專利名稱：全息立體照片打印裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全息立體照片打印或形成裝置，用于產(chǎn)生一幅全息立體照片，可以識別一幅實體成像圖像或一幅計算機生成的三維圖像。
一幅全息立體照片通過連續(xù)記錄大量的圖像來形成，這些圖像是從不同視點對一個物體連續(xù)成像而得到的，作為原始圖像，以條狀或點狀象元全息圖的形式記錄于專用的全息記錄介質(zhì)上。
在全息立體照片僅于水于方向存在視差信息之情況下，例如，通過在水平方向上從不同視點對一個物體連續(xù)成像而得到的若干原始圖像101a至101e，以條狀象元全息圖的形式連續(xù)記錄于全息記錄介質(zhì)102上。
若從一個給定位置用一只眼睛觀察該全息立體照片，反映相關(guān)象元全息圖部分圖像信息的二維圖像可以被觀察到，因此若眼睛的位置在水平方向移動，反映相關(guān)象元全息圖另一部分圖像信息的二維圖片可被觀察到。所以假若一位觀察者用兩只眼睛觀察該全息立體照片，由于左右兩只眼睛在水平方向上位置輕微不同，以致由左右兩只眼睛看到的二維圖像會彼此有輕微的不同。因此觀察者覺察出視差，該復(fù)現(xiàn)之圖像被視為一幅三維圖像。
同時，在形成高質(zhì)量圖像的全息圖過程中，已經(jīng)知道在圖像顯示裝置的鄰近區(qū)域放置一塊漫反射板是很有效的。參考文獻如“Endo and Yamaguchi等在1992年第23屆光學(xué)圖像會議(Picture Optical Conference)的文獻第317頁內(nèi)容”以及“Michael Klug等在1993年的Proc SPIE#1914 PracticalHolograplcy(全息照相應(yīng)用)Ⅶ”。
然而，若在圖像顯示裝置的鄰近區(qū)域置一塊漫反射板，會在產(chǎn)生的全息圖中于無窮遠的位置觀察到一種非均勻噪聲。試圖移動漫反射板來降低噪聲的方法已在日本公開專利8-1722382中提出，但是若存在一定數(shù)量的移動部件，又會產(chǎn)生與抗震動動性有關(guān)的問題。如果使用漫反射板，光利用效率則會降低。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有高的光利用效率的全息立體照片形成裝置，使用該裝置無窮遠點處的噪聲可被消除，可以生成高質(zhì)量的全息圖，并且使采用便宜的低輸出功率激光器成為可能。
本發(fā)明提供一種全息立體照片打印裝置，包括用于發(fā)射激光光束的激光源，用于顯示與全息記錄介質(zhì)坐標位置有關(guān)的圖像的顯示裝置以及一用于收集從激光源發(fā)出經(jīng)過顯示裝置的激光光束的光學(xué)系統(tǒng)，該光束作為物光投射于全息記錄介質(zhì)的坐標位置上，該光學(xué)系統(tǒng)同時用于照明未經(jīng)過顯示裝置的激光光束，該光束作為投射于全息記錄介質(zhì)的參考光，以在全息記錄介質(zhì)上連續(xù)形成條狀或點狀象元全息圖。該光學(xué)系統(tǒng)包括一置于光路中的光學(xué)積分器，該積分器位于顯示裝置之前，用于均勻照射在顯示裝置的光束強度。
利用本發(fā)明涉及的全息立體照片打印裝置，在不使用漫反射器的情況下使物光平行度得到最優(yōu)控制，因此由狹縫等原因造成的光損耗減小到最低程度。
本發(fā)明涉及的全息立體照片打印裝置不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，它無需使用物鏡和小孔進行擴束，因此進一步提高了光利用效率。
而且，利用本發(fā)明涉及的全息立體照片打印裝置，圖像顯示裝置可被均勻照明，由于不使用漫反射板，因此顯著降低了圖像的噪聲。
因此，利用本發(fā)明涉及的全息立體照片打印裝置，即便采用便宜的低輸出功率激光器也能生成高質(zhì)量的全息立體照片。


