[發(fā)明專利]基于分光同步移相的干涉檢測裝置及檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210371596.7
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102914259A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單明廣;鐘志;郝本功;竇崢;張雅彬;刁鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于分光同步移相的干涉檢測裝置及檢測方法，屬于光學(xué)干涉檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光學(xué)移相干涉測量是一種非接觸、高精度的全場測量方法，被廣泛的應(yīng)用于光學(xué)表面、形變及厚度等測量領(lǐng)域，但傳統(tǒng)的移相技術(shù)由于需要在不同時間采集多幅移相干涉圖，不適合測量運動物體或動態(tài)過程。同步相移可在同一時間得到多幅相移干涉圖，克服了傳統(tǒng)時間相移干涉技術(shù)的缺點，可實現(xiàn)運動物體或動態(tài)過程的實時測量，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

墨西哥學(xué)者G.Rodriguez-Zurita等提出利用一維光柵和偏振調(diào)制方法相結(jié)合實現(xiàn)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(chǎn)生的0、±1和±2衍射光，結(jié)合偏振調(diào)制通過一次曝光獲得四幅相移干涉圖。該方法調(diào)整方便，成本低，且可實現(xiàn)實時測量，但是因為利用多級衍射光到達CCD干涉，造成CCD有效面積利用率低，同時因為衍射級次光強的不同，使獲得四幅干涉圖對比度不同，進而增加數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性并影響測量精度。

西安光機所的姚保利等提出利用分光棱鏡和偏振調(diào)制方法相結(jié)合實現(xiàn)同步相移（P.Gao,B.L.Yao,J.W.Min,R.L.Guo,J.J.Zheng,T.Ye.Parallel?two-step?phase-shifting?microscopic?interferometry?based?on?a?cube?beamsplitter.Optics?Communications.2011,284:4136-4140）。該方法利用分光棱鏡將正交偏振的物光和參考光分束，結(jié)合偏振調(diào)制通過一次曝光獲得兩幅相移干涉圖。該方法結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率高，但方法一次曝光只能獲得兩幅干涉圖樣，同時因為正交偏振的物光和參考光在分光棱鏡中間反射層反射時，物光或參考光其中一個會發(fā)生半波損失，且透射光與反射光強度不同，進而在兩幅干涉圖中引入附加相位差，并使兩幅干涉圖樣對比度不同，進而增加數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性并影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有光學(xué)相移干涉檢測方法操作復(fù)雜困難、測量精度低的問題，提供了一種基于分光同步移相的干涉檢測裝置及檢測方法。

本發(fā)明所述基于分光同步移相的干涉檢測裝置，它包括光源，它還包括偏振片、準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、第一偏振分光棱鏡、待測物體、第一反射鏡、第二反射鏡、第二偏振分光棱鏡、λ/4波片、矩形窗口、第一傅里葉透鏡、一維周期光柵、第二傅里葉透鏡、消偏振分光棱鏡、四象限偏振片組、圖像傳感器和計算機，其中λ為光源發(fā)射光束的光波長，

光源發(fā)射的光束經(jīng)偏振片入射至準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)的光接收面，經(jīng)該準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)準(zhǔn)直擴束后的出射光束入射至第一偏振分光棱鏡，第一偏振分光棱鏡的反射光束經(jīng)待測物體后入射至第一反射鏡，第一反射鏡的反射光束作為物光束入射至第二偏振分光棱鏡；第一偏振分光棱鏡的透射光束經(jīng)第二反射鏡反射后作為參考光束入射至第二偏振分光棱鏡；

匯合于第二偏振分光棱鏡的物光束和參考光束經(jīng)過λ/4波片和矩形窗口后入射至第一傅里葉透鏡，經(jīng)第一傅里葉透鏡匯聚后的出射光束通過一維周期光柵后入射至第二傅里葉透鏡，透射產(chǎn)生0和±1級衍射光，該衍射光經(jīng)過消偏振分光棱鏡和四象限偏振片組后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；

以第一傅里葉透鏡光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標(biāo)系，所述矩形窗口沿垂直于光軸的方向設(shè)置，并且沿x軸方向均分為兩個小窗口；

第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡的焦距均為f；

矩形窗口位于第一傅里葉透鏡的前焦面上；一維周期光柵位于第一傅里葉透鏡的后焦面上并且位于第二傅里葉透鏡的前焦面上；

圖像傳感器位于第二傅里葉透鏡的后焦面上；

一維周期光柵的周期d與矩形窗口沿x軸方向的長度D之間滿足關(guān)系：d=2λf/D。

消偏振分光棱鏡按照其分光面與x軸和z軸構(gòu)成的平面平行的方式放置，入射光從與其分光面成45°或-45°角的斜面入射。