一种反射型无透镜数字全息测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种反射型无透镜数字全息测量装置，属于激光数字全息与光学检测
技术领域。 技术背景
[0002] 数字全息术是利用光电转换器件CCD或CMOS代替传统光学全息中的全息干板来 记录全息图，并把记录的全息图以数字图像形式存入计算机，然后根据数字全息原理数值 再现得到物光波的复振幅分布。与传统的光学全息相比，数字全息的显著特点是不需要显 影、定影与漂白等化学处理过程，并可以同时获得物体定量的强度及相位信息，还可以方便 地运用数字图像处理技术对全息图和再现像进行滤波等处理，以提高成像质量。因此，数字 全息更有助于进行精确的定量分析与检测。
[0003] 无透镜数字全息系统是指被测物体到成像设备之间没有成像透镜的数字全息 系统。该系统具有结构简单、分辨率高、非接触等特点，被广泛应用在微小物体三维形貌 测量中，例如MEMS、微晶表面结构，微透镜阵列等。Vi jay Raj Singh等人在其论文中 ((Compact handheld digital holographic microscopy system development)) (Proc. of SPIE，7522, 75224L)中基于无透镜离轴数字全息系统分别对圆形的MEMS薄膜以及氮化铝 薄膜进行了振动测量与模式分析。A. Asundi和Vi jay Raj Singh在专利US8194124B2中公 开了一种同轴无透镜数字全息显微装置。目前该装置存在的问题有：1)系统分辨率：该系 统采用光纤输出端作为点光源，产生发散的球面波进行直接照明，一旦测量系统构建完成 后，要提高系统的分辨率，一方面可采用较低波长的激光，另一方面可通过采用高数值孔 径NA的光纤来实现；然而这两种方法实用性不强。此外，该装置点光源的安装位置决定了 该系统分辨率很难得到进一步提升。2)灵活性：一旦测量系统搭建完成，系统的放大倍率 和分辨能力就已确定且唯一，操作者无法根据被测物体需要进行相应的调整，因此，应用范 围十分有限。3)工作距离：为了达到较高的系统分辨能力，系统的工作距离必须非常小，甚 至需要完全接触被测物体，显然这给实际操作带来不便。因此，如何综合解决或优化这些方 面的问题，对推动无透镜数字全息技术的的工业化应用以及集成化具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有无透镜数字全息检测装置中系统分辨率单一，操作 性差和工作距离小等问题，提出一种反射型无透镜数字全息测量装置。该系统具有结构简 单和稳定、检测成本低、精度高、同时系统分辨率和放大倍率可以根据被测物体需要进行灵 活调整等特点。
[0005] 为达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
[0006] 本发明的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于，包括激光器1、光纤 2、扩束准直单元3、光束聚焦单元4、一维数控位移台5、分光镜6、平面镜7、成像设备9以及 计算机10 ;
[0007] 所述扩束准直单元3、光束聚焦单元4、分光镜6、平面镜7的中心与光纤2输出端 的中心在同一水平线上；被测物体8中心、分光镜6的中心和成像设备9的中心在同一垂直 线上；所述光束聚焦单元4固定在一维数控位移台5上；
[0008] 所述一维数控位移台5采用普通商用的一维精密数控位移台，可以控制光束聚焦 单元4做一维直线运动；
[0009] 所述光束聚焦单元4具备将平行光转换成会聚球面光波的能力；其可以是消色差 的显微物镜，或是双胶合透镜，或是单透镜；
[0010] 本发明的一种反射型无透镜数字全息测量装置，包括如下步骤：
[0011] 利用激光器1产生激光，激光通过光纤2输入至扩束准直单元3 ;经扩束准直单元 3后形成平行光传输至光束聚焦单元4 ;此时平行光经过光束聚焦单元4和分光镜6后产生 两束光波；其中一束光波经平面镜7反射后作为参考光进入成像设备9 ;另一束光波经被测 物体8表面反射后作为物光进入成像设备9 ;调节平面镜7来控制参考光与物光的夹角，使 物光与参考光干涉产生一幅离轴数字全息图并由成像设备9记录；最终通过数字全息原理 计算得到被测物体8的表面信息。根据具体测量需要，依据数字全息测量分辨率公式和放 大倍率公式（1)，可通过计算机10驱动一维数控位移台5去控制光束聚焦单元4做一维直 线运动，进而改变光束聚焦单元4到被测物体8的距离，来实现不同的系统横向分辨率A S 和放大倍率M。
【主权项】
1. 一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于，包括激光器1、光纤2、扩束准直 单元3、光束聚焦单元4、一维数控位移台5、分光镜6、平面镜7、成像设备9 W及计算机10 ; 所述扩束准直单元3、光束聚焦单元4、分光镜6、平面镜7的中屯、轴与光纤2输出端的中屯、 轴在同一水平线上；被测物体8中屯、、分光镜6中屯、和成像设备9中屯、在同一竖直线上； 工作原理如下；激光器1产生激光，激光通过光纤2输入至扩束准直单元3 ;经扩束准 直单元3后形成平行光传输至光束聚焦单元4 ;此时平行光经光束聚焦单元4和分光镜6后 产生两束光波；其中一束光波经平面镜7反射后作为参考光进入成像设备9 ;另一束光波经 被测物体8表面反射后作为物光进入成像设备9 ;调节平面镜7来控制参考光与物光的夹 角，使物光与参考光干设产生一幅离轴数字全息图并由成像设备9记录；最终通过数字全 息原理计算得到被测物体的信息。
2. 根据权利要求1所述的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于；所述光 束聚焦单元4固定在一维数控位移台5上，可沿水平轴方向进行一维直线运动。
3. 根据权利要求1所述的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于；所述一 维数控位移台5采用普通商用的一维精密数控位移台。
4. 根据权利要求1所述的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于；所述光 束聚焦单元4具备将平行光转换成会聚光波的能力；其可W是消色差的显微物镜，或是双 胶合透镜，或是单透镜。
5. 根据权利要求1所述的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于；所述参 考光与物光的夹角小于4度。
6. 根据权利要求1所述的一种反射型无透镜数字全息测量装置，其特征在于；根据数 字全息分辨率公式和放大倍率公式（1)可知，在被测物体8到成像设备9的距离确定的情 况下，根据具体测量需要，可通过计算机10驱动一维数控位移台5去控制光束聚焦单元4 做一维直线运动，进而改变光束聚焦单元4到被测物体8的距离，来获得不同的系统分辨率 和放大倍率。
【专利摘要】本发明涉及一种反射型无透镜数字全息测量装置，技术特征在于：激光器1产生的激光束先后经过光纤2、扩束准直单元3、光束聚焦单元4和分光镜6后产生两束光波；其中一束光波经平面镜7反射后作为参考光进入成像设备9；另一束光波经被测物体8表面反射后作为物光进入成像设备9；调节平面镜7来控制参考光与物光的夹角，使物光与参考光干涉产生离轴数字全息图并由成像设备9记录；最终通过数字全息原理计算得到被测物体的信息。该装置采用计算机10控制一维数控位移台5来调整光束聚焦单元4在水平轴方向的位置，以实现系统分辨率和放大倍率的连续可调，且结构紧凑、稳定，可用于晶片、微机电系统等组件的三维形貌测量。
【IPC分类】G03H1-08, G01B9-023
【公开号】CN104534980
【申请号】CN201510056835
【发明人】程灏波, 文永富
【申请人】程灏波, 文永富
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年2月4日