[发明专利]三维激光打印方法与系统

权利要求书

1.一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衍射像素点阵实现三维激光打印。

2.根据权利要求1所述的三维激光打印方法，其特征在于：所输出的三维图像中像素光栅的空频和取向由像素光栅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。

3.根据权利要求2所述的三维激光打印方法，其特征在于：所输出的三维图像形成的观察窗口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，每一观察区域对应三维图像的一个观察视角，三维图像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，观察者在所述观察窗口内看到三维图像。

4.一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，其特征在于：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取向角连续调制光路，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至少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、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。

5.根据权利要求4所述的三维激光打印系统，其特征在于：光源输出的光线通过光学成像子系统后对光敏材料曝光形成光栅条纹，或者直接在基底材料上烧蚀出光栅条纹，或者直接在基底材料上引发光致变色或位相结构变化形成光栅条纹，实现三维图像的打印输出。

6.根据权利要求4所述的三维激光打印系统，其特征在于：所述光源具有相干性，选自连续激光光源或脉冲激光光源。

7.根据权利要求4所述的三维激光打印系统，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述的三维激光打印系统，其特征在于：所述视场光阑和可变光阑是空间光调制器或机械可变光阑，光阑的形状和大小由运动控制系统实时调节，用于控制进入系统的光束直径，所述视场光阑位于第二傅立叶变换透镜后的光轴上。

9.根据权利要求7所述的三维激光打印系统，其特征在于：所述微缩物镜对4F成像系统后的信息进行微缩成像，提高衍射像素内的像素光栅的空间频率。

10.根据权利要求4或7所述的三维激光打印系统，其特征在于：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，所述机电结构由所述运动控制子系统通过计算机和控制程序进行协调控制。