雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法與流程

2023-06-13 01:20:48

本發明屬於全息術領域，具體涉及一種雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法。

背景技術：

計算機計算全息幹涉條紋後，通過雙遠心鏡頭縮微系統，將幹涉條紋分塊逐次列印到全息記錄介質上的技術稱為雷射全息直接列印技術。由於雙遠心鏡頭的清晰成像距離亦即像方景深有限，當幹板與雙遠心鏡頭的距離不在該範圍內時，列印到全息記錄介質上的計算全息條紋將會產生離焦現象，這將導致全息圖再現質量的下降，甚至無法再現原物。由於全息幹板是固定在位移平臺上，跟隨控制臺的操縱信號在水平方向和垂直方向分別運動，運動過程中，當幹板平面與位移平臺運動平面不平行時，或者幹版本身的平面度不夠時，離焦現象可能隨時出現，並出現在幹板運動過程中的任意位置，極大的影響全息圖的列印質量。

全息圖的再現效果與雷射全息直接列印條紋的清晰度密切相關，列印過程中應當極力避免離焦現象的發生。專利CN104181131B提出了一種紅外調製光致發光二維成像光路自動定位校準裝置，專利CN2555526Y設計了一種實時全息幹涉的精密復位微調全息幹板支架，然而以上方法並不適用於雷射全息直接列印系統。目前在進行雷射全息直接列印時，多是依靠人工經驗或者使用大焦深的雙遠心鏡頭來克服該缺陷，並沒有快速準確地避免離焦現象產生的方法。

本發明提出一種雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法，可對幹板進行精密定位，避免離焦現象的產生。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法，以避免列印過程中離焦現象的產生，提高全息圖的列印與再現效果。

本發明的特徵在於，雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置，至少含有光源、擴束準直鏡、平面反射鏡、空間光調製器、孔徑光闌、雙遠心鏡頭、手動數顯平移臺、剪式升降臺、標準檢驗幹板、全息幹板夾持件、二維角度精密調節儀、位移平臺、CCD相機和計算機。其中，計算機既向空間光調製器加載圖像，又向位移平臺傳遞控制信號，同時還接受並顯示由CCD相機採集到的圖像。剪式升降臺固定在手動數顯平移臺上，雙遠心鏡頭固定在剪式升降臺上，通過配合使用手動數顯平移臺與剪式升降臺，可在水平向和高低向分別調節雙遠心鏡頭的位置。二維角度精密調節儀固定在位移平臺上，全息幹板夾持件固定在二維角度精密調節儀上，標準檢驗幹板可固定於全息幹板夾持件中，利用二維角度精密調節儀，可在位移平臺的兩個運動軸線方向分別調節標準檢驗幹板的角度。標準檢驗幹板與全息幹板夾持件是經特殊加工製作的，利用雷射刻字技術在普通全息記錄幹板有藥面的四個角上印刻相同的空心圖案，如「口」字形，將此全息幹板作為標準檢驗幹板。全息幹板夾持件包括固定件和活動件兩部分，各有一凹槽，通過調節活動件的位置，可以改變凹槽的間距，標準檢驗幹板可插入並固定於凹槽之中。

採用本發明進行幹板精密定位的步驟為：利用計算機將一純白色方形圖像加載至空間光調製器，作為精密定位標準檢驗圖案。光源產生光束，經擴束準直鏡擴束準直後，調節平面反射鏡的角度，使該光束以某一角度照射空間光調節器，空間光調製器將會產生方形圖像的多級衍射像，其中一個衍射像在傳播過程中水平向與高低向的空間位置保持不變，利用孔徑光闌選取該級衍射像後，經雙遠心鏡頭的縮微作用傳遞到標準檢驗幹板。

通過計算機操控位移平臺，進而帶動標準檢驗幹板運動，首先使得方形衍射像照亮標準檢驗幹板左上角的空心圖案，由CCD相機採集它的圖像，微調CCD相機位置，直至空心圖案的邊緣輪廓清晰，此後，CCD相機的位置保持固定不變。再操控位移平臺，使得方形衍射像依次照亮標準檢驗幹板其餘三個空心圖案，並通過微調二維角度精密調節儀，使得它們的邊緣輪廓均清晰可見。由此，標準檢驗幹板平面與位移平臺的運動平面保持平行，此後將不再調節二維角度精密調節儀。若進行雷射全息直接列印，需將標準檢驗幹板更換為普通的全息記錄幹板，全息記錄幹板的平面與位移平臺的運動平面也是平行的。

再利用計算機將一複雜圖像加載至空間光調製器，操控位移平臺，使該圖像經縮微後投射到標準檢驗幹板左上角空心圖案的中心處，由CCD相機採集它的圖像，配合微調手動數顯平移臺與剪式升降臺，進而在水平向和高低向調節雙遠心鏡頭的位置，直至CCD相機中圖像清晰，完成了全息幹板的精密定位。

