CN109357615B - 散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，其特征在于，包括：散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块；其中，所述光路切换模块，用于进行所述散斑干涉光路和所述剪切散斑干涉光路之间的光路切换。本申请实施例可以通过光路切换模块，在一个测量装置中实现散斑干涉测量光路和剪切散斑干涉测量光路的切换，有效降低了切换不同测量装置导致的操作繁琐问题。

Description

散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置

技术领域

本申请涉及全场光学测试技术领域，尤其涉及一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置。

背景技术

散斑干涉和剪切散斑干涉测量均具有非接触、全场测量、高分辨率等优点。散斑干涉可以用于测量物体变形过程中的离面位移和面内位移的测量技术，剪切散斑干涉可以用于测量物体变形过程中的位移空间梯度或应变。

实际应用中，散斑干涉与剪切散斑干涉的测量原理存在不同：散斑干涉需要一个独立、静止的粗糙表面作为参考平面，剪切散斑干涉以目标平面自身作为参考平面，导致散斑干涉测量与剪切散斑干涉测量需要切换不同的测量装置，操作繁琐。

发明内容

本申请实施例提供一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，用以解决现有的散斑干涉测量与剪切散斑干涉测量需要切换不同的测量装置，操作繁琐的问题。

本申请实施例提供了一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，包括：

散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块；

其中，所述光路切换模块，用于进行所述散斑干涉光路和所述剪切散斑干涉光路之间的光路切换。

可选地，所述散斑干涉光路包括：激光器、分光元件、透明散射体元件、偏振分光棱镜、相移器、第一反射镜、第一1/4波片、扩束器、检偏器、图像传感器。

可选地，所述激光器发射激光，所述激光经过所述分光棱镜之后得到第一透射光和第一反射光；

所述第一反射光经过所述毛玻璃、所述偏振分光棱镜后得到第一p光，所述第一p光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第一透射光经过所述扩束器之后照亮被测物，经过所述被测物反射得到第一物光，所述第一物光经过所述偏振分光棱镜之后得到第二p光；

所述第二p光经过所述第一1/4波片、所述相移器贴合的所述第一反射镜、所述偏振分光棱镜之后得到第一s光，所述第一s光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第一p光与所述第一s光在所述图像传感器表面发生干涉。

可选地，所述透明散射体元件为毛玻璃。

可选地，所述剪切散斑干涉光路包括：所述激光器、所述分光元件、所述扩束器、第二反射镜和第二1/4波片的组合件、所述偏振分光棱镜、所述相移器、所述第一反射镜、所述第一1/4波片、所述检偏器、所述图像传感器。

可选地，所述激光器发射激光，所述激光经过所述分光棱镜透射之后得到第二透射光；

所述第二透射光经过所述扩束镜之后照亮被测物，经过所述被测物反射得到第二物光，所述第二物光经过所述偏振分光棱镜之后得到第三p光和第二s光；

所述第三p光经过所述第一1/4波片、所述相移器贴合的所述第一反射镜、所述偏振分光棱镜之后得到第三s光，所述第三s光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第二s光经过所述第二反射镜和第二1/4波片、所述偏振分光棱镜之后得到第四p光，所述第四p光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第四p光与所述第三s光在所述图像传感器表面发生剪切干涉。

可选地，所述分光元件包括下述之一：分光平片、分光棱镜；

所述相移器为压电陶瓷。

可选地，所述光路切换模块具体用于：

在所述散斑干涉光路和所述剪切散斑干涉光路切换时，调整所述第二反射镜和第二1/4波片的组合件的位置。

可选地，所述光路切换模块为马达。

可选地，所述散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移；

所述剪切散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移空间梯度。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

将散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块集成在一起构成散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，使得通过光路切换模块，就可以在一个测量装置中实现散斑干涉测量光路和剪切散斑干涉测量光路的切换，有效降低了切换不同测量装置导致的操作繁琐问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的图1所示共用装置中散斑干涉光路的示意图；

图3为本申请实施例提供的图1所示共用装置中剪切散斑干涉光路的示意图。

具体实施方式

下面结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1

本申请实施例提供了一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，包括：

散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块；

其中，光路切换模块，用于进行散斑干涉光路和剪切散斑干涉光路之间的光路切换。

本申请实施例中，散斑干涉光路包括：激光器、分光元件、透明散射体元件、偏振分光棱镜、相移器、第一反射镜、第一1/4波片、扩束器、检偏器、图像传感器；

剪切散斑干涉光路包括：激光器、分光元件、扩束器、第二反射镜和第二1/4波片的组合件、偏振分光棱镜、相移器、第一反射镜、第一1/4波片、检偏器、图像传感器。

需要说明的是，第二反射镜和第二1/4波片的组合件，可以是通过胶合的方式将第二反射镜和第二1/4波片组合在一起，可以是通过机械的方式将第二反射镜和第二1/4波片组合在一起，还可以是通过其它方式将第二反射镜和第二1/4波片组合在一起，这里不做具体限定。

