CN103064275B - 全息3d实现装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全息3D实现装置及方法，所述装置包括记录装置和显示装置，所述记录装置，包括：激光生成单元，用于发出激光；分束单元，用于接收激光生成单元发出的激光并将所述激光进行分束形成参考光和射向被拍摄物的物光；光折变晶体，用于分别接收来自所述分束单元的参考光和来自所述被拍摄物的物光形成全息3D图像；旋转单元，与所述光折变晶体连接，用于每记录一个新的全息3D图像时同步旋转所述光折变晶体。显示时，通过在再现光路中旋转所述光折变晶体就可以实现不同全息3D图像的再现。本发明通过在全息3D记录和显示光路中旋转光折变晶体就可以实现多个全息3D图像的记录和显示，记录和显示都十分快捷方便，并且可以实现全息3D动态显示。

Description

全息3D实现装置及方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息3D实现装置及方法。
背景技术
在线性光学材料中（如透镜、棱镜等），光束只是相互透过，而不改变材料本身的某种性质。光折变效应是光致折射率变化效应的缩称，它并不泛指所有由光感生折射率变化，而特指材料在光辐射下，由光电导效应形成电荷场，再由光电效应引起折射率随光强空间分布而发生变化的效应。由于光致折射材料的光学性质可以被穿过这种材料的光所改变，因此这种材料属于非线性光学材料。与我们平常照相用的胶片感光剂一样，光折变晶体能记录错综复杂的光的图案，但这种材料比胶片还要优越，它记录的光图像是可以消除的，而胶片曝光后只能记录一次图像，也无法抹除图像。光折变晶体最大的优势在于可在3cm3的体积中存储5000幅不同的图像，并且可以迅速显示其中任意一幅。
全息是指光波的全部信息，即光波的振幅和相位信息。普通照相术仅记录下光波的强度（即振幅）信息而丢失了光波的相位信息。全息照相术利用干涉原理，记录时可以将物光波的全部信息（振幅和相位信息）都存储在记录介质中；当用再现光波照射记录介质时，根据衍射原理，就能使原始物光波得以重现，从而实现逼真的立体像再现。
由于全息照相再现像的立体感很强，因此基于全息技术的3D显示越来越受到人们的关注。全息3D显示技术主要包括合成全息3D显示、数字全息3D显示和基于可擦写材料的全息3D显示。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种全息3D实现装置及方法，无需改变装置的光路结构即可方便快速地实现多幅全息3D图像的记录和显示。
（二）技术方案
为解决上述问题，
第一方面，本发明提供了一种全息3D记录装置，包括：
激光生成单元、分束单元、光折变晶体及旋转单元，
所述激光生成单元，用于发出激光；
所述分束单元，用于接收所述激光生成单元发出的激光并将所述激光进行分束形成参考光和射向被拍摄物的物光；
所述光折变晶体，用于分别接收来自所述分束单元的参考光和经被拍摄物漫反射发出的物光形成全息3D图像；
所述旋转单元，用于每记录一个新的全息3D图像时同步旋转所述光折变晶体。
优选地，所述装置进一步包括：反射镜，设于所述分束单元到所述光折变晶体之间的光路上，用于将所述分束单元发出的参考光向所述光折变晶体反射。
优选地，所述装置进一步包括：第一扩束准直组件，设于所述分束单元到所述被拍摄物之间的光路上，用于将所述分束单元出射的物光进行扩束准直。
优选地，所述装置进一步包括：第二扩束准直组件，设于由所述反射镜到所述光折变晶体之间的光路上，用于将所述反射镜反射向所述光折变晶体的参考光进行扩束准直。
优选地，所述装置进一步包括：光斑控制单元，设于所述分束单元到所述光折变晶体之间的物光和/或参考光光路上，用于调节所述物光和/或所述参考光在所述光折变晶体上形成的光斑的大小。
优选地，所述参考光和物光分别在所述光折变晶体上形成完整的光斑。
优选地，所述参考光和物光分别在所述光折变晶体上形成的光斑大小相当。
优选地，所述光斑控制单元包括：小孔光阑。
优选地，由所述分束单元到所述光折变晶体的物光光程和参考光光程相当。
