[發明專利]數字全息記錄與再現一體化成像系統

在審

• 申請號: 201310711147.7
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103728868A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 王喆;江竹青;陳依菲
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G03H1/12
• 分類號: G03H1/12;G03H1/22
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及數字全息成像系統，屬于數字三維成像領域，尤其涉及數字全息記錄與再現一體化成像系統。

背景技術

數字全息技術是一種新型的三維成像顯示技術，基于光學全息術基本原理，采用光敏電子成像器件代替光學全息記錄材料記錄全息圖。數字全息術的記錄過程和再現過程皆涉及數字化過程：數字全息的記錄過程，將經由光敏電子成像器件記錄的全息圖強度信息轉變成數字信號存入計算機；數字全息的再現成像過程，利用計算機模擬參考光對全息圖進行再現成像。離軸菲涅耳數字全息成像技術涉及物體信息記錄過程和物體成像再現過程兩部分。物體信息記錄過程中，物光和參考光干涉后產生干涉條紋，被諸如電荷耦合器件（圖像采集器圖像采集器）的圖像采集器件記錄；物體成像再現過程中，通過計算機數值模擬所記錄數字全息圖的光學衍射過程，實現物體成像重構。數字全息的成像再現過程要求實驗技術人員具有圖像處理專業知識，而且再現參數的選取與記錄光路相關，限制了數字全息術的成像檢測應用以及在實驗演示和實驗教學中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數字全息記錄與再現一體化成像系統，該系統的特點是，記錄全息圖的主要光學器件固定配置在光學導軌上，實現了記錄光路參數的固定，保證了不同物體的數字全息圖的記錄參數均相同；數字全息圖重構成像的再現參數的數值取決于記錄光路中光學器件的配置位置和相互之間的距離，因此所述數字全息記錄與再現一體化成像系統，可以在預設定再現參數后對數字全息再現成像單元進行系統封裝，封裝后的數字全息再現成像單元便可以自動執行數值重構成像和顯示；特別是通過配置記錄光路中主要光學器件位置，實現數值再現“零調整”的數字全息成像系統。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種數字全息記錄與再現一體化成像系統，該系統包括數字全息記錄模塊、再現一體化成像模塊兩部分；數字全息記錄模塊為一種離軸菲涅爾數字全息記錄單元；再現一體化成像模塊為一種數字全息再現成像單元；數字全息記錄單元用于記錄數字全息圖，然后經由數字全息再現成像單元對數字全息圖進行重構處理，成像并通過圖像顯示模塊顯示出物體的三維圖像。

數字全息記錄與再現一體化成像系統的離軸菲涅爾數字全息記錄單元模塊，該模塊包括激光器、衰減片、半波片a、帶針孔濾波的擴束準直器、光闌、偏振分光棱鏡、反射鏡a、半波片b、空間光調制器、寬帶分光棱鏡、反射鏡b、圖像采集器、光學導軌a、光學導軌b、計算機。

激光器發射出的激光束，經過衰減片進行適當衰減并通過半波片a后，激光束進入擴束準直器，擴束準直后得到的平行光束入射到光闌上，光闌用于調節光斑尺寸；激光光束經光闌后入射到偏振分光棱鏡上，被偏振分光棱鏡分束為透射和反射兩束平行光，其中透射光束稱為物光束，反射光束稱為參考光束；從偏振分光棱鏡透射后的物光束經反射鏡a反射，反射的物光束通過半波片b后入射到空間光調制器上，空間光調制器上加載物像信息后作為待測物體，也可以選用其他物體替換空間光調制器作為待測物體。透過空間光調制器帶有物像信息的物光束入射到寬帶分光棱鏡；參考光束經過反射鏡b反射后也入射到寬帶分光棱鏡上；通過寬帶分光棱鏡反射后，參考光束與物光束成一定夾角共同入射到圖像采集器的記錄靶面上，相互干涉形成全息圖。

反射鏡a、半波片b、空間光調制器、寬帶分光棱鏡以及圖像采集器依次布置并固定于光學導軌a上，構成剛性的物光臂；反射鏡a固定在光學導軌a的一端，使得偏振分光棱鏡透射得到物光束能夠入射到其上，并且經反射鏡a反射后其光路保持水平；空間光調制器與寬帶分光棱鏡之間的間距為設定值；圖像采集器固定在光學導軌a另一端，且空間光調制器與圖像采集器之間的間距為設定值。

經偏振分光棱鏡分光的參考光光束，經由反射鏡b反射后，入射到寬帶分光棱鏡上；偏振分光棱鏡、反射鏡b固定在光學導軌b上，構成剛性的反射臂；所述參考光臂與物光臂平行組合，其平行距離可根據需求進行選擇，構成馬赫澤德干涉儀結構；設定物光臂和參考光臂中光學器件的安置參數，使得數字全息再現成像過程的再現參數可以取設定值。