圖1為一幅用于說明一種全息立體照片形成方法的草圖；圖2給出了全息立體照片形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3給出了全息立體照片打印裝置光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖4a和圖4b給出了一個圖像投影光學(xué)系統(tǒng)的例子；圖5給出了一個類似的圖像投影光學(xué)系統(tǒng)的例子；圖6表明了玻璃棒中多次反射的狀態(tài)；圖7表明了多狹縫干涉條紋生成的原理；圖8為一根玻璃棒以及由玻璃棒中多次反射所形成的一個虛點光源；圖9給出了圖像照明光學(xué)系統(tǒng)和圖像投影光學(xué)系統(tǒng)的典型例子；圖10給出了為避免出現(xiàn)莫爾條紋而僅在非視差方向均勻光強的情況下一個圖像照明光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖11為一個將一塊網(wǎng)狀透鏡置于玻璃棒前面的典型圖像照明光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖12A和圖12B為一個將一對網(wǎng)狀透鏡置于玻璃棒前面的典型圖像照明光學(xué)系統(tǒng)的示意圖13A和圖13B是一個將一對網(wǎng)狀透鏡置于玻璃棒前面的典型物光光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖14給出了蠅眼型光積分器(integrator)的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照附圖，詳盡解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例。下列實施例僅用于說明，并不意味著對本發(fā)明的限制。
首先，將解釋用于形成全息立體照片的全息立體照片形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在此，以下述一個全息立體照片形成系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)用于形成依據(jù)水平方向的視差信息且通過在專用記錄介質(zhì)上記錄若干條狀象元全息圖而得到的全息立體照片。當然，本發(fā)明亦可應(yīng)用于形成兩個方向均有視差信息的全息立體照片的系統(tǒng)中，這些圖像通過在專用記錄介質(zhì)上記錄若干點狀象元全息圖而獲得。
此時所解釋的全息立體照片形成系統(tǒng)，是用于形成一種被稱作單步全息立體照片的系統(tǒng)。在這些圖像中，已經(jīng)記錄了物光與參考光干涉環(huán)的記錄介質(zhì)，直接用作全息立體照片。如圖2所示，該系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)處理單元單元1，用于處理被記錄的圖像數(shù)據(jù)；一臺用于控制整個系統(tǒng)的計算機2和具有用來形成全息立體照片的光學(xué)系統(tǒng)的全息立體照片打印設(shè)備3。
數(shù)據(jù)處理單元1在多個圖像數(shù)據(jù)D1或D2基礎(chǔ)上生成一串視差圖像D3，其中D1含有由具備多眼相機或可移動相機的視差圖像串成像設(shè)備13所提供的視差信息，而D2則含有由圖像數(shù)據(jù)生成計算機14所產(chǎn)生的視差信息。
含有由視差圖像串成像設(shè)備13所提供的視差信息的多個圖像數(shù)據(jù)D1，是水平方向上于不同視點對物體成像所獲得的若干圖像數(shù)據(jù)。
含有由圖像數(shù)據(jù)生成計算機14所產(chǎn)生的視差信息的多個圖像數(shù)據(jù)D2，是那些通過連續(xù)記錄水平方向視差而生成的多個CAD(計算機輔助設(shè)計)或CG(計算機圖形)圖像的圖像數(shù)據(jù)。
圖像處理計算機11進行全息立體照片的預(yù)置圖像處理后，由數(shù)據(jù)處理單元1對視差圖像D3進行加工。通過預(yù)置圖像處理加工的圖像數(shù)據(jù)D4，儲存在存儲設(shè)備12中，如存儲器或硬盤。
