CN113900365B - 全息打印机的光路系统和全息打印机 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种全息打印机的光路系统和全息打印机，其中，该光路系统包括：全息图获取模块和全息成像装置，其中，全息成像装置包括同步控制器、光源组件、光处理组件和空间光调制器；全息图获取模块，用于获取目标物体的多张全息图；同步控制器，用于控制空间光调制器依次加载多张全息图，并控制光源组件提供与空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；光处理组件和空间光调制器，用于对初始光束进行处理，以得到目标物体的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。由此，能够实现全彩色动态3D相片打印。
Description
技术领域
本申请涉及全息打印技术领域，尤其涉及一种全息打印机的光路系统和全息打印机。
背景技术
近年来，随着计算机技术与全息技术结合得更加紧密，全息打印技术得到了飞速地发展，相比于传统的光学全息，全息打印技术可以将虚拟场景的三维信息存储于全息记录介质。目前，全息打印技术已被广泛应用于商业、军事、医疗和广告业等领域。
在现有的全息打印技术方案中：基于实物的全息照相技术，通常采用实物进行干涉记录，由于不同实物的反光率不同，深色及粗糙物体的显示指数通常较低，导致记录形成的全息相片衍射效率低，即再现像亮度较低，通常需要白光照射才能观察到全息图像，影响了用户的使用体验。
基于单色激光的计算全息打印技术，通过计算全息算法生成全息图，并利用空间光调制器进行加载，同时采用单色激光照射加载的全息图，反射形成物光，然后物光和参考光在全息干板中发生干涉，将物体的振幅和相位记录在全息干板中。由于此方案是单色计算全息打印，不具备全彩色动态全息显示的效果。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种全息打印机的光路系统，能够实现全彩色动态3D（Three Dimensional，三维图形）相片打印。
本申请的第二个目的在于提出一种全息打印机。
为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种全息打印机的光路系统，包括：全息图获取模块和全息成像装置，所述全息图获取模块与所述全息成像装置相连，其中，所述全息成像装置包括同步控制器、光源组件、光处理组件和空间光调制器，其中，所述同步控制器分别与所述光源组件和所述空间光调制器相连，所述空间光调制器与所述全息图获取模块相连；所述全息图获取模块，用于获取目标物体的多张全息图；所述同步控制器，用于控制所述空间光调制器依次加载所述多张全息图，并控制所述光源组件提供与所述空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；所述光处理组件和所述空间光调制器，用于对所述初始光束进行处理，以得到所述目标物体的目标物光和目标参考光，并对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。
本申请实施例的全息打印机的光路系统，通过全息获取模块获取多张全息图，并通过同步控制器控制空间光调制器依次加载该多张全息图，以及控制光源组件提供与空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束，而后通过光处理组件和空间光调制器对初始光束进行处理，以得到目标物体的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。由此，能够实现全彩色动态3D相片打印。
另外，根据本申请上述实施例提出的全息打印机的光路系统还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，所述全息图获取模块，具体用于：获取所述目标物体的三维模型，其中，所述三维模型为全彩色三维模型；以不同的渲染角度对所述三维模型进行渲染，以得到多组深度图和轮廓图根据所述多组深度图和轮廓图，生成所述多张全息图。
