本發(fā)明涉及全息立體圖像記錄技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可實(shí)現(xiàn)全視差的全息立體圖像記錄系統(tǒng)及記錄方法。

背景技術(shù)：

目前，全息立體圖像主要的合成全息技術(shù)是：兩步法合成全息圖，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)較好的立體效果而廣泛應(yīng)用在全息包裝膜、燙印模和全息防偽商標(biāo)上。它通過首先拍攝一枚面積很大的h1母版，將一系列水平視差的圖像存儲(chǔ)在h1上；然后，通過參考光的二次再現(xiàn)，把衍射出來的動(dòng)態(tài)圖像疊加到一起，通過另外一枚h2干板記錄下這一系列堆疊的圖像，使這些水平視差的動(dòng)態(tài)圖像存儲(chǔ)在這枚h2上。由于這一系列的動(dòng)態(tài)圖像是根據(jù)雙眼視差形成的，在觀察者看來，這就是一幅立體圖像。

通常，為了平衡衍射效率，以及縮短制作合成全息母版的時(shí)間，兩步法的合成全息在拍攝時(shí)，只能夠是實(shí)現(xiàn)一維水平視差的圖像顯示，不能做到水平與垂直全視差的全息立體圖像顯示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)全視差的反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)及記錄方法，用以降低制作工藝中所引入的誤差和噪聲、節(jié)省加工工序，進(jìn)而展現(xiàn)更加逼真的立體效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種可實(shí)現(xiàn)全視差的反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)，其包括有脈沖激光器，所述脈沖激光器的激光輸出側(cè)設(shè)有一分光器，所述分光器用于將所述脈沖激光器輸出的激光束分生兩束激光后傳輸，所述分光器輸出的第一束激光傳輸至全息記錄版的背側(cè)，所述分光器輸出的第二束激光通過一光學(xué)機(jī)構(gòu)而傳輸至全息記錄版的正側(cè)，所述光學(xué)機(jī)構(gòu)包括有沿第二束激光的傳輸方向依次設(shè)置的全息光學(xué)元件、管透鏡和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡，所述管透鏡和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡組成傅里葉變換透鏡組，所述傅里葉變換透鏡組用于將投影在全息光學(xué)元件上的圖像會(huì)聚并投影在全息記錄版的正側(cè)，以令全息記錄版上形成能量平頂分布的光斑。

優(yōu)選地，所述分光器輸出的第一束激與全息記錄版之間設(shè)有光闌、第一透鏡、第一反射鏡、第二透鏡和第二反射鏡，藉由所述光闌、第一透鏡、第一反射鏡、第二透鏡和第二反射鏡而將所述分光器輸出的第一束傳輸至全息記錄版的背側(cè)。

優(yōu)選地，所述光學(xué)機(jī)構(gòu)還包括有第一透鏡組和第一透鏡組，所述分光器輸出的第二束激光通過第一透鏡組和第一透鏡組而傳輸至全息光學(xué)元件。

優(yōu)選地，所述第一透鏡組和第一透鏡組之間設(shè)有反射式液晶空間光調(diào)制器，所述反射式液晶空間光調(diào)制器用于對(duì)入射的第二激光束進(jìn)行振幅調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生預(yù)設(shè)的圖形化激光束。

優(yōu)選地，所述全息記錄版上設(shè)有感光材料。

一種可實(shí)現(xiàn)全視差的反射式全息立體圖像記錄方法，該方法基于上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：所述脈沖激光器輸出的激光束經(jīng)過分光器分生兩束激光，所述分光器輸出的第一束激光傳輸至全息記錄版的背側(cè)，所述分光器輸出的第二束激光投影在全息光學(xué)元件上，利用管透鏡和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡組成的傅里葉變換透鏡組將投影在全息光學(xué)元件上的圖像會(huì)聚并投影在全息記錄版的正側(cè)，以令全息記錄版上形成能量平頂分布的光斑。

優(yōu)選地，所述分光器輸出的第一束激光通過光闌、第一透鏡、第一反射鏡、第二透鏡和第二反射鏡傳輸至全息記錄版的背側(cè)。

優(yōu)選地，所述分光器輸出的第二束激光通過第一透鏡組和第一透鏡組而傳輸至全息光學(xué)元件。

優(yōu)選地，利用所述反射式液晶空間光調(diào)制器對(duì)入射的第二激光束進(jìn)行振幅調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生預(yù)設(shè)的圖形化激光束。

