專利名稱：懸浮空間的立體圖象顯示方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光全息照片(或全息攝錄裝置控制的全息圖攝錄介質(zhì))產(chǎn)生較大尺度的懸浮空間的立體圖象的顯示方法和裝置。
本發(fā)明屬于立體圖象顯示技術(shù)。
已有的立體圖象顯示方法，一種是必須借助體視器件(鏡)，對(duì)平面像觀察產(chǎn)生立體效果；另一種是用全息攝影術(shù)拍攝的全息照片，用適當(dāng)光源照明后，直接用人眼從全息照片附近即可看到立體圖象，顯然圖象大小受到很大限制，又只能在全息片附近進(jìn)行觀察，因此其顯示效果和實(shí)用意義有限。真正地懸浮于空間的立體圖象的產(chǎn)生或顯示，并且使其圖象足夠大和足夠遠(yuǎn)，如同“海市蜃樓”一般呈現(xiàn)在眼前，是人們所夢(mèng)寐以求的。
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點(diǎn)，提供一種利用已有激光全息片(或全息圖攝錄裝置)產(chǎn)生懸浮空間的立體圖象的顯示方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供產(chǎn)生動(dòng)感效果的電影、電視、幻燈和動(dòng)畫的立體圖象顯示裝置，以改變?nèi)藗兊钠矫嬉曈X感的欣賞。
本發(fā)明的目的還在于提供一種既可(藝術(shù))欣賞，又可用立體圖象(高亮度時(shí))照明的新穎燈具。
為了便于理解和實(shí)施本發(fā)明，簡(jiǎn)述其原理及基本組成是有必要的。
已有激光全息照片(簡(jiǎn)稱全息片，包括反射式全息片和透射式全息片)，被一光源以θ角(激光全息片圖象重現(xiàn)要求的入射角)照明后，會(huì)在其前(或后)附近產(chǎn)生一個(gè)由衍射光線構(gòu)成的三維全息圖象(如

圖1成像于物方空間的物距S0處)，即使以某一成象物鏡使其成像于物鏡另一側(cè)(象方空間象距S′)——離物鏡較遠(yuǎn)處產(chǎn)生另一個(gè)放大的立體圖象，可稱為二次立體圖象，通常人眼只能觀察到圖象中很小的一部分，不要屏幕甚至看不見。為了實(shí)現(xiàn)能觀察到足夠尺度而且完整的立體圖象，必須將上述成象物鏡采用口徑與要求觀察圖象的尺度相當(dāng)?shù)奈镧R或相應(yīng)的成象裝置，且考慮到人眼觀察時(shí)，必須遠(yuǎn)離成象物鏡而離立體圖象較近，明亮的空間立體實(shí)象和注意力的集中觀察才可獲得空間懸浮感(此時(shí)其顯示裝置僅作為諸多空間背景中的一部分而被掩沒其中不易覺察)，由此便實(shí)現(xiàn)了使人眼勿須通過任何體視器件，就能直接對(duì)二次立體圖象(懸浮圖象)進(jìn)行觀察和欣賞，進(jìn)而不難利用現(xiàn)有技術(shù)將該圖象的大小、成象位置(距離)以及亮度進(jìn)行調(diào)控，特別是進(jìn)行遠(yuǎn)距離景物圖象顯示，以便使更多的人同時(shí)進(jìn)行觀察?？紤]到將該圖象制成更大幅尺度，可采用兩個(gè)或多個(gè)顯示裝置的組合來實(shí)現(xiàn)圖象的拼接；又考慮到實(shí)現(xiàn)圖象的動(dòng)態(tài)效果，可將固定式的全息片載片裝置代之以可轉(zhuǎn)換全息片的動(dòng)態(tài)載片裝置，即載片裝置分別為轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置(類似幻燈片轉(zhuǎn)片裝置)、卷動(dòng)全息片裝置(類似放映機(jī)卷片裝置)，則相應(yīng)構(gòu)成幻燈立體圖象顯示裝置和電影立體圖象顯示裝置；再利用已有計(jì)算機(jī)裝置控制的電光介質(zhì)片(全息圖象攝錄介質(zhì))取代全息片的位置，則可構(gòu)成懸浮立體圖象動(dòng)畫顯示裝置；在上述裝置中，若用視頻信號(hào)來控制全息圖象電光攝錄裝置，則成為立體圖象電視顯示裝置。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)給出本發(fā)明的顯示裝置和顯示方法。
圖1.本發(fā)明的透射式基本結(jié)構(gòu)原理圖；圖2.本發(fā)明的反射式基本結(jié)構(gòu)原理圖；圖3.轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖4.卷動(dòng)全息片裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖5.計(jì)算機(jī)裝置控制下的全息攝錄裝置的基本結(jié)構(gòu)原理圖。其中1.載片裝置，2.(衍射)全息圖象，3.箱體，4.全息片，5.照明光源，6.物鏡成象裝置，7.透明玻璃窗口，8.(立體)懸浮圖象，9.人眼，10.轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置，11.卷動(dòng)全息片裝置，12.全息圖攝錄裝置，13.計(jì)算機(jī)裝置，14.全息圖攝錄介質(zhì)。