一种光学模组、图像记录装置及其工作方法与流程

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学模组、图像记录装置及其工作方法。

背景技术：

全息影像技术(holographicdisplay)是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，最后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到清晰的全息图像。全息影像技术有望在立体电影、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、保存珍贵的历史文物、艺术品的再现等各个方面得到应用。

现有技术中，记录与再现全息图时采用相干光源，因此不可避免地存在着相干效应引起的散斑噪声。散斑效应降低了全息像的质量，同时限制了全息系统的分辨率，造成全息图记录和再现效果不佳的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光学模组和图像记录装置，以解决散斑效应降低了全息像的质量，同时限制了全息系统的分辨率，造成全息图记录和再现效果不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种光学模组，包括：

光源，所述光源用于发出激光；

扩束器，用于对所述激光进行扩束；

液晶光调制器，位于所述扩束器的出光侧，用于将所述扩束器发出的相干光调制为部分相干光。

进一步地，所述液晶光调制器包括用于形成电场的电极组、以及位于所述电场作用范围内的液晶层，所述液晶层中的液晶分子能够在电场作用下发生翻转，进而导致所述液晶光调制器具有不同的折射率。

进一步地，还包括位于所述扩束器的出光侧的轨道，所述液晶光调制器能够在所述轨道上移动，以调节所述液晶光调制器与所述扩束器的出光面之间的距离。

进一步地，还包括准直器，所述准直器位于所述液晶光调制器的出光面，用于将所述部分相干光准直射出。

第二方面，本发明实施例还提供一种图像记录装置，包括如上所述的光学模组。

进一步地，还包括分束单元，所述分束单元用于将所述液晶光调制器调制得到的部分相干光分为参考光和第一物光，其中所述第一物光射向被摄物体。

进一步地，还包括成像透镜和记录平面；

所述成像透镜位于所述被摄物体与所述记录平面之间的光路上，所述被摄物体漫反射发出的第二物光穿过所述成像透镜，形成射向所述记录平面的第三物光；

所述记录平面用于接收所述参考光和所述第三物光，并保存所述参考光和所述第三物光形成的干涉条纹。

进一步地，还包括狭缝，所述狭缝位于所述成像透镜与所述被摄物体之间的光路上。

第三方面，本发明实施例还提供一种如上所述的图像记录装置的工作方法，所述方法包括：

确定光场所需的目标相干性；

调整所述液晶光调制器至与所述目标相干性对应的位置，使得所述图像记录装置内的光场的相干性与所述目标相干性相同，以优化所述图像记录装置记录的全息图像。

本发明提供的技术方案中，通过液晶光调制器将经扩束器扩束后发出的相干光调制为部分相干光，以降低光场中的相干性，从而起到抑制由相干效应引起的散斑噪声的效果，提高图像记录装置记录的全息图像的质量和分辨率。因此，本发明提供的技术方案能够提高图像记录装置记录的全息图像的质量和分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的光学模组的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的光学模组中液晶光调制器将相干光调制为部分相干光的示意图；

图3为本发明一实施例提供的图像记录装置的工作方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，由于在记录与再现全息图时需要采用相干光源，因此不可避免地存在着相干效应引起的散斑噪声。散斑效应会降低全息像的质量，同时限制了全息系统的分辨率，造成全息图记录和再现效果不佳的问题。

本发明的实施例针对上述问题，提供一种光学模组、图像记录装置及其工作方法，能够抑制由相干效应引起的散斑噪声，提高图像记录装置记录的全息图像的质量和分辨率。

本发明实施例提供了一种光学模组，如图1所示，包括：

光源110，所述光源110用于发出激光；

扩束器120，用于对所述激光进行扩束；

液晶光调制器130，位于所述扩束器120的出光侧，用于将所述扩束器120发出的相干光调制为部分相干光。

本发明实施例中，通过液晶光调制器130将经扩束器120扩束后发出的相干光调制为部分相干光，以降低光场中的相干性，从而起到抑制由相干效应引起的散斑噪声的效果，提高图像记录装置记录的全息图像的质量和分辨率。因此，本发明提供的技术方案能够提高图像记录装置记录的全息图像的质量和分辨率。

上述光源110为激光光源，激光光源是一种相干光源，能够为全息图像的记录提供相干光。相干光是指在时间或空间的任意点上，特别是在垂直于光的传播平面的一个区域内或在空间的一个特定点的所有时间里，光的所有参数都可以预测并相关的光，即相干光都平行于同一传播轴，形成极细、高度聚焦的光束，相干光波上各点之间具有固定相位关系的特性。

相干光因为各点之间具有固定相位关系的特性，因此能够用来传送信息，作为全息图像记录的光。

上述扩束器120用于对光源110射出的激光进行扩束，即扩大平行输入光束的直径至较大的平行输出光束。激光作为一种相干光，经过扩束后的光线不改变光的相干性，因此扩束后的光依然为相干光。扩束器120可以采用扩束透镜，扩束透镜能够改变激光光束的直径和发散角。通过扩束器120对激光进行扩束能够提高激光的利用率。

