RU2726045C1 - Shear speckle interferometer (versions) - Google Patents

Shear speckle interferometer (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2726045C1
RU2726045C1 RU2019143561A RU2019143561A RU2726045C1 RU 2726045 C1 RU2726045 C1 RU 2726045C1 RU 2019143561 A RU2019143561 A RU 2019143561A RU 2019143561 A RU2019143561 A RU 2019143561A RU 2726045 C1 RU2726045 C1 RU 2726045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
symmetry
sectors
pair
quadro
Prior art date
Application number
RU2019143561A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Николаевич Вишняков
Алексей Дмитриевич Иванов
Федор Юрьевич Виноградов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority to RU2019143561A priority Critical patent/RU2726045C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2726045C1 publication Critical patent/RU2726045C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: optoelectronic measurements.SUBSTANCE: invention relates to the field of optical-electronic measurements, namely to shear speckle interferometry, and can be used for detection and measurement of parameters of defects of different diffuse-reflecting objects. Disclosed shear speckle interferometer includes a detection chamber, a laser radiation source and a focusing element in the form of a binary lens with a diaphragm. Diaphragm is made in the form of an opaque screen with four off-center holes, which are mirror-like relative to two perpendicular axes of symmetry, which intersect in the center of the screen on the optical axis of the interferometer. Binary lens can be formed by four identical sectors of initial circular lens spaced from each other to form uniform gaps parallel to said axes of symmetry. In another version, binary lens is formed by aligning four identical sectors remaining after removal of initial round lens diametral areas parallel to said axes of symmetry.EFFECT: high accuracy of measurements.6 cl, 1 tbl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронных измерений, а именно к сдвиговой спекл-интерферометрии, и может быть использовано для обнаружения и измерения параметров дефектов различных диффузно-отражающих объектов.The invention relates to the field of optoelectronic measurements, namely to shear speckle interferometry, and can be used to detect and measure the parameters of defects of various diffuse-reflecting objects.

Сдвиговый спекл-интерферометр или шерограф - это устройство, позволяющее на основании рассеянного от шероховатой поверхности детали света последовательно регистрировать ряд спекл-интерферограмм, и после компьютерной обработки получать фазовое изображение, которое иллюстрирует производную от перемещения отдельных участков исследуемой детали. Чувствительность такого устройства к выявлению дефектов зависит от выбора направления сдвига, т.к. именно вдоль этого направления визуализируется градиент поля перемещения. Шерография по одному направлению может не распознать некоторые дефекты, ориентированные параллельно направлению сдвига. Для полной характеризации поля деформации объекта необходима информация о градиентах поля перемещений как минимум в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Шерограф с одним направлением сдвига принципиально можно использовать для получения сдвигов вдоль двух направлений, проводя последовательно два измерения во взаимно перпендикулярных направлениях, но это ведет к увеличению времени и стоимости измерений. Поэтому важно исследовать объект с помощью шерографа, который может одновременно измерять градиент поля перемещений вдоль, как минимум, двух направлений сдвига.A shear speckle interferometer or scherograph is a device that allows one to sequentially record a series of speckle interferograms based on the light component scattered from a rough surface, and after computer processing to obtain a phase image that illustrates the derivative of the movement of individual sections of the investigated part. The sensitivity of such a device to defect detection depends on the choice of the direction of shear, since it is along this direction that the gradient of the displacement field is visualized. Sherography in one direction may not recognize certain defects that are parallel to the direction of the shift. For a complete characterization of the deformation field of an object, information is needed on the gradients of the displacement field in at least two mutually perpendicular directions. A sherograph with one direction of shear can in principle be used to obtain shear along two directions, taking two measurements in a sequence in mutually perpendicular directions, but this leads to an increase in time and cost of measurements. Therefore, it is important to examine the object using a scherograph, which can simultaneously measure the gradient of the displacement field along at least two directions of shear.

Из уровня техники известна шерографическая система с расшифровкой интерферограмм методом фазовых шагов, в которой реализуется два направления сдвига с помощью поворота зеркал в сдвоенном интерферометре Майкельсона с одновременной регистрацией на две ПЗС-камеры (см. Siebert and В. Schmitz, "New shearing setup for simultaneous measurement of two shear directions," Proc. SPIE 3637, 1999, c. 225-230). Основным недостатком известного устройства является трудность юстировки двухканальной схемы, содержащей три поляризационных светоделителя, кроме того, использование двух ПЗС-камер ведет к высокой цене установки.A scherographic system is known in the art for decoding interferograms by the phase-step method, in which two directions of shear are realized by rotating mirrors in a double Michelson interferometer with simultaneous recording to two CCD cameras (see Siebert and B. Schmitz, "New shearing setup for simultaneous measurement of two shear directions, "Proc. SPIE 3637, 1999, c. 225-230). The main disadvantage of the known device is the difficulty of aligning a two-channel circuit containing three polarizing beam splitter, in addition, the use of two CCD cameras leads to a high installation price.

