專利名稱：全息大圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生一個物體的全息大圖象的方法，它包括多個彼此水平及彼此垂直依次柵格狀布置的圖象投影器，及用于實施該方法的一種裝置。本發(fā)明還涉及一種裝置及一種方法，通過它們可以在銀幕上展現(xiàn)三維虛擬物體，它無需借助特殊的眼鏡即可從各個角度被觀察到。
已經(jīng)公知了全息圖象產(chǎn)生的方法。在立體照相術(shù)中，攝取或計算出兩個稍微偏移的圖象。它們必須分開地傳送到觀看者的各相應眼中。觀看者必須通過分離圖象的裝置或眼鏡來觀看，其中觀察角度不能改變。
在激光全息攝影術(shù)中，一個感光板將被由物體反射的激光束及在先分出的參考光束曝光。但是，由此顯影出的全息照片僅具有有限的彩色種類，其問題還在于，尚不能實現(xiàn)大面積的投影，也不能實現(xiàn)從圖象上伸出較遠的物體。因為其圖象分辨率好，該方法僅適用于較小圖象。
在圓柱透鏡板全息照相術(shù)中，圖象通過圓柱透鏡板被分解成一些垂直條。因此來自物體不同角度的圖象被攝到通常的相紙上，并可從這些觀察角度再被觀察出來。但是僅得到一種單軸的廣角全息照片。此外物體的伸出部位、光強度及分辨率仍有問題。
本發(fā)明的任務在于，創(chuàng)立一種裝置及與其相關的方法，以在一個圖象平面前遠處投影一個大發(fā)光強度的三維及全廣角全息大面積立體物體。這將主要用于廣告及娛樂。
該任務將通過權(quán)利要求書中所述的各特征來解決。
所謂集成照相術(shù)的基本原理在本世紀初就已知曉，但由于技術(shù)問題未充分地解決而湮沒無聞。該集成照相術(shù)的基本原理在于，在一個壁上安裝的許多彼此上下及左右密集布置的單圖象照相機可攝取三維的物體，以致在重現(xiàn)時可被三維地感知。為此照相機必需足夠地小，但在此情況下應盡可能精確地攝取并保留來自各相應位置本身的整體圖象，及在再現(xiàn)時盡可能精確地象小幻燈機那樣地重新投影出來。如果一個人觀察投影圖象屏，他將會看到許多小的幻燈投影器，它們對于觀看者來說將它們各自的二維圖象匯合成一個大的三維圖象。
用于攝取及重現(xiàn)一單獨圖象的照相機和幻燈機的組合首先必須成本上合理地被制造。最好能有數(shù)百個這樣的幻燈機組合在板上。另一方面，被它們攝取的圖象質(zhì)量必須特別好，以便最后獲得可接受的三維分辨率。投影的光源相當貴并必須被劃分給上千個投影器。圖象組件由壓力澆注的各種玻璃棱鏡及帶有透鏡及棱鏡輪廓的玻璃板組成。它們以不同的方式被涂有反射層，感光層及去反射層并彼此相粘合?？粘龅目臻g中部分地注有透明或黑色液體。
將分三個步驟(攝影、顯影及再現(xiàn))來解釋一個單獨微投影器的工作原理。
在圖象攝影時，將位于圖象組件前的物體或一個圖象屏的圖象成象在投影器內(nèi)的成象盤(imaging dish)上。繼續(xù)行進至感光層后的光束將被黑色液體吸收，在攝影時這種黑色液體填在各后透鏡盤之間。
光圈的開和閉發(fā)生在圖象組件的外面。如果該組件由自動曝光裝置中的計算機控制曝光，則該組件總是處于防光的暗室中。曝光裝置僅使光線投射在每個待曝光的微投影器上。
如果這些組件在攝影棚中對實際物體曝光，則它們被隔光地安裝在一個壁上，并通過一個大隔離壁的打開被全部共同地曝光。
為了能達到在感光層上最佳的成象，光圈的大小及位置、前透鏡的曲率半徑及折射率、及成象盤的形狀必需彼此精確地被調(diào)節(jié)，以便補償光孔的幾何誤差、由繞射引起的光圈誤差及散光和成象區(qū)彎曲。在被確定用于計算機曝光的組件的情況下，成象盤必須適配曝光圖象屏的距離。
如果組件被完成曝光，則涂以感光層的成象盤通過中間空間以幻燈片方法被顯影。此后，將光學液體倒空并再注入。
