专利名称：一种便携式电子散斑干涉仪光学头的制作方法
技术领域：
本实用新型属光电子领域，特别是涉及电子散斑干涉仪光学系统。
现有电子散斑干涉仪的光学系统可分为双光束干涉和剪切干涉两类。前一类如美国新港(New Port)公司生产的HC－4010ESPI Optics Head，为使物光和参考光光程保持接近一致，用反射镜和棱镜组合通过机械机构调节，使用元件多；德国尤瑞德(Jurid)公司生产的电子散斑干涉仪光学头，是选用三根光纤，提供三个不同的固定参考光程，相应的物光光程就只有三种可能，使用不方便。这一类，参考光或物光必须通过半反射半透射棱镜，使两者以接近一致的方向进入接收器，因此光能损失一半以上；且由于物光从外部进入光学头，而参考光是在光学头内部传播，抗干扰能力差。后一类如美国《应用光学》(Applied Optics)(1979年18卷，1046－1050)报导的Y.Y.Hung研制的光学头，以光楔为错位器，在像平面上两个像的光强不易均衡，影响条纹反差；我国天津大学研制的错位器，是置于成像透镜组内部的渥拉斯顿棱镜，错位量不能任意改变，且成本高。以上两例实际上只是成像接收器，并未和激光器及其它光学元件组装在一起构成一个完整的光学头，因而不便现场使用。
现有这两类光学头都不能兼有双光束干涉和剪切干涉两种功能。采用氦氖激光器时，装在光学头内部则体积太大，放在光学头外部成为分离式，则安装调试均不便。采用半导体激光器时，使用多个光学元件，使之准直再扩束，很繁复。总体结构复杂、元件多、体积大、重量重，携带、使用都不方便。
本实用新型的目的在于克服现有电子散斑干涉仪光学头的上述缺点，提供一种结构简单，光路容易调整，抗干扰能力强，同时具备双光束干涉和剪切干涉两种功能，体积小，重量轻，精度高的便携式电子散斑干涉仪的光学头。
附
图1为本实用新型便携式电子散斑干涉仪光学头的结构示意图。
它的基本部件包括半导体激光器(2)、反射镜(4)、成像透镜(3)和光电转换器(1)；所述光电转换器(1)固定于机壳底板(10)上，成像透镜(3)固定于机壳前板(13)上，二者位于同一成像光轴(16)上；在半导体激光器光束(18)经过的机壳前板(13)上相应部位开有让光束出射的孔(15)，成像光轴(16)经过的机壳前板(13)上相应部位开有通光孔(14)，其特征在于1)半导体激光器(1)以可调俯仰的支架(12)固定于成像透镜(3)近旁的机壳(13)上；2)以光栅为错位器(5)，以可切换并可沿成像光轴(16)平移的机构(11)固定于成像光路光轴(16)上成像透镜(3)之前或成像(3)与光电转换器(1)之间；3)成像透镜(3)前置一可切换的参考光漫射屏(7)；4)只用一个反射镜作为参考光反射镜(4)，相对固定于被测物体(8)近旁。
本发明目的还可采用以下方式来达到5)所述光电转换器(1)可以沿成像光轴(16)平移的机构(9)固定于机壳底板(10)上；6)所述光栅错位器(5)可以是双频光栅或单频光栅；7)所述参考光漫射屏(7)可以是设置在成像透镜(3)前之滤光镜(6)中心的圆形或窄条状毛玻璃片或在缕空的塑料镜头盖上胶接一窄条状毛玻璃片；所述圆形漫射屏的直径或窄条状漫射屏的宽度以不超过成像透镜(3)镜头直径的五分之一为宜；8)所述参考光反射镜(4)可装在球铰式支座或带有相移器的支座(20)上。
上述可切换的机构可以是插扣或折反；上述可平移调节的机构可以是滑轨或涡杆。
本实用新型便携式电子散斑干涉仪光学头，利用半导体激光器自身的扩展性照明物体，并由透镜前的漫射器提供漫射参考光，使物光与参考光接近同轴，光能无特别损失；物光与参考光的光强比，可利用成像透镜的光圈简单地调节，节省了许多光学元件；将参考光反射镜置于被测物近旁，可使物光与参考光光路自然一致；本光学头用光栅做错位器，既能保持两个像的光强均衡，又能调节错位量。
本实用新型便携式电子散斑干涉仪光学头，和任何一种图像处理器联合，可以兼有双光束干涉和剪切干涉两种精密测试功能。
本实用新型光学头结构简单，除激光器、成像透镜和光电转换器之外，一共只有三个光学元件，成本低，体积小，重量轻。上述除反射镜外的所有主要部件，都组装在一起构成一个整体光学头，从而便于携带和使用，抗干扰能力强，可不避光，不防震地在现场进行测试。可以测量离面位移、振动振型等双光束干涉，并且可配合采用相移技术；也可做剪切干涉，或在现场做无损检测。
以下对本实用新型光学头的一种具体实施方式
说明如下光学头机壳(10)以铝材料做成135mm×120mm×65mm的长方体。
将光电转换器CCD(1)以可平移调节的滑轨(9)、光栅错位器(5)通过可前后平移的滑轨(11)，固定于机壳(10)上。CCD(1)有50mm的可移动距离，光栅错位器(5)有30mm的可移动距离，两者相对距离为4mm。
错位器(5)由双频光栅制成，平均频率500线／mm，频差30线／mm。
成像透镜(3)采用理光中焦变焦镜头(焦距35－70mm，孔径13－4.5)，安装在机壳的前板(13)上。