Из уровня техники известна шерографическая система с поляризационным мультиплексированием и двумя ортогональными направлениями сдвига, в которой реализуется метод фазовых шагов без движущихся элементов и с одной ПЗС-камерой (см. R. М. Groves, S. W. James, and R. P. Tatam, "Polarization-multiplexed and phase-stepped fibre optic shearography using laser wavelength modulation," Meas. Sci. Technol, 11(9), 2000, c. 1389-1395). Ортогональный сдвиг также реализуется с помощью поворота зеркал вокруг вертикальной и горизонтальной оси в схеме сдвоенного интерферометра Майкельсона. Но метод временного фазового сдвига, который используется в известной системе для расчета фазовой карты, замедляет скорость измерений и ограничивает его применение в промышленных условиях в связи с помехами, вызванными изменением параметров окружающей среды. Метод временных фазовых шагов требует регистрации нескольких интерферограмм. В течение времени регистрации фаза может существенно измениться из-за динамической нагрузки или возмущения окружающей среды. Поэтому метод временного фазового сдвига в основном подходит для измерения смещений со статической нагрузкой.A scherographic system with polarization multiplexing and two orthogonal shear directions is known in the prior art, which implements the method of phase steps without moving elements and with one CCD camera (see R. M. Groves, SW James, and RP Tatam, "Polarization-multiplexed and phase-stepped fiber optic shearography using laser wavelength modulation, "Meas. Sci. Technol, 11 (9), 2000, c. 1389-1395). Orthogonal shift is also realized by turning the mirrors around the vertical and horizontal axis in the scheme of a double Michelson interferometer. But the method of temporary phase shift, which is used in the known system for calculating the phase map, slows down the measurement speed and limits its use in industrial conditions due to interference caused by changes in environmental parameters. The method of time phase steps requires the registration of several interferograms. During the recording time, the phase can change significantly due to dynamic load or environmental disturbance. Therefore, the time phase shift method is mainly suitable for measuring displacements with static load.

Динамическое измерение фазовой карты можно получить с помощью метода Фурье, который иногда называют методом пространственного фазового сдвига (см. М. Takeda, Н. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry," J. Opt. Soc. Am, 72(1), 1982, c. 156-160). Метод пространственного фазового сдвига позволяет восстанавливать фазу по одной интерферограмме, и его можно использовать для неразрушающего контроля с динамической нагрузкой. Из уровня техники известна шерографическая система с одной ПЗС-камерой, в которой использован метод пространственного фазового сдвига для одновременного измерения градиента перемещений в двух направлениях (см. Y.Wang et al., "Simultaneous dual directional strain measurement using spatial phase-shift digital shearography," Opt. Lasers Eng, 87, 2016, c. 197-203). В этой системе для освещения объекта используются два лазера с разными длинами волн, а соответствующие полосовые светофильтры применяют для предотвращения перекрестных помех между двумя каналами направления сдвига. Однако эта система требует дополнительного лазера освещения, что приводит к увеличению стоимости. Другим недостатком такой системы пространственного сдвига фазы на основе сдвоенного интерферометра Майкельсона является то, что в нем нельзя отдельно регулировать частоту несущей и величину сдвига.Dynamic phase map measurement can be obtained using the Fourier method, sometimes called the spatial phase shift method (see M. Takeda, N. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry, "J. Opt. Soc. Am, 72 (1), 1982, c. 156-160). The spatial phase shift method allows you to restore the phase from a single interferogram, and it can be used for non-destructive testing with dynamic load. A scherographic system with one CCD camera is known in the art that uses the spatial phase shift method to simultaneously measure the gradient of displacements in two directions (see Y. Wang et al., "Simultaneous dual directional strain measurement using spatial phase-shift digital shearography , "Opt. Lasers Eng, 87, 2016, p. 197-203). In this system, two lasers with different wavelengths are used to illuminate the object, and the corresponding band-pass filters are used to prevent crosstalk between the two channels of the shift direction. However, this system requires an additional laser lighting, which leads to an increase in cost. Another drawback of such a spatial phase shift system based on a double Michelson interferometer is that it cannot separately control the carrier frequency and the shift amount.

