CN118640821B - 用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提出了用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置及方法，包括激光调制组件，其发出激光至待测光学表面；反射光束经棱镜组件反射至偏振组件，其包括沿反射光束的光路方向依次设置起偏器、透射光栅组和滤波透镜；透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅，反射光束在前偏振透射光栅上发生衍射，透过前偏振透射光栅的衍射光束在后偏振透射光栅上再次发生衍射形成干涉光束；干涉光束经滤波透镜汇聚为衍射斑；图像采集处理系统以采集衍射斑进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。本申请能够精确有效地实现待测物体变形场的实时精确测量且原理简单，并缩小了传统相干梯度传感器体积，扩展了相干梯度传感器的使用范围。

Description

用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置及方法

技术领域

本申请涉及半导体器件、定向能量沉积等现场实时制造技术领域，尤其涉及用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置及方法。

背景技术

相干梯度传感器(Coherent Gradient Sensor)是一种基于双光栅共光路剪切干涉技术的全场干涉类梯度相干光学测量方法，其测量原理是物体波进入双光栅系统产生干涉，通过对变形前(零条纹场)和变形后干涉条纹场的相位分析，可求解得到物体表面的全场离面位移梯度数据。由于反射式相干梯度传感器的全场、实时、高精度、高灵敏度的测量优势，现已广泛应用于各种材料及结构的宏微观测量领域中。

然而，使用相干梯度传感器进行变形实时测量仍是一个具有前沿性和挑战性的难题。在相干梯度传感的实时测量相关技术中，最直接的处理方法为条纹中心线法，但该方法针对干涉条纹图的处理受主观因素影响较大，从而一般会导致较大的误差；此外，傅里叶变换法和采样云纹法在相干梯度传感实时测量中也有应用，但前者针对复杂条纹图如含有闭合条纹的条纹图的处理通常失效，且后者需要在光路中通过人工引入载波元件并校正剪切量，因此所得结果不够直观且适用性受限。空间相移技术在相干梯度传感中已有应用，但目前通常采用大型分光装置实现该功能，使得空间相移相干梯度传感的设备体积较大。

因此，如何发展针对相干梯度传感测量的小型、便捷、易操作、实时变形场测量设备是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本申请能够精确有效地实现待测物体变形场的实时精确测量，测量原理简单，并大大缩小了传统相干梯度传感器体积，进一步扩展了相干梯度传感器的使用范围。

为达到上述目的，本申请第一方面提出了用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置，包括：

激光调制组件，其发出激光至待测光学表面且经过所述待测光学表面反射后的反射光束为准直状态；

偏振组件；所述反射光束经棱镜组件反射至所述偏振组件，其包括沿所述反射光束的光路方向依次设置起偏器、透射光栅组和滤波透镜；所述透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅，所述反射光束在所述前偏振透射光栅上发生衍射，透过所述前偏振透射光栅的衍射光束在所述后偏振透射光栅上再次发生衍射形成干涉光束；所述干涉光束经所述滤波透镜汇聚为衍射斑；以及

图像采集处理系统，沿所述反射光束的光路方向其设置在所述滤波透镜下游，用以采集所述衍射斑进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。

在一些实施例中，所述激光调制组件包括提供激光的激光器以及沿激光光路方向依次设置的扩束凸透镜和准直凸透镜。

在一些实施例中，所述扩束凸透镜和所述准直凸透镜均为平凸透镜。

在一些实施例中，所述激光调制组件还包括位移调节件；所述位移调节件包括沿激光光路方向延伸的滑轨和与所述滑轨适配的滑块；所述扩束凸透镜和所述准直凸透镜分别设置在所述滑块上。

在一些实施例中，所述棱镜组件包括分光棱镜和平面反射镜；所述分光棱镜的反射面将所述反射光束再次反射到所述平面反射镜上；所述平面反射镜与所述分光棱镜的反射面平行，以将所述反射光束转向，使得所述反射光束的光路方向与水平方向保持一致。

