是不同物體的二維圖形。當(dāng)輸入的是同一物體的多幅視角圖時，由于觀察者倆眼可分別接收到具有視差的視角圖，經(jīng)過大腦對兩幅視差投影圖合成，可感覺到物體相對材料表面漂浮或下沉的立體效果，晃動微透鏡記錄材料I以改變觀察視角，可見明顯的動態(tài)3D效果。如果輸入的是不同的物體圖形，晃動微透鏡記錄材料I可見動態(tài)的變圖效應(yīng)，如觀察到一只正在奔跑的兔子，前文已有描繪，不再贅述。當(dāng)完成上述多視角圖光場LI (x，y)輸入時，改變柱透鏡4的取向角，可以進行下一組多視角圖光場L2 (X，y)的輸入，實現(xiàn)材料同一空間的多重利用。
[0080]實施方式5:
[0081]上述實施方式4中，打印光場數(shù)據(jù)LI (X，y)后，調(diào)整x_y_z平臺的高度，如法炮制打印另一光場數(shù)據(jù)L2(x，y)，則可再現(xiàn)一浮動圖像及一下沉圖像，觀察此上浮下沉圖像時，將獲得強烈的3D景深感，且在取向角為的扇形面內(nèi)連續(xù)改變視角，可見明顯的動態(tài)效果。參見圖13所示的浮動飄帶9，二維光場LI打印數(shù)據(jù)對應(yīng)上浮正弦飄帶91，光場數(shù)據(jù)L2打印數(shù)據(jù)對應(yīng)下沉飄帶92，上浮正弦飄帶91與下沉正弦飄帶92振幅與周期都相同，二者位相相差η /4，上面視圖是觀察者在視角a時觀察到的上浮正弦飄帶91與下沉正弦飄帶92的相對位置關(guān)系，中間視圖是觀察者在視角b時觀察到的上浮正弦飄帶91與下沉正弦飄帶92的另一相對位置關(guān)系，下層視圖是觀察者在視角c時觀察到的上浮正弦飄帶91與下沉正弦飄帶92所呈現(xiàn)的幾何空間位置?？梢?，視角不同時，兩條正弦飄帶發(fā)生了錯位，觀察者視角連續(xù)地從a變到C，即可見兩條飄帶之間相對位置有明顯動態(tài)的改變。
[0082]實施方式6:
[0083]請參見圖14，圖14將前述本發(fā)明中使用的柱透鏡4用圓對稱的球面透鏡8或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，該球面透鏡8數(shù)值孔徑NA不小于柱透鏡4的數(shù)值孔徑NA。當(dāng)掃描振鏡系統(tǒng)3沿著球面透鏡8的水平對稱軸方向線性掃描時，會聚透鏡組6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，即無需旋轉(zhuǎn)柱透鏡4，利用非旋轉(zhuǎn)球面透鏡8也可獲得不同取向的扇形面，實現(xiàn)本發(fā)明中的打印模式。請參見圖15，圖15是掃描振鏡系統(tǒng)3在球面透鏡8表面掃描軌跡的正視投影圖，線段81、82為球面透鏡8的兩條水平對稱軸，同時線段81、82也分別是取向角為Θ3、Θ 4的掃描光線。本實施例中，掃描光線的取向角即為四變量光場L(X，y，Z，Θ)中的Θ變量。所不同的是柱面透鏡4的會聚光斑是狹長型的，由于僅一維聚焦，高斯光斑不均勻影響小，有利于掃描方向上的子像素平鋪打印的光強均勻性，可提供優(yōu)良的微透鏡陣列的成像品質(zhì)以及空間復(fù)用的效果。而采用球面透鏡8的優(yōu)勢在于，不需要機械旋轉(zhuǎn)即可獲得取向角變量Θ，然而利用對稱球面透鏡8的聚焦，高斯光斑的不均勻使得可利用能量效率降低，同時，由于在另一維方向仍然具有聚焦效應(yīng)，因而對于實施例4中所述子像素而言其可觀察視角分布具有空間圓對稱性，當(dāng)以不同取向角觀察時，再現(xiàn)像容易與前一取向角的像發(fā)生串?dāng)_，從而降低動態(tài)3D的觀察體驗。故而本發(fā)明優(yōu)選采用柱透鏡旋轉(zhuǎn)的方案。
[0084]綜上所述，本發(fā)明中的光場成像打印裝置主要是利用掃描振鏡系統(tǒng)在透鏡面上掃描結(jié)合空間三維坐標(biāo)的改變以實現(xiàn)四維光場數(shù)據(jù)打印。激光脈沖開關(guān)、柱透鏡旋轉(zhuǎn)、振鏡系統(tǒng)掃描、x-y-z平臺移動均需根據(jù)待輸入圖形信息協(xié)調(diào)有序控制。由此，實現(xiàn)更真實的三維動態(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。另外，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。
[0085]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0086]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種光場成像打印裝置，其特征在于:包括光源、掃描振鏡系統(tǒng)、透鏡、擴散片、會聚透鏡組及微透鏡記錄材料，所述掃描振鏡系統(tǒng)包括振鏡與平場聚焦透鏡，所述透鏡置于平場聚焦透鏡的焦平面處，所述擴散片放置在透鏡的焦面上，擴散片與會聚透鏡組的上端保持一段可調(diào)距離，所述光源發(fā)射激光，光線依次經(jīng)過掃描振鏡系統(tǒng)、透鏡、擴散片與會聚透鏡組，輸出瞬時動態(tài)的聚焦光斑，獲得體像素輻射光場，再由所述微透鏡記錄材料記錄瞬時體像素輻射光場信息。2.