在全息記錄介質(zhì)上記錄圖像時，數(shù)據(jù)處理單元1以圖像為單元有序地讀出圖像數(shù)據(jù)D4的各圖像，將圖像數(shù)據(jù)D5發(fā)送至控制計算機2，其中D4是記錄于記錄裝置12之上的。
控制計算機2驅(qū)動全息立體照片打印裝置3在全息立體照片打印裝置3中的全息記錄介質(zhì)30之上順序記錄圖像，該圖像對應(yīng)于從數(shù)據(jù)處理單元1傳來的圖像數(shù)據(jù)。
與此同時，控制計算機2控制設(shè)在全息立體照片打印裝置3之中的快門32，顯示器件41或記錄介質(zhì)進給(feed)單元等。即在發(fā)送圖像數(shù)據(jù)D5至顯示器件41以便使與圖像數(shù)據(jù)D5相關(guān)聯(lián)的圖像顯示于顯示器件41的過程中，控制計算機2將控制信號S1發(fā)至快門32以控制其開/關(guān)。控制計算機2還發(fā)送控制信號S2給記錄介質(zhì)進給單元以便控制通過記錄介質(zhì)進給單元進行的全息記錄介質(zhì)30的進給操作。
全息立體照片打印裝置3在圖3中給予詳盡解釋，圖3給出了上述整個全息立體照片打印裝置3的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
如圖3所示，全息立體照片打印裝置3包括一臺用于發(fā)射預(yù)置波長激光光束的激光源31，一個置于源自激光源31的激光光束L1光軸之上的快門32以及一塊半透半反鏡33。激光源31使用一臺YAG激光器，其波長為532nm，輸出功率為400mW。
快門32受控于控制計算機2，當全息記錄介質(zhì)30不曝光或曝光時，分別關(guān)閉或打開。半透半反鏡33用于將通過快門32進入引入?yún)^(qū)域2的激光束分束成為參考光和物光，由半透半反鏡33反射的光和由半透半反鏡透射的光分別成為參考光和物光。
請注意由半透半反鏡33反射而落在全息記錄介質(zhì)30之上的參考光光程長度與由半透半反鏡透射而落在全息記錄介質(zhì)30之上的物光光程長度之間的差別不大于激光源的相干長度。這增強了參考光與物光之間的相干性以致形成具有清晰復(fù)現(xiàn)影像的全息立體照片。
在由半透半反鏡33反射的光束L3的光軸上，依次安置著一塊柱面透鏡34，一塊用于準直參考光束的準直透鏡35和一塊用于反射來自準直透鏡35的已準直光束的全反射鏡36。
在由半透半反鏡33透射的光束L4的光軸上，安置著物光光學(xué)系統(tǒng)。該物光光學(xué)系統(tǒng)可粗略分為圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50和圖像投影光學(xué)系統(tǒng)51。
圖像投影光學(xué)系統(tǒng)的示意圖在圖4A和圖4B中給出，其中圖4A為該光學(xué)系統(tǒng)俯視圖，即從視差方向或在象元全息圖短軸方向上的視圖；圖4B顯示該光學(xué)系統(tǒng)的外側(cè)視圖，即從非視差方向或在象元全息圖長軸方向上的視圖。
如圖4A所示，在非視差方向上，顯示器件41上的圖像通過投影透鏡42和44成像成于全息記錄介質(zhì)30的表面上。如圖4B所示，在視差方向上，全部光束通過柱面透鏡45收集于全息記錄介質(zhì)30上。置于光路中的狹縫43用于防止參考光偏離象元全息圖而曝光于鄰近全息象元圖形成部分光。圖像形成中狹縫43與全息記錄介質(zhì)30的全息圖表面有關(guān)，投影透鏡44及柱面透鏡45插入在狹縫43與全息記錄介質(zhì)30之間。在柱面透鏡45和全息記錄介質(zhì)30之間置有一維漫反射板46，其作用將在下面解釋。
圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50是本發(fā)明的一個特點，圖5給出了圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50的第一個實施例。從光源發(fā)出的入射光束61，經(jīng)由聚光鏡62收集后落在玻璃棒63上，玻璃棒63構(gòu)成了一個棒型光積分器。光束在棒型光積分器的玻璃棒63中多次反射，當光束到達玻璃棒63的末端64時，經(jīng)過不同方向的許多光學(xué)元件后，成為強度均勻的光束。投影放大系數(shù)由透鏡65,66的焦距比給出。
為了糾正發(fā)生在玻璃棒63中的多次反射所引起的偏振面旋轉(zhuǎn)，一塊光偏振片67布置于光路之中。
象玻璃棒63這樣的棒型光積分器，除了能對入射光束61進行擴束使光強均勻以外，還能控制入射光束61的平行度。因此對于提高全息立體照片的質(zhì)量棒型光積分器起著重要的作用。
請注意正如在圖4中所見到的那樣，顯示器件41的照明光所需的平行度由狹縫43和透鏡42的焦距決定。即若透鏡42的焦距，狹縫43的寬度及光束的平行度分別為fl,w和θ2，則2×fl×tan(θ2/2)=w并且，從圖4中可見θ1=A×θ2將棒型光積分器應(yīng)用于采用象激光這樣的相干光的光學(xué)系統(tǒng)時所出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法，將解釋如下。
如圖5所示，若激光光束被收集并入射到棒型光積分器的玻璃棒63上進行多次反射，到達作為光出口的末端64的光束等同于從如圖6所示的大量點光源發(fā)出的光束的波前。原因在于產(chǎn)生了類似于如圖7所示的多狹縫干涉所產(chǎn)生的干涉條紋，干涉條紋的強度分布由下式給出
I={sin(πNWY/Lλ)/sin(πWY/Lλ)}2該式在作為光束出口的末端64成立，其中L和W分別為玻璃棒63的長度和厚度，如圖8所示。N,λ和Y分別為光束在玻璃棒63中反射的次數(shù)，入射于玻璃棒63上的激光光束的波長和玻璃棒63末端面64上的位置。
若考慮玻璃棒63的折射率，則在玻璃棒63的末端面64上所產(chǎn)生的干涉條紋間距d為d=λ×L/(n×W)其中n為玻璃棒63的折射率，且通常在1.5的水平上。
如圖5所示，在玻璃棒63末端面64上所產(chǎn)生的干涉條紋由透鏡65,66投影到顯示器件41上。因此，若將一塊液晶板用作顯示器件41，則在由棒型光積分器的玻璃棒63所產(chǎn)生的上述干涉條紋與液晶板上顯示圖像的象素之間很可能會產(chǎn)生莫爾條紋。當液晶象素之間的間距越近以及干涉條紋之間的間距越近，則莫爾條紋會顯著增強。
莫爾條紋的出現(xiàn)可以用使干涉條紋的間距足夠窄的方法或在視差方向不使光強度均勻化的方法來避免。這些方法將在此予以逐一的解釋。
首先解釋使干涉條紋間距足夠窄的方法，這是消除莫爾條紋的第一個方法。
我們的實驗已經(jīng)顯示，若干涉條紋的間距不大于顯示器件41上顯示的圖像象素間距的大約1/2，則莫爾條紋不再顯著，實際上已不再引起干擾，若干涉條紋之間的間距不大于象素間距的大約1/3，則莫爾條紋事實上不再是問題。
因此，若在玻璃棒63之末端面64產(chǎn)生的干涉條紋間距為d，顯示在顯示器件41上的圖像的象素間距為P，玻璃棒63之末端面64的顯示器件41的投影放大系數(shù)為A，則若關(guān)系d×A＜P/2并且更希望，關(guān)系d×A＜P/3得到滿足，則足以消除莫爾條紋的影響。
請注意前面已經(jīng)給出干涉條紋的距離d由下式給出d=λ×L/(n×W)所以為了使干涉條紋間距足夠窄而使莫爾條紋更不顯著，當下列關(guān)系λ×L×A/(n×W)＜P/2并且更希望，關(guān)系λ×L×A/(n×W)＜P/3滿足時，便已經(jīng)足夠。
若使用象素間距P大約為30μm的液晶板作為顯示器件41,W,λ和n分別等于8.4mm,532mm和1.5，則玻璃棒63的長度L大約為17cm或更短便已足夠，當然，更希望為大約12cm或更短。
即，若在上述條件下，玻璃棒63的長度L大約為17cm或更短，投影到顯示器件41的干涉條紋間距d×A，不大于顯示在顯示器件41上的圖像象素間距的大約1/2，則莫爾條紋不再突出，達到實際可以接受的程度。
