条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术实现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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决现有方法中存在的问题，本专利技术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。另外本专利技术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。 本专利技术的技术解决方案是： -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。 偏振分光棱镜将入射光分为两束互相垂直的线偏振光：透射的线偏振光经过第 一四分之一波片后到达第一角反射镜，经第一角反射镜反射后再次经过第一四分之一波片 到达偏振分光棱镜，偏振方向旋转了 90度，经偏振分光棱镜反射到达显微物镜，称之为第 一光束；反射的线偏振光经过第二四分之一波片后到达第二角反射镜，经第二角反射镜反 射后再次经过第二四分之一波片到达偏振分光棱镜，偏振方向旋转了 90度，经偏振分光棱 镜透射到达显微物镜，称之为第二光束。两束互相垂直的线偏振光沿光纤传播到达衍射模 板，衍射出两束偏振方向互相垂直的近似标准球面波。两束球面光波分别有一部分到达被 测件，经被测件表面反射后回到衍射模板，经衍射模板的金属反射膜反射后，经四分之一波 片、成像透镜和微偏振片阵列后到达感光元件，为物光；两束球面光波分别有另一部分直接 经四分之一波片、成像透镜和偏振片阵列直接到达感光元件，为参考光。调节第二角反射镜 的位置，以改变第二光束的光程，使得第一光束的物光与第二光束的参考光的光程差在短 相干激光器的相干长度内，能够发生干涉，产生干涉条纹，而第一光束的参考光和第二光束 的物光不能与其他光束发生干涉，成为背景光。通过调节二分之一波片的角度调节两束光 的光强比，可以调节干涉条纹对比度。 作为本专利技术的进一步改进，所述的条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪，其特征 在于：第二角反射镜可沿其光轴方向移动。 作为本专利技术的进一步改进，所述的条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪，其特征 在于：微偏振片阵列的每相邻2X2单元的透偏振方向分别为0°，45°，90°和135°，所 述微偏振片阵列单元尺寸与感光元件的像素尺寸相同，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。 作为本专利技术的进一步改进，所述的条纹对比度可调的动态点衍射干涉仪，其特征 在于：衍射模板包括玻璃基底、金属反射膜和衍射针孔，金属反射膜镀于玻璃基底上，金属 反射膜中心设有一个衍射针孔；光纤出射端的光束依次经过玻璃基底和金属反射膜上的衍 射针孔。 本专利技术的有益效果是： 1、一次曝光即可获得多次相移，可达到实时检测的效果； 2、光路中简化了产生相移的装置； 3、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； 4、条纹对比度可调，适用于不同反射率球面测量。【附图说明】 图1是本专利技术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。 图2是微偏振片阵列结构示意图。 其中：1、短相干激光器，2、可调中性密度滤波片，3、二分之一波片，4、偏振分光棱 镜，5、第一四分之一波片，6、第一角反射镜，7、第二四分之一波片，8、第二角反射镜，9、显微 物镜，10、光纤，11、衍射模板，12、被测件，13、第三四分之一波片，14、成像透镜，15、微偏振 片阵列，16、感光元件。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明，但不应以此限制本专利技术的保 护范围。 请参阅图1，图1是本专利技术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，如图所示，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1、位于短相 干激光器1出射光束光路上的可调中性滤波片2、位于可调中性滤波片2透射光束光路上的 二分之一波片3、位于二分之一波片3透射光束光路上的偏振分光棱镜4、位于偏振分光棱 镜4透射光路上的第一四分之一波片5、位于第一四分之一波片5透射光束光路上的第一角 反射镜6、位于偏振分光棱镜4反射光束光路上的第二四分之一波片7、位于第二四分之一 波片7透射光束光路上的第二角反射镜8、位于第一角反射镜6和第二角反射镜8反射光束 经偏振分光棱镜4汇聚光束光路上的显微物镜9、与显微物镜相连的光纤10、与光纤10出 光端相连的衍射模板11、位于衍射模板11 一部分衍射光束光路中的被测件12、位于衍射模 板11另一部分衍射光束光路中的第三四分之本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(1)、沿该短相干激光器(1)出射光束光路上依次放置的可调中性滤波片(2)、二分之一波片(3)和偏振分光棱镜(4)，沿该偏振分光棱镜(4)的透射光路上依次设置有第一四分之一波片(5)和第一角反射镜(6)，沿该偏振分光棱镜(4)的反射光束光路上依次设置有第二四分之一波片(7)和第二角反射镜(8)，其特征在于，所述的偏振分光棱镜(4)的第四方设置有显微物镜(9)，使分别由第一角反射镜(6)和第二角反射镜(8)反射的光束经偏振分光棱镜(4)汇聚在所述的显微物镜(9)上，该显微物镜(9)通过光纤(10)与衍射模板(11)相连，沿该衍射模板(11)一部分衍射光束光路上设置有被测件(12)，沿该衍射模板(11)另一部分衍射光束光路上依次设置有第三四分之一波片(13)、成像透镜(14)、偏振片阵列(15)和感光元件(16)；由所述的衍射模板(11)衍射的一部分衍射光到达被测件(12)后被反射，由该被测件(12)反射的光到达衍射模板(11)后再次被反射，该被衍射模板(11)反射的光，经依次第三四分之一波片(13)、成像透镜(14)和微偏振片阵列(15)后被感光元件(16)接收；由衍射模板(11)的衍射的另一部分衍射光直接经所述的成像透镜(14)和微偏振片阵列(15)被感光元件(16)接收；所述微偏振片阵列(15)的单元尺寸与感光元件(16)像素单元尺寸相同，即一一对应关系，所述的微偏振片阵列(10)集成在感光元件(11)靶面上，并且两者的单元相互对准。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志刚，刘世杰，周游，白云波，王微微，马啸，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31