CN108828924A - 全息摄影成像平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全息摄影成像平台，它包括箱体、光学元件、激光器、全息干板和照度计，箱体包括上层腔体和下层腔体，上层腔体包括箱盖、箱围和元件插座模板，箱盖为上层腔体的顶层，元件插座模板为上层腔体的底层，光学元件固定在元件插座模板的上方，夹具的调节机构位于元件插座模板的下方；下层腔体为一个侧面设有开口并且以元件插座模板为顶面的箱体，该开口用于操作夹具的调节机构。本发明的实质性效果是：提供了一个黑暗、稳定的全息成像环境，成像空间和调节空间分离，避免了调节光学元件时对全息成像的扰动，提高了成像质量；能够直接使用肉眼调节光路，激发学生兴趣，并能够有效保护眼睛不受激光伤害；精确控制曝光时间。

Description

全息摄影成像平台

技术领域

本发明涉及光学实验装置领域，尤其涉及一种全息摄影成像平台。

背景技术

全息摄影的原理早在上世纪40年代就已提出，但由于很难找到高度相干的物光和参考光，因而无法实现全息摄影。激光的出现，由于它具有良好的相干性，全息摄影才得到实际的应用。现利用分束镜将激光束分为两束，较弱的一束用作参考光，另一束用作物光。两束光同时会聚一处时就会产生干涉。如果此物光来自于某一物体的散射光波，那么利用感光板经爆光后进行显影定影，就可以将此物光的位相和振幅的全部信息记录下来。获得一幅全息照片；当物光要再现时，可用与原参考光束入射方向相同的光束（也可用原参考光束）照明全息图，则在物体原来位置处就可观察到一幅与原物完全相同的三维虚像。

中国专利授权公告号CN 203910133 U，授权公告日2014年10月29日，公开一种物理实验中的多功能光学装置，属于光学实验装置领域，其结构包括箱体、透镜和激光器，所述透镜设置有两个，每个透镜下端分别设置有水平放置的调节螺杆并通过透镜底座与其相连接，在两根调节螺杆所在直线的交点处设置有平台底座，平台底座上表面设置有反射镜，在对应箱体的前壁上设置有摇杆定位机构，摇杆定位机构与激光器相连接使得激光器可上下运动；在箱体的左内壁和后内壁为黑色内壁。本发明不仅可以形象的演示光的折射定律，而且能够作为外光路系统，对光谱分析实验做有效的实践操作，提高了学生的动手能力，培养了学生科研兴趣和创造性思维。但是，上述专利中提及的光学实验平台不能进行全息摄影成像，进行全息实验时需要价格昂贵的隔振台和稳定无风的黑暗环境，而且使用激光易对人眼造成伤害，因此需要设计一种能够提供稳定成像环境并且保障人眼安全的全息摄影成像实验平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何设计一种能够提供稳定成像环境并且保障人眼安全的全息摄影成像实验平台。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种全息摄影成像平台包括箱体、光学元件、激光器、全息干板和照度计，所述光学元件包括分束板、反射镜、扩束镜和夹具，所述箱体包括上层腔体和下层腔体，所述上层腔体包括箱盖、箱围和元件插座模板，所述箱盖为上层腔体的顶层，所述元件插座模板为上层腔体的底层，光学元件固定在元件插座模板的上方，夹具的调节机构位于元件插座模板的下方；所述下层腔体为一个侧面设有开口并且以元件插座模板为顶面的箱体，该开口用于操作夹具的调节机构。上层腔体提供了一个黑暗、稳定的全息成像环境，下层腔体方便调节光学元件的位置，成像空间和调节空间分离，避免了调节时对全息成像的扰动，提高了成像质量。箱体放置在平稳的桌面即可，放在水泥桌上更加，不必使用价格昂贵的隔振台，降低了全息实验的成本。

作为优选，所述上层腔体的形状为长方体，并在其箱围的一个拐角处设置柜门，该柜门用于放置和安装光学元件。

作为优选，所述元件插座模板上设有一个分束板滑槽、一个干板夹具滑槽、两个反射镜滑槽、两个扩束镜滑槽以及若干个固定螺纹孔。精确制作的元件插座模板使得光学元件的固定和移动更加精准，降低了光路调试的难度，提高了成像的精准度。

作为优选，所述箱盖包括透光保护层和遮光层，所述透光保护层固定在上层腔体的箱围上，所述遮光层铰接在透光保护层的上方，所述透光保护层为吸收激光器所发射波段的激光的有机玻璃激光防护膜，用于保护眼睛免于激光的损伤；所述遮光层为不透光材质，用于干板曝光时为上层腔体提供黑暗环境。在光路调试时打开遮光层，能够直接肉眼调节光路，使得光路调节过程方便快捷，增加学生对于全息成像的感性认识，激发学生兴趣，同时，有机玻璃激光防护膜能够有效保护眼睛不受激光伤害；在激光全息拍摄的曝光过程中关闭遮光层，使得上层腔体处于黑暗环境。

