[发明专利]一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述系统包括沿光轴方向依次设置的相干光源、扩束准直器、输入物体、第一轴棱锥、第一傅里叶变换透镜、空间滤波器、第二傅里叶变换透镜、第二轴棱锥及输出图像接收器；

所述输入物体所在的面为输入面，即物面，所述输入面位于所述第一傅里叶变换透镜的前焦面上；

所述空间滤波器所在的面为空间频谱面，所述空间频谱面位于所述第一傅里叶变换透镜的后焦面，且位于所述第二傅里叶变换透镜的前焦面；

所述输出图像接收器所在的面为输出面，即像面，所述输出面位于所述第二傅里叶变换透镜的后焦面上；

所述相干光源出射相干光束，经过扩束准直器后将相干光束准直成为沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射所述输入物体，依次经过所述第一轴棱锥产生零阶贝塞尔光束，经过所述第一傅里叶变换透镜对所述零阶贝塞尔光束进行傅里叶变换；在所述空间频谱面上形成所述输入物体的空间频谱，所述空间滤波器对所述空间频谱进行滤波；再经过第二傅里叶变换透镜及第二轴棱锥对物像进行校正，由输出图像接收器接收输出图像；

所述空间滤波器的结构为下列结构之一：

四分之一圆区域带通滤波器，所述四分之一圆区域带通滤波器上设置有四分之一圆结构，所述四分之一圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；

四分之三圆区域带通滤波器，所述四分之三圆区域带通滤波器上设置有四分之三圆结构，所述四分之三圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；

低通滤波器，所述低通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域允许频谱分量通过，所述圆环结构的外环以外的区域和内环以内的区域上均对频谱分量截止；

高通滤波器，所述高通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域对频谱分量截止，圆环的内环以内的区域和圆环外环以外的区域均允许频谱分量通过。

2.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述第一轴棱锥与所述第一傅里叶变换透镜之间的距离为，为第一傅里叶变换透镜的焦距，。

3.根据权利要求2所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，为所述第二傅里叶变换透镜与所述第二轴棱锥的距离，为第二傅里叶变换透镜的焦距，。

4.根据权利要求3所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥关于所述空间滤波器呈光学对称放置，即；或所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥非光学对称放置，即。

5.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜之间及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥之间通过下列方式之一设置在所述滤波系统中：

（1）通过实际的光学元件采用分离或胶合方式实现；

（2）运用计算机对第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥的相位分布函数进行离散抽样的模拟计算，然后显示在空间光调制器上；

（3）将第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件；也将第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件。

6.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述相干光源为激光光源或窄带LED光源。

7.根据权利要求6所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述窄带LED光源的带宽为nm。

8.如权利要求1-7任一项所述的基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）通过相干光源出射相干光束，相干光束经所述扩束准直器后形成沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射位于输入面上的输入物体；

（2）经第一轴棱锥和第一傅里叶变换透镜后在空间频谱面上形成输入物体的空间频谱；

（3）在空间频谱面上放置空间滤波器，经空间滤波器滤波后得到输入物体的功率谱；

（4）经空间滤波器滤波后的功率谱，再经第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥后，在输出面上得到滤波后的输出图像；

（5）更换不同的输入物体，重复(1)~(4)步骤，可得到不同输入物体滤波后的输出图像。