優(yōu)選地，經(jīng)過所述反射式液晶空間光調(diào)制器反射后，驅(qū)使第二激光束的偏振狀態(tài)發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)。

本發(fā)明公開的反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)及記錄方法中，其引入了無窮遠(yuǎn)共軛的顯微物鏡體系，充分利用了顯微物鏡的超大數(shù)值孔徑，使得該系統(tǒng)打印出來的全息立體圖像的衍射視場(chǎng)角達(dá)到100°以上，可以使打印出來的全息立體圖像立體感更強(qiáng)烈，也更加逼真。同時(shí)，利用無窮遠(yuǎn)共軛的顯微物鏡系統(tǒng)，還為光學(xué)系統(tǒng)的搭建帶來更大的靈活性，不再受限于傅立葉變換透鏡的焦距、頻譜平面的位置等因素。此外，基于全息光學(xué)元件hoe，克服了普通透鏡的傅立葉變換效果無法避免的衍射零極的能量過大而造成記錄介質(zhì)的損傷，在保持原有的光學(xué)體系不改變的情況下，實(shí)現(xiàn)光斑強(qiáng)度的平頂式分布。

附圖說明

圖1為本發(fā)明反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明反射式全息立體圖像記錄方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更加詳細(xì)的描述。

本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)全視差的反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)，如圖1所示，其包括有脈沖激光器1，所述脈沖激光器1的激光輸出側(cè)設(shè)有一分光器2，所述分光器2用于將所述脈沖激光器1輸出的激光束分生兩束激光后傳輸，所述分光器2輸出的第一束激光傳輸至全息記錄版3的背側(cè)，所述分光器2輸出的第二束激光通過一光學(xué)機(jī)構(gòu)而傳輸至全息記錄版3的正側(cè)，所述光學(xué)機(jī)構(gòu)包括有沿第二束激光的傳輸方向依次設(shè)置的全息光學(xué)元件4、管透鏡5和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡6，所述管透鏡5和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡6組成傅里葉變換透鏡組，所述傅里葉變換透鏡組用于將投影在全息光學(xué)元件4上的圖像會(huì)聚并投影在全息記錄版3的正側(cè)，以令全息記錄版3上形成能量平頂分布的光斑。

上述反射式全息立體圖像記錄系統(tǒng)，其引入了無窮遠(yuǎn)共軛的顯微物鏡體系，充分利用了顯微物鏡的超大數(shù)值孔徑，使得該系統(tǒng)打印出來的全息立體圖像的衍射視場(chǎng)角達(dá)到100°以上，可以使打印出來的全息立體圖像立體感更強(qiáng)烈，也更加逼真。同時(shí)，利用無窮遠(yuǎn)共軛的顯微物鏡系統(tǒng)，還為光學(xué)系統(tǒng)的搭建帶來更大的靈活性，不再受限于傅立葉變換透鏡的焦距、頻譜平面的位置等因素。此外，基于全息光學(xué)元件hoe，克服了普通透鏡的傅立葉變換效果無法避免的衍射零極的能量過大而造成記錄介質(zhì)的損傷，在保持原有的光學(xué)體系不改變的情況下，實(shí)現(xiàn)光斑強(qiáng)度的平頂式分布。

進(jìn)一步地，所述分光器2輸出的第一束激與全息記錄版3之間設(shè)有光闌7、第一透鏡8、第一反射鏡9、第二透鏡10和第二反射鏡11，藉由所述光闌7、第一透鏡8、第一反射鏡9、第二透鏡10和第二反射鏡11而將所述分光器2輸出的第一束傳輸至全息記錄版3的背側(cè)。

本實(shí)施例中，所述光學(xué)機(jī)構(gòu)還包括有第一透鏡組12和第一透鏡組13，所述分光器2輸出的第二束激光通過第一透鏡組12和第一透鏡組13而傳輸至全息光學(xué)元件4。

作為一種優(yōu)選方式，所述第一透鏡組12和第一透鏡組13之間設(shè)有反射式液晶空間光調(diào)制器14，所述反射式液晶空間光調(diào)制器14用于對(duì)入射的第二激光束進(jìn)行振幅調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生預(yù)設(shè)的圖形化激光束。所述全息記錄版3上設(shè)有感光材料。

