一种共路自参考光干涉仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种共路自参考光干涉仪，包括依次设置的光源、第一空间光调制器、可调衰减片、准直透镜、偏振片、第二空间光调制器、图像传感器、以及控制器，其中第一空间光调制器及第二空间光调制器、以及图像传感器均与控制器相连接；待测物体设置在可调衰减片与准直透镜之间，由光源发出的入射光经第一空间光调制器调制和反射，并经可调衰减片衰减后，照射至待测物体，而由待测物体透射或反射的光波，经过准直透镜准直并通过偏振片后，入射至第二空间光调制器并经其调制和反射后被图像传感器所接收。
【专利说明】
一种共路自参考光干涉仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种可调激光相干性，产生弱相干光源的干涉仪。
【背景技术】
[0002]菲捏耳非相干相关数字全息术(FresnelIncoherent Correlat1n Holography,FINCH)，采用准单色的扩展照明光源，利用在相位型空间光调制器上加载相位掩膜的方式进行衍射分光和相移，记录带有不同相移角的全息图，并通过相移算法及计算菲涅耳变换(卷积)的方法来重构物体的三维信息，从而在再现过程中抑制孪生像和直流项的影响。该技术将物点的深度信息通过菲涅耳波带片的条纹密度来体现，横向位置信息通过条纹的中心位置直接体现，不需要系统有任何的扫描装置和移动部件就可以获取样品的三维信息。该技术已经在彩色物体识别、荧光生物样品显微成像和高分辨率的合成孔径成像等方面显示了其应用潜力。
[0003]激光作为干涉仪、全息系统等系统装置的标准光源，具有很强的时间和空间相干性，因此干涉成像系统里光学元件的缺陷(如灰尘、凹陷、伤痕、气泡等)会作为光散射的中心产生相干噪声。常用降低激光相干性的方法是使激光透过具有一定转速的旋转毛玻璃。激光光源加旋转毛玻璃的组合，广泛应用于各种弱相干甚至是非相干光学系统，如全息系统、显微照明系统及激光投影系统等。然而由电机驱动的旋转毛玻璃存在振动、机械噪声及气流扰动等问题，给光学系统额外引入了新的噪声。这对于一些精密敏感的光学系统影响尤其巨大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种共路自参考光干涉仪，以克服现有的由电机驱动的旋转毛玻璃存在振动、机械噪声及气流扰动等的不足，并调节激光光源相干性以适应不同系统装置对各种不同光源的要求。
[0005]—种共路自参考光干涉仪，所述干涉仪包括依次设置的光源、第一空间光调制器、可调衰减片、准直透镜、偏振片、第二空间光调制器、图像传感器、以及控制器，其中第一空间光调制器及第二空间光调制器、以及图像传感器均与控制器相连接;待测物体设置在可调衰减片与准直透镜之间，由光源发出的入射光经第一空间光调制器调制和反射，并经可调衰减片衰减后，照射至待测物体，而由待测物体透射或反射的光波，经过准直透镜准直并通过偏振片后，入射至第二空间光调制器并经其调制和反射后被图像传感器所接收。
[0006]在其中一种实施方式中，所述控制器包括显示器、视频编解码模块、图像采集模块和帧率控制模块。
[0007]在其中一种实施方式中，所述第一空间光调制器采用分辨率为1280X1024像素，像元尺寸为20um X 20um的纯相位型空间光调制器。
[0008]在其中一种实施方式中，所述第二空间光调制器采用分辨率为1280X768像素，像元尺寸为12.3um X 12.3um的纯相位型空间光调制器。
[0009]在其中一种实施方式中，所述准直透镜的焦距为190mm，所述准直透镜到第二空间光调制器的距离为160mm。
[0010]在其中一种实施方式中，第二空间光调制器与图像传感器的距离为250mm。
[00?1 ] 在其中一种实施方式中，所述光源为He-Ne激光光源，波长为632.8nm。
[0012]相对于现有技术，本实用新型所述的共路自参考光干涉仪中，第一空间光调制器起到等效旋转毛玻璃的作用，可通过控制器控制第一空间光调制器，使得在加载视频时，可按实际需要分别采用不同帧率的视频，并搭配不同曝光时间的图像传感器，来适应各种不同的激光光源;所述干涉仪可产生弱相干光源，抑制相干噪声，从而获得部分非相干数字全息图并得到具有一定分辨率的再现的同时，还能避免由电机驱动的旋转毛玻璃产生的振动、机械噪声及气流扰动等问题。此外，还可以通过改变随机掩膜视频的帧率来适应各种光源。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本实用新型实施例提供的共路自参考光干涉仪的结构及光路示意图。
[0015]图2是图1所示的第二空间光调制器加载随机掩膜视频的一种实施方式的示意图。
[0016]图3是图1所示的控制器结构及其与图像传感器及第二空间光调制器的关系示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0018]如图1所示，本实用新型实施例提供一种共路自参考光干涉仪100，所述共路自参考光干涉仪100包括光源11、第一空间光调制器12，可调衰减片13、准直透镜15、以及偏振片
16、第二空间光调制器17，图像传感器(CXD)18、以及控制器19。
[0019]待测物体14设置在第一空间光调制器12与准直透镜15之间，可调衰减片13设置在第一空间光调制器12与待测物体14之间，偏振片16设置在准直透镜15与第二空间光调制器17之间。
[0020]在本实施例中，所述第一空间光调制器12采用分辨率为1280X1024像素，像元尺寸为20um X 20um的纯相位型空间光调制器。所述第二空间光调制器17采用分辨率为1280X768像素，像元尺寸为12.3um X 12.3um的纯相位型空间光调制器。
[0021]所述准直透镜15的焦距为190mm，其前焦平面放置待测物体14(即待测物体14与准直透镜15之间相距190mm)，所述准直透镜15到第二空间光调制器17的距离为160mm。
