CN105333815B - 一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统，属于光学测量领域。所述系统由宽带光源，隔离器，光纤及光纤接头，柱面及球面透镜，光阑，光栅，一维振幅型光瞳滤波器，分光镜，反射镜，法布里‑珀罗滤波器，平移台及平移台驱动，线阵探测器，光电探测器，压电陶瓷，信号处理，反馈控制，数据采集卡，计算机，结果输出等组成。光栅色散宽带光谱形成波长横向连续分布的光片，此光片扫描被测表面实现线扫描表面三维测量；一维振幅型光瞳滤波器、法布里‑珀罗滤波器分别实现光线宽度及长度方向的超横向分辨率测量；反馈控制补偿环境干扰使系统适合在线测量；测量结果能准确溯源到波长基准，不受光源光谱漂移的影响。

Description

一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉 测量系统

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其是涉及一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统。

背景技术

现有的与此技术相接近的文献有以下两个：

[1]D.P.Hand,T.A.Carolan,J.S.Barton,and J.D.C.Jones.“Profilemeasurement of optically rough surfaces by fiber-optic interferometry”,Opt.Lett.,Vol.18,No.16,1993,P.1361-1363.(Optics Letters(光学快报),第18卷,第16期,P.1361-1363)

文献[1]的技术原理如图1所示。

半导体激光器发出的光经过法拉第隔离器和光纤3dB耦合器后，到达测量头，测量头是一个菲索干涉仪，一部分光被光纤端面反射作为参考光，另一部分光经过自聚焦透镜聚焦后，投射到被测表面上，由被测表面反射重新回到系统中并与参考光发生干涉，干涉信号由探测器探测，干涉信号的相位决定于被测表面被测点的纵向高度；改变该激光器的驱动电流以改变激光器的发光频率，用四种不同频率的光对同一点进行测量，得到四个干涉信号，由于入射光波频率不同，四个干涉信号的位相就不同，调节驱动电流，使相邻两个干涉信号的相位差π/2，通过以下式子，即可解调出该点的光程差D，即完成单点的测量：

I_n(n＝1,2,3,4)是第n次干涉信号的强度，c是光速，ν是入射光频率。

步进电机再带动测量头横向扫描被测表面，即完成对被测表面的测量。

[2]Dejiao Lin,Xiangqian Jiang,Fang Xie,Wei Zhang,Lin Zhang and IanBennion.“High stability multiplexed fibre interferometer and its applicationon absolute displacement measurement and on-line surface metrology”，OpticsExpress,Vol.12,Issue 23,2004,P.5729-5734.(Optics Express(光学特快),2004年,第12卷,第23期,P.5729-5734)

文献[2]的技术原理图如图2所示。

此系统包含两个光路几乎重合的迈克尔逊干涉仪。一个迈克尔逊干涉仪是利用测量臂上的光纤光栅和参考镜作为反射镜构成，用于完成稳定工作；另一个迈克尔逊干涉仪是利用测量镜和参考镜作为反射镜构成，用于完成测量工作。因为两个干涉仪的参考臂共用一个反射镜，两个干涉仪的参考臂光路完全重合，又由于两个干涉仪的测量臂几乎重合，所以，一个干涉仪稳定了，另一个干涉仪也就稳定了。

由半导体激光器发出波长为λ₀的光经过两个3dB耦合器后被分为两路，一路被光纤光栅反射，另一路被参考反射镜反射。两路反射光经过3dB耦合器后再次相遇并且发生干涉，干涉信号经过环行器后，被另一个光纤光栅反射，再次经过环行器，然后被探测器探测，此探测器探测到的信号经过伺服电路处理后驱动压电陶瓷管调节光纤干涉仪的参考臂的长度，使稳定干涉仪的两个干涉臂始终处于正交状态(相位差为π/2)，从而实现稳定该干涉仪的目的。

可调谐激光器发出的波长λ_m可变的光经过两个光纤3dB耦合器后被分为两路，一路经过光纤自准直透镜后再由测量镜反射再次回到干涉仪中，另一路经过光纤自准直透镜后再由参考镜反射再次回到干涉仪中，两路光经过3dB耦合器后相遇，形成干涉信号，此干涉信号经过环行器及光纤光栅后，被探测器探测，再经过相位分析即测量出测量镜的位移。

