專利名稱：圖象再現(xiàn)裝置和圖象再現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從其上記錄有二維或三維圖象數(shù)據(jù)的全息圖或全息立體圖中再現(xiàn)2維或3維圖象的裝置和方法。
背景技術(shù)：
全息立體圖是通過將大量矩形或點狀元全息圖記錄在一個全息記錄載體上而制備的。元全息圖是通過依次從不同視點對一個物體照相而獲得的初始圖象。
如圖1中所示，制備例如僅相對水平方向具有視差數(shù)據(jù)的全息立體圖。首先，從位于同一水平面的不同視點對一個物體100照相。因而獲得物體100的大量初始圖象101a-101e。然后，將作為矩形元全息圖的初始圖象101a-101e依次記錄在全息記錄載體102上。
全息立體圖記錄有代表矩形元全息圖的圖象數(shù)據(jù)，其中矩形元全息圖已經(jīng)通過依次從位于同一水平面的不同視點對物體照相而獲得。當(dāng)觀看者觀看該全息立體圖時，其左眼和右眼分別接收的兩個2維圖象有一點差別。因此觀看者感覺有視差從而看到一個3維圖象。
普通全息圖與用于再現(xiàn)3維圖象的照明光源空間隔開。需要有一個較大空間來再現(xiàn)3維圖象。為了以最佳條件再現(xiàn)3維圖象，全息圖和光源需要具有特定的位置關(guān)系。對于由多個元全息圖構(gòu)成的全息立體圖來說是這樣的。
如果全息圖和照明光源組合在一起，則不需要空間用于照明。這有助于減小用于再現(xiàn)3維圖象的裝置的尺寸。另外，由于全息圖與照明光源具有固定的位置關(guān)系，可以總是以最佳可能條件來再現(xiàn)3維圖象。在這種條件下可以從所謂的“邊緣照明全息圖(edge-lit hologram)”再現(xiàn)3維圖象。采用與透明光導(dǎo)入模塊粘合的記錄載體來從邊緣照明全息圖再現(xiàn)3維圖象。
如圖2中所示，制備有一個邊緣照明型透射全息圖，可以由之再現(xiàn)3維圖象。更具體地說，將全息記錄載體111粘合至透明光導(dǎo)入模塊110的一個表面110a上。光導(dǎo)入模塊110由例如玻璃或塑料等透明材料制成，并且具有適當(dāng)?shù)暮穸?。在大多?shù)情況下，用折射率匹配的液體(未畫出)將載體111粘合至光導(dǎo)入模塊110。這可阻止在模塊110的表面110a處的全反射。來自物體113的物體光束114從光導(dǎo)入模塊110的相對表面110b施加至全息記錄載體111。參考光115同時從模塊110的一端110c施加至全息記錄載體111。從而制得邊緣照明型透射全息圖。
為了從如此制得的邊緣照明型透射全息圖再現(xiàn)圖象，將全息記錄載體粘合至由例如玻璃制成的光導(dǎo)入模塊。更具體地說，如圖3所示，以折射率匹配的液體(未畫出)將全息圖121粘合至光導(dǎo)入模塊120的一個表面120a上。圖象再現(xiàn)光123從模塊120的一端120b施加至全息圖121。全息圖121對通過其中的光束進行衍射。衍射光124形成再現(xiàn)圖象125，由觀看者126進行觀看。
如圖3所示，圖象再現(xiàn)光123以60°角入射在模塊120的一端120b。由于光束123通過光導(dǎo)入模塊120如此施加至全息圖121，所以可以阻止全息圖121與空氣之間界面處的表面反射。入射角越大，越容易阻止此表面反射?；诖朔N考慮，一般認(rèn)為小型裝置可以從邊緣照明全息圖再現(xiàn)圖象。
由于全息圖121與光導(dǎo)入模塊120如圖3所示加以粘合，使得制成的單元不可避免地較大，這不利于運輸和存儲。
如上所述，圖象再現(xiàn)光123以60°角入射在模塊120的一端120b。全息圖121可以具有30mm的長度L，模塊120的一個表面120a可以具有至少近似等于長度L的長度。在此情況下，光導(dǎo)入模塊120須要有至少17.3mm厚。
因此，大量的邊緣照明全息圖不利于運輸和存儲。這是因為，邊緣照明全息圖粘合至17.3mm厚的光導(dǎo)入模塊。也就是說，邊緣照明全息圖必須與如此長的模塊一起運輸和存儲。
本發(fā)明概述本發(fā)明是在前述考慮的基礎(chǔ)上作出的。本發(fā)明的目的在于提供一種比采用光導(dǎo)入模塊從邊緣照明全息圖再現(xiàn)圖象的傳統(tǒng)裝置更小和更輕的圖象再現(xiàn)裝置。因而該裝置易于運輸和存儲。本發(fā)明還可以提供一種不采用光導(dǎo)入模塊來再現(xiàn)圖象的圖象再現(xiàn)方法。
為實現(xiàn)此目的，根據(jù)本發(fā)明的一種圖象再現(xiàn)裝置，包括一全息圖或全息立體圖，和在其后表面粘合至該全息圖或全息立體圖的一光學(xué)部件。該光學(xué)部件在其前表面具有平行棱鏡。照明光束施加至該光學(xué)部件的前表面。照明光束通過全息圖或全息立體圖時與衍射光束發(fā)生干涉。從而由記錄有2維或3維圖象的全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象。各棱鏡具有入射表面，照明光束以直角施加其上。
在該圖象再現(xiàn)裝置中，照明光束以落入特定范圍內(nèi)的固定入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。更具體地說，所述固定入射角相對于界面法線從60°至85°變化。
在該圖象再現(xiàn)裝置中，全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。在此情況下，所述照明光束施加到所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。因此，所述裝置可從邊緣照明型中空柱體全息圖再現(xiàn)圖象。