上述液晶光调制器130可以通过液晶分子来降低光场的相干性，实现将相干光调制为部分相干光。如图2所示，液晶调制器130可以包括在空间上排列成一列的单元，每个单元都可以独立对经过其自身的光进行调制。

高度相干的激光束在激光照明中往往会出现激光散斑现象，通过液晶光调制器130将相干光调制为部分相干光可以消除相干光的一些有害效应，如成环、散斑、边缘效应和焦移。

如图1所示，在光学模组中还可以包括多个反射镜，通过反射镜改变光路的传播位置和方向，来优化光学模组内各器件的空间布局，便于光学模组的轻薄化和微型化的设计。

进一步地，所述液晶光调制器130包括用于形成电场的电极组、以及位于所述电场作用范围内的液晶层，所述液晶层中的液晶分子能够在电场作用下发生翻转，进而导致所述液晶光调制器具有不同的折射率。

电极组可以包括相对设置的第一电极和第二电极，液晶层可以位于第一电极和第二电极之间。电极组形成的电场变化时，液晶层中的液晶分子会相应的电场作用下发生翻转，不同的电场能够使得液晶层具有不同的密度梯度，导致液晶层的折射系数不同。

如图2所示，为液晶光调制器对光线改变的示意图。通过电极组改变液晶层不同的折射率，能够改变液晶层出射光的光路路径，达到降低光束的空间相干性的效果。

本实施例中，用户能够通过调节电极组形成的电场来调节液晶光调制器降低相干性的程度，进而达到调节光场中相干性的程度的效果。

进一步地，还包括位于所述扩束器120的出光侧的轨道140，所述液晶光调制器130能够在所述轨道140上移动，以调节所述液晶光调制器130与所述扩束器120的出光面之间的距离。

液晶光调制器130可以在轨道140上滑动，因此通过轨道140能够调节液晶光调制器130与扩束器120的出光面之间的距离，其中，液晶光调制器130在与扩束器120的出光面距离不同对应的将相干光调制为部分相干光的程度也不同。

因此，用户可以根据实际相干光调制为部分相干光的程度需求，来调节液晶光调制器130与扩束器120的出光面之间的距离，滑动过程中的液晶光调制器130始终保持能够与扩束器120配合的角度，从而无论在哪个位置停止均能够将扩束器120射出的相干光调制为部分相干光。

本实施例中，轨道140可以包括双行滑行轨道，即两行轨道平行设置，液晶光调制器130的相对两端能够分别在两行滑行轨道上滑动，从而实现液晶光调制器130整体在双行滑行轨道上滑动。当然，轨道140还可以是其他形式，例如单行滑行轨道、三行滑行轨道等等，应当认为任何能够使液晶光调制器130移动的轨道都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，液晶光调制器130的位置处于扩束器120的焦点上时，并不能够降低光场中的相干性，散斑没有得到抑制。将液晶光调制器130从焦点位置往左或往右移动后，能够降低光场中的相干性，此时能够起到抑制散斑的作用。

本实施例中，通过增设能够调节液晶光调制器130与扩束器120的出光面之间的距离的轨道140，从而能够调节光场内相干性的程度。

进一步地，还包括准直器150，所述准直器150位于所述液晶光调制器130的出光面，用于将所述部分相干光准直射出。

准直器150用于将液晶光调制器130调制的部分相干光准直射出，避免液晶光调制器130射出的部分相干光分散射出来，提高对部分相干光的利用率。通过准直器150能够使得记录全息图的光场中均是通过部分相干光来进行图像记录的，降低全息图像形成过程中的相干性，从而提高全息图像的质量。

准直器150包括但不限于图1中通过由一个透镜组成的方案，还可以是其他光学器件形成的，此处不作限定。

本发明实施例还提供一种图像记录装置，包括如上所述的光学模组。

上述图像记录装置可以是摄像机、照相机等等。

进一步地，还包括分束单元160，所述分束单元160用于将所述液晶光调制器130调制得到的部分相干光分为参考光和第一物光，其中所述第一物光射向被摄物体。

分束单元160用于将部分相干光分为参考光和第一物光。在图像记录装置包括准直器150的情况下，分束单元160用于将准直器150准直射出的部分相干光分为参考光和第一物光。

具体的方式：分束单元160可以是半反半透镜，半反半透镜可以将入射光按照一定比例分成一定夹角的反射光和透射光，在本实施例中，可以采用半反半透镜将部分相干光按照1:1的比例分成参考光和第一物光，其中，可以是参考光为反射光、第一物光为透射光，也可以是参考光为透射光、第一物光为反射光；分束单元160也可以是由两个三角形玻璃棱镜制成，它们使用聚酯、环氧树脂或聚氨酯类粘合剂在基体上胶合在一起，通过调整树脂层的厚度，使得从第一面入射的光的一半被反射，另一半由于全部内反射而被继续传输，达到分束的效果；还可以是半镀银镜，即一片玻璃或塑料的一侧涂有透明薄的金属涂层，使得以45度角入射并且不被涂层吸收的光的部分被透射，其余部分被反射，达到分束的效果。