上述两个现有技术存在的问题和不足是：

1、是光点扫描被测表面进行表面三维测量，光点需要二维扫描才能完成表面三维测量，扫描机构复杂，测量速度慢。

2、测量的横向分辨率决定于光斑直径，光斑直径受衍射极限的限制，因此，横向分辨率决定于衍射极限，难以得到高横向分辨率的测量结果。

发明内容

本发明利用衍射光栅色散宽带光谱形成波长在横向(垂直于光波传播方向)连续分布的平行光片，柱面凸透镜将此平行光片聚焦成一条光线，此光线扫描被测表面对被测表面进行测量，光线只需一维扫描即完成表面三维测量，扫描机构简单，测量速度快；利用一维振幅型光瞳滤波器提高光线宽度方向的横向分辨率，利用Fabry-Perot滤波器提高光线长度方向的横向分辨率；利用反馈控制系统补偿环境干扰对测量系统的影响，以提高测量系统抗干扰能力，使之适合在线测量；衍射光栅色散宽带光谱形成的波长在横向连续分布且各种波长位置固定的光片，使测量结果能准确溯源到波长基准，光源光谱的漂移对测量结果没有影响。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统，由宽带光源X1，隔离器B1，光纤F，光纤连接头C，球面凸透镜L1、L2和L3，衍射光栅G，一维振幅型光瞳滤波器B2，分光镜S1、S2，平面反射镜M，圆孔光阑D1，狭缝光阑D2，柱面凸透镜L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11，Fabry-Perot滤波器X2，纵向平移台T1、T3，横向平移台T2，光电探测器PD1，线性探测器PD2，压电陶瓷PZT，信号处理电路B3，反馈控制电路B4，数据采集卡B5，计算机B6、结果输出B7、纵向平移台驱动B8、横向平移台驱动B9组成。宽带光源X1发出的光经过隔离器B1和光纤F，由光纤连接头C输出，经过球面凸透镜L1准直形成的平行光束经过球面凸透镜L2后，被聚焦在球面凸透镜L2的后焦点处，经过位于球面凸透镜L2后焦点的圆孔光阑D1，再由球面凸透镜L3准直形成的平行光束经过柱面凸透镜L4，再被柱面凸透镜L4聚焦到位于柱面凸透镜L4后焦点的衍射光栅G上，再由衍射光栅G色散形成波长在横向(垂直于光波的传播方向)连续分布的扇形光片，此扇形光片被柱面凸透镜L5准直成波长在横向连续分布的平行光片。此平行光片经过两个共焦柱面凸透镜L6和L7扩束为平行光束，垂直入射到一维振幅型光瞳滤波器B2上，经此一维振幅型光瞳滤波器B2整形，变换成沿柱面凸透镜L7的主光轴无光能量的平行光束，此平行光束到达分光镜S1，被分成透射和反射两束光，其中透射平行光经柱面凸透镜L9聚焦后入射到位于透镜L9后焦面的平面反射镜M上，被平面反射镜M反射，再次经过柱面凸透镜L9，再次回到分光镜S1，再由分光镜S1反射及透射成两束平行光束。

来自一维振幅型光瞳滤波器B2，并由分光镜S1反射的平行光束经过柱面凸透镜L8聚焦成一条波长在光线方向连续分布的光线，此光线投射在被测表面上，被测表面上不同的被测点反射回不同波长的光。反射光经过柱面凸透镜L8后，再次到达分光镜S1，并被分光镜S1分成透射和反射两束平行光束。其中透射光束与由平面反射镜M反射到达分光镜S1，并被分光镜S1反射的平行光相遇并发生干涉，每个波长的光形成自己的干涉信号，此干涉平行光束到达分光镜S2，并被分光镜S2分成透射和反射两束平行光束。透射光束垂直入射到Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板上，满足Fabry-Perot滤波器X2相干相长条件波长的光得以透过，相邻波长间隔为Fabry-Perot滤波器自由光谱区的梳状波长透过Fabry-Perot滤波器X2，形成在横截面光能量不连续的梳状平行光束，由柱面凸透镜L10聚焦在线阵探测器PD2上，由线阵探测器PD2对应像元探测，线阵探测器PD2探测到的信号经数据采集卡B5采集后输入计算机B6。这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面一组等间隔的被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息。为了对其他被测点进行测量，纵向平移台T3带动Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板移动，从而调节Fabry-Perot滤波器X2的腔长，使另一组满足Fabry-Perot滤波器X2相干相长条件的梳状波长通过，由线阵探测器PD2探测，线阵探测器PD2探测到的信号经数据采集卡B5采集后输入计算机B6。这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面上另一组等间隔的被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的，因此，梳状波长中每个波长的干涉信号携带了对应被测点的纵向信息。如此重复，使被测表面上每一个被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的干涉信号都被线阵探测器PD2探测，线阵探测器PD2探测到的信号经数据采集卡B5采集后输入计算机B6。然后，计算机B6对输入的所有的干涉信号进行解调处理，实现对被测表面上一条被测线的测量，结果输出B7输出测量结果。