其中，分光元件包括下述之一：分光平片、分光棱镜；

透明散射体元件为毛玻璃；

相移器为压电陶瓷。

需要说明的是，分光元件除了可以是分光平片或分光棱镜之外，还可以是其它可以实现分光的元件；透明散射体元件除了可以是毛玻璃之外，还可以是其它能够形成散斑场的元件；相移器除了可以是压电陶瓷之外，还可以是其它能够驱动平面镜产生相移的元件，这里不做具体限定。

图1为本申请实施例提供的一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置的示意图。

如图1所示的共用装置100包括：激光器101、分光棱镜102、毛玻璃103、偏振分光棱镜104、压电陶瓷105、第一反射镜106、第一1/4波片107、第二反射镜和第二1/4波片的组合件108、扩束器109、检偏器110、图像传感器111、光路切换模块112。

激光器101、分光棱镜102、毛玻璃103、偏振分光棱镜104、压电陶瓷105、第一反射镜106、第一1/4波片107、扩束器109、检偏器110、图像传感器111构成散斑干涉光路；

激光器101、分光棱镜102、偏振分光棱镜104、压电陶瓷105、第一反射镜106、第一1/4波片107、第二反射镜和第二1/4波片的组合件108、扩束器109、检偏器110、图像传感器111构成剪切散斑干涉光路。

本申请实施例中，光路切换模块具体用于：在散斑干涉光路和剪切散斑干涉光路切换时，调整第二反射镜和第二1/4波片的组合件的位置。

仍以上述图1为例，当需要通过散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置进行散斑干涉测量时，通过光路切换模块112，调整第二反射镜和第二1/4波片的组合件108的位置，使得经过毛玻璃103的激光可以直接照射到偏振分光棱镜104，从而形成散斑干涉光路。

本申请实施例中，散斑干涉光路：

激光器发射激光，激光经过分光棱镜之后得到第一透射光和第一反射光；

第一反射光经过毛玻璃、偏振分光棱镜后得到第一p光，第一p光经过检偏器透射至图像传感器；

第一透射光经过扩束器之后照亮被测物，经过被测物反射得到第一物光，第一物光经过偏振分光棱镜之后得到第二p光；

第二p光经过第一1/4波片、相移器贴合的第一反射镜、偏振分光棱镜之后得到第一s光，第一s光经过检偏器透射至图像传感器；

第一p光与第一s光在图像传感器表面发生干涉。

图2为本申请实施例提供的图1所示共用装置中散斑干涉光路的示意图。

如图2所示，激光器101发射激光，激光经过分光棱镜102之后得到第一透射光和第一反射光；

第一反射光经过毛玻璃103之后形成散斑场，进而经过偏振分光棱镜104透射后得到第一p光，第一p光经过检偏器110后透射至图像传感器111；

第一透射光经过扩束器109扩束之后照亮被测物，经过被测物反射得到第一物光，其中，第一物光携带被测物的变形信息；

第一物光经过偏振分光棱镜104透射之后得到第二p光；

第二p光经过第一1/4波片107透射至与压电陶瓷105贴合的第一反射镜106，经第一反射镜106反射之后的光再次通过第一1/4波片107，形成第一s光；

第一s光经过偏振分光棱镜104反射之后照射到检偏器110，进而经过检偏器110透射至图像传感器111；

第一p光与第一s光在图像传感器111表面发生干涉。

本申请实施例中，散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移。

仍以上述图2为例，通过调整检偏器110的通光方向，调节第一p光和第一s光汇合之后的光强，进而使得图像传感器111可以采集到对比度较好的干涉条纹。

通过压电陶瓷105驱动第一反射镜106移动，改变第一s光的光程，从而实现相移。

图像传感器111在相移前后分别采集至少三幅干涉散斑图，进而根据预设图像处理软件，对采集到的干涉散斑图进行图像处理操作，计算得到物体变形的位移。

其中，图像处理操作包括：相位计算、相位图滤波、相位解包裹、三维显示等过程。

以上述图1或图2为例，当需要通过散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置进行剪切散斑干涉测量时，通过光路切换模块112，调整第二反射镜和第二1/4波片的组合件108的位置，使得经过被测物反射的物光可以经偏振分光棱镜104反射照射到第二反射镜和第二1/4波片的组合件108，从而形成剪切散斑干涉光路。