而且，若在上述條件下，玻璃棒63的長度L不超過大于12cm，投影到顯示器件41上的干涉條紋間距d×A，不大于顯示在顯示器件41上的圖像象素間距的大約1/3，則莫爾條紋幾乎不出現(xiàn)了。
通過使玻璃棒63產(chǎn)生的干涉條紋的間距足夠窄，莫爾條紋不再出現(xiàn)，使得生成高圖像質(zhì)量的全息立體照片而不受莫爾條紋的影向成為可能。
然而，因為所使用的特殊光學(xué)系統(tǒng)，使得窄化相鄰干涉條紋間距的方法不能應(yīng)用。圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50和圖像投影光學(xué)系統(tǒng)51共同示意于圖9中。同時，光偏振片67或一維漫反射板46未示于圖8和圖10-13中。
正如在圖9中所見的那樣，位于玻璃棒63的前面的聚光透鏡62的焦平面，狹縫平面和全息平面均為共軛平面。因此由玻璃棒63中多次反射形成的一個虛點光源的影像，也形成在狹縫平面和全息平面上。即，虛像點之間的間距不能被光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)足夠地擴大。在另一方面，由于使用特殊光學(xué)系統(tǒng)，通過足夠窄化干涉條紋間距而使莫爾條紋不再突出的方法不能應(yīng)用。
作為第二個消除莫爾條紋的方法，在全息立體照片的視差方向?qū)鈴姴患右跃鶆蚧瘡亩苊饽獱枟l紋產(chǎn)生的方法現(xiàn)在予以解釋。該方法可以不依賴于光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)而應(yīng)用，因此該方法可以如愿地應(yīng)用于不能采用窄化干涉條紋間距消除莫爾條紋方法的光學(xué)系統(tǒng)。
圖10給出了用于圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50的一個例子，在該例中通過使用僅在全息立體照片的非視差方向均勻光強而在視差方向?qū)鈴姴患泳鶆虻姆椒?，從而避免了莫爾條紋的出現(xiàn)。
在上述第一種方法中，當將光引入玻璃棒63時，在玻璃棒63的前面用一塊普通的旋轉(zhuǎn)對稱透鏡作為聚光鏡62。在本方法中，如圖10所示，使用一塊僅在非視差方向收集入射光的柱面透鏡作為聚光鏡置于玻璃棒63的前面。
若只在非視差方向收集入射光的柱面透鏡作為玻璃棒63前面的聚光鏡62，則發(fā)生在玻璃棒63中非視差方向的多次反射將會對光強加以均勻。但是，這樣的多次反射在視差方向不會發(fā)生，因此光強不會被均勻。在這樣的情況下，玻璃棒63中多次反射的結(jié)果是在視差方向沒有多次反射發(fā)生因而不產(chǎn)生干涉條紋。這就避免了莫爾條紋的產(chǎn)生。
若使用本方法來避免莫爾條紋，既然在視差方向?qū)鈴姴患泳鶆颍瑒t可能導(dǎo)致在一個相對于視差方向的特定角度上觀察生成的全息立體照片時在亮度上有細微的變化。但是，既然該方向上亮度的變化通常不是很令人討厭，那么對光強不加均勻所帶來的僅是一點小小的不便而已。
參考圖11-13，解釋圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50的第二個實施例。
在作為第二個實施例的圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50中，一塊網(wǎng)狀透鏡70被用作玻璃棒63前面的透鏡，用來替代圖5中第一個實施例中的聚光鏡62。即光積分器由玻璃棒63和網(wǎng)狀透鏡70所組成。在這種情況下，網(wǎng)狀透鏡70在非視差方向有折射率。這在非視差方向?qū)鈴娂右跃鶆颉?br> 若將網(wǎng)狀透鏡70用在玻璃棒63之前，則帶來這樣一個優(yōu)點，即在第一個實施例中解釋的虛點電源造成的干涉條紋對眼睛而言更不突出。
若網(wǎng)狀透鏡用作玻璃棒63前面的透鏡，則可使用成對的網(wǎng)狀透鏡70a,70b，這些透鏡的集光方向彼此成直角。即圖12A中所示的在非視差方向具有折射率的70b可以與圖12B中所示的在視差方向具有折射率的70a共同用在玻璃棒63的前面。
