激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法与流程

本发明属于全息术领域，具体涉及一种激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法。

背景技术：

计算机计算全息干涉条纹后，通过双远心镜头缩微系统，将干涉条纹分块逐次打印到全息记录介质上的技术称为激光全息直接打印技术。由于双远心镜头的清晰成像距离亦即像方景深有限，当干板与双远心镜头的距离不在该范围内时，打印到全息记录介质上的计算全息条纹将会产生离焦现象，这将导致全息图再现质量的下降，甚至无法再现原物。由于全息干板是固定在位移平台上，跟随控制台的操纵信号在水平方向和垂直方向分别运动，运动过程中，当干板平面与位移平台运动平面不平行时，或者干版本身的平面度不够时，离焦现象可能随时出现，并出现在干板运动过程中的任意位置，极大的影响全息图的打印质量。

全息图的再现效果与激光全息直接打印条纹的清晰度密切相关，打印过程中应当极力避免离焦现象的发生。专利CN104181131B提出了一种红外调制光致发光二维成像光路自动定位校准装置，专利CN2555526Y设计了一种实时全息干涉的精密复位微调全息干板支架，然而以上方法并不适用于激光全息直接打印系统。目前在进行激光全息直接打印时，多是依靠人工经验或者使用大焦深的双远心镜头来克服该缺陷，并没有快速准确地避免离焦现象产生的方法。

本发明提出一种激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法，可对干板进行精密定位，避免离焦现象的产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法，以避免打印过程中离焦现象的产生，提高全息图的打印与再现效果。

本发明的特征在于，激光全息直接打印的干板精密定位装置，至少含有光源、扩束准直镜、平面反射镜、空间光调制器、孔径光阑、双远心镜头、手动数显平移台、剪式升降台、标准检验干板、全息干板夹持件、二维角度精密调节仪、位移平台、CCD相机和计算机。其中，计算机既向空间光调制器加载图像，又向位移平台传递控制信号，同时还接受并显示由CCD相机采集到的图像。剪式升降台固定在手动数显平移台上，双远心镜头固定在剪式升降台上，通过配合使用手动数显平移台与剪式升降台，可在水平向和高低向分别调节双远心镜头的位置。二维角度精密调节仪固定在位移平台上，全息干板夹持件固定在二维角度精密调节仪上，标准检验干板可固定于全息干板夹持件中，利用二维角度精密调节仪，可在位移平台的两个运动轴线方向分别调节标准检验干板的角度。标准检验干板与全息干板夹持件是经特殊加工制作的，利用激光刻字技术在普通全息记录干板有药面的四个角上印刻相同的空心图案，如“口”字形，将此全息干板作为标准检验干板。全息干板夹持件包括固定件和活动件两部分，各有一凹槽，通过调节活动件的位置，可以改变凹槽的间距，标准检验干板可插入并固定于凹槽之中。

采用本发明进行干板精密定位的步骤为：利用计算机将一纯白色方形图像加载至空间光调制器，作为精密定位标准检验图案。光源产生光束，经扩束准直镜扩束准直后，调节平面反射镜的角度，使该光束以某一角度照射空间光调节器，空间光调制器将会产生方形图像的多级衍射像，其中一个衍射像在传播过程中水平向与高低向的空间位置保持不变，利用孔径光阑选取该级衍射像后，经双远心镜头的缩微作用传递到标准检验干板。

通过计算机操控位移平台，进而带动标准检验干板运动，首先使得方形衍射像照亮标准检验干板左上角的空心图案，由CCD相机采集它的图像，微调CCD相机位置，直至空心图案的边缘轮廓清晰，此后，CCD相机的位置保持固定不变。再操控位移平台，使得方形衍射像依次照亮标准检验干板其余三个空心图案，并通过微调二维角度精密调节仪，使得它们的边缘轮廓均清晰可见。由此，标准检验干板平面与位移平台的运动平面保持平行，此后将不再调节二维角度精密调节仪。若进行激光全息直接打印，需将标准检验干板更换为普通的全息记录干板，全息记录干板的平面与位移平台的运动平面也是平行的。

再利用计算机将一复杂图像加载至空间光调制器，操控位移平台，使该图像经缩微后投射到标准检验干板左上角空心图案的中心处，由CCD相机采集它的图像，配合微调手动数显平移台与剪式升降台，进而在水平向和高低向调节双远心镜头的位置，直至CCD相机中图像清晰，完成了全息干板的精密定位。