在再現(xiàn)時，使平行定向的光從后方通過微投影器照射。對此激光最為合適。對于圖象清晰度來說光的平行度是重要的。為了使光能夠同時地、精確垂直地入射到所有投影器上，一束強光束將導經(jīng)一個通道，在通道上光束的一部分被規(guī)則局部反光層精確垂直側(cè)面地反射，在此情況下主光束每次僅有少量削弱。
垂直反射的光束照射到投影器的后非球面透鏡上。該透鏡這樣地定向，即，它使得所有從后面到來的平行光束精確地聚焦在光圈孔中。在到那里的路徑上光束射到成象盤上，在其上幻燈片層將確定能通過它的那些彩色。當這些層透過光束時相應的各光束通過光折射展開成一個圓錐形。在激光的情況下這可能引起干涉。但是當錐形束從前透鏡射出時又被平行定向，以使得該干涉被消除。具有棱鏡的前玻璃板用于使各個投影器的視野交替地向右或向左20度及向下20度地對準。由此可產(chǎn)生最佳的觀看視野。
將借助附圖以例子的方式來說明本發(fā)明。
圖1及2表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的概圖；圖3是用于本發(fā)明的棱鏡柵格的概覽圖；在圖1中可看到投影屏的前視圖，然后可看到頂視圖及側(cè)視圖；同樣這也適用于圖2。附圖中使用的標號具有如下意義1.球面透鏡，2.具有多個光圈孔的光圈，3.涂有感光層的成象面，4.在成象面3及光圈之間的中空空間，5.非球面透鏡，6.用于表示光圈孔2的關閉機構(gòu)，7.光圈上的磁鐵，它們可通過未示出的電磁鐵從外部來操作，8.概示使光線改道的一個棱鏡系統(tǒng)，以使得非球面透鏡5或成象面3從后方被照射，9.為光組件，10.為透鏡板，11.指棱鏡系統(tǒng)，及12.為光板，13.為偏轉(zhuǎn)棱鏡，及14.表示保護板，15.透鏡表面
16.是在保護板及透鏡表面之間的中空空間，17.成象表面，19.在成象表面及透鏡表面20之間的中空空間，20.透鏡表面，21.為一圖象屏或一圖象，及18.為一攝影及投影器。
圖3用30表示柵格系統(tǒng)8。
用31表示光源的輸入端。用32及33表示具有局部反射層的棱鏡。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生一個物體的全息大圖象的方法，包括多個彼此水平及彼此垂直柵格狀布置的圖象投影器，其特征在于在每單個投影器中，一個光圈(2)，至少一個注入光學液體媒質(zhì)的空間(4)，一個涂有感光層的彎曲成象面(31)，及至少一個透鏡表面(1)這樣地布置，即使得位于前方的物體的圖象形成在成象面(3)上；在上述各部件相應布置及攝影和再現(xiàn)投影器分開的情況下，每個成象面對單個由計算機計算的透視的并符合光學系統(tǒng)的圖象曝光；涂有感光層的成象面(3)通過一個開口顯影；各投影器被平行光從后方照射(8)；中間空間被注入光學媒質(zhì)或倒空及附加透鏡表面(5)這樣布置，即使得從后方到達的平行光會聚或散射，以便穿過成象面(3)上的圖象照射并投影到空間中。
2.用于實施根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于投影器中的感光層被微LCD替代，后者由一個設在組件上的微計算機調(diào)節(jié)并在必要時該調(diào)節(jié)自動地維持；由該計算機實現(xiàn)透視的正確圖象及該計算機在工作上與相鄰組件的計算機相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于每個單獨投影器具有設在前方的一個球面透鏡(1)；一個光圈(2)被布置在透鏡后方；在光圈后面是相應于光學系統(tǒng)理想成象盤的由玻璃層構(gòu)成并涂有感光層的彎曲成象面(3)；在光圈及成象面之間設有中空空間(4)，其中可注入液體；及在成象面后面設有非球面透鏡面(5)，它使從后方到來的平行光精確地聚焦在光圈孔(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于在光圈(2)前方設有光圈擋板(6)，通過它側(cè)向移動使所有光圈一起打開或關閉；該擋板由彈簧壓在光圈上及壓向側(cè)面；及通過設在擋板一側(cè)面的磁鐵(7)從外部通過電磁鐵可移動該擋板。
