專利名稱：偏振光學(xué)掃描器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)掃描全息技術(shù)，特別是一種偏振光學(xué)掃描器。
背景技術(shù)：
光學(xué)掃描全息術(shù)，使用一束平面波和一束球面波，其中一路光束經(jīng)聲光調(diào)制器調(diào)制，引入時(shí)間頻率上的頻移，兩路光束干涉合成的光斑對物體進(jìn)行二維掃描，掃描光束經(jīng)物體反射或透射后由光電探測器接收并轉(zhuǎn)化為電信號。該電信號再經(jīng)濾波、放大、解調(diào)等復(fù)雜的電子系統(tǒng)的處理得到數(shù)字的正弦全息信號和余弦全息信號，送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行匹配濾波或送入電尋址空間光調(diào)制器經(jīng)衍射重構(gòu)出物體圖像。使用正弦全息信號和余弦全息信號復(fù)數(shù)合成的復(fù)數(shù)全息信號重構(gòu)物體，可以消除孿生像的存在。但是，由于采用了聲光調(diào)制以及濾波、正弦拍頻和余弦拍頻解調(diào)得到正弦全息信號和余弦全息信號以實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)全息信號的合成，這種光學(xué)掃描全息方法的電子系統(tǒng)特別復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種光學(xué)方法獲得復(fù)數(shù)全息的光學(xué)掃描全息成像裝置，不需要復(fù)雜的電子系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，速度快的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的基本思想是利用同軸但偏振正交的一束平面波和一束球面波通過二維掃描方式照明三維物體，物體的反射或透射光由2X4 90°光學(xué)橋接器平衡接收并轉(zhuǎn)化為正弦全息時(shí)間流電信號和余弦全息時(shí)間流電信號，再復(fù)數(shù)化合成為復(fù)數(shù)全息，最后通過匹配濾波算法重構(gòu)出三維物體。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種偏振光學(xué)掃描器，由掃描部分和接收部分組成，特點(diǎn)在于所述的掃描部分包括激光器、第一偏振分束器、第一光路光闌、第二光路光闌、第一光路透鏡、第二光路透鏡、 偏振合束器和2-D光束掃描器，所述的接收部分包括第二偏振分束器、第一半波片、第二半波片、2X4 90°光學(xué)橋接器、A路平衡探測器，B路平衡探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，上述部件的位置關(guān)系如下所述激光器輸出的光束經(jīng)過第一偏振分束器分為等光強(qiáng)且偏振正交的兩路光束， 第一路光束經(jīng)過第一光路光闌和第一光路透鏡后變換成球面波，第二路光束經(jīng)過第二光路光闌和第二光路透鏡后變換成平面波，第一光路光闌和第二光路光闌分別位于第一光路透鏡、第二光路透鏡的前焦面，第一光路透鏡和第二光路透鏡的焦距相同，均為f，兩透鏡后的兩路光經(jīng)所述的偏振合束器合成為偏振正交的同軸光束，該同軸光束經(jīng)2-D光束掃描器后投射到物體上并對物體進(jìn)行二維掃描，該物體面上的掃描光斑由所述的偏振正交的一束平面波和一束球面波組成；所述掃描光束被所述物體反射或透射的光由第二偏振分束器按偏振方向分成兩路，再分別經(jīng)過第一半波片和第二半波片后進(jìn)入2X4 90°光學(xué)橋接器，輸出四束組合光束，其中兩束光束由消直流的A路平衡探測器接收并轉(zhuǎn)化為時(shí)間流電信號，另外兩路光束由消直流的B路平衡探測器接收并轉(zhuǎn)化為時(shí)間流電信號，所述的兩路時(shí)間流電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡處理成A路數(shù)字信號和B路數(shù)字信號，該兩路數(shù)字信號送入所述的計(jì)算機(jī)，所述的A 