一種利用二次全息的數字全息圖列印系統的製作方法

2023-05-17 20:45:06 2

專利名稱：：一種利用二次全息的數字全息圖列印系統的製作方法
技術領域：
：本發明屬於全息顯示
技術領域：
，具體涉及一種利用二次全息的數字全息圖列印系統。
背景技術：
：全息術自發明以來，隨著雷射技術和全息技術的發展，全息顯示已經深入到社會生活的各方面，廣泛應用於包裝、防偽、廣告、印刷等領域。特別是近年來，三維全息顯示由於其全視差、多角度的裸眼真三維逼真顯示效果，已經成為新的研究熱點(如Jff.Perry,Updateon3Ddisplays,Nature451,636-637(2008)；S.Tayet.al.,Anupdatableholographicthree-dimensionaldisplay,Nature451,695-698(2008)；P.A.Blancheetal.,Holographicthree-dimensionaltelepresenceusinglarge-areaphotorefractivepolymer,Nature468,80-83(2010)；Ozakiet.al.,Surface-PlasmonHolographywithWhite-LightIllumination,Science332,218-220(2011);而且向著大面積、大視場、全視差、真彩色的方向發展，可以廣泛應用於各種顯示領域，如結構設計、舞臺、影院、廣告等，具有極大的商業潛力。同時利用三維全息顯示技術製作的全息地圖板，既具備紙質和電子地圖的精確性，又具有適於人眼觀察的三維直觀性和空間立體感，在未來的國防軍事領域具有重大應用潛力。全息圖由於其信息量巨大，其列印輸出技術也是一個研究熱點。一張利用光學全息製作的手掌大小的全視差全息圖含有近1000億比特的數據，即使採用帶寬壓縮方法製作的相同大小的計算全息圖，也具有數量極為可觀的數據，並且隨著全息圖尺寸的增大，數據量成倍增加。對於三維全息顯示，數據量將更為龐大，堪稱海量數據。因此，快速列印輸出如此數量巨大的全息圖變得極為重要，而雷射全息列印技術是製作和列印輸出全息圖一個極為重要方法。採用單束雷射聚焦後，在全息記錄介質上逐點寫入的單光束直寫技術，顯然不能滿足快速製作全息圖的要求。目前快速全息圖輸出技術主要有如下幾種，一種是利用雷射全息照排的方法(如蘇州大學信息光學工程研究所，CN1182445C，CN11511410C)，採用幹涉型光學鏡頭生成點陣全息圖，由於採用幹涉型光學鏡頭，系統較為複雜，對振動敏感；一種是採用LCD的雷射縮微照排技術(如浙江師範大學信息光學研究所，CN101051097A)，將全息圖加載在IXD上，採用縮微成像系統進行縮微成像，寫入全息圖。這種系統對縮微鏡頭的要求很高，需要極高的解析度與像差矯正，系統也比較複雜。針對以上問題，如果可以設計一種結構簡單、同時又能實現快速的全息圖輸出列印系統，將大大提高全息圖的製作速度，對全息顯示技術將帶來巨大推動作用。
發明內容本發明的目的是提供一種能夠快速實現數字全息圖列印輸出的系統。關鍵技術在於將目標全息圖分成多個子全息圖，利用二次全息的方法，計算出子全息圖對應的二次全息圖，然後將二次全息圖加載於空間光調製器，採用雷射全息曝光的方式將子全息圖一次寫入，這種方式可以一次並行寫入多幅子圖，還可以採用拼接的方式製作更大尺寸的全息圖，大大提高全息圖的列印輸出速度。本發明的特徵在於，一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，至少含有用於全息圖寫入的寫入光源、將寫入光源整形成平行光的準直系統、用於加載二次全息圖並衍射形成子全息圖的空間光調製器、用於記錄全息圖的全息圖記錄介質、用於遮擋雜散光、高階衍射光和共軛像的矩形光闌、用於目標全息圖計算、子全息圖劃分、二次全息圖計算的全息圖計算系統、用於控制系統移動以實現子圖分幅寫入的伺服控制系統。其中，由寫入光源、準直系統、空間光調製器、矩形光闌、伺服控制系統構成全息寫入系統。採用本發明實現全息圖的輸出列印的步驟為由全息圖計算系統計算產生的目標全息圖，並通過全息圖計算系統將目標全息圖劃分成至少2個以上的子全息圖，全息圖計算系統將子全息圖作為新的目標全息圖，通過再次全息計算，得到二次全息圖，同時將二次全息圖加載於空間光調製器，當寫入光源入射到空間光調製器上時，加載二次全息圖的空間光調製器衍射寫入光源的入射雷射，通過矩形光闌遮擋雜散光、高階衍射光，在放置於再現像面的全息圖記錄介質上曝光，實現子全息圖的寫入，由伺服控制系統控制全息圖記錄介質或全息寫入系統的移動，即可在全息圖記錄介質上實現整幅目標全息圖的寫入製作。所述寫入光源與全息圖計算系統所採用的光源具有相同波長，且對應的全息記錄介質材料要對寫入光源的波長光學敏感，同時全息記錄介質對寫入光源的波長具有高亮度衍射特性，其材料為齒化物銀鹽幹版、光折變聚合物薄膜。