根据本申请的一个实施例，所述光源组件包括白激光器、色轮、衰减片、电子快门和第一半波片，其中，所述白激光器、所述色轮、所述衰减片、所述电子快门和所述第一半波片依次设置在一条直线上，其中，所述同步控制器与所述色轮相连；所述白激光器，用于产生白光；所述同步控制器，具体用于控制所述色轮进行颜色的切换，以将所述白光转换为颜色光；所述衰减片、所述电子快门和所述第一半波片，用于依次对所述颜色光进行处理，以得到所述初始光束。
根据本申请的一个实施例，所述光处理组件包括偏振分光棱镜PBS（PolarizationBeam Splitter，偏振分光棱镜）、第一扩束组件和第二扩束组件，其中，所述偏振分光棱镜PBS设置在所述第一半波片的后面，且所述第一半波片、所述偏振分光棱镜PBS、所述第一扩束组件和所述空间光调制器依次设置在一条直线上；所述第二扩束组件以第一预设角度设置在所述空间光调制器的下方；所述偏振分光棱镜PBS，用于对所述初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和所述第二光束的偏振方向不同；所述第一扩束组件，用于对所述第一光束进行扩束以得到第一目标光束；所述空间光调制器，用于对所述第一目标光束进行调制和反射形成所述目标物体的初始物光；所述第二扩束组件，用于对所述初始物光进行扩束以得到所述目标物光。
根据本申请的一个实施例，所述第一扩束组件包括第一空间滤波器、第一光阑、第一透镜，所述第二扩束组件包括第二半波片、第三透镜和第四透镜；所述第一空间滤波器、所述第一光阑、所述第一透镜依次设置在一条直线上；所述第二半波片、所述第三透镜和所述第四透镜依次设置在一条直线上。
根据本申请的一个实施例，所述光处理组件还包括第三扩束组件和反射镜，其中，所述第三扩束组件设置在所述偏振分光棱镜PBS的下方，所述反射镜以第二预设角度设置在所述第三扩束组件的下方；所述第三扩束组件，用于对所述第二光束进行扩束以得到所述目标参考光；所述反射镜，用于对所述目标参考光进行反射。
根据本申请的一个实施例，所述第三扩束组件包括第二空间滤波器、第二光阑和第二透镜，其中，所述第二空间滤波器、所述第二光阑和所述第二透镜依次设置在一条直线上。
根据本申请的一个实施例，所述光处理组件还包括全息干板，其中，所述全息干板，用于对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像，其中，所述目标物光和所述目标参考光的夹角为第三预设角度。
根据本申请的一个实施例，所述目标物光和所述目标参考光为相干光，所述多张全息图包括不同渲染角度的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图。
为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种全息打印机，包括前述的全息打印机的光路系统。
本申请实施例的全息打印机，通过上述的全息打印机的光路系统，能够实现全彩色动态3D相片打印。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
图1为根据本申请一个实施例的全息打印机的光路系统的方框示意图。
图2为根据本申请一个实施例的目标物体分层示意图。
图3为根据本申请一个实施例的层析法的流程图。
图4为根据本申请一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图5为根据本申请一个实施例的时分复用示意图。
图6为根据本申请一个实施例的光处理组件的方框示意图。
图7为根据本申请另一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图8为根据本申请另一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图9为根据本申请另一个实施例的光处理组件的方框示意图。
图10为根据本申请另一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图11为根据本申请另一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图12为根据本申请另一个实施例的光处理组件的方框示意图。