在根據(jù)本發(fā)明的圖象再現(xiàn)裝置中，照明光束可以以落入特定范圍內(nèi)的不同入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。所述不同入射角可以相對于界面法線從60°至85°變化。
在根據(jù)本發(fā)明的圖象再現(xiàn)裝置中，全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。所述照明光束可以施加至所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。因此，所述裝置可從邊緣照明型中空柱體全息圖再現(xiàn)圖象。
根據(jù)本發(fā)明的一種圖象再現(xiàn)裝置，包括一全息圖或全息立體圖和一光學(xué)部件。所述光學(xué)部件在其前表面的一部分具有平行棱鏡，并在其后表面粘合至所述全息圖或全息立體圖。照明光束施加至平行棱鏡。在通過光學(xué)部件之后，照明光束在通過全息圖或全息立體圖的同時與衍射光束發(fā)生干涉。從而由記錄有2維或3維圖象的全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象。
光學(xué)部件可以具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。為了增加圖象對比度，可以將光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
在此圖象再現(xiàn)裝置中，全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件也可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。照明光束施加至中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
在該圖象再現(xiàn)裝置中，照明光束施加至棱鏡的角度可以是固定的或者變化的。
為了實現(xiàn)上述目的，設(shè)計了本發(fā)明的圖象再現(xiàn)方法用以從記錄有2維圖象數(shù)據(jù)或3維圖象數(shù)據(jù)的全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象。在此方法中，前表面具有平行棱鏡的光學(xué)部件在其后表面粘合至所述全息圖或全息立體圖。照明光束施加至該光學(xué)部件的前表面。從而由記錄有2維或3維圖象的全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象。光學(xué)部件在其前表面具有多個入射表面，照明光束以直角施加至光學(xué)部件的入射表面上。
在該圖象再現(xiàn)方法中，照明光束可以以落入特定范圍內(nèi)的固定入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。全息圖或全息立體圖以及粘合其上的光學(xué)部件可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。在此例中，照明光束施加至中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
在該圖象再現(xiàn)方法中，照明光束可以以落入特定范圍內(nèi)的不同入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。在此例中，全息圖或全息立體圖以及粘合其上的光學(xué)部件也可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。照明光束施加至中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
在根據(jù)本發(fā)明的圖象再現(xiàn)方法中，光學(xué)部件在其前表面的一部分具有平行棱鏡，并在其后表面粘合至所述全息圖或全息立體圖。照明光束施加至平行棱鏡。在通過光學(xué)部件之后，照明光束在通過全息圖或全息立體圖的同時與衍射光束發(fā)生干涉。從而由記錄有2維或3維圖象的全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象。
所述光學(xué)部件可以具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。為了增加圖象對比度，可以將光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
在此方法中，全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件也可以是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定。照明光束施加至中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
在該圖象再現(xiàn)裝置中，照明光束施加至棱鏡的角度可以是固定的或者變化的。
本發(fā)明可以提供一種比采用光導(dǎo)入模塊從邊緣照明全息圖再現(xiàn)圖象的傳統(tǒng)裝置更小且更輕的圖象再現(xiàn)裝置。因而該裝置易于運輸和存儲。本發(fā)明還可以提供一種不采用光導(dǎo)入模塊來再現(xiàn)圖象的圖象再現(xiàn)方法。本發(fā)明的裝置和方法不僅可以以最佳可能方式利用從光源發(fā)出的照明光束，而且即使在照明光束以不同入射角施加至全息圖不同部分的情況下也可以再現(xiàn)圖象。另外，本發(fā)明可以提供邊緣照明型中空柱狀全息圖。
