一種彩色數(shù)字全息像的實時記錄裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] -種彩色數(shù)字全息像的實時記錄裝置及方法，用于得到彩色數(shù)字全息像，屬于彩 色數(shù)字全息像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用數(shù)字全息技術(shù)，可以快速、高效的對待測物體的強(qiáng)度、相位信息進(jìn)行定量測 量。其實現(xiàn)流程為，記錄待測物體的數(shù)字全息圖，然后根據(jù)光學(xué)衍射積分對數(shù)字全息圖進(jìn)行 數(shù)值重建，進(jìn)而得到待測物體的強(qiáng)度、相位信息。數(shù)字全息技術(shù)在光學(xué)測量及顯示領(lǐng)域均具 有重要的應(yīng)用。在顯示領(lǐng)域方面，由于數(shù)字全息技術(shù)通常采用單一波長的激光以及高分辨 率的黑白型CCD記錄數(shù)字全息圖，因此一般只能得到與記錄波長相應(yīng)的所記錄物體的單色 數(shù)字全息像，而無法獲得所記錄物體的彩色數(shù)字全息像，這限制了數(shù)字全息技術(shù)在光學(xué)成 像與顯示方面的應(yīng)用。多波長數(shù)字全息技術(shù)是解決這一問題的一項有效技術(shù)途徑，其根據(jù) 三原色合成原理，通過采用紅光、綠光、藍(lán)光激光以及高分辨率的黑白型CCD，分別記錄與再 現(xiàn)所記錄物體的紅光、綠光及藍(lán)光數(shù)字全息像，進(jìn)而進(jìn)行顏色合成以得到所記錄物體的彩 色數(shù)字全息像。
[0003] 例如申請?zhí)枮閆L200710188455.0的發(fā)明專利就公開了一種彩色數(shù)字全息像的獲 取方法，該方法通過采用多波長無透鏡傅里葉變換全息光路，分別記錄待測物體的紅光、綠 光和藍(lán)光數(shù)字全息圖，進(jìn)而通過數(shù)值重建得到所記錄物體的彩色數(shù)字全息像。該方法雖然 通過多波長數(shù)字全息技術(shù)獲得了彩色數(shù)字全息像，但是所使用的光路系統(tǒng)無法同時完成紅 光、綠光及藍(lán)光數(shù)字全息圖的記錄（需要在光路系統(tǒng)中通過電子快門控制各單色激光的通 過與否，以對各個單色數(shù)字全息圖分別進(jìn)行記錄），因此無法實現(xiàn)對于所測物體彩色數(shù)字全 息像的實時記錄;另外，該方法在數(shù)值重建過程中，需要根據(jù)數(shù)字全息圖的記錄波長和記錄 距離對各單色全息圖分別進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)零運算操作以對各單色數(shù)字全息像的顯示分辨率 進(jìn)行調(diào)整，使得各單色數(shù)字全息像的顯示分辨率一致以用于彩色數(shù)字全息像的合成，這一 運算操作較為繁瑣復(fù)雜，不利于彩色數(shù)字全息像的高效快速數(shù)值重建。因此，該方法不能滿 足對于動態(tài)彩色物體的實時全息記錄與再現(xiàn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對上述不足之處提供了一種彩色數(shù)字全息像的實時記錄裝置及方法，解 決現(xiàn)有技術(shù)中所使用的光路系統(tǒng)無法同時完成紅光、綠光及藍(lán)光數(shù)字全息圖的記錄;現(xiàn)有 技術(shù)中彩色數(shù)字全息像的數(shù)值重建算法較為繁瑣復(fù)雜，不利于彩色數(shù)字全息像的高效快速 數(shù)值重建，不能滿足對于動態(tài)彩色物體的實時全息記錄與再現(xiàn)的問題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種彩色數(shù)字全息像的實時記錄裝置，其特征在于：包括按光路依次放置的紅、 綠、藍(lán)三色激光器Laserl~Laser3,分光棱鏡BSi-BSs，反射鏡吣~他，可調(diào)衰減器Filterl ~Filter6,直角三棱鏡Prisml~Prism4,消色差顯微物鏡MOrMCk，針孔PHrPHh消色差 透鏡Li~L4，計算機(jī)Computer，(XD相機(jī)(XD和待測物體；
