專利名稱：基于三窗口的共光路干涉檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)干涉檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于三窗口的共光路干涉檢測方法與裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)檢測方法因其非接觸、靈敏度高等特點(diǎn)，成為計量檢測領(lǐng)域的主要方法。而光學(xué)干涉測量因其靈敏度可達(dá)到百萬分之一波長量級，在精密及超精密光學(xué)檢測領(lǐng)域備受關(guān)注。目前的光學(xué)干涉檢測方法有泰曼-格林干涉法、馬赫-曾德干涉法以及剪切干涉法等。 其中，泰曼-格林干涉法、馬赫-曾德干涉法等采用分離光路干涉，即參考光束和測量光束通過不同路徑進(jìn)行干涉，易受外界振動、溫度起伏等影響；剪切干涉法等采用共光路干涉， 即參考光束與測量光束通過共同路徑后干涉，其對外界振動、溫度起伏等不敏感，具有一定抗干擾能力，但剪切干涉法同時實現(xiàn)剪切量和相移量調(diào)控比較困難，調(diào)控精度較低，且光學(xué)元件需要機(jī)械移動，進(jìn)而引起光學(xué)系統(tǒng)的振動，形成噪聲。為了解決這些困難，國內(nèi)外學(xué)者作了諸多有益嘗試。墨西哥學(xué)者Victor Arriz6n等提出基于4f系統(tǒng)和光柵濾波的共光路干涉 法(V.Arrizon, D. Sanchez-de-Ia-Llave.Common-path interferometry with one-dimensional periodic filters. Optics Letters, 2004, 29 (2), 141-143)。該方法在輸入端使用兩個窗，一個放置被測物體，另一個作為參考，通過調(diào)整光柵周期、透鏡焦距等參數(shù)，能夠在輸出端得到物體的干涉圖樣，并通過軸向或橫向移動光柵獲得不同相移的干涉圖，進(jìn)而應(yīng)用相移法就能恢復(fù)被測物體相位，具有原理簡單、調(diào)控精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法仍需移動光柵。專利CN101451890B “一種三光波橫向剪切干涉裝置及提取差分相位的方法”利用彼此橫向錯開的三束拷貝光產(chǎn)生橫向剪切干涉，具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)控精度高、動態(tài)調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法需通過八步移相法獲取八幅剪切干涉圖，檢測工作量大，且相位恢復(fù)算法復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，研究提供一種基于三窗口的共光路干涉檢測方法，通過采用三窗口輸入，結(jié)合4f光學(xué)系統(tǒng)和空間周期光柵的共光路干涉檢測技術(shù)，達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力、降低相位恢復(fù)復(fù)雜度的目的，且還提供了一種滿足和適用于上述方法的基于三窗口的共光路干涉檢測裝置，使該方法得以實施。上述目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)一種基于三窗口的共光路干涉檢測方法，該方法包括以下步驟①、準(zhǔn)直擴(kuò)束后的平行光通過待測物體和矩形窗口構(gòu)成的三窗口后，再依次經(jīng)過第一透鏡、一維周期光柵和第二透鏡后，射向圖像傳感器，由圖像傳感器及與圖像傳感器相連的計算機(jī)采集獲得一幅干涉圖樣；
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②、根據(jù)所采集的干涉圖樣，依據(jù)三窗口尺寸分割干涉圖樣獲得三幅干涉圖樣，強(qiáng)度分布分別為I-D/3、I0和ID/3，去除直流分量之后，由以下公式計算
權(quán)利要求
1.一種基于三窗口的共光路干涉檢測方法，其特征在于①、平行光通過待測物體和矩形窗口構(gòu)成的三窗口后，再依次經(jīng)過第一透鏡、一維周期光柵和第二透鏡后，射向圖像傳感器，由圖像傳感器及與圖像傳感器相連的計算機(jī)采集獲得一幅干涉圖樣；②、根據(jù)所采集的干涉圖樣，依據(jù)三窗口尺寸分割干涉圖樣獲得三幅干涉圖樣強(qiáng)度分布分別為I-D3、I0和ID/3，去除直流分量之后，由以下公式計算
2.一種基于三窗口的共光路干涉檢測裝置，包括光源(8)、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(9)，其特征在于在光源(8)和準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(9)的光線發(fā)射方向上依次配置待測物體(1)、矩形窗口 O)、第一透鏡(3)、一維周期光柵0)、第二透鏡( 和圖像傳感器(6)，圖像傳感器(6)與計算機(jī)(7)相連；矩形窗口( 沿χ軸方向分成均勻的三部分構(gòu)成三個窗口，待測物體(1) 放置在矩形窗口( 中心窗口之前或之內(nèi)、或之后，且所述的矩形窗口( 位于第一透鏡 (3)的前焦面上，一維周期光柵(4)位于第一透鏡(3)的后焦面和第二透鏡(5)的前焦面上，圖像傳感器(6)位于第二透鏡( 的后焦面上；一維周期光柵(4)的周期d與矩形窗口 (2)x方向的寬度D之間滿足關(guān)系d = 3Xf/D，其中λ為光波長，f為第一透鏡(3)和第二透鏡(5)的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三窗口的共光路干涉檢測裝置，其特征在于一維周期光柵(4)為二值一維周期光柵或正弦一維周期光柵或余弦一維周期光柵。
全文摘要
基于三窗口的共光路干涉檢測方法與裝置屬于光學(xué)干涉檢測領(lǐng)域；該方法與裝置將平行光通過待測物體和矩形窗口構(gòu)成的三窗口后，再依次經(jīng)過第一透鏡、一維周期光柵和第二透鏡后，射向圖像傳感器，經(jīng)由圖像傳感器及與圖像傳感器相連的計算機(jī)采集獲得一幅含有三個圖樣的干涉圖，強(qiáng)度分布分別為I-D/3、I0和ID/3，代入公式計算待測物體的相位分布；本方法與裝置具有穩(wěn)定性好、系統(tǒng)復(fù)雜度低、相位恢復(fù)算法簡單的特點(diǎn)。
文檔編號G01J9/02GK102538986SQ20121002276
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者單明廣, 郝本功, 鐘志 申請人:哈爾濱工程大學(xué)