附圖簡要描述圖1表示本發(fā)明第一實施例的全息立體圖制作方法；圖2表示邊緣照明型透射全息圖的制作方法；圖3表示從邊緣照明型全息圖再現(xiàn)圖象的方法；圖4表示本發(fā)明第一實施例的圖象再現(xiàn)裝置；圖5是作為圖4所示圖象再現(xiàn)裝置一個構(gòu)件的光學(xué)部件的放大圖；圖6為用于制作全息立體圖的系統(tǒng)；圖7A和7B表示全息立體圖印刷機中采用的光學(xué)系統(tǒng)；圖8用以表示如何制作邊緣照明型透射全息圖；圖9用以說明如何制作本發(fā)明第二實施例的邊緣照明型中空柱狀全息圖；圖10表示本發(fā)明第二實施例裝置的結(jié)構(gòu)；圖11表示第一實施例中光學(xué)部件的棱鏡如何根據(jù)照明光束施加至光學(xué)部件的方式來設(shè)計；圖12表示第二實施例中光學(xué)部件的棱鏡如何根據(jù)照明光束施加至光學(xué)部件的方式來設(shè)計；圖13為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的圖象再現(xiàn)裝置的側(cè)視圖；以及圖14表示第五實施例如何工作。
本發(fā)明詳述下面參照


本發(fā)明的幾個實施例。然而本發(fā)明并不限于下述實施例?？梢栽诒景l(fā)明的范圍和精神之內(nèi)作出多種改變和變型。
第一實施例是圖4中所示的圖象再現(xiàn)裝置5。裝置5設(shè)計成用以再現(xiàn)記錄有3維圖象數(shù)據(jù)的全息立體圖。如圖4所示，該裝置包括全息立體圖6和光學(xué)部件7。光學(xué)部件7具有前側(cè)7a以及與前側(cè)7a相對的后側(cè)7b。前側(cè)7a由平行三角棱鏡構(gòu)成，每個三角棱鏡具有一個入射表面8和一個傾斜表面23。光學(xué)部件7在其后表面7b粘合至全息立體圖6。照明光束9以例如60°的預(yù)定角度施加至光學(xué)部件7的前表面7a。
光學(xué)部件7由例如光學(xué)玻璃、塑料等制成。光學(xué)部件7在其前側(cè)7a具有多個入射表面8。各入射表面8接收以垂直于它的方向施加它上面的照明光束9。如圖5所示，照明光束9以預(yù)定入射角θ施加至全息立體圖6與光學(xué)部件7之間的界面22上。入射角θ為例如60°，從而可以阻止界面22處的表面反射。
入射角θ限定在界面22與其法線H之間。由光學(xué)部件7前側(cè)7a上的各平行三角棱鏡所確定的表面23相對于界面22之間的角度為60°，類似于上述入射角。如果從光源(未畫出)施加的照明光束9由平行光束構(gòu)成，則其以90°施加至入射表面8。這有效地抑制了入射表面8上的表面反射。由照明光束施加至光學(xué)部件7的角度可知，入射角θ應(yīng)處在60°至85°的范圍內(nèi)。
光學(xué)部件7的三角棱鏡的間距p越短越好。一般地說，將間距p設(shè)為0.5mm以下就足夠了。在本實施例中，間距p為100μm。這樣，入射表面8以100μm的間距設(shè)在光學(xué)部件7的前側(cè)7a上。光學(xué)部件7具有100μm的厚度d。該厚度足以使全息立體圖6具有充分的強度。如果由光學(xué)部件牢固支承，則全息立體圖6可以具有理想的光學(xué)特性。
在如此構(gòu)造的圖象再現(xiàn)裝置5中，照明光束9通過入射表面8以角度θ施加至界面22上，在其通過全息立體圖6時發(fā)生衍射。如此衍射的光束20形成再現(xiàn)圖象，觀看者21可以看見。
該圖象再現(xiàn)裝置比具有光導(dǎo)入模塊用以再現(xiàn)邊緣照明型全息立體圖的傳統(tǒng)裝置更小和更輕。因而更易于運輸和存儲。
下面說明用于制作由本發(fā)明第一實施例的圖象再現(xiàn)裝置5加以再現(xiàn)的全息立體圖的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在一個記錄載體上記錄有多個矩形元全息圖，從而制作含有水平視差數(shù)據(jù)的全息立體圖。勿須贅言，本發(fā)明可以應(yīng)用于在記錄載體上記錄點狀元全息圖的系統(tǒng)，從而制作含有水平視差數(shù)據(jù)和垂直視差數(shù)據(jù)的全息立體圖。
該系統(tǒng)設(shè)計成用于制作所謂“一步全息立體圖”，都是其上記錄有由物光和參考光干涉形成的圖紋的全息記錄載體。如圖6所示，該系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)處理部分1、一個控制計算機2和一個全息立體圖印刷機3。部分1用于處理將要記錄在全息記錄載體上的數(shù)據(jù)。控制計算機2用于控制系統(tǒng)的其它部件。印刷機3具有用于制作全息立體圖的光學(xué)系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)處理部分1具有圖象處理計算機11、存儲裝置12、照相裝置13，和數(shù)據(jù)產(chǎn)生計算機14。照相裝置13采用多鏡頭照相機或移動照相機。它提供圖象數(shù)據(jù)項D1，每個含有視差數(shù)據(jù)。圖象產(chǎn)生計算機14產(chǎn)生圖象數(shù)據(jù)項D2，每個含有視差數(shù)據(jù)。由圖象數(shù)據(jù)項D1和圖象數(shù)據(jù)項D2產(chǎn)生一系列視差圖象D3。
由照相裝置13提供的每個含有視差數(shù)據(jù)的圖象數(shù)據(jù)項D1，代表多鏡頭照相機同時拍攝的物體圖象，或者移動照相機在不同時間從不同視點拍攝的物體圖象。
由計算機14產(chǎn)生的每個含有視差數(shù)據(jù)的圖象數(shù)據(jù)項D2，代表互相具有水平視差的CAD(計算機輔助設(shè)計)圖象、CG(計算機制圖)圖象等。
