[发明专利]一种空间相移器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学仪器，具体涉及一种空间相移器。

背景技术

电子散斑干涉技术(ESPI)是以激光散斑作为被测物场变化信息的载体，利用被测物体在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测双光束波前后之间的相位变化。一束激光被透镜扩展并投射到被检测物体的表面上，反射光与从激光器直接投射到摄像机的参考光光束发生干涉，在被照射的表面产生散斑场及一系列散斑图像。当物体运动时，这些散斑会随之发生变化，这些变化表征出被测物体表面的位移场变化或形变信息。使用CCD(电荷耦合器件)摄像机得到视频信号，由计算机软件处理分析后在监视器上显示出表征物场变化的散斑干涉条纹图，通过数值计算将这些条纹解析为人们所熟知的物理量。

传统的干涉测量方法是直接判读一幅干涉图中的条纹序号N(x，y)由此获得被测波面的相位信息由于干涉的各种噪音、探测和判读的灵敏度及其不一致性等因素的影响，所得被测波面的面形并不理想。1960年Carré提出相移的思想，Bruning等人实现了相移技术。相移技术能较准确的求得相位信息，得到被测波面的理想面形，因而得到了迅速的发展。相移的工作原理如下：

干涉光场中任一点的合成光强为：

x＝0，1，…，X-1；y＝0，1，…，Y-1(2-1)

其中，(x，y)--图像中的像素位置，I(x，y)--干涉条纹强度，a(x，y)--背景光强，b(x，y)/a(x，y)--对比度或调制度，--要提取的位相。

一般来说，I(x，y)已知，但a(x，y)、b(x，y)和均未知，所以至少需要三幅干涉图才能确定于是将式(2-1)变成如下：

Δα(k)是引入的两支干涉光路中的可变位相，k＝0，1，…，K-1。

当k＝3时，就是四步相移，取等步长(π/2)：Δα₀＝0，Δα₁＝π/2，Δα₂＝π，Δα₃＝3π/2将这些量代入(2-2)式，联立求解可得：

相移的方法通常分为时间相移[k＝K(时间)]和空间相移[k＝K(空间)]两种，其中，时间相移是通过在时间时序中采集几幅图来计算相位；空间相移是在同一时刻采集一幅图，该图中包含不同的空间相位信息，用一幅图就可计算相位。实现空间相移的关键环节是空间分光和空间相移，现有的空间相移技术是基于光栅分光和偏振干涉的单CCD成像空间相移系统，其中光栅的作用在于分光，这些分光束经过设在光栅背面的偏振片组进行相移，从而得到几束已知相位差的光，并由CCD记录干涉图像，再通过计算机处理得出被测相位，从而反映被测物体的变形情况。但是上述的现有空间相移技术存在以下的不足：

1、包含的光学元件多，结构复杂。

2、由光栅分出的光的强度不均匀，易造成测量误差。

3、偏振片之间的缝隙会漏光，影响检测结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单且测量精度高的空间相移器。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种空间相移器，包括基板以及设在基板上的多个相移单元，每个相移单元包括n个厚度不等的相移台阶，所述n为大于等于3的自然数；将所述n个相移台阶按厚度从大到小排列，相邻两相移台阶的高度差为λ/n，其中λ为光波波长；所述每个相移单元中不同厚度的相移台阶之间的位置关系均相同；所述每个相移单元与CCD镜头光板上的一个像素相对应。

本发明所述的空间相移器，其中，所述n优选3、4或5。即优选采用常用的三步相移、四步相移和五步相移来实现相位变化。

本发明的空间相移器的一个具体方案，其中，所述的n为3，这3个相移台阶按厚度从大到小排列分别为第一相移台阶、第二相移台阶和第三相移台阶，相邻两相移台阶的高度差为λ/3。特别地，所述3个相移台阶的位置关系是：第一相移台阶、第二相移台阶和第三相移台阶在纵向依次排列；这3个相移台阶的位置关系也可是：第一相移台阶、第三相移台阶和第二相移台阶在纵向依次排列。