[发明专利]条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪

说明书

本发明公开了一种条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪，包括短相干激光器、可调中性滤波片、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第一角反射镜、第二四分之一波片、第二角反射镜、显微物镜、光纤、衍射模板、被测件、第三四分之一波片、成像透镜、微偏振片阵列和感光元件。本发明实现一次曝光即可获得一次曝光即可获得四幅相移图像，可达到实时检测的效果；光路中简化了产生相移的装置；由于产生相移的微偏振片阵列直接集成到感光元件上，抗振要求降低；干涉条纹对比度可调，适用于不同反射率的球面检测。

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体是一种基于微偏振片阵列的条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪。

背景技术

微偏振片阵列是一种用于测量光线经过不同透过方向的偏振片后各个偏振方向的光强的器件，通常与图像传感器(例如数码相机)搭配使用从而获得包含由该微偏振片阵列测得的各偏振分量的图像，并可以进行实施相移分析。目前微偏振片阵列的制备方法主要有基于聚乙烯醇薄膜刻蚀、基于光控取向的液晶材料以及基于金属纳米光栅几种。

随着微电子、航天航空等高科技前沿领域对于光学球面面形精度的要求不断提高，同时也对球面检测精度提出了很高的要求。虽然Twyman-Green型、Fizeau型球面干涉检测系统以及绝对检测法等传统球面干涉检测技术仍是目前应用最广的检测手段，但其精度都受到了参考标准镜面形精度的限制，因而难以满足高精度球面检测的需求。

点衍射干涉仪检测技术的基本思想是利用点衍射原理来获得理想球面波，并将衍射波前的一部分作为参考波前，另一部分作为检测波前，通过测量检测波前与参考波前的相位差，得到被测件的面形误差。利用点衍射原理获得理想球面波前，避免了传统干涉检测系统中由于标准镜面形误差对于系统检测精度的限制，因而可以达到衍射极限性能的分辨率，并使得检测精度具有较好的再现性。

在点衍射干涉中，要测量检测波前与参考波前的相位差，采用相移的方法，通过采集多帧相移图像计算得到。目前的点衍射干涉技术中，通过压电陶瓷改变物光或参考光的光程实现相移，这种技术需要在不同光程时刻分别记录干涉图像，因此只能应用于静态和准静态测量，对抗振要求较高。

发明内容

为了解决现有方法中存在的问题，本发明提出了基于微偏振片阵列实现一次曝光即可获得多幅相移图像的点衍射干涉仪，解决了传统点衍射干涉仪需要多次曝光才能获得多幅相移图像的问题，同时简化了以往点衍射干涉仪中用来产生相移量的装置，可实现实时检测，降低了抗振要求。另外本发明的点衍射干涉仪条纹对比度可调节，从而实现对待测球面，尤其是低反射率球面的高精度测量。

本发明的技术解决方案是：

一种条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪，包括短相干激光器、沿该短相干激光器出射光束光路上依次放置的可调中性滤波片、二分之一波片和偏振分光棱镜，沿该偏振分光棱镜的透射光路上依次设置有第一四分之一波片和第一角反射镜，沿该偏振分光棱镜的反射光束光路上依次设置有第二四分之一波片和第二角反射镜，其特点在于，所述的偏振分光棱镜的第四方设置有显微物镜，使分别由第一角反射镜和第二角反射镜反射的光束经偏振分光棱镜汇聚在所述的显微物镜上，该显微物镜通过光纤与衍射模板相连，沿该衍射模板一部分衍射光束光路上设置有被测件，沿该衍射模板另一部分衍射光束光路上依次设置有第三四分之一波片、成像透镜、偏振片阵列和感光元件；由所述的衍射模板衍射的一部分衍射光到达被测件后被反射，由该被测件反射的光到达衍射模板后再次被反射，该被衍射模板反射的光，经依次第三四分之一波片、成像透镜和微偏振片阵列后被感光元件接收；由衍射模板的衍射的另一部分衍射光直接经所述的成像透镜和微偏振片阵列被感光元件接收；所述微偏振片阵列的单元尺寸与感光元件像素单元尺寸相同，即一一对应关系，所述的微偏振片阵列集成在感光元件靶面上，并且两者的单元相互对准。