CN108225172A - 透射式点衍射共路数字全息测量装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透射式点衍射共路数字全息测量装置与方法，属于数字全息测量领域。携带物体信息的入射光依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜形成载波全息图，被图像传感器采集到计算机并计算待测物体相位。本发明结构简单，稳定性好，光能利用率高；且调整方便，也不需任何光栅、反射针孔、角反射镜等特殊光学元件，成本低。
Description
技术领域
本发明属于数字全息测量领域，特别涉及一种透射式点衍射共路数字全息测量装置与方法。
背景技术
离轴数字全息测量技术可通过一次曝光采集完成物体三维全场定量测量，相对同轴数字全息测量技术可以实现更高的测量速度，已广泛应用于生物医学、微纳器件、光学微加工等测量领域。但传统的离轴数字全息系统采用迈克逊、马赫-曾德尔等分离光路干涉，不仅结构庞大，而且参考光束和测量光束经过不同路径，易受外界振动、温度起伏等影响，抗干扰能力差。相对于分离光路结构，共光路结构因为参考光束和测量光束经过相同路径，结构紧凑，具有非常好的抗干扰能力，因而近十年离轴共路数字全息测量技术受到国内外学者广泛关注。
美国麻省理工学院的G.Popescu等(G.Popescu,T.Ikeda,R.R.Dasari,M.S.Feld.Diffraction phase microscopy for quantifying cell structure anddynamics.Opt.Lett.2006,31,775-777)提出了一种基于光栅点衍射的共路离轴数字全息测量技术，在4f光学系统的入射面放置光栅，将通过待测物体的光波衍射分成多个衍射级次，并在频谱面放置空间孔阵列，选取零级光作为参考光并选取+1级光作为物光，进而通过曝光采集获得载波全息图，但该结构不仅需要光栅，而且光能损失大，同时需精确调整针孔滤波器阵列中心间距与光栅周期以及透镜焦距的匹配关系，以使物光和参考光能有效通过针孔滤波器阵列，从而造成装置调整困难。
以色列N.T.Shaked等(Compact and portable low-coherence interferometerwith off-axis geometry for quantitative phase microscopy and nanoscopy)提出一种基于反射式点衍射的共路离轴数字全息测量技术，在一个改进4f光学系统中引入非偏振分光棱镜产生两束光，通过对其中一束光使用反射式针孔滤波，从而形成参考光，另一束光被角反射镜反射后与参考光一起共路传播形成载波干涉。但该方法需要角反射镜，同时因为采用反射式针孔，不仅制作困难，而且光需要两次通过针孔，光能损失大。
为方便调整，简化系统结构，本发明人提出系列基于光栅离焦点衍射的共路离轴数字全息测量技术，如CN 201510756850.9“一种基于光栅离焦的共路数字全息显微装置与方法”，在4f光学系统的频谱空间放置光栅，并在频谱面放置空间孔阵列，通过光栅离焦控制针孔滤波器阵列中心间距与光栅周期以及透镜焦距的匹配关系，但是该方法仍需要光栅。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术的不足之处，提供一种调整方便、光能损失少的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置与方法。
本发明的目的是这样实现的：
方式一：一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源、准直扩束系统，该装置还包括第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三透镜、图像传感器和计算机，光源发射的光束经过准直扩束系统和待测物体后，再依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机；所述的待测物体位于第一透镜的前焦面上；第一透镜、第二透镜和第三透镜构成共轭4f系统；孔阵列位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜的焦距、D为第二透镜的通光孔径；第一平面反射镜和第二平面反射镜位于第二透镜的共轭后焦平面上，第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上；图像传感器位于第三透镜的后焦平面上。
方式一还包括：
1.第一平面反射镜与光轴垂直放置且第二平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者第一平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且第二平面反射镜与光轴垂直放置。
2.孔阵列上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜或第二平面反射镜反射后并被第二透镜聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
基于方式一的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过准直扩束系统、待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
方式二：一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源，该装置还包括显微物镜、校正物镜、第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三透镜、图像传感器和计算机，光源发射的光束经过准直扩束系统和待测物体后，再依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机；所述的待测物体位于第一透镜的前焦面上；第一透镜、第二透镜和第三透镜构成共轭4f系统；孔阵列位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜的焦距、D为第二透镜的通光孔径；第一平面反射镜和第二平面反射镜位于第二透镜的共轭后焦平面上，第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上；图像传感器位于第三透镜的后焦平面上；显微物镜和校正物镜组成的显微系统像平面与第一透镜的前焦平面匹配。
