[發明專利]一種基于一體化相移反射鏡的剪切散斑干涉系統

有效

• 申請號: 202010725459.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112113500B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 邵珩;聶中原;周勇;祁俊峰;劉戰捷;左洋;李敬洋;陳怡
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: G01B9/02015
• 分類號: G01B9/02015;G01B9/02098;G01B11/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種基于一體化相移反射鏡的剪切散斑干涉系統，由一體化相移反射鏡、相機、激光器、擴束鏡和被測物組成。一體化相移反射鏡包含相移鏡和剪切鏡，其中相移鏡通過相移器連接到一體化相移反射鏡基座上，由相移器驅動實現相移；剪切鏡通過剪切調節裝置連接到一體化相移反射鏡基座上，通過剪切調節裝置調節剪切鏡的姿態；剪切鏡為環形，包圍相移鏡，可以通過調整剪切調節裝置使剪切機與相移鏡共面，剪切鏡內輪廓略大于相移鏡外輪廓，使剪切鏡可以調整姿態。進行剪切散斑干涉測量時，激光器發射的激光經擴束鏡照射到被測物上，被測物反射的激光分別通過剪切鏡和相移鏡反射進入相機干涉成像。本系統具有激光利用率高、視場較大、受雜散光影響小等優點，特別適于大面積剪切散斑干涉檢測。

技術領域

本發明提出一種基于一體化相移剪切反射鏡的剪切散斑干涉系統，應用于剪切散斑干涉光路，屬于激光光學儀器光路結構領域。

背景技術

剪切散斑干涉法采用激光在粗糙屏幕上形成的散斑，采用剪切干涉裝置，將物光分為兩束，干涉成像，獲取被測物表面的變形信息。剪切散斑干涉法不需要參考光，對環境擾動不敏感，實用性強，是散斑檢測方法中工程應用的首選。但現有的剪切散斑干涉裝置也存在一些問題，對剪切散斑干涉法的使用造成一定的限制。

最常用的邁克爾遜剪切裝置利用分光棱鏡將物光分為兩束，一束經帶有相移器的平面鏡反射后進入CCD，另一路經帶有調節裝置的傾斜平面鏡反射后進入CCD，通過相移器移動平面鏡可以實現四步相移，通過調節傾斜平面鏡的角度可以實現剪切量和剪切方向的調節，使用方便。但分光導致激光利用率較低(50％)，同時分光棱鏡也限制了相機的視場角。由于邁克爾遜結構中分立元件較多，抗干擾性有一定下降。4f系統的應用可以解除邁克爾遜裝置對視場角的限制，但帶來激光利用率進一步降低、成像質量下降的代價。

基于渥拉斯頓棱鏡的剪切裝置由兩塊光軸相互垂直的直角棱鏡粘合而成，棱鏡材料為雙軸晶體，從而將垂直入射的光剪切成沿不同方向傳播的兩束光線。該剪切裝置結構簡單，光學效率高，但相移比較困難，不適合四步相移法。

基于光楔的剪切裝置利用光楔的偏轉作用實現分光，光路簡單，抗干擾能力強，但條紋空間頻率較高，對圖像采集系統的要求較高，且光楔的尺寸通常較小，因此其剪切量的調節范圍也較小。

雙孔型剪切裝置由一對平行平板和雙孔組成，分立器件較多，且需要保持兩塊平板的同步轉動，調節較為困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的缺點和局限性，提供一種基于一體化相移剪切反射鏡的剪切散斑干涉系統，解決現有剪切裝置不能兼顧高激光利用率、便于實現相移和調節剪切量、結構簡單抗干擾性強以及視場角較大等特性的問題，提高剪切裝置以及剪切散斑干涉系統性能。

本發明的技術方案是：一種基于一體化相移剪切反射鏡的剪切散斑干涉系統，包括：一體化相移剪切反射鏡、相機、激光器和擴束鏡；

激光器發射出激光的經過擴束鏡之后照亮所述被測物，經過所述被測物反射后得到物光；所述物光經過一體化相移剪切反射鏡反射后得到相移光和剪切光；所述相移光和所述剪切光進入所述相機干涉成像，實現剪切散斑干涉測量。

所述一體化相移剪切反射鏡為包括相移鏡、相移器、剪切鏡、剪切調節裝置和基座的反射鏡系統；相移鏡通過相移器與基座相連，剪切鏡通過剪切調節裝置與基座相連，剪切鏡環繞相移鏡。

所述物光經過相移鏡反射得到相移光，所述物光經過剪切鏡反射得到剪切光；所述相移光和所述剪切光進入所述相機干涉成像。

所述剪切鏡內輪廓大于相移鏡外輪廓，以保證剪切鏡能夠調節姿態.

所述相移器為壓電陶瓷。

所述剪切鏡內輪廓沿相機光軸到相機成像面的投影小于相機光闌最大時沿光軸到成像面的投影。

所述剪切調節裝置具有至少兩個調整軸。