在數(shù)據(jù)處理部分1，圖象處理計算機11處理視差圖象D3，產(chǎn)生圖象數(shù)據(jù)D4。圖象數(shù)據(jù)D4記錄在存儲裝置12中。存儲裝置12為存儲器、硬盤驅(qū)動器等。
圖象數(shù)據(jù)D4由存儲裝置12逐個圖象地讀取。如此讀取的數(shù)據(jù)D4作為圖象數(shù)據(jù)D5從數(shù)據(jù)處理部分1提供給控制計算機2。圖象數(shù)據(jù)D5將記錄在全息記錄載體上。
控制計算機2驅(qū)動全息立體圖印刷機3。印刷機3記錄由數(shù)據(jù)處理部分1提供的數(shù)據(jù)D5所代表的圖象。更確切地說，印刷機3以矩形元全息圖的形式在全息記錄載體30上記錄數(shù)據(jù)D5。
控制計算機2控制快門32、顯示器41和載體饋送機構(gòu)50，它們都安裝在全息立體圖印刷機3中。更具體地說，計算機2向快門32提供控制信號S1，由之開啟或關(guān)閉快門32。它向顯示器41提供圖象數(shù)據(jù)D5，顯示器將數(shù)據(jù)D5代表的圖象加以顯示。它向載體饋送機構(gòu)50提供控制信號S2，載體饋送機構(gòu)50將全息記錄載體30饋送至特定位置。在此位置，數(shù)據(jù)D5記錄在全息記錄載體30上。
下面參照圖7A和7B詳細(xì)說明全息立體圖印刷機3。圖7A為設(shè)在全息立體圖印刷機3中的光學(xué)系統(tǒng)的平面圖。圖7B為該光學(xué)系統(tǒng)處理物光的部分的側(cè)視圖。
如圖7A所示，全息立體圖印刷機3包括激光器31、快門32和半反射鏡33。激光器31發(fā)出激光束L1?？扉T32和半反射鏡33設(shè)在激光束L1的光軸上。激光束L1具有約532nm的波長。
快門32由控制計算機2加以控制。在全息記錄載體30根本不必曝光時它保持關(guān)閉。其開啟用以將光束施加至載體30。半反射鏡33接收通過快門32的激光束L2。半反射鏡33將激光束L2分離成參考光L3和物光L4。參考光L3是半反射鏡33反射的一部分光束L2。物光L4是通過半反射鏡33的其余部分光束L2。
全息立體圖印刷機3還包括柱面透鏡34、準(zhǔn)直透鏡35和全反射鏡36。透鏡34和35以及反射鏡36以所述順序設(shè)在參考光L3的光軸上。它們構(gòu)成用于處理參考光L3的光學(xué)系統(tǒng)。準(zhǔn)直透鏡35將參考光L3轉(zhuǎn)換成平行光。反射鏡36將來自準(zhǔn)直透鏡35的全部平行光加以反射。
柱面透鏡34使半反射鏡33反射的參考光L3發(fā)散。準(zhǔn)直透鏡35將參考光L3改變成平行光。全反射鏡36反射所有平行光，施加至全息記錄載體30。載體30用折射率匹配的液體(未畫出)粘合至由透明玻璃制成的光導(dǎo)入模塊37上。參考光L3通過光導(dǎo)入模塊37施加至載體30上。
也就是說，參考光L3施加至模塊37的一側(cè)37a，通過模塊37，以一個較大的入射角施加在載體30上。
全息立體圖印刷機3還包括全反射鏡38、空間濾波器39、準(zhǔn)直透鏡40、顯示器41、漫射板42，和柱狀透鏡43，如圖7A和7B所示。反射鏡38、濾波器39、透鏡40、顯示器41、板42和透鏡43按所述順序設(shè)置在通過半反射鏡33的物光L4的光軸上。它們構(gòu)成處理物光L4的光學(xué)系統(tǒng)。全反射鏡38將物光L4全部反射?？臻g濾波器39由一個凸透鏡和一個針孔部件構(gòu)成。準(zhǔn)直透鏡40將物光L4轉(zhuǎn)換成平行光。顯示器41將待記錄圖象加以顯示。漫射板42使通過顯示器41射來的光束發(fā)生漫射。柱狀透鏡43將物光L4聚焦在全息記錄載體30上。此外，在載體30之前設(shè)有一個具有矩形開口的遮光板44。
首先，全反射鏡38將通過半反射鏡33的物光L4加以反射?？臻g濾波器39將物光L4變?yōu)榘l(fā)散光。準(zhǔn)直透鏡40將發(fā)散光轉(zhuǎn)換成平行光，施加至顯示器41。顯示器41為透射顯示器例如液晶顯示器。當(dāng)由控制計算機2進行控制時，顯示器41將圖象數(shù)據(jù)D5代表的圖象加以顯示。該圖象對通過顯示器41的光束進行調(diào)制。漫射板42使光束發(fā)生漫射，施加至柱狀透鏡43。漫射板42使來自顯示器41的光束稍微發(fā)生漫射，用以提高全息立體圖的質(zhì)量。
從顯示器41出射的光束施加至柱狀透鏡43。該透鏡43使光束在水平面內(nèi)會聚。一部分如此處理的光束通過遮光板42的矩形開口，并作為物光施加至全息記錄載體30上。從而，由顯示器41投射的光束以矩形截面光束的形式施加至載體30上。更準(zhǔn)確地說，物光以幾乎直角入射在載體30的所述表面上，該表面背離光導(dǎo)入模塊37。
在上述光學(xué)系統(tǒng)中，由半反射鏡33反射并通過光導(dǎo)入模塊37施加至載體30上的參考光的光路，與透過半反射鏡33之后通過顯示器41施加至載體30上的物光的光路具有幾乎相同的長度。參考光盡可能與物光干涉。這使得有可能制作一種可由之再現(xiàn)清晰圖象的全息立體圖。
在全息立體圖印刷機3中，最好在光導(dǎo)入模塊37與全息記錄載體30之間設(shè)置用于滴注折射率匹配的液體的機構(gòu)，以實現(xiàn)模塊37與載體30的折射率匹配。例如，在模塊37與載體30接觸的位置附近設(shè)置充滿折射率匹配的液體的泡沫橡膠塊。這樣，每當(dāng)將全息記錄載體30定位時，從泡沫橡膠模塊中將折射率匹配的液體施加進入載體30與光導(dǎo)入模塊37之間的界面處。從而在光導(dǎo)入模塊37與全息記錄載體30之間實現(xiàn)折射率匹配。