路數(shù)字信號和B路數(shù)字信號分別是物體反射或透射的正弦全息信號和余弦全息信號，經(jīng)所述的計(jì)算機(jī)處理為復(fù)數(shù)全息信號，然后用匹配濾波算法對該復(fù)數(shù)信號進(jìn)行處理，重構(gòu)出所述物體的再現(xiàn)圖像，所述的計(jì)算機(jī)控制上述相關(guān)部件協(xié)調(diào)工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的偏振光學(xué)掃描器使用偏振器件和2X4 90°光學(xué)橋接器的光學(xué)方法獲得三維物體的正弦全息和余弦全息，經(jīng)計(jì)算機(jī)復(fù)數(shù)化成為復(fù)數(shù)全息，用匹配濾波算法對該復(fù)數(shù)全息信號進(jìn)行處理，重構(gòu)出三維物體的再現(xiàn)圖像，沒有孿生像噪聲。本發(fā)明與普通的光學(xué)掃描全息成像裝置相比，不需要使用復(fù)雜的電子調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，速度快的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明偏振光學(xué)掃描器的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，圖1給出了本發(fā)明的偏振光學(xué)掃描器的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖所示，本發(fā)明偏振光學(xué)掃描器的實(shí)施例由下列元部件組成激光器1，第一偏振分束器2，第一光路光闌3，第二光路光闌4，第一光路透鏡5，第二光路透鏡6，偏振合束器7，2-D光束掃描器8，物體9，第二偏振分束器10，第一半波片11，第二半波片12，2X4 90°光學(xué)橋接器13，A路平衡探測器14， B路平衡探測器15，數(shù)據(jù)采集卡16和計(jì)算機(jī)17。上述部件的位置關(guān)系如下所述激光器1 輸出的光束經(jīng)過第一偏振分束器2分為等光強(qiáng)且偏振正交的兩路光束，第一路光束經(jīng)過第一光路光闌3后照射到第一光路透鏡5上變換成球面波，第二路光束經(jīng)過第二光路光闌4 后照射到第二光路透鏡6上變換成平面波，第一光路光闌3和第二光路光闌4分別位于第一光路透鏡5、第二光路透鏡6的前焦面，第一光路透鏡5和第二光路透鏡6的焦距相同，均為f，兩透鏡后的兩路光經(jīng)偏振合束器7合成為偏振正交的同軸光束，該同軸光束經(jīng)2-D光束掃描器8后投射到物體9上并對物體進(jìn)行二維掃描，該物體9面上的掃描光斑由所述的偏振正交的一束平面波和一束球面波組成，所述掃描光束被所述物體9反射或透射的光由第二偏振分束器10按偏振方向分成兩路，再分別經(jīng)過第一半波片11和二半波片12后進(jìn)入 2X4 90°光學(xué)橋接器13，輸出四束組合光束，其中兩束光束由消直流的A路平衡探測器14 接收并轉(zhuǎn)化輸出一路時(shí)間流電信號，另外兩路光束由消直流的B路平衡探測器15接收并轉(zhuǎn)化輸出另一路時(shí)間流電信號，所述的兩路時(shí)間流電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡16處理成A路和B路數(shù)字信號，該兩路數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)17，所述的的A路數(shù)字信號和B路數(shù)字信號分別是物體9的正弦全息信號和余弦全息信號，在計(jì)算機(jī)17內(nèi)將兩路全息信號復(fù)數(shù)化成為復(fù)數(shù)全息信號，然后用匹配濾波算法對該復(fù)數(shù)信號進(jìn)行處理，重構(gòu)出所述物體9的再現(xiàn)圖像18，所述的計(jì)算機(jī)17控制上述所有硬件和軟件協(xié)調(diào)工作。本發(fā)明偏振光學(xué)掃描器的工作原理和基本過程如下定義坐標(biāo)系統(tǒng)為以平行于光軸的方向?yàn)棣戚S，Χ軸由水平面和ζ軸的垂直面確定，令所述的第一光路透鏡5和第二光路透鏡6的后焦面處ζ = 0。將物體9看成是一系列χ' -y'平面薄片在ζ軸上的疊加，范圍為Zmin ^iax，且有 Zfflax-Zfflin = d，d為物體在ζ方向上的厚度，位于ζ處的一個(gè)平面薄片的振幅透過率為T(x， y ；ζ)。下面考察物體9位于ζ處的一個(gè)χ' -y'平面在面向掃描光束物體9的面上，掃描光斑由偏振正交的一束平面波和一束球面波組成，表示為
