：