[0007] 紅、綠、藍(lán)三色激光器Laser 1~Laser3:分別用于紅光激光器發(fā)出紅色激光束，綠 光激光器發(fā)出綠色激光束，藍(lán)光激光器發(fā)出藍(lán)色激光束，作為光源進(jìn)行數(shù)字全息圖的記錄；
[0008] 分光棱鏡BSi~BS8:分別用于透射紅光激光器發(fā)出的紅色激光束、綠光激光器發(fā)出 的綠色激光束、藍(lán)光激光器發(fā)出的藍(lán)色激光束，透射反射鏡反射的紅色激光束、綠色激光束 和藍(lán)色激光束，透射已經(jīng)過分光棱鏡的激光束以及反射經(jīng)過可調(diào)衰減器的激光束；
[0009] 反射鏡施~此:分別用于反射經(jīng)過可調(diào)衰減器后的紅色激光束、綠色激光束和藍(lán)色 激光束；
[0010] 可調(diào)衰減器Filter 1~Filter6:分別用于調(diào)節(jié)照明待測物體的紅色、綠色和藍(lán)色 激光束的強(qiáng)度和記錄待測物體紅色、綠色和藍(lán)色強(qiáng)度信息的數(shù)字全息圖的參考光束的強(qiáng) 度；
[0011] 直角三棱鏡Prisml~Prism4:分別用于與反射鏡組成光程延遲系統(tǒng)；
[0012]消色差顯微物鏡MCh-MCk:分別用于與針孔將分光棱鏡接收的反射的紅色激光束、 綠色激光束和藍(lán)色激光束進(jìn)行擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源；
[0013] 針孔PHi-PH^分別用于與消色差顯微物鏡將分光棱鏡接收的反射的紅色激光束、 綠色激光束和藍(lán)色激光束進(jìn)行擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源；
[0014] 消色差透鏡U~L4:分別用于將針孔發(fā)出的球面光束準(zhǔn)直為平行光束；
[0015]計算機(jī)Computer:用于存儲CCD相機(jī)采集的數(shù)字全息圖并對其進(jìn)行數(shù)值重建得到 再現(xiàn)像；
[0016] C⑶相機(jī)(XD:用于采集數(shù)字全息圖；
[0017]待測物體Object:用于彩色數(shù)字全息像記錄和再現(xiàn)的彩色物體。
[0018] 進(jìn)一步，所述紅、綠、藍(lán)三色激光器Laser 1~Laser3中的紅光激光器Laser 1發(fā)出紅 色激光束，綠光激光器Laser2發(fā)出綠色激光束，藍(lán)光激光器Laser3發(fā)出藍(lán)色激光束；
[0019] 所述紅光激光器Laserl發(fā)出的紅色激光束經(jīng)過分光棱鏡BSi后的透射光束，在經(jīng) 過可調(diào)衰減器Filterl調(diào)節(jié)后，由反射鏡％反射后依次經(jīng)過分光棱鏡BS4和分光棱鏡BS 5,然 后由消色差顯微物鏡M04和針孔PH4擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡L 4的焦點位于針孔 PH4上，由針孔PH4發(fā)出的球面光束經(jīng)消色差透鏡L4后準(zhǔn)直為平行光束；
[0020] 所述綠光激光器Laser2發(fā)出的綠色激光束經(jīng)過分光棱鏡BS2后的透射光束，在經(jīng) 過可調(diào)衰減器Filterf調(diào)節(jié)后，由分光棱鏡BS 4反射后經(jīng)過分光棱鏡BS5,然后由消色差顯微 物鏡M〇4和針孔PH4擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡L4的焦點位于針孔PH4上，由針孔PH4 發(fā)出的球面光束經(jīng)消色差透鏡L 4后準(zhǔn)直為平行光束；