權(quán)利要求
1. 一種偏振光學(xué)掃描器，由掃描部分和接收部分組成，特征在于所述的掃描部分包括 激光器(1)、第一偏振分束器( 、第一光路光闌C3)、第二光路光闌(4)、第一光路透鏡(5)、 第二光路透鏡(6)、偏振合束器(7)和2-D光束掃描器(8)，所述的接收部分包括第二偏振分束器(10)、第一半波片(11)、第二半波片(12)、2X4 90°光學(xué)橋接器(13)、A路平衡探測器(14)，B路平衡探測器(15)、數(shù)據(jù)采集卡(16)和計(jì)算機(jī)(17)，上述部件的位置關(guān)系如下所述激光器(1)輸出的光束經(jīng)過第一偏振分束器( 分為等光強(qiáng)且偏振正交的兩路光束，第一路光束經(jīng)過第一光路光闌C3)和第一光路透鏡( 后變換成球面波，第二路光束經(jīng)過第二光路光闌(4)和第二光路透鏡(6)后變換成平面波，第一光路光闌( 和第二光路光闌(4)分別位于第一光路透鏡(5)、第二光路透鏡(6)的前焦面，第一光路透鏡(5)和第二光路透鏡(6)的焦距相同，均為f，兩透鏡后的兩路光經(jīng)所述的偏振合束器(7)合成為偏振正交的同軸光束，該同軸光束經(jīng)2-D光束掃描器(8)后投射到物體(9)上并對物體進(jìn)行二維掃描，該物體(9)面上的掃描光斑由所述的偏振正交的一束平面波和一束球面波組成；所述掃描光束被所述物體(9)反射或透射的光由第二偏振分束器(10)按偏振方向分成兩路，再分別經(jīng)過第一半波片(11)和第二半波片(1 后進(jìn)入2X4 90°光學(xué)橋接器 (13)，輸出四束組合光束，其中兩束光束由消直流的A路平衡探測器(14)接收并轉(zhuǎn)化為時(shí)間流電信號，另外兩路光束由消直流的B路平衡探測器(1 接收并轉(zhuǎn)化為時(shí)間流電信號， 所述的兩路時(shí)間流電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(16)處理成A路數(shù)字信號和B路數(shù)字信號，該兩路數(shù)字信號送入所述的計(jì)算機(jī)(17)，所述的A路數(shù)字信號和B路數(shù)字信號分別是物體(9)反射或透射的正弦全息信號和余弦全息信號，經(jīng)所述的計(jì)算機(jī)(17)處理為復(fù)數(shù)全息信號，然后用匹配濾波算法對該復(fù)數(shù)信號進(jìn)行處理，重構(gòu)出所述物體(9)的再現(xiàn)圖像(18)，所述的計(jì)算機(jī)(17)控制上述相關(guān)部件協(xié)調(diào)工作。
全文摘要
一種偏振光學(xué)掃描器，由掃描部分和接收部分組成，掃描部分包括激光器、偏振分束器、第一光路光闌、第一光路透鏡、第二光路光闌、第二光路透鏡、偏振合束器、2-D光束掃描器、物體；接收部分包括偏振分束器、兩個(gè)半波片、2×4 90°光學(xué)橋接器、兩個(gè)平衡探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明使用偏振器件和2×4 90°光學(xué)橋接器的光學(xué)方法，獲得三維物體的正弦全息和余弦全息；計(jì)算機(jī)將所述的正弦全息和余弦全息復(fù)數(shù)化成為復(fù)數(shù)全息，再通過匹配濾波算法對該復(fù)數(shù)全息信號進(jìn)行處理，重構(gòu)出三維物體的再現(xiàn)圖像，沒有孿生像噪聲。本發(fā)明不需要使用復(fù)雜的電子調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，速度快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G03H1/04GK102393569SQ20111037992
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉立人, 孫建鋒, 戴恩文, 朱梅娟, 閆愛民 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所