[发明专利]基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，它包括光源(1)，其特征在于：它还包括偏振片(2)、准直扩束系统(3)、两个λ/4波片(4)、待测物体(5)、矩形窗口(6)、第一透镜(7)、一维周期幅度光栅(8)、一维周期相位光栅(9)、第二透镜(10)、四象限偏振片组(11)、图像传感器(12)和计算机(13)，其中λ为光源(1)发射光束的光波长，

一维周期幅度光栅(8)和一维周期相位光栅(9)组成双光栅，一维周期幅度光栅(8)和一维周期相位光栅(9)按光栅线方向正交放置；

光源(1)发射的光束经偏振片(2)入射至准直扩束系统(3)的光接收面，经该准直扩束系统(3)准直扩束后的出射光束经过两个λ/4波片(4)、待测物体(5)及矩形窗口(6)后入射至第一透镜(7)，经第一透镜(7)汇聚后的出射光束通过由一维周期幅度光栅(8)和一维周期相位光栅(9)组成的双光栅后入射至第二透镜(10)，经第二透镜(10)透射后的衍射光束入射至四象限偏振片组(11)，该四象限偏振片组(11)的出射光束由图像传感器(12)的光接收面接收，图像传感器(12)的图像信号输出端连接计算机(13)的图像信号输入端；

以光轴的方向为z轴方向建立xyz三维直角坐标系，所述矩形窗口(6)沿垂直于光轴的方向设置，并且沿x轴方向均分为两个小窗口；

两个λ/4波片(4)均与矩形窗口(6)平行设置、且位于同一个平面内，所述两个λ/4波片(4)沿x轴方向并行等间距排布；

第一透镜(7)和第二透镜(10)的焦距都为f；

矩形窗口(6)位于第一透镜(7)的前焦面上；所述由一维周期幅度光栅(8)和一维周期相位光栅(9)组成的双光栅位于第一透镜(7)的后焦面上并且位于第二透镜(10)的前焦面上；

图像传感器(12)位于第二透镜(10)的后焦面上；

一维周期幅度光栅(8)的周期d与矩形窗口(6)沿x轴方向的长度L之间满足关系：d＝2λf/L；

一维周期相位光栅(9)的周期d_phase与矩形窗口(6)沿y轴方向的宽度W之间满足关系：d_phase≤2λf/W。

2.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：待测物体(5)放置在矩形窗口(6)内、矩形窗口(6)的光束入射侧或矩形窗口(6)的光束出射侧，待测物体(5)沿x轴方向的长度小于或等于L/2，待测物体(5)位于其中一个λ/4波片(4)的正后方。

3.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：一维周期幅度光栅(8)为二值一维周期幅度光栅、正弦一维周期幅度光栅或余弦一维周期幅度光栅。

4.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：一维周期相位光栅(9)为相位为0和π的二值光栅。

5.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：四象限偏振片组(11)为偏振方向依次逆时针旋转45°角的四片偏振片组成的2×2阵列。

6.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：偏振片(2)的透光轴与x轴呈45°角。

7.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：两个λ/4波片(4)中一个λ/4波片(4)快轴沿x轴方向放置，另一个λ/4波片(4)快轴沿y轴方向放置。

8.根据权利要求1所述的基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置，其特征在于：所述矩形窗口(6)为L×W＝6.33mm×3.16mm的窗口。

9.一种基于权利要求1所述基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置的干涉检测方法，其特征在于：它的实现过程如下：

打开光源(1)，使光源(1)发射的光束经偏振片(2)和准直扩束系统(3)准直扩束后形成平行偏振光束，该平行偏振光束通过两个λ/4波片(4)、待测物体(5)和矩形窗口(6)后，再依次经过第一透镜(7)、由一维周期幅度光栅(8)和一维周期相位光栅(9)组成的双光栅、第二透镜(10)和四象限偏振片组(11)后，在图像传感器(12)平面上产生干涉图样，将计算机(13)采集获得的干涉图样根据矩形窗口(6)的小窗口的尺寸分割获得待测物体(5)的四幅干涉图样，该四幅干涉图样以右上角图像为第一幅干涉图样，并按照逆时针方向排布为第一至第四幅干涉图样，强度分布顺次为I₁、I₂、I₃和I₄，并按公式

获取待测物体(5)的相位分布