所述标准检验干板，为四个角上印刻有相同空心图案的普通全息记录干板，如“口”字形空心图案。

本发明提供的激光全息直接打印的干板精密定位装置结构简单，精密定位方法准确高效。

附图说明

实施例图：

本发明提供的激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法的附图有4个

图1激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法的第一个实施例的结构示意图。

图2全息干板夹持件的结构示意图。

图3激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法的第二个实施例的结构示意图。

图4对焦与离焦情况下激光直接打印图像的效果图。

图1～图4中，(1)-光源，(2)-扩束准直镜，(3)-平面反射镜，(4)-空间光调制器，(5)-孔径光阑，(6)-双远心镜头，(7)-手动数显平移台，(8)-剪式升降台，(9)-标准检验干板，(10)-全息干板夹持件，(11)-二维角度精密调节仪，(12)-位移平台，(13)-CCD相机，(14)-计算机，(15)-固定件，(16)-活动件，(17)-凹槽，(18)-M6内六角螺钉，(19)-M4螺纹孔，(20)-合色棱镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明“激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法”实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明提供的激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法的第一个实施例的结构示意图，包括光源(1)，扩束准直镜(2)，平面反射镜(3)、空间光调制器(4)，孔径光阑(5)，双远心镜头(6)，手动数显平移台(7)，剪式升降台(8)，标准检验干板(9)，全息干板夹持件(10)，二维角度精密调节仪(11)，位移平台(12)，CCD相机(13)，计算机(14)。由激光刻字技术，标准检验干板(9)有药面的四个角上分别印刻了“口”字形空心图案，记为左上角空心图案(901)、右上角空心图案(902)、左下角空心图案(903)和右下角空心图案(904)。

在该实施例中，光源(1)选择单色红光激光光源，该光源产生光束后，经扩束准直镜(2)扩束准直后，调节平面反射镜(3)的角度，使该光束以某一角度照射空间光调节器(4)。利用计算机将一纯白色方形图像加载至空间光调制器(4)，作为精密定位标准检验图案，空间光调制器(4)将会产生方形图像的多级衍射像，其中一个衍射像在传播过程中水平向与高低向的空间位置保持不变，利用孔径光阑(5)选取该级衍射像后，经双远心镜头(6)的缩微作用传递到标准检验干板(9)。

二维角度精密调节仪(11)固定在位移平台(12)上，全息干板夹持件(10)固定在二维角度精密调节仪(11)上，标准检验干板(9)固定于全息干板夹持件(10)中。通过计算机(14)操控位移平台(12)，进而带动标准检验干板(9)运动，首先使得方形衍射像照亮标准检验干板(9)左上角的空心图案(901)，由CCD相机(13)采集它的图像，微调CCD相机(13)位置，直至空心图案的边缘轮廓清晰，此后，CCD相机(13)的位置保持固定不变。再操控位移平台(12)，使得方形衍射像依次照亮标准检验干板(9)其余三个空心图案，并通过微调二维角度精密调节仪(11)，使得它们的边缘轮廓均清晰可见。由此，标准检验干板(9)平面与位移平台(12)的运动平面保持平行，此后将不再调节二维角度精密调节仪(11)。

再利用计算机(14)将一复杂图像加载至空间光调制器，操控位移平台(12)，使该图像经缩微后投射到标准检验干板(9)左上角空心图案(901)的中心处，由CCD相机(13)采集它的图像。剪式升降台(8)固定在手动数显平移台(7)上，双远心镜头(6)固定在剪式升降台(8)上，配合微调手动数显平移台(7)与剪式升降台(8)，进而在水平向和高低向调节双远心镜头(6)的位置，直至CCD相机(13)中图像清晰，完成了全息干板的精密定位。

图2为全息干板夹持件的结构示意图。全息干板夹持件包括铝制的固定件(15)与活动件(16)两部分，其中，活动件(16)可在固定件(15)上滑动，活动件(16)上有两个M6内六角螺钉(18)，通过该螺钉将活动件(16)固定，固定件(15)与活动件(16)上各有一凹槽(17)，可将标准检验干板(9)或全息干板插入凹槽中，固定件(15)上还有四个M4螺纹孔(19)，利用M4螺纹孔(19)将固定件(15)固定于二维角度精密调节仪(11)上。

图3为本发明提供的激光全息直接打印的干板精密定位装置和方法的第二个实施例的结构示意图，其具体结构与第一个实施例相似，其实施原理与本发明的第一实施例相同。但在该实施例中，采用了红、黄、蓝三色光源，经过合色棱镜(20)的合色作用，可用于彩色激光全息直接打印的干板精密定位。

图4为对焦与离焦情况下激光直接打印图像的效果图，由于全息条纹的打印效果不便于直观进行比较说明，选择激光直接打印微型汉字与英文字母图像，显微镜下观察，对焦与离焦时的打印效果分别如图4(a)与图4(b)所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。