Из уровня техники известна поляризационная цифровая шерографическая система, основанная на двух интерферометрах Маха-Цендера, в которой предусмотрена возможность регистрации сдвиговых интерферограмм в двух ортогональных направлениях одновременно (см. X. Xie et al., "Polarized digital shearography for simultaneous dual shearing directions measurements," Rev. Sci. Instrum, 87(8), 2016, c. 083110). Благодаря специально разработанной системе ориентации плоскостей поляризации и пространственной несущей частоты в работе удалось избежать перекрестных помех, а несущую частоту и величину сдвига - регулировать отдельно. Однако в этой системе было использовано шесть светоделителей и четыре зеркала, что сильно усложняет юстировку.A polarized digital scherographic system based on two Mach-Zehnder interferometers is known in the art, in which it is possible to register shear interferograms in two orthogonal directions simultaneously (see X. Xie et al., "Polarized digital shearography for simultaneous dual shearing directions measurements, "Rev. Sci. Instrum, 87 (8), 2016, p. 083110). Thanks to a specially developed system of orientation of the polarization planes and spatial carrier frequency in the work, it was possible to avoid crosstalk, and the carrier frequency and the amount of shift - to adjust separately. However, six beam splitters and four mirrors were used in this system, which greatly complicates the alignment.

Из уровня техники известна цифровая шерографическая система для одновременных измерений в трех направлениях сдвига, с использованием метода пространственного фазового сдвига, основанная на мультиплексировании с регулируемой апертурой (см. Peizheng Yan et al., "Spatial phase-shift digital shearography for simultaneous measurements in three shearing directions based on adjustable aperture multiplexing", Optical Engineering, 58(5), May 2019, c. 054105). В известном устройстве несущая частота и величина сдвига могут регулироваться отдельно. Однако, недостатком данной является то, что она является трехканальной, и каждый канал содержит по два светоделителя и объектив с соответствующей диафрагмой, поэтому такая система требует сложной юстировки.A digital scherographic system is known in the art for simultaneous measurements in three directions of shear using the spatial phase shift method based on multiplexing with adjustable aperture (see Peizheng Yan et al., "Spatial phase-shift digital shearography for simultaneous measurements in three shearing directions based on adjustable aperture multiplexing ", Optical Engineering, 58 (5), May 2019, p. 054105). In the known device, the carrier frequency and the amount of shift can be adjusted separately. However, this drawback is that it is three-channel, and each channel contains two beam splitters and a lens with an appropriate aperture, so this system requires complex alignment.

Из уровня техники известен шерограф, способный выполнять измерения по трем направлениям сдвига с регистрацией только одной мультиплексной интерферограммы (см. Е. S. Barrera et al., "Multiple-aperture one-shot shearography for simultaneous measurements in three shearing directions," Opt. Lasers Eng, 2018, 111, c. 86-92). В схеме этого шерографа использовался один объектив, перед которым были установлены три клиновидные призмы, у двух из которых образующие были параллельны, а у третьей - перпендикулярна первым двум. Дополнительно использовались три круглые диафрагмы для одновременного получения сдвиговых спекл-интерферограмм для трех разных ориентаций. Однако, несущая частота и величина сдвига определяются расстоянием между отверстиями и углом при вершине клиновидных призм, которые трудно регулировать, что является недостатком данной схемы.A scherograph is known in the art that is capable of performing measurements in three shear directions with recording only one multiplex interferogram (see E. S. Barrera et al., "Multiple-aperture one-shot shearography for simultaneous measurements in three shearing directions," Opt. Lasers Eng, 2018, 111, p. 86-92). In the scheme of this scherograph, one lens was used, in front of which three wedge-shaped prisms were installed, in two of which the generators were parallel, and in the third - it was perpendicular to the first two. Additionally, three circular apertures were used to simultaneously produce shear speckle interferograms for three different orientations. However, the carrier frequency and the magnitude of the shift are determined by the distance between the holes and the angle at the apex of the wedge-shaped prisms, which are difficult to regulate, which is a drawback of this scheme.

Из уровня техники известны шерографы, в которых для формирования двух сдвинутых изображений используется билинза (см Н.Г. Власов, Ю.П. Пресняков, "Интерферометрия сдвига диффузно отражающих объектов", Квантовая электроника, 1973, №2, с. 80-83 и R.K. Murthy et al. "Speckle shearing interferometry: a new method", Applied Optics, 1982, Vol. 21, No. 16, c. 2865-2867). Такую линзу можно сформировать путем разрезания исходной линзы на две равные части вдоль оси Y, проходящей через центр. При смещении половинок билинзы друг относительно друга на величину 8 вдоль оси X, перпендикулярной оси Y, в плоскости изображения такой линзы формируются два изображения объекта, смещенные вдоль оси X на величину