所述的空間光調製器可以是透射型的，也可以是反射型的，調製模式為幅值調製或相位調製。所述的目標全息圖由全息圖計算系統通過光學幹涉全息或計算全息的方法得到，當採用計算全息時，該全息圖可由計算機三維建模的3D模型生成或由三維掃描產生的三維數據點集生成。所述的伺服控制系統為二維平移機構，用來控制全息圖記錄介質的移動，也可以用來控制全息寫入系統的移動，以將子全息圖逐幅寫入全息記錄介質。所述的子全息圖寫入過程，是將目標全息圖按照特定的分割方法分割成至少2幅以上的子全息圖，計算該子全息圖對應的二次全息圖，並將二次全息圖加載於空間光調製器，在寫入光源入射時，空間光調製器調製寫入光源，在全息記錄介質上衍射生成子全息圖條紋，實現子全息圖的分幅寫入。所述的二次全息圖可以是相位型全息圖，也可以是幅值型全息圖。所述的全息圖寫入方法，包括使用I套全息寫入系統將每個子全息圖分幅寫入，和使用2套以上的全息寫入系統在全息圖記錄介質同時寫入多幅子全息圖，並通過將2幅以上的全息圖記錄介質拼接，得到大幅的全息圖製作。本發明與現有全息圖輸出列印系統相比，具有如下特點1、系統結構簡單，實現了全息圖的雷射直接二維面寫入，系統可靠性高，可維護性強，對震動不敏感；2、通過採用二維面寫入、多幅子圖並行寫入、多全息圖拼接的方式，可以實現高速的大幅面全息圖列印輸出，極大的提高了全息圖列印輸出效率。本發明「一種利用二次全息的數字全息圖列印系統」的附圖有4個。圖1為本發明提供的利用二次全息的數字全息圖列印系統的第一個實施例的結構示意圖。圖2為本發明提供的二次全息圖的計算流程示意圖。圖3為本發明提供的利用二次全息的數字全息圖列印系統的第二個實施例的結構示意圖。圖4為本發明提供的利用二次全息的數字全息圖列印系統的第三個實施例的結構示意圖。圖1圖4中，(I)-寫入光源，(2)-準直系統，(3)-空間光調製器，(4)-矩形光闌、(5)-全息圖記錄介質、(6)-全息圖計算系統、(7)-伺服控制系統，(8)-目標全息圖，(9)-子全息圖，(10)-二次全息圖、(11)-部分反射鏡、(12)-全反射鏡、(13)拼接全息圖。具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明「一種利用二次全息的數字全息圖列印系統」做進一步描述。圖1為本發明提供的利用二次全息的數字全息圖列印系統的第一個實施例，包括寫入光源(I)、準直系統(2)、空間光調製器(3)、矩形光闌(4)、全息圖記錄介質(5)、全息圖計算系統(6)、伺服控制系統(7)、目標全息圖(8)、子全息圖(9)、二次全息圖(10)。在該實施例中，目標全息圖(8)由全息圖計算系統(6)生成，可由光學幹涉全息或者計算全息的方法生成，全息圖計算系統(6)採用幾何分割的辦法將目標全息圖分割成2幅以上的多幅子全息圖(9)，本實施例中給出的是分成9幅子圖的一個特例。全息圖計算系統(6)將子全息圖(9)作為新的目標全息圖，計算子全息圖(9)對應的二次全息圖(10)，並將計算得到的二次全息圖(10)加載於空間光調製器(3)上。二次全息圖可以是幅值全息圖或相位全息圖，在本實施例中為相位全息圖。空間光調製器可以是各種空間光調製器，如透射式或反射式，相位調製型或幅值調製型，這裡選用透射式的相位型空間光調製器只是作為本發明的一個方便說明的實例。寫入光源(I)為對全息記錄介質敏感實現曝光的雷射器，可採用半導體雷射器、固體雷射器、氣體雷射器、準分子雷射器等各種雷射器。通過準直系統，寫入光源(I)發出的雷射被整形為平行光，併入射到空間光調製器(3)上。空間光調製器(3)由於加載了二次全息圖(10)，對入射雷射進行調製，並在置於再現像面上的全息圖記錄介質(5)上形成和子全息圖(9)相同的衍射圖樣，由於全息記錄介質(5)對寫入雷射敏感，在全息記錄介質(5)上進行光學曝光，這樣子全息圖(8)便記錄在全息記錄介質上。矩形光闌(4)孔徑與空間光調製器衍射生成的子全息圖(9)衍射圖樣一致，並與其重合，用以遮擋雜散光、高階衍射光和共軛像。全息圖計算系統(6)通過控制伺服控制系統，移動全息寫入系統或者全息記錄介質(5)，同時將子全息圖逐幅加載到空間光調製器，於是便可以將各子全息圖(9)逐幅輸出列印到全息記錄介質(5)上，得到完整的目標全息圖⑶。在本實施例中，由子全息圖生成二次全息圖的計算方法有多種，如迭代傅立葉算法、直接二元搜索算法、模擬退火算法等。本實施例以模擬退火算法來計算二次全息圖，如圖2所示。令目標全息圖⑶為H，將其分為N(N彡2)個子全息圖(9)，其中第j(I彡j彡N)個子全息圖記為/(/_(%)，子全息圖(9)對應由計算得到的二次全息圖(10)為tf(k，l)，實際的二次全息圖對應的再現像為屮(m，n)。設全息面(即空間光調製器(3)所在的面)和再現像面(即全息圖記錄介質(5)所在的面)滿足二維傅立葉變換關係:權利要求1.