[发明专利]基于正交双光栅的同步移相干涉检测装置及检测方法

摘要

基于正交双光栅的同步移相干涉检测装置及检测方法，属于光学移相干涉检测领域。它解决了现有同步相移方法对光能和CCD有效面积的利用率低的问题。它将双光栅分光技术和偏振调制技术相结合，将准直扩束后的线偏振平行光，通过第一偏振分光棱镜后分成偏振方向相互垂直的物光束和参考光束；待测物体和第一反射镜放置在第一偏振分光棱镜的反射方向上，第二反射镜放置在第一偏振分光棱镜的透射方向上，在使用操作中不需要改变光路，也不需要移动任何光学器件，通过一次曝光采集便可获得四幅干涉图样，以达到物体相位恢复的目的。本发明适用于光学表面、形变及厚度等测量。

主权项

一种基于正交双光栅的同步移相干涉检测装置，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)、一维周期幅度光栅(12)、一维周期相位光栅(13)、第二傅里叶透镜(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，一维周期幅度光栅(12)和一维周期相位光栅(13)组成双光栅，一维周期幅度光栅(12)和一维周期相位光栅(13)按照光栅线方向正交放置；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由一维周期幅度光栅(12)和一维周期相位光栅(13)组成的双光栅后入射至第二傅里叶透镜(14)，经第二傅里叶透镜(14)透射后的出射光束入射至四象限偏振片组(15)，该四象限偏振片组(15)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(14)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；一维周期幅度光栅(12)和一维周期相位光栅(13)组成的双光栅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(14)的前焦面上；图像传感器(16)位于第二傅里叶透镜(14)的后焦面上；一维周期幅度光栅(12)的周期d与矩形窗口(10)沿x轴方向的长度L之间满足关系：d＝2λf/L；一维周期相位光栅(13)的周期dphase与矩形窗口(10)沿y轴方向的宽度W之间满足 关系：dphase≤2λf/W。