CN108615445B - 大尺度开放式光隐身装置及其隐身尺度调试方法 - Google Patents
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Abstract
一种大尺度开放式光隐身装置，在底座上的后侧设V形水槽、前侧设与V形水槽的V形开口相对的发光匀光画板，V形水槽与发光匀光画板之间设以V形水槽的中垂面为中心面相互对称且结构相同的右三角形水槽和左三角形水槽，左三角形水槽的前直角侧壁与V形水槽的V形左侧壁平行，右三角形水槽的前直角侧壁与V形水槽的V形右侧壁平行,左三角形水槽的左侧壁、左三角形水槽两直角侧壁所在平面、右三角形水槽的右侧壁、右三角形水槽两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间。本发明通过同步增加V形水槽和发光匀光画板、左三角形水槽和右三角形水槽相互间的距离，能够实现隐形空间的扩大，本发明具有结构简单、成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明属于光学隐身技术领域，具体涉及一种大尺度开放式光隐身装置及其隐身尺度调试方法。
背景技术
“隐身”是人类长久来的一种梦想，经过科学家的不懈努力，隐身技术在不同领域都取得了进展。但现有的隐形技术主要是在微波段，通过在飞机表面涂抹能吸收雷达波的材料，避免飞机被雷达发现，从而实现飞机隐形，然而这种技术不是真正的隐身，在可见光波段，飞机仍然是可见的。日本科学家研制一种隐身装置，利用安装在身体后侧的摄像头并以人体的遮盖物为显示屏，将人体后侧的图像拍下后显示在人体前侧的遮盖物上，但其隐形效果受图像质量的影响，且装置非常复杂，难以推广使用。还有一种方式，通过光纤，将光线从物体后侧引导到前侧，从而绕过中间的物体，消除物体对后侧景物的遮挡，实现物体的隐形，但这样的装置对光纤的工艺要求高，造价也非常高，形成的图像质量差，隐形效果不好。最近网上出现了一段视频，表演者手持一大块反光的“塑料布”展开在人身前侧，这时被遮挡的人身体不见了，同时身后的景物一览无余。这引起了网民的极大兴趣，但这种隐身效果实际上是电脑合成所得，目前人类科技的发展还远达不到这种水平。
Pendry等在2006年的Science期刊[Science312,1780(2006)]上发表文章提出了一种理想的隐身技术方法。他们通过变换光学的方法，设计出介电常数和磁导率参数随空间变化的隐身器件，并在微波波段进行了实验验证。但由于Pendry等提出的隐身器件设计方法要求所用材料的电磁参数随空间变化，对材料的要求非常苛刻，实现起来很困难，价格昂贵，同时这种材料由于色散很剧烈，只能工作在很窄的一个频率区间，不能实现对任意极化电磁波的隐身，并且能实现的隐身尺度很小，因此难以得到实际应用。
中国发明专利(CN 103207451 B)“一种柱状电磁波隐身器件”和中国发明专利(CN103268014 B)“一种具有四个方向隐身效果的柱状电磁波隐身器件”分别公开了采用由第一介质和第二介质制成的不同顶角的等腰三角形，构成不同结构和隐形尺度的隐形器件。其特点为由不同顶角的等腰三角形组合形成的隐形空间是封闭的，隐形空间尺度的增大必须通过增加不同顶角的等腰三角形的尺寸来实现，这必然增大制造成本。同时采用由第一介质和第二介质制成的不同顶角的等腰三角形较多，加工和组装精度要求高。