[發明專利]單色全視差全息三維一步打印機光路結構

無效

• 申請號: 201210215966.8
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN103513431A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 藍天;于躍;倪國強;李妤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G03H1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種單色全視差三維全息一步打印機的系統光路設計。

背景技術

一幅全息立體圖片可以像傳統全息圖那樣記錄一個逼真的3D景物。盡管全息3D圖片有著立體、逼真等諸多優點和功能，卻因其合成方法復雜、制作條件苛刻，照相設備昂貴等限制了它的生產和應用。單色全視差全息三維一步打印能夠通過一組2D圖像一步打印生成高質量的3D全息圖。

目前，利用計算機制作全息照片，只有用激光打印機或電子束打印機兩種方法。全息激光打印機是把包含景物信息的一束光線聚焦成一個小點來控制記錄全息圖像，費用較高。而電子束打印機繪制的圖像分辨率(每mm內的掃描線數)是前者的10倍，但即使是繪制的圖像很小，費用也很昂貴。

為了制作一幅全息立體照片，通常需要一個計算機三維模型通過特定的算法來計算照片上每一個像素的曝光圖像，照片分辨率越高，像素越多，同時打印周期越長，一般從幾個小時到幾天不等。不僅如此，打印所需的空間光調制器(SLM)以及光學系統中各個透鏡的位置都影響最終成像效果和質量。因此，將過程簡單化、高效化是全息打印的主要研究方向。

發明內容

本發明提出了一種單色全視差全息三維一步打印機的光路結構。這種打印機能夠打印出在一定視角內具有水平和豎直兩個方向上視差的無畸變全息圖。這種方法同樣適用于全彩色全息三維打印機的光路設計。

本發明通過下述技術方案實現全息圖像的全視差顯示：由相干激光光源發射出一束單色相干光，經過分束鏡分成參考光和物光兩束，其中物光經過準直擴束后，再通過空間光調制器(SLM)進行調制，空間光調制器由一個獨立的高速圖像處理計算機控制；再經過一個會聚透鏡，將物光均勻照射在全息干版前的漫透射板上。另外一束參考光經由光纖傳輸到可以在掃描透鏡焦平面上沿x軸和y軸兩個方向運動的機械系統的控制位置上，出射后與物光發生干涉，完成一個全息像元的記錄過程。三維模型信息存儲在高速圖像處理計算機中。當進行全息打印時，由高速圖像處理計算機根據光線追蹤法計算每個全息像元需要曝光的圖像，然后將它傳送到SLM中。SLM將圖像顯示以后，計算機控制機械平移控制系統進行橫向或縱向移動，然后將快門打開，進行下一個全息像元的曝光。依次重復，直到所有像元全部完成曝光。

本專利的優點在于，在保證成像質量的前提下能夠一步實現：①3D圖像無畸變全視差顯示；②整個過程自動化、智能化；③成品易于攜帶和觀察。

附圖說明

圖1為單色全視差全息三維一步打印光路結構。

圖2為單個像元曝光圖像的計算和記錄方法原理圖。

圖3為三維圖像的再現過程圖。

圖4為全息打印系統結構圖。

圖1中1.為相干激光光源?2.分束鏡?3.起偏器?4.快門?5.光纖耦合透鏡?6.保偏光纖?7.物光?8.參考光?9.機械平移系統?10.掃描透鏡?11.參考光遮擋板12.全息干版?13.會聚透鏡?14.漫透射板?15.空間光調制器(SLM)?16.單透鏡圖2中?17.物光?18.SLM?19.聚焦透鏡?20.全息干版?21.參考光遮擋板?22.參考光?圖3中?23.單個像元的曝光圖像?24.全息圖?25.再現景物?26.觀察者?27和28.曝光圖像上兩點?29和30.再現景物上對應的兩點?31.全息圖上的單個像元?圖4中?32.單個像元的再現圖像33和34再現圖像上兩點

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

圖1所述的實例中，由相干激光光源1發射出一束單色相干光，經由分束鏡2分為物光7和參考光8兩束。3為起偏器，用來控制物光7和參考光8的比率大小。4為光學快門，由計算機控制。5為光纖耦合透鏡，物光7和參考光8經由5傳輸到保偏光纖6中。參考光8經由光纖傳輸到機械平移系統9上，9所在平面位置為掃描透鏡10的焦平面處，可以沿著x軸和y軸兩個方向運動，以此控制參考光入射到全息材料12的角度。11為參考光遮擋板，開有一個和全息像元大小相等的方孔。物光7經由光纖傳輸，由一個單透鏡16變為平行光，經過空間光調制器15對物光進行調制，然后均勻照射在漫透射板14上，空間光調制器15由一個獨立的高速圖像處理計算機控制。再經過一個會聚透鏡13，到達全息干版12與參考光發生干涉，并由全息干版記錄圖像信息。