[0022]本实施例中，所述光源11为He-Ne激光光源，波长为632.8nm。使用时，光源11发出的入射光由第一空间光调制器12进行调制，经可调衰减片13后照射待测物体14，由待测物体14透射后的光波经准直透镜15进行汇聚，进而经第二空间光调制器17进行调制，再被图像传感器(CXD)IS所采集，从而进一步经相移算法得到再现。
[0023]在本实施例中，所述的第一空间光调制器12和第二空间光调制器17分别为纯相位反射型空间光调制器(SLM)。
[0024]本实施例中，所述第一空间光调制器12加载的是随机掩膜视频，所述第二空间光调制器17加载的是随机叠加的平面波和球面波的相位掩膜，二者比例为1:1。另外，加载的球面波焦距为500mm，第二空间光调制器17与图像传感器18的距离为250mm。
[0025]在本实施例中，为使第二空间光调制器17起到调节光源相干性的作用，在控制器19中制作随机掩膜视频(由单张灰度值随机的一组图片按一定帧数制成的视频且视频帧率可调)，用播放器在第二空间光调制器17中(可视为显示屏)播放，并由控制器19的帧率按钮控制器进行帧率调节。依据的原理是:播放视频本质上相当于一种统计平均，由于视频帧数的快速切换，图像传感器18接收到的图样实际上已是多次叠加而成，相当于一次积分过程，故可降低光源11相干性，抑制散斑噪声，提高系统信噪比。
[0026]为使第二空间光调制器17起到一个分光相移元件的作用，在控制器19中制成分光相移的相位掩膜图样并加载到第二空间光调制器17上。图像传感器18接收到的干涉图样传入控制器19中，经过相移算法消除背景光和共轭像，以及使用再现算法得到再现。
[0027]所述光路中，第二空间光调制器17被装配在光源11的出射端且与其成一定夹角，经其反射的光波通过可调衰减片13再由待测物体14反射或透射至与待测物体14间距等于焦距的准直透镜15的前表面上，出射的准直光束与装配在其后的第二空间光调制器17形成一定夹角，经第二空间光调制器17的反射光路上装配图像传感器18。
[0028]在本实施例中，如图2所示，可通过控制器19控制第一空间光调制器12，使得在加载视频时，可按实际需要分别采用不同帧率的视频，并搭配不同曝光时间的图像传感器18，来适应各种不同的光源11。例如，可选用30帧/1s的视频，通过播放器播放，调整视频窗口居中，设置循环播放，再加载到第一空间光调制器12上，并可设置帧率控制器194进行帧率调节，通过其调节光源11的相干性，得到适应该系统的合适光源。
[0029]请一起参阅图3，所述控制器19可包括显示器191、视频编解码模块192、图像采集模块19 3和帧率控制模块194。具体地，帧率控制模块194可为基于FPGA的控制模块(所用FPGA型号为Altera MAX 1FPGA)。所述视频编解码模块192主要由高集成度视频编/解码芯片TVP5150为核心，完成模拟视频信号的解码和产生标准化视频的工作。所述图像采集模块193主要由FPGA图像数据接收缓存板组成。
[0030]在本实施例中，所述帧率控制模块194主要由按健电路组成。基本工作过程:图像传感器18采集到的图像经由图像采集模块193输入FPGA视频编解码模块192处理;帧率控制模块194控制FPGA视频编解码模块192的视频输出帧率，再由其输出至第二空间光调制器17，同时可在显示器191预览视频及参数。
[0031]本实用新型所述的共路自参考光干涉仪100中第一空间光调制器起到等效旋转毛玻璃的作用，可通过控制器19控制第一空间光调制器12，使得在加载视频时，可按实际需要分别采用不同帧率的视频，并搭配不同曝光时间的图像传感器18，来适应各种不同的光源11;所述共路自参考光干涉仪100可产生弱相干光源，抑制相干噪声，从而获得部分非相干数字全息图并得到具有一定分辨率的再现的同时，还能避免由电机驱动的旋转毛玻璃产生的振动、机械噪声及气流扰动等问题。此外，还可以通过改变随机掩膜视频的帧率来适应各种光源。
[0032]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述干涉仪包括依次设置的光源、第一空间光调制器、可调衰减片、准直透镜、偏振片、第二空间光调制器、图像传感器、以及控制器，其中第一空间光调制器及第二空间光调制器、以及图像传感器均与控制器相连接;待测物体设置在可调衰减片与准直透镜之间，由光源发出的入射光经第一空间光调制器调制和反射，并经可调衰减片衰减后，照射至待测物体，而由待测物体透射或反射的光波，经过准直透镜准直并通过偏振片后，入射至第二空间光调制器并经其调制和反射后被图像传感器所接收。2.如权利要求1所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述控制器包括显示器、视频编解码模块、图像采集模块和帧率控制模块。3.如权利要求1所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述第一空间光调制器采用分辨率为1280X 1024像素，像元尺寸为20um X 20um的纯相位型空间光调制器。4.如权利要求3所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述第二空间光调制器采用分辨率为1280X 768像素，像元尺寸为12.3um X 12.3um的纯相位型空间光调制器。5.如权利要求1所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述准直透镜的焦距为190_，所述准直透镜到第二空间光调制器的距离为160_。6.如权利要求1所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述第二空间光调制器与图像传感器的距离为250mm。7.如权利要求1所述的一种共路自参考光干涉仪，其特征在于，所述光源为He-Ne激光光源，其波长为632.8nm ο
【文档编号】G01J1/08GK205483259SQ201620257021
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】黄伟楠, 黄家俊, 谭健沛, 钟秀婷, 董明夏, 钟丽云, 刘胜德
【申请人】华南师范大学