一种空间相移器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种空间相移器，包括基板以及设在基板上的多个相移单元，每个相移单元包括n个厚度不等的相移台阶，所述n为大于等于3的自然数；将所述n个相移台阶按厚度从大到小排列，相邻两相移台阶的高度差为λ/n，其中λ为光波波长；所述每个相移单元中不同厚度的相移台阶之间的位置关系均相同；所述每个相移单元与CCD镜头光板上的一个像素相对应。本实用新型专利技术的空间相移器具有结构简单、测量精度高、生产成本低的优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学仪器，具体涉及一种空间相移器。
技术介绍
电子散斑干涉技术(ESPI)是以激光散斑作为被测物场变化信息的载体，利用被测物体在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测双光束波前后之间的相位变化。一束激光被透镜扩展并投射到被检测物体的表面上，反射光与从激光器直接投射到摄像机的参考光光束发生干涉，在被照射的表面产生散斑场及一系列散斑图像。当物体运动时，这些散斑会随之发生变化，这些变化表征出被测物体表面的位移场变化或形变信息。使用CCD (电荷耦合器件)摄像机得到视频信号，由计算机软件处理分析后在监视器上显示出表征物场变化的散斑干涉条纹图，通过数值计算将这些条纹解析为人们所熟知的物理量。传统的干涉测量方法是直接判读一幅干涉图中的条纹序号N(x，y)由此获得被测波面的相位信息fK灰>1 = 2威(Xjh由于干涉的各种噪音、探测和判读的灵敏度及其不一致性等因素的影响，所得被测波面的面形并不理想。I960年Carr6提出相移的思想，Bruning等人实现了相移技术。相移技术能较准确的求得相位信息，得到被测波面的理想面形，因而得到了迅速的发展。相移的工作原理如下干涉光场中任一点的合成光强为I(x7y) = a{x,y) + h(xfy) 08[φ(χ}y)} χ = 0,1,…，X-I ；y = 0,1,…，Y-I (2-1)其中，(χ，y)-图像中的像素位置，I (x，y)-_干涉条纹强度，a(x, y) —背景光强，b (x，y)/a(x, y)-对比度或调制度，fi^y)-要提取的位相。—般来说，I (x, y)已知,但a(x, y)、b(x, y)和免( 均未知，所以至少需要三幅干涉图才能确定丨炉(1，>')。于是将式(2-1)变成如下/(x,j) = (B(jr,.y) + l<i,_y)cos(2— 2)Δ a (k)是引入的两支干涉光路中的可变位相，k = 0，1，…，K_l。当k = 3时,就是四步相移,取等步长0/2) Δ α 0 = O, Aa1= Ji /2, Aa2 =Ji，Δ a 3 = 3 /2将这些量代入(2-2)式,联立求解可得,、,\IMy) = arctg -f-—^r _/,《W卜 J3(^v) _相移的方法通常分为时间相移和空间相移两种，其中，时间相移是通过在时间时序中采集几幅图来计算相位；空间相移是在同一时刻采集一幅图，该图中包含不同的空间相位信息，用一幅图就可计算相位。实现空间相移的关键环节是空间分光和空间相移，现有的空间相移技术是基于光栅分光和偏振干涉的单CCD成像空间相移系统，其中光栅的作用在于分光，这些分光束经过设在光栅背面的偏振片组进行相移，从而得到几束已知相位差的光，并由CCD记录干涉图像，再通过计算机处理得出被测相位，从而反映被测物体的变形情况。但是上述的现有空间相移技术存在以下的不足I、包含的光学元件多，结构复杂。2、由光栅分出的光的强度不均匀，易造成测量误差。3、偏振片之间的缝隙会漏光，影响检测结果。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单且测量精度高的空间相移器。本技术实现上述目的的技术方案为一种空间相移器，包括基板以及设在基板上的多个相移单元，每个相移单元包括η个厚度不等的相移台阶，所述η为大于等于3的自然数；将所述η个相移台阶按厚度从大到小排列，相邻两相移台阶的高度差为λ/n，其中λ为光波波长；所述每个相移单元中不同厚度的相移台阶之间的位置关系均相同；所述每个相移单元与CCD镜头光板上的一个像素相对应。