[發明專利]一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202111568339.8
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114323580A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 朱學亮;王凱;田愛玲;劉丙才;王紅軍;朱亞輝;王思淇;張郁文
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明為一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置及測量方法，其克服了現有技術中存在的剪切方向單一、測量精度低的問題，本發明剪切方向任意、測量精度高、可應用于車間檢測。本發明包括依次設置的測試元件、分光元件、剪切單元、分光系統、定向偏振片陣列和CMOS相機，由偏振片雙折射晶體和四分之一波片復合而成的剪切單元與自動控制單元連接，自動控制單元與計算機連接，CMOS相機與自動控制單元和計算機連接，分光元件一側設置有激光光源。平行剪切偏振器由偏振片、雙折射晶體和四分之一波片復合而成，其中偏振片的透光軸方向與x軸的夾角為0°，雙折射晶體的光軸與x軸的夾角為45°，四分之一波片的快軸與x軸的夾角為45°。

技術領域：

本發明屬于光學測量技術領域，涉及一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置及測量方法。

背景技術：

非球面鏡可以校正光學系統中的各種像差、縮減系統中光學元件的個數以及提高系統成像的效果，被廣泛應用在各個領域中。非球面光學元件性能的優劣直接決定了整個系統的總體性能，因此對非球面鏡的面形檢測精度提出了更高的要求。傳統干涉法在測量非球面時，需要使用高精度的標準鏡才能對非球面完成測量，測量精度受到標準鏡精度的限制。剪切干涉儀的自參考方式避免了標準鏡的使用，從原理上解決了傳統非球面檢測中需要參考鏡和補償鏡的問題，其獨特的光路結構也使其具有良好的抗干擾防震的特點，可應用于復雜環境下的車間檢測。因此，剪切干涉法非常適用于非球面面形檢測。

傳統的剪切干涉儀，一般采用平行平板產生橫向剪切，只能產生一組一個方向的剪切波前，導致與該方向正交方向的相位偏差無法反映在干涉圖中，需要旋轉剪切器件才能獲得另一正交方向的相位信息，但剪切器件旋轉后再次測量需要進行復位，要對剪切量進行重新計算才能使用，調整和計算過程既費時又容易引入誤差。此外，現有干涉儀只能獲取正交方向的兩組波前數據，對其他方向的數據無法獲得，難以實現高空間分辨率的波前重建。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置及測量方法，其克服了現有技術中存在剪切方向單一不能獲得其他方向的數據、剪切器復位需要對剪切量重新計算，測量精度低的問題，本發明可以實現剪切方向任意獲取多方向數據、剪切量固定、測量精度高、性能穩定可在復雜環境下進行車間檢測。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置，其特征在于：包括依次設置的測試元件、補償元件、分光元件、剪切單元、分光系統、定向偏振片陣列和CMOS相機，剪切單元與自動控制單元連接，自動控制單元與計算機連接，CMOS相機與自動控制單元和計算機連接，分光元件一側設置有激光光源；剪切單元由偏振片、雙折射晶體和四分之一波片復合而成，其中偏振片的透光軸方向與x軸的夾角為0°，雙折射晶體的光軸與x軸的夾角為45°，四分之一波片的快軸與x軸的夾角為45°。

剪切單元的傳輸特性分為三個部分：

(1)激光器出射的光束經過起偏器起偏后，出射后光束的斯托克斯矢量表述為

其中，[S₀ S₁ S₂ S₃]^T表示激光器出射的光束的斯托克斯矢量，

表示起偏器的穆勒矩陣，

E_t表示從起偏器出射后的斯托克斯矢量。

起偏器的偏振方向與x方向的夾角θ選取45°，則出射光束歸一化后的斯托克斯矢量表述為:

(2)經雙折射晶體產生橫向位移，出射后的光束的斯托克斯矢量表述為

晶體的快軸與x方向的夾角θ為0°，出射光束表述為