關(guān)于圖1中各字母的中英文對(duì)照，請(qǐng)參照下表：

關(guān)于各部分的功能解釋為：

bs1作為偏振分光棱鏡，將入射的激光束分成兩束：物光和參考光。分束后，物光與參考光的強(qiáng)度比例根據(jù)p1元件調(diào)整的偏振態(tài)決定；在物光部分，即第二激光束的傳輸路徑：分束后的激光光束，經(jīng)過偏振元件p2(通常為1/2波片)調(diào)整其偏振態(tài)后，進(jìn)入擴(kuò)束透鏡組ls1(lenssystem1)；

ls1(lenssystem1)是激光專用的透鏡組合，其作用是將入射的細(xì)激光束變成一束平行光束，作為lcos的照明光；

lcos的作用是對(duì)入射的平行光進(jìn)行振幅調(diào)制，由此產(chǎn)生記錄系統(tǒng)所需要的圖形化激光束；經(jīng)由lcos反射后，其偏振狀態(tài)發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)；

p3是偏振元件，其作用是提高圖形化激光束的圖像對(duì)比度，提高系統(tǒng)的整體信噪比；

hm(halfmirror)：，半透半反鏡。入射的照明光源被它反射至lcos，從lcos反射出來的、經(jīng)過圖形化調(diào)制后的激光束，由于其偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)了90°，能夠通過hm到達(dá)ls2；

ls2(lenssystem2)透鏡組是一組成像透鏡，該鏡組把圖形化的光斑成像于hoe所在平面；同時(shí)，透鏡組還能夠消除由于lcos的柵格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射，進(jìn)而提高圖形化激光束的質(zhì)量；

hoe(holographicopticalelement)的作用是把入射的圖形化激光束的圖像，與hoe元件自身的結(jié)構(gòu)相加乘，對(duì)圖形化激光束進(jìn)行光束整形，改變了圖形化激光束的相位分布，并限制圖形化激光束在接下來的傳播路徑。特別強(qiáng)調(diào)的是，由于hoe的加乘作用，圖形化激光束在透鏡的傅立葉變換作用下，產(chǎn)生的頻譜與常規(guī)的傅里葉變換不相同。說明如下：常規(guī)情況下，圖像在透鏡傅立葉變換作用下，會(huì)在透鏡的后焦面上(也稱為頻譜面)得到一系列分布在二維空間的頻譜，零極居中，且能量最大；高級(jí)次頻譜，如±1、±2、±3……分布于零極周圍，能量依次減弱。但是，經(jīng)過特殊制作的hoe加乘之后，入射到hoe上的圖形化激光束，經(jīng)過透鏡的傅立葉變換作用后，可以根據(jù)設(shè)計(jì)得到其頻譜面上的光板形狀，例如：一個(gè)六邊形、菱形、正方形、圓形等。同時(shí)，由于hoe的加乘作用，整形光斑內(nèi)的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為平頂式分布模式，即整個(gè)光斑區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度是均勻的，不存在明顯的強(qiáng)度差異。

經(jīng)過hoe之后，無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡objective和管透鏡tubelens組合成一個(gè)ftls(fouriertransformlenssystem)傅里葉變換透鏡組，它的作用就是把投影在hoe平面上的圖像，會(huì)聚并投影在objective的工作平面(holographicplane)上。由于，hoe自身結(jié)構(gòu)具有相位調(diào)制和整形的作用，在objective的工作平面上呈現(xiàn)的是一個(gè)特定形狀的光斑(如：六邊形)，并且整個(gè)光斑內(nèi)光強(qiáng)呈平頂式分布，光斑內(nèi)匯集了圖形化激光束的很多高級(jí)次衍射信息，這對(duì)于全息傅里葉變換存儲(chǔ)來說，具有非常重大的意義。最終，在hp平面上，得到的能量平頂分布的光斑，是圖形化激光束的傅里葉變換頻譜。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，這個(gè)光斑是根據(jù)顯微物鏡的放大倍率進(jìn)行縮小了的頻譜。

在參考光部分，即第一激光束的傳輸路徑：透鏡l1與透鏡l2組成的光學(xué)系統(tǒng)，將處于l1的前焦面上的光闌a1，投影于hp平面的感光材料上。a1的像，縮放的比例取決于透鏡l1與l2的焦距之比。注意到，hp平面與透鏡l2的后焦面是重合的。如圖所示的參考光是垂直于hp平面入射，也可以與hp平面成一定的角度入射，如：45°。

