[發明專利]基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置與方法

有效

• 申請號: 201210424239.2
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102954842A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 鐘志;單明廣;郝本功;張雅彬;竇崢;刁鳴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

1.基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，它包括光源（1），其特征在于：它還包括偏振片（2）、準直擴束系統（3）、兩個λ/4波片（4）、待測物體（5）、矩形窗口（6）、第一透鏡（7）、一維周期光柵（8）、第二透鏡（9）、偏振片組（10）、圖像傳感器（11）和計算機（12），其中λ為光源（1）發射光束的光波長，

光源（1）發射的光束經偏振片（2）入射至準直擴束系統（3）的光接收面，經該準直擴束系統（3）準直擴束后的出射光束經過兩個λ/4波片（4）、待測物體（5）及矩形窗口（6）后入射至第一透鏡（7），經第一透鏡（7）匯聚后的出射光束通過一維周期光柵（8）后入射至第二透鏡（9），經第二透鏡（9）透射后的衍射光束入射至偏振片組（10），該偏振片組（10）的出射光束由圖像傳感器（11）的光接收面接收，圖像傳感器（11）的圖像信號輸出端連接計算機（12）的圖像信號輸入端；

以光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標軸，所述矩形窗口（6）沿垂直于光軸的方向設置，并且沿x軸方向均分為兩個小窗口；

兩個λ/4波片（4）均與矩形窗口（6）平行設置，所述兩個λ/4波片（4）沿x軸方向并行等間距排布在同一平面內；

第一透鏡（7）和第二透鏡（9）的焦距都為f；

矩形窗口（6）位于第一透鏡（7）的前焦面上；一維周期光柵（8）位于第一透鏡（7）的后焦f-Δf處并且位于第二透鏡（9）的前焦f+Δf處，其中Δf為離焦量，Δf大于0并且小于f；

圖像傳感器（11）位于第二透鏡（9）的后焦面上；

一維周期光柵（8）的周期d與矩形窗口（6）沿x軸方向的寬度D之間滿足關系：d=2λf/D。

2.根據權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，其特征在于，一維周期光柵（8）為二值一維周期光柵、正弦一維周期光柵或余弦一維周期光柵。

3.根據權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，其特征在于，偏振片組（10）由兩片偏振片組成，該兩片偏振片形成1×2陣列，該兩片偏振片的透光軸與x軸分別呈0°和45°。

4.根據權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，其特征在于，兩個λ/4波片（4）中一個λ/4波片（4）快軸沿x軸方向放置，另一個λ/4波片（4）快軸沿y軸方向放置。

5.根據權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，其特征在于，偏振片（2）的透光軸與x軸呈45°角。

6.根據權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，其特征在于，待測物體（5）放置在矩形窗口（6）內、矩形窗口（6）的光束入射側或矩形窗口（6）的光束出射側，待測物體（5）沿x軸方向的長度小于或等于D/2，待測物體（5）位于其中一個λ/4波片（4）的正后方。

7.基于權利要求1所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置的檢測方法，其特征在于：它的實現過程如下：

打開光源（1），使光源（1）發射的光束經偏振片（2）和準直擴束系統（3）準直擴束后形成平行偏振光束，該平行偏振光束通過兩個λ/4波片（4）、待測物體（5）和矩形窗口（6）后，再依次經過第一透鏡（7）、一維周期光柵（8）和第二透鏡（9）產生0級和±1級衍射光束，該衍射光束通過偏振片組（10）濾波后，在圖像傳感器（11）平面上產生干涉，將計算機（12）采集獲得的干涉圖樣根據矩形窗口（6）的小窗口的尺寸分割獲得兩幅干涉圖樣，通過計算得到待測物體（5）的相位分布

其中，O'為待測物體的復振幅分布，Im()表示取虛部，Re()表示取實部，

O'=FT^-1{FT{(I₁-I₂)·R_E}·H_W}，

其中，FT表示傅里葉變換，FT^-1表示逆傅里葉變換，H_W為低通濾波器的傳遞函數，R_E為根據一維周期光柵（8）的離焦量Δf得到的數字參考波函數R_E(x,y)：

R_E(x,y)=exp(-i2πxΔf/f/d)，

I₁為由偏振片組（10）中一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該偏振片的透光軸與x軸呈0°，I₂為由偏振片組（10）中另一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該另一片偏振片的透光軸與x軸呈45°，

I₁(x,y)=|R|²+|O|²+R^*O+RO^*，

I₂(x,y)=|R|²+|O|²+exp(-iα)R^*O+exp(iα)RO^*，

其中，R表示參考光，R^*表示R的復共軛，O表示物光，O^*表示O的復共軛，α＝π/2為載波相移量。