CN1064462C

CN1064462C - 悬浮空间的立体图象显示方法和装置

Info

Publication number: CN1064462C
Application number: CN 96116132
Authority: CN
Inventors: 郑国星; 郑冰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2001-04-11
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: CN1185598A

Abstract

一种利用激光全息片或全息摄录介质产生悬浮空间的立体图象的显示方法和装置。它是由全息片、载片装置与相应的照明光源、出射孔径与欲观察悬浮图象尺度相关的物镜成象装置和带有透明玻璃窗口的箱体组成，使全息图象在一定距离处再二次成象一可供观察与欣赏的立体悬浮实象的方法。进而代之以可转换全息片的各种载片装置而制成立体悬浮图象的幻灯、动画、电视和电影等显示装置，而不必借助体视镜和显示屏幕，给人以全新的空间立体视觉感。

Description

悬浮空间的立体图象显示方法和装置

本发明涉及一种利用激光全息照片或全息摄录装置控制的全息图摄录介质产生较大尺度的悬浮空间的立体图象的显示方法和装置。

本发明属于立体图象显示技术。

已有的立体图象显示方法，一种是必须借助体视器件(镜)，对平面像观察产生立体效果；另一种是用全息摄影术拍摄的全息照片，用适当光源照明后，直接用人眼从全息照片附近即可看到立体图象，显然图象大小受到很大限制，又只能在全息片附近进行观察，因此其显示效果和实用意义有限。之后，美国专利(US4208086-A)公开了一种三维图象放大投射装置，虽然勿须任何投射屏幕和体视器件即可进行观赏，但是它只能把全息图象和原始物体进行三维线性放大(合成光组的横向放大率和轴向放大率相等)且该图象呈现于观察者与投射装置中第一透镜之间、放大象尺寸受全焦镜(An Arnulf afocal plate)外形上尺寸所限止，而且成象物镜构成复杂、影响图象清晰度，价格又昂贵。这是由于该成象物镜是由两个透镜和一个复杂的全焦镜组成，其目的是利用全焦镜对图象在轴向起缩小作用，使系统放大的图象往全焦镜靠近以进行观察，因此影响图象脱离成象装置边框的效应无法消除，从而大大影响了图象“悬浮”的效果。真正地悬浮于空间的立体图象的产生或显示，并且使其图象足够大和足够远，如同“海市蜃楼”一般呈现在眼前，是人们所梦寐以求的。

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种利用已有激光全息片或全息图摄录装置产生悬浮空间的立体图象的显示方法和装置。

本发明的另一目的在于提供产生动感效果的电影、电视、幻灯和动画的立体图象显示装置，以改变人们的平面视觉感的欣赏。

本发明的目的还在于提供一种既可(艺术)欣赏，又可用立体图象(高亮度时)照明的新颖灯具。

为了便于理解和实施本发明，简述其原理及基本组成是有必要的。

已有激光全息照片(简称全息片，包括反射式全息片和透射式全息片)，被一光源以θ角(激光全息片图象重现要求的入射角)照明后，会在其前(或后)附近产生一个由衍射光线构成的三维图象(如图1成像于物方空间的物距S₀处)，即使以某一成象物镜使其成像于物镜另一侧(象方空间象距S处)-离物镜较远处产生另一个放大的立体图象，可称为二次立体图象，通常人眼只能观察到图象中很小的一部分，不要屏幕甚至看不见。为了实现能观察到足够尺度而且完整的立体图象，必须将上述成象物镜采用口径与要求观察图象的尺度相当的物镜或相应的成象装置，且考虑到人眼观察时，必须远离成象物镜而离立体图象较近，明亮的空间立体实象和注意力的集中观察才可获得空间悬浮感(此时其显示装置仅作为诸多空间背景中的一部分而被掩没中不易觉察)，由此便实现了使人眼勿须通过任何体视器件，就能直接对二次立体图象(悬浮图象)进行观察和欣赏，进而不难利用现有技术将该图象的大小、成象位置(距离)以及亮度进行调控，特别是进行远距离景物图象显示，以便使更多的人同时进行观察。考虑到将该图象制成更大幅尺度，可采用两个或多个显示装置的组合来实现图象的拼接；又考虑到实现图象的动态效果，可将固定式的全息片载片装置代之以可转换全息片的动态载片装置，即载片装置分别为转动全息片装置(类似幻灯片转片装置)、卷动全息片装置(类似放映机卷片装置)，则相应构成幻灯立体图象显示装置和电影立体图象显示装置；再利用已有计算机装置控制的电光介质片(全息图象摄录介质)取代全息片的位置，则可构成悬浮立体图象动画显示装置；在上述装置中，若用视频信号来控制全息图象电光摄录装置，则成为立体图象电视显示装置。