一般地說，參考光和物光施加至全息記錄載體的一個表面以制作透射全息立體圖。為了制作邊緣照明型透射全息立體圖，必須使參考光通過光導(dǎo)入模塊施加至物光所施加的載體同一表面。因此必須將光導(dǎo)入模塊設(shè)置在載體與用以聚焦物光的柱狀透鏡之間。然而，光導(dǎo)入模塊很難這樣設(shè)置，因為可用空間有限。
在上述全息立體圖印刷機3中，將物光和參考光分別施加至載體30的相反表面就可以了，以制作邊緣照明型透射全息立體圖。這樣，柱狀透鏡43位于載體30的一側(cè)，而將光導(dǎo)入模塊37設(shè)置在載體30的另一側(cè)，不管全息立體圖印刷機3中可用的有限空間。
全息記錄載體30記錄全息立體圖，不僅通過施加由半反射鏡33反射的光束，而且通過施加透過半反射鏡33的光束，從全息立體圖再現(xiàn)圖象。也就是說，如圖8所示，參考光La在載體30與空氣之間的界面處全部反射。由全反射光束Lc與物光Lb之間干涉形成的圖紋記錄在全息記錄載體30上。因此，可以通過使光束透過載體30而由之再現(xiàn)圖象的全息立體圖也記錄在載體30上。
設(shè)在全息立體圖印刷機3中的載體饋送機構(gòu)50間歇地饋送全息記錄載體30，每次一個元全息圖的距離。機構(gòu)50根據(jù)由控制計算機2提供的控制信號以這種特定方式饋送載體30。由一系列視差圖象D3產(chǎn)生的圖象數(shù)據(jù)D4代表的矩形圖象，即元全息圖，逐個記錄在全息記錄載體30上。
已經(jīng)說明了用于制作由本發(fā)明第一實施例圖象再現(xiàn)裝置5加以再現(xiàn)的全息立體圖的系統(tǒng)。
下面參照圖9和10說明本發(fā)明的第二實施例。第二實施例也是圖象再現(xiàn)裝置。第二實施例設(shè)計成用于再現(xiàn)中空柱狀全息立體圖，利用了全息立體圖和光學(xué)部件，與第一實施例中所用類似。
更具體地說，光學(xué)部件7在其后側(cè)7b粘合至圖4中所示類型的全息立體圖6上，從而形成圖9所示的單元90。單元90是彎曲的，形成邊緣照明型中空柱狀全息立體圖91，其內(nèi)表面由光學(xué)部件7限定。如圖10所示，光源92將照明光束施加至圓錐棱鏡93。棱鏡93將光束轉(zhuǎn)換成平行光。平行光以60°入射角施加至全息立體圖91的內(nèi)表面，從而再現(xiàn)3維圖象。
在此裝置中，全息立體圖6和光學(xué)部件7都是平面的，結(jié)合并且彎曲成邊緣照明型的中空柱狀全息立體圖91。光源92將照明光束施加至圓錐棱鏡93，棱鏡93將光束轉(zhuǎn)換成平行光。平行光以60°入射角施加至全息立體圖91的內(nèi)表面。從而形成3維圖象，看起來象是存在于中空柱體中的實物。
下面參照圖11和12說明本發(fā)明的第三實施例。第三實施例也是圖象再現(xiàn)裝置。在第一實施例中，從光源出射的照明光束9施加至全息立體圖6上，如圖11所示，也就是說，光束9以相對于立體圖6法線H成均勻的60°入射角施加至全息立體圖6的上部、中部和下部130、131和132。這樣，光束9以30°(＝90°-60°)的入射角施加至光學(xué)部件7′。相反地，在第三實施例中，照明光束134從光源133以不同入射角施加至全息立體圖6的上部、中部和下部130、131和132，如圖12所示。
在許多情況下，從光源133出射的照明光束134并非以理想入射角施加至全息立體圖6上?？紤]到這一點，光學(xué)部件7的前側(cè)由平行三角棱鏡構(gòu)成，其入射表面根據(jù)照明光束施加至全息立體圖6的上部、中部和下部130、131和132的入射角而有不同角度的傾斜。
如圖12所示，照明光束134可以相對于立體圖6的中部131確定為30°。在此情況下，光束134與立體圖6的上部130之間的角度A小于30°，而光束134與下部132之間的角度B大于30°。光學(xué)部件7′前側(cè)上三角棱鏡的入射表面根據(jù)光束134施加至立體圖6的上部、中部和下部130、131和132的不同入射角以不同的角度傾斜。因此，第三實施例可以在許多情況下再現(xiàn)高質(zhì)量的3維圖象。
下面說明本發(fā)明的第四實施例，也是圖象再現(xiàn)裝置。在第四實施例中，全息立體圖和光學(xué)部件都與第三實施例中所用的相同，彎曲成邊緣照明型的中空柱狀全息立體圖。該立體圖用于再現(xiàn)3維圖象。
在第四實施例中，不必將從光源出射的照明光束轉(zhuǎn)換成平行光以例如60°的入射角施加至全息立體圖。因此，不必采用如第二實施例中所用的圓錐棱鏡。第四實施例仍然可以形成看起來象存在于中空柱體中的實物的3維圖象。
下面參照圖13和14說明本發(fā)明的第五實施例。該實施例同樣是用于從全息立體圖再現(xiàn)3維圖象的裝置140。在第五實施例中，平行三角棱鏡僅設(shè)置在光學(xué)部件的一部分上，而不是如圖4和圖11所示第一實施例中那樣設(shè)置在整個光學(xué)部件上。
更具體地說，如圖13所示，裝置140具有全息立體圖141和光學(xué)部件143。光學(xué)部件143在其后側(cè)粘合至全息立體圖141。光學(xué)部件143在其前側(cè)下部具有平行三角棱鏡142。照明光束146施加至三角棱鏡142以形成3維圖象。
三角棱鏡142每個具有入射表面，照明光束以直角施加其上。棱鏡142可以如第一實施例中那樣具有相同的入射角。替代地，它們可以如第三實施例中那樣具有不同的入射角。
光學(xué)部件143具有一光導(dǎo)部分145，用于導(dǎo)引照明光束146。照明光束146因而沿著光導(dǎo)部分145傳播同時被反射。然后光束146通過全息立體圖141。在通過立體圖141時，照明光束146與立體圖141中衍射的光束發(fā)生干涉。從而由立體圖141再現(xiàn)3維圖象。
