[发明专利]一种针对结构光场衍射相位的实时检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光场的波前相位测量领域，尤其涉及一种针对结构光场衍射相位 的实时检测方法。

背景技术

传统单帧照相设备只能衍射平面记录光场的光强信息，而无法得到光场的相位信 息。为了记录衍射光场的相位信息，采用相移技术，引入参考光，通过对参考光进行多次相 移，分别记录多帧干涉图的光强信息，从而解算出记录平面物光波的光强和相位信息。

传统相移法包括时间相移法和空间相移法两种。时间相移法包括压电陶瓷(PZT) 法、移动光栅法、拉伸光纤法、液晶相移法、偏振相移法、空气相移法等。

但是，传统的时间相移方法记录的图像是在同一空间位置不同时刻采集的，因此 时间相移局限于对静态或准静态相位的测量。空间相移与时间相移恰好相反，干涉图为同 一时刻不同空间位置获得的，因此可以进行动态测量，主要有“普通分光棱镜分光+偏振相 移”、“光栅分光+偏振相移”、“光栅分光+光栅相移”三类。空间相移虽然能够进行动态测量， 但是由于干涉图记录的空间位置不同，要求不同探测器(若采用多个探测器接收不同相移 干涉图)或探测器不同部分(若采用单个探测器的不同部分接收不同相移干涉图)的光电性 能一致，且不同空间位置的干涉图之间要求进行像素级的位置匹配和灰度校正，过程繁琐 复杂涉及的计算量大。因此实际操作过程难度高精度低，难以被实际应用。另外，传统的时 间相移法和空间相移法都需要在很高的隔振条件下进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对结构光场衍射相位的实时检测方法，实现了结构光 场的光强和相位信息实时测量，使得用户能够深入了解结构光场的物理特性，对于结构光 场在光镊，激光微加工，以及光学信号传播领域有很大的推动作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种针对结构光场衍射相位的实时检测方法，包括：

利用集成有像素偏振片阵列的相机采集通过预设光路输出的结构光与参考光干 涉产生的条纹图；其中，所述像素偏振片阵列中每个偏振片单元的尺寸与相机中感光元件 的像素尺寸一致且一一对准；

将结构光与参考光干涉产生的条纹图根据偏振片单元的偏振方向提取出四幅偏 振方向不同的条纹图来计算结构光场的衍射相位。

进一步的，所述像素偏振片阵列中相邻的每2×2偏振片单元构成一个子单元，子 单元内四个偏振片单元的偏振方向不同，分别为0，π/4，π/2，3π/4。

进一步的，所述将结构光与参考光干涉产生的条纹图根据偏振片单元的偏振方向 提取出四幅偏振方向不同的条纹图来计算结构光场的衍射相位包括：

集成有像素偏振片阵列的相机采集到的光强与偏振片单元的偏振角有关，其关系 式为：

I=12(Is+Ir+2IsIrcos(φ+2α))]]>

其中，I_s为结构光场的光强，I_r为参考光光强，φ为结构光场的衍射相位，α为偏振 片单元的偏振角；

像素偏振片阵列中偏振片单元的偏振角包括：0，π/4，π/2，3π/4，则从结构光与参 考光干涉产生的条纹图提取出四幅偏振方向不同的条纹图，每一幅条纹图的光强分别为I (0)，I(π/4)，I(π/2)，I(3π/4)：