[发明专利]一种基于空域载频相移的多波长动态相位测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于空域载频相移的多波长动态相位测量装置及方法，包括若干激光器组成的激光器组件、前分光镜组件、光束耦合组件、检测物体、显微物镜、反射镜组件、后分光镜组件和成像器件，激光器组件各激光器射出的光束被前分光镜组件分为检测光束和参考光束，所述检测光束依次穿过检测物体和显微物镜后形成物光被成像器件接收，不同激光器发出的参考光束被反射镜组件反射后被后分光镜组件耦合成共路传播的光束形成参考光，所述参考光被成像器件接收，所述物光和参考光能够在成像器件靶面发生干涉，通过所述成像器件单词曝光记录能够得到多波长空域载频干涉图。本发明扩大了干涉测量的测量范围和测量量程，促进光学相位测量技术的发展。

技术领域

本发明涉及光全息与数字全息技术领域，尤其涉及一种基于空域载频相移的多波长动态相位测量装置及方法。

背景技术

光学干涉测量是一种利用光学干涉原理实现高精度测量的基础性测量方法。将光学干涉测量技术与计算机技术、光电图像传感技术、精密机械技术、相移技术、光学信号处理技术等结合形成的数字干涉测量技术，能够大幅度提高光学干涉测量的精确性和快捷性，实现了从干涉条纹图中定量地测量待测物体的复振幅和相位分布，因而又被称为光学相位测量技术，其纵向测量精度可以达到测量波长的1/100~1/1000，横向分辨率由测量要求和光学系统的分辨率确定，在显微干涉测量中可以达到亚微米量级。

由于具有非接触、全场、非破坏、非干预、测量快速、测量精度高、能够对不规则测量对象进行测量等特点，不仅在光学元件和光学表面测量应用中大大提高了测量的准确度和自动化程度，还在精密测量与计量、工程科学、生命科学、材料科学、显微术、微小光学、微电子、精密加工、微电子机械（MEMs）与微光机电系统（MOEMs）、流场测量、纳米技术等研究领域有着越来越广泛的应用。根据测量对象对光波的几何、衍射、散射、台阶等不同调制情况，发展出了数字干涉测量、数字全息、数字散斑、数字剪切干涉、白光干涉扫描等一系列基于干涉原理的测量方法。这些方法虽然推动了干涉测量技术的发展和进步，但是各自都存在一些自身的问题。

为了保证测量结果准确度以及科研和工程应用的需要，必须降低干涉测量过程中的振动、环境等外界干扰，实现被测量对象相位变化过程的动态测量，同时提高干涉测量方法的精度、稳定性和实用性和通用性等，这也是干涉测量技术发展的前沿和趋势。近年来，光学相位测量中的一个重要方面，是在研究和掌握干涉条纹内在规律的基础上，研究简洁、快速、高精度的相位恢复和相移量提取方法。这两个方面的结合，必定能够为光学相位测量技术带来新的发展。

目前国内外光学干涉测量技术的最新动向，一是解决干涉测量过程中的外界振动、气流变化等环境因素对测量结果准确度的干扰问题，二是实现被测对象相位变化过程的实时动态测量，三是在扩展光学干涉测量范围的同时提高测量结果的准确度。实现这三个目标的基本思路和技术，是将多波长干涉方法引入动态相位测量，要求单次曝光即只采集一次多波长干涉图就能提取不同波长及合成波长下的相位信息分布，而且曝光时间要尽可能短以在瞬间“冻结”图像，其基本原理和方法，仍然是相移干涉测量方法和空域傅里叶变换干涉测量方法。

现需要一种既能保持相移干涉测量技术的优点，又能实现动态相位干涉测量的新型测量方法，能够为相关领域的研究提供有力的测量手段和工具。

发明内容

本发明提供了一种基于空域载频相移的多波长动态相位测量装置及方法，通过对现有相位测量方法进行技术改造，将空域载频干涉的动态测量、时域相移算法的高测量精度以及多波长干涉的大测量范围和多量程结合起来，既保持相位测量技术的优点，又具备抵抗环境干扰的能力，可以实现动态相位测量，还扩大干涉测量的测量范围和测量量程，促进光学相位测量技术的发展，为相关领域的研究提供有力的测量手段和工具。

为解决上述技术问题，本发明具体采用如下技术方案：