5.用于實施根據(jù)權(quán)利要求1方法的裝置，其特征在于每單個投影器在前方設有一個保護板(14)，一前球面透鏡面(15)位于保護板后面；在保護板及透鏡之間是一個中空空間(16)，它僅用于攝影時被注入流體光學媒質(zhì)；一個彎曲的成象面(17)，它與攝影投影器(18)及前方透鏡面的光學特性相符合并構(gòu)成在玻璃層上及涂有感光層；在透鏡及成象面之間的中空空間(19)可注入一種流體；在成象面后方設有一個非球面透鏡面(20)，它使從后方到來的平行光聚成一點并向前方投影；為了攝影，攝影投影器(18)由一個計算機精確控制并使成象面(17)對一個以透視方式計算的并適合于光學系統(tǒng)的圖象(21)曝光；及在攝影投影器中的圖象屏(21)是彎曲的，以給出較大曲率的成象。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中一項的裝置，其特征在于每個所述單獨微投影器通過棱鏡-柵格系統(tǒng)(8)從后方被平行定向的光透射。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于通過將菱形棱鏡(30)與具有較小折射率的光媒質(zhì)粘接及沉積全部或部分反射層使一個強光源(31)的光相對均勻地分布在所有柵格方塊上，同時在每個粘接橫截面上使光束的一部分向前方反射90°；當光束到達最后單元(32)時，光束在相反方向上第二次透射該系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于在棱鏡柵格(8)的邊緣上的棱鏡單元(32，33)使主光束偏轉(zhuǎn)90°射到一個平面中，并同時使分出的較弱光束偏轉(zhuǎn)90°射到另一與第一平面垂直的平面中，為此棱鏡被二次地、對角線地切割并將這四部分重新粘接起來，并同時在四個切割面及外表面上沉積全部或部分的反射層(33)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中一項的裝置，其特征在于將各單個微投影器組合成例如10×20cm的矩形組件(9)；在透鏡板(10)上的透鏡被組合起來，它們用透鏡間的保持片相粘合；設有進入內(nèi)中間空間的可關閉孔(25)，以便注入感光顯影化學劑或光學媒質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中一項的裝置，其特征在于在顯影前在非球面透鏡面(20)及棱鏡系統(tǒng)(11)之間的中空空間中注入不透明的暗液體，以避免曝光時的干涉反射。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中一項的裝置，其特征在于在組件前側(cè)上設有一個光板(12)，它在每個透鏡前置有一個折射棱鏡(13)；交替地向右及向左并向下的棱鏡折射定向了一個最佳的視野；及棱鏡在一側(cè)面上具有輕微的曲率，以補償輕微的畸變。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中一項的裝置，其特征在于色彩紅、綠及藍總是交替地通過濾光器被分配到各個單獨的微投影器上；及成象面、透鏡和感光層最佳地適配于相應的波長。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12中一項的裝置，其特征在于每個微投影器接收整個彩色頻譜；以及成象面、透鏡和感光層適配于所有的波長。
