[发明专利]光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统，其特征在于：包括测量系统本体，测量系统本体包括依次设置的多光谱光源(1)、显微物镜(2)、透镜(3)、分光镜一(4)、聚焦色散透镜(5)和待测物体(6)，分光镜一(4)后方设置有分光镜二(7)，分光镜二(7)前方依次设置有消色差显微物镜(8)和光纤光谱仪(9)，分光镜二(7)后方设置有平面平晶(10)，平面平晶(10)前方依次设置有会聚透镜(11)和滤波器(12)，滤波器(12)设置在平面平晶(10)前表面反射光的会聚焦点处，滤波器(12)前方设置有图像传感器(13)，光纤光谱仪(9)和图像传感器(13)分别与计算机(14)连接。

2.根据权利要求1所述的光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统，其特征在于：聚焦色散透镜(5)的聚焦范围为最小波长的光λ_min和最大波长的光λ_max的聚焦点之间距离。

3.根据权利要求1或2所述的光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统，其特征在于：平面平晶(10)的前、后表面具有同等光学表面质量，且平面平晶(10)的后表面镀制高反射率薄膜。

4.根据权利要求3所述的光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统，其特征在于：滤波器(12)设置有滤波窗口一(15)和滤波窗口二(16)，滤波窗口一(15)为直径50μm的针孔，滤波窗口二(16)为直径5mm的圆孔。

5.一种采用权利要求1所述的光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：多光谱光源(1)通过显微物镜(2)和透镜(3)的光束整形后，形成工作用平行光；该平行光经聚焦色散透镜(5)后产生色散，使得不同波长的光线在光轴上的不同位置聚焦，当待测物体置于聚焦范围内时，只有聚焦在待测物体分层界面的光线能够返回至聚焦色散透镜(5)；此时待测物体(6)存在有几个分层界面，则有几个波长的光线返回至聚焦色散透镜(5)，形成测试光束；

步骤二：测试光束经分光镜一(4)和分光镜二(7)后分为两束，其中经分光镜二(7)反射的光线由消色差显微物镜(8)耦合至光纤光谱仪(9)，经光纤光谱仪(9)频谱分析后，确定反射回来的光线中存在的波长，从而确定待测物体分层界面的位置；经分光镜二(7)透射的光线由平面平晶(10)前、后表面反射后，经滤波器(12)形成参考光束及测试光束，在图像传感器(13)的靶面上形成离轴数字全息干涉图；

步骤三：将获得的数字全息干涉图进行预处理；首先，进行傅里叶变换得到频谱图，不同波长引入不同的载波，使得不同波长的频谱信息在频域里串扰很小；然后，设置滤波窗口提取出不同波长的+1级频谱；最后，对其进行逆傅里叶变换得到物光波的复振幅分布；

步骤四：利用数字全息角谱相位重构算法，分别获得不同波长的重构相位，从而确定待测物体不同分层界面的三维形貌。