Figure 00000001
где М - увеличение билинзы. Для повышения контраста интерференционных полос билинза диафрагмировалась непрозрачным экраном с двумя отверстиями, каждое из которых приходилось на одну из ее половинок. Устройство обладает простотой, удобством юстировки, возможностью регулирования величины сдвига. Однако основной недостаток такой системы заключается в том, что билинза задает сдвиг только в одном направлении.Scherographs are known from the prior art in which bilins are used to form two shifted images (see N.G. Vlasov, Yu.P. Presnyakov, "Interferometry of the shift of diffusely reflecting objects," Quantum Electronics, 1973, No. 2, pp. 80-83 and RK Murthy et al. "Speckle shearing interferometry: a new method", Applied Optics, 1982, Vol. 21, No. 16, pp. 2865-2867). Such a lens can be formed by cutting the original lens into two equal parts along the Y axis passing through the center. When the halves of the biline lens are displaced relative to each other by an amount of 8 along the X axis perpendicular to the Y axis, two images of the object are formed in the image plane of such a lens, offset along the X axis by an amount
Figure 00000001
where M is the increase in bilins. To increase the contrast of interference fringes, the biline lens was diaphragmed with an opaque screen with two holes, each of which fell on one of its halves. The device has simplicity, ease of adjustment, the ability to control the magnitude of the shift. However, the main disadvantage of such a system is that the biline lens sets the shift in only one direction.

Наиболее близким к предлагаемой группе изобретений является сдвиговый спекл-интерферометр, содержащий камеру регистрации, источник лазерного излучения и фокусирующий элемент, снабженный диафрагмой в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями, зеркально расположенными относительно двух перпендикулярных осей симметрии, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра (см. Y.Y. Hung et al., "Speckle-Shearing Interferometric Technique: a Full-Field Strain Gauge", Appl. Opt, 1975, Vol. 14, No. 3, c. 618-622). В известном устройстве для достижения сдвига плоскость регистрации смещена вдоль оптической оси на некоторое расстояние относительно плоскости фокусировки изображений, в результате чего формируются четыре сдвиговые спекл-интерферограммы по четырем различным направлениям. Основной недостаток такого устройства состоит в том, что для достижения сдвига используются дефокусированные изображения, что ведет к искажениям получаемых градиентов поля перемещений.Closest to the proposed group of inventions is a shear speckle interferometer containing a registration chamber, a laser source and a focusing element equipped with a diaphragm in the form of an opaque screen with four off-center holes that are mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer (see YY Hung et al., "Speckle-Shearing Interferometric Technique: a Full-Field Strain Gauge", Appl. Opt, 1975, Vol. 14, No. 3, p. 618-622). In the known device for achieving a shift, the registration plane is shifted along the optical axis by a certain distance relative to the image focusing plane, as a result of which four shear speckle interferograms are formed in four different directions. The main disadvantage of such a device is that defocused images are used to achieve the shift, which leads to distortions of the obtained gradients of the displacement field.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и одновременное получение сдвиговых по многим направлениям спекл-интерферограмм сфокусированных изображений объекта. Технический результат заключается в повышении точности проводимых измерений за счет повышения стабильности изображения и снижения требований к юстировке сдвигового спекл-интерферометра.The technical problem is the elimination of these shortcomings and the simultaneous production of focused in many directions speckle interferograms of focused images of the object. The technical result consists in increasing the accuracy of the measurements by increasing the stability of the image and reducing the requirements for adjusting the shear speckle interferometer.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по первому варианту тем, что в сдвиговом спекл-интерферометре, содержащем камеру регистрации, источник лазерного излучения и фокусирующий элемент, снабженный диафрагмой в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями, зеркально расположенными относительно двух перпендикулярных осей симметрии, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра, указанный фокусирующий элемент выполнен в виде квадролинзы, образованной четырьмя одинаковыми секторами исходной круглой линзы, разнесенными друг от друга с образованием равномерных зазоров, параллельных указанным осям симметрии. Перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы могут быть установлены линейные поляризаторы с плоскостью пропускания, параллельной одной оси симметрии, а перед второй парой секторов -- параллельной другой оси симметрии. Источник лазерного излучения может быть образован двумя блоками с различными рабочими длинами волн, причем перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены светофильтры с пропусканием на одной из указанных длин волн, а перед второй парой секторов - на другой.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the first embodiment by the fact that in a shear speckle interferometer containing a registration chamber, a laser source and a focusing element equipped with a diaphragm in the form of an opaque screen with four off-center holes, mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry, intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer, the specified focusing element is made in the form of a quadro lens formed by four identical sectors of the original round lens spaced from each other with the formation of uniform gaps parallel to the indicated axes of symmetry. Linear polarizers with a transmission plane parallel to one axis of symmetry can be mounted in front of the first pair of diametrically opposed quadro lens sectors, and in front of the second pair of sectors parallel to the other axis of symmetry. The laser radiation source can be formed by two blocks with different operating wavelengths, with filters in front of the first pair of diametrically opposite quadro lenses passing through one of these wavelengths, and in front of the second pair of sectors.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по второму варианту тем, что в сдвиговом спекл-интерферометре, содержащем камеру регистрации, источник лазерного излучения и фокусирующий элемент, снабженный диафрагмой в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями, зеркально расположенными относительно двух перпендикулярных осей симметрии, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра, указанный фокусирующий элемент выполнен в виде квадролинзы, образованной путем совмещения четырех одинаковых секторов, оставшихся после удаления из исходной круглой линзы диаметральных участков, параллельных указанным осям симметрии. Перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы могут быть установлены линейные поляризаторы с плоскостью пропускания, параллельной одной оси симметрии, а перед второй парой секторов - параллельной другой оси симметрии. Источник лазерного излучения может быть образован двумя блоками с различными рабочими длинами волн, причем перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены светофильтры с пропусканием на одной из указанных длин волн, а перед второй парой секторов - на другой.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the second embodiment by the fact that in a shear speckle interferometer containing a registration chamber, a laser source and a focusing element equipped with a diaphragm in the form of an opaque screen with four off-center holes that are mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry, intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer, the specified focusing element is made in the form of a quadro lens formed by combining four identical sectors remaining after removing from the original circular lens diametrical sections parallel to the indicated axes of symmetry. Linear polarizers with a transmission plane parallel to one axis of symmetry can be mounted in front of the first pair of diametrically opposed quadro lens sectors, and in front of the second pair of sectors parallel to the other axis of symmetry. The laser radiation source can be formed by two blocks with different operating wavelengths, with filters in front of the first pair of diametrically opposite quadro lenses passing through one of these wavelengths, and in front of the second pair of sectors.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого сдвигового спекл-интерферометра;In FIG. 1 presents a General scheme of the proposed shear speckle interferometer;