在一些实施例中，所述分光棱镜包括两个直角光学石英玻璃棱镜，且两个所述直角光学石英玻璃棱镜的斜面贴合形成所述反射面。

在一些实施例中，所述偏振组件还包括检偏器，沿所述反射光束的光路方向，在所述透射光栅组和所述滤波透镜之间设置可旋转的检偏器。

在一些实施例中，所述起偏器和所述检偏器均为二向色性材料。

在一些实施例中，所述前偏振透射光栅和所述后偏振透射光栅均为液晶聚合物制成的方波形光栅，占空比为1:1。

在一些实施例中，所述图像采集处理系统包括集成有孔径光阑的数字化工业偏振相机或工业数字相机以及计算机图像后处理系统。

在一些实施例中，还包括支撑组件和固定件；所述支撑组件包括多个支承，以放置除所述计算机图像后处理系统的所有元件；所述固定件将全部所述支承集成到底板基座上。

本申请根据第二个方面提出了一种用于变形场实时测量的方法，利用上述任一实施例中所述的装置进行测量，包括以下步骤：

搭建上述任一实施例中所述的装置；

根据待测光学表面的特性调整激光调制组件，所述光调制组件发出激光至待测光学表面且经过所述待测光学表面反射后的反射光束为准直状态；

调整偏振组件的夹持状态，使前偏振透射光栅和后偏振透射光栅的栅线对应互相平行；

图像采集处理系统采集衍射斑的数据，并进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。

在一些实施例中，所述待测光学表面在检测前需要抛光，且抛光后的表面粗糙度不大于0.02μm。

在一些实施例中，所述起偏器将自然光的所述反射光束转换为线偏振光。

在一些实施例中，所述前偏振透射光栅和所述后偏振透射光栅均为线密度20line/mm的透射式液晶聚合物衍射光栅。

本申请相较于现有技术具有以下优点：

本申请利用偏振相移理论，通过使将传统相干梯度传感器的敏感元件替换为偏振组件，并沿所述反射光束的光路方向依次设置起偏器、透射光栅组和滤波透镜，即可实现两束相干光束的偏振状态的调节，使得经过透射光栅组的光束进行干涉产生变形条纹，并能够根据不同的检偏状态实现偏振相移，实时测量过程原理简单，进一步扩展了相干梯度传感器的使用范围。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例中偏振相移相干梯度传感装置的结构示意图；

图2是本申请的一个实施例中偏振相移相干梯度传感装置的光路图；

图3是本申请的一个实施例中部分偏振相移相干梯度传感装置的空间位置关系图；

图4是本申请的一个实施例中部分偏振相移相干梯度传感装置的空间位置关系图；

图5是本申请的一个实施例中调节得到的偏振相移相干梯度传感零场条纹(采用数字化工业偏振相机采集得到)。

图6是本申请的一个实施例中当待测面为曲率半径5m的球面镜时调节得到的偏振相移相干梯度传感条纹(采用数字化工业偏振相机采集得到)；

图7是本申请的一个实施例中用于变形场实时测量的方法流程图；

图中，0、底板基座；1、单纵模激光器；101、激光器支承；2、扩束凸透镜；201、扩束镜架；202、扩束镜支承；203、第一滑块；204、第一滑轨；3、准直凸透镜；301、准直镜架；302、准直镜支承；303、第二滑块；4、待测光学表面；401、待测面镜架；402、待测面支承；403、测量延长板；5、分光棱镜；501、分光棱镜支承；6、平面反射镜；601、平面反射镜支承；7、起偏器；701、起偏器镜架；702、起偏器支承；8、前液晶偏振Ronchi透射光栅；801、前光栅夹持架；802、前光栅支承；9、后液晶偏振Ronchi透射光栅；901、后光栅夹持架；902、后光栅支承；10、检偏器；1001、检偏器镜架；1002、检偏器支承；11、滤波透镜；1101、滤波透镜架；1102、滤波透镜支承；1103、连接板；12、数字化工业偏振相机或工业数字相机；1201、相机支承；1202、一维俯仰台；1203、孔径光阑；1204、第三滑块；1205、第二滑轨；13、计算机图像后处理系统。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为达到上述目的，本申请第一方面提出了用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置，包括激光调制组件、偏振组件和图像采集处理系统；其中激光调制组件发出激光至待测光学表面4且经过待测光学表面4反射后的反射光束为准直状态。