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明由全息片4及其承載和運(yùn)轉(zhuǎn)(換)全息片的載片裝置1、可以調(diào)節(jié)和保證全息圖象2重現(xiàn)的照明光源5(即以入射角θ照射全息片4)、一個(gè)光軸與全息片4垂直的物鏡成象裝置6，以及將上述各裝置包容和固定其中的箱體3和其一側(cè)上的一片透明玻璃窗口7六個(gè)部分組成。為了得到全息圖象與懸浮圖象的最佳匹配效果，其中可以由多組物鏡構(gòu)成的物鏡成象裝置6的入射孔徑角β(即全息圖象軸上點(diǎn)對(duì)物鏡成象裝置的張角)應(yīng)小于或等于全息圖象2的發(fā)射孔徑角α(即全息圖象中心軸上點(diǎn)與全息片孔徑之間的夾角)，即β≤α ；在技術(shù)上保證其最后物鏡面的出射光孔徑大于欲觀察的立體懸浮圖象尺度，載片裝置1上的全息片4產(chǎn)生的全息圖象2在其一倍焦距之外、二倍焦距之內(nèi)可調(diào)(全息圖象在全息片附近的情況下)直至成象于物方空間的物距S0處，要使懸浮圖象成象愈遠(yuǎn)，則愈接近一倍焦距處。上述物鏡成象裝置6的最簡(jiǎn)單組成是一只菲涅耳透鏡或反光鏡(如圖1、2)，此時(shí)透鏡或反光鏡的口徑即應(yīng)大于欲觀察的懸浮圖象8的尺寸，因此要觀察的立體圖象尺寸越大，反光鏡或透鏡的口徑也應(yīng)越大，即稱為出射孔徑與要觀察的立體懸浮圖象尺寸相關(guān)的物鏡成象裝置6，顯然，上述物鏡成象裝置6也不難采用自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)，使空間懸浮圖象8的位置大小發(fā)生變化，亦可形成深度(前后)動(dòng)態(tài)顯示效果。
載片裝置1是承載和運(yùn)轉(zhuǎn)全息片的結(jié)構(gòu)體，關(guān)鍵在于保證全息片4在光路中的正確位置，最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是一個(gè)承載全息片的框形固定支架(圖中未畫)，可將一片和多片全息片4排布其上，圖1、圖2為單片全息片4及其位置示意，由此則構(gòu)成顯示各種立體懸浮圖象8的燈箱或燈具。利用多個(gè)景物相互拼接的全息片4及相應(yīng)的多個(gè)燈箱或燈具的組合，可以實(shí)現(xiàn)立體圖象的拼接，獲得更大尺度的懸浮圖象8。
上述載片裝置1，可以是一個(gè)類似幻燈機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置10，如圖3所示，組成幻燈立體懸浮圖象顯示裝置，或稱為懸浮立體圖象幻燈裝置。如圖4，上述載片裝置1，也可以是一個(gè)類似放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)的卷動(dòng)全息片裝置11，以組成電影立體懸浮圖象顯示裝置，或稱為懸浮立體圖象電影裝置。
再作為一個(gè)實(shí)施例是將已有的全息圖攝錄裝置12，如圖5所示，即由計(jì)算機(jī)裝置13控制的全息攝錄介質(zhì)14，只要將全息圖攝錄介質(zhì)14置于上述全息片4的光路位置上去，而受控于計(jì)算機(jī)裝置，便可以組成一種受計(jì)算機(jī)裝置13控制的動(dòng)畫立體懸浮圖象的顯示裝置。若由視頻信號(hào)調(diào)制上述全息圖攝錄裝置12，則可組成電視立體懸浮圖象顯示裝置，或稱為懸浮立體圖象電視裝置。
其中，照明光源5應(yīng)保證以一定的入射角θ照明全息片4，圖1、圖2中的虛線光源是對(duì)透射全息片時(shí)的相應(yīng)位置，此時(shí)光線透過全息片，照明光源5可用一般光源照明或激光光源照明。對(duì)成象較大和距離較遠(yuǎn)的應(yīng)采用大功率照明，且選用金屬鹵化燈作冷光源為宜。
懸浮空間的立體圖象顯示方法利用激光全息片4產(chǎn)生的全息圖象2，并通過一出射孔徑與欲觀察立體懸浮圖象8相關(guān)的物鏡成象裝置6(即物鏡成象裝置6最后的一物鏡面的出射光孔徑大于欲觀察的懸浮圖象8的尺度)，并使其光軸與全息片4垂直，技術(shù)上保證相應(yīng)的全息圖象2在1～2倍焦距內(nèi)可調(diào)，便可在物鏡成象裝置6另一側(cè)的象方空間顯示立體實(shí)象——懸浮圖象8，進(jìn)而采用使全息片4可轉(zhuǎn)換的載片裝置——轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置10或卷動(dòng)全息片裝置11或全息圖攝錄裝置12或受視頻信號(hào)控制的全息圖攝錄裝置12便可獲得相應(yīng)的諸如幻燈、電影、動(dòng)畫和電視那種具有動(dòng)感或動(dòng)態(tài)效果的懸浮圖象8，只要在該圖象正前方直接進(jìn)行觀察即可。