一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，至少含有:寫入光源(I)、準直系統(2)、空間光調製器(3)、矩形光闌(4)、全息圖記錄介質(5)、全息圖計算系統(6)、伺服控制系統(7)，由寫入光源⑴、準直系統(2)、空間光調製器(3)、矩形光闌⑷、伺服控制系統(7)構成全息寫入系統，需要記錄在全息圖記錄介質(5)上的目標全息圖(8)由全息圖計算系統(6)計算產生，全息圖計算系統(6)將目標全息圖⑶劃分成至少2個以上的子全息圖(9)，將子全息圖作為新的目標全息圖，由全息圖計算系統(6)通過再次全息計算，得到加載於空間光調製器上的二次全息圖(10)。將全息圖記錄介質(5)放在二次全息圖(10)的再現像面上，寫入光源(I)通過準直系統(2)成為平行光，入射到空間光調製器(3)，加載了二次全息圖(10)的空間光調製器(3)將準直後的寫入光源⑴衍射，在全息圖記錄介質(5)上衍射形成子全息圖(9)的條紋，將子全息圖(9)曝光寫入全息圖記錄介質(5)，由伺服控制系統(7)控制，通過在全息圖記錄介質(5)逐幅寫入子全息圖(9)，實現整幅目標全息圖⑶列印輸出到全息圖記錄介質(5)上。2.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，所述寫入光源(I)與全息圖計算系統(6)所採用的光源具有相同波長。3.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，所述的空間光調製器(3)是透射型或反射型空間光調製器，調製模式為幅值調製或相位調製。4.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，所述全息圖記錄介質(5)是具有高亮度衍射特性的全息記錄介質材料，為滷化物銀鹽幹版和光折變聚合物薄膜，且對於寫入光源(I)的波長敏感。5.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，所述目標全息圖(8)由光學幹涉全息或計算全息的方法得到，當採用計算全息時，該全息圖可由計算機三維建模的3D模型生成或由三維掃描實體產生的三維數據點集生成。6.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，所述的伺服控制系統(7)為二維平移機構，用來控制全息圖記錄介質(5)的移動或控制全息寫入系統的移動，將子全息圖逐幅寫入全息記錄介質(5)。7.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，將目標全息圖(8)按照特定的分割方法分割成至少2幅以上的子全息圖(9)，將子全息圖(9)作為新的目標全息圖，通過全息圖計算系統(6)的二次全息計算得到其對應的二次全息圖(10)，將其加載於空間光調製器(3)，實現子全息圖(9)在全息圖記錄介質(5)上的分幅寫入。8.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，採用權利要求7所述的二次全息圖(10)是相位型全息圖或幅值型全息圖。9.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，採用權利要求7所述方法，使用2套以上的全息寫入系統在全息圖記錄介質(5)同時寫入多幅子全息圖(9)ο10.根據權利要求1所述的一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於，通過將2幅以上的全息圖記錄介質(5)拼接粘合，得到大幅面的全息圖。全文摘要本發明屬於全息顯示
技術領域：
，具體涉及一種利用二次全息的數字全息圖列印系統，其特徵在於包含寫入光源、準直系統、空間光調製器、矩形光闌、全息圖記錄介質、全息圖計算系統、伺服控制系統。通過全息圖計算系統，將目標全息圖分割成兩幅以上的子全息圖，將子全息圖作為新的目標全息圖，對子全息圖做二次全息計算得到二次全息圖，將二次全息圖加載於空間光調製器，衍射寫入光源的入射雷射，在全息記錄介質上衍射形成子全息圖條紋，實現子全息圖的二次全息寫入，通過逐幅寫入子全息圖，可實現目標全息圖的列印輸出。具體通過多幅子全息圖並行寫入和拼接粘合的方式，可以實現快速的大幅面全息圖列印輸出，解決了傳統技術不能快速列印輸出大幅面全息圖的問題。文檔編號G03H1/12GK103076734SQ20121051614公開日2013年5月1日申請日期2012年11月28日優先權日2012年11月28日發明者閆興鵬,蔣曉瑜,裴闖,李強,梁浩聰,汪熙,劉中晅,陳卓,張鵬煒申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院