其中，在激光调制组件包括提供激光的激光器以及沿激光光路方向依次设置的扩束凸透镜2和准直凸透镜3，换而言之，激光光路方向与图1中的前后方向保持一致，其中前后方向如图标注所示。本实施例中激光器可为单纵模激光器1并提供激光波长为532.8nm的单色激光，且该激光与本装置中各光学元件及待测光学表面4的波长限制相匹配；激光器发出的激光朝向待测光学表面4，其中由激光器朝向待测光学表面4的方向为激光光路方向，即激光器由后向前发射激光。在本实施例中激光器发出激光后，激光沿激光光路方向依次经过扩束凸透镜2和准直凸透镜3后到达待测光学表面4，激光经过待测光学表面4反射后的反射光束为准直状态；其中扩束凸透镜2和准直凸透镜3均为平凸透镜，示例的扩束凸透镜2和准直凸透镜3的材质均为光学玻璃K9。

其中，需要解释的是为保证激光经过待测光学表面4反射后的反射光束为准直状态，待测光学表面4需要进行精密抛光，抛光后的表面粗糙度应保证不大于0.02μm，以实现镜面反射。

本实施例中反射光束经棱镜组件反射至偏振组件，偏振组件包括沿反射光束的光路方向依次设置起偏器7、透射光栅组和滤波透镜11；透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅，反射光束在前偏振透射光栅上发生衍射，透过前偏振透射光栅的衍射光束在后偏振透射光栅上再次发生衍射形成干涉光束；干涉光束经滤波透镜11汇聚为衍射斑；示例的滤波透镜11的材质为光学玻璃K9。

其中，沿反射光束的光路方向与图1中的前后方向保持一致，其中前后方向如图1所示。激光经过待测光学表面4反射，其中反射光束再经过棱镜组件反射到偏振组件，入射到偏振组件的反射光束方向为由前到后，因此棱镜组件只改变了反射光束的延伸方向，使得反射光束以水平方向入射至偏振组件。本实施例中偏振组件包括沿反射光束的光路方向依次设置起偏器7、透射光栅组和滤波透镜11；其中反射光束传播到起偏器7并转化为线偏振光透射，其中起偏器7为二向色性材料，其可将物体表面反射的自然光转换为线偏振光透射。透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅，线偏振光在前偏振透射光栅上发生衍射，透过前偏振透射光栅的衍射光束在后偏振透射光栅上再次发生衍射形成干涉光束；干涉光束经滤波透镜11汇聚为衍射斑。

示例的前偏振透射光栅和后偏振透射光栅均为液晶聚合物制成的方波形光栅，占空比为1:1；例如前偏振透射光栅为前液晶偏振Ronchi透射光栅8，穿过前液晶偏振Ronchi透射光栅8的线偏振光为垂直光栅平面入射(即穿过光栅的入射角度为0度)线偏振光在前偏振透射光栅上发生衍射，衍射光束随后抵达后偏振透射光栅；后偏振透射光栅可为后液晶偏振Ronchi透射光栅9，衍射光束抵达后液晶偏振Ronchi透射光栅9发生第二次衍射，衍射光束互相发生干涉。干涉光束通过后液晶偏振Ronchi透射光栅9后可直接到达滤波透镜11，干涉光束被汇聚为衍射斑并进入图像采集处理系统，其中激光在偏振相移相干梯度传感装置的光路图如图2所示。

本实施例中的图像采集处理系统跟反射光束的光路方向其设置在滤波透镜11下游，用以采集衍射斑进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。其中图像采集处理系统包括集成有孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或工业数字相机12以及计算机图像后处理系统13。即本申请的数字化工业偏振相机或工业数字相机12的镜头处均集成了孔径光阑1203；干涉光束被汇聚成为衍射斑后进入集成孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或集成有孔径光阑的工业数字相机12，集成孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或集成有孔径光阑的工业数字相机12对图像进行采集后，将采集到的信息发送至计算机图像后处理系统13进行进一步得CGS计算和后处理。

本申请，利用干涉偏振光的特性和CGS系统的特性，通过起偏器7、偏振组件对干涉光束进行偏振态调节来获得空间相移条纹，且可选择进行时间相移或空间相移技术进行求解，原理简单，操作方便，解决了CGS方法无法进行高精度实时直观测量的技术难题，扩大了测量范围；并且本申请适用于各种可镜面反射的光学表面的变形实时测量，在实现了高效、无损、易操作、适用范围广的工业表面原位实时测量要求。故本申请相较于相关技术仅通过添加了起偏器7和偏振组件，将相关技术中原有敏感元件替换为偏振光学元件来实现待测光学表面4的实时测量，其结构简单，原理简明，且不需要改变原有测量系统光路布置，操作简易，改造经济成本低。

