基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪制造技术

本实用新型专利技术公开了基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪，包括激光器、位于激光器出射光束光路上的扩束镜和被测物体；还包括位于从被测物体表面反射的光束的光路上且用于得到偏振方向相互垂直的两束相干线偏振光的剪切器、设置从剪切器出射的光束的光路上的微偏振片阵列、与微偏振片阵列相连的感光元件和与感光元件相连的用于对感光元件采集的信号进行传输和处理的处理设备。优点：一次曝光即可获得多次相移，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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Digital electronic shearing speckle interferometer based on micro polarizer array

The utility model discloses a digital micro polarizer array electronic shearing speckle interferometer based on the laser, including laser beam in the optical path of the beam expander and the measured object; also includes shear device, two located in the light path of a light beam from the measured reflection surface and used to obtain the polarization direction perpendicular to each other coherent linear polarized settings from shear light beam shot way micro polarizer array, and the photosensitive element micro polarizer array connected and connected with the photosensitive element on the photosensitive element for signal acquisition of the transmission and processing equipment. Advantages: a single exposure can be obtained by repeated phase shift, can achieve the effect of real-time detection; optical path generating device simplifies the phase shift; because of the micro polarizer array phase shift integrated directly into the photosensitive element, anti vibration reducing requirements.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电子剪切散斑干涉仪，尤其是一种涉及无损、非接触式检测
的可实时获得四幅相移图像的基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪。
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，并可以进行实时相移分析。目前微偏振片阵列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。随着产品质量和可靠性指标的不断提升，需要采用无损检测方法来研究和检测材料存在的缺陷。由于具备全场、非接触和无污染等诸多优点，诸如热成像、全息成像术、电子散斑干涉术(ESPI)和电子剪切散斑干涉术(ESSPI)等光学检测技术在无损检测领域得到了广泛的应用。ESSPI是一种基于计算机数据处理、相移技术和干涉术的激光测量技术，与其他干涉技术采用两束相同的光束产生干涉条纹的原理不同，ESSPI采用剪切器将物体表面两个点的光波反射到成像平面上的同一点以产生散斑干涉像而无需采用另外的参考光束，因此是一种自参考干涉系统。在数字电子剪切散斑干涉术中先后出现了多种剪切成像的技术:剪切凌镜法、双孔离焦剪切、迈克尔逊干涉光路图像剪切以及沃拉斯顿棱镜剪切。其中剪切棱镜法是最早用来实现图像剪切的方法，其核心剪切原件为光学棱镜。其装置特点为在透镜前放置一个光学棱镜，由于光学棱镜将入射光光强分开成错位的两束光，从而实现两束光剪切。双孔离焦剪切法是在成像透镜的前或后表面附近开两个对称的小孔，根据透镜成像原理，通过离焦成像实现两图像剪切。迈克尔逊干涉光路图像剪切方法是采用迈克尔逊光路实现两图像剪切。沃拉斯顿棱镜是常用的剪切元件，一般采用双折射晶体制成，利用光的双折射特性，再结合使用偏振片从而实现图像的错位成像，该方法即为沃拉斯顿棱镜剪切法。在中国专利200520040730.0中，张熹等人提出了一种迈克尔逊式的剪切散斑干涉仪，并采用精密电驱动元件来驱动透射光平移机构平行移动来获得不同的相移图，但由于每移动到一个位置采集到的图像只能够得到一副相移图像，因此不能实时得到四幅相移图像。本专利提出了一种基于微偏振片阵列的剪切散斑干涉仪，可实现一次曝光即可得到四幅相移图像。