基于分光棱镜的三窗口共光路干涉检测装置及检测方法

摘要

基于分光棱镜的三窗口共光路干涉检测装置及检测方法，属于干涉检测技术领域。它解决了现有干涉检测法测量精度低的问题。它采用光源、偏振片、准直扩束系统、三个λ/4波片、待测物体、矩形窗口、第一透镜、一维周期光栅、第二透镜、分光同步相移系统、图像传感器和计算机形成干涉检测装置，其中分光同步相移系统由消偏振分光棱镜和偏振片组组成，所述消偏振分光棱镜呈立方体结构；检测方法通过一次曝光采集获得待测物体的六幅干涉图，达到物体相位恢复的目的，它根据一维周期光栅引起的相移角θ，计算出待测物体的相位分布φ(x，y)，相位恢复算法简单。本发明适用于对待测物体的干涉检测。

主权项

一种基于分光棱镜的三窗口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)、三个λ/4波片(4)、待测物体(5)、矩形窗口(6)、第一透镜(7)、一维周期光栅(8)、第二透镜(9)、分光同步相移系统(10)、图像传感器(11)和计算机(12)，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经过三个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一维周期光栅(8)后入射至第二透镜(9)，经第二透镜(9)透射后的衍射光束入射至分光同步相移系统(10)，该分光同步相移系统(10)的出射光束由图像传感器(11)的光接收面接收，图像传感器(11)的图像信号输出端连接计算机(12)的图像信号输入端；以光轴的方向为z轴方向建立xyz坐标轴，所述矩形窗口(6)沿垂直于光轴的方向设置，并且沿x轴方向均分为三个小窗口；三个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，所述三个λ/4波片(4)沿x轴方向并行等间距排布，居于中间的λ/4波片(4)的中心线与准直扩束系统(3)的光轴重合；第一透镜(7)和第二透镜(9)的焦距相同；矩形窗口(6)位于第一透镜(7)的前焦面上；一维周期光栅(8)位于第一透镜(7)的后焦面上并且位于第二透镜(9)的前焦面上；图像传感器(11)位于第二透镜(9)的后焦面上；一维周期光栅(8)的周期d与矩形窗口(6)沿λ/4波片(4)排列方向的宽度D之间满足关系：d＝3λf/D，式中f为第一透镜(7)和第二透镜(9)的焦距；分光同步相移系统(10)由消偏振分光棱镜(10‑1)和偏振片组(10‑2)组成，所述消偏振分光棱镜(10‑1)呈立方体结构，该偏振片组(10‑2)由两片偏振片组成，分光同步相移系统(10)的入射光束为消偏振分光棱镜(10‑1)的入射光束，分光同步相移系统(10)的出射光束为偏振片组(10‑2)的出射光束，消偏振分光棱镜(10‑1)将入射光束分成两束光束，该两束光束分别从消偏振分光棱镜(10‑1)的分光面两侧出射，并分别对应于偏振片组(10‑2)中的一片偏振片，经两片偏振片偏振后出射，作为偏振片组(10‑2)的出射光束；消偏振分光棱镜(10‑1)的分光面与xz平面平行，消偏振分光棱镜(10‑1)的入射光束与所述分光面平行，消偏振分光棱镜(10‑1)的入射光束从分光面一侧的斜面入射；所述偏振片组(10‑2)为偏振方向分别成0°角和90°角的两片偏振片组成的2×1阵列。