на фиг. 2 - исходная круглая линза по первому варианту;in FIG. 2 - the original round lens according to the first embodiment;

на фиг. 3 - квадролинза по первому варианту;in FIG. 3 - quadro lens according to the first embodiment;

на фиг. 4 - схема формирования изображения с помощью квадролинзы по первому варианту (в качестве объекта выступают две перпендикулярные стрелки);in FIG. 4 is a diagram of image formation using a quadro lens according to the first embodiment (two perpendicular arrows act as an object);

на фиг. 5 - исходная круглая линза по второму варианту;in FIG. 5 - the original round lens according to the second embodiment;

на фиг. 6 - квадролинза по второму варианту.in FIG. 6 - quadro lens according to the second embodiment.

Предлагаемый спекл-интерферометр представляет собой цифровой шерограф со сдвигом по многим направлениям и содержит камеру 1 регистрации, источник лазерного излучения 2 с линзой 3 и фокусирующий элемент в виде квадролизы 4. Со стороны камеры 1 перед квадролинзой 4 расположена диафрагма 5 в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями 6. Отверстия 6 зеркально расположены относительно двух перпендикулярных осей симметрии X и Y, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра.The proposed speckle interferometer is a digital scherograph with a shift in many directions and contains a registration camera 1, a laser source 2 with a lens 3, and a focusing element in the form of a quadrolysis 4. From the side of the camera 1, a diaphragm 5 in the form of an opaque screen with four off-center holes 6. Holes 6 are mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry X and Y, intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer.

По первому варианту квадролинза 4 образована четырьмя одинаковыми секторами исходной круглой линзы с центром О, разнесенными друг от друга с образованием равномерных зазоров 7 величиной 2Δ, параллельных указанным осям симметрии X и Y. Таким образом, первый сектор квадролинзы 4 сдвинут относительно центра О вдоль оси X вправо и вдоль оси Y вверх на величину Δ, второй сектор сдвинут относительно центра О вдоль оси X вправо и вдоль оси Y вниз на величину Δ, третий сектор сдвинут относительно центра О вдоль оси X влево и вдоль оси Y вниз на величину Δ, а четвертый сектор сдвинут относительно центра О вдоль оси X влево и вдоль оси Y вверх на величину Δ. На фиг. 3 буквами О1 О2, О3 и О4 отмечены новые положения оптических осей, соответствующих секторов квадролинзы 4. Каждое из четырех отверстий 6 в диафрагме 5 расположено на биссектрисе прямого угла каждого из указанных секторов на одном расстоянии от центра О.According to the first variant, quadro lens 4 is formed by four identical sectors of the initial round lens with center O spaced from each other with the formation of uniform gaps 7 of size 2Δ parallel to the indicated axes of symmetry X and Y. Thus, the first sector of quad lens 4 is shifted relative to the center O along the X axis to the right and upward along the Y axis by Δ, the second sector is shifted relative to the center O along the X axis to the right and along the Y axis down by Δ, the third sector is shifted relative to the center O along the X axis to the left and along the Y axis down to Δ, and the fourth the sector is shifted relative to the center O along the X axis to the left and along the Y axis upward by Δ. In FIG. 3 letters O 1 O 2 , O 3 and O 4 indicate the new positions of the optical axes corresponding to the quadro lens 4. Each of the four holes 6 in the diaphragm 5 is located on the bisector of the right angle of each of these sectors at the same distance from the center O.