光導(dǎo)部分145的外表面144被涂黑。替代地，可以將一塊黑色板粘在光導(dǎo)部分145的外表面144上。光學(xué)部件143的下部在位于棱鏡142之后的內(nèi)表面147處暴露。
在裝置140中，施加至棱鏡142的照明光束146通過光學(xué)部件143，同時在其中被全反射，如圖14中所示。然后，照明光束146在其通過全息立體圖141時與衍射光束149發(fā)生干涉。因此，觀看者150可以看見3維圖象。
下面說明本發(fā)明的第六實施例。第六實施例也是用于從全息立體圖再現(xiàn)3維圖象的裝置。在第六實施例中，全息立體圖和光學(xué)部件都與第五實施例中所用的相同，彎曲成邊緣照明型的中空柱狀全息立體圖。如此制作的立體圖用于再現(xiàn)3維圖象。
在第一至第六實施例中，光學(xué)部件粘合至全息立體圖。替代地，光學(xué)部件可以粘合至全息圖，以便可以從全息圖再現(xiàn)3維圖象。
根據(jù)本發(fā)明的圖象再現(xiàn)裝置并不限于具有記錄3維圖象的全息圖或全息立體圖的圖象再現(xiàn)裝置。本發(fā)明也可以應(yīng)用于具有記錄2維圖象的全息圖或全息立體圖的圖象再現(xiàn)裝置。
權(quán)利要求
1.一種圖象再現(xiàn)裝置，用于從記錄有2維圖象數(shù)據(jù)或3維圖象數(shù)據(jù)的一全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象，其中，一個前表面具有平行棱鏡的光學(xué)部件在其后表面粘合至該全息圖或全息立體圖，照明光束施加至該光學(xué)部件的前表面，從而從所述全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
2.如權(quán)利要求1所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件在其前表面具有多個入射表面，照明光束以直角施加至該光學(xué)部件的入射表面。
3.如權(quán)利要求2所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中照明光束以落入限定范圍內(nèi)的固定入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。
4.如權(quán)利要求3所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述固定入射角相對于界面法線從60°至85°變化。
5.如權(quán)利要求4所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述平行棱鏡具有相對于所述入射表面以直角傾斜以及相對于所述界面以等于所述固定入射角的相同角度傾斜的表面。
6.如權(quán)利要求3所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，并且照明光束施加至所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
7.如權(quán)利要求2所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中照明光束可以以落入限定范圍內(nèi)的不同入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。
8.如權(quán)利要求7所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述不同入射角相對于界面法線從60°至85°變化。
9.如權(quán)利要求8所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述平行棱鏡具有相對于所述入射表面以直角傾斜以及相對于所述界面以不同角度傾斜的表面。
10.如權(quán)利要求7所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
11.如權(quán)利要求1所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件粘合至所述全息圖或全息立體圖，以具有剛性。
12.如權(quán)利要求2所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述入射表面以規(guī)律間隔設(shè)置在所述平行棱鏡上。
13.如權(quán)利要求12所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述規(guī)律間隔為至多0.5mm。
14.如權(quán)利要求1所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中在粘合至全息圖或全息立體圖的所述光學(xué)部件足夠剛性的情況下，所述光學(xué)部件具有與全息圖或全息立體圖的尺寸光學(xué)上無關(guān)的既定厚度。
15.一種圖象再現(xiàn)裝置，用于從記錄有2維圖象數(shù)據(jù)或3維圖象數(shù)據(jù)的一全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象，其中，一個前表面一部分上具有平行棱鏡的光學(xué)部件在其后表面粘合至該全息圖或全息立體圖，照明光束施加至所述平行棱鏡，以便從所述全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
16.如權(quán)利要求15所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件在平行棱鏡上具有多個入射表面，照明光束以直角施加至該光學(xué)部件的入射表面。
