[發明專利]光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 202110772728.6
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113418470B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 劉丙才;錢曉彤;田愛玲;張英鴿;王紅軍;朱學亮;岳鑫
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明為一種光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統及測量方法，其克服了現有技術中存在的針對待測物體的上、下表面及內部分層的微觀結構，無法實現三維結構的快速測量，實現透明物體各分層界面微觀形貌的高精度、非接觸、同步三維形貌測量。本發明包括測量系統本體，測量系統本體包括依次設置的多光譜光源、顯微物鏡、透鏡、分光鏡一、聚焦色散透鏡和待測物體，分光鏡一后方設置有分光鏡二，分光鏡二前方依次設置有消色差顯微物鏡和光纖光譜儀，分光鏡二后方設置有平面平晶，平面平晶前方依次設置有會聚透鏡和濾波器，濾波器設置在平面平晶前表面反射光的會聚焦點處，濾波器前方設置有圖像傳感器，光纖光譜儀和圖像傳感器分別與計算機連接。

技術領域：

本發明屬于精密測量技術領域，涉及一種光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統及測量方法。

背景技術：

數字全息測量技術通過記錄物光的振幅和相位達到快速恢復待測物體三維形貌的目的，具有非接觸、全場、高分辨率、快速重構等優勢，能為微光學元件、微機電系統、生物醫學等領域的研究提供更為有效的技術工具。專利文獻1(專利號CN 111796501 A)所記載的，利用緊鄰的兩平面平晶，實現參考光和測試光間的相位差變化，實現被測目標的相移數字全息顯微成像和測量。專利文獻2(專利號CN111829453A)所記載的，利用平面平晶前后表面間形成的干涉腔長結合波長調諧激光器，實現被測物體的無機械移動共光路相移數字全息顯微成像和測量。但是，目前的數字全息技術僅適用于待測物體表面反射或透射形成的相位變化測量，不適用于以重構待測物體的三維結構，針對待測物體的上、下表面及內部分層的微觀結構，無法實現三維結構的快速測量。

光譜共焦掃描技術利用精密針孔濾波技術，只探測處于焦平面位置上的信息，最大限度地抑制了非聚焦平面的雜散光，具有很高的成像分辨率和信噪比；并能沿軸線方向進行無損光學斷層掃描，進而確定待測物體各層的位置信息。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統及測量方法，其克服了現有技術中存在的僅適用于待測物體表面反射或透射形成的相位變化測量，無法實現三維結構的快速測量的問題，實現透明物體各分層界面微觀形貌的高精度、非接觸、同步三維形貌測量。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統，其特征在于：包括測量系統本體，測量系統本體包括依次設置的多光譜光源、顯微物鏡、透鏡、分光鏡一、聚焦色散透鏡和待測物體，分光鏡一后方設置有分光鏡二，分光鏡二前方依次設置有消色差顯微物鏡和光纖光譜儀，分光鏡二后方設置有平面平晶，平面平晶前方依次設置有會聚透鏡和濾波器，濾波器設置在平面平晶前表面反射光的會聚焦點處，濾波器前方設置有圖像傳感器，光纖光譜儀和圖像傳感器分別與計算機連接。

聚焦色散透鏡的聚焦范圍為最小波長的光λ_min和最大波長的光λ_max的聚焦點之間距離。

平面平晶的前、后表面具有同等光學表面質量，且平面平晶的后表面鍍制高反射率薄膜。

濾波器設置有濾波窗口一和濾波窗口二，濾波窗口一為直徑50μm的針孔，濾波窗口二為直徑5mm的圓孔。

一種光譜掃描共焦單次曝光數字全息測量系統的測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：多光譜光源通過顯微物鏡和透鏡的光束整形后，形成工作用平行光；該平行光經聚焦色散透鏡后產生色散，使得不同波長的光線在光軸上的不同位置聚焦，當待測物體置于聚焦范圍內時，只有聚焦在待測物體分層界面的光線能夠返回至聚焦色散透鏡；此時待測物體存在有幾個分層界面，則有幾個波長的光線返回至聚焦色散透鏡，形成測試光束；