[发明专利]一种参数可调轴向余弦结构光产生装置及方法

权利要求书

1.一种参数可调轴向余弦结构光产生装置，包括：激光器(1)、线偏振片(2)、纯相位型空间光调制器(3)、第一聚光透镜(4)、孔径光阑(5)、第一反射镜(8)、第二聚光透镜(9)、第一物镜(10)、工作站(11)。

2.根据权利要求1所述的一种参数可调轴向余弦结构光产生装置，其特征在于：所述激光器(1)发射准直光束，所述准直光束依次穿过线偏振片(2)、纯相位型空间光调制器(3)、第一聚光透镜(4)、孔径光阑(5)、第一反射镜(8)、第二聚光透镜(9)、第一物镜(10)。

3.一种参数可调轴向余弦结构光产生方法，包括：

S1：激光器(1)发出一准直光束，通过线偏振片(2)后以一定角度斜入射至纯相位型空间光调制器(3)；

S2：根据纯相位型空间光调制器(3)像素数绘制双环缝相位图，并加载至纯相位型空间光调制器(3)，纯相位型空间光调制器(3)的出射光通过第一聚光透镜(4)，并在焦点处放置孔径光阑挡住衍射零级光(6)，仅让衍射一级光(7)通过，进而获得双环缝光束；

S3:双环缝光束通过第二聚光透镜(9)准直和第一物镜(10)聚焦后，在焦点区域干涉产生相位和周期均可调的轴向余弦结构光。

4.根据权利要求3所述的一种参数可调轴向余弦结构光产生方法，其特征在于：

S1中所述偏振片(2)偏振方向应和纯相位型空间光调制器(3)液晶面板长边平行，目的是使激光偏振方向平行于空间光调制器液晶分子的长轴方向，实现空间光调制器的纯相位调制，入射光与纯相位型空间光调制器(3)的夹角一般不超过10度，保证高的调制效率。

5.根据权利要求3所述的一种参数可调轴向余弦结构光产生方法，其特征在于：

S2中所述双环缝由两个半径和缝宽分别为r₁、Δr₁，r₂、Δr₂同心圆环组成；所述相位图由棱镜相位φ_prism和各自初始相位组成，内外环缝的相位分别为φ₁＝φ_prism、φ₂＝φ_prism+φ₀，其中φ₀为一常数，φ_prism为在两个环缝上施加一个棱镜相位，棱镜相位能使入射到环缝的光束在横向上偏移光轴，获得受到调制的衍射一级光(7)；而入射到没有施加棱镜相位的区域的光未受到调制，为衍射零级光(6)，衍射零级光(6)继续沿着光轴行进，将纯相位型空间光调制器(3)放置在第一聚光透镜(4)后焦面处，在第一聚光透镜(4)焦点处放置一个孔径光阑挡住衍射零级光(6)，允许衍射一级光(7)通过，获得了双环缝光束；

所述棱镜相位设置方法：在纯相位型空间光调制器(3)上引入一个线性增加的相位延迟φ_prism，如果要在第一聚光透镜(4)像面上引起一个横向的移动(Δx,Δy)，则有φ_prism(x_h,y_h)＝α(Δxx_h+Δyy_h)，α为一常数，所述常数取决于成像特性和波长。

6.根据权利要求3所述的一种参数可调轴向余弦结构光产生方法，其特征在于：

S3中所述第二聚光透镜(9)和第一聚光透镜(4)共焦组成一个4f系统，放大倍率为1；

所述第一物镜(10)是放置在第二聚光透镜(9)的前焦面处，这样在第一物镜(10)入瞳处双环缝光束和纯相位型空间光调制器(3)液晶面板产生的双环缝尺寸一样，双环缝光束通过物镜后干涉产生轴向余弦型结构光；

所述干涉是指双环缝光束中内外环缝光束发生干涉，双环缝光束通过物镜之后发生干涉，干涉场光强分布I(r,z)为：

干涉光强呈现余弦分布，其中其中f是物镜的焦距，Δφ＝φ₀是双环缝的初始相位差，J₀是零阶贝塞尔函数，λ是激光波长；余弦结构光的周期为周期在物镜焦距固定下，可通过改变双环缝内外半径来改变周期，通过改变双环缝的初始相位差改变结构光的相位，进而实现参数可调。