一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，屬于激光數(shù)字全息與光學(xué)檢測
技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 數(shù)字全息術(shù)是利用光電轉(zhuǎn)換器件CCD或CMOS代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)全息中的全息干板來 記錄全息圖，并把記錄的全息圖以數(shù)字圖像形式存入計(jì)算機(jī)，然后根據(jù)數(shù)字全息原理數(shù)值 再現(xiàn)得到物光波的復(fù)振幅分布。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相比，數(shù)字全息的顯著特點(diǎn)是不需要顯 影、定影與漂白等化學(xué)處理過程，并可以同時(shí)獲得物體定量的強(qiáng)度及相位信息，還可以方便 地運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)全息圖和再現(xiàn)像進(jìn)行濾波等處理，以提高成像質(zhì)量。因此，數(shù)字 全息更有助于進(jìn)行精確的定量分析與檢測。
[0003] 無透鏡數(shù)字全息系統(tǒng)是指被測物體到成像設(shè)備之間沒有成像透鏡的數(shù)字全息 系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、非接觸等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在微小物體三維形貌 測量中，例如MEMS、微晶表面結(jié)構(gòu)，微透鏡陣列等。Vi jay Raj Singh等人在其論文中 ((Compact handheld digital holographic microscopy system development)) (Proc. of SPIE，7522, 75224L)中基于無透鏡離軸數(shù)字全息系統(tǒng)分別對(duì)圓形的MEMS薄膜以及氮化鋁 薄膜進(jìn)行了振動(dòng)測量與模式分析。A. Asundi和Vi jay Raj Singh在專利US8194124B2中公 開了一種同軸無透鏡數(shù)字全息顯微裝置。目前該裝置存在的問題有：1)系統(tǒng)分辨率：該系 統(tǒng)采用光纖輸出端作為點(diǎn)光源，產(chǎn)生發(fā)散的球面波進(jìn)行直接照明，一旦測量系統(tǒng)構(gòu)建完成 后，要提高系統(tǒng)的分辨率，一方面可采用較低波長的激光，另一方面可通過采用高數(shù)值孔 徑NA的光纖來實(shí)現(xiàn)；然而這兩種方法實(shí)用性不強(qiáng)。此外，該裝置點(diǎn)光源的安裝位置決定了 該系統(tǒng)分辨率很難得到進(jìn)一步提升。2)靈活性：一旦測量系統(tǒng)搭建完成，系統(tǒng)的放大倍率 和分辨能力就已確定且唯一，操作者無法根據(jù)被測物體需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，因此，應(yīng)用范 圍十分有限。3)工作距離：為了達(dá)到較高的系統(tǒng)分辨能力，系統(tǒng)的工作距離必須非常小，甚 至需要完全接觸被測物體，顯然這給實(shí)際操作帶來不便。因此，如何綜合解決或優(yōu)化這些方 面的問題，對(duì)推動(dòng)無透鏡數(shù)字全息技術(shù)的的工業(yè)化應(yīng)用以及集成化具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有無透鏡數(shù)字全息檢測裝置中系統(tǒng)分辨率單一，操作 性差和工作距離小等問題，提出一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡 單和穩(wěn)定、檢測成本低、精度高、同時(shí)系統(tǒng)分辨率和放大倍率可以根據(jù)被測物體需要進(jìn)行靈 活調(diào)整等特點(diǎn)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 本發(fā)明的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于，包括激光器1、光纖 2、擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3、光束聚焦單元4、一維數(shù)控位移臺(tái)5、分光鏡6、平面鏡7、成像設(shè)備9以及 計(jì)算機(jī)10 ;
[0007] 所述擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3、光束聚焦單元4、分光鏡6、平面鏡7的中心與光纖2輸出端 的中心在同一水平線上；被測物體8中心、分光鏡6的中心和成像設(shè)備9的中心在同一垂直 線上；所述光束聚焦單元4固定在一維數(shù)控位移臺(tái)5上；
[0008] 所述一維數(shù)控位移臺(tái)5采用普通商用的一維精密數(shù)控位移臺(tái)，可以控制光束聚焦 單元4做一維直線運(yùn)動(dòng)；
[0009] 所述光束聚焦單元4具備將平行光轉(zhuǎn)換成會(huì)聚球面光波的能力；其可以是消色差 的顯微物鏡，或是雙膠合透鏡，或是單透鏡；
[0010] 本發(fā)明的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，包括如下步驟：