图13为根据本申请另一个具体实施例的全息打印机的光路系统的结构示意图。
图14为根据本申请一个实施例的全息打印机的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参照附图描述本申请实施例的全息打印机的光路系统和打印机。
图1为根据本申请一个实施例的全息打印机的光路系统的方框示意图。
如图1所示，本申请实施例的全息打印机的光路系统100，可包括：全息图获取模块110和全息成像装置120，全息图获取模块110与全息成像装置120相连，其中，全息成像装置120可包括同步控制器121、光源组件122、光处理组件123和空间光调制器124，其中，同步控制器121分别与光源组件122和空间光调制器124相连，空间光调制器124与全息图获取模块110相连。
其中，全息图获取模块110，用于获取目标物体的多张全息图。
为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，全息获取模块110可具体用于：获取目标物体的三维模型，其中，该三维模型可为全彩色三维模型，而后以不同的渲染角度对该三维模型进行渲染，以得到多组深度图和轮廓图，并根据该多组深度图和轮廓图，生成多张全息图。其中，该实施例中所描述的渲染角度可为以该三维模型为中心的观察角度（视角），其角度范围可为0～135度，可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。
其中，深度图可为256阶灰度图，轮廓图可为全彩色图像。
在本申请实施例中，相关人员可预先通过扫描仪对目标物体进行扫描，以生成该目标物体的全彩色三维模型，而后通过扫描仪将该三维模型发送至全息获取模块110，全息获取模块110接收到该三维模型后，可将该模型存储于自身的存储空间中，以便于后续的使用。
作为一种可能的情况，相关人员还可预先通过安装于计算机中的三维建模软件建立目标物体的全彩色三维模型，而后通过计算机将该三维模型发送至全息获取110，由全息获取模块110接收并存储。本申请实施例通过计算机的三维建模软件建立目标物体的全彩色三维模型，能够实现三维图像的个性化、定制化和可编程化。
具体地，全息获取模块110可从自身的存储空间中调出（获取）上述三维模型，并以该三维模型为中心，每隔一定的角度对该三维模型进行渲染，即以不同的渲染角度对该三维模型进行渲染，每个渲染角度可得到一组深度图和轮廓图，以此可得到不同渲染角度的多组深度图和轮廓图，而后可根据该多组深度图和轮廓图，生成多张全息图。
其中，多张全息图可包括不同渲染角度的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图。
在本申请实施例中，根据三基色原理，对于任意一副全彩色图像都可以分为RGB（Red（红色）、Green（绿色）、Blue（蓝色））三个通道的分量图，因此，对于每一组深度图和轮廓图，可将轮廓图分为RGB三通道的三幅图像（红色通道的轮廓图、绿色通道的轮廓图和蓝色通道的轮廓图），而保持深度图不变，而后可分别根据该三幅图像和深度图，设定重建距离、波长、像素尺寸和分层数量，利用计算全息算法计算出不同RGB通道下的三张全息图（红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图）。应说明的是，该实施例中所描述的计算全息算法可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。
其中，根据深度图和红色通道的轮廓图可生成红光分量全息图，根据深度图和绿色通道的轮廓图可生成绿光分量全息图，根据深度图和蓝色通道的轮廓图可生成蓝光分量全息图。
具体地，三维物体的计算全息算法种类较多，例如点元法、面元法和层析法等，由于层析法的计算速度较快且重建质量好，可优选层析法分别根据上述三幅不同RGB通道的轮廓图计算出三张不同RGB通道下的全息图，其算法流程可包括物体分层、子层全息图计算和子层全息图叠加这三个步骤，下面以生成红光分量全息图为例对该层析法具体说明：步骤一，物体分层：在获取到上述深度图和红色通道的轮廓图后，参见图2，首先根据该深度图的灰度值对该轮廓图进行分层，将灰度值相同的点视为同一层物面，则可将该轮廓图分为物面1、物面2、……、物面N，每层物面之间的距离可通过下述公式（1）计算得到。
