一物體的多視角圖，也可以是多幅不同的圖像，當偏離該取向面，則圖像消失，或是觀察到偏離后的取向面內(nèi)的圖像。
[0037](6)大數(shù)值孔徑的柱透鏡，可繞其自身光軸旋轉(zhuǎn)，柱透鏡的旋轉(zhuǎn)角決定觀察時的取向角，即柱透鏡的旋轉(zhuǎn)角度提供四維光場的一個獨立變量Θ。
[0038](7)激光束在柱透鏡圓弧面上掃描以獲得瞬時動態(tài)的扇形面域體像素入射光場，柱透鏡的圓弧面也可以設(shè)計為其它具有一維聚焦的對稱二次曲面。柱透鏡4可用圓對稱的球面透鏡，或聚焦能力更佳且數(shù)值孔徑與柱透鏡相匹配的非球面透鏡，或具有像差校正的組合透鏡替代，當掃描振鏡系統(tǒng)沿著球面透鏡的水平對稱軸方向線性掃描時，會聚透鏡組輸出端也可以獲得扇形面域體像素光場，控制光線軌跡沿著不同取向的水平對稱軸掃描，因此無需機械旋轉(zhuǎn)也可實現(xiàn)本發(fā)明中的打印模式。
【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是微透鏡記錄材料側(cè)視圖[0041 ] 圖2是微透鏡記錄材料剖面圖
[0042]圖3是在微透鏡記錄材料上記錄物體光場信息示意圖
[0043]圖4是微透鏡薄膜通過反射環(huán)境光再現(xiàn)物體浮動三維圖像示意圖
[0044]圖5是光場成像打印裝置中獨立參量的空間坐標系標定方向及可旋轉(zhuǎn)柱透鏡示意圖
[0045]圖6是光場成像打印裝置示意圖
[0046]圖7是光場成像打印裝置打印多幅視角圖示意圖
[0047]圖8是圖7中光場成像打印裝置打印多幅視角圖的局部放大示意圖
[0048]圖9是微透鏡薄膜多視角觀察示意圖
[0049]圖10是具有三維浮動圖像的微透鏡薄膜特性示意圖，即微透鏡薄膜不同取向角下觀察到不同物體的示意圖
[0050]圖11是360°周視動態(tài)觀察薄膜所現(xiàn)三維浮動物體示意圖
[0051]圖12是子像素組成宏像素示意圖
[0052]圖13是光場成像打印裝置中用圓對稱聚焦透鏡取代柱透鏡的示意圖
[0053]圖14是掃描振鏡系統(tǒng)在圓對稱聚焦透鏡上掃描軌跡線取向示意圖
[0054]圖15是微透鏡薄膜再現(xiàn)動態(tài)線示意圖
【具體實施方式】
[0055]正如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)中，制作出的三維浮動圖像薄膜，具有再現(xiàn)時的成像質(zhì)量分辨率低、光能利用率低、打印模式單一、復(fù)雜性高等缺點，因此，本發(fā)明提出具有四維變量的光場成像打印裝置，能夠制備出更真實三維動態(tài)感圖像的薄膜，通過控制不同的變量值，實現(xiàn)多種不同特性的浮動圖像，確保既能實現(xiàn)諸如多視角變圖的成像效果，又能獲得更加真實物體的三維觀察體驗，還可從不同的取向角打印不同圖像，制備具有空間復(fù)用的立體圖像薄膜。
[0056]下面，將對本發(fā)明的具體技術(shù)方案做詳細介紹。
[0057]請一并參見圖1?圖2，分別是微透鏡記錄材料I的側(cè)視圖和剖視圖，微透鏡記錄材料I包括覆在上方的微透鏡陣列11及微透鏡陣列11下方的光敏感層12，微透鏡陣列11是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的列陣，它不僅具有傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像等基本功能，而且具有單元尺寸小、集成度高的特點，通常每個透鏡的周期在20 μπι-200 μπι之間。微透鏡本身可以具有不同形式，如圓形平凸小透鏡、圓形雙凸小透鏡、微球體或水珠形小透鏡。制作微透鏡的材料包括玻璃、聚合物、礦石、晶體、半導體、以及這些材料與其他材料的組合。
[0058]光敏感層12是一種不可逆的光變材料，當超過其表面閾值能量的光照之后，這種材料會發(fā)生包括色彩或性質(zhì)上的改變。這些材料包括金屬、金屬氧化物、聚合物、半導體材料以及由這些材料所構(gòu)成的多層薄膜。比如鍍鋁材料吸熱蒸發(fā)或一些高分子聚合物材料在激光照射下表面發(fā)黑，從而導致材質(zhì)改性，與原基底材質(zhì)產(chǎn)生對比度變化，即產(chǎn)生了像素。當一束激光經(jīng)過微透鏡陣列11在光敏感層12上形成一些圖像后，通過微透鏡陣列11對像素光線的細微改變，使得再現(xiàn)圖案看上去有上浮或下沉的動態(tài)效果。
[0059]光源2提供激光照射，光源2為光纖激光器或者半導體栗浦的固態(tài)激光器或者準分子激光器、摻銣釔鋁石榴石(簡稱Nd:YAG)激光器等具有高峰值功率的激光器。通過這些高峰值功率的輻射源燒蝕記錄層來形成圖案。而當光敏感層12為非燒蝕如光致變色方法成像時，可采用諸如激光二極管、離子激光器、氣體激光器等低峰值功率的激光光源。利用本發(fā)明中的光場成像打印裝置，將平行的激光光束調(diào)制為向不同方向擴散或向同一方向會聚的聚焦光束，以模擬真實物體的體像素輻射特性。