綜上所述，基于立體懸浮圖象的構(gòu)思，由本發(fā)明的方法所構(gòu)筑的懸浮立體圖象燈箱或燈具、懸浮立體圖象幻燈裝置、懸浮立體圖象動(dòng)畫裝置以及懸浮立體圖象電影裝置和電視裝置，都從根本上清新了人們的視覺感，不但對(duì)通常的燈具、幻燈，而且對(duì)電視、電影等，將人們習(xí)以為常的屏和屏幕作為承載圖象而形成的平面觀感，予之以真實(shí)的、立體的、懸浮空間的、如同神話般的天方夜潭呈現(xiàn)在人們面前，作為立體圖象顯示的重大變革，將引起諸多產(chǎn)業(yè)部門的飛躍發(fā)展。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種懸浮空間的立體圖象顯示方法和裝置，其特征在于它是由全息片[4]及其承載和轉(zhuǎn)換全息片[4]的載片裝置[1]、可以調(diào)節(jié)和保證全息圖象[2]重現(xiàn)的照明光源[5]、一個(gè)光軸與全息片[4]垂直的物鏡成象裝置[6]，以及將上述各裝置包容并固定其中的箱體[3]和其一側(cè)上的一片透明玻璃窗口[7]組成，其中A).物鏡成象裝置[6]的入射孔徑角β應(yīng)小于或等于全息圖象[2]的發(fā)射孔徑角α(即β≤α)，其最后物鏡面的出射光孔徑大于欲觀察的立體懸浮圖象[8]的尺度，且全息片[4]產(chǎn)生的全息圖象[2]在其一倍到二倍焦距之內(nèi)可調(diào)(全息圖象在全息片附近的情況下)直至成象于物方空間的物距S0處，B).載片裝置[1]是一個(gè)承載和轉(zhuǎn)換全息片的結(jié)構(gòu)體，并保證其上的全息片[4]產(chǎn)生的全息圖象[2]在物鏡成象裝置[6]的一倍焦距之外和二倍焦距之內(nèi)可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述物鏡成象裝置[6]是口徑大于欲觀察的懸浮圖象[8]尺寸的一只菲涅耳透鏡或反光鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于照明光源[5]可用一般光源、激光或高亮度金屬鹵燈之類的冷光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于上述載片裝置[1]可以是一個(gè)將一片和多片全息片[4]承載和排布其上的固定支架，以組成懸浮立體圖象[8]的燈箱或燈具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于上述載片裝置[1]可以是一個(gè)類似幻燈機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)全息片裝置[10]而組成懸浮立體圖象幻燈裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于上述載片裝置[1]可以是一個(gè)類似放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)的卷動(dòng)全息片裝置[11]而組成懸浮立體圖象電影裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于上述載片裝置[1]可以是一個(gè)受控于計(jì)算機(jī)裝置[13]的全息圖攝錄裝置[12]而組成懸浮立體圖象動(dòng)畫裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的裝置，其特征在于上述載片裝置[1]還可以是一個(gè)受視頻信號(hào)調(diào)制的全息圖攝錄裝置[12]而組成懸浮立體圖象電視裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其方法是利用激光全息片[4]產(chǎn)生的全息圖象[2]，通過一出射孔徑與欲觀察立體懸浮圖象[8]相關(guān)的物鏡成象裝置[6](即物鏡成象裝置[6]最后的一物鏡面的出射光孔徑大于欲觀察的懸浮圖象[8]的尺度)，并使其光軸與全息片[4]垂直，相應(yīng)的全息圖象[2]則在其1～2倍焦距之內(nèi)可調(diào)，便可在物鏡成象裝置[6]另一側(cè)的象方空間顯示一立體實(shí)象——懸浮圖象[8]，進(jìn)而采用各種使全息片[4]可轉(zhuǎn)換的載片裝置[10、11、12]便可獲得諸如幻燈、電影、動(dòng)畫和電視具有動(dòng)感或動(dòng)態(tài)效果的懸浮圖象[8]。
全文摘要
一種利用激光全息片或全息攝錄介質(zhì)產(chǎn)生懸浮空間的立體圖象的顯示方法和裝置。它是由全息片、載片裝置與相應(yīng)的照明光源、出射孔徑與欲觀察懸浮圖象尺度相關(guān)的物鏡成象裝置和帶有透明玻璃窗口的箱體組成,使全息圖象在一定距離處再二次成象一可供觀察與欣賞的立體懸浮實(shí)象的方法。進(jìn)而代之以可轉(zhuǎn)換全息片的各種載片裝置而制成立體懸浮圖象的幻燈、動(dòng)畫、電視和電影等顯示裝置,而不必借助體視鏡和顯示屏幕、給人以全新的空間立體視覺感。
文檔編號(hào)G03H1/22GK1185598SQ9611613
公開日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1996年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者鄭國星, 鄭冰 申請(qǐng)人:鄭國星