这些特征制约了其在面向大学生、中小学生和社会公众开展科普教育中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、成本低廉的大尺度开放式大尺度光隐身装置；本发明的另一个目的是提供一种使用开放式大尺度光隐身装置的隐身尺度的调试方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底座上后侧设置有V形水槽、前侧设置有与V形水槽的V形开口相对的发光匀光画板，V形水槽的中垂面与发光匀光画板的中垂面位于同一平面，V形水槽与发光匀光画板之间设置有以V形水槽的中垂面对称且大小、结构相同的右三角形水槽和左三角形水槽，右三角形水槽、左三角形水槽的水平截面为等腰直角三角形，右三角形水槽的左侧壁和左三角形水槽的右侧壁相对且与V形水槽、发光匀光画板的中垂面平行，左三角形水槽的前直角侧壁与V形水槽的V形左侧壁平行，右三角形水槽的前直角侧壁与V形水槽的V形右侧壁平行,V形水槽与发光匀光画板之间的距离L是左三角形水槽的右侧壁、右三角形水槽的左侧壁宽度M的1.5～5倍，左三角形水槽的右侧壁、左三角形水槽两直角侧壁所在平面、右三角形水槽的左侧壁、右三角形水槽两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间。
本发明的V形水槽的几何形状是后侧壁为竖直V形槽的长方体，V形槽的两侧面的夹角为90°，V形槽的顶尖与V形水槽前侧壁之间的距离h为10～20mm。
本发明的V形水槽、左三角形水槽、右三角形水槽的高度相同。
本发明的左三角形水槽、右三角形水槽的直角侧壁的宽度分别与V形水槽的V形左侧壁、V形右侧壁的宽度相等。
使用上述的大尺度开放式光隐身装置的隐身尺度调试方法，由以下步骤组成：
(1)将放置于底座上的V形水槽、左三角形水槽和右三角形水槽中均注满水，发光匀光画板通电，移动V形水槽、发光匀光画板，V形水槽和发光匀光画板之间的距离L选择不同值。
(2)同步移动调整左三角形水槽和右三角形水槽的位置，使左三角形水槽两直角侧壁相交的棱和右三角形水槽两直角侧壁相交的棱，位于V形水槽与发光匀光画板的对称面上。
(3)同步移动左三角形水槽和右三角形水槽，使透过V形水槽的前侧壁观察到的发光匀光画板上画面与直接看到发光匀光画板上的画面大小相同，左三角形水槽的右侧壁、左三角形水槽两直角侧壁所在平面、右三角形水槽的左侧壁、右三角形水槽两直角侧壁所在平面围成的空间构成隐形空间，隐形空间的尺度调试完成。
本发明采用了在底座上设置V形水槽和发光匀光画板，V形水槽和发光匀光画板之间设置有以V形水槽的中垂面对称的右三角形水槽和左三角形水槽，左三角形水槽的右侧壁、左三角形水槽两直角侧壁所在平面、右三角形水槽的左侧壁、右三角形水槽两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间，本发明能够展示光学隐形技术的物理原理，激发学生的科学兴趣，启迪学生的创新思维；本发明在不增加V形水槽、左三角形水槽、右三角形水槽尺寸的情况下，通过同步增加V形水槽和发光匀光画板、左三角形水槽和右三角形水槽相互间的距离，能够实现隐形空间的扩大；本发明具有结构简单、成本低廉的优点，适用于中小学科学实验室、大学生科普实验室、以及面向社会公众的科技馆。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例1光路走向的结构示意图。
图3是本发明实施例3光路走向的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的大尺度开放式光隐身装置由底座1、发光匀光画板2、右三角形水槽3、V形水槽4、左三角形水槽5联接构成。为了对本发明进一步理解，定义观察方向为V形水槽4的前侧。
