基于全息術(shù)的全色三維展示器的設(shè)計(jì)和前景展望

周露潔

摘 要：簡述利用全息照相的原理，設(shè)計(jì)出白光全息照相的拍攝光路，探索出能成功拍出全息圖的方法以及能實(shí)現(xiàn)白光再現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出全色三維展示器，并且討論視差、角度、光譜等因素對成像效果的影響，提出解決方法。總結(jié)出拍攝白光全息圖片的條件，提及到大視角數(shù)字全息的制作，展望全息術(shù)的應(yīng)用前景和開拓領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：白光全息術(shù) 全息干板 溴鎢燈 視差 全息光學(xué)元件

中圖分類號：O438.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-104-02

1 概述

全息照相發(fā)展到現(xiàn)在可分為四個(gè)階段：

第一階段是水銀燈記錄同軸全息圖，即全息照相的萌芽時(shí)期，沒有好的相干光源，再現(xiàn)像和共軛像不能分離。

第二階段是激光記錄、激光再現(xiàn)的全息照相，已可分離原始像和共軛像。

第三階段是激光記錄、白光再現(xiàn)的全息照相，主要有反射全息、彩虹全息。

第四階段是當(dāng)前所致力的方向，即白光記錄全息圖。

本文主要介紹了白光全息，利用白光光源再現(xiàn)全息圖片的技術(shù)。設(shè)計(jì)本課題——全色三維展示器，首先要求要了解和掌握以下幾點(diǎn)知識和問題：

（1）白光記錄技術(shù)及全息圖片的制作流程和應(yīng)注意要點(diǎn)。

（2）白光再現(xiàn)技術(shù)；由于乳膠有一定的厚度而且是透明的，故在其內(nèi)部也存在物光波與參考光波的相互干涉，干涉條紋也被記錄下來，經(jīng)過處理后得到三維全息圖，相當(dāng)于三維衍射光柵。

（3）三維展示器的結(jié)構(gòu)框架。

（4）三維展示器的設(shè)計(jì)要求。

（5）三維展示器的參數(shù)影響。

在大體了解了這些問題以后，設(shè)計(jì)工作可以開始進(jìn)行并且可以通過設(shè)計(jì)詳細(xì)的討論和解決這些問題。 對白光拍攝和再現(xiàn)全息術(shù)進(jìn)行研究，并且對于白光全息像片的立體顯示的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，以尋找最簡、最優(yōu)的實(shí)用方法。由于白光記錄和再現(xiàn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)光路較為簡單，不需要暗室條件，對環(huán)境因素要求較低，可控性強(qiáng)且成功率高效果較好，所以在各個(gè)領(lǐng)域都有較高的應(yīng)用價(jià)值?！叭S展示器”的設(shè)計(jì)研究，對白光全息術(shù)地應(yīng)用進(jìn)行了初步的研究，以尋找一種可行性方案。

2 白光全息術(shù)簡介

該全息圖可以白光再現(xiàn)，這是因?yàn)榉瓷淙D的光柵具有選色性，只有某種顏色的光波能反射回來形成像，其它顏色的光波透射過去，不會由于各種顏色的混迭產(chǎn)生色模糊。

通過白光全息，了解全息照相原理。這是應(yīng)用激光照相技術(shù)拍攝的全息像，它與普通照相不同，普通照相是記錄了光的強(qiáng)度，因此影像是平面的，而全息照相不僅記錄光強(qiáng)度，還記錄了光的位相，因此影像是立體的，影像與物體完全一樣。結(jié)合影像合成技術(shù)在一幅全息圖中可記錄很多的圖像，這樣的圖像會產(chǎn)生動感。

3 全色三維展示器

（1）設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用白光再現(xiàn)原理和二步成像法。白光再現(xiàn)原理前面已經(jīng)介紹，這里詳細(xì)介紹二步成像法。

先用激光再現(xiàn)全息照片H1，再現(xiàn)光R1*是從參考光R1的共軛方向投射到全息照片H1的背面，這樣，在H1的左邊產(chǎn)生一實(shí)像。將感光膠片H2放置在實(shí)像處。再從左到右，將一束參考光R2投射到H2上，參考光R2與H1的法線方向（即物光方向） 的夾角為57？即布魯斯特角），這束光起參考光的作用，又因?yàn)樗酶泄獠牧系娜槟z層比較厚，因此是體積全息圖，服從布拉格衍射規(guī)律，可以用白光再現(xiàn)。

（2）結(jié)構(gòu)圖及介紹。

該展示器主要由外置再現(xiàn)光源——溴鎢燈和展示器本身構(gòu)成。展示器高7.5cm，長寬各12.5cm，主要由兩層銀鹽感光膠片，電源開關(guān)構(gòu)成。上層為銀鹽感光膠片（可抽?。?，下層是用于放置可以更換的全息圖片的。外置的溴鎢燈角度固定，放置在凸透鏡的焦點(diǎn)處，以保證光線基本平行射向感光膠片。打開一級電源開關(guān)，可打開外置溴鎢燈，抽取掉上層膠片，可以直接觀察全息圖片的成像；打開二級開關(guān)，可打開溴鎢燈和激光燈，通過二步成像的原理，可以由上層銀鹽感光膠片觀察到立體實(shí)像。

該設(shè)計(jì)主要有以下幾種影響參數(shù)：再現(xiàn)光源及寬度的影響、視差、再現(xiàn)圖像顏色與體積光柵波長的關(guān)系及干涉條紋面傾斜角的改變對衍射效率的影響。

4 結(jié)論及展望

全色三維展示器主要運(yùn)用了白光再現(xiàn)技術(shù)，對于再現(xiàn)光源，光譜，觀察角度都有一定的要求，通過合理的設(shè)計(jì)，可以在再現(xiàn)光下觀察到三維的實(shí)物的立體象。在本次設(shè)計(jì)工作中，主要總結(jié)有以下幾點(diǎn)：

（1）白光記錄是目前所勵(lì)志的方向，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前仍沒有很完善的裝置實(shí)現(xiàn)。

（2）白光再現(xiàn)：條紋的明暗程度和圖樣反映了物光波的振幅和位相分布，相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜的光柵，只有經(jīng)過適當(dāng)再照明才能重現(xiàn)原來的物光波。

（3）討論了二步成像法。并不是所有的全息圖片都可以白光重現(xiàn)的，白光再現(xiàn)的全息圖要求有較高的衍射效率并色模糊量小，本文討論了各種情況。

（4）通過對白光全息知識的掌握，設(shè)計(jì)出全色三維展示器結(jié)構(gòu)圖和原理圖，并加以完善。

（5）研究了全色三維展示器的參數(shù)：光源，光譜，視差及波長和角度對再現(xiàn)像觀察的影響。通過白光以布魯斯諾角入射到全息圖像上，基本可以觀察到三維立體的實(shí)像。

白光全息術(shù)在三維顯示領(lǐng)域具是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ?。顯示全息技術(shù)是在激光透射全息圖的基礎(chǔ)上來制作各種類型的全息圖，如白光反射全息圖、白光透射全息圖等，而各種類型的顯示全息圖又可以廣泛用于舞臺布景、室內(nèi)裝飾、建筑、投影等；再如，以動態(tài)顯示的全息技術(shù)，層面X 射線照相術(shù)、3DCAD 技術(shù)、3D 動畫片、雷達(dá)顯示、導(dǎo)向和模擬系統(tǒng)等在近幾年的發(fā)展中也均得到了多方關(guān)注。