激光全息干涉测量技术的专利技术综述

李宏英

摘 要：一般光学干涉计量只能测量形状简单、表面光洁度很高的物体，而全息干涉测量方法则能对任意形状、任意粗糙表面的物体进行测量，测量精度为光波波长级。由于全息图具有三维性质，使用全息技术可以从不同视角通过干涉量度去考察一个形状复杂的物体。因此，鉴于其在测量领域具有非常重要的作用，本文主要针对其专利申请和分布等情况进行分析。

关键词：全息干涉；激光；专利

中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0245-02

1 激光全息干涉测量技术的发展

1.1 发展历史

全息的概念最早是英国科学家丹尼斯·盖博在1948年为提高电子显微镜的分辨率而提出的，一直到50年代末期，全息照相都是采用汞灯为记录光源的同轴信息图，主要存在再现原始像和共轭图像不能分离以及光源相干性太差等问题。1960年激光出现以及1962年利思等提出离轴全息，相继出现了多种全息方法。

随着实时记录材料的发展及电子技术、计算机技术相结合，全息技术的应用更加扩展，主要应用于全息干涉计量、全息信息存贮与显示、全息显微术、全息器件等领域[1]。

1.2 系统组成

不同的全息技术有不同的装置，其中一些基本设备是必不可少的，如激光器，全息记录与再现系统，记录介质，干涉条纹处理装置。激光器主要根据记录介质的灵敏波段，使用功率大小来选择，最好使用单模激光器。要有足够的输出功率，尤其是拍摄运动物体时能保证在极短的曝光时间内提供足够光能。连续的激光器有利于全息系统的调整。但是，脉冲激光器对工作平台以及环境要求可以大大降低，现场使用比较方便。

全息记录系统一般包括防震平台、反射镜、分束器、扩束镜、准直镜、成像透镜、傅里叶变换透镜、可调针孔滤波器、可变光阑、多自由度的微调器、电子快门及自动曝光定时器等。

1.3 技术应用

激光全息干涉测量技术具有很高的灵敏度，广泛用于位移测量、震动测量、变形测量、应力测量以及缺陷检测等方面。

（1）位移和形状检测。用全息干涉法可以得到表示物体在两个状态下的位移或者形变的全息干涉条纹图，通过这些干涉条纹图的分析和解释，便可以得到所要测量的位移或形变的定量关系[2]。

（2）缺陷检测。全息干涉技术不仅可以对物体表面上各点位置变化前后进行比较，而且对结构内部的缺陷也可以探测。由于检测具有很高的灵敏度，利用被测件在承载或应力下，表面的微小变形的信息，就可以判定某些参量的变化，发现缺陷部位，也叫全息干涉无损检测技术。

其中，基于数字全息计算机再现技术和光学显微测量技术的数字全息显微测量技术可实现反射或透射物体的三维微观轮廓的测量[3]。

2 专利现状分析

为了对激光干涉测量技术进行专利发展与现状的分析，针对专利库的特点，选择在CNABS 和SIPOABS数据库中利用关键词：全息、干涉、激光、检测、hologra+、Interfer+、laser、（detect+ or measur+）等进行统计分析。

2.1 分类号统计分析

从图1中可知，激光全息干涉测量技术主要分布为：G01B9/021，用全息照技术的干涉仪；G03H1/04，产生全息图的工艺过程或设备；G01B11/24，用于计量轮廓或曲率；G01H9/00，应用对辐射敏感的装置；G01B9/02，干涉仪；G11B7/135、G01D5/26、G01M11/00等。由各个分类号的申请量分析得出，全息干涉仪及用全息干涉来进行轮廓和曲率的测量占据主要的方向。

2.2 申请量年份分析

经统计分析发现，从1948年全息概念提出到2004年，有關激光全息干涉测量申请量呈递增发展至高峰期。从2005年开始，申请量逐渐减少，但是仍然保持一定的申请量。可见，经过多年的发展，激光全息干涉测量技术已经处于发展成熟时期。但是，由于激光全息干涉测量技术应用广泛，其应用和科研也不会立即终断的，会继续保持平稳发展的趋势。

2.3 专利申请国别分析

经统计分析发现，目前日本申请量最多，几乎占据申请量的30%，这充分说明日本的激光全息干涉测量技术研究比较先进。由于日本的激光干涉仪器和全息成像方面比较发达，而全息成像经常用于生产高精度的相机，促使了日本在这方面投入了很大的研发力度与热情，并且取得了很多的研究成果。其次是美国、中国申请，德国和英国等国家也有相对较多申请量。因此，分析可以得出我国在激光全息干涉测量技术研究也比较先进，但仍然需要在学习和借鉴他国先进技术基础上，进行创造性的发明。

2.4 国内外申请人分析

从图2中可知，国外申请主要是大公司，由此可见，激光全息干涉测量当前的应用是具有巨大的潜力和经济效益的。

从图3中可知，国内的申请人主要是科研结构和高校，国内企业专利申请较少。而其他国家在我国的申请主要是大型公司。由此表明，国内在该领域的技术研究还主要集中在理论阶段，产业上的应用还相对落后。因此，我国应当加大科研投入的同时，将科研成果转化为生产力，从而带动我国经济的发展。

3 结语

从整体的发展来说，激光全息干涉测量技术经过十几年的发展已趋于稳定。但是随着数字全息技术和显示技术结合产生的数字全息三维立体显示技术，由于计算机技术、空间光调制器及数字光处理技术不断取得新的突破，激光全息干涉测量技术的相关理论和应用研究必然会取得更好的发展。

参考文献

[1]冯其波，等.光学测量技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2008：97～107.

[2]王秋芬.基于全息图放大的数字全息显微结构测量[J].物理实验，2006，26（8）：8～12.

[3]周文静，等.数字全息显微测量技术的发展与最新应用[J].光学技术，2007，33（6）：870～874.