激光全息干涉測量技術的專利技術綜述

李宏英

摘 要：一般光學干涉計量只能測量形狀簡單、表面光潔度很高的物體，而全息干涉測量方法則能對任意形狀、任意粗糙表面的物體進行測量，測量精度為光波波長級。由于全息圖具有三維性質，使用全息技術可以從不同視角通過干涉量度去考察一個形狀復雜的物體。因此，鑒于其在測量領域具有非常重要的作用，本文主要針對其專利申請和分布等情況進行分析。

關鍵詞：全息干涉；激光；專利

中圖分類號：TN249 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0245-02

1 激光全息干涉測量技術的發展

1.1 發展歷史

全息的概念最早是英國科學家丹尼斯·蓋博在1948年為提高電子顯微鏡的分辨率而提出的，一直到50年代末期，全息照相都是采用汞燈為記錄光源的同軸信息圖，主要存在再現原始像和共軛圖像不能分離以及光源相干性太差等問題。1960年激光出現以及1962年利思等提出離軸全息，相繼出現了多種全息方法。

隨著實時記錄材料的發展及電子技術、計算機技術相結合，全息技術的應用更加擴展，主要應用于全息干涉計量、全息信息存貯與顯示、全息顯微術、全息器件等領域[1]。

1.2 系統組成

不同的全息技術有不同的裝置，其中一些基本設備是必不可少的，如激光器，全息記錄與再現系統，記錄介質，干涉條紋處理裝置。激光器主要根據記錄介質的靈敏波段，使用功率大小來選擇，最好使用單模激光器。要有足夠的輸出功率，尤其是拍攝運動物體時能保證在極短的曝光時間內提供足夠光能。連續的激光器有利于全息系統的調整。但是，脈沖激光器對工作平臺以及環境要求可以大大降低，現場使用比較方便。

全息記錄系統一般包括防震平臺、反射鏡、分束器、擴束鏡、準直鏡、成像透鏡、傅里葉變換透鏡、可調針孔濾波器、可變光闌、多自由度的微調器、電子快門及自動曝光定時器等。

1.3 技術應用

激光全息干涉測量技術具有很高的靈敏度，廣泛用于位移測量、震動測量、變形測量、應力測量以及缺陷檢測等方面。

（1）位移和形狀檢測。用全息干涉法可以得到表示物體在兩個狀態下的位移或者形變的全息干涉條紋圖，通過這些干涉條紋圖的分析和解釋，便可以得到所要測量的位移或形變的定量關系[2]。

（2）缺陷檢測。全息干涉技術不僅可以對物體表面上各點位置變化前后進行比較，而且對結構內部的缺陷也可以探測。由于檢測具有很高的靈敏度，利用被測件在承載或應力下，表面的微小變形的信息，就可以判定某些參量的變化，發現缺陷部位，也叫全息干涉無損檢測技術。

其中，基于數字全息計算機再現技術和光學顯微測量技術的數字全息顯微測量技術可實現反射或透射物體的三維微觀輪廓的測量[3]。

2 專利現狀分析

為了對激光干涉測量技術進行專利發展與現狀的分析，針對專利庫的特點，選擇在CNABS 和SIPOABS數據庫中利用關鍵詞：全息、干涉、激光、檢測、hologra+、Interfer+、laser、（detect+ or measur+）等進行統計分析。

2.1 分類號統計分析

從圖1中可知，激光全息干涉測量技術主要分布為：G01B9/021，用全息照技術的干涉儀；G03H1/04，產生全息圖的工藝過程或設備；G01B11/24，用于計量輪廓或曲率；G01H9/00，應用對輻射敏感的裝置；G01B9/02，干涉儀；G11B7/135、G01D5/26、G01M11/00等。由各個分類號的申請量分析得出，全息干涉儀及用全息干涉來進行輪廓和曲率的測量占據主要的方向。

2.2 申請量年份分析

經統計分析發現，從1948年全息概念提出到2004年，有關激光全息干涉測量申請量呈遞增發展至高峰期。從2005年開始，申請量逐漸減少，但是仍然保持一定的申請量?？梢?，經過多年的發展，激光全息干涉測量技術已經處于發展成熟時期。但是，由于激光全息干涉測量技術應用廣泛，其應用和科研也不會立即終斷的，會繼續保持平穩發展的趨勢。

2.3 專利申請國別分析

經統計分析發現，目前日本申請量最多，幾乎占據申請量的30%，這充分說明日本的激光全息干涉測量技術研究比較先進。由于日本的激光干涉儀器和全息成像方面比較發達，而全息成像經常用于生產高精度的相機，促使了日本在這方面投入了很大的研發力度與熱情，并且取得了很多的研究成果。其次是美國、中國申請，德國和英國等國家也有相對較多申請量。因此，分析可以得出我國在激光全息干涉測量技術研究也比較先進，但仍然需要在學習和借鑒他國先進技術基礎上，進行創造性的發明。

2.4 國內外申請人分析

從圖2中可知，國外申請主要是大公司，由此可見，激光全息干涉測量當前的應用是具有巨大的潛力和經濟效益的。

從圖3中可知，國內的申請人主要是科研結構和高校，國內企業專利申請較少。而其他國家在我國的申請主要是大型公司。由此表明，國內在該領域的技術研究還主要集中在理論階段，產業上的應用還相對落后。因此，我國應當加大科研投入的同時，將科研成果轉化為生產力，從而帶動我國經濟的發展。

3 結語

從整體的發展來說，激光全息干涉測量技術經過十幾年的發展已趨于穩定。但是隨著數字全息技術和顯示技術結合產生的數字全息三維立體顯示技術，由于計算機技術、空間光調制器及數字光處理技術不斷取得新的突破，激光全息干涉測量技術的相關理論和應用研究必然會取得更好的發展。

參考文獻

[1]馮其波，等.光學測量技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2008：97～107.

[2]王秋芬.基于全息圖放大的數字全息顯微結構測量[J].物理實驗，2006，26（8）：8～12.

[3]周文靜，等.數字全息顯微測量技術的發展與最新應用[J].光學技術，2007，33（6）：870～874.