其中，
可为最大深度值，
可为最小深度值，N可为物面的总数量，
可为每层物面之间的距离。
具体地，在将上述轮廓图分为N个物面后，可根据深度图得到最大深度值
和最小深度值
，而后通过上述（1）计算出每层物面之间的距离
。
然后，可通过下述公式（2）计算出第
层物面到全息面之间的距离。
其中，
可表示物面距离全息图的基准距离，
可为物面的层数，
可为每层物面之间的距离，
可为第
层物面到全息面之间的距离。
具体地，在计算出每层物面之间的距离
后，可得到物面距离全息面的基准距离
，而后通过上述公式（2）计算出第
层物面到全息面之间的距离
。
步骤二，子层全息图计算：可通过菲涅耳衍射生成子层全息图。其中，子层全息图可为根据每层物面所生成的全息图。
首先，对每一层物面振幅添加随机相位，以此模拟三维物体表面的散射效果，得到物面的复振幅，并且用
表示，根据菲涅耳衍射理论，第
层物面衍射到全息面的复振幅
可通过下述公式（3）计算得到，其中，
可为物面，xy可为全息面。
其中，
可表示
层物面到全息面的距离，
可表示波长，波矢量
，exp可表示以自然常数e为底的指数函数，j可为虚数。
对于上述公式（3），即菲涅耳衍射积分，可采用快速傅里叶变换（Fast FourierTransform，FFT）进行计算。根据FFT次数的不同，常见的算法有三种：S-FFT（Single- FastFourier Transform，单次快速傅里叶变换）算法、D-FFT算法（Double- Fast FourierTransform，双次快速傅里叶变换）和T-FFT算法（Three- Fast Fourier Transform，三次快速傅里叶变换），对于本申请可优选S-FFT算法，其计算公式为下述公式（4）。
其中，FFT{}可表示快速傅里叶变换，
可表示第
层物面到全息面的距离，
可表示波长，波矢量
，exp可表示以自然常数e为底的指数函数，j可为虚数。
具体地，可通过上述公式（3）和公式（4）计算出第
层物面衍射到全息面的复振幅
，则可得到每层物面所对应的子层全息图，以此可得到N层物面所对应的N张子层全息图。
步骤三，叠加子层全息图。可通过下述公式（5）对子层全息图进行叠加，
其中，
可为物面层数，
可为第
张子层全息图，
可为第
张子层全息图。
具体地，首先初始化子层全息图，令
，然后通过上述公式（5）对子层全息图进行叠加，并令
，直至
（子层全息图的总数量）时，所有的子层全息图叠加完成，可得到最终全息面的复振幅，即所有物面衍射到全息面的叠加复振幅，并取其相位以得到纯相位全息图，即红光分量全息图。为了清楚说明上述层析法，图3为该层析法的流程图。
如图3所示，该层析法可包括以下步骤：
步骤S301，根据深度图将红色通道的轮廓图分成N层物面。
步骤S302，提取每一层物面的振幅分布，即每一层物面衍射到全息面的复振幅，以得到每一层物面所对应的子层全息图。
步骤S303，初始化子层全息图：令
。
步骤S304，判断
是否小于或等于N，若是，则执行步骤S305；若否，则执行步骤S308。
步骤S305，对每一层物面振幅添加随机相位。
步骤S306，根据菲涅耳衍射理论计算子层全息图
。
步骤S307，通过公式（5）：
叠加子层全息图，并令
，使其循环叠加，直至所有的子层全息图叠加完成后，跳出循环。
步骤S308，所有的子层全息图叠加完成后，可得到最终全息面的复振幅，即所有物面衍射到全息面的叠加复振幅。
步骤S309，取最终全息面复振幅的相位。
步骤S310，得到纯相位全息图，即红光分量全息图。
需要说明的是，绿光分量全息图和蓝光分量全息图的生成可参见上述红光分量全息图的生成示例，此处不再赘述。
同步控制器121，用于控制空间光调制器124依次加载多张全息图，并控制光源组件122提供与空间光调制器124当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束。
其中，空间光调制器124可为LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）材质的空间光调制器，本申请实施例采用纯相位型LCOS材质的空间光调制器，可以通过电寻址的方式调制光的相位，操作简便，性能优越，其具体参数可参见下表a。