本申请实施例中，剪切散斑干涉光路：

激光器发射激光，激光经过分光棱镜透射之后得到第二透射光；

第二透射光经过扩束镜之后照亮被测物，经过被测物反射得到第二物光，第二物光经过偏振分光棱镜之后得到第三p光和第二s光；

第三p光经过第一1/4波片、相移器贴合的第一反射镜、偏振分光棱镜之后得到第三s光，第三s光经过检偏器透射至图像传感器；

第二s光经过第二反射镜和第二1/4波片的组合件、偏振分光棱镜之后得到第四p光，第四p光经过检偏器透射至图像传感器；

第四p光与第三s光在图像传感器表面发生剪切干涉。

图3为本申请实施例提供的图1所示共用装置中剪切散斑干涉光路的示意图。

如图3所示，激光器101发射激光，激光经过分光棱镜102透射后得到第二透射光；

第二透射光经过扩束器109扩束之后照亮被测物，经过被测物反射得到第二物光，其中，第二物光携带有被测物的变形信息；

第二物光经过偏振分光棱镜104透射之后得到第三p光，第二物光经过偏振分光棱镜反射之后得到第二s光；

第三p光经过第一1/4波片107透射至与压电陶瓷105贴合的第一反射镜106，经过第一反射镜106反射之后的光再次通过第一1/4波片107，形成第三s光；

第三s光经偏振分光棱镜104反射之后照射到检偏器110，进而经过检偏器110透射至图像传感器111；

第二s光经过第二反射镜和第二1/4波片的组合件之后，反射得到第四p光；

第四p光经过偏振分光棱镜104透射之后照射到检偏器110，进而经过检偏器110透射至图像传感器111；

第四p光与第三s光在图像传感器表面发生剪切干涉。

本申请实施例中，剪切散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移梯度。

仍以上述图3为例，通过调整检偏器110的通光方向，调节第四p光和第三s光汇合之后的光强，进而使得图像传感器111可以采集到对比度较好的剪切干涉条纹。

通过压电陶瓷105驱动第一反射镜106移动，改变第三s光的光程，从而实现相移。

图像传感器111在相移前后分别采集至少三幅剪切干涉散斑图，进而根据预设图像处理软件，对采集到的剪切干涉散斑图进行图像处理操作，计算得到物体变形的位移梯度。

其中，图像处理操作包括：相位计算、相位图滤波、相位解包裹、三维显示等过程。

光路切换模块仅需通过调整第二反射镜和第二1/4波片的组合件的位置，就可以实现共用装置中散斑干涉光路与剪切散斑干涉光路的切换，使得其它元器件在两个光路中可以复用，光路切换简单易操作。

本申请实施例中，光路切换模块为马达。

需要说明的是，光路切换模块除了可以是马达之外，还可以是其它能够驱动第二反射镜和第二1/4波片的组合件改变位置的模块，这里不做具体限定。

本申请实施例记载的技术方案，将散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块集成在一起构成散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，使得通过光路切换模块，就可以在一个测量装置中实现散斑干涉测量光路和剪切散斑干涉测量光路的切换，有效降低了切换不同测量装置导致的操作繁琐问题。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种散斑干涉与剪切散斑干涉的共用装置，其特征在于，包括：

散斑干涉光路、剪切散斑干涉光路和光路切换模块；

其中，所述光路切换模块，用于进行所述散斑干涉光路和所述剪切散斑干涉光路之间的光路切换；

其中，所述散斑干涉光路包括：激光器、分光元件、透明散射体元件、偏振分光棱镜、相移器、第一反射镜、第一1/4波片、扩束器、检偏器、图像传感器；

所述剪切散斑干涉光路包括：所述激光器、所述分光元件、所述扩束器、第二反射镜和第二1/4波片的组合件、所述偏振分光棱镜、所述相移器，所述第一反射镜、所述第一1/4波片、所述检偏器、所述图像传感器；

所述光路切换模块具体用于：

在所述散斑干涉光路和所述剪切散斑干涉光路切换时，调整所述第二反射镜和第二1/4波片的组合件的位置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明散射体元件为毛玻璃。

3.如权利要求2所述的装置，特征在于，

所述激光器发射激光，所述激光经过所述分光棱镜之后得到第一透射光和第一反射光；

所述第一反射光经过所述毛玻璃、所述偏振分光棱镜后得到第一p光，所述第一p光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第一透射光经过所述扩束器之后照亮被测物，经过所述被测物反射得到第一物光，所述第一物光经过所述偏振分光棱镜之后得到第二p光；

所述第二p光经过所述第一1/4波片、所述相移器贴合的所述第一反射镜、所述偏振分光棱镜之后得到第一s光，所述第一s光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第一p光与所述第一s光在所述图像传感器表面发生干涉。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述激光器发射激光，所述激光经过所述分光棱镜透射之后得到第二透射光；

所述第二透射光经过所述扩束镜之后照亮被测物，经过所述被测物反射得到第二物光，所述第二物光经过所述偏振分光棱镜之后得到第三p光和第二s光；

所述第三p光经过所述第一1/4波片、所述相移器贴合的所述第一反射镜、所述偏振分光棱镜之后得到第三s光，所述第三s光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第二s光经过所述第二反射镜和第二1/4波片的组合件、所述偏振分光棱镜之后得到第四p光，所述第四p光经过所述检偏器透射至所述图像传感器；

所述第四p光与所述第三s光在所述图像传感器表面发生剪切干涉。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分光元件包括下述之一：分光平片、分光棱镜；

所述相移器为压电陶瓷。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路切换模块为马达。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移；

所述剪切散斑干涉光路，用于测量物体变形的位移空间梯度。

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