14.根據(jù)權(quán)利要求2至13中一項的裝置，其特征在于在每單個投影器前設置一個具有多個透鏡的透鏡板，以提高點分辨率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中一項的裝置，用于產(chǎn)生物體的透視翻轉(zhuǎn)(幻視的)圖象，包括多個彼此水平及彼此垂直柵格狀地相對一個濾光壁布置的單個折射體，其特征在于這樣的一個折射體由一個玻璃體組成，其中嵌入兩個彼此垂直切割的鏡面，其中這些面垂直于濾光壁并在其交點上設有光圈孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征在于濾光壁屏這樣豎直地懸置在具有潤滑劑的兩個板之間，即它易于移動，以增加一次攝影時的分辨率。
17.根據(jù)權(quán)利要求2至16中一項的裝置，其特征在于成象面是一個鏡子，在其上沉積了感光層；在重現(xiàn)時，一個強光源從斜前方照射到鏡面上，以使鏡面上的象投射到空間中；及在通過單點曝光的攝影時，計算機考慮到再現(xiàn)光源的位置計算圖象。
18.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于作為自動曝光機，從一個存儲器中自動地取出圖象組件；將這些組件放置在一個精確軌道上并由一計算機自動地在一物鏡前控制大的曝光圖象屏，投影器光圈打開及關閉并繼續(xù)操作下個微投影器。
19.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于作為自動顯影機，從一個存儲器中自動地取出未顯影的圖象組件并在無光情況下被顯影；其中相應地倒空及注入組件中的流體媒質(zhì)，并依次導入顯影化學劑及沖洗液，將組件封閉，作為顯影被標記，并插入存儲器中，以便隨后繼續(xù)處理下一組件。
20.根據(jù)權(quán)利要求2至19中一項的裝置，其特征在于用于使入射的物體光束會聚的前方透鏡面及使從后方到達的投影光會聚的后非球面透鏡面由兩個或多個透鏡組成，它們這樣地被設定其形狀及其折射率，即很大程度地校正了彩色誤差、光孔誤差及另外的成象誤差。
21.根據(jù)權(quán)利要求2至20中一項的方法，用于在單個成象面上存儲多個圖象及用于重現(xiàn)整個圖象場景的短時間運行序列，其特征在于成象面被涂有多個不同的感光層；在攝影時使單個圖象的各三個層(RBG)曝光，及在重現(xiàn)時將其讀出，并不曝光或讀出另外的層；及設置各個層以從外方通過光特性或另外的信號來感光及讀出。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于多個感光層中的每層僅對各個不同波長窄光譜以高清晰度起感光作用；在單個圖象三重RGB分離曝光時每次僅使用這樣的波長，即在這樣的波長上分配給圖象的層起反應；在照片顯影時，對一定波長起反應的感光層獲得一種顏色，該層也精確地以高清晰度吸收這些波長；及在重現(xiàn)時設有RGB單元的屏被光束透射，每個RGB單元在它們的波長上相應于每個待顯示的圖象。
全文摘要
用于產(chǎn)生物體的一種全息大圖象的方法，包括多個被此水平及彼此垂直柵格狀布置的圖象投影器。在每單個投影器中，一個光圈(2)，至少一個注入光學液體媒質(zhì)的空間(4)，一個涂有感光層的彎曲成象面(31)及至少一個透鏡表面(1)這樣地布置，即使得位于前方的物體的圖象形成在成象面(3)上。在上述各部件相應布置及攝影和再現(xiàn)投影器分開的情況下，每個成象面對單個由計算機計算的透視的并符合光學系統(tǒng)的圖象曝光。涂有感光層的成象面(3)通入一入口顯影。各投影器被平行光從后方照射。中間空間被注入或倒空光學媒質(zhì)及另一透鏡表面(5)這樣地設置，即使得從后方到達的平行光會聚或散射，以便穿過成象面(3)上的圖象照射并投影到空間中。
文檔編號G03B35/18GK1227635SQ97197003
公開日1999年9月1日 申請日期1997年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月6日
發(fā)明者康斯坦丁·羅格茲 申請人:康斯坦丁·羅格茲