如權(quán)利要求1所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述微透鏡記錄材料包括微透鏡陣列及位于微透鏡陣列下方的光敏感層，所述微透鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的列陣，所述光敏感層是不可逆的光變材料。3.如權(quán)利要求1所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述光源發(fā)射激光，經(jīng)掃描振鏡系統(tǒng)出射光線，在透鏡表面作線性掃描，形成掃描光線簇，經(jīng)透鏡后，掃描光線簇會聚在所述擴散片表面，并被散射出，所述會聚透鏡組對光束進行收集會聚。4.如權(quán)利要求1所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:打印三維物體時，移動所述微透鏡記錄材料所在的x-y-z平臺來獲取不同空間位置的體像素。5.如權(quán)利要求1所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述體像素輻射光場由四個獨立參量控制，包括三維空間坐標(biāo)變量及透鏡取向角變量，變量間可自由取值組合，將四維變量降成三維或者二維。6.如權(quán)利要求5所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:固定所述微透鏡記錄材料的z軸高度及透鏡的取向角，微透鏡記錄材料所在的平臺僅作χ-y方向的移動，則四維體像素光場表達降為二維，由此打印具有多視角或連續(xù)變化視角的懸浮或下沉的二維光場圖形，利用振鏡掃描系統(tǒng)，直接輸出一個宏像素，所述宏像素包含有許多不同視角的子像素，每個子像素對應(yīng)著待輸入多視角圖形的像素。7.如權(quán)利要求5所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述透鏡選用柱透鏡、圓對稱的球面透鏡、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、具有像差校正的組合透鏡中的一種。8.如權(quán)利要求7所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述透鏡選用柱透鏡，柱透鏡的數(shù)值孔徑在0.3?0.95之間，對入射光線在一維方向聚焦，另一維直接透射光線，由會聚點繼續(xù)傳播的光束成扇形面域擴散。9.如權(quán)利要求8所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述柱透鏡繞其自身幾何中心的Z軸旋轉(zhuǎn)，柱透鏡的旋轉(zhuǎn)角度決定扇形面域輻射光場的取向角，當(dāng)采用某一取向角定值打印三維光場數(shù)據(jù)時，觀察者只能在此取向角的扇形面內(nèi)觀察到圖像，當(dāng)偏離此取向角時，則圖像消失或觀察到偏離后的取向面內(nèi)的圖像。10.如權(quán)利要求7所述的一種光場成像打印裝置，其特征在于:所述透鏡選用球面透鏡，所述掃描振鏡系統(tǒng)沿著球面透鏡的水平對稱軸方向線性掃描，會聚透鏡組輸出端獲得扇形面域體像素輻射光場。11.一種具有三維浮動圖像的薄膜，由權(quán)利要求1-10中任一項所述的光場成像打印裝置制備，其特征在于:記錄了一個或多個物體的光場信息，可再現(xiàn)相對于薄膜表面懸浮或下沉的浮動圖像，所述浮動圖像由多個不同視角的子圖合成，可從不同的空間視角觀察到。12.如權(quán)利要求11所述的一種具有三維浮動圖像的薄膜，其特征在于:在一個取向面內(nèi)觀察到的圖像，是同一物體的多視角圖或多幅不同的圖像，當(dāng)偏離所述取向面時，則圖像消失或觀察到偏離后的取向面內(nèi)的圖像。13.如權(quán)利要求11所述的一種具有三維浮動圖像的薄膜，其特征在于:所述浮動圖像是二維圖像或三維圖像，為三維圖像時，浮動圖像是顯現(xiàn)在薄膜上方、薄膜平面或下方的三維景深圖像，或是從一深度向另一深度連續(xù)變化的三維圖像。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種光場成像打印裝置及通過該光場成像打印裝置而制備的具有三維浮動圖像的微透鏡薄膜，利用掃描振鏡系統(tǒng)在透鏡面上掃描，結(jié)合空間三維坐標(biāo)的改變以實現(xiàn)四維光場數(shù)據(jù)打印。光場成像打印裝置包括光源、掃描振鏡系統(tǒng)、透鏡、擴散片、會聚透鏡組及微透鏡記錄材料，光線依次經(jīng)過掃描振鏡系統(tǒng)、透鏡、擴散片與會聚透鏡組，輸出瞬時動態(tài)的聚焦光斑，獲得體像素輻射光場，再由所述微透鏡記錄材料記錄瞬時體像素輻射光場信息。本發(fā)明可以實現(xiàn)更真實的三維動態(tài)感圖像，通過控制不同的變量值，實現(xiàn)多種不同特性的浮動圖像，確保實現(xiàn)諸如多視角變圖的成像效果。
【IPC分類】G02B26/10, G02B27/22
【公開號】CN105259664
【申請?zhí)枴緾N201510778108
【發(fā)明人】范廣飛, 魏國軍, 陳林森, 盧國, 周洋
【申請人】蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司, 蘇州大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月13日