Каждый из четырех секторов квадролинзы 4 строит сфокусированное изображение объекта в одной единой для всех секторов плоскости. Эти изображения будут смещены друг относительно друга в плоскости изображений из-за того, что оптические оси секторов квадролинзы 4 смещены относительно оптической оси исходной линзы. Так как эти смещенные изображения образованы делением одного волнового фронта излучения, отраженного от объекта, то они создают сдвиговые спекл-интерферограммы, полосы которых имеют равную частоту и разную ориентацию. Период полос определяется расстоянием между центрами отверстий 6 в диафрагме 5, а ориентация полос зависит от направления смещений изображений. В Таблице 1 схематично показаны сдвиговые интерферограммы, которые формируются различными секторами (обозначены точками) квадролинзы 4, задиафрагмированными отверстиями 6.Each of the four sectors of quadro lens 4 builds a focused image of the object in one plane for all sectors. These images will be offset relative to each other in the plane of the images due to the fact that the optical axis sectors of the quadro lens 4 are offset relative to the optical axis of the original lens. Since these displaced images are formed by dividing one wavefront of radiation reflected from the object, they create shear speckle interferograms, the bands of which have the same frequency and different orientation. The period of the bands is determined by the distance between the centers of the holes 6 in the diaphragm 5, and the orientation of the bands depends on the direction of the displacements of the images. Table 1 schematically shows the shear interferograms, which are formed by different sectors (indicated by dots) of the lens 4, diaphragm holes 6.

По второму варианту квадролинза образована путем совмещения четырех одинаковых секторов, оставшихся после удаления из исходной круглой линзы диаметральных участков 8, параллельных указанным осям симметрии X и Y, по разрезам. На фиг. 6 буквами О1 О2, О3 и О4 отмечены положение оптических осей, соответствующих секторов квадролинзы 4. Сдвиговые изображения формируются аналогично первому варианту.In the second embodiment, the quadro lens is formed by combining four identical sectors remaining after removing from the original round lens diametrical sections 8 parallel to the indicated axes of symmetry X and Y, along the cuts. In FIG. 6 letters O 1 O 2 , O 3 and O 4 indicate the position of the optical axes corresponding to the quadro lens 4. The shift images are formed similarly to the first embodiment.

Применение цифрового фурье-преобразования к суммарной сдвиговой спекл-интерферограмме позволяет выделять различные порядки в ее спектре и восстанавливать фазовые картины для различных направлений сдвига. Для восстановления фазовой карты методом пространственного фазового сдвига (см. М. Takeda, Н. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry," J. Opt. Soc. Am. 72(1), 1982, c. 156-160), выполняется пространственная фильтрация суммарного спектра полосовым фильтром, центр которого совпадает с максимумом фурье-спектра в одном из порядков. Суммарная спекл-интерферограмма имеет сложный пространственный вид и должна иметь больший динамический диапазон по сравнению с одиночной интерферограммой.Application of the digital Fourier transform to the total shear speckle interferogram makes it possible to isolate various orders in its spectrum and to restore phase patterns for different shear directions. For reconstructing a phase map by spatial phase shift (see M. Takeda, N. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry," J. Opt. Soc. Am 72 (1), 1982, p. 156-160), spatial filtering of the total spectrum is performed by a band-pass filter, the center of which coincides with the maximum of the Fourier spectrum in one of the orders. The total speckle interferogram has a complex spatial appearance and should have a larger dynamic range compared to a single interferogram.

