[發明專利]三波長可變尺度干涉顯微成像系統、成像方法及三相位復原方法

有效

• 申請號: 202010909768.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112013791B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 徐小青;陳松;王霆
• 申請（專利權）人: 常州機電職業技術學院
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所 32225
• 代理人: 何歡歡

本發明公開了三波長可變尺度干涉顯微成像系統、成像方法及三相位復原方法，包括沿著并排分布的第一激光器、第二激光器和第三激光器的輸出方向依次連接的光纖耦合器、準直器和第一分光棱鏡；第一分光棱鏡將激光分為物光光路和參考光光路；參考光光路上依次放置有第一反射鏡、第二分光棱鏡、第二反射鏡和PZT相移器；物光光路上依次放置有第三分光棱鏡、顯微物鏡和微器件樣品；第三分光棱鏡的反射光路上設置有CCD相機，所述物光光路和參考光光路匯聚到第三分光棱鏡后，在CCD相機上形成三波長廣義相移全息圖。本發明可靠性高、穩定性強和共光路好，可實現單、雙和三波長多尺度免解包選擇性匹配融合成像方法，多角度精確解構出不同尺度微器件高精形貌。

技術領域

本發明涉及數字全息術或無損檢測技術領域，尤其涉及一種三波長可變尺度干涉顯微成像系統、成像方法及三相位復原方法。

背景技術

目前微器件主要由不同尺度的微型零件通過微精密裝配而來。要實現這一精密裝配，勢必對不同尺度微器件高精無損檢測提出了更高的要求。機械探針法可對微器件實現較高分辨率和較大范圍的表面形貌測量，但是需要探針接觸微器件表面，可能會對其表面造成劃痕或損傷，影響裝配的精密度。采用掃描電子顯微鏡技術雖然能夠獲得微器件三維微觀精細結構，具有超越衍射極限的高分辨率和較高成像質量；但是這一技術需要通過逐點掃描來獲取樣品信息，導致耗時長、樣品檢測區域范圍小且設備價格昂貴。由此可見，亟待解決上述不同尺度微器件形貌無損測量的問題。

數字全息相位成像技術由于其具有可定量、無損傷和高精確度成像的特點，已經被成功應用到生物細胞、光學元件等的表面微貌測量中。其中的三波長數字全息相位成像技術不僅可以實現測量對象的不同尺度成像，而且在一定測量范圍內，相位解包裹方法更簡單和快捷；等效波長及其相位組合更靈活、技術手段更豐富，越來越受到了國內外學者的關注。目前，三波長數字全息主要分為：離軸和同軸；相比而言，三波長同軸數字全息的相位成像精確度更高。在三波長同軸數字全息術中，要想實現不同尺度微器件高精確度相位成像，高效快速同時復原出三相位信息是最關鍵的技術問題。但是，三波長干涉信息非相干疊加、相移器形成的相移誤差和CCD相機產生的高階諧波這些因素對三波長相位復原精度有著較大的影響；尤其是，當相移誤差和高階諧波同時耦合存在于三波長數字全息中時，增加了高精度復原三波長相位信息的難度，是一個技術難點。

綜上所述，有必要設計出一種檢測光路簡單、相位復原高效和相位成像可靠的三波長可變尺度干涉顯微成像系統以及三相位復原方法，實現不同尺度微器件高精匹配融合成像。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題提供一種三波長可變尺度干涉顯微成像系統、成像方法及三相位復原方法，以實現不同尺度微器件免解包高精匹配融合成像。

本發明提出三波長可變尺度干涉顯微成像系統，包括沿著并排分布的第一激光器、第二激光器和第三激光器的輸出方向依次連接的光纖耦合器、準直器和第一分光棱鏡；所述第一分光棱鏡將激光分為物光光路和參考光光路兩條光路；所述參考光光路上依次放置有第一反射鏡、第二分光棱鏡、第二反射鏡和PZT相移器；所述物光光路上依次放置有第三分光棱鏡、顯微物鏡和微器件樣品；所述第三分光棱鏡位于第二分光棱鏡的反射光路上，第三分光棱鏡的反射光路上還設置有CCD相機，所述物光光路和參考光光路匯聚到第三分光棱鏡后，在CCD相機上形成三波長廣義相移全息圖。

進一步的，所述光纖耦合器、準直器、第一分光棱鏡、第三分光棱鏡、顯微物鏡和微器件樣品沿同一直線布置，所述第一反射鏡、第二分光棱鏡、第二反射鏡和PZT相移器沿同一直線布置，所述第一分光棱鏡、第三分光棱鏡、第二分光棱鏡和第一反射鏡呈矩形結構布置。

本發明還提出三波長可變尺度干涉顯微成像系統的成像方法，該方法采用上述三波長可變尺度干涉顯微成像系統實現，包括以下幾個步驟：

S1，使波長為λ₁的第一激光器、波長為λ₂的第二激光器和波長為λ₃的第三激光器發出的光束同時通過光纖耦合器和準直器后，形成三波長同軸光束。