在一些实施例中，激光调制组件还包括位移调节件；位移调节件包括沿激光光路方向延伸的滑轨和与滑轨适配的滑块；扩束凸透镜2和准直凸透镜3分别设置在滑块上。

其中，位移调节件包括沿激光光路方向延伸的滑轨和滑块；滑块为多个并与滑轨适配，将扩束凸透镜2和准直凸透镜3分别设置在滑块上，可通过滑块在滑轨上移动达到调整扩束凸透镜2和准直凸透镜3位置的目的。示例的，如图4所示，考虑到需要根据试验要求对扩束凸透镜2和准直凸透镜3进行平移，用以对单纵模激光器1发射的激光进行调制，因此沿前后方向设置有第一滑轨204，第一滑轨204上依次设置有第一滑块203以及第二滑块303，第一滑块203上设置有扩束凸透镜2；第二滑块303上设置有准直凸透镜3；当需要根据试验需求调制激光时，通过第一滑块203以及第二滑块303对扩束凸透镜2和准直凸透镜3进行对应的平移，且保证扩束凸透镜2和准直凸透镜3的中心在同一水平高度。

此外，在一些方案中为固定扩束凸透镜2和准直凸透镜3，在第一滑块203上设置有扩束镜支承202，扩束凸透镜2固定设置于扩束镜支承202顶端的扩束镜架201上，第二滑块303上设置有准直镜支承302，准直凸透镜3固定设置于准直镜支承302顶端的准直镜架301上。

在一些实施例中，棱镜组件包括分光棱镜5和平面反射镜6；分光棱镜5的反射面将反射光束再次反射到平面反射镜6上；平面反射镜6与分光棱镜5的反射面平行，以将反射光束转向，使得反射光束的光路方向与水平方向保持一致。

其中，棱镜组件包括分光棱镜5和平面反射镜6，即在前后方向上，分光棱镜5设置在准直凸透镜3和待测光学表面4之间，分光棱镜5包括两个直角光学石英玻璃棱镜，且两个直角光学石英玻璃棱镜的斜面贴合形成反射面。换言之，两个直角光学石英玻璃棱镜的斜面贴合如图4所示，其中透过准直凸透镜3的激光穿过分光棱镜5并达到待测光学表面4，分光棱镜5可反射待测光学表面4反射的反射光束至平面反射镜6进行转向，将反射光束经过平面反射镜6的反射，光路变为在前后方向上传播，其中平面反射镜6的材质为光学玻璃K9在且平面反射镜6的表面通过真空蒸镀了一层加强铝反射膜激光经过激光调制组件和分光棱镜5后照射到待测光学表面4上并反射，将近准直出射并再次到达分光棱镜5，分光棱镜5将反射光束反射到平面反射镜6转向，并传播到起偏器7并转化为线偏振光透射。其中起偏器7经起偏器镜架701固定在起偏器支承702上。

在一些实施例中，偏振组件还包括检偏器10，沿反射光束的光路方向，在透射光栅组和滤波透镜11之间设置可旋转的检偏器10。

如上述内容所示，即干涉光束被汇聚成为衍射斑后进入集成孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或工业数字相机12，集成孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或集成孔径光阑1203的工业数字相机12对图像进行采集后，将采集到的信息发送至计算机图像后处理系统13进行进一步得CGS计算和后处理。但是在本实施例中，偏振组件还包括检偏器10如图2和图3所示，其中在前后方向上，检偏器10位于后偏振透射光栅和滤波透镜11之间，其为二向色性材料，干涉光通过后液晶偏振Ronchi透射光栅9后可经过检偏器10到达滤波透镜11，干涉光束被汇聚为衍射斑并进入含工业数字相机的图像采集处理系统。

示例的，沿前后方向在液晶偏振Ronchi透射光栅组与滤波透镜11之间可设置可旋转的检偏器10，检偏器10经检偏器镜架1001固定在检偏器支承1002上，对应于沿光路方向在滤波透镜11后方设置有含工业数字相机的图像采集处理系统实现时间相移，便于分析条纹分布形态；也可直接对应于沿光路方向在滤波透镜11后方设置含集成检偏器10的数字化工业偏振相机的图像采集处理系统实现空间相移。

