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      上海光機所將新型衍射元件皮米梳運用于三維測量研究

      文章來源:上海光學精密機械研究所  |  發布時間:2020-06-18  |  【打印】 【關閉

        
        中國科學院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室研究团队近期成功制备出具有特殊结构的衍射光学元件皮米梳,其衍射场具有长景深、低发散角、高对比度的特征。实验中将该衍射场作为三维测量系统的投影结构光,成功重建出若干物体的外形轮廓信息。该方法为远距离三维测量提供了一种有效的解决方案,相关成果已经发表在[Applied Optics Vol. 59 Issue 17, 5234-5239]上。
        基于結構光投影的三維測量,尤其在遠距離、長景深的測量場景,一個常見的問題便是數字投影設備鏡頭有限的焦深帶來的投影結構光圖案模糊,進而嚴重影響三維重建的精度甚至無法重建。  
        研究团队提出采用皮米梳的衍射光作为投影结构光构建三维测量系统(如图1所示)。皮米梳(Picometer Comb)的概念最初由上海光机所周常河研究员提出,指的是一种由周期皮米量级差值可控的全息干涉场两次曝光产生的衍射光学元件,其核心技术为干涉光场周期皮米量级的精确测量。基于该技术,研究人员通过调整干涉场的光束夹角对生成皮米梳的两次全息干涉场的周期差进行皮米量级的调控。然后用此曝光场对涂有光刻胶的基片进行曝光,历经显影、定影、烘干等操作后制得皮米梳。观测发现,皮米梳的叠加曝光场为大小包络嵌套的情形,且大包络的周期值(皮米梳的周期)远大于单个小包络的尺寸(如图2所示)。当一束平面光以一定的角度入射到皮米梳上时,其-1级衍射光实质为两个全息像之间以极小的角度干涉产生,具有长景深、低发散角、高对比度的特征。利用干涉场皮米周期测量技术,保证了两次曝光干涉场周期的差值为200皮米,由此做出了世界上第一块皮米光梳,并将其应用于三维测量中。
        研究團隊將這種特殊的元件用于三維測量中結構光的産生,並進行了多個三維物體的重建實驗。結果證明,相對于數字投影設備,皮米梳在遠距離、長景深的三維測量場景中更爲適用。皮米梳尺寸小且易于集成,適合大規模的工業生産,有望廣泛運用于三維測量設備中。同時,皮米梳可以用于開展皮米光學實驗,這個工作打開了皮米光學的大門,有望在皮米光學領域取得很多實際應用。(信息光學與光電技術實驗室供稿)
        原文鏈接
        
        图1 运用皮米梳的双目三维测量系统
        
        图2 皮米梳上不同位置处的SEM扫描图 
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