【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种全息图记录方法，特别是涉及一种正弦结构光记录全息图的方法及装置。
技术介绍
全息图的记录一般是利用两路或两路以上满足干涉条件的光束实现。其中，一路光束作为参考照明光束；另一路光束照明被拍摄物体。通过被拍摄物体透射或反射的调制光束和参考照明光束的干涉叠加，将物体的相位信息编码为振幅信息，记录在全息干板上。不论是同轴全息、离轴全息，还是傅里叶变换全息等全息图的拍摄过程，均需要严格的控制参与干涉叠加的各路光的光程，记录全息图过程中，影响光程差稳定的任何微小振动，最终，都会使全息图记录失败。所以，一般全息图的记录过程，均需要隔振平台、安静的环境，特别是对于大尺寸全息图的记录，需要高感光度的全息干板，来避免环境因素产生的振动引起的光程差不稳定问题，以至于造成全息图模糊或者拍摄失败。专利号20050016796.0专利是原理相近专利，涉及的主要内容是“光学系统调制传递函数(MTF)测量”。该专利第一专利技术人为本专利申请的第一专利技术人，在对该专利的四项关键技术改进后，可用于记录全息图。第一，对关键核心部件矩形光栅的选择没有针对性，单纯利用矩形光栅的制作误差，实现的二级光谱输出，不具有可控性；改进方案是将使用精确控制为整数比4∶1及以上占空比的矩形透射光栅，保证利用二级及三级光谱合成，实现关键位置，正弦结构光投影的倍增输出；第二，占有输入能量70％以上的零级频谱不能有效利用，且只能降低输出正弦结构光的对比度；改进方案是根据各级次光谱之间的相位关系，利用1/4波片或1/2波片将零频光能量转移到一级、二级频谱、三级频谱，成倍提高局部大曲率位置的条纹密度...
【技术保护点】
一种正弦结构光记录全息图的方法，其特征在于通过包括下列部分的设备实现：激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、精密丝杠(8‑1)、精密导轨(8‑2)、高速振镜(9)、用于包容上述各部分的带光学窗口的保护外壳(13)，连接有计算机(12)的远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)、与高速振镜(9)输出光束和远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)接收光路对应的拍摄目标(10)；光束整形系统(2)位于激光器(1)的后面，对激光束扩束、准直、整形；矩形光栅(3)位于光束整形系统(2)的后面，并使矩形光栅(3)定位在单色傅立叶变换透镜(4)的前焦平面上；波片(6)及频谱选择器(5)位于单色傅立叶变换透镜(4)的后焦平面上，并定位于单色变倍率镜头(7)的前焦平面上；上述元器件全部位于精密丝杠(8‑1)和精密导轨组(8‑2)上；远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)根据正弦结构光的投影拍摄区域和位置确定安装位置；若采用全息干板记录，则需要控制曝光时间；若采用高速CCD，则需要计算机及软件分析系统对获取的全息图...
【技术特征摘要】
1.一种正弦结构光记录全息图的方法，其特征在于通过包括下列部分的设备实现：激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、精密丝杠(8-1)、精密导轨(8-2)、高速振镜(9)、用于包容上述各部分的带光学窗口的保护外壳(13)，连接有计算机(12)的远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)、与高速振镜(9)输出光束和远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)接收光路对应的拍摄目标(10)；光束整形系统(2)位于激光器(1)的后面，对激光束扩束、准直、整形；矩形光栅(3)位于光束整形系统(2)的后面，并使矩形光栅(3)定位在单色傅立叶变换透镜(4)的前焦平面上；波片(6)及频谱选择器(5)位于单色傅立叶变换透镜(4)的后焦平面上，并定位于单色变倍率镜头(7)的前焦平面上；上述元器件全部位于精密丝杠(8-1)和精密导轨组(8-2)上；远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)根据正弦结构光的投影拍摄区域和位置确定安装位置；若采用全息干板记录，则需要控制曝光时间；若采用高速CCD，则需要计算机及软件分析系统对获取的全息图像，进行数字化处理并存储；采用平行光投影输出正弦结构光，直接进行小尺寸全息图拍摄；中等视场，使用单色变倍率镜头(7)输出小角度正弦结构光，标定波面变形后实现；大视场测量，调整单色变倍率镜头(7)，输出大角度正弦结构光，标定波面变形后实现；或者，使用高速振镜(9)，大幅度扩大视场范围，高速振镜定位(9)于单色变倍率镜头(7)后面，用以输出正弦结构光投影。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于带光学窗口的保护外壳(13)，激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、精密丝杠(8-1)、精密导轨(8-2)、高速振镜(9)器件固定并防尘、防水保护；光学窗口实现正弦结构光的投影输出；若为大尺寸静止物体的全息记录，使用高速振镜扫描、远心镜头及图像拼接技术实现大尺寸物体的全息记录；若为高速运动物体，可以配合高速CCD记录为数字全息图。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、高速振镜(9)沿光路依次装配在带调整机构的精密丝杠(8-1)、精密导轨(8-2)上后再配置在带光