作为优选，上层腔体的箱围内侧和遮光层下侧涂布有吸光材料。

作为优选，该全息摄影成像平台还包括摄像装置，用于获取上层腔体内部的图像，所述摄像装置包括摄像头和数据接口，摄像头的视场固定在全息干板附近，所述数据接口用于将影像传输至外设。激光全息拍摄的曝光过程中，学生能够通过摄像头观看到上层腔体内的全息干板上的变化，由于曝光过程极短，通过记录的影像能够对全息成像过程进行进一步分析。

作为优选，所述箱盖上设有通孔和橡皮塞，用于将照度计伸入到上层腔体内部。

作为优选，该全息摄影成像平台还包括用于检测空气流动的传感器，位于上层腔体内部。

作为优选，该全息摄影成像平台还包括压力传感器、控制器、显示器和报警器，所述压力传感器位于遮光层下方，与控制器电连接；所述报警器位于箱体外侧，受控于控制器；所述控制器用于控制曝光时间，与照度计、摄像头和检测空气流动的传感器电连接；所述显示器位于箱体外侧，与控制器电连接，用来显示干板影像和照度计数值。

一种全息摄影方法，适用于权利要求9所述的全息摄影成像平台，包含以下步骤：

S1：通过上层腔体的柜门将光学元件放置到元件插座模板上，将分束板、干板、反射镜和扩束镜安装在含有调节机构的夹具上，并分别卡入分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽，同时并将激光器通过螺纹杆夹具固定在设定位置的固定螺纹孔；

S2：打开遮光层，通过透光保护层对光路调试的过程进行观察，并在下层腔体的调节开口内部手工进行光路调试，在分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽的范围内分别调整分束板、干板、反射镜和扩束镜的位置和高度；

S3：卸下干板，从通孔内伸入照度计至原来干板的位置，参照显示器上照度值，调节参考光与物光的光强之比位于1:3~1:8的范围内，然后关闭激光器并安装上干板；

S4：关闭遮光层后压力传感器向控制器下达准备曝光指令，控制器启动检测空气流动的传感器探测空气扰动，当空气扰动值低于设定值时，控制器控制报警器发出准备完成警报声；

S5：开启激光器开始曝光，摄像头对干板上的影像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至控制器，控制器对图像灰度进行检测，当灰度值达到设定值时，控制器控制报警器发出曝光完成警报声。

本发明的实质性效果是：1、上层腔体提供了一个黑暗、稳定的全息成像环境，下层腔体方便调节光学元件的位置，成像空间和调节空间分离，避免了调节时对全息成像的扰动，提高了成像质量；2、在光路调试时打开遮光层，能够直接使用肉眼调节光路，使得光路调节过程方便快捷，增加学生对于全息成像的感性认识，激发学生兴趣，同时，有机玻璃激光防护膜能够有效保护眼睛不受激光伤害；3、使用摄像装置记录全息成像曝光过程，便于对全息成像过程进行进一步分析；4、精确控制曝光时间。