本实施例中，并不限定具体是何种方式将部分相干光分成参考光和第一物光，应当认为任何一种将部分相干光分成参考光和第一物光的方案均属于本实施例的保护范围。

进一步地，还包括成像透镜170和记录平面180；

所述成像透镜170位于所述被摄物体与所述记录平面180之间的光路上，所述被摄物体被第一物光照射后漫反射发出的第二物光穿过所述成像透镜170，形成射向所述记录平面180的第三物光；

所述记录平面180用于接收所述参考光和所述第三物光，并保存所述参考光和所述第三物光形成的干涉条纹，从而记录被摄物体的全息影像。

需要说明的是，本实施例中的“射向记录平面”是指光会到达记录平面，可以是光不经过其他光学元件直接到达记录平面，也可以是经过其他光学元件的进一步反射、折射等最终到达记录平面。

进一步地，还包括狭缝190，所述狭缝190位于所述成像透镜170与所述被摄物体之间的光路上。

狭缝190是一条宽度可调、狭窄细长的缝孔，通过小孔成像的原理，被摄物体发出的光通过狭缝190和成像透镜170后能够在记录平面上形成被摄物体对应的像。

本发明实施例还提供一种图像记录装置的工作方法，如图3所示，所述方法包括：

步骤301：确定光场所需的目标相干性；

步骤302：调整所述液晶光调制器至与所述目标相干性对应的位置，使得所述图像记录装置内的光场的相干性与所述目标相干性相同，以优化所述图像记录装置记录的全息图像。

本实施例中，液晶光调制器能够将经扩束器扩束后发出的相干光调制为部分相干光，以降低光场中的相干性，而液晶光调制器在不同位置能够降低光场的相干性的程度是不同的，通过预先确定全息图像无散斑时对应的光场所需相干性程度，从而调整液晶光调制器至与所述光场所需相干性程度对应的位置，确保图像记录装置记录得到的全息图像不会有散斑现象，提高图像记录装置记录得到的图像的质量和分辨率。

图像记录装置包括的光源为激光光源，激光光源是一种相干光源，能够为全息图像的记录提供相干光。相干光是指在时间或空间的任意点上，特别是在垂直于光的传播平面的一个区域内或在空间的一个特定点的所有时间里，光的所有参数都可以预测并相关的光，即相干光都平行于同一传播轴，形成极细、高度聚焦的光束，相干光波上各点之间具有固定相位关系的特性。

相干光因为各点之间具有固定相位关系的特性，因此能够用来传送信息，作为全息图像记录的光。

图像记录装置包括的扩束器用于对光源射出的激光进行扩束，即扩大平行输入光束的直径至较大的平行输出光束。激光作为一种相干光，经过扩束后的光线不改变光的相干性，因此扩束后的光依然为相干光。扩束器120可以采用扩束透镜，扩束透镜能够改变激光光束的直径和发散角。通过扩束器120对激光进行扩束能够提高激光的利用率。

图像记录装置包括的液晶光调制器可以通过液晶分子来降低光场的相干性，实现将相干光调制为部分相干光。如图2所示，液晶调制器可以包括在空间上排列成一列的单元，每个单元都可以独立对经过其自身的光进行调制。

高度相干的激光束在激光照明中往往会出现激光散斑现象，通过液晶光调制器将相干光调制为部分相干光可以消除相干光的一些有害效应，如成环、散斑、边缘效应和焦移。

如图1所示，在光学模组中还可以包括多个反射镜，通过反射镜改变光路的传播位置和方向，来优化光学模组内各器件的空间布局，便于光学模组的轻薄化和微型化的设计。

另外，图像显示装置还包括轨道，液晶光调制器可以在轨道上滑动，因此通过轨道能够调节液晶光调制器与扩束器的出光面之间的距离，其中，液晶光调制器在与扩束器的出光面距离不同对应的将相干光调制为部分相干光的程度也不同。

因此，用户可以根据实际相干光调制为部分相干光的程度需求，即目标相干性，来调节液晶光调制器与扩束器的出光面之间的距离，滑动过程中的液晶光调制器始终保持能够与扩束器配合的角度，从而无论在哪个位置停止均能够将扩束器射出的相干光调制为部分相干光。其中，目标相干性的确定可以依据拍摄场景的光照、能见度等等参数进行确定，本实施例对此不作限定。

本实施例中，轨道可以包括双行滑行轨道，即两行轨道平行设置，液晶光调制器的相对两端能够分别在两行滑行轨道上滑动，从而实现液晶光调制器整体在双行滑行轨道上滑动。当然，轨道还可以是其他形式，例如单行滑行轨道、三行滑行轨道等等，应当认为任何能够使液晶光调制器130移动的轨道都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，液晶光调制器的位置处于扩束器的焦点上时，并不能够降低光场中的相干性，散斑没有得到抑制。将液晶光调制器从焦点位置往左或往右移动后，能够降低光场中的相干性，此时能够起到抑制散斑的作用。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。