最終，在hp平面上的會(huì)得到分別來自于物光和參考光的兩個(gè)像：由顯微物鏡投影而成的圖形化激光束經(jīng)過傅里葉變換之后得到的平頂光斑，由透鏡l1與透鏡l2組成的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)a1進(jìn)行縮放得到的像。由于激光的干涉作用，這兩個(gè)光斑(物光與參考光)就會(huì)產(chǎn)生干涉，其干涉場(chǎng)分布就會(huì)被hp平面上的感光材料所記錄下來。這就完成了單點(diǎn)全息立體圖像的記錄。hp平面上，是一個(gè)搭載著感光材料進(jìn)行步進(jìn)式移動(dòng)的直線電機(jī)平移臺(tái)，每當(dāng)完成一次記錄，如：1mm×1mm的記錄面積，平移臺(tái)就會(huì)移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域進(jìn)行曝光記錄。當(dāng)設(shè)計(jì)的立體圖像的所有像素，都經(jīng)過這樣的曝光方式進(jìn)行記錄，就完成了一幅完整的全息立體圖像的記錄。

基于上述結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，本發(fā)明還公開一種可實(shí)現(xiàn)全視差的反射式全息立體圖像記錄方法，結(jié)合圖1和圖2所示，該方法基于上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：所述脈沖激光器1輸出的激光束經(jīng)過分光器2分生兩束激光，所述分光器2輸出的第一束激光傳輸至全息記錄版3的背側(cè)，所述分光器2輸出的第二束激光投影在全息光學(xué)元件4上，利用管透鏡5和無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡6組成的傅里葉變換透鏡組將投影在全息光學(xué)元件4上的圖像會(huì)聚并投影在全息記錄版3的正側(cè)，以令全息記錄版3上形成能量平頂分布的光斑。

本實(shí)施例中，所述分光器2輸出的第一束激光通過光闌7、第一透鏡8、第一反射鏡9、第二透鏡10和第二反射鏡11傳輸至全息記錄版3的背側(cè)。所述分光器2輸出的第二束激光通過第一透鏡組12和第一透鏡組13而傳輸至全息光學(xué)元件4。

進(jìn)一步地，利用所述反射式液晶空間光調(diào)制器14對(duì)入射的第二激光束進(jìn)行振幅調(diào)制，進(jìn)而產(chǎn)生預(yù)設(shè)的圖形化激光束。經(jīng)過所述反射式液晶空間光調(diào)制器14反射后，驅(qū)使第二激光束的偏振狀態(tài)發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)。

本發(fā)明引入的無窮遠(yuǎn)共軛顯微物鏡系統(tǒng)和hoe相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了傅立葉圖像中高級(jí)次衍射信息的收集，能夠克服單透鏡傅立葉變換對(duì)高級(jí)次衍射信息的收集受限于其物理孔徑的困難，真正實(shí)現(xiàn)了更多高級(jí)次衍射信息的記錄，得到圖像更多的細(xì)節(jié)。這樣，再現(xiàn)時(shí)的圖像細(xì)節(jié)會(huì)得到更好的體系，從而更加栩栩如生。同時(shí)，由于hoe的平頂作用，在整個(gè)空間視場(chǎng)角內(nèi)，各個(gè)方向的效率是一致，圖像的中心和邊緣的亮度是一致的。

其中，利用透鏡的傅立葉變換效果，來實(shí)現(xiàn)全息圖像的傅立葉存儲(chǔ)，整個(gè)制作的過程只需要一步，就可以實(shí)現(xiàn)全視差的全息立體圖像的打印，具備水平與垂直全視差的立體圖像，能夠展現(xiàn)更加逼真的立體效果，更易于被大眾所識(shí)別，起到更好的防偽作用。同時(shí)，本發(fā)明利用一步法記錄的全息圖，免去了兩步法需要分兩次拍攝h1、h2的麻煩，更重要的是，也減少了制作工藝所引入的誤差和噪聲等。相比現(xiàn)有技術(shù)中，兩步法記錄的全息立體圖像，無法做到很大的面積，比如：30cm×30cm。而利用一步法制作的全息圖，由于其顯示機(jī)理、圖像數(shù)據(jù)處理方式更加先進(jìn)，可以根據(jù)需要制作出任意尺寸大小的全息圖。即使在設(shè)備條件受限制的情況下，一步法的機(jī)理制作的全系立體圖像仍然可以通過拼接的方式，實(shí)現(xiàn)任意尺寸大小的全息圖記錄。

以上所述只是本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。