附图说明

图1为本发明中的全息摄影成像平台的整体结构图。

图2为本发明中的全息摄影成像平台的正面结构图。

图3为本发明中的全息摄影成像平台的俯视结构图。

图4为本发明中的元件插座模板的俯视图。

图中：1、箱盖，2、上层腔体，3、下层腔体，4、通孔，5、弧形柜门，6、调节开口，7、调平旋钮，8、元件插座模板，9、调节旋钮，10、干板夹具滑槽，11、反射镜滑槽，12、扩束镜滑槽，13、分束板滑槽，14、固定螺纹孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：图1~3为本发明的一种全息摄影成像平台的结构示意图，该全息摄影成像平台包括箱体、光学元件、激光器、全息干板和照度计，光学元件包括分束板、反射镜、扩束镜和夹具，箱体包括上层腔体2和下层腔体3。上层腔体2包括箱盖1、箱围和元件插座模板8，箱盖1为上层腔体2的顶层，箱盖1包括透光保护层和遮光层，透光保护层固定在上层腔体2的箱围上，遮光层铰接在透光保护层的上方，透光保护层为吸收激光器所发射波段的激光的有机玻璃激光防护膜，用于保护眼睛免于激光的损伤，遮光层为不透光材质，用于干板曝光时为上层腔体2提供黑暗环境。在光路调试时打开遮光层，能够直接肉眼调节光路，使得光路调节过程方便快捷，增加学生对于全息成像的感性认识，激发学生兴趣，同时，有机玻璃激光防护膜能够有效保护眼睛不受激光伤害，在激光全息拍摄的曝光过程中关闭遮光层，使得上层腔体2处于黑暗环境，此外，箱盖1上设有通孔4和橡皮塞，用于光束比测定时将照度计伸入到上层腔体2内部，元件插座模板8为上层腔体2的底层。上层腔体2的形状为长方体，并在其箱围的一个拐角处设置有弯曲的弧形柜门5或者矩形平板柜门，该柜门用于放置和安装光学元件，上层腔体2的箱围内侧和遮光层下侧涂布有吸光材料。上层腔体2提供了一个黑暗、稳定的全息成像环境，下层腔体3方便调节光学元件的位置，成像空间和调节空间分离，避免了调节时对全息成像的扰动，提高了成像质量。下层腔体3的正面设有调节开口6，用于调节光学元件的位置和高度。普通光学实验使用的隔振台价格少则几千元多则上万元，普通学校很难承担，而本发明中箱体的下层腔体3底部放置在平稳的桌面即可，最好放置在水泥桌上，不必使用价格昂贵的隔振台，降低了全息实验的成本，利于全息实验的普及。

图4为本发明中的元件插座模板的俯视图，元件插座模板8为光学元件的放置板，通过图3中的调平旋钮7来调平，调平旋钮7共三个，分别位于下层腔体3顶部的左侧边缘、右侧边缘和后侧边缘，元件插座模板8上设有一个分束板滑槽13、一个干板夹具滑槽10、两个反射镜滑槽11、两个扩束镜滑槽12以及若干个固定螺纹孔14。分束板、干板、反射镜和扩束镜所使用的夹具为底部带有夹紧调节机构的夹具，该夹具的底部包括螺纹杆和调节旋钮9，螺纹杆穿过元件插座模板8后与调节旋钮9配合，调节旋钮9位于下层腔体3内，通过下层腔体3的调节开口6分别在分束板滑槽13、干板夹具滑槽10、反射镜滑槽11和扩束镜滑槽12内调整分束板、干板、反射镜和扩束镜的位置和高度，调整完成后旋转固定夹具的调节旋钮9。激光器通过螺纹杆夹具固定在设定位置的固定螺纹孔14内，发射出的激光通过扩束望远镜射向分束板，激光经过分束板后分为两路相干光，一路作为参考光，一路作为物光，物光光路经过第一反射镜和第一扩束镜照射到被摄物并反射投影在干板上，参考光光路经过第二扩束镜和第二反射镜直接投影到干板，两个光路的投影在干板上发生干涉，进而形成全息照片。精确制作的元件插座模板8使得光学元件的固定和移动更加精准，降低了光路调试的难度，提高了成像的精准度。

该全息摄影成像平台还包括摄像装置，用于获取上层腔体2内部的图像，摄像装置包括摄像头和数据接口，摄像头的视场固定在全息干板附近，数据接口用于将影像传输至外设。激光全息拍摄的曝光过程中，学生能够通过摄像头观看到上层腔体2内的全息干板上的变化，由于曝光过程极短，通过记录的影像能够对全息成像过程进行进一步分析。该全息摄影成像平台还包括用于检测空气流动的传感器，该用于检测空气流动的传感器为光纤光栅传感器，气流使得光纤光栅传感器发生弯曲，进而改变光纤光栅的周期性，通过分析光纤光栅的光学信号来获取空气流动的信息，由于全息实验曝光过程对空气扰动较为敏感，通过检测空气流动来判断曝光的时机。

该全息摄影成像平台还包括压力传感器、控制器、显示器和报警器，压力传感器位于遮光层下方，与控制器电连接；报警器位于箱体外侧，受控于控制器；控制器用于控制曝光时间，与照度计、摄像头和检测空气流动的传感器电连接；显示器位于箱体外侧，与控制器电连接，用来显示干板影像和照度计数值。

该全息摄影成像平台的全息摄影方法包含以下步骤：

S1：通过上层腔体的柜门将光学元件放置到元件插座模板上，将分束板、干板、反射镜和扩束镜安装在含有调节机构的夹具上，并分别卡入分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽，同时并将激光器通过螺纹杆夹具固定在设定位置的固定螺纹孔；

S2：打开遮光层，通过透光保护层对光路调试的过程进行观察，并在下层腔体的调节开口内部手工进行光路调试，在分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽的范围内分别调整分束板、干板、反射镜和扩束镜的位置和高度；