横向平移台T2带动被测物体横向移动一个距离(移动距离为光线宽度)，光线扫描被测表面，重复上述测量过程，即实现对被测表面上另一条被测线的测量。横向平移台T2再次带动被测表面横向移动一个距离，再次重复测量过程，直到光线扫描完被测表面为止，即实现了光线扫描的表面三维测量。

由分光镜S2反射的干涉平行光束到达柱面凸透镜L11，由柱面凸透镜L11聚焦成一条光线投射在狭缝光阑D2，此光线的每一点是不同的波长形成的干涉信号，透过狭缝光阑D2的干涉信号到达光电探测器PD1，由光电探测器PD1探测。PD1探测到的干涉信号经信号处理电路B3后，经过反馈控制电路B4处理，反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持正交状态,由此消除环境干扰对干涉仪的影响，从而达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。

进一步，作为一种优选方案，利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在横向(垂直于光波的传播方向)连续分布的平行光片,此平行光片经柱面凸透镜L8聚焦成一条光线，此光线扫描被测表面对被测表面进行测量，光线只需一维扫描即完成对被测表面三维测量。测量速度快，扫描机构简单。

进一步，作为一种优选方案，利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在横向连续分布的平行光片，各种波长的空间位置恒定，使测量结果能够准确溯源到波长基准，光源光谱漂移对测量结果没有影响。这不仅提高了测量系统抗温度漂移等环境干扰的能力，而且给高测量精度的获得奠定了坚实的基础。

进一步，作为一种优选方案，利用一维振幅型光瞳滤波器B2提高在光线宽度方向的横向分辨率。一维振幅型光瞳滤波器B2的结构如图4所示，是在平行玻璃板上镀一窄带不透光的膜，当光能量在横截面连续的平行光束垂直入射到一维振幅型光瞳滤波器B2上时，透射光变成了能量在横截面不连续的平行光束，从而实现对平行光束整形。

进一步，作为一种优选方案，利用Fabry-Perot滤波器X2将波长在横向连续分布的平行光片转换成能量在横向不连续的梳状平行光片，以提高在光线长度方向的横向分辨率。

进一步，作为一种优选方案，利用反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态,从而消除环境干扰对干涉仪的影响，提高测量系统的抗干扰能力，达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。

本发明的有益效果有五个：

1.利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在横向(垂直于光波传播方向)连续分布的平行光片，柱面透镜L8将此平行光片聚焦成一条光线，此光线扫描被测表面，对被测表面进行线扫描表面三维测量，光线只需一维扫描即完成表面三维测量。

2.利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在横向连续分布的平行光片，各种波长的空间位置恒定，使测量结果能够准确溯源到波长基准，光源光谱漂移对测量结果没有影响，这不仅提高了测量系统抗温度漂移等环境干扰的能力，而且给高测量精度的获得奠定了坚实的基础。

3.利用在平行玻璃板上镀一窄带不透光的膜构成的一维振幅型光瞳滤波器B2，将能量在横截面连续分布的平行光束变换成在横截面的对称轴上无能量的平行光束，柱面凸透镜L8将此平行光束聚焦可以获得更细的光线，以提高在光线宽度方向的横向分辨率。

4.利用Fabry-Perot滤波器X2将波长在横向连续分布的平行光片转换成能量在横向不连续的梳状平行光片，以提高在光线长度方向的横向分辨率。

5.利用反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态,从而消除环境干扰对干涉仪的影响，提高测量系统的抗干扰能力，达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。

附图说明

图1是现有技术文献[1]的原理图；

图2是现有技术文献[2]的原理图；

图3是本发明原理图；

图4是一维振幅型光瞳滤波器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图3和具体实施方式对本发明作进一步描述。