[0060]請參見圖3，圖3是在微透鏡記錄材料上記錄物體光場信息的原理圖。在記錄階段，如圖3所示，由發(fā)散的激光光斑模擬立體模型的一個體像素O，該像素所輻射的空間光場信息被微透鏡陣列材料捕獲并記錄，由于三維物體可視為上述不同空間位置體像素的集合，當我們依次模擬各個體像素的空間光場并記錄之，最終可實現(xiàn)二維材料記錄3D物體信息的目的。從圖3上我們可以看出，每個微透鏡好比一個個微小的照相機，從不同的空間位置對該三維物體成像，由于受模擬光場的輻射空間范圍限制，單個微透鏡只能對該物體的局部成像，我們把由每個微透鏡后面所成的像叫做子圖?？梢?，正是這些二維子圖完成了對三維物體的信息分解。
[0061]請參見圖4，圖4是微透鏡薄膜通過反射環(huán)境光再現(xiàn)物體浮動三維圖像示意圖。圖中光線201a、201b為隨機照射的環(huán)境光，202為圖3中微透鏡記錄材料所記錄的一個像素點，203a及203b為透鏡對基底材料的折射光。基于光線可逆原理，子圖圖像將由微透鏡陣列在原空間位置投射成像，子圖所成的像的集合即為該三維物體像的再現(xiàn)。這里需要強調(diào)的是，本發(fā)明的薄膜材料不僅利用反射光可再現(xiàn)物體，通過透射光照射同樣可再現(xiàn)物體。在觀察此物像時，由于人眼只能部分的接收這些子圖陣列所成的像，所以在一個固定視角只能看到物體的部分信息，當觀察者變換對成像材料的相對位置，比如上下左右翻轉(zhuǎn)材料，或者移動觀察者的空間位置，就可以看到物體的不同位置的信息，即實現(xiàn)了不同視角下可見不同物體部分的動態(tài)的三維物體效果。
[0062]基于以上分析可看到，模擬的會聚激光光場輻射特性對最終成像效果起著重要作用。其中包括，會聚激光的聚焦光斑的空間位置坐標(X，1，ζ)(決定上浮或下沉效果)，會聚激光的數(shù)值孔徑NA(決定視場角的大小)，尤其是在本發(fā)明方案中，由于柱透鏡只在一維方向上對光線起偏折會聚作用，實際上得到的體像素輻射光場為扇形面域，而不是采用圓透鏡得到的錐體。故而該扇形面輻射光場的取向角Θ作為獨立變量改變時對動態(tài)成像效果起著尤其重要的影響。后面將在實施例中詳細分析它的作用。
[0063]激光打印光學系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA決定著最大可觀測視場角的大小，即可在多大角度范圍內(nèi)能夠看到再現(xiàn)物體的像，NA越大，視場角越大，動態(tài)感也就越強烈。一般情況下光學系統(tǒng)數(shù)值孔徑是確定的，即數(shù)值孔徑是常量，則意味著系統(tǒng)模擬的各個體像素的視場角范圍都相等，因而視場角雖然有一定的取值范圍，但是對于以體像素為描述對象而言，它仍被視作常量。
[0064]本發(fā)明打印裝置中模擬的體像素光場輻射由四個獨立參量控制，請參見圖5，圖5為光場成像打印裝置中獨立參量的空間坐標系標定方向及可旋轉(zhuǎn)柱透鏡示意圖，約定空間坐標系為右手坐標系，x-y-z的正方向如圖所示，柱透鏡取向角0°標定為X軸正方向，逆時針旋轉(zhuǎn)為正，取值范圍為0-360°。
[0065]參見圖6，圖6是光場成像打印裝置示意圖，圖6所示結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括微透鏡記錄材料1、光源2、掃描振鏡系統(tǒng)3、柱透鏡4、擴散片5、會聚透鏡組6及掃描光線簇7，掃描振鏡系統(tǒng)3包括振鏡31、振鏡32及f-theta(平場聚焦)透鏡33。如圖6所示，柱透鏡4置于f-theta透鏡33的焦平面附近，擴散片5放置在柱透鏡4的焦面上，擴散片5與透鏡組6上端保持一段可調(diào)距離。由于f-theta透鏡33的焦距較長，故而可視掃描在柱透鏡4表面的光線為平行光束。該光場成像打印裝置工作時首先由光源2發(fā)射激光，通過計算機軟件控制掃描振鏡系統(tǒng)3，經(jīng)過f-theta鏡33的出射光線7在柱透鏡4表面作高頻往復(fù)的線性掃描，由計算機精確控制柱透鏡4旋轉(zhuǎn)，并同時確保光線掃描方向保持與柱透鏡4光軸垂直，那么經(jīng)過柱透鏡4的一維偏折作用，該掃描光線簇7會聚在擴散片5表面，由于擴散片5對光線簇7的隨機散射作用，具有高斯分布特性的激光光強被均勻化，同時光線簇7的擴散角也被增大，經(jīng)過透鏡組6對光束的收集會聚作用，可輸出一個瞬時動態(tài)的聚焦光斑V，即獲得了一個體像素輻射光場，再由微透鏡記錄材料I記錄此瞬時體像素光場信息。打印三維物體時，通過計算機控制移動微透鏡記錄材料I所在的x-y-z平臺來獲取不同空間位置的體像素，從而最終完成3D物體光場的打印記錄。本發(fā)明中的四維變量，包括三維空間坐標變量及柱透鏡旋轉(zhuǎn)取向角變量，變量間可自由取值組合，將四維變量降成三維或者二維。其中，柱透鏡4的數(shù)值孔徑在0.3?0.95之間，對入射光線在一維方向聚焦，另一