，已知其中三 個偏振片單元的光強值即可算出另一個偏振片單元的光強值，因此也可只制作具有三個相 位延遲量的像素偏振片陣列。
[0041 ]本發(fā)明實施例中，用于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)光場衍射相位的實時檢測方法的光路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。由激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過半波片、1號棱鏡與2號棱鏡進行擴束準直后，照射到1 號偏振分光棱鏡上，被分為兩束互相垂直的線偏振光;其中一束向前透過非偏振的分光棱 鏡照射到空間光調(diào)制器上，與空間光調(diào)制器相連的電腦屏幕所顯示的灰度圖會對空間光調(diào) 制的液晶靶面進行像素尺度的電壓調(diào)控，改變液晶分子的取向和空間結(jié)構(gòu)從而調(diào)控入射光 場的相位信息，修飾上相應的相位信息后，由非偏振的分光棱鏡反射后經(jīng)過透鏡衍射生成 結(jié)構(gòu)光場，再經(jīng)過三號棱鏡射入2號偏振分光鏡，作為結(jié)構(gòu)光；另一束線偏振光反射至反射 鏡，并被反射至2號偏振分光鏡，作為參考光;結(jié)構(gòu)光和參考光于2號偏振分光棱鏡處匯合， 再經(jīng)四分之一波片后分別被調(diào)制為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，從而發(fā)生干涉。
[0042] 本發(fā)明實施例中，空間光調(diào)制器用以生成具有特殊拓撲結(jié)構(gòu)光場的光學元件，結(jié) 構(gòu)光場是一種光強、相位等物理信息具有特殊空間分布的電磁波。通過控制空間光調(diào)制器 液晶靶面的像素電壓可以改變液晶分子的取向，從而可以通過改變?nèi)肷涔鈭鐾高^該靶面的 光程差來控制和調(diào)節(jié)光場的相位信息，受到相位調(diào)制的光場經(jīng)過衍射后可以生成有特定空 間結(jié)構(gòu)的目標光場?？臻g光調(diào)制器工作原理如圖3所示。
[0043] 本發(fā)明實施例中，由集成有像素偏振片陣列的相機進行信號采集，再將采集的圖 片中相同透偏振方向單元像素分別取出，可重新組合為四幅圖片，如圖4所示。其中圖4a為 由集成了像素偏振片陣列的相機拍攝的單幀圖像，將四種透偏振方向的圖像灰度值取出， 重新組合為四幅干涉圖像，如圖4b所示，分別代表透偏振方向為0, 31/4,31/2,331/4時〇：0所采 集到的圖像，其光強值分別為I(〇)，I(V4)，I(V2)，I(3V4)。
[0044] 本發(fā)明實施例中，被相機采集的光強與偏振片單元的偏振角有關(guān)，如下公式所示：
[0045]
[0046] 其中，I為相機米集的光強，Is為結(jié)構(gòu)光場的光強，Ir為參考光光強，Φ為結(jié)構(gòu)光場 的衍射相位，α為偏振片單7Π 的偏振角；
[0047]則有：
[0052]從而計算出結(jié)構(gòu)光場的衍射相位Φ :
[0053]
[0054]當采用圖4所示的方式處理圖像后可能使圖像分辨率降低，因此，可以采用圖5所 示的二次線性插值的方法，利用差值平均方法補充數(shù)據(jù)值，從而恢復成原圖的分辨率，再利 用上面的公式計算結(jié)構(gòu)光場的衍射相位Φ。
[0055] 本發(fā)明實施例的上述方案主要具有如下優(yōu)點：
[0056] 1)應用于相移測量中時，采集一幀圖像即可獲得結(jié)構(gòu)光場的光強和相位信息，因 此可用來測量動態(tài)結(jié)構(gòu)光場的光強和相位信息，既克服了傳統(tǒng)時間相移法不能測量動態(tài)光 場的缺點，又克服了傳統(tǒng)空間相移法需要精確地位置匹配和灰度矯正的缺點；
[0057] 2)基于像素的偏振片陣列可以和感光元件(CCD或CMOS)集成到一起，不需要在具 體應用時對準，大大降低了使用繁瑣程度；
[0058] 3)該方法對抗振要求不高，因此使用范圍更廣。
[0059] 并獲得了如下有益效果：
[0060] 1)能夠生成并測量得到具有特殊空間結(jié)構(gòu)的光場的光強以及相位信息；
[0061] 2)通過利用空間光調(diào)制器在修飾相位上疊加球面波的方法，可以實時獲取在光場 傳播方向任意截面的光強及相位的信息；
[0062] 3)能夠深入了解結(jié)構(gòu)光場的物理特性，對于結(jié)構(gòu)光場在光鑷，激光微加工，以及光 學信號傳播領(lǐng)域有很大的推動作用。