在底座1上的前侧安装有V形水槽4、后侧安装有的发光匀光画板2，发光匀光画板2与V形水槽4的V形开口相对，V形水槽4由透明玻璃板粘结构成，在V形水槽4内装满水，V形水槽4的几何形状是后侧壁为竖直V形槽的长方体，V形槽的两侧面的夹角为90°，V形槽的顶尖与V形水槽4前侧壁之间的距离h为15mm。V形水槽4的前侧壁与左侧壁、右侧壁垂直，V形水槽4的左侧壁和右侧壁的宽度相同，V形水槽4的左侧壁与V形槽的左侧壁之间的夹角为45°，V形水槽4的右侧壁与V形槽的右侧壁之间的夹角为45°。发光匀光画板2为发光匀光面上贴有画面的矩形LED灯箱，光匀光画板2是一种散射光源，即向不同方向均有辐射光。V形水槽4的中垂面与V发光匀光画板2的中垂面位于同一平面。V形水槽4与发光匀光画板2之间的两侧安装有右三角形水槽3和左三角形水槽5，右三角形水槽3和左三角形水槽5以V形水槽4的中垂面对称，右三角形水槽3和左三角形水槽5的大小、结构相同，左三角形水槽5、右三角形水槽3均由透明玻璃板粘结构成，右三角形水槽3和左三角形水槽5内装满水，右三角形水槽3、左三角形水槽5的水平截面为等腰直角三角形，右三角形水槽3的左侧壁和左三角形水槽5的右侧壁相对且与V形水槽4、发光匀光画板2的中垂面平行，左三角形水槽5的前直角侧壁与V形水槽4的V形左侧壁平行，右三角形水槽3的前直角侧壁与V形水槽4的V形右侧壁平行,V形水槽4与发光匀光画板2之间的距离L等于左三角形水槽5右侧壁、右三角形水槽3的左侧壁宽度M的2倍，V形水槽4、左三角形水槽5、右三角形水槽3的高度相同，左三角形水槽5、右三角形水槽3的直角侧壁的宽度分别与V形水槽4的V形左侧壁、V形右侧壁的宽度相等，左三角形水槽5的右侧壁、左三角形水槽5两直角侧壁所在平面、右三角形水槽3的左侧壁、右三角形水槽3两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间a。
本实施例的大尺度开放式光隐身装置的隐身尺度调试方法，由以下步骤组成：
(1)将放置于底座1上的V形水槽4、左三角形水槽5和右三角形水槽3中均注满水，发光匀光画板2通电，移动V形水槽4发光匀光画板2，使V形水槽4和发光匀光画板2之间的距离L分别等于左三角形水槽5的右侧壁、右三角形水槽3的左侧壁宽度M的2倍或3倍。
(2)同步移动调整左三角形水槽5和右三角形水槽3，使左三角形水槽5两直角侧壁相交的棱和右三角形水槽3两直角侧壁相交的棱，位于与V形水槽4和发光匀光画板2之间的距离L的大小相对应的V形水槽4和发光匀光画板2的对称面上。
(3)在前V形水槽4的正前方距前V形水槽4前侧壁板2～8m处透过前V形水槽4前侧壁观察发光匀光画板2上的画面，同时，同步移动左三角形水槽5和右三角形水槽3，使透过V形水槽4的前侧壁观察到的发光匀光画板2上画面与直接看到发光匀光画板2上的画面大小相同，此时，左三角形水槽5的右侧壁、左三角形水槽5两直角侧壁所在平面、右三角形水槽3的左侧壁、右三角形水槽3两直角侧壁所在平面围成的隐形空间a为与V形水槽4和发光匀光画板2之间的距离L大小相对应的隐形空间，隐形空间的尺度调试完成。如图2、3，透过V形水槽4的前侧壁板观察放置在隐形空间a中的物体不可见，且对透过V形水槽4观察到发光匀光画板2上画面无遮挡，即实现了放置在隐形空间a内物体的隐身；如图3中隐形空间a大于图2中所示的隐形空间a，即在不增加V形水槽、左三角形水槽、右三角形水槽尺寸的情况下，通过同步增加V形水槽和发光匀光画板、左三角形水槽和右三角形水槽相互间的距离，能够实现隐形空间a的扩大。
实施例2
在底座1上的前侧安装有V形水槽4、后侧安装有的发光匀光画板2，发光匀光画板2与V形水槽4的V形开口相对，在V形水槽4内装满水，V形水槽4的几何形状是后侧壁为竖直V形槽的长方体，V形槽的两侧面的夹角为90°、V形槽的顶尖与V形水槽4前侧壁之间的距离h为10mm。V形水槽4的前侧壁与左侧壁、右侧壁垂直，V形水槽4的左侧壁和右侧壁的宽度相同，V形水槽4的左侧壁与V形槽的左侧壁之间的夹角为45°，V形水槽4的右侧壁与V形槽的右侧壁之间的夹角为45°。V形水槽4的中垂面与V发光匀光画板2的中垂面位于同一平面。