| 调制类型 | 纯相位型 |
| 液晶类型 | 反射式 |
| 像素 | 1920 × 1080 |
| 灰阶等级 | 256灰阶 |
| 液晶尺寸 | 15.36 mm × 8.64 mm |
| 像素尺寸 | 8.0 μm |
| 相位范围 | 0 - 9π |
| 光谱范围 | 400 - 650 nm |
| 反射率 | ~93% |
表a
需要说明的是，该实施例中所描述的空间光调制器124也可为其他材质的空间光调制器，此处不做任何限定。
在本申请实施例中，光源组件122可提供红色、绿色和蓝色三种颜色的初始光束。
具体地，全息获取模块110在获取到上述多张全息图后，可将该多张全息图发送至空间光调制器124，由空间光调制器124接收并进行加载，在空间光调制器124接收到该多张全息图后，同步控制器121可控制该空间光调制器124依次加载该多张全息图，并控制光源组件122提供与该空间光调制器124当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束。
举例而言，若空间光调制器124当前加载的是红光分量全息图，则同步控制器121可控制光源组件122提供红色初始光束；若空间光调制器124当前加载的是绿光分量全息图，则同步控制器121可控制光源组件122提供绿色初始光束；若空间光调制器124当前加载的是蓝光分量全息图，则同步控制器121可控制光源组件122提供绿色初始光束。
为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，参见图4，光源组件122可包括白激光器40、色轮41、衰减片42、电子快门43和第一半波片44，其中，白激光器40、色轮41、衰减片42、电子快门43和第一半波片44依次设置在一条直线上，其中，同步控制器121与色轮41相连，白激光器40，用于产生白光。同步控制器121，具体用于控制色轮41进行颜色的切换，以将白光转换为颜色光。衰减片42、电子快门43和第一半波片44，用于依次对颜色光进行处理，以得到初始光束。
其中，色轮41可在三基色（红绿蓝）之间进行切换，以产生相应的单色光。
在本申请实施例中，白激光器40可产生宽波段、高亮度、高准直度的白光，并射入色轮41，该白光在经过色轮41后可产生单色光（红光、绿光和蓝光中的一种），该单色光在依次经过衰减片42、电子快门43和第一半波片44后可得到该单色光对应颜色的初始光束。
其中，衰减片42可用于调整上述单色光的光强，电子快门43可用于控制上述单色光曝光的时间，第一半波片44可用于调整光强比。
具体地，在全息打印机正常工作时，同步控制器121可基于时分复用控制空间光调制器124依次循环加载多张全息图，并控制色轮41旋转到与空间光调制器124当前加载的全息图的颜色分量所对应的颜色区间，从而将白光转换为对应颜色的单色光，该单色光依次在经过衰减片42、电子快门43和第一半波片44后可得到该单色光对应颜色的初始光束。
举例而言，当空间光调制器124当前加载的是红光分量全息图时，同步控制器121可控制色轮41旋转到红色区间，从而将白光转换为红色光，该红色光依次在经过衰减片42、电子快门43和第一半波片44后可得到红色初始光束；当空间光调制器124当前加载的是绿光分量全息图时，同步控制器121可控制色轮41旋转到绿色区间，从而将白光转换为绿色光，该绿色光依次在经过衰减片42、电子快门43和第一半波片44后可得到绿色初始光束；当空间光调制器124当前加载的是蓝光分量全息图时，同步控制器121可色轮41旋转到蓝色区间，从而将白光转换为蓝色光，该蓝色光依次在经过衰减片42、电子快门43和第一半波片44后可得到蓝色初始光束。
需要说明的是，该实施例中所描述的时分复用为：在每一个时间段内光源组件122只提供（开启）一种颜色的初始光束，而另外两种颜色的初始光束处于关闭状态，下面结合图5进行具体说明。
参见图5，光源组件122在TR时间段只开启红色初始光束，在TG时间段只开启开绿色初始光束，在TB时间段只开启蓝色初始光束，并如此循环在不同的时间段开启不同颜色的初始光束，其中，循环周期可为T，该循环周期需要尽可能小，否则会导致折射率调制度和衍射效率降低，就一般情况而言，每种颜色的初始光束的开启（曝光）时长约为0.5秒，循环周期T约为1.5秒，其具体开启时长可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。