17.如權(quán)利要求16所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中照明光束以固定入射角施加至平行棱鏡上。
18.如權(quán)利要求17所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。
19.如權(quán)利要求18所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
20.如權(quán)利要求17所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件具有一個在其內(nèi)表面暴露的部分，該部分位于平行棱鏡之后。
21.如權(quán)利要求20所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
22.如權(quán)利要求17所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至該中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
23.如權(quán)利要求16所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中照明光束分別以不同入射角施加至平行棱鏡上。
24.如權(quán)利要求23所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。
25.如權(quán)利要求24所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
26.如權(quán)利要求23所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件具有一個在其內(nèi)表面暴露的部分，該部分位于平行棱鏡之后。
27.如權(quán)利要求26所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
28.如權(quán)利要求23所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至該中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
29.如權(quán)利要求15所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述光學(xué)部件粘合至所述全息圖或全息立體圖，以具有剛性。
30.如權(quán)利要求16所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述入射表面以規(guī)律間隔設(shè)置在所述平行棱鏡上。
31.如權(quán)利要求30所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中所述規(guī)律間隔為至多0.5mm。
32.如權(quán)利要求15所述的圖象再現(xiàn)裝置，其中在粘合至全息圖或全息立體圖的所述光學(xué)部件足夠剛性的情況下，所述光學(xué)部件具有與全息圖或全息立體圖的尺寸光學(xué)上無關(guān)的既定厚度。
33.一種圖象再現(xiàn)方法，用于從記錄有2維圖象數(shù)據(jù)或3維圖象數(shù)據(jù)的一全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象，其中，一個前表面具有平行棱鏡的光學(xué)部件在其后表面粘合至該全息圖或全息立體圖，照明光束施加至該光學(xué)部件的前表面，從而從所述全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
34.如權(quán)利要求33所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件在其前表面具有多個入射表面，照明光束以直角施加至該光學(xué)部件的入射表面。
35.如權(quán)利要求34所述的圖象再現(xiàn)方法，其中照明光束以落入限定范圍內(nèi)的固定入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。
36.如權(quán)利要求35所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述固定入射角相對于界面法線從60°至85°變化。
37.如權(quán)利要求36所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述平行棱鏡具有相對于所述入射表面以直角傾斜以及相對于所述界面以等于所述固定入射角的相同角度傾斜的表面。
38.如權(quán)利要求35所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，并且照明光束施加至所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
39.如權(quán)利要求34所述的圖象再現(xiàn)方法，其中照明光束可以以落入限定范圍內(nèi)的不同入射角施加在所述光學(xué)部件與全息圖或全息立體圖之間的界面上，由此抑制照明光束在該界面處的表面反射。
40.如權(quán)利要求39所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述不同入射角相對于界面法線從60°至85°變化。