第二方面，本发明还提供了一种全息3D记录方法，包括：
搭建全息记录光路，形成到达光折变晶体的参考光路和经过被拍摄物再到达所述光折变晶体的物光光路，其中物光和参考光为相干光；
通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录一幅全息图像；
保持所述全息记录光路结构不变，将所述光折变晶体旋转设定角度后，通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录下一幅全息图像。
优选地，被拍摄物每更换一次被拍摄角度，所述光折变晶体同步旋转一次。
优选地，所述全息记录光路由上述的全息3D记录装置形成，通过所述旋转单元完成将所述光折变晶体旋转设定角度的步骤。
第三方面，本发明提供了一种对上述的全息3D记录装置记录的全息3D图像进行再现的全息3D显示装置，包括：
光折变晶体、激光生成单元、旋转单元，
所述光折变晶体，分别在多个不同的角度记录有多个全息3D图像；
所述激光生成单元，用于发出激光，至少部分激光作为再现光到达所述光折变晶体；
所述旋转单元，与所述光折变晶体连接，用于将所述光折变晶体旋转至对应显示的全息3D图像记录的角度。
优选地，所述再现光为原参考光或为波长、振幅、振频、入射角度均同原参考光相当的光束。
优选地，由所述激光生成单元到所述光折变晶体之间的再现光光路与上述的全息3D记录装置的参考光光路相同。
优选地，所述装置进一步包括物光挡板，用于遮挡在上述的全息3D记录装置的分束单元的物光出光方向上，形成所述全息3D显示装置。
第四方面，本发明提供了一种用于对上述的全息3D记录方法记录的全息3D图像进行再现的全息3D显示方法，包括：
搭建全息显示光路，形成到达光折变晶体的再现光光路；其中，所述光折变晶体，分别在多个不同的角度记录有多个全息3D图像；
沿着记录所述全息3D图像时的物光到达光折变晶体的方向再现对应的全息3D图像；
保持所述全息显示光路结构不变，将所述光折变晶体旋转对应角度，显示与该旋转后的角度对应的全息3D图像。
优选地，还包括通过旋转单元完成将所述光折变晶体旋转对应角度的步骤。
第五方面，本发明提供了一种全息3D实现装置，包括上述的全息3D记录装置和全息3D显示装置。
（三）有益效果
本发明通过在全息3D记录和显示光路中旋转光折变晶体就可以实现多个全息3D图像的记录和显示，记录和显示都十分快捷方便。
通过本发明的全息3D记录装置和方法在光折变晶体的不同角度连续记录一组表征被拍摄物全方位信息的全息3D图像，再现时，通过全息3D显示装置和方法将光折变晶体放在再现光光束中转动，即可把各图像互不干扰的相继显示出来，在光折变晶体后面旋转展示物体各个角度的立体图像，实现全息3D动态展示效果。
附图说明
图1为根据本发明实施例全息3D记录装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例全息3D记录方法的流程图；
图3为根据本发明实施例全息3D再现装置的结构示意图；
图4为根据本发明实施例全息3D再现方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
实施例一：
本实施例记载了一种全息3D记录装置，包括：
激光生成单元、分束单元、光折变晶体及旋转单元，
所述激光生成单元，用于发出激光；
所述分束单元，用于接收所述激光生成单元发出的激光并将所述激光进行分束形成参考光和射向被拍摄物的物光；
所述光折变晶体，用于分别接收来自所述分束单元的参考光和经被拍摄物漫反射发出的物光形成全息3D图像；
所述旋转单元，用于每记录一个新的全息3D图像时同步旋转所述光折变晶体。
本实施例通过在全息3D记录装置中旋转光折变晶体就可以实现多个全息3D图像的记录，记录快捷方便。
实施例二：
图1所示为本实施例记载的一种全息3D记录装置的结构示意图。如图1所示，本实施例中，所述装置包括：
激光生成单元1，用于发出激光，在本实施例中，所述激光为高相干性的单色激光；