本申请实施例采用白激光器和色轮结合生成三基色单光（红色光、绿色光和蓝色光），实现了RGB复用（即每次只产生一种单色光），而无需使用RGB三个激光器，降低了系统成本和复杂度。
光处理组件121和空间光调制器124，用于对初始光束进行处理，以得到目标物体的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。
为了清楚说明上一实施例，在本申请的一个实施例中，如图6所示，光处理组件121可包括偏振分光棱镜PBS600、第一扩束组件610和第二扩束组件620，其中，参见图7，偏振分光棱镜PBS600可设置在第一半波片44的后面，且第一半波片44、偏振分光棱镜PBS600、第一扩束组件610和空间光调制器124依次设置在一条直线上，第二扩束组件620以第一预设角度设置在空间光调制器124的下方。偏振分光棱镜PBS600，可用于对初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，第一光束和第二光束的偏振方向不同。第一扩束组件610，用于对第一光束进行扩束以得到第一目标光束。空间光调制器124，用于对第一目标光束进行调制和反射形成目标物体的初始物光。第二扩束组件620，用于对初始物光进行扩束以得到目标物光。应说明的是，该实施例中所描述的第一预设角度可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。
其中，参见图8，第一扩束组件610可包括第一空间滤波器611、第一光阑612、第一透镜613，第二扩束组件620可包括第二半波片621、第三透镜622和第四透镜623。第一空间滤波器611、第一光阑612、第一透镜613可依次设置在一条直线上，第二半波片621、第三透镜622和第四透镜623可依次设置在一条直线上。
在本申请实施例中，在距离空间光调制器124为重建距离的位置，可以观察到清晰的重建像（全息图），由于重建像尺寸较小，可利用第三透镜622和第四透镜组成623的4f系统（线性光学信息处理系统）对该重建像进行放大。其中，第三透镜622可为短焦透镜，第四透镜623可为长焦透镜，可选取不同焦距组合的第三透镜622和第四透镜623，以得到不同倍率的放大像（目标物光）。
具体地，参见图8，在全息打印机正常工作时，上述初始光束射入偏振分光棱镜PBS600，该偏振分光棱镜PBS600可将该初始光束进行分束，以产生偏振方向不同第一光束（图8中水平方向的光束）和第二光束（图8中垂直方向的光束），其中，第一光束为P偏振，第二光束为S偏振。而后，第一光束射入第一空间滤波器611，由该第一空间滤波器611滤除其噪声干扰，目的是为了后续能够得到高质量的全息影像。在滤除完噪声干扰后，该第一光束射入第一光阑612，由该第一光阑612扩大其光束直径，并在扩大完光束直径后射入第一透镜613以得到平行光，即第一目标光束。而后，该第一目标光束照射到空间光调制器124上，由该空间光调制器124对该第一目标光束进行调制和反射形成目标物体的初始物光，而后，该初始物光射入第二半波片621，由该第二半波片621将其偏振态调节为S偏振，以提高衍射效率，并在调节完成后依次射入第三透镜622和第四透镜623，由该第三透镜622和第四透镜623扩大该初始物光的光束直径，以得到目标物光。
进一步地，在本申请实施例中，如图9所示，光处理组件121还可包括第三扩束组件630和反射镜640，其中，参见图10，第三扩束组件630设置在偏振分光棱镜PBS600的下方，反射镜640以第二预设角度设置在第三扩束组件630的下方。第三扩束组件630，用于对第二光束进行扩束以得到目标参考光。反射镜640，用于对目标参考光进行反射。应说明的是，该实施例中所描述的第二预设角度可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。
其中，参见图11，第三扩束组件630可包括第二空间滤波器631、第二光阑632和第二透镜633，其中，第二空间滤波器631、第二光阑632和第二透镜633依次设置在一条直线上。
