专利名称：利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统的制作方法
技术领域：
木发明属于光学成像技术领域，，具体涉及一种利用菲涅尔透镜实现实物成实像的三维立体成像装置，主要用于公共事业、商业广告宣传；家庭观赏；学校教学演示等。
背景技术：
现在已知的三维立体显像装置有中国专利00230318. 3公开的一种立体全息成像装置，它主要由两个凹面镜对扣形成一个置景成像腔，景物置于一个凹面镜中心，另外一个凹面镜中心开有出像孔，两凹面镜的焦距互相位于对方的镜面，出像孔外为像区，成像区可以是口外的一次成像区，也可以通过黑箱将一次成像转移到所需处成像，只要黑箱内由各种光学透镜组成满足几何光学或波动光学的成像条件即可。美国市场上有一种称为“魔镜”的商品，是由两个相对放置的凹面镜构成的，具有同样的成像效果。该装置可用于广告、宗教、旅游、现场景物传真等各领域，但是其制作价格都比较昂贵。又如，中国专利022010904公开了一种全息饰品，提供一种无面积限制的全息三维饰品，它由半透明平面装饰图案、全息图、托板以及固定装置组成，半透明平面装饰图案为饰品提供背景，全息图是应用激光全息技术制作的像全息图或模压全息图，托板托住半透明平面装饰图案与全息图，固定装置固定饰品，当饰品受自然光或灯光照射时，光线透过半透明平面装饰图案，照射到全息图上，再现三维图像。已知的技术成像效果不能呈三维立体艺术效果，并且对光学元件的要求比较高，制作价格比较昂贵。而使用菲涅尔透镜目的在于提供一种可使实物呈浮游的立体图像的显像装置，制作成本大大降低，可促立体成像商业化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统。该系统是一个实物成实像的光学系统，由两个平行放置的菲涅尔透镜组成，实物置于菲涅透镜的焦平面附近，由物体发出的光线经第一个菲涅尔透镜折射成为平行光束。该平行光束经由第二个菲涅尔透镜折射后，成一实像于菲涅尔透镜的焦平面上。观察者可在距第二个菲涅尔透镜合适的位置上，在一定的视角范围内观察到原物的立体实像，因为观察者所观察到的是一个立体实像，所以有看得见，摸不着的奇特效果。实际使用时，可根据不同的需要放置不同的物体，均可成一个立体实像以供观赏，而且，所成实像的大小可以变化。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置的两块菲涅尔透镜必须同心设置，并且与所要成像的物的中心线在一条直线上。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其中，左边菲涅尔透镜的左侧焦点处的载物台可以是旋转的载物装置，可以使所要成像的物体转动。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其中，两块菲涅尔透镜之间的距离是可变的，可以根据所成像物体尺寸的大小来调节两块菲涅尔透镜之间的距离(一般为菲涅尔透镜焦距的一半)，以实现物体的完美成像。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其中，可以在所成像物体的内部加点光源，以使所成像物体发亮。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置是按照普通人的身高去设计的，使人们很自然的观察到装置所成的立体像。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其中，装置内部的感应设备包括自动发声系统和自动发光系统。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其中，物体内部的点光源是由编程控制的可以变化颜色的LED点光源，可以不断改变色彩，使所成像的物体发出不同的颜色，使所成的像更具美观性。前述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其内部放有红外感应设备，感应设备控制点光源和音响系统的开关；当参观者靠近装置的时候，装置可以自动开启电源，LED电光源使物体发光，音响系统开始对三维立体成像装置或者对成像物体进行介绍。所述的立体成像装置内部放有红外感应设备，感应设备控制点光源和音响系统的开关；当参观者靠近装置的时候，装置可以自动开启电源，电光源和音响系统工作。本发明的优点和有益效果利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统是在调查了已知的成像技术后提出来的，传统的成像方法都为二维平面成像，不能呈三维立体艺术效果，利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统则可以成三维立体像；还有现在市面上成三维立体像所用的装置中一般都用到了质量和制作工艺比较高的光学元件，制作价格比较昂贵，而菲涅尔透镜制作成本是比较低的，可促立体成像商业化；再有现在市面上的三维立体成像装置由于成像透镜尺寸的限制，其所成的像比较小，桑叶用途比较窄，而现在菲涅尔透镜的尺寸可以做到直径I米那么大，这可以使三维立体成像的商业用途更加广泛。
图I是利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统的光学原理图；图2是利用菲涅尔透镜的三维立体成像光学系统在实际应用场景中的搭建；图3是利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统设计图(侧面)。图中，I是成像物体，2是第一菲涅尔透镜，3是第二菲涅尔透镜，4是所成三维立体实像，5是载物台，6是感应孔。