在非专利文献“Pixelatedphase-mask dynamic interferometer”(SPIE,Vol.5531,2004)中，James Millerd等人提出了将微偏振片阵列结构应用到全息干涉测量光路中，并得到了一次曝光即可获得四幅相移图，但未见有报道将微偏振片阵列应用于剪切散斑干涉光路中。本专利将微偏振片阵列应用于剪切散斑干涉光路，可制备出基于微偏振片阵列的电子剪切散斑干涉仪，可实时获得四幅相移图像。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术的目的是:提出了基于微偏振片阵列实现一次曝光即可获得多个相移量的数字电子剪切散斑干涉仪，解决了传统的数字电子剪切散斑干涉仪需要多次曝光才能够获得多个相移图像的问题，同时简化了以往干涉仪中用来产生相移量的装置，可实现实时检测。本技术的技术方案是基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪，包括激光器、位于激光器出射光束光路上的扩束镜和被测物体；还包括位于从被测物体表面反射的光束的光路上且用于得到偏振方向相互垂直的两束相干线偏振光的剪切器、设置从剪切器出射的光束的光路上的微偏振片阵列、与微偏振片阵列相连的感光兀件和与感光兀件相连的用于对感光元件采集的信号进行传输和处理的处理设备。作为本技术的进一步改进，所述剪切器包括位于从被测物体表面反射的光束的光路上的透镜、位于从透镜透射出的光束的光路上的偏振分光棱镜、位于偏振分光棱镜透射出的光束光路上的第一四分之一波片、位于第一四分之一波片透射出光束的光路上的第一反射机构、位于偏振分光棱镜反射出的光束的光路上的第二四分之一波片、位于第二四分之一波片透射出光束的光路上的第二反射机构和位于偏振分光棱镜上第二次透射与反射出的光束的光路上的第三四分之一波片。作为本技术的进一步改进，所述第一四分之一波片与第二四分之一波片垂直。作为本技术的进一步改进，所述第三四分之一波片与第一四分之一波片垂直且同时与第二四分之一波片平行。作为本技术的进一步改进，所述第一反射机构与第二反射机构均包括反射镜和与反射镜相连的用来调节反射镜偏转角度的偏转机构。作为本技术的进一步改进，所述剪切器包括位于从被测物体表面反射的光束的光路上的透镜、位于从透镜透射出的光束的光路上的沃伦斯顿棱镜和位于从沃伦斯顿棱镜出射光束的光路上的第三四分之一波片。作为本技术的进一步改进，所述的处理设备为计算机或微处理器。本技术的有益效果是: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。附图说明图1是微偏振片阵列结构示意图。图2是微偏振片阵列内的微偏振片产生四步相移的原理示意图。图3是本技术基于微偏振片阵列的迈克尔逊式的数字电子剪切散斑干涉仪的结构示意图。图4是本技术基于微偏振片阵列的沃伦斯顿棱镜式的数字电子剪切散斑干涉仪的结构示意图。其中:1、激光器,2、扩束镜,3、被测物体,4、偏振分光棱镜,5、第一四分之一波片，6、第一反射机构,7、第二四分之一波片,8、第二反射机构,9、第三四分之一波片，10、微偏振片阵列，11、感光元件，12、处理设备，13、透镜，14、沃伦斯顿棱镜。具体实施方式结合附图1-附图4对本技术进一步说明:本技术为实现一次曝光得到四个相移量，在感光元件11前面附着了微偏振片阵列10，微偏振片阵列10的示意图如图1所示，每一个像素单元都为一个偏振片，其透射方向如图所示方向，微偏振片阵列与感光元件10配套使用，紧贴在感光元件10上面。微偏振片阵列的单元尺寸与感光元件10像素单元尺寸相同，即一一对应关系。本技术的基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪，包括激光器1、扩束镜2、被测物体3、剪切器、微偏振片阵列10、感光元件11和处理设备12。本技术所述的微偏振片阵列10为现有技术中的微偏振片阵列，其结构如图1所示。本技术所述的感光元件11为现有技术中的CXD或CMOS等感光元件。本技术所述的处理设备12为现有技术中的计算机或微处理器。本技术所述的激光器I和扩束镜2均为现有技术，其具体的结构本技术不做详细的描述。本技术中的剪切器有两种具体的实施方式:实施方式一:包括，偏振分光棱镜4、第一四分之一波片5、第一反射机构6、第二四分之一波片7、第二反射机构8、第三四分之一波片9和透镜13。如图3所示。其中所述的偏振分光棱镜4、第一四分之一波片5、第二四分之一波片7、第三四分之一波片9和透镜13均为现有技术，其具体的结构本技术不做详细的描述。其中第一反射机构6与第二反射机构8均包括反射镜和与反射镜相连的用来调节反射镜偏转角度的偏转机构。前述的偏转机构为现有技术，具体结构本技术不做详细描述。实施方式二:包括，透镜13、沃伦斯顿棱镜14和第三四分之一波片9。如图4所/Jn ο其中所述的沃伦斯顿棱镜14本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪，包括激光器(1)、位于激光器(1)出射光束光路上的扩束镜(2)和被测物体(3)；其特征在于：还包括位于从被测物体(3)表面反射的光束的光路上且用于得到偏振方向相互垂直的两束相干线偏振光的剪切器、设置从剪切器出射的光束的光路上的微偏振片阵列(10)、与微偏振片阵列(10)相连的感光元件(11)和与感光元件(11)相连的用于对感光元件(11)采集的信号进行传输和处理的处理设备(12)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志刚，张青川，符师桦，程腾，张勇，
申请(专利权)人：南京中迅微传感技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：