一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统，由宽带光源X1，隔离器B1，光纤F，光纤连接头C，球面凸透镜L1、L2、L3，圆孔光阑D1，衍射光栅G，一维振幅型光瞳滤波器B2，分光镜S1、S2，平面反射镜M，狭缝光阑D2、柱面凸透镜L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11，Fabry-Perot滤波器X2，纵向平移台T1、T3，横向平移台T2，光电探测器PD1，线性探测器PD2，压电陶瓷PZT，信号处理电路B3，反馈控制电路B4，数据采集卡B5，计算机B6、结果输出B7、纵向平移台驱动B8、横向平移台驱动B9组成。宽带光源X1发出的光经过隔离器B1及光纤F，由光纤连接头C输出，经过透镜L1准直后的平行光束经过球面凸透镜L2后，被聚焦在透镜L2的后焦点处，经过位于L2后焦点的圆孔光阑D1，再由球面凸透镜L3准直成平行光束，此平行光束经柱面凸透镜L4聚集在位于透镜L4后焦平面的衍射光栅G上，再由衍射光栅G色散形成波长在横向(垂直于光波的传播方向)连续分布的扇形光片，此扇形光片被柱面凸透镜L5准直成波长在横向连续分布的平行光片。此平行光片经过两个共焦柱面凸透镜L6和L7扩束为平行光束，垂直入射到一维振幅型光瞳滤波器B2上，经过整形，变成沿柱面凸透镜L7的主光轴无光能量的平行光束，此平行光束到达分光镜S1，分成透射和反射两束平行光，其中透射平行光经柱面凸透镜L9聚焦到位于透镜L9后焦面的平面反射镜M上，并被平面反射镜M反射，再次经过透镜L9，再次回到分光镜S1，再由分光镜S1反射及透射成两束平行光束。

来自振幅型光瞳滤波器B2并由分光镜S1反射的平行光束经过柱面凸透镜L8聚焦成一条波长在光线方向连续分布的光线，此光线投射在被测表面上，并被被测表面反射，被测表面上不同的被测点反射回不同波长的光，反射光经过柱面凸透镜L8，到达分光镜S1，并被分光镜S1分成透射和反射两束平行光。其中透射光束与由平面反射镜M反射到达分光镜S1，并被分光镜S1反射的平行光相遇并发生干涉，每个波长的光形成自己的干涉信号，此干涉平行光束到达分光镜S2，被分光镜S2分成透射和反射两束平行光。透射光束垂直入射到Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板上，满足Fabry-Perot滤波器X2相干相长条件波长的光得以透过，相邻波长间隔为Fabry-Perot滤波器自由光谱区的梳状波长的光透过Fabry-Perot滤波器X2，形成横截面光能量梳状平行光束，由柱面凸透镜L10聚焦在线阵探测器PD2上，由线阵探测器PD2对应像元探测。这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面上一组等间隔的离散被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息。

为了从干涉信号中解调出被测点的纵向信息，测量时，需要对干涉仪的光程差进行线性调制。为此，在线阵探测器PD2探测干涉信号的过程中，纵向平移台T1带动被测物体纵向(垂直于被测表面方向)线性移动，线性调制干涉仪的光程差。对应被测表面上第i个被测点的干涉信号为：

式中：A_i0是干涉信号的直流量，A_i是干涉信号的可见度，△_i是干涉仪在第i被测点的光程差，n是空气折射率，v是纵向移动台T1的移动速度，t是纵向移动台T1调制光程差的时间，λ_i是第i被测点反射的波长，i＝1,2,...,N-1，N为被测表面上被测点个数。

当波长连续分布的平行光束垂直入射到可调谐Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板上时，只有满足相干相长条件(2)式的波长的光透过Fabry-Perot滤波器X2，因此，原来横截面连续的平行光束就变成了横截面不连续的呈梳状的平行光束，每个梳齿的波长不同，且梳齿之间等间距，相邻两梳齿之间的波长差为Fabry-Perot滤波器X2的自由光谱区宽度，当调谐Fabry-Perot滤波器X2的腔长d时，透过Fabry-Perot滤波器X2的波长会发生变化。

2nd＝kλ (2)

式中：d是Fabry-Perot滤波器X2的腔长，n是空气折射率，k是正整数，λ是光波波长。

透过Fabry-Perot滤波器X2形成的横截面光能量不连续的梳状平行光束，由柱面凸透镜L10聚焦在线阵探测器PD2上被对应像元探测。

线阵探测器的第i个像元探测到的信号为：

式中：T为Fabry-Perot滤波器X2两平行平板相对的两面的透射率，R为Fabry-Perot滤波器X2两平行平板相对的两面的反射率，I_i为入射到Fabry-Perot滤波器X2的光强。