使用成對的網(wǎng)狀透鏡70a,70b，使得不僅在非視差方向?qū)鈴娂右跃鶆?，而且在視差方向也加以均勻成為可能。而且，若使用網(wǎng)狀透鏡70作為玻璃棒前面的透鏡，可以獲得一個好處，即在第一個實施例中解釋的虛點光源生成的干涉條紋不再突出，所以若使用成對的網(wǎng)狀透鏡70a,70b來對非視差方向和視差方向的光強加以均勻，則幾乎不生成干涉條紋，從而避免了莫爾條紋的出現(xiàn)。
同時，若使用由圖12所示的成對的網(wǎng)狀透鏡70a、70b，成對的網(wǎng)狀透鏡70a、70b的折射率最好單獨設(shè)定到由使用的特定光學(xué)系統(tǒng)所決定的最優(yōu)值。更準確地說，網(wǎng)狀透鏡70a的折射率(視差方向的折射率，即沿象元全息圖短軸方向的折射率)被選為與70b的折射率(非視差方向，即沿象元全息圖長軸方向的折射率)不同，所以各自的折射率是由所使用的特定光學(xué)系統(tǒng)所決定的最佳值。
圖12是一個應(yīng)用上述圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50之第二個實施例的全息立體照片打印器件的物光部分光學(xué)系統(tǒng)的具體例子。圖13A是從上面，即物光光學(xué)系統(tǒng)的視差方向(象元全息圖的短軸方向)的視圖。圖13B是從外側(cè)，即物光光學(xué)系統(tǒng)的視差方向(象元全息圖的短軸方向)的視圖。在圖13中，還給出了光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的特定數(shù)值。
在這樣一個光學(xué)系統(tǒng)中，激光光束通過網(wǎng)狀透鏡70b使光束在非視差方向產(chǎn)生了一個發(fā)散角。
由激光光束通過網(wǎng)狀透鏡70b而在非視差方向所產(chǎn)生的發(fā)散角，比視差方向的發(fā)散角有更大的自由度，因此可能有顯著大的角幅度。我們的實驗表明網(wǎng)狀透鏡70b的20°或更大的發(fā)散角在整個非視差方向所涉及的范圍內(nèi)提高了均勻性。
因此，使用了一塊具有20μm透鏡傾角和40°發(fā)散角的透鏡作為網(wǎng)狀透鏡70b，運提供了在非視差方向光強均勻的全息立體照片，具有優(yōu)異的圖像質(zhì)量。
由于激光光束通過網(wǎng)狀透鏡70a，光束在視差方向會有一個發(fā)散角，如圖13B所示。
由激光光束通過網(wǎng)狀透鏡70a所引起的視差方向發(fā)散角，由全息立體照片30的象元全息圖的寬度及本光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)確定。
例如，設(shè)全息記錄介質(zhì)30上形成的象元全息圖的寬度為0.2mm，此時若投影透鏡44的焦距f設(shè)為80mm，柱面透鏡45的焦距f設(shè)為8.4mm，則狹縫43的寬度需要設(shè)為0.2×80/8.4=1.905mm。
由于投影透鏡的焦距f為80mm，若想使光束在狹縫43的縫隙部分有足夠的彌散，則入射到顯示器件41上照明光需要有一個為tan-1(1.905/80)=1.364°的發(fā)散角。此時，從玻璃棒63末端64到顯示器件41的投影放大系數(shù)A為10(A=10)。因此在視差方向網(wǎng)狀透鏡70a所形成的發(fā)散角大約在13.64°的量級是比較理想的。
若網(wǎng)狀透鏡70a所形成的視差方向發(fā)散角超過了理論值，依據(jù)上述計算，在狹縫43處逆行光會增加，使光利用效率降低。相反地，若發(fā)散角小于理論值，象元全息圖的成型部分不能被光均勻照明，因此會降低全息立體照片的質(zhì)量。所以采用在視差方向上具有與上述理論值盡可能接近的發(fā)散角的網(wǎng)狀透鏡70a，是比較理想的。
