激光打印

三维激光打印方法与系统专利目的

《三维激光打印方法与系统》的发明目的是提供一种三维激光打印方法与系统，以简单的结构和方法，实现基于光栅空频和角度连续调制的三维激光打印。

三维激光打印方法与系统技术方案

一种三维激光打印方法，采用四参量连续调制激光打印输出方法制备由按位置坐标排列的衍射像素构成的三维图像，所述衍射像素内填充有特定空频和取向角的像素光栅，所述四参量包括像素光栅的位置坐标（x，y），像素光栅的空频Λ和取向角θ，所述四参量通过对三维信息的连续调制实现三维图像的激光打印输出，其特征在于：所述像素光栅的调制方法基于4F成像系统与衍射光栅实现，所述4F成像系统包括第一傅立叶变换透镜或透镜组与第二傅立叶变换透镜或透镜组，所述衍射光栅置于第一傅立叶变换透镜或透镜组与第二傅立叶变换透镜或透镜组之间，通过改变所述衍射光栅与第一傅立叶变换透镜或透镜组之间的距离，实现光栅空频的连续调制，通过旋转所述衍射光栅，实现光栅取向角的连续调制，通过4F系统的光轴与记录平面的相对移动实现所述位置坐标的连续调制，所述打印方法通过在不同位置坐标处打印输出经连续调制的光栅像素点阵实现三维激光打印。

上述技术方案中，所输出的三维图像中像素光栅的空频和取向由衍射像素所在的平面坐标和观察窗口的位置坐标确定的衍射光线方向、照明光线的入射方向以及衍射光线的波长根据衍射光栅方程共同确定，所述衍射光线的波长由所述衍射像素对应点的图像信息的颜色确定。

采用上述技术方案，可以获得一种光栅空频和取向连续可变的四参量（x，y，Λ，θ）三维彩色图像。所述三维彩色图像信息记录在（x，y）平面内，由与坐标位置对应的系列衍射像素构成，所述衍射像素由一组具有特定空频Λ和取向θ的像素光栅填充而成。衍射像素发出的衍射光线进入距离平面（x，y）一定距离处的平面（x’，y’）中所设定的观察窗口的指定位置坐标处。所述像素光栅的空频和取向由光栅像素所在的平面坐标（x，y）与观察窗口中光线入射位置坐标（x’，y’）确定的衍射光线方向、照明光线的入射方向以及衍射光线的波长根据光栅方程共同确定，所述照明光线方向根据使用条件设定，所述衍射光线的波长由所述衍射像素点对应的图像信息的颜色确定。

上述方案中，所述观察窗口优选为平行于观察者双眼连线方向的狭缝型窗口，所述狭缝型窗口包含若干观察区域，所述每一观察区域对应三维图像的一个观察视角，三维彩色图像信息记录平面上不同观察视角的衍射像素的衍射光线分别入射不同的观察区域。

一种三维激光打印系统，包括光源、光学成像子系统、机电结构子系统、运动控制子系统、记录介质，光源发出的光线入射光学成像子系统形成特定空频和取向的光栅条纹信息，记录在记录介质上，所述光学成像子系统至少包含一组由4F成像透镜和衍射光栅构成的空频和角度连续调制光路，所述4F成像系统包括第一傅立叶变换透镜或透镜组与第二傅立叶变换透镜或透镜组，所述衍射光栅置于第一傅立叶变换透镜或透镜组与第二傅立叶变换透镜或透镜组之间，所述机电结构子系统包括衍射光栅平动机构、衍射光栅转动机构、二维精密平移机构，所述运动控制子系统协调控制衍射光栅的平动和转动，二维精密平台的平动和光源快门，在相应位置坐标处打印输出经连续调制的衍射像素点阵，实现三维图像的打印输出。

上述技术方案中，所述光源为相干光源，选自连续激光光源或脉冲激光光源。所述脉冲光源包括并不局限于纳秒脉冲激光光源、皮秒脉冲激光光源、飞秒脉冲激光光源等。

上述方案中，所述光源输出的光束通过光学成像子系统后可以对光敏材料曝光形成光栅条纹，也可以直接在基底材料上烧蚀出光栅条纹，还可以直接在基底材料上引发光致变色或者位相结构变化，形成对应的光栅条纹。

所述光学成像子系统还包括视场光阑、可变光阑、微缩物镜、自动聚焦光路、实时观测光路。

所述视场光阑、可变光阑可以是空间光调制器，也可以是机械可变光阑，光阑的形状和大小可由运动控制系统实时调节，用于控制进入系统的光束直径。所述视场光阑优选位于第二傅立叶变换透镜后的光轴上。

所述微缩物镜可对4F成像系统后的视场光阑面上的信息进行微缩成像，提高像素光栅的空频。

所述自动聚焦光路保证光学成像子系统的成像面聚焦在基底材料附近。

所述实时检测光路对基底材料表面进行成像检测。

所述机电结构还包括自动聚焦控制机构、光源快门控制机构。

所述运动控制子系统优选由计算机和控制程序进行协调控制。

三维激光打印方法与系统改善效果

1．《三维激光打印方法与系统》通过设置4F成像系统，将衍射光栅置于第一傅立叶变换透镜或透镜组与第二傅立叶变换透镜或透镜组之间，实现了光栅空频的连续可调，基于光栅空频和取向连续可变的四参量的微纳结构来编码形成三维彩色图像，其三维图像立体感和真实感更强、颜色表现更准确丰富。

2．该发明提出的基于光栅空频和取向连续可变的四参量（x，y，Λ，θ）的微纳结构实现三维彩色图像的方法更加有效。

3．该发明的提出的三维激光打印系统能够真正实现四参量（x，y，Λ，θ）的三维彩色图像输出，系统的打印调制精度高，系统结构简单，打印成像效果好。