[0021] 所述藍(lán)光激光器Laser3發(fā)出藍(lán)色激光束經(jīng)過分光棱鏡BS3后的透射光束，在經(jīng)過 可調(diào)衰減器Fi 1 ter5調(diào)節(jié)后，由分光棱鏡BS5反射，然后由消色差顯微物鏡M〇4和針孔PH4擴(kuò)束 后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡L4的焦點位于針孔PH 4上，由針孔PH4發(fā)出的球面光束經(jīng)消色 差透鏡L4后準(zhǔn)直為平行光束；
[0022] 所述平行光束用于照明待測物體，待測物體的反射光由分光棱鏡BS8反射后到達(dá) CCD相機(jī)靶面，作為記錄數(shù)字全息圖時的紅、綠、藍(lán)色物光束；
[0023] 所述紅光激光器Laserl發(fā)出的紅色激光束經(jīng)過分光棱鏡BSi后的反射光束，在經(jīng) 過可調(diào)衰減器Filter2后，經(jīng)過由反射鏡吣、直角三棱鏡Prisml和反射鏡M3組成的光程延遲 系統(tǒng)，然后由消色差顯微物鏡MOi和針孔PH^束后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡1^的焦點位 于針孔Pftl，由針孔PHi發(fā)出的球面光束經(jīng)消色差透鏡1^后準(zhǔn)直為平行光束，該光束由反射 鏡Ms反射后，依次經(jīng)過分光棱鏡BS6、分光棱鏡BS7和分光棱鏡BSs后到達(dá)CCD相機(jī)祀面，作為 記錄待測物體紅色強(qiáng)度信息的數(shù)字全息圖的參考光束；
[0024] 所述綠光激光器Laser2發(fā)出的綠色激光束經(jīng)過分光棱鏡BS2后的反射光束，在經(jīng) 過可調(diào)衰減器Filter4后，經(jīng)過由反射鏡M4、直角三棱鏡Prism2和反射鏡蚍組成的光程延遲 系統(tǒng)，然后由消色差顯微物鏡M0 2和針孔PH2擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡1^的焦點位 于針孔PH2上，由針孔PH 2發(fā)出的球面光束經(jīng)消色差透鏡1^2后準(zhǔn)直為平行光束，該光束由分光 棱鏡BS6反射后，依次經(jīng)過分光棱鏡BS7和分光棱鏡BSs后到達(dá)CCD相機(jī)靶面，作為記錄待測物 體綠色強(qiáng)度信息的數(shù)字全息圖的參考光束；
[0025] 所述藍(lán)光激光器Laser3發(fā)出藍(lán)色激光束經(jīng)過分光棱鏡BS3后的反射光束，在經(jīng)過 可調(diào)衰減器Filter6后，經(jīng)過由反射鏡M 6、直角三棱鏡Prism3和反射鏡M7組成的光程延遲系 統(tǒng)，然后由消色差顯微物鏡M03和針孔PH 3擴(kuò)束后變?yōu)榍蛎纥c光源，消色差透鏡L3的焦點位于 針孔PH3上，由針孔PH 3發(fā)出的球面光束經(jīng)消色差透鏡L3后準(zhǔn)直為平行光束，該光束由分光棱 鏡BS7反射后，經(jīng)過分光棱鏡BS 8后到達(dá)CCD相機(jī)靶面，作為記錄待測物體藍(lán)色強(qiáng)度信息的數(shù) 字全息圖的參考光束；
[0026]調(diào)節(jié)反射鏡Ms、分光棱鏡BS6和分光棱鏡BS7，使得紅色、綠色、藍(lán)色三束參考光束以 不同的角度照射到(XD靶面。
[0027]進(jìn)一步，所述反射鏡Ml、分光棱鏡BS4和分光棱鏡BS5分別反射的紅、綠、藍(lán)色激光束 嚴(yán)格共路重合。
[0028] 進(jìn)一步，所述可調(diào)衰減器Filterl用于調(diào)節(jié)照明待測物體的紅色激光束的強(qiáng)度；
[0029] 所述可調(diào)衰減器Filterf用于調(diào)節(jié)照明待測物體的綠色激光束的強(qiáng)度；
[0030] 所述可調(diào)衰減器Filter5用于調(diào)節(jié)照明待測