[發明專利]一種參數可調軸向余弦結構光產生裝置及方法

在審

• 申請號: 202010698579.9
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111913313A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 宋賢林;魏劍霜;王玉皞;周輝林;宋玲芳
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G02F1/133
• 分類號: G02F1/133;G02B27/42
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 牛永山

1.一種參數可調軸向余弦結構光產生裝置，包括：激光器(1)、線偏振片(2)、純相位型空間光調制器(3)、第一聚光透鏡(4)、孔徑光闌(5)、第一反射鏡(8)、第二聚光透鏡(9)、第一物鏡(10)、工作站(11)。

2.根據權利要求1所述的一種參數可調軸向余弦結構光產生裝置，其特征在于：所述激光器(1)發射準直光束，所述準直光束依次穿過線偏振片(2)、純相位型空間光調制器(3)、第一聚光透鏡(4)、孔徑光闌(5)、第一反射鏡(8)、第二聚光透鏡(9)、第一物鏡(10)。

3.一種參數可調軸向余弦結構光產生方法，包括：

S1：激光器(1)發出一準直光束，通過線偏振片(2)后以一定角度斜入射至純相位型空間光調制器(3)；

S2：根據純相位型空間光調制器(3)像素數繪制雙環縫相位圖，并加載至純相位型空間光調制器(3)，純相位型空間光調制器(3)的出射光通過第一聚光透鏡(4)，并在焦點處放置孔徑光闌擋住衍射零級光(6)，僅讓衍射一級光(7)通過，進而獲得雙環縫光束；

S3:雙環縫光束通過第二聚光透鏡(9)準直和第一物鏡(10)聚焦后，在焦點區域干涉產生相位和周期均可調的軸向余弦結構光。

4.根據權利要求3所述的一種參數可調軸向余弦結構光產生方法，其特征在于：

S1中所述偏振片(2)偏振方向應和純相位型空間光調制器(3)液晶面板長邊平行，目的是使激光偏振方向平行于空間光調制器液晶分子的長軸方向，實現空間光調制器的純相位調制，入射光與純相位型空間光調制器(3)的夾角一般不超過10度，保證高的調制效率。

5.根據權利要求3所述的一種參數可調軸向余弦結構光產生方法，其特征在于：

S2中所述雙環縫由兩個半徑和縫寬分別為r₁、Δr₁，r₂、Δr₂同心圓環組成；所述相位圖由棱鏡相位φ_prism和各自初始相位組成，內外環縫的相位分別為φ₁＝φ_prism、φ₂＝φ_prism+φ₀，其中φ₀為一常數，φ_prism為在兩個環縫上施加一個棱鏡相位，棱鏡相位能使入射到環縫的光束在橫向上偏移光軸，獲得受到調制的衍射一級光(7)；而入射到沒有施加棱鏡相位的區域的光未受到調制，為衍射零級光(6)，衍射零級光(6)繼續沿著光軸行進，將純相位型空間光調制器(3)放置在第一聚光透鏡(4)后焦面處，在第一聚光透鏡(4)焦點處放置一個孔徑光闌擋住衍射零級光(6)，允許衍射一級光(7)通過，獲得了雙環縫光束；

所述棱鏡相位設置方法：在純相位型空間光調制器(3)上引入一個線性增加的相位延遲φ_prism，如果要在第一聚光透鏡(4)像面上引起一個橫向的移動(Δx,Δy)，則有φ_prism(x_h,y_h)＝α(Δxx_h+Δyy_h)，α為一常數，所述常數取決于成像特性和波長。

6.根據權利要求3所述的一種參數可調軸向余弦結構光產生方法，其特征在于：

S3中所述第二聚光透鏡(9)和第一聚光透鏡(4)共焦組成一個4f系統，放大倍率為1；

所述第一物鏡(10)是放置在第二聚光透鏡(9)的前焦面處，這樣在第一物鏡(10)入瞳處雙環縫光束和純相位型空間光調制器(3)液晶面板產生的雙環縫尺寸一樣，雙環縫光束通過物鏡后干涉產生軸向余弦型結構光；

所述干涉是指雙環縫光束中內外環縫光束發生干涉，雙環縫光束通過物鏡之后發生干涉，干涉場光強分布I(r,z)為：

干涉光強呈現余弦分布，其中其中f是物鏡的焦距，Δφ＝φ₀是雙環縫的初始相位差，J₀是零階貝塞爾函數，λ是激光波長；余弦結構光的周期為周期在物鏡焦距固定下，可通過改變雙環縫內外半徑來改變周期，通過改變雙環縫的初始相位差改變結構光的相位，進而實現參數可調。