[发明专利]一种数字全息三维形貌测量装置及方法

权利要求书

1.一种数字全息三维形貌测量装置，其特征在于，包括：

激光器(1)、分光组件、用于照射待测物体的物光光路、用于参考的参考光光路、光路合成组件、包括多个传感器的采集系统；

所述分光组件将所述激光器发出的光分成两束，第一束光经由物光光路照射待测物体，所述待测物体对照射的第一束光进行反射；第二束光作为参考光由参考光光路传输，参考光光路传输的参考光与待测物体的反射光在光路合成组件中汇合并射入多个传感器的探测面；

采集系统包括：计算设备和与该计算设备连接的多个传感器，每一传感器具有一个探测面；多个传感器包括一个中心传感器；

其中，待测物体、合束镜和中心传感器位于同一轴线，所述中心传感器的周围放置两个以上的传感器，且所有传感器的探测面互不共面，且所有传感器的探测面的法线都朝向待测物体；

所述采集系统中多个传感器的探测面记录光路合成组件中发生干涉的参考光和反射光的全息信息，所述采集系统根据所述全息信息获取所述待测物体的三维形貌。

2.根据权利要求1所述的数字全息三维形貌测量装置，其特征在于，所述分光组件包括：分光棱镜(2)；

所述物光光路包括：依次设置的第一显微物镜(3)、第一准直透镜(4)、第一平面反射镜(5)；

所述分光棱镜(2)分出的第一束光穿过第一显微物镜(3)和第一准直透镜(4)后，准直的光经过第一平面反射镜(5)照射待测物体；

所述参考 光光路包括：反射镜(6)、第二显微物镜(7)、第二准直透镜(8)、第二平面反射镜(9)；

所述分光棱镜(2)分出的第二束光经过反射镜(6)的反射之后穿过第二显微物镜(7)和第二准直透镜(8)，准直的光经过第二平面反射镜(9)反射至光路合成组件；

所述光路合成组件包括：合束镜(10)。

3.根据权利要求1所述的数字全息三维形貌测量装置，其特征在于，所述采集系统还包括：用于支撑每一传感器的电控旋转台和平移台；

所述电控旋转台用于调整传感器的探测面与中心传感器探测面的夹角，所述平移台用于调整传感器的探测面的平移量；

所述电控旋转台和平移台分别借助各自的驱动系统与计算设备连接。

4.根据权利要求3所述的数字全息三维形貌测量装置，其特征在于，所述传感器包括：CCD或CMOS。

5.一种基于权利要求1至4任一所述的数字全息三维形貌测量装置的测量方法，其特征在于，包括：

S1、调整采集系统中传感器的探测面，并记录调整后的每一传感器的探测面相对中心传感器的角度信息；

S2、启动所述激光器，获取发生干涉的参考光和反射光的全息信息；

S3、对所述全息信息进行重建，获得待测物体的三维形貌。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述S3包括：

S31、基于采集系统中采集的参考光的共轭光对全息信息进行重建，得到用于提取相位信息的复振幅形式的物光场信息；

S32、基于预先确定的参数信息和所述角度信息，对所述物光场信息进行预处理，以抵消部分传感器旋转时引入的角度信息中的倾斜相位因子，得到每一传感器的预处理后的相位；

S33、将每一传感器的预处理后的相位两两做差，得到多组传感器的相位差结果；

S34、对相位差结果进行解包裹，采用最小二乘拟合法对解包裹的相位进行拟合处理，获得待测物体的三维物体表面形貌。