本技术所述的空间相移器，其中，所述η优选3、4或5。即优选采用常用的三步相移、四步相移和五步相移来实现相位变化。本技术的空间相移器的一个具体方案，其中，所述的η为3，这3个相移台阶按厚度从大到小排列分别为第一相移台阶、第二相移台阶和第三相移台阶，相邻两相移台阶的高度差为λ/3。特别地，所述3个相移台阶的位置关系是第一相移台阶、第二相移台阶和第三相移台阶在纵向依次排列；这3个相移台阶的位置关系也可是第一相移台阶、第三相移台阶和第二相移台阶在纵向依次排列。本技术的空间相移器的另一个具体方案，其中，所述的η为4，这4个相移台阶按厚度从大到小排列分别为第一相移台阶、第二相移台阶、第三相移台阶和第四相移台阶，相邻两相移台阶的高度差为λ/4。特别地，所述4个相移台阶的位置关系是这4个相移台阶分为前后两行，每行2个,前行从左至右分别是第一相移台阶和第二相移台阶,后行从左至右分别为第三相移台阶和第四相移台阶；这4个相移台阶的位置关系也可是这4个相移台阶分为前后两行，每行2个，前行从左至右分别是第一相移台阶和第三相移台阶，后行从左至右分别为第二相移台阶和第四相移台阶。本技术的空间相移器的再一个具体方案，其中，所述的η为5，这5个相移台阶按厚度从大到小排列分别为第一相移台阶、第二相移台阶、第三相移台阶、第四相移台阶和第五相移台阶，相邻两相移台阶的高度差为λ/5。特别地，所述5个相移台阶的位置关系是这5个相移台阶分为左右两列，左列3个，右列2个，左列从前到后依次为第一相移台阶、第四相移台阶和第五相移台阶，右列从前到后依次为第二相移台阶和第三相移台阶；这5个相移台阶的位置关系也可是这5个相移台阶分为左右两列，左列3个，右列2个，左列从前到后依次为第五相移台阶、第四相移台阶和第一相移台阶，右列从前到后依次为第三相移台阶和第二相移台阶。本技术所述的空间相移器的一个优选方案，其中，所述的基板由石英玻璃形成。本技术的空间相移器的一个优选方案，其中，所述的第一相移台阶的厚度等于基板的厚度，该基板的厚度为光波波长的整数倍。理论上第一相移台阶的厚度最小可以为一个波长，但是由于光波波长较小，为了制作方便，第一相移台阶的厚度一般为光波波长的3000 3500倍。本技术的空间相移器的工作原理是在每一个相移单元中，按厚度从大到小排列的相邻两相移台阶之间的厚度差为λ/n，相应地可算得两者的相位差(即相移量)为2π/η(光波在一个波长内的相位变化为O 2 π，因此通过两相移台阶后的光的相位差等于两者的厚度差与波长的比值再乘以2 π),当所述的η为大于等于3的自然数时，一个相移单元中便可获得至少3幅相位差已知的干涉图纹，根据
技术介绍
中的描述可知，只要获得三幅以上已知相位差的干涉图纹，便可算得相应的像素位置的相位。由于每一个相移单元与CCD镜头上的光板的一个像素对应，因此光板上的一个像素记录一个相移单元的干涉图纹，对应可算得被测物体上一个相应像·素位置的相位；将多个与相移单元对应的待测面的相位组合在一起便可得到整个待测面的完整相位，从而可算得待测面的变形量。本技术与现有技术相比具有以下的有益效果I、本技术的空间相移器通过由厚度不同的相移台阶组成的相移单元实现分光和相移，所有的相移单元集成在一个基板上形成一个光学元件，结构简单，体积小，便于安装到干涉仪上，减少仪器体积和重量；而现有技术采用光栅进行分光，再采用偏振片进行相移，使用的光学兀件多，结构复杂。2、由于各个相移单元结构完全相同，因此各个相移单元分出的分光束的强度均匀，从而有利于提高检测的精度；而现有技术中采用光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间相移器，其特征在于，包括基板以及设在基板上的多个相移单元，每个相移单元包括n个厚度不等的相移台阶，所述n为大于等于3的自然数；将所述n个相移台阶按厚度从大到小排列，相邻两相移台阶的高度差为λ/n，其中λ为光波波长；所述每个相移单元中不同厚度的相移台阶之间的位置关系均相同；所述每个相移单元与CCD镜头光板上的一个像素相对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾启林，黄嘉兴，
申请(专利权)人：广州华工百川科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：