CN101430391B - 一种实现电子散斑干涉的大错位方棱镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现电子散斑干涉的大错位方棱镜，该大错位方棱镜由普通光学玻璃磨制的二个直角三角棱镜组成，其中一个直角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜，这二个直角三角棱镜的斜面用光学胶粘合在一起形成方棱镜，该方棱镜的一个反射面是磨去一个楔角α的斜面，α在1°到5°之间，方棱镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜，两个反射面均镀有全反射膜。本发明采用普通光学玻璃取代了现有技术中昂贵的方解石晶体，通过对普通光学玻璃制备的方棱镜进行磨制实现了电子散斑干涉，结构简单，能够很好的控制分束角，获得的干涉条纹质量好，容易实现干涉。

Description

一种实现电子散斑干涉的大错位方棱镜

技术领域

本发明涉及一种用于实现电子散斑干涉位移场检测的大错位方棱镜。

背景技术

电子散斑干涉测量技术可以精确测量物体的变形场，具有精度高、非接触、对隔震要求低等优点，在物体的静、动态测量中得到广泛应用。利用大错位晶体棱镜(Wollaston棱镜)的电子散斑干涉技术则可以实现散斑干涉的位移测量，具有系统简单、不需要专门引入参考光等优点。利用大错位晶体棱镜的电子散斑干涉技术又称大剪切电子散斑干涉技术，为三维位移测量提供了一种有效手段。但是利用大错位晶体棱镜的电子散斑干涉技术也有不足之处：若大错位晶体棱镜的分束角度较小(小于5°)，虽然干涉效果较好，可需要较远的成像距离，对面内位移的测量灵敏度较低。若大错位晶体棱镜的分束角度比较大(大于5°)，可以在比较近的距离成像，但是干涉条纹质量很差或者很难实现干涉。从制作大错位晶体棱镜所用材料来看，由于方解石n_o-n_e的值比较大，用来制作大错位晶体棱镜的只有方解石晶体比较合适，但方解石晶体很昂贵。

目前常用的可分光方棱镜如图1所示，是由两个直角三角棱镜1组成，其中一个三角棱镜的斜面镀有半透半反膜，该斜面为成为半透半反面，用光学胶将这二个直角三角棱镜斜边对斜边粘合在一起，即得到常用的可分光的方棱镜。图1所示的方棱镜，入射光所进入的面为入射面4，入射光进入到方棱镜里面以后，经过中间的半透半反面，有一半的光强反射，到了方棱镜的下底面，经过下底面有部分光要反射，下底面为第一反射面2。经过第一反射面2反射的光再经过中间的半透半反面后出射，出射光所在面为出射面5。入射光进入到方棱镜里面经过中间的半透半反面的另外一半的光强透射，透射的光到了左侧的反射面，左侧的反射面为第二反射面3，由第二反射面3反射的光再经过中间半透半反面的反射后会在出射面出射。

但是上述常用方棱镜不能实现大错位晶体棱镜的电子散斑干涉技术。

发明内容

本发明针对现有利用大错位晶体棱镜的电子散斑干涉技术中存在的不足，提供一种成本低、效果好的实现电子散斑干涉的大错位方棱镜。

本发明的实现电子散斑干涉的大错位方棱镜采用以下技术方案：

该实现电子散斑干涉的大错位方棱镜，由普通光学玻璃磨制的二个直角三角棱镜组成，其中一个直角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜，这二个直角三角棱镜的斜面用光学胶粘合在一起形成方棱镜，该方棱镜具有两个反射面、入射光所在的面和出射光所在的面，其中一个反射面是磨去一个楔角α的斜面，α在1°到5°之间，磨去一个楔角α的反射面与出射光所在的面在同一个直角三棱镜上，另外一个反射面与入射光所在的面在同一个直角三棱镜上，并且磨去一个楔角α的反射面与入射光所在的面相对，入射光所在的面与磨去楔角α的斜面不垂直，方棱镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜，两个反射面均镀有全反射膜。

