[发明专利]透射式点衍射共路数字全息测量装置与方法

权利要求书

1.一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源(1)、准直扩束系统(2)，其特征是：该装置还包括第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)、第一平面反射镜(9)、第二平面反射镜(10)、第三透镜(11)、图像传感器(12)和计算机(13)，光源(1)发射的光束经过准直扩束系统(2)和待测物体(3)后，再依次经过第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)后形成两束光，分别照射第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)上并被反射至第二非偏振分光棱镜(8)，经第二非偏振分光棱镜(8)汇合后再依次经过第二透镜(7)、孔阵列(6)和第一非偏振分光棱镜(5)后，经第一非偏振分光棱镜(5)反射后，再经过第三透镜(11)由图像传感器(12)的光接收面接收，图像传感器(12)的图像信号输出端连接计算机(13)；所述的待测物体(3)位于第一透镜(4)的前焦面上；第一透镜(4)、第二透镜(7)和第三透镜(11)构成共轭4f系统；孔阵列(6)位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列(6)上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf₂/D、f₂为第二透镜(7)的焦距、D为第二透镜(7)的通光孔径；第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)位于第二透镜(7)的共轭后焦平面上，第一平面反射镜(9)在第二非偏振分光棱镜(8)的出射光路上，第二平面反射镜(10)在第二非偏振分光棱镜(8)的反射光路上；图像传感器(12)位于第三透镜(11)的后焦平面上。

2.根据权利要求1所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的第一平面反射镜(9)与光轴垂直放置且所述的第二平面反射镜(10)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者所述的第一平面反射镜(9)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且所述的第二平面反射镜(10)与光轴垂直放置。

3.根据权利要求1或2所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的孔阵列(6)上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜(9)或第二平面反射镜(10)反射后并被第二透镜(7)聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。

4.一种基于权利要求1或2所述的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，其特征在于：实现过程如下：

调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过准直扩束系统、待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。