[发明专利]一种数字全息三维形貌测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种数字全息三维形貌测量装置及方法，装置包括：激光器、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；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，并根据所述全息信息获取所述待测物体的三维形貌。本发明的结构能够高精度、快速实时的测量三维物体表面形貌。

技术领域

本发明涉及全息成像测量技术，尤其涉及一种数字全息三维形貌测量装置及方法。

背景技术

精密加工的快速发展刺激了对物体几何特征的精确测量需求，三维物体非破坏性和非接触性的形貌测量对其设计、测试和表征都非常重要。由于数字全息技术具有快速实时、全视场、非接触、无损、高分辨率成像以及全息图储存、再现和传输方便灵活等特点，用数字全息术进行光学检测是近年来的一个重要研究趋势，它被广泛应用到了三维形貌和三维变形的测量中。在数字全息术中，物光场的强度和相位可以很方便的通过计算机数值模拟数字全息图的衍射来获得，再现图的强度代表了三维物体表面的灰度分布，而再现相位则包含了三维物体的形貌信息，这也是数字全息测量物体表面形貌的理论依据。

在数字全息中，形貌测量主要有多波长法、双折射率法和多角度照明的方法。这些方法是通过记录多幅具有不同状态的全息图，这些不同的状态可以由照射光的波长变化或照射角度引起，也可以由物体所在介质的折射率变化引起，然后从不同状态的全息图中重建出对应相位，对不同状态的重建相位求差便可得到与物体表面形貌相关的相位图，最后解调出物体三维形貌。

现有的形貌测量方法大部分都采用单传感器采集，需要依次记录下不同状态的全息图，这需要测量环境有较高稳定性，且无法实现快速实时的形貌测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种数字全息三维形貌测量装置及方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种数字全息三维形貌测量装置，包括：激光器、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；

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，并根据所述全息信息获取所述待测物体的三维形貌。

可选地，所述分光组件包括：分光棱镜；

所述物光光路包括：依次设置的第一显微物镜、第一准直透镜、第一平面反射镜；

所述分光棱镜分出的第一束光穿过第一显微物镜和第一准直透镜后，准直的光经过第一平面反射镜照射待测物体；

所述参照光光路包括：反射镜、第二显微物镜、第二准直透镜、第二平面反射镜；

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

所述光路合成组件包括：合束镜。

可选地，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；