С целью упрощения вычислений может быть использовано разделение каналов. Для этого перед или за диафрагмой 5 устанавливают дополнительные элементы 9 (например, линейные поляризаторы или светофильтры), причем перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены элементы 9 одного типа, а перед второй парой секторов - другого. Например, перед первым и третьим секторами квадролинзы 4 установлены линейные поляризаторы с плоскостью пропускания, параллельной оси X, а перед вторым и четвертым - с плоскостью пропускания, параллельной оси Y (на фиг. 3 и 6 горизонтальными и вертикальными стрелками показаны направления плоскостей пропускания указанных линейных поляризаторов). Или источник лазерного излучения 2 образован двумя блоками с различными рабочими длинами волн λ1 и λ2, а перед или за первым и третьим секторами квадролинзы 4 установлены светофильтры с пропусканием на длине волны λ1, а перед или за вторым и четвертым секторами - светофильтры с пропусканием на длине волны λ2.In order to simplify the calculations, channel separation can be used. To do this, additional elements 9 are installed in front of or behind the diaphragm 5 (for example, linear polarizers or light filters), and elements of one type are installed in front of the first pair of diametrically opposed quadro lens sectors, and another one in front of the second pair of sectors. For example, linear polarizers with a transmission plane parallel to the X axis are installed in front of the first and third sectors of quadro lens 4, and a transmission plane parallel to the Y axis is installed in front of the second and fourth sectors (in Figs. 3 and 6, the directions of the transmission planes of the indicated linear arrows are shown by horizontal and vertical arrows polarizers). Or, the laser radiation source 2 is formed by two blocks with different operating wavelengths λ 1 and λ 2 , and filters are installed in front of or behind the first and third sectors of quadro lens 4 at a wavelength of λ 1 , and filters in front of or behind the second and fourth sectors transmittance at a wavelength of λ 2 .

Предлагаемый спекл-интерферометр позволяет выявлять скрытые дефекты под поверхностью 10.The proposed speckle interferometer allows you to detect hidden defects under the surface 10.

Повышение стабильности и снижение требований к юстировке сдвигового спекл-интерферометра достигается тем, что в нем интерферируют пучки, образованные из одного объектного пучка делением его по волновому фронту на четыре части с помощью секторов квадролинзы. Совокупность вышеупомянутых признаков ведет к повышению точности измерений.Improving stability and reducing the requirements for adjusting the shear speckle interferometer is achieved by the fact that it interferes with beams formed from one object beam by dividing it along the wavefront into four parts using quadro lens sectors. The combination of the above features leads to increased measurement accuracy.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (6)

1. Сдвиговый спекл-интерферометр, содержащий камеру регистрации, источник лазерного излучения и фокусирующий элемент, снабженный диафрагмой в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями, зеркально расположенными относительно двух перпендикулярных осей симметрии, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра, отличающийся тем, что фокусирующий элемент выполнен в виде квадролинзы, образованной четырьмя одинаковыми секторами исходной круглой линзы, разнесенными друг от друга с образованием равномерных зазоров, параллельных указанным осям симметрии.1. A shear speckle interferometer containing a registration chamber, a laser source and a focusing element equipped with a diaphragm in the form of an opaque screen with four off-center holes, mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry, intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer, characterized in that the focusing element is made in the form of a quadro lens formed by four identical sectors of the original round lens, spaced from each other with the formation of uniform gaps parallel to the indicated axes of symmetry. 2. Сдвиговый спекл-интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены линейные поляризаторы с плоскостью пропускания, параллельной одной оси симметрии, а перед второй парой секторов - параллельной другой оси симметрии.2. The shear speckle interferometer according to claim 1, characterized in that in front of the first pair of diametrically opposite quadro lens sectors, linear polarizers are mounted with a transmission plane parallel to one axis of symmetry, and in front of the second pair of sectors parallel to the other axis of symmetry. 3. Сдвиговый спекл-интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что источник лазерного излучения образован двумя блоками с различными рабочими длинами волн, причем перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены светофильтры с пропусканием на одной из указанных длин волн, а перед второй парой секторов - на другой.3. A shear speckle interferometer according to claim 1, characterized in that the laser radiation source is formed by two blocks with different working wavelengths, and in front of the first pair of diametrically opposite quadro lens sectors, filters are installed with transmission at one of the indicated wavelengths, and in front of the second pair sectors - on the other. 4. Сдвиговый спекл-интерферометр, содержащий камеру регистрации, источник лазерного излучения и фокусирующий элемент, снабженный диафрагмой в виде непрозрачного экрана с четырьмя нецентральными отверстиями, зеркально расположенными относительно двух перпендикулярных осей симметрии, пересекающихся в центре экрана на оптической оси интерферометра, отличающийся тем, что фокусирующий элемент выполнен в виде квадролинзы, образованной путем совмещения четырех одинаковых секторов, оставшихся после удаления из исходной круглой линзы диаметральных участков, параллельных указанным осям симметрии.4. A shear speckle interferometer containing a registration chamber, a laser source and a focusing element equipped with a diaphragm in the form of an opaque screen with four off-center holes, mirrored relative to two perpendicular axes of symmetry, intersecting in the center of the screen on the optical axis of the interferometer, characterized in that the focusing element is made in the form of a quadro lens formed by combining four identical sectors remaining after removing from the original circular lens diametrical sections parallel to the indicated axes of symmetry. 5. Сдвиговый спекл-интерферометр по п. 4, отличающийся тем, что перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены линейные поляризаторы с плоскостью пропускания, параллельной одной оси симметрии, а перед второй парой секторов - параллельной другой оси симметрии.5. The shear speckle interferometer according to claim 4, characterized in that in front of the first pair of diametrically opposite quadro lens sectors, linear polarizers are installed with a transmission plane parallel to one axis of symmetry, and in front of the second pair of sectors parallel to the other axis of symmetry. 6. Сдвиговый спекл-интерферометр по п. 4, отличающийся тем, что источник лазерного излучения образован двумя блоками с различными рабочими длинами волн, причем перед первой парой диаметрально противоположных секторов квадролинзы установлены светофильтры с пропусканием на одной из указанных длин волн, а перед второй парой секторов - на другой.6. A shear speckle interferometer according to claim 4, characterized in that the laser radiation source is formed by two blocks with different working wavelengths, and in front of the first pair of diametrically opposite quadro lens sectors, filters are installed with transmission at one of the indicated wavelengths, and in front of the second pair sectors - on the other.
RU2019143561A 2019-12-24 2019-12-24 Shear speckle interferometer (versions) RU2726045C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143561A RU2726045C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Shear speckle interferometer (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143561A RU2726045C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Shear speckle interferometer (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726045C1 true RU2726045C1 (en) 2020-07-08