[0063] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種針對結(jié)構(gòu)光場衍射相位的實時檢測方法，其特征在于，包括： 利用集成有像素偏振片陣列的相機采集通過預設(shè)光路輸出的結(jié)構(gòu)光與參考光干涉產(chǎn) 生的條紋圖；其中，所述像素偏振片陣列中每個偏振片單元的尺寸與相機中感光元件的像 素尺寸一致且 對準； 將結(jié)構(gòu)光與參考光干涉產(chǎn)生的條紋圖根據(jù)偏振片單元的偏振方向提取出四幅偏振方 向不同的條紋圖來計算結(jié)構(gòu)光場的衍射相位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素偏振片陣列中相鄰的每2X2偏振 片單元構(gòu)成一個子單元，子單元內(nèi)四個偏振片單元的偏振方向不同，分別為〇，V4，V2,3V 4〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述將結(jié)構(gòu)光與參考光干涉產(chǎn)生的條 紋圖根據(jù)偏振片單元的偏振方向提取出四幅偏振方向不同的條紋圖來計算結(jié)構(gòu)光場的衍 射相位包括： 集成有像素偏振片陣列的相機米集到的光強與偏振片單7Π 的偏振角有關(guān)，其關(guān)系式 為：其中，Is為結(jié)構(gòu)光場的光強，Ir為參考光光強，Φ為結(jié)構(gòu)光場的衍射相位，α為偏振片單 元的偏振角； 像素偏振片陣列中偏振片單兀的偏振角包括:〇，π/4，π/2，3π/4，則從結(jié)構(gòu)光與參考光 干涉產(chǎn)生的條紋圖提取出四幅偏振方向不同的條紋圖，每一幅條紋圖的光強分別為1(0)，1 (jt/4)，Ι(>/2)，Ι(3π/4):從而計算出結(jié)構(gòu)光場的衍射相位Φ :4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過預設(shè)光路輸出包含了結(jié)構(gòu)光與參考光 干涉后的光束過程包括： 由激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過半波片、1號棱鏡與2號棱鏡進行擴束準直后，照射到1號 偏振分光棱鏡上，被分為兩束互相垂直的線偏振光； 其中一束向前透過非偏振的分光棱鏡照射到空間光調(diào)制器上，與空間光調(diào)制器相連的 電腦屏幕所顯示的灰度圖會對空間光調(diào)制的液晶靶面進行像素尺度的電壓調(diào)控，改變液晶 分子的取向和空間結(jié)構(gòu)從而調(diào)控入射光場的相位信息，修飾上相應的相位信息后，由非偏 振的分光棱鏡反射后經(jīng)過透鏡衍射生成結(jié)構(gòu)光場，再經(jīng)過三號棱鏡射入2號偏振分光鏡，作 為結(jié)構(gòu)光； 另一束線偏振光反射至反射鏡，并被反射至2號偏振分光鏡，作為參考光； 結(jié)構(gòu)光和參考光于2號偏振分光棱鏡處匯合，再經(jīng)四分之一波片后分別被調(diào)制為左旋 圓偏振光和右旋圓偏振光，從而發(fā)生干涉。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對結(jié)構(gòu)光場衍射相位的實時檢測方法，包括：利用集成有像素偏振片陣列的相機采集通過預設(shè)光路輸出的參考光光束與空間光調(diào)制器調(diào)整生成的結(jié)構(gòu)光光束干涉產(chǎn)生的條紋圖；其中，所述像素偏振片陣列中每個偏振片單元的尺寸與相機中感光元件的像素尺寸一致且一一對準；將結(jié)構(gòu)光與參考光干涉產(chǎn)生的條紋圖根據(jù)偏振片單元的偏振方向提取出四幅偏振方向不同的條紋圖來計算結(jié)構(gòu)光場的衍射相位。本發(fā)明公開的方法，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光場的光強和相位信息實時測量，使得用戶能夠深入了解結(jié)構(gòu)光場的物理特性，對于結(jié)構(gòu)光場在光鑷，激光微加工，以及光學信號傳播領(lǐng)域有很大的推動作用。
【IPC分類】G01J9/02, G01J1/42
【公開號】CN105675150
【申請?zhí)枴緾N201610027761
【發(fā)明人】張青川, 張云天, 馬宣, 伍小平
【申請人】中國科學技術(shù)大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月15日