\t学窗口的保护外壳(13)内。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于根据拍摄目标(10)分辨率及全息图拍摄范围，确定高速振镜(9)同远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)之间的基线距离(b)，同拍摄目标(10)之间的角度(θ)，以及拍摄距离(L0)；安装调试计算机(14)；矩形光栅也可方便的更换为正弦光栅，使用高速CCD，方便高速运动目标及高速动态过程的全息图记录及数字化存储。5.根据权利要求1-4任一所述方法，其特征在于a.首先调整激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、高速振镜(9)器件置于精密丝杠(8-1)和精密导轨(8-2)上，并进一步封装固定；根据拍摄目标分辨率及全息图拍摄范围，确定高速振镜(9)同远心镜头及高速CCD或者全息干板(11)之间的基线距离(b)，同拍摄目标(10)之间的角度(θ)，以及拍摄距离(L0)；安装调试计算机(14)；b.激光器(1)选择圆光斑输出的单模激光器，便于波面测量及标定，及单色傅立叶变换透镜(4)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)的单色匹配设计；当选择不同波长的激光器时，需要对应设计相匹配的单色傅立叶变换透镜(4)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)；c.光束整形系统(2)采用激光扩束器设计方式，降低入射到矩形光栅(3)的功率密度，降低光栅损伤，便于提高激光器(1)的功率；激光束腰位置的小孔，要求优于微米级的圆度，且无毛刺；d.矩形光栅(3)要求占空比精确控制为整数比4∶1及以上的矩形透射光栅，便利使用1级、2级及3级频谱，充分利用其倍频关系，快速提高空间频率，适应高分辨率全息图拍摄，以及全息图局部大曲率位置的精细拍摄；为方便测试，矩形光栅也可方便的更换为正弦光栅，此时，去掉频谱选择器(5)即可；e.单色傅立叶变换透镜(4)和单色变倍率镜头(7)均需配合激光器(1)的波长设计，实现空间光学傅里叶变换，同时兼顾孔径和视场要求；f.频谱选择器(5)包括电、磁或光寻址空间光调制器(SLM)、数字式微反射镜器件(DMD)、机械式小孔均可，以方便选择1级、2级及3级频谱，并对零级频谱略有衰减即可；在不使用矩形光栅(3)的情况下，可去掉；g.波片(6)配合激光器(1)的波长选择波长，放置在零级频谱位置，配合选择1级、2级及3级频谱，对应选择1/4波片或1/2波片，将零级频谱耦合进1级、2级或3级频谱，
\t提高输出正弦结构光的对比度，有效利用零级频谱能量；h.高速振镜(9)大幅度扩大视场范围，高速振镜(9)定位于单色变倍率镜头(7)后面，用以输出正弦结构光投影扫描；i.在精密丝杠(8-1)、精密导轨(8-2)上调整及固定激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、高速振镜(9)器件；j.带光学窗口的保护外壳(13)内固定激光器(1)、光束整形系统(2)、矩形光栅(3)、单色傅立叶变换透镜(4)、频谱选择器(5)、波片(6)、单色变倍率镜头(7)、精密丝杠(8-1)、精密导轨(8-2)、高速振镜(9)器件，并防尘、防水，其光学窗口实现正弦结构光的投影输出；k.远心镜头及高速CCD或全息干板(11)拍摄经拍摄目标(10)反射的高度相位编码强度条纹信息，并记录在全息干板上；或者l.远心镜头及高速CCD或全息干板(11)，采集经拍摄目标(10)反射的高度相位编码强度条纹信息，传输至计算机(12)；m.计算机(12)接收远心镜头及高速CCD或全息干板(11)采集的高度相位编码强度条纹图像，并进行相应的图像、图形计算，完成高度相位编码强度条纹图像...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宏升，岳军，邓剑平，陈冰泉，李延娥，任旭升，李县洛，滕霖王涛，宋立梅，陈勇，张敏，廖延彪，
申请(专利权)人：青岛理工大学，中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，清华大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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