[发明专利]一种数字微镜再现全息像的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用数字微镜和数字全息图实时地再现全息像的优化方法。

背景技术

自从1987年美国德州仪器公司研究开发出数字微镜(Digital Micro-mirror Device，DMD)后，由于具有比其它空间光调制器更高的分辨率、更宽的响应范围和更快的响应速度、信噪比，光能利用率高、工作温度范围大、偏振无关等特点，因此DMD很快就被应用于全息系统，但目前用DMD再现全息像时再现像质量还比较差，影响DMD再现全息像质量的因素比较多，主要有：

1)作为数字全息记录元件的CCD或CMOS，其分辨率一般要高于DMD(即CCD或CMOS的像素总数要大于DMD的镜元总数)，用DMD再现全息像时要压缩像素，牺牲所获数字全息图的分辨率，导致再现像质量下降；

2)CCD或CMOS的有效光敏尺寸小于DMD的总尺寸(一般情况下COMS的有效光敏尺寸大概只有DMD总尺寸的几分之一)，如果在DMD上保持全息图与实际尺寸相同，要浪费DMD的大部分镜元，占空比急剧下降，导致再现像质量恶化。反之，如果要充分利用DMD，就要将全息图尺寸放大，导致再现像缩小而不利于观察；

3)DMD每个时刻只能显示一张黑、白二值图，使用位分离技术产生使观察者眼睛能感觉的灰度等级，即不同时刻再现的全息像是不同灰度的二值化全息图，经衍射后得到再现像，它们在一帧内光强视觉叠加(而不是光场叠加)，由于不同灰度的全息图占空比相差很大，导致再现像质量下降；

4)任意一个时刻输入到DMD各微镜元上的灰度值都是非负的，所以0级衍射像(特别是其中的直透部分)要占去大部分输入光强，并在再现像中占据大片的区域，使再现像光强降低，且在视觉上很不舒服；

5)由于现在送到DMD再现的全息图一般是菲涅尔全息图，DMD到能看到，导致用DMD再现全息像时不容易设计DMD后面的投射系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前用DMD再现全息像时再现像质量差，特别是零级衍射在再现像中占据大片区域，使再现像光强降低，以及获得清晰再现像时DMD到观察面之间的距离，受记录数字全息图时物体到记录元件的距离、参考光类型，以及记录、再现波长比值的影响的问题，提供一种能很好地减小零级衍射对再现像的影响，准确控制再现像的位置，并提高再现像的质量的数字微镜再现全息像的优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)利用无透镜傅立叶变换数字全息图的性质：无透镜傅立叶变换全息图再现像的成像面就是汇聚透镜的焦平面，与再现、记录波长，以及它们的比值无关，解决通常全息成像面不固定给显示带来的麻烦；在成像面上，其零级衍射被透镜会聚在焦面的中心附近，所占区域大大缩小，可以减小零级衍射对DMD全息再现像的影响；

2)通过合成孔径全息的性质：合成孔径全息图可以提高占空比，提高DMD微镜利用率，克服通常全息再现像被缩小的问题，在全息图所在面内平移无透镜傅立叶变换全息图，不会改变全息再现像的位置，可以仅用单束照明光就达到提高DMD全息再现像质量的目的。

基于以上两点，将无透镜傅立叶变换数字全息与合成孔径方法相结合，以提高DMD全息再现像质量的方法。

具体做法是：先通过CMOS记录光敏元件，采集的四幅全息图，将CMOS记录的四幅全息图，分别缩小到原来像素的四分之一，然后，将四幅缩小后的全息图拼接成与DMD有相同像素的合成孔径全息图，通过DMD得到高质量的全息再现像。

合成孔径全息图时，为了提高占空比，对全息图作二值化处理。

本发明的有益效果是：利用无透镜傅立叶变换全息图再现像的成像的性质，以及合成孔径全息的性质，减小零级衍射对再现像的影响，准确控制再现像的清晰成像位置，可以提高全息图的占空比，同时能保持DMD全息再现像的清晰成像位置不变，且再现像不被缩小，还能将零级衍射光限制在很小的区域内，减少零级衍射对再现全息像的影响，使DMD全息再现像的质量提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是记录全息图的光路图。

图2是记录的无透镜傅立叶变换全息图中的一幅。

图3是合成孔径全息图的构成和再现原理示意图。

图4是用DMD和无透镜傅立叶变换全息图再现全息像的光路图。

图5是DMD再现的菲涅尔合成孔径全息像。