如图5所示为本实施例采用数字化工业偏振相机采集得到在待测光学表面4为平面的条件下调节得到的偏振相移相干梯度传感零场条纹，从图5中可以看出，零场调节得到了较为完美的近乎零条纹场，但由于液晶聚合物偏振光栅存在半波延迟量，因此零场中会出现一根条纹，需要在后处理过程中进行校正，后续方法与已有CGS方法类似。如图6所示为采用数字化工业偏振相机采集得到对应于零场调节图5得到的曲率半径为5m的凹球面的偏振相移相干梯度传感测量条纹。即本实施例解决了传统CGS方法难以进行实时高精度测量的技术难题，扩大了CGS方法的适用范围，可操作性强。

在一些实施例中，还包括支撑组件和固定件；支撑组件包括多个支承，以放置除计算机图像后处理系统13的所有元件；固定件将全部支承集成到底板基座0上。

例如如图1本申请中的所有元件均通过支撑组件和固定件集成到底板基座0上；例如激光调制组件包括设置于底板基座0上的激光器支承101，激光器支承101上固定设置有用于提供激光光源的单纵模激光器1；且为了保证待测光学表面4、扩束凸透镜2以及准直凸透镜3在同一水平面上，在底板基座0上对应待测光学表面4位置处设置有测量延长板403，其与第一滑轨对应设置，测量延长板403上设置有待测面支承402，待测面支承402上设置有用于固定待测面镜架401。底板基座0上设置有用于固定放置分光棱镜5的分光棱镜支承501，分光棱镜支承501将分光棱镜5水平高度抬升后，保证经过激光调制组件调制的激光可以完全通过分光棱镜5。底板基座0上分别设置有用于固定前液晶偏振Ronchi透射光栅8和后液晶偏振Ronchi透射光栅9的前光栅支承802和后光栅支承902，前光栅支承802上固定设置有用于夹持前液晶偏振Ronchi透射光栅8的前光栅夹持架801，后光栅支承902上设置有用于夹持后液晶偏振Ronchi透射光栅9的后光栅夹持架901。

此外，底板基座0上设置连接板1103，连接板1103上固定设置有用于固定滤波透镜11的滤波透镜支承1102，其顶部安装的滤波透镜架1101用于安装滤波透镜11，连接板1103上固定设置有第二滑轨1205，一维俯仰台1202通过第三滑块1204与第二滑轨1205滑动连接，一维俯仰台1202上固定设置有相机支承1201，相机支承1201与集成孔径光阑1203的数字化工业偏振相机或工业数字相机12固定连接设置。

需要说明的是系统中各光学元件及待测面的波长限制应与单纵模激光器1发射的单色激光光源相匹配设置，且激光器支承101、扩束镜支承202、第一滑块203、第一滑轨204、准直镜支承302、第二滑块303、待测面支承402、分光棱镜支承501、平面反射镜支承601、前光栅夹持架801、后光栅夹持架901、连接板1103、相机支承1201、一维俯仰台1202的用材均为304不锈钢，且第一滑块203、第一滑轨204、第二滑块303、前光栅夹持架801、后光栅夹持架901、连接板1103、一维俯仰台1202、第三滑块1204、第二滑轨1205的表面均进行了氧化黑处理。

本申请根据第二个方面提出了一种用于变形场实时测量的方法如图7，利用上述任一实施例中的装置进行测量，包括以下步骤：

S1：搭建上述任一实施例中的装置；

S2：根据待测光学表面4的特性调整激光调制组件，光调制组件发出激光至待测光学表面4且经过待测光学表面4反射后的反射光束为准直状态；

S3：调整偏振组件的夹持状态，使前偏振透射光栅和后偏振透射光栅的栅线对应互相平行；

S4：图像采集处理系统采集衍射斑的数据，并进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。

其中，搭建图中所示的用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置，其包括底板基座0，底板基座0上设置有激光调制组件；其中，分光棱镜5可反射待测光学表面4反射光束至平面反射镜6，其中待测光学表面4在检测前需要抛光，且抛光后的表面粗糙度不大于0.02μm；平面反射镜6将反射光束转向至起偏器7；沿前后方向，在起偏器7的后方设置透射光栅组，且在透射光栅组的后方设置有滤波透镜11；在透射光栅组与滤波透镜11之间可设置可旋转的检偏器10，对应于沿光路方向在滤波透镜11后方设置有含工业数字相机的图像采集处理系统实现时间相移，便于分析条纹分布形态；也可直接对应于沿光路方向在滤波透镜11后方设置含集成检偏器10的数字化工业偏振相机的图像采集处理系统实现空间相移。其中，起偏器7将自然光的反射光束转换为线偏振光；透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅；前偏振透射光栅和后偏振透射光栅均为线密度为20line/mm的透射式液晶聚合物衍射光栅。