41.如權(quán)利要求40所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述平行棱鏡具有相對于所述入射表面以直角傾斜以及相對于所述界面以不同角度傾斜的表面。
42.如權(quán)利要求39所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至所述中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
43.如權(quán)利要求34所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述入射表面以規(guī)律間隔設(shè)置在所述平行棱鏡上。
44.如權(quán)利要求43所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述規(guī)律間隔為至多0.5mm。
45.一種圖象再現(xiàn)方法，用于從記錄有2維圖象數(shù)據(jù)或3維圖象數(shù)據(jù)的一全息圖或全息立體圖再現(xiàn)圖象，其中，一個前表面一部分上具有平行棱鏡的光學(xué)部件在其后表面粘合至該全息圖或全息立體圖，照明光束施加至所述平行棱鏡，由此從所述全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
46.如權(quán)利要求45所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件在平行棱鏡上具有多個入射表面，照明光束以直角施加至該光學(xué)部件的入射表面。
47.如權(quán)利要求46所述的圖象再現(xiàn)方法，其中照明光束以固定入射角施加至平行棱鏡上。
48.如權(quán)利要求47所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。
49.如權(quán)利要求48所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
50.如權(quán)利要求47所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件具有一個在其內(nèi)表面暴露的部分，該部分位于平行棱鏡之后。
51.如權(quán)利要求50所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
52.如權(quán)利要求47所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至該中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
53.如權(quán)利要求46所述的圖象再現(xiàn)方法，其中照明光束分別以不同入射角施加至平行棱鏡上。
54.如權(quán)利要求53所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件具有一光導(dǎo)部分，用于導(dǎo)引來自平行棱鏡的照明光束，同時反射照明光束。
55.如權(quán)利要求54所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
56.如權(quán)利要求53所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光學(xué)部件具有一個在其內(nèi)表面暴露的部分，該部分位于平行棱鏡之后。
57.如權(quán)利要求56所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述光導(dǎo)部分在其外表面涂黑。
58.如權(quán)利要求53所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述全息圖或全息立體圖和粘合其上的光學(xué)部件是彎曲的，形成中空柱體，其內(nèi)表面由光學(xué)部件的前表面限定，照明光束施加至該中空柱體的內(nèi)表面，由此從全息圖或全息立體圖再現(xiàn)2維或3維圖象。
59.如權(quán)利要求45所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述入射表面以規(guī)律間隔設(shè)置在所述平行棱鏡上。
60.如權(quán)利要求59所述的圖象再現(xiàn)方法，其中所述規(guī)律間隔為至多0.5mm。
61.如權(quán)利要求45所述的圖象再現(xiàn)方法，其中在所述光學(xué)部件粘合至全息圖或全息立體圖足夠剛性的情況下，所述光學(xué)部件具有與全息圖或全息立體圖的尺寸光學(xué)上無關(guān)的既定厚度。
全文摘要
光學(xué)部件7在其后側(cè)7b粘合至全息立體圖6。光學(xué)部件7的前側(cè)7a由平行三角棱鏡構(gòu)成。照明光束9以例如60°的預(yù)定角度施加至光學(xué)部件7的前表面7a。光學(xué)部件7由例如光學(xué)玻璃或透明塑料制成。各三角棱鏡具有入射表面8,照明光束以直角施加其上。照明光束以例如60°的入射角θ施加至光學(xué)部件7與全息立體圖6之間的界面22上,從而抑制照明光束9在界面22處的表面反射。
文檔編號G02B27/22GK1334494SQ0112599
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月19日
發(fā)明者木原信宏, 白倉明 申請人:索尼公司