[发明专利]一种相移量实时在线测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种相移量实时在线测量装置及方法，该装置包括Wollaston棱镜、可移动透镜、偏振片和图像传感器。该发明根据Wollaston棱镜的偏振分光特性，将从偏振干涉测量光场分离出的共路传输正交偏振光变为偏振方位相互垂直、传输方向有一定夹角的两束光波，经可移动透镜合束后，通过偏振片将二者投影到相同偏振态，最后由相移量测量数字相机采集得到空间载频干涉条纹。利用相移量测量相机与干涉测量系统自身携带的相机同步地采集相移干涉条纹图，即可利用相移量测量数字相机采集得到的空间载频干涉图高精度地提取出与测量光场同步的相移量。从而消除相移与标称值不符而产生的相位测量误差，大幅度提高相移干涉测量的精度。

技术领域

本发明涉及相移干涉测量技术领域，具体涉及一种相移量实时在线测量装置及方法。

背景技术

相移干涉测量技术作为一种通用的数据获取以及数据分析方法，凭借高精度、非侵入、无损伤等优点已经成为相位测量以及波前检测的重要手段。相移干涉测量技术的基本原理是在干涉仪的参考臂中放置精密的相移器，从而改变干涉仪中参考相位的大小，然后由电荷耦合器件记录一系列相移干涉图。通过这种方式将参考波前与被测波前的相位差以光强的形式记录下来，并结合相移算法，实现全场相位信息的定量测量。

在常用的相移干涉测量技术中，通常需要提前知道相移量的大小，并且相移量等于或固定于特定步长，这就要求对相移器进行严格的标定校准。但标定完成后的相移器在使用中存在一些问题。第一，安装过程中不可避免地会引入二次装配误差；第二，不同相移器会受到环境因素以及自身特性的影响，导致实际获得的相移量与预设相移量之间存在一定误差，例如使用液晶可变相位延迟器进行相移时容易受到环境温度以及入射光与其慢轴夹角的影响；第三，受测量系统稳定性和外界干扰影响，标定好的相移量与相移干涉图中的实际相移量不一致。由于标定相移量与实际相移量误差是限制相移干涉测量技术测量精度的一个最重要误差源，因此需要解决如何准确获得相移干涉图的实际相移量这一问题，从而提高相移干涉测量技术的测量精度。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种相移量实时在线测量装置及方法。该装置根据Wollaston棱镜的偏振分光特性，利用偏振相移干涉测量系统的参考波前与被测波前成功地构造出一组载频干涉条纹用于相移量的高精度提取。将该装置外接至偏振干涉测量系统中，能够实时、动态和在线地获得偏振相移干涉测量系统中相移器提供的相移量，从而消除由于相移不准而引入的测量误差，大幅度提高相移干涉测量技术的检测精度。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

第一方面，本发明提供一种相移量实时在线测量装置，用于偏振相移干涉测量系统，包括沿光路依次设置的Wollaston棱镜、可移动透镜、偏振片和图像传感器；

所述Wollaston棱镜的慢轴沿坐标轴x轴方向；

所述可移动透镜能够沿坐标轴x轴方向滑动，当需要测量相移量的偏振相移干涉测量系统照明光源为相干光时，将可移动透镜通过滑动移出光路；当需要测量相移量的偏振相移干涉测量系统照明光源为非相干光时，将可移动透镜通过滑动添加至光路中，将两束具有一定角度的正交偏振光汇聚至同一位置，从而实现参考波与被测波的波前匹配，最终获得高对比度的干涉条纹；

所述偏振片的透光轴在坐标轴x-y平面内且与x轴夹角为45°；

所述图像传感器采集载频干涉条纹后，利用傅里叶变换算法计算得到偏振相移干涉测量系统中相移器提供的相移量。

进一步地，所述图像传感器为单色黑白图像传感器。

第二方面，本发明提供一种相移量实时在线测量方法，采用所述相移量实时在线测量装置，包括以下步骤：

第1步：首先将偏振相移干涉测量系统出射的正交偏振光通过分光棱镜分为两个部分，其中第一部分由偏振相移干涉测量系统自身携带的相机采集，第二部分则进入相移量实时在线测量装置之中；