[发明专利]基于分光同步移相的干涉检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于分光同步移相的干涉检测装置，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）、第一偏振分光棱镜（4）、待测物体（5）、第一反射镜（6）、第二反射镜（7）、第二偏振分光棱镜（8）、λ/4波片（9）、矩形窗口（10）、第一傅里叶透镜（11）、一维周期光栅（12）、第二傅里叶透镜（13）、消偏振分光棱镜（14）、四象限偏振片组（15）、图像传感器（16）和计算机（17），其中λ为光源（1）发射光束的光波长，

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入射至第一偏振分光棱镜（4），第一偏振分光棱镜（4）的反射光束经待测物体（5）后入射至第一反射镜（6），第一反射镜（6）的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜（8）；第一偏振分光棱镜（4）的透射光束经第二反射镜（7）反射后作为参考光束入射至第二偏振分光棱镜（8）；

汇合于第二偏振分光棱镜（8）的物光束和参考光束经过λ/4波片（9）和矩形窗口（10）后入射至第一傅里叶透镜（11），经第一傅里叶透镜（11）汇聚后的出射光束通过一维周期光栅（12）后入射至第二傅里叶透镜（13），透射产生0和±1级衍射光，该衍射光经过消偏振分光棱镜（14）和四象限偏振片组（15）后的出射光束由图像传感器（16）的光接收面接收，图像传感器（16）的图像信号输出端连接计算机（17）的图像信号输入端；

以第一傅里叶透镜（11）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（10）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；

第一傅里叶透镜（11）和第二傅里叶透镜（13）的焦距均为f；

矩形窗口（10）位于第一傅里叶透镜（11）的前焦面上；一维周期光栅（12）位于第一傅里叶透镜（11）的后焦面上并且位于第二傅里叶透镜（13）的前焦面上；

图像传感器（16）位于第二傅里叶透镜（13）的后焦面上；

一维周期光栅（12）的周期d与矩形窗口（10）沿x轴方向的长度D之间满足关系：d=2λf/D。

2.根据权利要求1所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：消偏振分光棱镜（14）按照其分光面与x轴和z轴构成的平面平行的方式放置，入射光从与其分光面成45°或-45°角的斜面入射。

3.根据权利要求1或2所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：一维周期光栅（12）为二值一维周期光栅或正弦一维周期光栅或余弦一维周期光栅。

4.根据权利要求1或2所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：四象限偏振片组（15）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，该四片偏振片沿逆时针方向排布。

5.根据权利要求1或2所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：偏振片（2）的透光轴与x轴呈45°角。

6.根据权利要求1或2所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：所述λ/4波片（9）快轴沿与x轴呈45°角的方向放置。

7.根据权利要求1或2所述的基于分光同步移相的干涉检测装置，其特征在于：所述矩形窗口（10）为D×(D/2)=6.33mm×3.16mm的窗口。

8.一种基于权利要求1所述基于分光同步移相的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）的准直扩束后形成线偏振光，该线偏振光通过第一偏振分光棱镜（4）后分成物光束和参考光束；汇合于第二偏振分光棱镜（8）的物光束和参考光束通过λ/4波片（9）和矩形窗口（10）后，再依次经过第一傅里叶透镜（11）、一维周期光栅（12）、第二傅里叶透镜（13）、消偏振分光棱镜（14）和四象限偏振片组（15）后，在图像传感器（16）平面上产生干涉图样，计算机（17）将采集获得的干涉图样依据矩形窗口（10）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，将第三幅干涉图样和第四幅干涉图样进行镜像翻转后，四幅干涉图样按顺序的强度分布顺次为I1、I2、I3和I4，根据四幅干涉图样的强度分布计算获得待测物体（5）的相位分布