具体实施方案以下结合原理图形，对依据本发明提出的几种具体的实施方式，详细的介绍利用菲涅尔透镜成三维立体像的特征及其功效。实施例I如图I所示，利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统是一个实物成实像的光学结构 装置，它包括两个菲涅尔透镜，即第一菲涅尔透镜2和第二菲涅尔透镜3，其中，将两个菲涅尔透镜相距透镜一半焦距平行固定在装置中，在左侧菲涅尔透镜的左侧的焦点处放置要成立体像的物体1，这时就可以在右侧菲涅尔透镜的右侧焦距处观察到物体通过两块平行的菲涅尔透镜所成的立体像4，要求成像物体的中心线与两块菲涅尔透镜的主光轴必须重合。实施例2 如图2所示，利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，一般在实际应用中将此三维立体成像装置竖直或倾斜放置(如图3)，这样装置的设计就比较简单，而且便于人民观看欣赏，放置在下侧菲涅尔透镜的下焦点处可以平行放置一可使物体旋转的载物台5，使成像物体旋转，则所成的立体像也旋转。所述的利用菲涅尔透镜的三维成像系统，其中，成像物体一般为空心的，可以在成像物体的内部装上由编程控制的LED变色点光源，例如，在一个空心塑料球体内装上此电光源，则球的颜色可以不断变化，这样就可以使塑料球所成的像更具美观性。实施例3根据实施例2所述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统，在装置内部装有红外感应设备，当参观者靠近装置的时候，红外感应设备控制音响系统开启电源，开始对三维立体成像装置或者对所成像物体进行介绍。实施例4如图3所示，根据实施例2所述的利用菲涅尔透镜的三维立体成像系统，整个系统与垂直方向呈一定角度(如45° )，使人们可以自然看到所成像的全部。观察者可在图示位置上，在一定的视角范围内观察到原物的立体像，实际使用时，可根椐不同的需要放置不同的物体，均可成一个立体实像以供观赏，而且，可将成像物体和第一个菲涅尔透镜的距离进行微调，使所成实像的大小进行变化。本发明针对不同的使用场所和观赏的需要，成像装置可设计成不同的尺寸，被成像物体的大小和成像装置的大小成正比，通过了解现在菲涅尔透镜的制作工艺，透镜直径可以做到I米以上，则该装置的直径可做到I米以上；为了增强效果，可将被观察物体制作成一种形状不断变化的物品，置于旋转平台上，从360度角度观察物体的立体成像效果；其外观可根据不同的用户要求来设计，形式可多种多样。在具体说明几种实施方式之后，对该项技术熟悉的人士可清楚的了解，在不脱离上述申请专利范围下可进行各种变化与修改，且本发明亦不受限于说明书中所举实施例的实施方式。
权利要求
1.一种利用菲涅尔透镜的三维立体成像装置，其特征在于该装置包括两个平行放置的菲涅尔透镜，两个菲涅尔透镜的光轴重合，根据成像物体的尺寸大小和菲涅尔透镜的质量，调整两块菲涅尔透镜之间的距离，一般为菲涅尔透镜焦距的一半，将成像物体放置于第一个菲涅尔透镜外侧焦点处的载物台上，则在第二个菲涅尔透镜的外侧焦点处产生实像。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述的两个菲涅尔透镜的光轴与所要成像的物体的中心线在一条直线上。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于第一个菲涅尔透镜外侧焦点处设置的载物台为一个旋转载物台，可以使所要成像的物体转动。
4.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于成像物体为空心，在其内部设置有点光源，以使所成像物体发亮；所述的点光源是由编程控制的可以变化颜色的LED点光源，可以不断改变色彩，使所成像的物体发出不同的颜色，使所成的像更具美观性。
5.根据权利要求I或2所述的装置，其特征在于所述的立体成像装置内部放有红外感应设备，红外感应设备控制点光源和音响系统的开关；当参观者靠近装置的时候，装置可以自动开启电源，点光源工作。
6.根据利要求5所述的装置，其特征在于所述的立体成像装置内部还放有音响系统，当参观者靠近装置的时候，音响系统工作，开始对三维立体成像装置或者对成像物体进行介绍。
7.根据利要求I或2所述的装置，其特征在于所述的整个装置的光轴与垂直方向呈一定角度，角度范围为40° 45°，使人们可以自然看到所成像的全部。
全文摘要
一种三维立体成像装置，包括两个菲涅尔透镜，该系统是一个实物成实像的光学系统，实物置于菲涅透镜的焦平面附近，由物体发出的光线经第一个菲涅尔透镜折射成为平行光束。该平行光束经由第二个菲涅尔透镜折射后，成一实像于菲涅尔透镜的焦平面上。观察者可在距第二个菲涅尔透镜合适的位置上，在一定的视角范围内观察到原物的立体像。实际使用时，可根据不同的需要放置不同的物体，均可成一个立体实像以供观赏，而且，为了增强效果，可将被观察物体置于一个旋转平台上，以观察物体的360度角度的立体像。其外观可根据不同的用户要求来设计，形式可多种多样。
文档编号G02B27/22GK102645750SQ201210093488
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者周欢, 张岷, 李正男, 郭富, 魏臻 申请人:天津理工大学