具体地，在全息打印机正常工作时，上述第二光束射入第二空间滤波器631，由该第二空间滤波器631滤除其噪声干扰，目的是为了后续能够得到高质量的全息影像。在滤除完噪声干扰后，该第二光束射入第二光阑632，由该第二光阑632扩大其光束直径，并在扩大完光束直径后射入第二透镜633以得到平行光，即目标参考光，而后，该目标参考光照射到反射镜640上，由该反射镜640进行反射。
本申请实施例采用第一空间滤波器滤除第一光束的噪声干扰，以及采用第二空间滤波器滤除第二光束的噪声干扰，能够提高全息影像的质量，即动态全彩3D图像的质量。
更进一步地，在本申请的一个实施例中，如图12所示，光处理组件121还可包括全息干板650，其中，全息干板650，用于对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像，其中，目标物光和目标参考光的夹角为第三预设角度，目标物光和目标参考光可为相干光。其中，第三预设角度可根据实际情况和需求进行标定，此处不做任何限定。可选地，第三预设角度可为135度，由此，能够使得人在观察全息图时，目标参考光（自然光）可斜射入眼，而不会对目标参考光造成遮挡。
其中，全息干板650可由厚的体全息记录材料和玻璃基底组成，其中，体全息记录材料贴在玻璃基底上，为了能够存储到更多的信息，该体全息记录材料可优选可见光波段敏感类型的材料，且其厚度应大于1mm。
在本申请实施例中，参见图13，可将全息干板650设置在电动旋转平台上，从而通过该电动旋转平台控制全息干板650转动，以调整成像角度。其中，在全息干板650转动时，应保持第三预设角度（135度）不变，即保持目标参考光和目标参考光的夹角不变，从而保证人在观看全息图时，目标参考光（自然光）可以斜射入眼，不会对参考光造成遮挡。应说明的是，电动旋转平台的旋转角度范围可为0～180度。
具体地，在全息打印机正常工作时，电动旋转平台可基于角度复用按照预设的角度间隔转动，以带动全息干板650旋转，使得全息干板650能够以不同的角度对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。
其中，角度复用为电动旋转平台每次只转动一个角度，并在转动后静置一段时间，等自身稳定后重新转动。由于全息干板650采用了角度复用的转动方式，且该全息干板650中记录了多张不同渲染角度的全息图，在该全息干板650转动时，便可观察到连续变化的动态全息图，即动态全彩3D图像。
需要说明的是，该实施例中所描述的预设的角度间隔可根据实际情况和需求进行标定。当对于动态显示的连续性要求较高时，预设的角度间隔应较小，例如，可将该预设的角度间隔设置为1度。
本申请实施例将全息干板设置在电动旋转平台上，并基于角度复用通过电动旋转平台带动全息干板转动，能够实现全息干板成像的动态化，即能够实现全息干板上全彩3D图像的动态化。
在本申请的其他实施例中，第一半波片44可调节目标参考光和目标物光的光强比，从而提高衍射效率。
综上，本申请实施例的全息打印机的光路系统，通过全息获取模块获取多张全息图，并通过同步控制器控制空间光调制器依次加载该多张全息图，以及控制光源组件提供与空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束，而后通过光处理组件和空间光调制器对初始光束进行处理，以得到目标物体的目标物光和目标参考光，并对目标物光和目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像。由此，能够实现全彩色动态3D相片打印。
为了实现上述实施例，如图14所示，本申请实施例还提出一种全息打印机1400，可包括上述全息打印机的光路系统100。
本申请实施例的全息头戴，通过上述的全息打印机的光路系统，能够实现全彩色动态3D相片打印。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种全息打印机的光路系统，其特征在于，包括：全息图获取模块和全息成像装置，所述全息图获取模块与所述全息成像装置相连，其中，
