專利名稱：一種同步移相橫向剪切干涉儀及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種同步移相橫向剪切干涉儀及檢測(cè)方法，屬于精密測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的波前測(cè)試技術(shù)主要有四類由光束波前的斜率來(lái)反演波前，如哈特曼、夏克-哈特曼波前傳感器，其中哈特曼法每檢測(cè)一個(gè)系統(tǒng)就要制造匹配的哈特曼光闌，成本很高，而夏克-哈特曼法空間分辨率不高，不能精確反應(yīng)細(xì)節(jié)部分；由光束波前的曲率來(lái)反演波前，如曲率波前傳感器，重構(gòu)精度較低；由光束的聚焦光斑來(lái)反演波前，如線性相位波前傳感器，只適用于待測(cè)波前畸變較小時(shí)；由光束產(chǎn)生的干涉條紋來(lái)反演波前，如斐索干涉法、泰曼-格林干涉法、剪切干涉儀等，測(cè)試精度高，但需引入?yún)⒖计矫娌ǎ瑢?duì)環(huán)境穩(wěn)定性或測(cè)試裝置的防震性能要求較高；橫向剪切干涉儀測(cè)試精度高且用被檢波面本身錯(cuò)位后形成的兩個(gè)波面發(fā)生干涉，不需另外引入?yún)⒖疾?，?jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)且光路對(duì)機(jī)械震動(dòng)、溫度擾動(dòng)及空氣流動(dòng)都不敏感，系統(tǒng)穩(wěn)定。在現(xiàn)有的移相橫向剪切干涉儀中，常采用PZT改變干涉光間的光程差來(lái)實(shí)現(xiàn)相移，PZT需按照一定時(shí)間順序進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)保證，各移相干涉圖是探測(cè)器在同一空間位置不同時(shí)刻探測(cè)到的，而移相原理要求在移相過(guò)程中圖像背景、對(duì)比度以及被測(cè)相位都穩(wěn)定不變，因此測(cè)量結(jié)果必然受到外界環(huán)境的影響?，F(xiàn)在已有的移相橫向剪切儀有如下幾種(一)基于單剪切元件的移相橫向剪切儀器需要移相元件高精度地機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相移，在時(shí)間域內(nèi)獲取多幅干涉圖，對(duì)外界環(huán)境的影響比較敏感；(二)雙剪切干涉波面測(cè)量?jī)x利用偏振移相的原理機(jī)械旋轉(zhuǎn)檢偏器產(chǎn)生相移，通過(guò)平行板實(shí)現(xiàn)剪切干涉圖，在時(shí)間域內(nèi)獲取多幅干涉圖，對(duì)外界環(huán)境的影響比較敏感；(三)基于馬赫-曾德?tīng)栃偷募羟胁鏈y(cè)量?jī)x采用PZT按照一定時(shí)間順序進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)移相，對(duì)于移相干涉圖的獲取需要在時(shí)間域進(jìn)行，環(huán)境的變化將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；通過(guò)四個(gè)反射平板設(shè)置在一定的空間姿態(tài)下實(shí)現(xiàn)剪切，反射平板的反射表面面形誤差和空間定位誤差將降低系統(tǒng)的測(cè)量精度?？梢?jiàn)現(xiàn)有的移相橫向剪切儀存在需要連續(xù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)移相元件產(chǎn)生相移，操作繁瑣；在時(shí)間域內(nèi)獲取的多幅干涉圖容易受外界環(huán)境的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種同步移相橫向剪切干涉儀及檢測(cè)方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種同步移相橫向剪切干涉儀，包括置于殼體內(nèi)的光學(xué)元器件、高速圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)元器件包括兩個(gè)在主光軸上依次同心設(shè)置且垂直于柵線的衍射光柵，平行于光柵設(shè)置的空間濾波器，與空間濾波器呈四十五度夾角設(shè)置的分束鏡；所述光學(xué)元器件還包括兩個(gè)剪切板組，兩個(gè)CXD圖像傳感器；所述兩個(gè)剪切板組鏡像分布在分束鏡兩側(cè)，兩個(gè)CCD圖像傳感器與剪切板組反射光方向垂直。