上述方案将方棱镜的一个反射面由原来的直面磨去一个楔角α后变为斜面，这样入射的光线经过非直角反射，出射的二束光线就分开了。方棱镜的大小尺寸可根据成像透镜的口径来定。如果方棱镜反射面磨去的角度是α，则棱镜的光束分开的角度(分束角)是2α。根据成像的距离和试件的大小尺寸，α的大小可选择在1°到5°之间。

本发明采用普通光学玻璃取代了现有技术中昂贵的方解石晶体，通过对普通光学玻璃制备的方棱镜进行磨制实现了电子散斑干涉，结构简单，能够很好的控制分束角，获得的干涉条纹质量好，容易实现干涉。

附图说明

图1为常用的方棱镜结构及光路示意图。

图2为本发明的大错位方棱镜的结构及光路示意图。

图3为本发明的大错位方棱镜的平面光路示意图。

图4为使用本发明的大错位方棱镜实现电子散斑干涉的光路示意图。

图5为使用本发明的大错位方棱镜电子散斑干涉得到的物体的离面位移场示意图。

图中：1、直角三角棱镜，2、第一反射面，3、第二反射面，4、入射面，5、出射面，6、圆盘，7、参考平面，8、大错位方棱镜，9、CCD摄像机。

具体实施方式

实施例

本发明的实现电子散斑干涉的大错位方棱镜如图2所示，是在图1所示的常用可分光方棱镜的基础上制成的。如图2所示，是将方棱镜的第二反射面3向内磨去一个小的楔角α，磨制时以该反射面与直角三角棱镜的斜面相交的棱边为基线向内磨削，在方棱镜的光线入射面和出射面上镀增透膜，在第一反射面和第二反射面上镀全反射膜，这样入射的光线经过非直角反射，出射的二束光线就分开了。该方棱镜的大小尺寸可根据成像透镜的口径来定。如图3所示，如果方棱镜反射面磨去的角度是α，则棱镜的光束分开的交度(分束角)是2α。根据成像的距离和试件的大小尺寸，α的大小可选择在1°到5°之间。

如图4所示，实验试件为周边固定、中心加载的铝制圆盘6。圆盘6的厚2mm，直径为60mm，中心用千分尺加载。旁边放置一参考平面7。本发明的大错位方棱镜8的入射光面对着圆盘6和参考平面7的中间放置。大错位方棱镜8的分束角为6°，圆盘6与大错位方棱镜8的距离为1米。用CCD摄像机9成像。CCD摄像机9的成像镜头口径约50毫米，大错位方棱镜8也取50毫米×50毫米。CCD摄像机9的成像通过图像卡传送给计算机，并在计算机中进行图像的处理。圆盘6经过大错位方棱镜8形成二个像，参考平面7也成二个像。出射光面对着CCD摄像机9。调制光路使得圆盘6的一个像和参考平面7的一个像叠加重合。圆盘6和参考平面7被同一束激光扩束照明后，圆盘6的物光和参考平面7的参考光由于叠加在CCD摄像机9的靶面产生干涉。圆盘6变形前和变形后分别采集图像并实时相减，相减后呈现的散斑相关条纹显示在监视器上。图5所示为物体的离面位移场条纹。可见，利用大错位方棱镜可以实现电子散斑干涉。

本发明的大错位方棱镜成本低廉，制作简单，也便于应用。

Claims (1)

1.一种实现电子散斑干涉的大错位方棱镜，由普通光学玻璃磨制的二个直角三角棱镜组成，其中一个直角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜，这二个直角三角棱镜的斜面用光学胶粘合在一起形成方棱镜，该方棱镜具有两个反射面、入射光所在的面和出射光所在的面，其特征是：其中一个反射面是磨去一个楔角α的斜面，α在1°到5°之间，磨去一个楔角α的反射面与出射光所在的面在同一个直角三棱镜上，另外一个反射面与入射光所在的面在同一个直角三棱镜上，并且磨去一个楔角α的反射面与入射光所在的面相对，入射光所在的面与磨去楔角α的斜面不垂直，方棱镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜，两个反射面均镀有全反射膜。

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