Family

ID=71510045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019143561A RU2726045C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Shear speckle interferometer (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2726045C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1471065A1 (en) * 1987-09-24 1989-04-07 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Spectrointerferometer
US20040179204A1 (en) * 2003-03-10 2004-09-16 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Speckle interferometer apparatus
CN102735380B (en) * 2012-05-28 2014-03-26 天津大学 Multi-function electronic speckle interferometer
RU163233U1 (en) * 2016-02-02 2016-07-10 Дмитрий Владимирович Кизеветтер SPECL INTERFEROMETER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1471065A1 (en) * 1987-09-24 1989-04-07 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Spectrointerferometer
US20040179204A1 (en) * 2003-03-10 2004-09-16 Fuji Photo Optical Co., Ltd. Speckle interferometer apparatus
CN102735380B (en) * 2012-05-28 2014-03-26 天津大学 Multi-function electronic speckle interferometer
RU163233U1 (en) * 2016-02-02 2016-07-10 Дмитрий Владимирович Кизеветтер SPECL INTERFEROMETER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.Y. Hung et al., "Speckle-Shearing Interferometric Technique: a Full-Field Strain Gauge", Appl. Opt, 1975, Vol. 14, No. 3, c. 618-622. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9880377B1 (en) Multiple wavelengths real time phase shift interference microscopy
Kimbrough et al. Low-coherence vibration insensitive Fizeau interferometer
CN108981606B (en) Snapshot type full-field white light interference microscopic measurement method and device thereof
KR100631060B1 (en) Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin-film by white-light interferometry
TWI326354B (en) Method and apparatus for simultaneously acquiring interferograms and method for solving the phase
US7675628B2 (en) Synchronous frequency-shift mechanism in Fizeau interferometer
US20220397392A1 (en) Device and method for imaging and interferometry measurements
US8345258B2 (en) Synchronous frequency-shift mechanism in fizeau interferometer
CN101033937A (en) Method and device of light splitting, image-forming and synchronous phase-shifting in optical interferometry.
CN102944169A (en) Simultaneous polarization phase-shifting interferometer
CN111947592B (en) Dynamic dual-wavelength phase-shifting interference measuring device and measuring method
CN107449361B (en) Stable dual-wavelength real-time interference microscopic device and using method thereof
US8269980B1 (en) White light scanning interferometer with simultaneous phase-shifting module
CN208704671U (en) A kind of fast illuminated whole audience white light interference micro-measurement apparatus
TW202214996A (en) Device and method for measuring interfaces of an optical element
RU2726045C1 (en) Shear speckle interferometer (versions)
US11274915B2 (en) Interferometer with multiple wavelength sources of different coherence lengths
But’ et al. Improvement of accuracy of interferometric measurement of wedge angle of plates
JP3714853B2 (en) Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device
RU2536764C1 (en) Method of interference microscopy
US20240264035A1 (en) Interferometer with auxiliary lens for measurement of a transparent test object
Yatagai et al. High-speed Fizeau interferometry and digital holography for dynamic phenomena measurement
CN114459619B (en) Real-time online phase shift measurement device and method
US12104897B2 (en) Interometric optical system
Tian Snapshot Interferometric Systems with Polarization Cameras

Legal Events

Date Code Title Description
QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200630

Effective date: 20210817

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200630

Effective date: 20211215