所述一種同步移相橫向剪切干涉儀的剪切板組包括兩個(gè)平行設(shè)置的剪切板。所述一種同步移相橫向剪切干涉儀中，衍射光柵為振幅型Ronchi光柵。一種如權(quán)利要求3所述的同步移相橫向剪切干涉儀的檢測(cè)方法，包括如下步驟步驟1，調(diào)整兩個(gè)衍射光柵的柵線方向平行，根據(jù)干涉圖間距以及衍射光柵與主光軸的夾角設(shè)置兩個(gè)光柵間隔距離；步驟2，在空間濾波器上等間隔設(shè)置N個(gè)平行于柵線的狹縫，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩光柵衍射光束中(±m(xù), ±n)級(jí)衍射光通過(guò)；其中m，n為非負(fù)整數(shù)，分別表示兩個(gè)衍射光柵的衍射級(jí)次；N為大于等于3的整數(shù)，取值取決于計(jì)算一維剪切干涉波面時(shí)采用的移相算法步數(shù)；步驟3，對(duì)于每一個(gè)剪切板組調(diào)節(jié)兩個(gè)剪切板之間的空隙距離以獲得干涉圖像并調(diào)節(jié)橫向剪切量，調(diào)節(jié)兩個(gè)剪切板之間的夾角獲得所需移相量來(lái)位移干涉圖像；步驟4，調(diào)節(jié)兩個(gè)光柵之間的距離，以調(diào)整干涉圖像之間的距離；步驟5，CCD圖像傳感器采集的X向剪切干涉圖與Y向剪切干涉圖，計(jì)算機(jī)同步采集CCD圖像傳感器的輸出值并根據(jù)條紋處理算法計(jì)算待測(cè)波前分布。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果(I)可以同步獲取兩組一維移相橫向剪切干涉圖(X向剪切、Y向剪切)，由于多幅干涉圖是在同一時(shí)刻獲取的，外界環(huán)境對(duì)每幅干涉圖的影響相同，可在后續(xù)的算法中消除，因此大大降低對(duì)環(huán)境的要求。(2)在移相剪切干涉圖獲取過(guò)程中，相移的實(shí)現(xiàn)不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于所需的移相量、橫向剪切量可在測(cè)試前通過(guò)調(diào)整雙平板夾角和間距實(shí)現(xiàn)。(3)在一維移相剪切干涉圖獲取的過(guò)程中，移相剪切的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)共光路光學(xué)系統(tǒng)衍射光柵、濾波器和雙剪切平板實(shí)現(xiàn)的，且在同一采集圖像上可同步獲取多幅一維移相剪切干涉圖，操作簡(jiǎn)單。


圖1為同步移相橫向剪切干涉儀的光路示意圖。圖2為本發(fā)明在被測(cè)光束口徑為小10mm、雙剪切平板夾角為1. 4arcs、空隙距離為5mm時(shí)獲得的移相90°的三幅橫向剪切移相干涉圖(X向剪切)。圖3為本發(fā)明在被測(cè)光束口徑為小10mm、雙剪切平板夾角為0. 9arcs、空隙距離為3mm時(shí)獲得的移相60°時(shí)的三幅橫向剪切移相干涉圖(X向剪切)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明圖1為本發(fā)明同步移相橫向剪切干涉儀實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明所述同步移相橫向剪切干涉儀包括光學(xué)元器件、高速圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)元器件置于殼體內(nèi)，光學(xué)元器件包括兩個(gè)在主光軸上依次同心設(shè)置垂直于柵線的光柵，平行于光柵設(shè)置的空間濾波器，與空間濾波器呈45°夾角設(shè)置的分束鏡。光學(xué)器件還包括兩個(gè)剪切板組，兩個(gè)CCD圖像傳感器，兩個(gè)剪切板組鏡像分布在分束鏡兩側(cè)，兩個(gè)CCD圖像傳感器與剪切板組反射光方向垂直。高速圖像采集卡的輸入端與兩個(gè)CCD圖像傳感器的輸出端連接，輸出端與計(jì)算機(jī)連接。每個(gè)剪切板組包含兩個(gè)平行設(shè)置的剪切板剪切板I與光軸成45°，剪切板I可相對(duì)于剪切板2做平移，剪切板2可做俯仰和偏擺運(yùn)動(dòng)；剪切板I前表面和剪切板2后表面均鍍有增透膜。衍射光柵1、衍射光柵2均為振幅型Ronchi光柵，周期為lynTlOiim，厚度0. 5 2mm。一種同步移相橫向剪切干涉儀的檢測(cè)方法，采用如圖1所示的同步移相橫向剪切干涉儀，具體包括如下步驟步驟1，調(diào)整兩個(gè)衍射光柵柵線方向嚴(yán)格平行，設(shè)置兩個(gè)光柵間隔的初始距離為IOmm,衍射光柵I可根據(jù)干涉圖間距在(Tl50mm范圍內(nèi)移動(dòng)，光柵間隔d與干涉圖間距D之間的關(guān)系如下
