[发明专利]透镜、全息图投影制作系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及全息技术领域，具体涉及一种透镜及全息图投影制作系统及方法。

背景技术

利用全息术实现3D立体显示一直是人们研究的热点。合成全息技术正是利用三维物体的不同二维视差图像来实现立体显示，它既利用了双目视差合成立体感的思想，又利用了光学全息的特点，能实现对任意立体场景或动态过程的立体显示。由于它能得到真彩色、全视差、大视角的大面积全息图，在广告、展示等领域具有广阔的市场前景，目前国外已有不少科研机构和公司致力于合成全息图的商业化生产和应用。

合成全息的基本思想是将一个大面积的全息图分割成许多小单元，这些小单元可以称为单元全息图，分别对这些单元全息图进行曝光拍摄，最后所有的单元全息图拼合成一副完整的大面积全息图。合成全息图分水平视差和全视差两种，水平视差全息图只在水平方向具有三维立体效果，全视差全息图在水平和垂直方向都具有立体效果。

制作合成全息图一般有两种方法，一是基于传统的光学全息方法制作二步合成全息图：先利用菲涅尔全息光路将一组二维视差图像压缩成窄条或矩形记录到全息母板，然后利用反射全息图的拍摄方法对母板进行第二次翻拍，得到白光再现的反射全息图。这种方法的弊端是当全息图面积较大时，对设备要求非常高，如高功率的激光器、大口径的光学透镜等，且由于需要进行第二次翻拍，导致得到的合成全息图的面积、视场角也受到限制。另一种是基于当前数字全息的方法来进行合成全息图的拍摄，可称为数字合成全息图。

制作数字合成全息图时，需先对一个三维场景从不同视角进行采样，得到一组视差图像，接着将得到的二维图像进行处理生成新的图像序列，然后将新图像序列依次输出到空间光调制器上，利用光学系统将其投影汇聚到全息干板上进行曝光拍摄。整个光学系统的关键部分就是物光和参考光的光束投影系统，物光投影系统要实现对物光图像的压缩汇聚，利用一般的透镜或是现有的光学元件无法得到理想效果。现有的方案中，多是基于单个像素点进行曝光拍摄，利用复杂的DOE元件或是其组合光学系统来实现，不仅效率低，而且结构复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜、全息图投影制作系统及全息图投影制作方法。

一种透镜，包括光线的入射面和出射面，所述入射面是曲面，所述出射面由多个自由面构成，所述入射面上形成的不同图像块依次从一一对应的自由面输出，从自由面输出的图像块依次重叠在相同的区域。

优选地，所述入射面是球面或球对称曲面。

优选地，所述入射面和出射面交界面的横截线方向，自由面的宽度均相等。

本发明还提供了一种全息图投影制作系统，包括：激光源、参考光传输单元、物光传输单元、空间光调制器和全息干板，还包括所述的透镜，所述透镜在所述空间光调制器和全息干板之间，激光源的参考光通过参考光传输单元到达全息干板的背面，物光通过物光传输单元到达空间光调制器后并携带上图像信息，经过所述透镜后到达全息干板的正面，物光与穿过全息干板的参考光在全息干板的正面产生干涉，或者物光穿过全息干板与参考光在全息干板的背面产生干涉。

优选地，所述全息干板的正面和反面分别设有挡板，挡板上开有供全息干板曝光的开口，开口的大小与从透镜的自由面出射到全息干板上的图像块的大小相对应，经过参考光传输单元的参考光经过设在全息干板背面的挡板开口到达正面挡板开口处与经过所述透镜的物光干涉。

优选地，在空间调制器的图像更换时，所述全息干板相对挡板移动以使未经曝光的全息干板区域处于挡板的开口处。

优选地，还包括成像透镜，所述成像透镜所述空间调制器和透镜之间，用于放大从空间调制器射出的光束并在透镜的前表面成像。

优选地，还包括滤波小孔，所述滤波小孔设在成像透镜和透镜之间的透镜的焦平面上，

优选地，所述空间调制器是透射式空间调制器或反射式空间调制器。

本发明还提供了一种全息图投影制作方法，利用所述的全息图投影制作系统，包括如下步骤：

将所要处理的多幅二维图像分别依次分割成相同份数的图像块；

按次序将不同幅二维图像对应份数的图像块拼接成新的图像块输入所述空间调制器。

本发明基于图像块来进行合成全息图的拍摄，通过设计能实现图像块重叠投影的透镜，构建基于图像块重叠投影的合成全息图投影制作系统来实现合成全息图的拍摄。