[發明專利]一種基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202111002348.0
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113654482A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 王毅;黃玉斌;馬振鶴;趙玉倩
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置，其特征在于，該裝置包括寬帶光源，所述寬帶光源的出射光入射到第一透鏡；從所述第一透鏡出射平行光并入射到分光裝置；從所述分光裝置出射參考光和樣品光；所述樣品光入射第三透鏡，所述第三透鏡出射不同波長的樣品光；所述不同波長的樣品光通過第四透鏡入射到掃描振鏡后經過第五透鏡以不同的焦點聚焦在樣品的不同深度層面上；所述參考光入射光柵，從所述光柵出射的不同波長的參考光通過第二透鏡而聚焦到反射鏡的表面；在所述第二透鏡和所述反射鏡之間設置三角形透光體，以改變所述不同波長的參考光的光程；經所述反射鏡的表面反射的參考光和經所述樣品的不同深度層面反射的樣品光進入所述分光裝置后，再進入光譜儀中形成干涉光譜，所述光譜儀與所述掃描振鏡均與計算機相連接。

2.根據權利要求1所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置，其特征在于，所述第一透鏡為準直透鏡。

3.根據權利要求1所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置，其特征在于，所述第三透鏡為色差透鏡。

4.根據權利要求1所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置，其特征在于，所述光柵為反射式光柵。

5.根據權利要求1所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像裝置，其特征在于，所述反射鏡為平面反射鏡。

6.一種基于色差和譜域干涉的光學3D成像方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：將寬帶光源的出射光分配為參考光和樣品光；

步驟2：使所述樣品光經過色差透鏡產生縱向色散，獲得不同波長的樣品光，使不同波長的樣品光分別以平行光、聚焦光、發散光入射到掃描振鏡上，并使掃描振鏡的出射光聚焦在樣品的不同深度層面上；同時，對所述參考光進行分光獲得不同波長的參考光，且使不同波長的參考光以不同的光程聚焦到反射鏡表面；

步驟3：控制通過反射鏡表面反射的參考光和通過所述樣品的不同深度層面反射的樣品光進入光譜儀，在光譜儀中形成干涉光譜并將干涉光譜信號傳輸給一臺計算機；

步驟4：通過所述計算機傳輸電壓信號以改變掃描振鏡中X、Y振鏡的反射角，使樣品光在樣品的不同深度層面進行二維掃描，相應地在所述計算機上獲得對應的干涉光譜信號；

步驟5：在所述計算機中對獲得的干涉光譜信號進行高通濾波，消除直流分量，獲得交流分量；

步驟6：獲取所述交流分量的相位信息；

步驟7：對所述交流分量的相位進行去卷繞處理，獲得去卷繞的相位；

步驟8：對去卷繞的相位進行一階求導，再用最小二乘法對所述一階求導的結果進行線性擬合后獲得各測量點對應的樣品表面的上下高度差，進而實現3D成像。

7.根據權利要求6所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像方法，其特征在于，所述將寬帶光源的出射光分配為參考光和樣品光的方法為：將寬帶光源的出射光進行準直后利用分光裝置分配為參考光和樣品光。

8.根據權利要求6所述的基于色差和譜域干涉的光學3D成像方法，其特征在于，所述獲取所述交流分量的相位信息的方法為：對所述交流分量進行希爾伯特變換得到正弦項，再由三角函數關系得到所述交流分量的相位信息。