權(quán)利要求
1.一種同步移相橫向剪切干涉儀，包括置于殼體內(nèi)的光學(xué)元器件、高速圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)元器件包括兩個(gè)在主光軸上依次同心設(shè)置且垂直于柵線的衍射光柵，平行于光柵設(shè)置的空間濾波器，與空間濾波器呈四十五度夾角設(shè)置的分束鏡； 其特征在于所述光學(xué)元器件還包括兩個(gè)剪切板組，兩個(gè)CCD圖像傳感器；所述兩個(gè)剪切板組鏡像分布在分束鏡兩側(cè)，兩個(gè)CCD圖像傳感器與剪切板組反射光方向垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種同步移相橫向剪切干涉儀，其特征在于所述剪切板組包括兩個(gè)平行設(shè)置的剪切板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的ー種同步移相橫向剪切干涉儀，其特征在于所述衍射光柵為振幅型Ronchi光柵。
4.一種如權(quán)利要求3所述的同步移相橫向剪切干涉儀的檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I，調(diào)整兩個(gè)衍射光柵的柵線方向平行，根據(jù)干涉圖間距以及衍射光柵與主光軸的夾角設(shè)置兩個(gè)光柵間隔距離； 步驟2，在空間濾波器上等間隔設(shè)置N個(gè)平行于柵線的狹縫，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩光柵衍射光束中(±/7)級(jí)衍射光通過(guò)； 其中-Jiun為非負(fù)整數(shù)，分別表示兩個(gè)衍射光柵的衍射級(jí)次；N為大于等于3的整數(shù)，取值取決于計(jì)算一維剪切干渉波面時(shí)采用的移相算法歩數(shù)； 步驟3，對(duì)于每一個(gè)剪切板組調(diào)節(jié)兩個(gè)剪切板之間的空隙距離以獲得干涉圖像并調(diào)節(jié)橫向剪切量，調(diào)節(jié)兩個(gè)剪切板之間的夾角獲得所需移相量來(lái)位移干涉圖像； 步驟4，調(diào)節(jié)兩個(gè)光柵之間的距離，以調(diào)整干涉圖像之間的距離； 步驟5，CCD圖像傳感器采集的X向剪切干涉圖與Y向剪切干涉圖，計(jì)算機(jī)同步采集CCD圖像傳感器的輸出值井根據(jù)條紋處理算法計(jì)算待測(cè)波前分布。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同步移相橫向剪切干涉儀及檢測(cè)方法，屬于精密測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。所述同步移相橫向剪切干涉儀包括置于殼體內(nèi)的光學(xué)元器件。包括兩個(gè)在主光軸上依次同心設(shè)置且垂直于柵線的衍射光柵，平行于光柵設(shè)置的空間濾波器，與空間濾波器呈四十五度夾角設(shè)置的分束鏡，鏡像分布在分束鏡兩側(cè)的剪切板組，與衍射光垂直的CCD圖像傳感器。所述同步移相橫向剪切干涉儀的檢測(cè)方法通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)剪切板之間的夾角與距離實(shí)現(xiàn)同步移相。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)剪切板之間的距離和夾角來(lái)避免復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)達(dá)到移相效果；在同一采集圖像上可同步獲取多幅一維移相剪切干涉圖，可在后續(xù)的算法中消除外界環(huán)境對(duì)每幅干涉圖的影響，大大降低對(duì)環(huán)境的要求；操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01J9/02GK103033272SQ20121056381
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者武旭華, 趙靜, 曹鴻霞, 張仙玲, 李博 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)