[0011] 利用激光器1產(chǎn)生激光，激光通過光纖2輸入至擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3 ;經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直單元 3后形成平行光傳輸至光束聚焦單元4 ;此時(shí)平行光經(jīng)過光束聚焦單元4和分光鏡6后產(chǎn)生 兩束光波；其中一束光波經(jīng)平面鏡7反射后作為參考光進(jìn)入成像設(shè)備9 ;另一束光波經(jīng)被測 物體8表面反射后作為物光進(jìn)入成像設(shè)備9 ;調(diào)節(jié)平面鏡7來控制參考光與物光的夾角，使 物光與參考光干涉產(chǎn)生一幅離軸數(shù)字全息圖并由成像設(shè)備9記錄；最終通過數(shù)字全息原理 計(jì)算得到被測物體8的表面信息。根據(jù)具體測量需要，依據(jù)數(shù)字全息測量分辨率公式和放 大倍率公式（1)，可通過計(jì)算機(jī)10驅(qū)動(dòng)一維數(shù)控位移臺(tái)5去控制光束聚焦單元4做一維直 線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變光束聚焦單元4到被測物體8的距離，來實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)橫向分辨率A S 和放大倍率M。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于，包括激光器1、光纖2、擴(kuò)束準(zhǔn)直 單元3、光束聚焦單元4、一維數(shù)控位移臺(tái)5、分光鏡6、平面鏡7、成像設(shè)備9 W及計(jì)算機(jī)10 ; 所述擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3、光束聚焦單元4、分光鏡6、平面鏡7的中屯、軸與光纖2輸出端的中屯、 軸在同一水平線上；被測物體8中屯、、分光鏡6中屯、和成像設(shè)備9中屯、在同一豎直線上； 工作原理如下；激光器1產(chǎn)生激光，激光通過光纖2輸入至擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3 ;經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn) 直單元3后形成平行光傳輸至光束聚焦單元4 ;此時(shí)平行光經(jīng)光束聚焦單元4和分光鏡6后 產(chǎn)生兩束光波；其中一束光波經(jīng)平面鏡7反射后作為參考光進(jìn)入成像設(shè)備9 ;另一束光波經(jīng) 被測物體8表面反射后作為物光進(jìn)入成像設(shè)備9 ;調(diào)節(jié)平面鏡7來控制參考光與物光的夾 角，使物光與參考光干設(shè)產(chǎn)生一幅離軸數(shù)字全息圖并由成像設(shè)備9記錄；最終通過數(shù)字全 息原理計(jì)算得到被測物體的信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于；所述光 束聚焦單元4固定在一維數(shù)控位移臺(tái)5上，可沿水平軸方向進(jìn)行一維直線運(yùn)動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于；所述一 維數(shù)控位移臺(tái)5采用普通商用的一維精密數(shù)控位移臺(tái)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于；所述光 束聚焦單元4具備將平行光轉(zhuǎn)換成會(huì)聚光波的能力；其可W是消色差的顯微物鏡，或是雙 膠合透鏡，或是單透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于；所述參 考光與物光的夾角小于4度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，其特征在于；根據(jù)數(shù) 字全息分辨率公式和放大倍率公式（1)可知，在被測物體8到成像設(shè)備9的距離確定的情 況下，根據(jù)具體測量需要，可通過計(jì)算機(jī)10驅(qū)動(dòng)一維數(shù)控位移臺(tái)5去控制光束聚焦單元4 做一維直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變光束聚焦單元4到被測物體8的距離，來獲得不同的系統(tǒng)分辨率 和放大倍率。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種反射型無透鏡數(shù)字全息測量裝置，技術(shù)特征在于：激光器1產(chǎn)生的激光束先后經(jīng)過光纖2、擴(kuò)束準(zhǔn)直單元3、光束聚焦單元4和分光鏡6后產(chǎn)生兩束光波；其中一束光波經(jīng)平面鏡7反射后作為參考光進(jìn)入成像設(shè)備9；另一束光波經(jīng)被測物體8表面反射后作為物光進(jìn)入成像設(shè)備9；調(diào)節(jié)平面鏡7來控制參考光與物光的夾角，使物光與參考光干涉產(chǎn)生離軸數(shù)字全息圖并由成像設(shè)備9記錄；最終通過數(shù)字全息原理計(jì)算得到被測物體的信息。該裝置采用計(jì)算機(jī)10控制一維數(shù)控位移臺(tái)5來調(diào)整光束聚焦單元4在水平軸方向的位置，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分辨率和放大倍率的連續(xù)可調(diào)，且結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定，可用于晶片、微機(jī)電系統(tǒng)等組件的三維形貌測量。
【IPC分類】G03H1-08, G01B9-023
【公開號(hào)】CN104534980
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510056835
【發(fā)明人】程灝波, 文永富
【申請(qǐng)人】程灝波, 文永富
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日