纵向平移台T3带动Fabry-Perot滤波器X2一个平行平板移动，调节了Fabry-Perot滤波器X2的腔长，使另一组满足Fabry-Perot滤波器X2相干相长条件的梳状波长通过，由线阵探测器PD2探测，这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面另一组等间隔的离散点的反射光与反射镜M的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息。如此重复，使被测表面上每一个被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的干涉信号都被线阵探测器探测。

(3)式中，由于T、R是常量，随着干涉仪的光程差被线性调制，I_i呈余弦规律变化，线阵探测器PD2探测到的信号也呈余弦规律变化。同样地，线阵探测器PD2探测到的对应第i+1个被测点的信号也呈余弦规律变化。比较这两路余弦信号的相位差，再根据相位差即可测出被测表面上第i个被测点与第i+1个被测点的纵向高度差。然后，对线阵探测器PD2探测到的对应每一个被测点的干涉信号进行解调处理，就可测出被测表面上每个被测点的纵向高度值，实现对被测表面上一条被测线的测量。

横向平移台T2带动被测物体横向移动一个距离(移动距离为光线宽度)，光线扫描被测表面，重复上述测量过程，即实现对被测表面上另一条被测线的测量。横向平移台T2再次带动被测表面横向移动一个距离，再次重复测量过程，如此重复，直到光线扫描完被测表面为止，即实现光线扫描的表面三维测量。

由分光镜S2反射的干涉平行光束到达柱面凸透镜L11，由透镜L11聚焦成一条光线投射在狭缝光阑D2，此光线的每一点是不同的波长形成的干涉信号，透过狭缝光阑D2的干涉信号到达光电探测器PD1，由光电探测器PD1探测。PD1探测到的干涉信号经信号处理电路B3后，再经过反馈控制电路B4处理，反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态(两干涉臂的相位差为其中m为整数),由此消除环境干扰对干涉仪的影响，从而达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。

