CN104361807A - 物体的光学隐形原理 - Google Patents

Abstract

本发明“物体的光学隐形原理”属于光学领域可见光范围内物体的隐形原理，由光学的反射原理、折射原理、全反射或全内反射原理共同组成了本发明的物体的隐形原理，使得任何在本发明的隐形层内的物体或人员，达到在隐形层外的人看不到或基本看不到，使得物体“消失”或“基本消失”了，从而很好的保护了被隐形的物体或人员。技术方案要点：通过将物体或人员置于由透光的全反射或全内反射层，可控蓝色或绿色发光层、可控镜面反射层(或可控透光的蓝色发光层、可控镜面反射层)共同组成的隐形层内，达到隐藏物体或人员的目的。主要用途：军用飞机、坦克等武器、人员、卫星及宇宙飞行器等方面。

Description

物体的光学隐形原理

技术领域

光学，量子光学。

背景技术

光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然的认识不断深入，光学的发展大致经历了几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等几个时期；光学既是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，有相当多的发现来自长期的系统的科学实验；

光的折射定律：光从一种介质射向另一种介质的平滑界面时，一部分光被界面反射，另一部分光透过界面在另一种介质中折射，折射光线服从折射定律：折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，是比例的常数，称为第二介质对第一介质的相对折射率；

全反射：又称全内反射，指光由光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质内的现象。光由光密介质进入光疏介质时，当入射角θ增加到某种情形时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θ称为临界角。若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均反回光密介质，此现象称为全反射。当光线由光疏介质射到光密介质时，因为光线靠近法线而折射，故这时不会发生全反射；

镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线（反射面是光滑平面）；

漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线（反射面是粗糙平面或曲面）；

     但无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律；漫反射只由于反射表面不平行成不规则的反射 就是在不平的表面有些弧状或尖锐的行状 假设有一条光线射到上面 做其切线做为平面作反射线 这样就有许多的细小的“镜子”够成漫反射；也可以将不平的表面看做是由多个凹面或凸面所组成的一样；

凹面镜是反射成像：面镜（包括凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守反射定律。这种镜面称为"会聚"，因为它们倾向将射至表面的光线收集起来，平行入射的光线将会被重新聚集在焦点上，这也是因为表面每个点的法线方向不同，光线以不同的角度反射。凹面镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光：

当物距小于焦距时成正立、放大的虚像，物体离镜面越近，像越小。当物距等于一倍焦距时不成像，当物距在一二倍焦距之间时成倒立放大的实像，物体离镜面越远，像越小。当物距等于二倍焦距时成等大倒立的实像。当物距大于2倍焦距时，成倒立、缩小的实像，物体离镜面越远，像越小。成的实像与物体在同侧，成的虚像与物体在异侧；

凸面镜的成像规律与凹透镜类似；

“抠像”一词是从早期电视制作中得来的。英文称作“Key”，意思是吸取画面中的某一种颜色作为透明色，将它从画面中抠去，从而使背景透出来，形成二层画面的叠加合成。

发明内容

如说明书附图， 图1所示，（一）物体A发出的光线射入光学晶体（如透光率极好的单轴均质晶体金刚石、及Al2O3光透过范围从300nm到5.5μm等）后，在光线由光学晶体返回空气介质时，如果入射角大于临界角，则光线会在晶体内发生全反射现象，其中的光学晶体与空气接触的一面相对于被隐藏的物体B来说，我们可以将其看做是透光的凹面镜，而与蓝色或绿色发光层接触的光学晶体内表面及凸面镜反光层就是凸面镜，在光学晶体层内，光线既有凹面镜的反射，也有凸面镜的反射，由于凹凸面镜的距离非常短，可以近似的看做凹凸面镜有一个共同的实虚焦点及虚光心，根据光的反射原理，平行于光轴的光经过凹面镜的反射后其反射光线的延长线将通过凹面镜的焦点，这条反射光线再通过凸面镜的反射而成为平行于光轴的光线a，而通过凹凸面镜虚光心的光线方向不变(此时可以将凹凸面镜看做是凸凹透镜且有一个共同的光心)，此时将凸面镜的这条反射光线a反向延长后，与通过虚光心的光线b的反向延长线交与一点，这一点就是物体A的一个点的物像(虚像)，通过光的反射原理图我们可以看到，物体A所发出的光线在通过光学晶体后形成了一个正立的物像(虚像)，而且此时的物象相对于观察者来说在物体A的前方。根据光的反射原理，凹面镜可以使物体成放大的正立的虚像，而凸面镜则可以使物体成正立缩小的虚像，从光的反射原理或光路图中可以看出，如果光学晶体的厚度足够薄，即凹凸面镜的距离足够小，凹凸面镜对物体的放大及缩小的效果抵消了，那么物象与物体A的距离也就越趋于相近，物像的大小也就越趋于物体A的平行射入光学晶体部分的实物的大小，在人的肉眼看来，物像几乎与实物物体平行射入光学晶体部分的实物是重合的（如图1.1所示），此处称为“与实物部分或全部一样的虚像”；为了尽可能的使得物体A的物象能“附着”在实物的相应部分，光学晶体的厚度应足够薄或恰到好处，同时也能使得光学晶体的透光度良好，使得其表面的反射光线足够少；

