[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

说明书

本发明为一种光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统及测量方法，其克服了现有技术中存在的针对待测物体的上、下表面及内部分层的微观结构，无法实现三维结构的快速测量，实现透明物体各分层界面微观形貌的高精度、非接触、同步三维形貌测量。本发明包括测量系统本体，测量系统本体包括依次设置的多光谱光源、显微物镜、透镜、分光镜一、聚焦色散透镜和待测物体，分光镜一后方设置有分光镜二，分光镜二前方依次设置有消色差显微物镜和光纤光谱仪，分光镜二后方设置有平面平晶，平面平晶前方依次设置有会聚透镜和滤波器，滤波器设置在平面平晶前表面反射光的会聚焦点处，滤波器前方设置有图像传感器，光纤光谱仪和图像传感器分别与计算机连接。

技术领域：

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统及测量方法。

背景技术：

数字全息测量技术通过记录物光的振幅和相位达到快速恢复待测物体三维形貌的目的，具有非接触、全场、高分辨率、快速重构等优势，能为微光学元件、微机电系统、生物医学等领域的研究提供更为有效的技术工具。专利文献1(专利号CN 111796501 A)所记载的，利用紧邻的两平面平晶，实现参考光和测试光间的相位差变化，实现被测目标的相移数字全息显微成像和测量。专利文献2(专利号CN111829453A)所记载的，利用平面平晶前后表面间形成的干涉腔长结合波长调谐激光器，实现被测物体的无机械移动共光路相移数字全息显微成像和测量。但是，目前的数字全息技术仅适用于待测物体表面反射或透射形成的相位变化测量，不适用于以重构待测物体的三维结构，针对待测物体的上、下表面及内部分层的微观结构，无法实现三维结构的快速测量。

光谱共焦扫描技术利用精密针孔滤波技术，只探测处于焦平面位置上的信息，最大限度地抑制了非聚焦平面的杂散光，具有很高的成像分辨率和信噪比；并能沿轴线方向进行无损光学断层扫描，进而确定待测物体各层的位置信息。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种光谱扫描共焦单次曝光数字全息测量系统及测量方法，其克服了现有技术中存在的仅适用于待测物体表面反射或透射形成的相位变化测量，无法实现三维结构的快速测量的问题，实现透明物体各分层界面微观形貌的高精度、非接触、同步三维形貌测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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、显微物镜、透镜、分光镜一、聚焦色散透镜和待测物体，分光镜一后方设置有分光镜二，分光镜二前方依次设置有消色差显微物镜和光纤光谱仪，分光镜二后方设置有平面平晶，平面平晶前方依次设置有会聚透镜和滤波器，滤波器设置在平面平晶前表面反射光的会聚焦点处，滤波器前方设置有图像传感器，光纤光谱仪和图像传感器分别与计算机连接。

聚焦色散透镜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。

平面平晶的前、后表面具有同等光学表面质量，且平面平晶的后表面镀制高反射率薄膜。

滤波器设置有滤波窗口一和滤波窗口二，滤波窗口一为直径50μm的针孔，滤波窗口二为直径5mm的圆孔。

一种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：多光谱光源通过显微物镜和透镜的光束整形后，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；此时待测物体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，形成测试光束；