所述標準檢驗幹板，為四個角上印刻有相同空心圖案的普通全息記錄幹板，如「口」字形空心圖案。

本發明提供的雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置結構簡單，精密定位方法準確高效。

附圖說明

實施例圖：

本發明提供的雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法的附圖有4個

圖1雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法的第一個實施例的結構示意圖。

圖2全息幹板夾持件的結構示意圖。

圖3雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法的第二個實施例的結構示意圖。

圖4對焦與離焦情況下雷射直接列印圖像的效果圖。

圖1～圖4中，(1)-光源，(2)-擴束準直鏡，(3)-平面反射鏡，(4)-空間光調製器，(5)-孔徑光闌，(6)-雙遠心鏡頭，(7)-手動數顯平移臺，(8)-剪式升降臺，(9)-標準檢驗幹板，(10)-全息幹板夾持件，(11)-二維角度精密調節儀，(12)-位移平臺，(13)-CCD相機，(14)-計算機，(15)-固定件，(16)-活動件，(17)-凹槽，(18)-M6內六角螺釘，(19)-M4螺紋孔，(20)-合色稜鏡。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明「雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法」實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發明提供的雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法的第一個實施例的結構示意圖，包括光源(1)，擴束準直鏡(2)，平面反射鏡(3)、空間光調製器(4)，孔徑光闌(5)，雙遠心鏡頭(6)，手動數顯平移臺(7)，剪式升降臺(8)，標準檢驗幹板(9)，全息幹板夾持件(10)，二維角度精密調節儀(11)，位移平臺(12)，CCD相機(13)，計算機(14)。由雷射刻字技術，標準檢驗幹板(9)有藥面的四個角上分別印刻了「口」字形空心圖案，記為左上角空心圖案(901)、右上角空心圖案(902)、左下角空心圖案(903)和右下角空心圖案(904)。

在該實施例中，光源(1)選擇單色紅光雷射光源，該光源產生光束後，經擴束準直鏡(2)擴束準直後，調節平面反射鏡(3)的角度，使該光束以某一角度照射空間光調節器(4)。利用計算機將一純白色方形圖像加載至空間光調製器(4)，作為精密定位標準檢驗圖案，空間光調製器(4)將會產生方形圖像的多級衍射像，其中一個衍射像在傳播過程中水平向與高低向的空間位置保持不變，利用孔徑光闌(5)選取該級衍射像後，經雙遠心鏡頭(6)的縮微作用傳遞到標準檢驗幹板(9)。

二維角度精密調節儀(11)固定在位移平臺(12)上，全息幹板夾持件(10)固定在二維角度精密調節儀(11)上，標準檢驗幹板(9)固定於全息幹板夾持件(10)中。通過計算機(14)操控位移平臺(12)，進而帶動標準檢驗幹板(9)運動，首先使得方形衍射像照亮標準檢驗幹板(9)左上角的空心圖案(901)，由CCD相機(13)採集它的圖像，微調CCD相機(13)位置，直至空心圖案的邊緣輪廓清晰，此後，CCD相機(13)的位置保持固定不變。再操控位移平臺(12)，使得方形衍射像依次照亮標準檢驗幹板(9)其餘三個空心圖案，並通過微調二維角度精密調節儀(11)，使得它們的邊緣輪廓均清晰可見。由此，標準檢驗幹板(9)平面與位移平臺(12)的運動平面保持平行，此後將不再調節二維角度精密調節儀(11)。

再利用計算機(14)將一複雜圖像加載至空間光調製器，操控位移平臺(12)，使該圖像經縮微後投射到標準檢驗幹板(9)左上角空心圖案(901)的中心處，由CCD相機(13)採集它的圖像。剪式升降臺(8)固定在手動數顯平移臺(7)上，雙遠心鏡頭(6)固定在剪式升降臺(8)上，配合微調手動數顯平移臺(7)與剪式升降臺(8)，進而在水平向和高低向調節雙遠心鏡頭(6)的位置，直至CCD相機(13)中圖像清晰，完成了全息幹板的精密定位。

圖2為全息幹板夾持件的結構示意圖。全息幹板夾持件包括鋁製的固定件(15)與活動件(16)兩部分，其中，活動件(16)可在固定件(15)上滑動，活動件(16)上有兩個M6內六角螺釘(18)，通過該螺釘將活動件(16)固定，固定件(15)與活動件(16)上各有一凹槽(17)，可將標準檢驗幹板(9)或全息幹板插入凹槽中，固定件(15)上還有四個M4螺紋孔(19)，利用M4螺紋孔(19)將固定件(15)固定於二維角度精密調節儀(11)上。

圖3為本發明提供的雷射全息直接列印的幹板精密定位裝置和方法的第二個實施例的結構示意圖，其具體結構與第一個實施例相似，其實施原理與本發明的第一實施例相同。但在該實施例中，採用了紅、黃、藍三色光源，經過合色稜鏡(20)的合色作用，可用於彩色雷射全息直接列印的幹板精密定位。

圖4為對焦與離焦情況下雷射直接列印圖像的效果圖，由於全息條紋的列印效果不便於直觀進行比較說明，選擇雷射直接列印微型漢字與英文字母圖像，顯微鏡下觀察，對焦與離焦時的列印效果分別如圖4(a)與圖4(b)所示。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。