S3：卸下干板，从通孔内伸入照度计至原来干板的位置，参照显示器上照度值，调节参考光与物光的光强之比位于1:3~1:8的范围内，然后关闭激光器并安装上干板；

S4：关闭遮光层后压力传感器向控制器下达准备曝光指令，控制器启动检测空气流动的传感器探测空气扰动，当空气扰动值低于设定值时，控制器控制报警器发出准备完成警报声；

S5：开启激光器开始曝光，摄像头对干板上的影像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至控制器，控制器对图像灰度进行检测，当灰度值达到设定值时，控制器控制报警器发出曝光完成警报声。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.全息摄影成像平台，包括箱体、光学元件、激光器、全息干板和照度计，所述光学元件包括分束板、反射镜、扩束镜和夹具，其特征在于，所述箱体包括上层腔体和下层腔体，

所述上层腔体包括箱盖、箱围和元件插座模板，所述箱盖为上层腔体的顶层，所述元件插座模板为上层腔体的底层，光学元件固定在元件插座模板的上方，夹具的调节机构位于元件插座模板的下方；

所述下层腔体为一个侧面设有开口并且以元件插座模板为顶面的箱体，该开口用于操作夹具的调节机构。

2.根据权利要求1所述的全息摄影成像平台，其特征在于，所述上层腔体的形状为长方体，并在其箱围的一个拐角处设置有柜门，该柜门用于放置和安装光学元件。

3.根据权利要求1或2所述的全息摄影成像平台，其特征在于，所述元件插座模板上设有一个分束板滑槽、一个干板夹具滑槽、两个反射镜滑槽、两个扩束镜滑槽以及若干个固定螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的全息摄影成像平台，其特征在于，所述箱盖包括透光保护层和遮光层，所述透光保护层固定在上层腔体的箱围上，所述遮光层铰接在透光保护层的上方，

所述透光保护层为吸收激光器所发射波段的激光的有机玻璃激光防护膜，用于保护眼睛免于激光的损伤；

所述遮光层为不透光材质，用于干板曝光时为上层腔体提供黑暗环境。

5.根据权利要求4所述的全息摄影成像平台，其特征在于，上层腔体的箱围内侧和遮光层下侧涂布有吸光材料。

6.根据权利要求1所述的全息摄影成像平台，其特征在于，还包括摄像装置，用于获取上层腔体内部的图像，所述摄像装置包括摄像头和数据接口，摄像头的视场固定在全息干板附近，所述数据接口用于将影像传输至外设。

7.根据权利要求4所述的全息摄影成像平台，其特征在于，所述箱盖上设有通孔和橡皮塞，用于将照度计伸入到上层腔体内部。

8.根据权利要求6或7所述的全息摄影成像平台，其特征在于，还包括用于检测空气流动的传感器，位于上层腔体内部。

9.根据权利要求8所述的全息摄影成像平台，其特征在于，还包括压力传感器、控制器、显示器和报警器，

所述压力传感器位于遮光层下方，与控制器电连接；

所述报警器位于箱体外侧，受控于控制器；

所述控制器用于控制曝光时间，与照度计、摄像头和检测空气流动的传感器电连接；

所述显示器位于箱体外侧，与控制器电连接，用来显示干板影像和照度计数值。

10.一种全息摄影方法，适用于权利要求9所述的全息摄影成像平台，其特征在于，包含以下步骤：

S1：通过上层腔体的柜门将光学元件放置到元件插座模板上，将分束板、干板、反射镜和扩束镜安装在含有调节机构的夹具上，并分别卡入分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽，同时并将激光器通过螺纹杆夹具固定在设定位置的固定螺纹孔；

S2：打开遮光层，通过透光保护层对光路调试的过程进行观察，并在下层腔体的调节开口内部手工进行光路调试，在分束板滑槽、干板夹具滑槽、反射镜滑槽和扩束镜滑槽的范围内分别调整分束板、干板、反射镜和扩束镜的位置和高度；

S3：卸下干板，从通孔内伸入照度计至原来干板的位置，参照显示器上照度值，调节参考光与物光的光强之比位于1:3~1:8的范围内，然后关闭激光器并安装上干板；

S4：关闭遮光层后压力传感器向控制器下达准备曝光指令，控制器启动检测空气流动的传感器探测空气扰动，当空气扰动值低于设定值时，控制器控制报警器发出准备完成警报声；

S5：开启激光器开始曝光，摄像头对干板上的影像信息进行采集，并将采集到的图像信息传输至控制器，控制器对图像灰度进行检测，当灰度值达到设定值时，控制器控制报警器发出曝光完成警报声。