分束单元2，用于接收所述激光生成单元1发出的激光并将所述激光进行分束形成参考光和射向被拍摄物5的物光；在本实施例中，所述分束单元2为半反半透的分束镜，其对入射激光具有分束作用，按一定分束比（如1:1等）将入射光束分为成一定夹角的反射光束和透射光束，在本实施例中，所述反射光束作为所述参考光，所述透射光束作为所述物光；当然，本领域的技术人员可以得知，除了上述的分束镜外，本发明还可以通过其它光学器件实现光束的分束；
第一扩束准直组件4，设于所述分束单元2的物光出射方向一侧，用于将所述分束单元2出射的物光进行扩束准直变成平行光束入射到被拍摄物5表面；其中被拍摄物5根据来自第一扩束准直组件4的物光形成漫反射的物光；
光斑控制单元，在本实施例中，所述光斑控制单元包括孔径较大的大孔径透镜6和孔径较小的小孔径透镜7，其中大孔径透镜6和小孔径透镜7相向一侧的焦点重合；由所述被拍摄物5漫反射发出的物光被所述大孔径透镜6会聚后至所述重合的焦点后，再由经过小孔径透镜7形成一束较窄的平行物光后入射到光折变晶体8上；本领域技术人员可以得知，所述光斑控制单元还可以设置在参考光路上，对参考光形成的光斑进行控制，以实现物光和参考光在光折变晶体上形成大小一致的光斑；或者在参考光路和物光光路上都设置所述光斑控制单元，同时对物光和参考光斑的大小进行控制。
反射镜3，设于所述分束单元2的参考光出射方向上，用于将所述分束单元2发出的参考光向所述光折变晶体8反射；较佳地，通过对反射镜3的位置选择保证物光、参考光光程基本一致；
第二扩束准直组件10，设于由所述反射镜3到所述光折变晶体8之间的光路上，用于将所述反射镜3反射向所述光折变晶体8的参考光进行扩束准直，使之变成平行光束（平面光波）入射到光折变晶体8上；
光折变晶体8，用于记录参考光和物光相遇时发生干涉的干涉图形成全息3D图像；
旋转单元（在图1中未示出），用于每记录一个新的全息3D图像时同步旋转所述光折变晶体8，在本实施例中，所述旋转单元为可旋转的载物台，光折变晶体8安置在所述载物台上并随着载物台的转动而转动；
在本实施例中，为了产生完整并且质量更好的全息3D图像，较佳地，所述参考光和物光分别在所述光折变晶体8上形成完整的光斑，即使得光斑不超出光折变晶体8的边缘，并且所述参考光和物光分别在所述光折变晶体8上形成的光斑大小相当。
为了保证参考光、物光光斑大小一致，第一和第二扩束准直组件4、10中透镜的选择及所述大孔径透镜6和小孔径透镜7的选择很重要，若通过透镜难以实现，所述光斑控制单元还可以包括小孔光阑，通过在物光、参考光光路中分别加小孔光阑来控制光斑大小。
本实施例的装置在实现不同全息3D图像的纪录时，只需要将光折变晶体8旋转一个角度即可实现，不需要对光路结构做任何改变，实现方便、快速；并且可以利用光折变晶体8的不同角度记录一组表征物体全方位信息的立体图像，以便在再现时实现全息3D动态显示。
实施例三：
图2所述为本实施例记载的一种全息3D记录方法的流程图，所述方法包括：
S201搭建全息记录光路，形成到达光折变晶体的参考光路和经过被拍摄物再到达所述光折变晶体的物光光路，其中物光和参考光为相干光；
S202通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录一幅全息图像；
S203保持所述全息记录光路结构不变，将所述光折变晶体旋转设定角度后，通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录下一幅全息图像。
在本实施例中，可以设置被拍摄物每更换一次被拍摄角度，所述光折变晶体同步旋转一次，利用光折变晶体的不同角度记录一组表征物体全方位信息的立体图像。当然，本领域的技术人员可以得知，在更换拍摄物等需要重新拍摄一幅全息3D图像的场合时，光折变晶体也对应旋转。
在本实施例中，所述全息记录光路可以由实施例一或实施例二所述的全息3D记录装置形成，通过所述旋转单元完成将所述光折变晶体旋转设定角度的步骤。
实施例四：
本实施例记载了一种对实施例一或实施例二所述的全息3D记录装置记录的全息3D图像进行再现的全息3D显示装置，包括：
光折变晶体、激光生成单元、旋转单元，
所述光折变晶体，分别在多个不同的角度记录有多个全息3D图像；
