[发明专利]基于分光同步移相的干涉检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于分光同步移相的干涉检测装置及检测方法，属于光学干涉检测领域。

背景技术

光学移相干涉测量是一种非接触、高精度的全场测量方法，被广泛的应用于光学表面、形变及厚度等测量领域，但传统的移相技术由于需要在不同时间采集多幅移相干涉图，不适合测量运动物体或动态过程。同步相移可在同一时间得到多幅相移干涉图，克服了传统时间相移干涉技术的缺点，可实现运动物体或动态过程的实时测量，近年来受到国内外学者的广泛关注。

墨西哥学者G.Rodriguez-Zurita等提出利用一维光栅和偏振调制方法相结合实现同步相移（G.Rodriguez-Zurita,C.Meneses-Fabian,N.I.Toto-Arellano,J.F.Vázquez-Castillo,C.Robledo-Sánchez.One-shot phase-shifting phase-grating interferometry with modulation of polarization:case of four interferograms.Opt.Express,2008,16(11)：7806-7817）。该方法利用光栅产生的0、±1和±2衍射光，结合偏振调制通过一次曝光获得四幅相移干涉图。该方法调整方便，成本低，且可实现实时测量，但是因为利用多级衍射光到达CCD干涉，造成CCD有效面积利用率低，同时因为衍射级次光强的不同，使获得四幅干涉图对比度不同，进而增加数据处理的复杂性并影响测量精度。

西安光机所的姚保利等提出利用分光棱镜和偏振调制方法相结合实现同步相移（P.Gao,B.L.Yao,J.W.Min,R.L.Guo,J.J.Zheng,T.Ye.Parallel two-step phase-shifting microscopic interferometry based on a cube beamsplitter.Optics Communications.2011,284:4136-4140）。该方法利用分光棱镜将正交偏振的物光和参考光分束，结合偏振调制通过一次曝光获得两幅相移干涉图。该方法结构简单，光能利用率高，但方法一次曝光只能获得两幅干涉图样，同时因为正交偏振的物光和参考光在分光棱镜中间反射层反射时，物光或参考光其中一个会发生半波损失，且透射光与反射光强度不同，进而在两幅干涉图中引入附加相位差，并使两幅干涉图样对比度不同，进而增加数据处理的复杂性并影响测量精度。

发明内容

本发明目的是为了解决现有光学相移干涉检测方法操作复杂困难、测量精度低的问题，提供了一种基于分光同步移相的干涉检测装置及检测方法。

本发明所述基于分光同步移相的干涉检测装置，它包括光源，它还包括偏振片、准直扩束系统、第一偏振分光棱镜、待测物体、第一反射镜、第二反射镜、第二偏振分光棱镜、λ/4波片、矩形窗口、第一傅里叶透镜、一维周期光栅、第二傅里叶透镜、消偏振分光棱镜、四象限偏振片组、图像传感器和计算机，其中λ为光源发射光束的光波长，

光源发射的光束经偏振片入射至准直扩束系统的光接收面，经该准直扩束系统准直扩束后的出射光束入射至第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的反射光束经待测物体后入射至第一反射镜，第一反射镜的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜；第一偏振分光棱镜的透射光束经第二反射镜反射后作为参考光束入射至第二偏振分光棱镜；

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

以第一傅里叶透镜光轴的方向为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；

第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜的焦距均为f；

矩形窗口位于第一傅里叶透镜的前焦面上；一维周期光栅位于第一傅里叶透镜的后焦面上并且位于第二傅里叶透镜的前焦面上；

图像传感器位于第二傅里叶透镜的后焦面上；

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

消偏振分光棱镜按照其分光面与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。