然而事實上，由于在這方面有象差現(xiàn)象，上述發(fā)散角并不需要嚴格與理論值相等。本發(fā)明者在上述條件下準備全息立體照片，使用一塊透鏡間距為200μm，焦距大約為1mm的透鏡作為網(wǎng)狀透鏡70a，在實現(xiàn)足夠高的圖像質(zhì)量的同時實現(xiàn)足夠高的光利用效率。
在上述的例子中，成對的網(wǎng)狀透鏡70a,70b置于玻璃棒63前面?；蛘呖梢詫⒁粔K蠅眼狀透鏡置于玻璃棒63前面以取代成對的網(wǎng)狀透鏡70a和70b。即該蠅眼(fly-eye)透鏡與玻璃棒63結(jié)合起來構(gòu)成光積分器。
若蠅眼透鏡與玻璃棒63結(jié)合起來構(gòu)成光積分器，蠅眼透鏡最好在象元全息圖的長軸和短軸方向具有不同的折射率，所以蠅眼透鏡在相應(yīng)方向上的折射率將是由所使用的特定光學(xué)系統(tǒng)決定的最佳值。
與此同時，無論是網(wǎng)狀透鏡與玻璃棒一起構(gòu)成光積分器，還是蠅眼透鏡與玻璃棒一起構(gòu)成光積分器，最好都將一塊光偏振板置于玻璃棒的后面。無論使用網(wǎng)狀透鏡還是蠅眼透鏡，使用光偏振板都能校正玻璃棒中由于多次反射所引起的偏振面旋轉(zhuǎn)以準直光束的偏振平面。
上面描述的圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50和圖像投影光學(xué)系統(tǒng)51均是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)方面的特點。在圖像照明光學(xué)系統(tǒng)50和圖像投影光學(xué)系統(tǒng)51中通行的光束在平面內(nèi)光強分布上得以均勻化，然后到達全息記錄介質(zhì)30使其曝光，全息記錄介質(zhì)30的曝光參考圖3予以解釋。
在制備反射型全息立體照片時，通常直接放置一維漫反射板于全息記錄介質(zhì)30之前。因此在實施例中，一維漫反射板46被直接置于全息記錄介質(zhì)30之前。該一維漫反射板沿著條狀象元全息圖的軸向一維地彌散收集到的物光，在垂直方向(軸向)提供了一個視場角。
盡管一維漫反射板46可靜態(tài)安置，它也可以在每一幅象元全息圖曝光時移動，以消除固定于全息圖像平面的噪聲。為移動一維漫反射板46，條狀象元全息圖最好沿著長軸方向移動，以去除在全息立體照片的視差方向所產(chǎn)生的任何拖影。
顯示器件41是光透射型圖像顯示器件，舉例來說，可由一塊液晶板構(gòu)成。它受控于控制計算機2，用來顯示與源自控制計算機2的數(shù)據(jù)D5相關(guān)的圖像。在制備全息立體照片過程中，本發(fā)明者使用了一塊象素數(shù)目480×1068，尺寸16.8mm×29.0mm的單色液晶板作為顯示器件41。
顯示于顯示器件41上的圖像被圖像投影光學(xué)系統(tǒng)51投射到全息記錄介質(zhì)30上。由于全息記錄介質(zhì)30上同時有投影光(即物光)與參考光照明，因此物光與參考光的干涉條紋在全息記錄介質(zhì)上以條紋象元全息圖的形式記錄下來。
對構(gòu)成視差圖像串的每一幅圖像，條狀象元全息圖的記錄連續(xù)進行。由記錄介質(zhì)進給單元控制，象元全息圖以一個全息圖的間距為步距，逐步移動，每次單獨一幅象元全息圖的曝光時間相近，所以與構(gòu)成視差圖像串中相應(yīng)圖像相聯(lián)系的象元全息圖將在視差方向排列。這樣就產(chǎn)生了由全息記錄介質(zhì)30上連續(xù)形成的象元全息圖所構(gòu)成的全息立體照片。
本發(fā)明不僅僅局限于上述各實施例，這些實施例僅為說明之用。
例如，上述說明是基于僅在水平方向有視差的全息立體照片所做出的，該全息立體照片具有條狀象元全息圖，本發(fā)明可類似地應(yīng)用于由矩形或圓形點狀象元全息圖構(gòu)成的全息立體照片，該圖像在垂直和水平兩個方向上均有視差。
盡管上述說明是基于反射型全息立體照片所做出的，本發(fā)明可類似地應(yīng)用于透射型全息立體照片或沿觸發(fā)型全息立體照片。
