李宏英

摘 要：一般光學(xué)干涉計(jì)量只能測(cè)量形狀簡(jiǎn)單、表面光潔度很高的物體，而全息干涉測(cè)量方法則能對(duì)任意形狀、任意粗糙表面的物體進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度為光波波長(zhǎng)級(jí)。由于全息圖具有三維性質(zhì)，使用全息技術(shù)可以從不同視角通過(guò)干涉量度去考察一個(gè)形狀復(fù)雜的物體。因此，鑒于其在測(cè)量領(lǐng)域具有非常重要的作用，本文主要針對(duì)其專利申請(qǐng)和分布等情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：全息干涉；激光；專利

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）03-0245-02

1 激光全息干涉測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

1.1 發(fā)展歷史

全息的概念最早是英國(guó)科學(xué)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(xiàn)原始像和共軛圖像不能分離以及光源相干性太差等問(wèn)題。1960年激光出現(xiàn)以及1962年利思等提出離軸全息，相繼出現(xiàn)了多種全息方法。

隨著實(shí)時(shí)記錄材料的發(fā)展及電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，全息技術(shù)的應(yīng)用更加擴(kuò)展，主要應(yīng)用于全息干涉計(jì)量、全息信息存貯與顯示、全息顯微術(shù)、全息器件等領(lǐng)域[1]。

1.2 系統(tǒng)組成

不同的全息技術(shù)有不同的裝置，其中一些基本設(shè)備是必不可少的，如激光器，全息記錄與再現(xiàn)系統(tǒng)，記錄介質(zhì)，干涉條紋處理裝置。激光器主要根據(jù)記錄介質(zhì)的靈敏波段，使用功率大小來(lái)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(yùn)動(dòng)物體時(shí)能保證在極短的曝光時(shí)間內(nèi)提供足夠光能。連續(xù)的激光器有利于全息系統(tǒng)的調(diào)整。但是，脈沖激光器對(duì)工作平臺(tái)以及環(huán)境要求可以大大降低，現(xiàn)場(chǎng)使用比較方便。

全息記錄系統(tǒng)一般包括防震平臺(tái)、反射鏡、分束器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、成像透鏡、傅里葉變換透鏡、可調(diào)針孔濾波器、可變光闌、多自由度的微調(diào)器、電子快門及自動(dòng)曝光定時(shí)器等。

1.3 技術(shù)應(yīng)用

激光全息干涉測(cè)量技術(shù)具有很高的靈敏度，廣泛用于位移測(cè)量、震動(dòng)測(cè)量、變形測(cè)量、應(yīng)力測(cè)量以及缺陷檢測(cè)等方面。

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

（2）缺陷檢測(cè)。全息干涉技術(shù)不僅可以對(duì)物體表面上各點(diǎn)位置變化前后進(jìn)行比較，而且對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷也可以探測(cè)。由于檢測(cè)具有很高的靈敏度，利用被測(cè)件在承載或應(yīng)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(fā)現(xiàn)缺陷部位，也叫全息干涉無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

其中，基于數(shù)字全息計(jì)算機(jī)再現(xiàn)技術(shù)和光學(xué)顯微測(cè)量技術(shù)的數(shù)字全息顯微測(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)反射或透射物體的三維微觀輪廓的測(cè)量[3]。

2 專利現(xiàn)狀分析

為了對(duì)激光干涉測(cè)量技術(shù)進(jìn)行專利發(fā)展與現(xiàn)狀的分析，針對(duì)專利庫(kù)的特點(diǎn)，選擇在CNABS 和SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)中利用關(guān)鍵詞：全息、干涉、激光、檢測(cè)、hologra+、Interfer+、laser、（detect+ or measur+）等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 分類號(hào)統(tǒng)計(jì)分析

從圖1中可知，激光全息干涉測(cè)量技術(shù)主要分布為：G01B9/021，用全息照技術(shù)的干涉儀；G03H1/04，產(chǎn)生全息圖的工藝過(guò)程或設(shè)備；G01B11/24，用于計(jì)量輪廓或曲率；G01H9/00，應(yīng)用對(duì)輻射敏感的裝置；G01B9/02，干涉儀；G11B7/135、G01D5/26、G01M11/00等。由各個(gè)分類號(hào)的申請(qǐng)量分析得出，全息干涉儀及用全息干涉來(lái)進(jìn)行輪廓和曲率的測(cè)量占據(jù)主要的方向。

2.2 申請(qǐng)量年份分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，從1948年全息概念提出到2004年，有關(guān)激光全息干涉測(cè)量申請(qǐng)量呈遞增發(fā)展至高峰期。從2005年開始，申請(qǐng)量逐漸減少，但是仍然保持一定的申請(qǐng)量?？梢?，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，激光全息干涉測(cè)量技術(shù)已經(jīng)處于發(fā)展成熟時(shí)期。但是，由于激光全息干涉測(cè)量技術(shù)應(yīng)用廣泛，其應(yīng)用和科研也不會(huì)立即終斷的，會(huì)繼續(xù)保持平穩(wěn)發(fā)展的趨勢(shì)。

2.3 專利申請(qǐng)國(guó)別分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，目前日本申請(qǐng)量最多，幾乎占據(jù)申請(qǐng)量的30%，這充分說(shuō)明日本的激光全息干涉測(cè)量技術(shù)研究比較先進(jìn)。由于日本的激光干涉儀器和全息成像方面比較發(fā)達(dá)，而全息成像經(jīng)常用于生產(chǎn)高精度的相機(jī)，促使了日本在這方面投入了很大的研發(fā)力度與熱情，并且取得了很多的研究成果。其次是美國(guó)、中國(guó)申請(qǐng)，德國(guó)和英國(guó)等國(guó)家也有相對(duì)較多申請(qǐng)量。因此，分析可以得出我國(guó)在激光全息干涉測(cè)量技術(shù)研究也比較先進(jìn)，但仍然需要在學(xué)習(xí)和借鑒他國(guó)先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)造性的發(fā)明。

2.4 國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人分析

從圖2中可知，國(guó)外申請(qǐng)主要是大公司，由此可見，激光全息干涉測(cè)量當(dāng)前的應(yīng)用是具有巨大的潛力和經(jīng)濟(jì)效益的。

從圖3中可知，國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)人主要是科研結(jié)構(gòu)和高校，國(guó)內(nèi)企業(yè)專利申請(qǐng)較少。而其他國(guó)家在我國(guó)的申請(qǐng)主要是大型公司。由此表明，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)研究還主要集中在理論階段，產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用還相對(duì)落后。因此，我國(guó)應(yīng)當(dāng)加大科研投入的同時(shí)，將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從而帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

從整體的發(fā)展來(lái)說(shuō)，激光全息干涉測(cè)量技術(shù)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展已趨于穩(wěn)定。但是隨著數(shù)字全息技術(shù)和顯示技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的數(shù)字全息三維立體顯示技術(shù)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間光調(diào)制器及數(shù)字光處理技術(shù)不斷取得新的突破，激光全息干涉測(cè)量技術(shù)的相關(guān)理論和應(yīng)用研究必然會(huì)取得更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馮其波，等.光學(xué)測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008：97～107.

[2]王秋芬.基于全息圖放大的數(shù)字全息顯微結(jié)構(gòu)測(cè)量[J].物理實(shí)驗(yàn)，2006，26（8）：8～12.

[3]周文靜，等.數(shù)字全息顯微測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與最新應(yīng)用[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33（6）：870～874.