搭建好用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置后，根据待测光学表面4的特性调整扩束凸透镜2和准直凸透镜3装置在光轴上的位置，使经过待测光学表面4反射后的光束为准直状态；并调整前偏振透射光栅和后偏振透射光栅的夹持状态，使两个光栅的两个方向的栅线各自对应互相平行；同时打开集成孔径光阑1203和检偏器10的数字化工业偏振相机开始采集数据，并通过计算机图像后处理系统13进一步进行相干梯度传感偏振相移测量和后处理计算。或在采用集成孔径光阑1203的工业数字相机的情形下，打开相机并旋转检偏器10开始采集数据，通过计算机图像后处理系统13进一步进行相干梯度传感偏振相移测量和后处理计算。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.用于实时变形场测量的偏振相移相干梯度传感装置，其特征在于，包括

激光调制组件，其发出激光至待测光学表面且经过所述待测光学表面反射后的反射光束为准直状态；

偏振组件；所述反射光束经棱镜组件反射其光路方向不变并以水平方向入射至所述偏振组件，其包括沿所述反射光束的光路方向依次设置起偏器、透射光栅组和滤波透镜；所述透射光栅组包括前偏振透射光栅和后偏振透射光栅，所述反射光束在所述前偏振透射光栅上发生衍射，透过所述前偏振透射光栅的衍射光束在所述后偏振透射光栅上再次发生衍射形成干涉光束；所述干涉光束经所述滤波透镜汇聚为衍射斑；以及

图像采集处理系统，沿所述反射光束的光路方向其设置在所述滤波透镜下游，用以采集所述衍射斑进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光调制组件包括提供激光的激光器以及沿激光光路方向依次设置的扩束凸透镜和准直凸透镜。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述扩束凸透镜和所述准直凸透镜均为平凸透镜。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光调制组件还包括位移调节件；所述位移调节件包括沿激光光路方向延伸的滑轨和与所述滑轨适配的滑块；所述扩束凸透镜和所述准直凸透镜分别设置在所述滑块上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述棱镜组件包括分光棱镜和平面反射镜；所述分光棱镜的反射面将所述反射光束再次反射到所述平面反射镜上；所述平面反射镜与所述分光棱镜的反射面平行，以将所述反射光束转向，使得所述反射光束的光路方向与水平方向保持一致。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分光棱镜包括两个直角光学石英玻璃棱镜，且两个所述直角光学石英玻璃棱镜的斜面贴合形成所述反射面。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述偏振组件还包括检偏器，沿所述反射光束的光路方向，在所述透射光栅组和所述滤波透镜之间设置可旋转的检偏器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器均为二向色性材料。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述前偏振透射光栅和所述后偏振透射光栅均为液晶聚合物制成的方波形光栅，占空比为1:1。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述图像采集处理系统包括集成有孔径光阑的数字化工业偏振相机或工业数字相机以及计算机图像后处理系统。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括支撑组件和固定件；所述支撑组件包括多个支承，以放置除所述计算机图像后处理系统的所有元件；所述固定件将全部所述支承集成到底板基座上。

12.一种用于变形场实时测量的方法，其特征在于，利用权利要求1-11中任一所述的装置进行测量，包括以下步骤：

搭建权利要求1-11中任一所述的装置；

根据待测光学表面的特性调整激光调制组件，所述光调制组件发出激光至待测光学表面且经过所述待测光学表面反射后的反射光束为准直状态；

调整偏振组件的夹持状态，使前偏振透射光栅和后偏振透射光栅的栅线对应互相平行；

图像采集处理系统采集衍射斑的数据，并进行偏振相移相干梯度传感测量和后处理计算。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述待测光学表面在检测前需要抛光，且抛光后的表面粗糙度不大于0.02μm。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述起偏器将自然光的所述反射光束转换为线偏振光。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述前偏振透射光栅和所述后偏振透射光栅均为线密度20line/mm的透射式液晶聚合物衍射光栅。