V形水槽4与发光匀光画板2之间的两侧安装有右三角形水槽3和左三角形水槽5，右三角形水槽3和左三角形水槽5以V形水槽4的中垂面对称，右三角形水槽3和左三角形水槽5的大小、结构相同，右三角形水槽3和左三角形水槽5内装满水，右三角形水槽3、左三角形水槽5的水平截面为等腰直角三角形，右三角形水槽3的左侧壁和左三角形水槽5的右侧壁相对且与V形水槽4和发光匀光画板2的中垂面平行，左三角形水槽5的前直角侧壁与V形水槽4的V形左侧壁平行，右三角形水槽3的前直角侧壁与V形水槽4的V形右侧壁平行,V形水槽4与发光匀光画板2之间的距离L等于左三角形水槽5右侧壁、右三角形水槽3的左侧壁宽度M的1.5倍，V形水槽4、左三角形水槽5、右三角形水槽3的高度相同，左三角形水槽5、右三角形水槽3的直角侧壁的宽度分别与V形水槽4的V形左侧壁、V形右侧壁的宽度相等，左三角形水槽5的右侧壁、左三角形水槽5两直角侧壁所在平面、右三角形水槽3的左侧壁、右三角形水槽3两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间a。
其他零部件及零部件连接关系与实施例1相同。
本实施例的大尺度开放式光隐身装置的隐身尺度调试方法与实施例1相同。
实施例3
如图3所示，在底座1上的前侧安装有V形水槽4、后侧安装有的发光匀光画板2，发光匀光画板2与V形水槽4的V形开口相对，在V形水槽4内装满水，V形水槽4的几何形状是后侧壁为竖直V形槽的长方体，V形槽的两侧面的夹角为90°、V形槽的顶尖与V形水槽4前侧壁之间的距离h为20mm。V形水槽4的前侧壁与左侧壁、右侧壁垂直，V形水槽4的左侧壁和右侧壁的宽度相同，V形水槽4的左侧壁与V形槽的左侧壁之间的夹角为45°，V形水槽4的右侧壁与V形槽的右侧壁之间的夹角为45°。V形水槽4的中垂面与V发光匀光画板2的中垂面位于同一平面。V形水槽4与发光匀光画板2之间的两侧安装有右三角形水槽3和左三角形水槽5，右三角形水槽3和左三角形水槽5以V形水槽4的中垂面对称，右三角形水槽3和左三角形水槽5的大小、结构相同，右三角形水槽3和左三角形水槽5内装满水，右三角形水槽3、左三角形水槽5的水平截面为等腰直角三角形，右三角形水槽3的左侧壁和左三角形水槽5的右侧壁相对且与V形水槽4和发光匀光画板2的中垂面平行，左三角形水槽5的前直角侧壁与V形水槽4的V形左侧壁平行，右三角形水槽3的前直角侧壁与V形水槽4的V形右侧壁平行,V形水槽4与发光匀光画板2之间的距离L等于左三角形水槽5右侧壁、右三角形水槽3的左侧壁宽度M的5倍，V形水槽4、左三角形水槽5、右三角形水槽3的高度相同，左三角形水槽5、右三角形水槽3的直角侧壁的宽度分别与V形水槽4的V形左侧壁、V形右侧壁的宽度相等，左三角形水槽5的右侧壁、左三角形水槽5两直角侧壁所在平面、右三角形水槽3的左侧壁、右三角形水槽3两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间a。
其他零部件及零部件连接关系与实施例1相同。
本实施例的大尺度开放式光隐身装置的隐身尺度调试方法与实施例1相同。
本发明的工作原理如下：
本发明基于光的折射原理。发光匀光画板2左半部的辐射光，以不同的入射角入射到左三角形水槽5的后直角侧壁上，又以不同的折射角进入左三角形水槽5的水中，这些折射光中与左三角形水槽5右侧壁平行的光，通过左三角形水槽5的折射，并分别以相同的入射角入射到V形水槽4的V形左侧壁上；发光匀光画板2右半部的辐射光，以不同的入射角入射到右三角形水槽3的后直角侧壁上，又以不同的折射角进入右三角形水槽3的水中，这些折射光中与右三角形水槽3左侧壁平行的光，通过右三角形水槽3的折射，并分别以相同的入射角入射到V形水槽4的V形右侧壁上；入射到V形水槽4的V形左侧壁、V形右侧壁的光经过V形水槽4折射，成为垂直于V形水槽4前侧壁的光透过V形水槽4前侧壁，即通过V形水槽4将通过左三角形水槽5和右三角形水槽3分开的发光匀光画板2上的画面又合成为一副，透过V形水槽4的前侧壁能看到发光匀光画板2上的完整画面，而发光匀光画板2直射到V形水槽4的不同入射角的光，由于V形水槽4的折射偏离V形水槽4前侧壁的正前方，因此在V形水槽4前侧壁的正前方并不能看到发光匀光画板2。