一种基于多波长和多偏振态的数字全息三维形貌检测装置

摘要

本发明公开了一种基于多波长和多偏振态的数字全息三维形貌检测装置，包括激光光源、分光及更改偏振态单元、第一光束准直单元、被测物体、第二光束准直单元、光程补偿及光束偏转单元和CMOS相机；本装置采用数字全息方法，结合多波长测量技术，可用于表面非光学平滑、高粗糙度、表面结构不连续且起伏较大的物体的三维形貌检测；同时结合光波偏振态对散斑分布的影响，对不同偏振态下的多幅全息图进行信息融合，可有效抑制散斑对再现像的影响，提高信噪比。

主权项

一种基于多波长和多偏振态的数字全息三维形貌检测装置，包括激光光源、分光及更改偏振态单元、第一光束准直单元、被测物体、第二光束准直单元、光程补偿及光束偏转单元和CMOS相机；激光光源产生激光1a，激光1a输入至分光及更改偏振态单元；分光及更改偏振态单元包括可调衰减器、A半波片、偏振分光棱镜、B半波片、第一检偏器、C半波片、第二检偏器；激光1a经可调衰减器、A半波片后，入射到偏振分光棱镜，被分为两束偏振方向正交的透射光和反射光，其中透射光经B半波片和第一检偏器后形成空间线偏振光2a，进入物光光路；反射光经C半波片和第二检偏器后形成空间线偏振光2b，进入参考光路；其中，通过调节A半波片改变光束2a和2b光强比，通过调节B半波片在0至180度范围内改变透射光2a的偏振方向，第一检偏器检测并记录透射光2a的偏振方向，通过调节C半波片在0至180度范围内改变反射光2b的偏振方向，第二检偏器检测并记录反射光2b的偏振方向，透射光2a和反射光2b的偏振方向相同，检测过程中，以固定的角度间隔多次改变透射光2a和反射光2b的偏振方向，在每一个偏振方向下均对被测物体进行一次检测并记录数字全息图，对所得数字全息图均进行数值再现，将所有偏振角度下的再现结果进行叠加平均，得到抑制散斑噪声后的检测结果；第一光束准直单元和第二光束准直单元具有相同结构，均由空间滤波器和平凸透镜构成；第一光束准直单元接收透射光2a，空间滤波器对光束2a进行扩束和空间滤波处理后，输出至平凸透镜上，经平凸透镜后输出平行光3a，照明被测物体，被测物体表面反射形成包含三维形貌信息的物光4a，输出至CMOS相机；第二光束准直单元接收反射光2b，空间滤波器对光束2b进行扩束和空间滤波处理后，输出至平凸透镜上，经平凸透镜后输出平行光5a，输入光程补偿及光束偏转单元；光程补偿及光束偏转单元包括直角棱镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；入射光束5a入射至直角棱镜，反向平行出射至第一平面反射镜，经第二平面反射镜输出光束6a，输出至CMOS相机；直角棱镜放置于精密位移台上，能够进行在入射光5a方向上的前后平移，通过前后平移直角棱镜，调节参考光束的光程，第二平面反射镜放置于一维平移台和二维可调节镜架上，实现一维平移和角度旋转；通过调节第二平面反射镜的位置和角度，调整出射光束6a的角度；物光4a和参考光6a在CMOS相机的光敏面发生干涉，形成干涉条纹，CMOS相机进行捕获和记录，得到数字全息图。