所述全息成像装置包括同步控制器、光源组件、光处理组件和空间光调制器，其中，所述同步控制器分别与所述光源组件和所述空间光调制器相连，所述空间光调制器与所述全息图获取模块相连；
所述全息图获取模块，用于获取目标物体的多张全息图，并将所述多张全息图发送至所述空间光调制器；
所述同步控制器，用于控制所述空间光调制器依次加载所述多张全息图，并控制所述光源组件提供与所述空间光调制器当前加载的全息图的颜色分量所对应颜色的初始光束；
所述光处理组件和所述空间光调制器，用于对所述初始光束进行处理，以得到所述目标物体的目标物光和目标参考光，并对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像；
所述全息图获取模块，具体用于：
获取所述目标物体的三维模型，其中，所述三维模型为全彩色三维模型；
以不同的渲染角度对所述三维模型进行渲染，以得到多组深度图和轮廓图；
根据所述多组深度图和轮廓图，生成所述多张全息图；
所述目标物光和所述目标参考光为相干光，所述多张全息图包括不同渲染角度的红光分量全息图、绿光分量全息图和蓝光分量全息图；
所述光源组件包括白激光器、色轮、衰减片、电子快门和第一半波片，其中，
所述白激光器、所述色轮、所述衰减片、所述电子快门和所述第一半波片依次设置在一条直线上，其中，所述同步控制器与所述色轮相连；
所述白激光器，用于产生白光；
所述同步控制器，具体用于控制所述色轮进行颜色的切换，以将所述白光转换为颜色光；
所述衰减片、所述电子快门和所述第一半波片，用于依次对所述颜色光进行处理，以得到所述初始光束；
所述白激光器产生宽波段、高亮度、高准直度的白光，并射入
色轮，所述白光在经过所述色轮后产生单色光，所述单色光在依
次经过所述衰减片、所述电子快门和所述第一半波片后得到所述单色光对应颜色的所述初始光束；所述衰减片用于调整上述单色光的光强，所述电子快门用于控制所述单色光曝光的时间，所述第一半波片用于调整光强比；
所述光处理组件包括偏振分光棱镜PBS、第一扩束组件和第二扩束组件，其中，
所述偏振分光棱镜PBS设置在所述第一半波片的后面，且所述第一半波片、所述偏振分光棱镜PBS、所述第一扩束组件和所述空间光调制器依次设置在一条直线上；
所述第二扩束组件以第一预设角度设置在所述空间光调制器的下方；
所述偏振分光棱镜PBS，用于对所述初始光束进行分束，以生成第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和所述第二光束的偏振方向不同；
所述第一扩束组件，用于对所述第一光束进行扩束以得到第一目标光束；
所述空间光调制器，用于对所述第一目标光束进行调制和反射形成所述目标物体的初始物光；
所述第二扩束组件，用于对所述初始物光进行扩束以得到所述目标物光。
2.根据权利要求1所述的全息打印机的光路系统，其特征在于，其中，所述第一扩束组件包括第一空间滤波器、第一光阑、第一透镜，所述第二扩束组件包括第二半波片、第三透镜和第四透镜；
所述第一空间滤波器、所述第一光阑、所述第一透镜依次设置在一条直线上；
所述第二半波片、所述第三透镜和所述第四透镜依次设置在一条直线上。
3.根据权利要求1所述的全息打印机的光路系统，其特征在于，所述光处理组件还包括第三扩束组件和反射镜，其中，
所述第三扩束组件设置在所述偏振分光棱镜PBS的下方，所述反射镜以第二预设角度设置在所述第三扩束组件的下方；
所述第三扩束组件，用于对所述第二光束进行扩束以得到所述目标参考光；
所述反射镜，用于对所述目标参考光进行反射。
4.根据权利要求3所述的全息打印机的光路系统，其特征在于，其中，所述第三扩束组件包括第二空间滤波器、第二光阑和第二透镜，其中，
所述第二空间滤波器、所述第二光阑和所述第二透镜依次设置在一条直线上。
5.根据权利要求3所述的全息打印机的光路系统，其特征在于，所述光处理组件还包括全息干板，其中，
所述全息干板，用于对所述目标物光和所述目标参考光进行干涉，以生成动态全彩3D图像，其中，所述目标物光和所述目标参考光的夹角为第三预设角度。
6.一种全息打印机，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的全息打印机的光路系统。
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