[发明专利]一种反射式点衍射离轴同步移相干涉检测装置与检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学干涉检测领域，特别涉及一种反射式点衍射离轴同步移相的干涉检测装置及其专用的检测方法。

背景技术

光学移相干涉测量是一种非接触、高精度的全场测量方法，被广泛的应用于光学表面、形变及厚度等测量领域。常用的干涉方法有离轴干涉法、时间共轴干涉法及空间共轴干涉法等。离轴干涉法通过在物光和参考光之间引入倾角，使干涉图产生载波，从而将恢复相位所需的项与干扰项分离。但是，载波的引入使得CCD的带宽不能被充分利用。时间和空间共轴干涉法不需要引入载波，而是直接记录物体的相位变化产生的干涉图，因此CCD的带宽利用率高，但该方法需要记录多幅（通常大于等于三幅）干涉图来消除干扰项，如时间共轴干涉法在不同时间记录多幅图像，能够充分利用CCD的有效视场，但降低了测量的实时性；空间共轴干涉法在一个CCD上同时记录多幅图像，虽然提高了测量的实时性，但降低了CCD视场利用率。

西安光机所的姚保利等提出一种兼顾测量实时性、CCD带宽利用率和CCD视场利用率的干涉方法，利用平行双光栅和和偏振调制方法相结合构建同步相移干涉显微装置（P.Gao,B.L.Yao,I.Harder,J.Min,R.Guo,J.Zheng,T.Ye.Parallel two-step phase-shifting digital holograph microscopy based on a grating pair.J.Opt.Soc.Am.A2011,28(3):434-440）。该方法利用平行双光栅将正交偏振的物光和参考光分束，结合偏振调制通过一次曝光同时获得两幅载波相移干涉图，并通过两幅图相减消去了直流分量。该方法降低了离轴结构对CCD带宽的要求，而且相对于时间共轴结构提高了测量实时性，相对空间共轴结构提高了CCD视场利用率。但是该装置采用分离光路结构，抗干扰能力有待于进一步提高。

相对于分离光路结构，共光路结构有非常好的抗干扰能力，点衍射式干涉方法就是其中一种。西安光机所的郭荣礼等提出了一种反射式点衍射显微干涉仪（R.Guo,B.Yao,P.Gao,J.Min,J.Zheng,T.Ye.Reflective Point-diffraction microscopic interferometer with long term stability.COL2011,9(12):120002.），在一个标准4f光学系统中引入非偏振分光棱镜产生两束光，通过对其中一束光使用反射式针孔滤波，从而形成参考光，另一束光被反射镜反射后与参考光一起共路传播。该方法具有非常好的抗干扰能力，但是存在时间相移共轴方法的不足，而且需要执行机构移动偏振片实现移相，增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供一种更高的稳定性、相位恢复算法更简单、计算效率更高的反射式点衍射离轴同步移相的干涉检测装置。本发明方法还在于提供一种反射式点衍射载波同步移相干涉检测装置专用的检测方法。

本发明的目的是这样实现的：

反射式点衍射离轴同步移相干涉检测装置，包括光源、准直扩束系统、第一偏振片、四分之一波片、第一透镜、非偏振分光棱镜、第二偏振片、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第二透镜，偏振分光棱镜、图像传感器；光源发射的光束经准直扩束系统后依次通过第一偏振片四分之一波片和待测物体，经第一透镜后聚焦的光束被非偏振分光棱镜分成反射的物光和透射的参考光；物光经过第二偏振片滤波后照射在第一平面反射镜上，参考光照射在第二平面反射镜上；经过反射的物光和参考光经非偏振分光棱镜汇合成一束后依次通过第二透镜和分光面与入射光束呈0°角的偏振分光棱镜后在偏振分光棱镜的分光面两侧形成两幅干涉图，同时被图像传感器采集到计算机中。

第一平面反射镜位于第一透镜的焦平面上，所述的第二平面反射镜位于第二透镜的焦平面上。

第一偏振片和四分之一波片以按照产生圆偏振光的方式放置，即第一偏振片的偏振方向和四分之一波片轴方向夹角为45°。

第二平面反射镜的反射面大小与系统输入孔径在傅里叶平面产生的艾里斑大小一致。

第二平面反射镜的反射面大小与照射在镜面上的光斑的大小一致。

第一平面反射镜可以进行与水平方向偏转角为θ的转动。

待测物体和第一透镜之间还可以依次放置显微物镜和校正物镜。

反射式点衍射载波同步移相干涉检测方法，包括如下步骤：