下面结合附图详细给出本发明的显示装置和显示方法。

图1．本发明的透射式基本结构原理图；

图2．本发明的反射式基本结构原理图；

图3．转动全息片装置结构原理图；

图4．卷动全息片装置结构原理图；

图5．计算机装置控制下的全息摄录装置的基本结构原理图。其中：1．载片装置，2．(衍射)全息图象，3．箱体，4．全息片，5．照明光源，6．物镜成象装置，7．透明玻璃窗口，8．(立体)悬浮图象，9．人眼，10．转动全息片装置，11．卷动全息片装置，12．全息图摄录装置，13．计算机装置，14．全息图摄录介质。

如图1、图2所示，本发明由全息片4及其承载和运转(换)全息片的载片装置1、可以调节和保证全息图象2重现的照明光源5(即以入射角θ照射全息片4)、一个光轴与全息片4垂直的物镜成象装置6，以及将上述各装置包容和固定其中的箱体3和其一侧上的一片透明玻璃窗口7六个部分组成。为了得到全息图象与悬浮图象的最佳匹配效果，其中可以由多组物镜构成的物镜成象装置6的入射孔径角β(即全息图象轴上点对物镜成象装置的张角)应小于或等于全息图象2的发射孔径角α(即全息图象中心轴上点与全息片孔径之间的夹角)，即β≤α；在技术上保证其最后物镜面的出射光孔径大于欲观察的立体悬浮图象尺度，载片装置1上的全息片4产生的全息图象2在其一倍焦距之外、二倍焦距之内可调(全息图象在全息片附近的情况下)直至成象于物方空间的物距S₀处，要使悬浮图象成象愈远，则愈接近一倍焦距处。上述物镜成象装置6的最简单组成是一只菲涅耳透镜或反光镜(如图1、2)，此时透镜或反光镜的口径即应大于欲观察的悬浮图象8的尺寸，因此要观察的立体图象尺寸越大，反光镜或透镜的口径也应越大，即称为出射孔径与要观察的立体悬浮图象尺寸相关的物镜成象装置6，显然，上述物镜成象装置6也不难采用自动调焦技术，使空间悬浮图象8的位置大小发生变化，亦可形成深度(前后)动态显示效果。

载片装置1是承载和运转全息片的结构体，关键在于保证全息片4在光路中的正确位置，最简单的结构是一个承载全息片的框形固定支架(图中未画)，可将一片和多片全息片4排布其上，图1、图2为单片全息片4及其位置示意，由此则构成显示各种立体悬浮图象8的灯箱或灯具。利用多个景物相互拼接的全息片4及相应的多个灯箱或灯具的组合，可以实现立体图象的拼接，获得更大尺度的悬浮图象8。

上述载片装置1，可以是一个类似幻灯机转动机构的转动全息片装置10，如图3所示，组成幻灯立体悬浮图象显示装置，或称为悬浮立体图象幻灯装置。如图4，上述载片装置1，也可以是一个类似放映机卷片机构的卷动全息片装置11，以组成电影立体悬浮图象显示装置，或称为悬浮立体图象电影装置。

再作为一个实施例是将已有的全息图摄录装置12，如图5所示，即由计算机装置13控制的全息摄录介质14，只要将全息图摄录介质14置于上述全息片4的光路位置上去，而受控于计算机装置，便可以组成一种受计算机装置13控制的动画立体悬浮图象的显示装置。若由视频信号调制上述全息图摄录装置12，则可组成电视立体悬浮图象显示装置，或称为悬浮立体图象电视装置。

