[发明专利]基于分光瞳的反射式相移数字全息装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于分光瞳的反射式相移数字全息装置与方法。平行入射光经过偏振片和四分之一波片后形成椭圆偏振光，经过偏振分光棱镜分成两束；一束经第一反射镜反射后，照射消偏振分光棱镜；另一束依次经过第一透镜、分光瞳入射光瞳和物镜后，平行斜入射在待测物体上，经待测物体反射后依次经过物镜、分光瞳出射光瞳、第二反射镜和第二透镜后，照射消偏振分光棱镜；经消偏振分光棱镜汇合的两束光，经过第二偏振片后在图像传感器平面上产生干涉形成干涉图；旋转第一偏振片形成相移干涉图，被图像传感器采集并上传计算机中；利用计算机计算待测物体相位。本发明结构简单，无需三维扫描机构，更适合散射物体全场定量三维测量。

技术领域

本发明属于数字全息检测领域，特别涉及一种基于分光瞳的反射式相移数字全息装置与方法。

背景技术

数字全息是一种非接触、高精度的全场定量三维测量方法，被广泛的应用于光学表面形变、厚度以及细胞测量。数字全息基于干涉原理，常采用离轴法、时间相移法及同步相移法等。离轴干涉法，通过在物光和参考光之间引入倾角，使干涉图产生载波，从而将恢复相位所需的项与干扰项分离，利用一幅干涉图即可恢复出待测物体的相位，具有较强的实时性，但图像传感器的空间带宽利用率低。相移法通过物光和参考光同轴干涉，可充分利用图像传感器的空间带宽，其中同步相移法通过一次曝光采集多幅相移干涉图，实时性强，但图像传感器的视场利用率低，或者需要多个相机；时间相移法虽然需记录时间序列的多幅相移干涉图，实时性差，但可充分利用相机的视场，从而适合大范围高分辨力测量。

从结构看，数字全息技术又可分为反射式和透射式。反射式结构主要用来测量不透明的物体，透射式结构主要用来测量透明物体。随着工业化的发展，集成化、微型化已经成为主要趋势，反射式数字全息技术引起了广泛关注。但测量光在物体表面发生反射时，由于物体表面形貌复杂，在测量的同时常引入一些杂散光，严重影响着待测物体的成像测量质量。

北京理工大学的赵维谦等提出一种基于分光瞳的共焦显微装置，如ZL201310404307.3“一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法与装置”，利用分光瞳分割物镜窗口，分别作为入射光瞳和出射光瞳，使光束斜聚焦于待测物体，有效的抑制了待测样品的表面杂散光。但该装置采用光聚焦点测量结构，在完成三维测量时，不仅结构复杂、成本高，而且实时性差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足之处，提供一种可抑制杂散光的基于分光瞳的反射式相移数字全息装置，且还提供一种满足和适用上述装置的基于分光瞳的反射式相移数字全息方法。

本发明目的是这样实现的：

一种基于分光瞳的反射式相移数字全息装置，包括光源、准直扩束系统、第一偏振片、四分之一波片、偏振分光棱镜、第一反射镜、消偏振分光棱镜、第二偏振片、图像传感器和计算机，该装置还包括第一透镜、分光瞳、物镜、第二反射镜、第二透镜；光源发射的光束依次经过第一准直扩束系统、第一偏振片和四分之一波片后，经过偏振分光棱镜被分成两束光；一束光经第一反射镜反射后照射消偏振分光棱镜，另一束光依次经过第一透镜、分光瞳和物镜后，平行斜入射在待测物体上，经待测物体反射后，再依次经过物镜、分光瞳、第二反射镜和第二透镜后，照射消偏振分光棱镜；经消偏振分光棱镜后的汇合光束经过第二偏振片后由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机的图像信号输入端；所述的第一偏振片的透光轴与y轴方向成θ角放置；四分之一波片的快轴方向与y轴方向成45°角放置；第一反射镜与光轴z方向成45°角倾斜放置；第一透镜的后焦面和物镜的前焦面共平面；分光瞳紧邻物镜的入射口平面；第二反射镜与光轴z方向成45°角倾斜放置；第二偏振片的透光轴与y轴方向成45°角放置；图像传感器在第二透镜的后焦平面放置。

本发明还包括：

分光瞳分为入射光瞳A和出射光瞳B，且入射光瞳A与第一透镜共光轴，出射光瞳B与第二透镜共光轴。