正弦结构光记录全息图装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种全息图记录设备，特别是涉及一种正弦结构光记录全息图装 置。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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"。该专利第一发明人为本实用新型专利申请的第一发明人，在对该专 利的四项关键技术改进后，可用于记录全息图。
[0004] 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及正 弦结构光对比度，提高输出的投影正弦结构光亮度，利于线度5米以上大尺寸、大面积的全 息图记录；第三，傅立叶变换透镜及变倍率镜头为通用设计，没有针对单一波长光的针对性 设计，输出的正弦结构光像场像差较大，是高分辨率全息图拍摄的一大障碍；改进方案是针 对光源激光器波长，设计专用单色镜头，不需要考虑色差及消色差问题，只需解决球差、场 曲、畸变、慧差和像散问题即可，降低镜头设计、镀膜和制造的难度，并能有效降低投影正弦 结构光的波像差，提高全息图拍摄精度；第四，平行光输出，如果按照输出镜头尺寸4英寸 设计，投影尺寸即只有4英寸，限制了全息图的拍摄视场范围，不利于大面积全息图拍摄； 改进方案是配合高放大率镜头输出，加大正弦结构光投影面积；以及配合高速扫描振镜扫 描，实现大尺寸、大面积投影正弦结构光输出，配合远心镜头及图像拼接技术，全息图拍摄 范围可以达到几十米的巨大尺寸。
[0005] 拍摄全息图的正弦结构光投影装置，无移动、振动部件，对拍摄环境要求极低，完 全避免了光路光程差变化的影响。只要远心镜头配合的记录系统速度足够快，在普通、干净 的空间即可达到拍摄全息图的零失败可能。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型目的在于解决【背景技术】中：全息图记录必须保证光程差稳定的根本要 求，而必须需要隔振平台和安静的空间等苛刻的环境要求等问题，以及大尺寸全息图记录 需要的高感光度全息干板等问题，提供一种正弦结构光记录全息图装置。本实用新型属于 全息图的记录领域，涉及利用波片、矩形光栅或正弦光栅、滤光片及光学空间滤波器，进行 空间分频、合成，产生较高空间频率的二维正弦结构光，结合远心镜头及高速CCD(全息干 板），记录全息图的一种装置。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型正弦结构光记录全息图装置是激光器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、输出光 束对应拍摄目标10的高速振镜9依次配置在精密丝杠8-1和精密导轨8-2上，上述各部分 配置在带光学窗口的保护外壳13内，连接有计算机12的远心镜头及高速CCD或者全息干 板11的接收光路对应所述拍摄目标10。具有提高高空间频率正弦结构光的对比度，有效降 低波像差，从低频到高频，高对比度，像场修正便捷，适合大视场范围全息图拍摄的正弦结 构光连续输出，能将物体的高度分布信息用变形的条纹图像记录为相位分布强度编码，克 服现有技术全息图记录必须保证光程差稳定的根本要求，而必须需要隔振平台和安静的空 间等苛刻的环境要求等问题，以及大尺寸全息图记录需要的高感光度全息干板担缺陷的优 点。
[0008] 作为优化，所述矩形光栅3位于光束整形系统2的后面，并且矩形光栅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。
[0009] 作为优化，所述远心镜头及高速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。
[0010] 作为优化，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通过微调机构依次沿光路配置在精密丝 杠8-1和精密导轨8-2上。
[0011] 作为优化，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及精密丝杠8-1和精密导轨8-2配置在 带光学窗口的防尘、防水保护外壳13内。
[0012] 作为优化，所述矩形光栅也可更换为正弦光栅，同时同时缺省配置所述频谱选择 器5。
[0013] 作为优化，所述激光器1为圆光斑输出的单模激光器1。
[0014] 作为优化，所述光束整形系统2的激光扩束器的激光束腰位置的小孔优于微米级 的圆度，且无毛刺。
[0015] 作为优化，所述矩形光栅3是占空比精确为整数比4 : 1及以上的矩形透射光栅。
[0016] 作为优化，所述频谱选择器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。
[0017] 即本实用新型装置包括激光器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 ;
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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冲等视场，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。具有提 高高空间频率正弦结构光的对比度，有效降低波像差，从低频到高频，高对比度，像场修正 便捷，适合大视场范围全息图拍摄的正弦结构光连续输出，能将物体的高度分布信息用变 形的条纹图像记录为相位分布强度编码，克服现有技术全息图记录必须保证光程差稳定的 根本要求，而必须需要隔振平台和安静的空间等苛刻的环境要求等问题，以及大尺寸全息 图记录需要的高感光度全息干板担缺陷的优点。
[0021] 作为优化，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等器件