盡管玻璃棒63上用于集光的透鏡(透鏡62，網(wǎng)狀透鏡70和網(wǎng)狀透鏡組70a,70b)是固定的，它們還是可以移動的，類似于一維漫反射板46，每次象元全息圖曝光。制備全息立體照片過程中每次象元全息圖曝光時移動玻璃棒63上用于集光的透鏡，可降低固定于無窮遠處的噪聲。
前述說明中，一根玻璃棒用作光積分器?；蛘?，可使用其它類似的光積分器以取得類似的效果。
說到其它光積分器，有一種使用蠅眼透鏡的光積分器。使用蠅眼透鏡的光積分器，常常用于光強均勻化，例如如圖14所示的用作半導(dǎo)體曝光器件的分檔器(stepper)。入射光80落在蠅眼透鏡81上，蠅眼透鏡81的像又成在另一個蠅眼透鏡82上。改變蠅眼透鏡81,82的常數(shù)，可以將多個蠅眼透鏡81的影像以重疊的方式投射于照明物體83之上。通過以重疊的方式投影光束，可以消除入射光80的非均勻性以達到使光強均勻的目的。類似于棒型光積分器，這種蠅眼型光積分器可以應(yīng)用于本發(fā)明中。
盡管在上述實施例中只使用一種激光器來制備單色全息立體照片，本發(fā)明也可通過使用三種顏色的激光器應(yīng)用于彩色全息立體照片的制備。既然應(yīng)用本發(fā)明可提高光利用效率，那么通過使用三臺小型激光器來設(shè)計更實際的彩色全息立體照片打印儀器將成為可能。
權(quán)利要求
1．一種全息立體照片打印裝置，包括發(fā)射激光光束的激光源用于顯示與全息記錄介質(zhì)坐標位置相關(guān)的圖像的顯示裝置；以及一光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于收集來自激光源，穿過所述顯示裝置，在所述全息記錄介質(zhì)坐標位置上作為物光的激光；用于同時照明在穿過所述顯示裝置之前在所述全息記錄介質(zhì)上用作參考光的部分激光，以在所述全息記錄介質(zhì)上連續(xù)形成條狀或點狀象元全息圖，所述光學(xué)系統(tǒng)包括一放在光路中置于所述顯示裝置之前的光積分器，該積分器用于使照射于所述顯示裝置之上的光強均勻化。
2．如權(quán)利要求1所述的全息立體照片打印裝置，其中所述的光積分器(integrator)是一棒型或蠅眼型光積分器。
3．如權(quán)利要求1所述的全息立體照片打印裝置，其中所述的光積分器是一棒型光積分器，所述光積分器的厚度、長度和折射率分別為W,L和n，被光積分器均勻光強的光束波長為λ，顯示裝置上被顯示圖像的間距為P，所述光積分器出口端面至所述顯示裝置的投射放大系數(shù)為A，滿足下列關(guān)系式λ×L×A/(n×W)＜P/2。
4．如權(quán)利要求1所述的全息立體照片打印裝置，其中所述光積分器是由網(wǎng)狀透鏡和棒型光積分器構(gòu)成的組合式光積分器。
5．如權(quán)利要求1所述的全息立體照片打印裝置，其中所述光積分器是由蠅眼透鏡和棒型光積分器構(gòu)成的組合式光積分器。
6．如權(quán)利要求1所述的全息立體照片打印裝置，其中的光學(xué)系統(tǒng)是一個用于在所述全息記錄介質(zhì)中形成條狀象元全息圖的光學(xué)系統(tǒng)，其中所述光積分器具有一光學(xué)器件用于收集或彌散入射光，所述光學(xué)器件在象元全息圖長軸方向上的折射率不同于其在短軸方向上的折射率。
全文摘要
一種形成全息立體照片的全息立體照片打印裝置,在光利用效率和圖像均勻性上表現(xiàn)優(yōu)越。該裝置使源自激光源的激光落在圖像顯示器件41上用來照明穿過顯示器件41和部分未穿過顯示器件41的光,分別形成物光和參考光照射于全息記錄介質(zhì)上,從而在全息記錄介質(zhì)30上形成連續(xù)的象元全息圖。在全息立體照片打印裝置中,使入射到顯示器件41上的光束的強度均勻化的光積分器63被安置于激光光路之中,并位于顯示器件41之前。
文檔編號G03H1/26GK1229937SQ9910007
公開日1999年9月29日 申請日期1999年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月6日
發(fā)明者木原信宏 申請人:索尼公司