由于在V形水槽4前侧壁的正前方观察到的发光匀光画板2上的画面是发光匀光画板2左、右部的辐射光通过左三角形水槽5和右三角形水槽3折射后再通过V形水槽4的合成得到的，而这两部分光正好绕过了隐形空间a，因此放置在该隐形空间a的物体对透过前V形水槽4的前侧壁观察发光匀光画板2上的画面不产生遮挡作用。由于V形水槽4的折射作用，使得在前V形水槽4的正前方不能看到放置在隐形空间a中的物体，即实现了放置该区域内物体的隐身。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种大尺度开放式光隐身装置，其特征在于：在底座（1）上前侧设置有V形水槽（4）、后侧设置有与V形水槽（4）的V形开口相对的发光匀光画板（2），V形水槽（4）的中垂面与发光匀光画板（2）的中垂面位于同一平面，V形水槽（4）与发光匀光画板（2）之间设置有以V形水槽（4）的中垂面对称且大小、结构相同的右三角形水槽（3）和左三角形水槽（5），右三角形水槽（3）、左三角形水槽（5）的水平截面为等腰直角三角形，右三角形水槽（3）的左侧壁和左三角形水槽（5）的右侧壁相对且与V形水槽（4）、发光匀光画板（2）的中垂面平行，左三角形水槽（5）的前直角侧壁与V形水槽（4）的V形左侧壁平行，右三角形水槽（3）的前直角侧壁与V形水槽（4）的V形右侧壁平行,V形水槽（4）与发光匀光画板（2）之间的距离L是左三角形水槽（5）的右侧壁、右三角形水槽（3）的左侧壁宽度M的1.5～5倍，左三角形水槽（5）的右侧壁、左三角形水槽（5）两直角侧壁所在平面、右三角形水槽（3）的左侧壁、右三角形水槽（3）两直角侧壁所在平面围成的空间为隐形空间（a）。
2.根据权利要求1所述的大尺度开放式光隐身装置，其特征在于：所述的V形水槽（4）的几何形状是后侧壁为竖直V形槽的长方体，V形槽的两侧面的夹角为90°，V形槽的顶尖与V形水槽（4）前侧壁之间的距离h为10～20mm。
3.根据权利要求1所述的大尺度开放式光隐身装置，其特征在于：所述的V形水槽（4）、左三角形水槽（5）、右三角形水槽（3）的高度相同。
4.根据权利要求1或3所述的大尺度开放式光隐身装置，其特征在于：所述的左三角形水槽（5）、右三角形水槽（3）的直角侧壁的宽度分别与V形水槽（4）的V形左侧壁、V形右侧壁的宽度相等。
5.一种使用权利要求1大尺度开放式光隐身装置的隐身尺度调试方法，其特征在于由以下步骤组成：
（1）将放置于底座（1）上的V形水槽（4）、左三角形水槽（5）和右三角形水槽（3）中均注满水，发光匀光画板（2）通电，移动V形水槽（4）、发光匀光画板（2）， V形水槽（4）和发光匀光画板（2）之间的距离L选择不同值；
（2）同步移动调整左三角形水槽（5）和右三角形水槽（3）的位置，使左三角形水槽（5）两直角侧壁相交的棱和右三角形水槽（3）两直角侧壁相交的棱，位于V形水槽（4）与发光匀光画板（2）的对称面上；
（3）同步移动左三角形水槽（5）和右三角形水槽（3），使透过V形水槽（4）的前侧壁观察到的发光匀光画板（2）上画面与直接看到发光匀光画板（2）上的画面大小相同，左三角形水槽（5）的右侧壁、左三角形水槽（5）两直角侧壁所在平面、右三角形水槽（3）的左侧壁、右三角形水槽（3）两直角侧壁所在平面围成的空间构成隐形空间（a），隐形空间的尺度调试完成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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