[發明專利]基于分光棱鏡的三窗口共光路干涉檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201210336467.4
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102878922A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 單明廣;鐘志;郝本功
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種基于分光棱鏡的三窗口共光路干涉檢測裝置及檢測方法，屬于干涉檢測技術領域。

背景技術

光學干涉儀是一種非接觸、高精度的全場測量工具，被廣泛的應用于光學表面、形變及厚度等檢測領域。傳統的光學干涉檢測方法有泰曼-格林干涉法、馬赫-曾德干涉法以及剪切干涉法等。其中，泰曼-格林干涉法、馬赫-曾德干涉法等采用分離光路干涉，即參考光束和測量光束通過不同路徑進行干涉，易受外界振動、溫度起伏等影響；剪切干涉法等采用共光路干涉，即參考光束與測量光束通過共同路徑后干涉，其對外界振動、溫度起伏等不敏感，具有一定抗干擾能力，但剪切干涉法同時實現剪切量和相移量調控比較困難，調控精度較低，且需移動光學元件引入相移提高測量精度，不僅不適合動態測量，還會引起光學系統的振動，形成噪聲。為了解決這些困難，國內外學者作了諸多有益嘗試。

中國專利《可實時測量的同步相移斐索干涉裝置》，公開號為CN102589414A，公開日為20120718，利用λ/4波片替代傳統斐索干涉儀中的標準平晶，參考光束與測量光束通過共同路徑后干涉，并結合四象限偏振片組通過一次曝光獲得四幅相移干涉圖，在保證高空間分辨率的前提下，實現了測量的實時性，但是該方法操作復雜困難，且需要高質量λ/4波片，成本高。

墨西哥學者V.Arrizón等提出基于4f系統和光柵濾波的共光路干涉法(V.Arrizón，D.Sánchez-de-la-Llave.Common-path?interferometry?with?one-dimensional?periodic?filters.Optics?Letters，2004，29(2)：141-143)。該方法在輸入端使用兩個窗，一個放置被測物體，另一個作為參考，結合4f系統光柵濾波的共光路結構，通過調整光柵周期、透鏡焦距等參數，能夠在輸出端得到物體的干涉圖樣，但是該方法仍需移動光柵獲得相移。G.Rodriguez-Zurita等在上述方法基礎上，提出利用偏振調制方法實現同步相移(G.Rodriguez-Zurita，C.Meneses-Fabian，N.I.Toto-Arellano，J.F.Vázquez-Castillo.C.Robledo-Sánchez.One-shot?phase-shifting?phase-grating?interferometry?with?modulation?of?polarization：case?of?four?interferograms.Opt.Express，2008，16(11)：7806-7817)。該方法利用光柵產生的0、±1和±2衍射光，結合偏振調制通過一次曝光獲得四幅相移干涉圖。該方法調整方便，成本低，且可實現實時測量，但是因為利用多級衍射光到達圖像傳感器CCD干涉，造成CCD有效面積利用率低。

中國專利《基于三窗口的共光路干涉檢測方法與裝置》，公開號為CN102538986A，公開日為20120704，將輸入窗口改為三窗口，利用4f系統和光柵自身的相移特性，同時獲得三個不同相移的干涉圖，不僅結構穩定，而且相位恢復算法簡單，提高了系統的實時處理能力。但是該系統一次曝光僅能采集三幅相移干涉圖，測量精度有待于進一步提高。

發明內容

本發明是為了解決現有干涉檢測法測量精度低的問題，提供一種基于分光棱鏡的三窗口共光路干涉檢測裝置及檢測方法。

本發明所述基于分光棱鏡的三窗口共光路干涉檢測裝置，它包括光源，它還包括偏振片、準直擴束系統、三個λ/4波片、待測物體、矩形窗口、第一透鏡、一維周期光柵、第二透鏡、分光同步相移系統、圖像傳感器和計算機，其中λ為光源發射光束的光波長，

光源發射的光束經偏振片入射至準直擴束系統的光接收面，經該準直擴束系統準直擴束后的出射光束經過三個λ/4波片、待測物體及矩形窗口后入射至第一透鏡，經第一透鏡匯聚后的出射光束通過一維周期光柵后入射至第二透鏡，經第二透鏡透射后的衍射光束入射至分光同步相移系統，該分光同步相移系統的出射光束由圖像傳感器的光接收面接收，圖像傳感器的圖像信號輸出端連接計算機的圖像信號輸入端；

以光軸的方向為z軸方向建立xyz坐標軸，所述矩形窗口沿垂直于光軸的方向設置，并且沿x軸方向均分為三個小窗口；

三個λ/4波片均與矩形窗口平行設置、且位于同一個平面內，所述三個λ/4波片沿x軸方向并行等間距排布，居于中間的λ/4波片的中心線與準直擴束系統的光軸重合；

第一透鏡和第二透鏡的焦距相同；