[发明专利]用于同步移相干涉仪的空间移相器

说明书

技术领域

本发明涉及光学干涉测量领域，是一种用于同步移相干涉仪的空间移相器，特别是一种用单个图像传感器同时接收多幅移相干涉图像的空间移相器。

背景技术

移相干涉仪利用移相技术来辅助提取相位信息，可以获得高的测量精度且在整个测量区域上实现等精度测量。常见的移相干涉仪是采用压电陶瓷驱动标准镜移动或者改变激光波长等措施来实现移相的，多幅移相干涉图像在不同时间内采集得到，称之为时域移相干涉仪。时域移相干涉仪由于干涉图像采集时间的变化使其对使用环境的要求非常苛刻，其中振动的影响尤为突出。振动将导致干涉图像产生抖动、扭曲、模糊，使得干涉仪在移相过程中采集图像时引入随机相位误差，影响测量精度甚至使测量无法进行。同时，时域移相干涉仪的移相干涉图像是在不同时间内产生的，故它只适合于静态波面或者准静态波面测量，无法实现动态波面的实时测量。上述问题可以采用同步移相干涉仪来解决，同步移相干涉仪瞬间获得多幅移相干涉图像，故可以实现静态波面的抗振动测量和动态波面的实时测量。

在同步移相干涉仪中，测量光束与参考光束的偏振方向相互垂直。测量光束与参考光束合束后进入空间移相器，空间移相器将测量光束、参考光束进行分光以形成多个子光束组，每个子光束组中包含测量子光束和参考子光束，同时不同子光束组中的测量子光束、参考子光束具有不同的相位差，进而形成多幅具有不同移相量的干涉图像。空间移相器是同步移相干涉仪的一个核心部件，它直接影响同步移相干涉仪的性能特征。

在先技术[1](参见Chris L.Koliopoulos.Simultaneous phase shift interferometer.Proc.SPIE，Vol.1531，119～127，1991)中描述了一种空间移相器，该空间移相器主要由一块二分之一波片、一个分束棱镜、一块四分之一波片、两个偏振分束棱镜和四个图像传感器所组成。偏振方向相互垂直的测量光束与参考光束合束并经过半波片后由分束棱镜进行第一次分光，分光产生的透射子光束、反射子光束均包含测量子光束与参考子光束，透射子光束被一个偏振分束棱镜进行第二次分光，反射子光束经过四分之一波片后由另一个偏振分束棱镜进行第二次分光。两次分光后产生的四组子光束形成四幅依次移相90°的干涉图像。

在先技术[2](参见Arjan J.P.van Haasteren，Hans J.Frankena.Real-timedisplacement measurement using a multicamera phase-stepping speckle interferometer.Applied Optics，Vol.33，No.19，4137～4142，1994)中描述了一种空间移相器，该空间移相器主要由一个分束棱镜、两块四分之一波片、一个单输出检偏器、一个双输出检偏器和三个图像传感器所组成。偏振方向相互垂直的测量光束与参考光束合束并经过分束棱镜进行分光，其透射子光束、反射子光束均包含测量子光束与参考子光束。反射子光束经过四分之一波片后进入单输出检偏器，形成一幅移相量为90°的干涉图像，该干涉图由一个图像传感器所接收。透射子光束经过四分之一波片后进入双输出检偏器，双输出检偏器进行偏振分光产生移相量为0°和180°的两幅干涉图像，分别由两个图像传感器所接收。该空间移相器在三个图像传感器上共形成了三幅移相量分别为0°、90°和180°的干涉图像。

在先技术[3](参见Piotr Szwaykowski，Raymond J Castonguay，Frederick NBushroe.Simultaneous phase shifting module for use in interferometry.US Patent，No.20060146340)中描述了一种空间移相器，该空间移相器主要由一个复合分束棱镜、三块四分之一波片、三块检偏器和三个图像传感器所组成。偏振方向相互垂直的参考光束与测量光束合束后进入该空间移相器，复合分束棱镜进行两次分光后将其分为三个子光束组，各个包含测量子光束、参考子光束的子光束组分别经过四分之一波片、检偏器后在图像传感器上形成干涉图，利用三个检偏器方位角度的不同使三幅干涉图像的移相量分别为0°、90°和180°。

上述在先技术主要有下列几个缺点：