[发明专利]基于分光同步相移的共光路干涉检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于分光同步相移的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)、两个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两个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轴方向均分为两个小窗口；

两个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，所述两个λ/4波片(4)沿x轴方向并行等间距排布；

第一透镜(7)和第二透镜(9)的焦距都为f；

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x轴方向的宽度D之间满足关系：d＝2λf/D。

2.根据权利要求1所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：分光同步相移系统(10)由消偏振分光棱镜(10-1)和四象限偏振片组(10-2)组成，所述消偏振分光棱镜(10-1)呈立方体结构，所述四象限偏振片组(10-2)由四片偏振片组成，

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)的出射光束为四象限偏振片组(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，分别为反射光束和透射光束，反射光束对应于四象限偏振片组(10-2)中的两片偏振片，透射光束对应于四象限偏振片组(10-2)中的两片偏振片，经四片偏振片偏振后出射，作为四象限偏振片组(10-2)的出射光束；

消偏振分光棱镜(10-1)的分光面与xoz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；所述四象限偏振片组(10-2)为偏振方向依次逆时针旋转45°角的四片偏振片组成的2×2阵列。

3.根据权利要求1或2所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：

待测物体(5)放置在矩形窗口(6)内、矩形窗口(6)的光束入射侧或矩形窗口(6)的光束出射侧，待测物体(5)沿x轴方向的长度小于或等于D/2，待测物体(5)位于其中一个λ/4波片(4)的正后方。

4.根据权利要求1或2所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：一维周期光栅(8)为二值一维周期光栅、正弦一维周期光栅或余弦一维周期光栅。

5.根据权利要求1或2所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：偏振片(2)的透光轴与x轴呈45°角。

6.根据权利要求1或2所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：两个λ/4波片(4)中一个λ/4波片(4)快轴沿x轴方向放置，另一个λ/4波片(4)快轴沿y轴方向放置。

7.根据权利要求1或2所述的基于分光同步相移的共光路干涉检测装置，其特征在于：所述矩形窗口(6)为D×(D/2)＝6.33mm×3.16mm的窗口。

8.一种基于权利要求1所述基于分光同步相移的共光路干涉检测装置的干涉检测方法，其特征在于：它的实现过程如下：

打开光源(1)，使光源(1)发射的光束经偏振片(2)和准直扩束系统(3)准直扩束后形成平行偏振光束，该平行偏振光束通过两个λ/4波片(4)、待测物体(5)和矩形窗口(6)后，再依次经过第一透镜(7)、一维周期光栅(8)和第二透镜(9)产生0级和±1级衍射光束，该衍射光束入射至分光同步相移系统(10)后，在图像传感器(11)平面上产生干涉，将计算机(12)采集获得的干涉图样根据矩形窗口(6)的小窗口的尺寸分割获得待测物体(5)的四幅干涉图样，该四幅干涉图样以右上角图像为第一幅干涉图样，并按照逆时针方向排布为第一至第四幅干涉图样，将第三和第四幅干涉图样进行镜像翻转后的四幅干涉图样的强度顺次为I₁、I₂、I₃和I₄，并按公式

获取待测物体(5)的相位分布