其中，照明光源5应保证以一定的入射角θ照明全息片4，图1、图2中的虚线光源是对透射全息片时的相应位置，此时光线透过全息片，照明光源5可用一般光源照明或激光光源照明。对成象较大和距离较远的应采用大功率照明，且选用金属卤化灯作冷光源为宜。

悬浮空间的立体图象显示方法：利用激光全息片4产生的全息图象2，并通过一出射孔径与欲观察立体悬浮图象8相关的物镜成象装置6(即物镜成象装置6最后的一物镜面的出射光孔径大于欲观察的悬浮图象8的尺度)，并使其光轴与全息片4垂直，技术上保证相应的全息图象2在1～2倍焦距内可调，便可在物镜成象装置6另一侧的象方空间显示立体实象-悬浮图象8，进而采用使全息片4可转换的载片装置--转动全息片装置10或卷动全息片装置11或全息图摄录装置12或受视频信号控制的全息图摄录装置12便可获得相应的诸如幻灯、电影、动画和电视那种具有动感或动态效果的悬浮图象8，只要在该图象正前方直接进行观察即可。

综上所述，基于立体悬浮图象的构思，由本发明的方法所构筑的悬浮立体图象灯箱或灯具、悬浮立体图象幻灯装置、悬浮立体图象动画装置以及悬浮立体图象电影装置和电视装置，都从根本上清新了人们的视觉感，不但对通常的灯具、幻灯，而且对电视、电影等，将人们习以为常的屏和屏幕作为承载图象而形成的平面观感，予之以真实的、立体的、悬浮空间的、如同神话般的天方夜潭呈现在人们面前，作为立体图象显示的重大变革，将引起诸多产业部门的飞跃发展。

Claims

1、一种悬浮空间的立体图象显示装置，它是由全息片[4]及其承载和转换全息片[4]的载片装置[1]、照明光源[5]、一个光轴与全息片[4]垂直的物镜成象装置[6]，以及将上述各装置包容并固定其中的箱体[3]和其一侧上的一片透明玻璃窗口[7]组成，其特征在于：

A、物镜成象装置[6]的入射孔径角β应小于或等于全息图象[2]的发射孔径角α，其最后物镜面的出射光孔径大于欲观察的立体悬浮图象[8]的尺度，且全息片[4]产生的全息图象[2]在其一倍到二倍焦距之内可调直至成象于物方空间的物距S₀处，

B、载片装置[1]是一个承载和转换全息片的结构体，并保证其上的全息片[4]产生的全息图象[2]在物镜成象装置[6]的一倍焦距之外和二倍焦距之内可调。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述物镜成象装置[6]是口径大于欲观察的悬浮图象[8]尺寸的一只菲涅耳透镜或反光镜。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于照明光源[5]可用一般光源、激光或高亮度金属卤灯之类的冷光源。

4、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述载片装置[1]可以是一个将一片和多片全息片[4]承载和排布其上的固定支架，以组成悬浮立体图象[8]的灯箱或灯具。

5、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述载片装置[1]可以是一个类似幻灯机转动机构的转动全息片装置[10]而组成悬浮立体图象幻灯装置。

6、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述载片装置[1]可以是一个类似放映机卷片机构的卷动全息片装置[11]而组成悬浮立体图象电影装置。

7、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述载片装置[1]可以是一个受控于计算机装置[13]的全息图摄录装置[12]而组成悬浮立体图象动画装置。

8、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述载片装置[1]还可以是一个受视频信号调制的全息图摄录装置[12]而组成悬浮立体图象电视装置。

9、根据权利要求1所述装置显示悬浮空间的立体图象的显示方法是：利用激光全息片[4]产生的全息图象，通过一出射孔径与欲观察立体悬浮图象[8]相关的物镜成象装置[6]，并使其光轴与全息片[4]垂直，相应的全息图象[2]则在其中1～2倍焦距之内可调，便可在物镜成象装置[6]另一侧的象方空间显示一立体实象-悬浮图象[8]，进而采用各种使全息片[4]可转动的载片装置[10、11、12]便可获得诸如幻灯、电影、动画和电视的具有动感或动态效果的悬浮图象。