方式二还包括：
1.第一平面反射镜与光轴垂直放置且第二平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者第一平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且第二平面反射镜与光轴垂直放置。
2.孔阵列上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜或第二平面反射镜反射后并被第二透镜聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
基于方式二的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，其特征在于：实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过待测物体、显微物镜、校正物镜、第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
透射式点衍射共路数字全息测量方法有以下特点和有益效果：
1.在4f透射式点衍射结构基础上，引入非偏振分光技术和双反射镜调制技术，形成载波全息图完成三维相位成像测量，不仅结构紧凑，抗干扰能力强，而且不需要光栅、反射针孔、角反射镜等特殊光学元件，方法简单易行，光能利用率高，这是区别于现有技术的创新点之一；
2.利用普通平面反射镜引入载波，并利用普通平面反射镜实现参考光束和针孔的空间对准，匹配关系简单，这是区别于现有技术的创新点之二。
本发明的装置有如下显著特点：
1.本发明装置结构简单紧凑，系统定位复杂度要求低，且调整方便，也不需任何光栅、反射针孔、角反射镜等特殊光学元件，成本低；
2.本发明装置采用透射式点衍射构成共光路结构，系统抗干扰能力强，稳定性好。
附图说明
图1为透射式点衍射共路数字全息测量装置示意图；
图2为引入显微系统实现本发明测量装置示意图；
图3a为本系统待测相位物体的仿真图；
图3b为本系统所测得到的全息图的仿真图；
图3c为本系统恢复出的相位图的仿真图。
具体实施方式
图中件号说明：
1光源，2准直扩束系统，3待测物，4第一透镜，5第一非偏振分光棱镜，6孔阵列，7第二透镜，8第二非偏振分光棱镜，9第一平面反射镜，10第二平面反射镜，11第三透镜，12图像传感器，13计算机，14显微物镜，15校正物镜。
实施方式一：如图1所示，一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源、准直扩束系统，该装置还包括第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三透镜、图像传感器和计算机，光源发射的光束经过准直扩束系统和待测物体后，再依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机；所述的待测物体位于第一透镜的前焦面上；第一透镜、第二透镜和第三透镜构成共轭4f系统；孔阵列位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜的焦距、D为第二透镜的通光孔径；第一平面反射镜和第二平面反射镜位于第二透镜的共轭后焦平面上，第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上；图像传感器位于第三透镜的后焦平面上。
实施方式二：在实施方式一基础上，第一平面反射镜与光轴垂直放置且第二平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者第一平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且第二平面反射镜与光轴垂直放置。
实施方式三：在实施方式一或二基础上，孔阵列上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜或第二平面反射镜反射后并被第二透镜聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
基于实施方式一或二或三装置的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过准直扩束系统、待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
实施方式四：如图2所示，一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源，该装置还包括显微物镜、校正物镜、第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三透镜、图像传感器和计算机，光源发射的光束经过准直扩束系统和待测物体后，再依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机；所述的待测物体位于第一透镜的前焦面上；第一透镜、第二透镜和第三透镜构成共轭4f系统；孔阵列位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜的焦距、D为第二透镜的通光孔径；第一平面反射镜和第二平面反射镜位于第二透镜的共轭后焦平面上，第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上；图像传感器位于第三透镜的后焦平面上；显微物镜和校正物镜组成的显微系统像平面与第一透镜的前焦平面匹配。
实施方式五：在实施方式四基础上，第一平面反射镜与光轴垂直放置且第二平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者第一平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且第二平面反射镜与光轴垂直放置。
实施方式六：在实施方式四或五基础上，孔阵列上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜或第二平面反射镜反射后并被第二透镜聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