（二）物体A发出的光线射入光学晶体后，在光线由光学晶体返回空气介质时，如果入射角小于临界角，则光线不会在光学晶体内发生全反射现象，此时，一小部分光线反射回空气介质，这些反射光线的反向延长线形成了物体A的一个正立缩小的非常虚的或透明的虚像，一部分光线经光学晶体的折射进入蓝色或绿色发光层，（理想状态下）此发光层的折射率是近似于空气的折射率且厚度足够薄的折射层，根据光的凸面镜反射原理，发光层内的折射线经凸面镜的反射后形成了在物体A一侧才可以看到的正立缩小的物体A的蓝色或绿色虚像，如说明书附图  图2、图3 所示；

（三）   经过一，二两种情况，我们得到了4个物像，2个是正立缩小的且在物体A的一侧才可以看到的虚像，另一个是在被隐藏的物体B的一侧观察者才可以看到，且是与物体A部分或全部大小相等正立的位置在物体A上的物像，最后一个是正立缩小的由光学晶体的反射光线所形成的观察者的物像，为了隐藏物体B，需要将物体B的表面颜色除去，此时使用到了抠像原理，蓝色或绿色发光层发出一定强度且一定饱和度的光线用来拟补物体A的光线进入光学晶体后的能量衰减并使得物体B上的光线尽量的均匀，配合凸面反射镜的使用，此时从观察者的角度看，被隐藏的物体B不见了，对于4个物像，其中1个是物体Ａ发出的平行射入光学晶体的光线所成的与相应实体等大正立的且位置在物体A上相应部位的物像，这是观察者应看到的部分（与实物部分或全部一样的虚像）；2个是物体A的正立缩小的在物体A的一侧的虚像，此像观察者看不到；最后一个是观察者自己的缩小了的正立虚像，此像是由高透光的单轴均质光学晶体的一小部分反射光线所形成的，所成的虚像应该非常的虚或者说透明，通过调节发光层的发光亮度、饱和度及凸面反射镜面的反射作用，观察者应该基本看不清或看不到自己了，此时只有与实物部分或全部一样的虚像，理想情况下是观察者应看到的图像，从而使得被隐藏的物体B“隐身”了或基本“隐身”了；上面的被隐藏的物体B是在球形的容器内的特殊情况，实际情况中，可以想象复杂的立体图像的不同部分是由不同的凸面或凹面光学晶体所组成的整体，其光路图、隐身效果原理与球形的光学晶体基本一样，最终效果 如说明书附图  图 4 所示；（由于光学晶体内的反射、折射光路图较复杂，有的有双折射现象，所以只取较简单的原理）；说明书附图说明：图 1 物体A发出的光线在光学晶体内产生全反射时所成的正立等大的物象(虚像)；图1.1 是图1 的光学晶体内发生全反射时所成正立的与成像物体部分或全部等大的虚像光路原理图；图2 物体A发出的光线在光学晶体内没有全反射时所成的缩小正立的虚像示意图；图3 是图2 的物体A所发出的光线在光学晶体内没有产生全反射时所成的正立缩小虚像的光路原理示意图；图4 是观察者观看物体A 而 被隐藏的物体B 好像消失了效果示意图。

Claims (3)

1.物体的隐身或隐藏原理：被隐身的物体由 光学晶体层—蓝色或绿色发光层—镜面反射层所包裹，3层共同组成隐身层，而且3层的排列的顺序不颠倒。

2.将摄影或照相中的蓝色或绿色光抠像技术用于物体的隐身原理中。

3.将光的反射原理、折射原理、全反射或全内反射原理用于物体的隐身或隐藏原理中。