为了举例说明本发明的实现，描述了上述的具体实例，但本发明的其他变化和修改，对本领域技术人员是显而易见的，在本发明无公开内容的实质和基本原则范围内的任何修改/变化或仿效变换都属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统，其特征是由宽带光源X1、隔离器B1、光纤F、光纤连接头C、三个球面凸透镜L1，L2，L3、圆孔光阑D1、八个柱面凸透镜L4，L5，L6，L7，L8，L9，L10，L11、衍射光栅G、一维振幅型光瞳滤波器B2、两个分光镜S1，S2、平面反射镜M、狭缝光阑D2、Fabry-Perot滤波器X2、两个纵向平移台T1，T3、横向平移台T2、光电探测器PD1、线性探测器PD2、压电陶瓷PZT、信号处理电路B3、反馈控制电路B4、数据采集卡B5、计算机B6、结果输出B7、纵向平移台驱动B8、横向平移台驱动B9组成；宽带光源X1发出的宽带光谱的光经过隔离器B1及光纤F后，由光纤连接头C1输出，再经过球面凸透镜L1准直形成的平行光束经过球面凸透镜L2后，被聚焦在球面凸透镜L2的后焦点处，经过位于球面凸透镜L2后焦点的圆孔光阑D1，再经过球面凸透镜L3准直形成平行光束，此平行光束被柱面凸透镜L4聚焦到位于柱面凸透镜L4后焦点的衍射光栅G上，由衍射光栅G色散形成波长在垂直于光波传播方向的横向连续分布的扇形光片，此扇形光片被柱面凸透镜L5准直成波长在横向连续分布的平行光片，此平行光片经过两个共焦柱面凸透镜L6和L7扩束为平行光束，垂直入射到一维振幅型光瞳滤波器B2上，经过一维振幅型光瞳滤波器B2整形，变成沿柱面凸透镜L7的主光轴无光能量的平行光束，此平行光束到达分光镜S1，被分成透射和反射两束平行光束，其中透射平行光束经柱面凸透镜L9聚焦后入射到位于柱面凸透镜L9后焦面的平面反射镜M上，被平面反射镜M反射，再次经过柱面凸透镜L9，再次回到分光镜S1，再由分光镜S1反射及透射成两束平行光束；来自一维振幅型光瞳滤波器B2并由分光镜S1反射的平行光束经过柱面凸透镜L8聚焦成一条波长在光线方向连续分布的光线，此光线投射在被测表面上，被测表面上不同的被测点反射回不同波长的光，反射光经过柱面凸透镜L8后，再次到达分光镜S1，并被分光镜S1分成透射和反射两束平行光束，其中透射平行光束与由平面反射镜M反射到达分光镜S1并被分光镜S1反射的平行光束相遇并发生干涉，每个波长的光形成自己的干涉信号，此干涉平行光束到达分光镜S2，并被分光镜S2透射和反射成两束平行光束，其中透射平行光束垂直入射到Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板上，满足Fabry-Perot滤波器X2相干相长条件波长的光得以透过，相邻波长间隔为Fabry-Perot滤波器自由光谱区的梳状波长的光透过Fabry-Perot滤波器X2，形成横截面光能量梳状平行光束，由柱面凸透镜L10聚焦在线阵探测器PD2上，由线阵探测器PD2对应像元探测，这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面一组等间隔的离散被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的，梳状波长中每个波长的干涉信号携带对应被测点的纵向信息；为了对其他点进行测量，纵向平移台T3带动Fabry-Perot滤波器X2的一个平行平板移动，从而调节Fabry-Perot滤波器X2的腔长，使另一组满足Fabry-Perot滤波器相干相长条件的梳状波长通过，由线阵探测器PD2探测，探测到这一组梳状波长的干涉信号是由被测表面上另一组等间隔的离散被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的，因此，梳状波长中每个波长的干涉信号携带了对应被测点的纵向信息，线阵探测器PD2探测到的信号经数据采集卡B5采集后输入计算机B6；如此重复，使被测表面上每一个被测点的反射光与平面反射镜M的反射光相遇形成的干涉信号都被线阵探测器PD2探测，线阵探测器PD2探测到的信号经数据采集卡B5采集后输入计算机B6；然后，计算机B6对输入的所有干涉信号进行解调处理，实现对被测表面上一条被测线的测量，测量结果由结果输出B7输出；横向平移台T2带动被测物体横向移动一个距离，移动距离为光线宽度，光线扫描被测表面，重复上述测量过程，即实现对被测表面上另一条被测线的测量；横向平移台T2再次带动被测表面横向移动一个距离，再次重复测量过程，直到光线扫描完被测表面为止，即实现了光线扫描的表面三维测量；由分光镜S2反射的干涉平行光束到达柱面凸透镜L11，由柱面凸透镜L11聚焦成一条光线投射在狭缝光阑D2，此光线的每一点是不同的波长形成的干涉信号，透过狭缝光阑D2的干涉信号到达光电探测器PD1，由光电探测器PD1探测，光电探测器PD1探测到的干涉信号经信号处理电路B3后，经过反馈控制电路B4处理，反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动压电陶瓷PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态,由此消除环境干扰对干涉仪的影响，从而达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统,其特征在于：利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在垂直于光波传播方向的横向连续分布的平行光片，柱面凸透镜L8将此平行光片聚焦成一条光线，此光线扫描被测表面，对被测表面进行线扫描表面三维测量，光线只需一维扫描即完成表面三维测量。

3.根据权利要求1所述的一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统,其特征在于：利用衍射光栅G色散宽带光谱形成波长在横向连续分布的平行光片，各种波长的空间位置恒定，使测量结果能够准确溯源到波长基准，光源光谱漂移对测量结果没有影响。

4.根据权利要求1所述的一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统,其特征在于：利用在平行玻璃板上镀一窄带不透光的膜构成的一维振幅型光瞳滤波器B2，将能量在横截面连续分布的平行光束变换成在横截面的对称轴上无能量的平行光束，柱面凸透镜L8将此平行光束聚焦可以获得更细的光线，以提高在光线宽度方向的横向分辨率。

5.根据权利要求1所述的一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统,其特征在于：利用Fabry-Perot滤波器X2将波长在横向连续分布的平行光片转换成能量在横向不连续的梳状平行光片，以提高在光线长度方向的横向分辨率。

6.根据权利要求1所述的一种基于光谱色散线扫描的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统,其特征在于：利用反馈控制电路B4的输出信号加在位于干涉仪的参考臂中的压电陶瓷PZT上，驱动压电陶瓷PZT调节干涉仪的参考臂的光程，使干涉仪的两个干涉臂保持在正交状态,从而消除环境干扰对干涉仪的影响，提高测量系统的抗干扰能力，达到稳定测量系统的目的，使测量系统适合在线测量。