基于实施方式四或五或六的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过待测物体、显微物镜、校正物镜、第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
如图1所示，透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源、准直扩束系统、待测物体，该装置还包括第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三透镜、图像传感器和计算机。光源发射的光束经过准直扩束系统和待测物体后，再依次经过第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列和第一非偏振分光棱镜后，经第一非偏振分光棱镜反射后，再经过第三透镜由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机；所述的待测物体位于第一透镜的前焦面上；第一透镜、第二透镜和第三透镜构成共轭4f系统；孔阵列位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜的焦距、D为第二透镜的通光孔径；第一平面反射镜和第二平面反射镜位于第二透镜的共轭后焦平面上，且第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上，或者第一平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的反射光路上，第二平面反射镜在第二非偏振分光棱镜的出射光路上；图像传感器位于第三透镜的后焦平面上。
第一平面反射镜与光轴垂直放置，第二平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，或第一平面反射镜与光轴成θ角倾斜放置，第二平面反射镜与光轴垂直放置。
孔阵列上的针孔B与被倾斜的第一平面反射镜或第二平面反射镜反射后并被第二透镜聚焦的光斑匹配。
如图2所示，待测物体和第一透镜之间还可引入显微物镜和校正物镜，且显微物镜和校正物镜组成的显微系统像平面与第一透镜的前焦平面匹配。
透射式点衍射共路数字全息测量方法，它的实现过程如下：调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过准直扩束系统、待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成载波全息图I，并用图像传感器采集载波全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
下面结合图1对本发明的实施实例作详细说明。
本发明的装置包括：
光源1，准直扩束系统2，待测物3，第一透镜4，第一非偏振分光棱镜5，孔阵列6，第二透镜7，第二非偏振分光棱镜8，第一平面反射镜9，第二平面反射镜10，第三透镜11，图像传感器12，计算机13，其中光源1为波长632.8nm激光器；待测物体3位于第一透镜4的前焦面上；第一透镜4、第二透镜7和第三透镜11的焦距均为f＝200mm，构成共轭4f系统；孔阵列6位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列6上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小30μm，孔阵列6大孔A和针孔B的中心间距为1.9mm；第一平面反射镜9和第二平面反射镜10位于第二透镜7的共轭后焦平面上，且第一平面反射镜9在第二非偏振分光棱镜8的出射光路上与光轴垂直放置，第二平面反射镜10在第二非偏振分光棱镜8的反射光路上与光轴成θ角倾斜放置，调整θ角，使孔阵列6上的针孔B与被倾斜的第二平面反射镜10反射后并被第二透镜7聚焦的光斑匹配；图像传感器12位于第三透镜11的后焦平面上。
该装置光的运行路径为：
光源1发射的光束经过准直扩束系统2和待测物体3和第一透镜4后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜5、孔阵列6的大孔A、第二透镜7和第二非偏振分光棱镜8后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜9和第二平面反射镜10上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜8；物光再依次经过第二透镜7和孔阵列6的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜5；参考光再依次经过第二透镜7和孔阵列6的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜5；汇合至第一非偏振分光棱镜5并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜11，在图像传感器12平面上产生干涉形成载波全息图I，并用图像传感器12采集载波全息图I上传到计算机13中；
计算待测物体的复振幅分布可得
c(x,y)＝IFT{C{FT[I(x,y)]·F}}
其中，F表示滤波器，FT表示傅里叶变换，IFT表示逆傅里叶变换，C表示频谱置中操作。
计算待测物体的复振幅
图3a为本系统待测相位物体的仿真图；图3b为本系统所测得到的全息图的仿真图；图3c为本系统恢复出的相位图的仿真图。
本发明装置结构简单，成本低，不需任何光栅、反射针孔、角反射镜等特殊光学元件；本发明装置采用透射式点衍射构成共光路结构，系统抗干扰能力强，稳定性好。
Claims (8)
