[发明专利]一种基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置，其特征在于，该装置包括宽带光源，所述宽带光源的出射光入射到第一透镜；从所述第一透镜出射平行光并入射到分光装置；从所述分光装置出射参考光和样品光；所述样品光入射第三透镜，所述第三透镜出射不同波长的样品光；所述不同波长的样品光通过第四透镜入射到扫描振镜后经过第五透镜以不同的焦点聚焦在样品的不同深度层面上；所述参考光入射光栅，从所述光栅出射的不同波长的参考光通过第二透镜而聚焦到反射镜的表面；在所述第二透镜和所述反射镜之间设置三角形透光体，以改变所述不同波长的参考光的光程；经所述反射镜的表面反射的参考光和经所述样品的不同深度层面反射的样品光进入所述分光装置后，再进入光谱仪中形成干涉光谱，所述光谱仪与所述扫描振镜均与计算机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置，其特征在于，所述第一透镜为准直透镜。

3.根据权利要求1所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置，其特征在于，所述第三透镜为色差透镜。

4.根据权利要求1所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置，其特征在于，所述光栅为反射式光栅。

5.根据权利要求1所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像装置，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜。

6.一种基于色差和谱域干涉的光学3D成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：将宽带光源的出射光分配为参考光和样品光；

步骤2：使所述样品光经过色差透镜产生纵向色散，获得不同波长的样品光，使不同波长的样品光分别以平行光、聚焦光、发散光入射到扫描振镜上，并使扫描振镜的出射光聚焦在样品的不同深度层面上；同时，对所述参考光进行分光获得不同波长的参考光，且使不同波长的参考光以不同的光程聚焦到反射镜表面；

步骤3：控制通过反射镜表面反射的参考光和通过所述样品的不同深度层面反射的样品光进入光谱仪，在光谱仪中形成干涉光谱并将干涉光谱信号传输给一台计算机；

步骤4：通过所述计算机传输电压信号以改变扫描振镜中X、Y振镜的反射角，使样品光在样品的不同深度层面进行二维扫描，相应地在所述计算机上获得对应的干涉光谱信号；

步骤5：在所述计算机中对获得的干涉光谱信号进行高通滤波，消除直流分量，获得交流分量；

步骤6：获取所述交流分量的相位信息；

步骤7：对所述交流分量的相位进行去卷绕处理，获得去卷绕的相位；

步骤8：对去卷绕的相位进行一阶求导，再用最小二乘法对所述一阶求导的结果进行线性拟合后获得各测量点对应的样品表面的上下高度差，进而实现3D成像。

7.根据权利要求6所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像方法，其特征在于，所述将宽带光源的出射光分配为参考光和样品光的方法为：将宽带光源的出射光进行准直后利用分光装置分配为参考光和样品光。

8.根据权利要求6所述的基于色差和谱域干涉的光学3D成像方法，其特征在于，所述获取所述交流分量的相位信息的方法为：对所述交流分量进行希尔伯特变换得到正弦项，再由三角函数关系得到所述交流分量的相位信息。