所述激光生成单元，用于发出激光，至少部分激光作为再现光到达所述光折变晶体；
所述旋转单元，与所述光折变晶体连接，用于将所述光折变晶体旋转至对应显示的全息3D图像记录的角度。
在本实施例中，为了达到更好的图像显示效果，所述再现光为全息3D图像记录时的原参考光或为波长、振幅、振频、入射角度均同原参考光相当的光束。
本实施例通过在全息3D显示装置中旋转光折变晶体就可以实现多个全息3D图像的显示，显示快捷方便。
实施例五：
图3所示为本实施例记载的一种全息3D显示装置的结构示意图。如图3所示，本实施例的显示装置为实施例二记载的全息3D记录装置移开了被拍摄物5，并在分束单元2的物光出光侧设置物光挡板9后形成。即实施例二中的记录装置中由激光生成单元1、反射镜3、第二扩束准直组件10形成的参考光光路在全息3D图像再现时作为再现光光路。这样，仅用搭建一个光路，就可以实现全息3D图像的记录和显示，非常方便。当然，本领域的技术人员可以得知，本发明中，只要有一束与参考光保持同样角度和同样强度的光照射光折变晶体8，那么沿着记录时与该角度相对应的物光方向同样可见再现的立体图像。
当旋转单元（图3中未示出）带动光折变晶体8按照记录时的方向旋转时，就可以将依次记录下的物体的各个角度相继呈现出来，人眼就能看到一组旋转着的物体各个方位的全息3D图像展示。
在本实施例中，当所呈现的物体较小或包含较多细节时，可以通过在观察者与光折变晶体8之间增加一组功能透镜组来放大再现图像，从而使观看者便于观察。
实施例六：
图4所示为本实施例记载的一种全息3D显示方法的流程示意图，所述方法用于对实施例三所述的全息3D记录方法记录的全息3D图像进行再现，包括：
S401搭建全息显示光路，形成到达光折变晶体的再现光光路；其中，所述光折变晶体，分别在多个不同的角度记录有多个全息3D图像；
S402沿着记录所述全息3D图像时的物光到达光折变晶体的方向再现对应的全息3D图像；
S403保持所述全息显示光路结构不变，将所述光折变晶体旋转对应角度，显示与该旋转后的角度对应的全息3D图像。
在本实施例中，所述全息显示光路由实施例四或实施例五所述的全息3D显示装置形成，通过所述旋转单元完成将所述光折变晶体旋转对应角度的步骤。
实施例七：
本实施例记载了一种全息3D实现装置，包括全息3D记录装置和全息3D显示装置，其中，所述全息3D记录装置为实施例一或实施例二所述的全息3D记录装置；所述全息3D显示装置为实施例四或实施例五所述的全息3D显示装置。
本发明通过在全息3D记录和显示光路中旋转光折变晶体就可以实现多个全息3D图像的记录和显示，记录和显示都十分快捷方便。
本发明可广泛应用于博物馆、拍卖会等场合，便于现场人员能真切感受物品的大小、形状等特征，又免除了直接展示宝物容易出现的损坏、失窃等后顾之忧。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种全息3D实现方法，包括：
搭建全息记录光路，形成到达光折变晶体的参考光路和经过被拍摄物再到达所述光折变晶体的物光光路，其中物光和参考光为相干光；
通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录一幅全息图像；
保持所述全息记录光路结构不变，将所述光折变晶体旋转设定角度后，通过所述全息记录光路在所述光折变晶体上记录下一幅全息图像；
其特征在于，
被拍摄物每更换一次被拍摄角度，所述光折变晶体同步旋转一次；其中，通过旋转单元完成将所述光折变晶体旋转设定角度的步骤；
还包括：
搭建全息显示光路，形成到达光折变晶体的再现光光路；其中，所述光折变晶体，分别在多个不同的角度记录有多个全息3D图像；
沿着记录所述全息3D图像时的物光到达光折变晶体的方向再现对应的全息3D图像；
保持所述全息显示光路结构不变，将所述光折变晶体旋转对应角度，显示与该旋转后的角度对应的全息3D图像；
还包括通过旋转单元完成将所述光折变晶体旋转对应角度的步骤。
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