1.一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源(1)、准直扩束系统(2)，其特征是：该装置还包括第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)、第一平面反射镜(9)、第二平面反射镜(10)、第三透镜(11)、图像传感器(12)和计算机(13)，光源(1)发射的光束经过准直扩束系统(2)和待测物体(3)后，再依次经过第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)后形成两束光，分别照射第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)上并被反射至第二非偏振分光棱镜(8)，经第二非偏振分光棱镜(8)汇合后再依次经过第二透镜(7)、孔阵列(6)和第一非偏振分光棱镜(5)后，经第一非偏振分光棱镜(5)反射后，再经过第三透镜(11)由图像传感器(12)的光接收面接收，图像传感器(12)的图像信号输出端连接计算机(13)；所述的待测物体(3)位于第一透镜(4)的前焦面上；第一透镜(4)、第二透镜(7)和第三透镜(11)构成共轭4f系统；孔阵列(6)位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列(6)上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜(7)的焦距、D为第二透镜(7)的通光孔径；第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)位于第二透镜(7)的共轭后焦平面上，第一平面反射镜(9)在第二非偏振分光棱镜(8)的出射光路上，第二平面反射镜(10)在第二非偏振分光棱镜(8)的反射光路上；图像传感器(12)位于第三透镜(11)的后焦平面上。
2.根据权利要求1所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的第一平面反射镜(9)与光轴垂直放置且所述的第二平面反射镜(10)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者所述的第一平面反射镜(9)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且所述的第二平面反射镜(10)与光轴垂直放置。
3.根据权利要求1或2所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的孔阵列(6)上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜(9)或第二平面反射镜(10)反射后并被第二透镜(7)聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
4.一种基于权利要求1或2所述的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，其特征在于：实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过准直扩束系统、待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
5.一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，包括波长为λ的光源(1)，其特征是：该装置还包括显微物镜(14)、校正物镜(15)、第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)、第一平面反射镜(9)、第二平面反射镜(10)、第三透镜(11)、图像传感器(12)和计算机(13)，光源(1)发射的光束经过准直扩束系统(2)和待测物体(3)后，再依次经过第一透镜(4)、第一非偏振分光棱镜(5)、孔阵列(6)、第二透镜(7)、第二非偏振分光棱镜(8)后形成两束光，分别照射第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)上并被反射至第二非偏振分光棱镜(8)，经第二非偏振分光棱镜(8)汇合后再依次经过第二透镜(7)、孔阵列(6)和第一非偏振分光棱镜(5)后，经第一非偏振分光棱镜(5)反射后，再经过第三透镜(11)由图像传感器(12)的光接收面接收，图像传感器(12)的图像信号输出端连接计算机(13)；所述的待测物体(3)位于第一透镜(4)的前焦面上；第一透镜(4)、第二透镜(7)和第三透镜(11)构成共轭4f系统；孔阵列(6)位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列(6)上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜(7)的焦距、D为第二透镜(7)的通光孔径；第一平面反射镜(9)和第二平面反射镜(10)位于第二透镜(7)的共轭后焦平面上，第一平面反射镜(9)在第二非偏振分光棱镜(8)的出射光路上，第二平面反射镜(10)在第二非偏振分光棱镜(8)的反射光路上；图像传感器(12)位于第三透镜(11)的后焦平面上；显微物镜(14)和校正物镜(15)组成的显微系统像平面与第一透镜(4)的前焦平面匹配。
6.根据权利要求5所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的第一平面反射镜(9)与光轴垂直放置且所述的第二平面反射镜(10)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°；或者所述的第一平面反射镜(9)与光轴成θ角倾斜放置，θ角不包括90°，且所述的第二平面反射镜(10)与光轴垂直放置。
7.根据权利要求5或6所述的一种透射式点衍射共路数字全息测量装置，其特征在于：所述的孔阵列(6)上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜(9)或第二平面反射镜(10)反射后并被第二透镜(7)聚焦的光斑匹配，θ角不包括90°。
8.一种基于权利要求5或6所述的透射式点衍射共路数字全息测量装置的全息测量方法，其特征在于：实现过程如下：
调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束依次经过待测物体、显微物镜、校正物镜、第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜，在图像传感器平面上产生干涉形成全息图I，并用图像传感器采集全息图I上传到计算机中；利用载波相位恢复算法完成待测物体三维相位恢复。
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