在成像透镜(3)前通过螺纹将中性滤光镜(6)与成像透镜联接，在滤光镜(6)中心，研磨上直径为8mm的圆形毛玻璃，作为参考光漫射屏(7)。
激光器(2)采用60mW半导体激光器，波长780nm。以螺钉和弹簧做成可调俯仰的支架(12)将其固定在机壳(13)的上部，使半导体激光器(2)的发光面(17)和成像透镜(3)的光轴(16)距离50mm左右；激光器(2)发出照明光束(18)通过孔(15)，照明被测物体(8)和参考光反射镜(4)；成像透镜(3)将接收的光信号，通过光孔(14)，在光电转换器CCD(1)上成像。
机壳(10)底部有连接件(22)可将光学头连接固定于照相机三角架上，整个光学头重1.5公斤。
输出线(21)将光电转换器CCD(1)输出的电信号传输到配置的图像处理系统，在监视器上显示测量结果。
参考光反射镜(4)装在大恒公司研制的压电陶瓷相移器支座(20)上，该相移器有二维可调方向的机构。参考光反射镜(4)及支座(20)用螺钉固定在被测物体(8)近旁。通过支座(20)的调节机构，使反射镜(4)将反射的参考光束(19)对准参考光漫射屏(7)，被测物(8)与成像透镜(6)的距离可为0.1米至2米。
在进行双光束干涉测试时，不使用错位器(5)，半导体激光器(2)发出的激光束(18)，经孔(15)发散地发射出去，同时照明被测物体(8)和参考光反射镜(4)，调节支座(20)使参考光反射镜(4)将参考光束(19)反射到参考光漫射屏(7)上，由毛玻璃漫射屏(7)漫射的光经过成像透镜(3)，在光电转换器CCD(1)上形成均匀散斑场；调节成像透镜(3)，使被测物(8)成像在CCD(1)上，与参考散斑场形成双光束干涉；CCD(1)将光信号转换成电信号，经输出电缆(21)传输给配置的图像处理系统，在显示器上显示测量结果；需要相移功能时，驱动压电陶瓷相移器(20)实现相移。
做剪切干涉测量时，将成像透镜(3)前带有毛玻璃漫射屏(7)的滤光镜(6)旋下不用，在成像透镜(3)和光电接收器(1)之间，置入双频光栅错位器(5)，通过滑轨(11)前后移动错位器(5)，以调节错位量为1mm，用螺钉固定于机壳(10)上。此时不使用参考光反射镜(4)。由半导体激光器(2)发出的光束(18)照明被测物体(8)，通过成像透镜(3)，将被测物体(8)的像经过错位器(5)，在CCD(1)上同时形成两个像，它们将相互干涉。由CCD(1)将光信号转换成电信号，经输出电缆(21)传输给配置的图像处理系统，在显示器上显示测量结果。
需要拍摄小区域特写镜头时，可将CCD(1)在滑轨(9)上移动，调节到合适的距离以实现近拍。
需要改变物光与参考光的光强比时，可调节成像透镜(3)的光圈来实现。
如果现场的地基有较大振动，可使用一隔震块，放在地面上，再将三角架置于其上。
权利要求1.一种电子散斑干涉仪光学头，基本部件包括半导体激光器(2)、反射镜(4)、成像透镜(3)和光电转换器(1)；所述光电转换器(1)固定于机壳底板(10)上，成像透镜(3)固定于机壳前板(13)上，二者位于同一成像光轴(16)上；在半导体激光器光束(18)经过的机壳前板(13)上开有让光束出射的孔(15)，成像光轴(16)经过的机壳前板(13)上相应部位开有通光孔(14)；其特征在于1)半导体激光器(1)以可调俯仰的支架(12)固定于成像透镜(3)近旁的机壳(13)上；2)以光栅为错位器(5)，以可切换并可沿成像光轴(16)平移调节的机构(11)固定于成像光路光轴(16)上成像透镜(3)之前或成像透镜(3)与光电转换器(1)之间；3)在成像透镜(3)前置一可切换的参考光漫射屏(7)；4)只用一个反射镜作为参考光反射镜(4)，相对固定于被测物体(8)近旁。
2.如权利要求1所述的光学头，特征在于所述光电转换器(1)可以沿成像光轴(16)平移调节的机构(9)固定于机壳底板(10)上；
3.如权利要求1所述的光学头，特征在于所述光栅错位器(5)可以是双频光栅或单频光栅；
4.如权利要求1所述的光学头，特征在于所述参考光漫射屏(7)可以是设置在成像透镜(3)前之滤光镜(6)中心的圆形或窄条状毛玻璃片，或在缕空的塑料镜头盖上胶接一窄条状毛玻璃片；所述圆形漫射屏的直径或窄条状漫射屏的宽度不超过成像透镜(3)镜头直径的五分之一；
5.如权利要求1所述的光学头，特征在于所述参考光反射镜(4)可装在球铰式支座或带有相移器的支座(20)上。
专利摘要本实用新型将半导体激光器、光电转换器、成像透镜等基本部件，以及光栅错位器、特殊参考光漫射屏组装成一个整体光学头，便于携带和使用；参考光反射镜固定在被测物体近旁，保证了物、参光程自然一致，抗干扰性能好；本光学头结构合理，使用的光学元件少，成本低，体积小，重量轻，和任何图像处理器联合，可以兼有双光束干涉和剪切干涉两种精密测试功能。可不避光、不防震地用于现场测试；并具有相移功能，可做特殊精密测量。
文档编号G02B27/48GK2128391SQ9222691
公开日1993年3月17日 申请日期1992年7月5日 优先权日1992年7月5日
发明者伍小平, 庞琳勇, 张海波 申请人:中国科学技术大学