专利名称：单镜头立体幻灯投影设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可投影光栅立体图象的单镜头幻灯投影设备，属于光学显示技术领域。
幻灯投影设备可视性强，题材来源广，已被广泛的应用于科研、教学、广告显示等领域，目前的幻灯投影画面大都是平面图象，为了产生立体的画面效果，需要使具有视差的图象分别进入人的左右眼，通过大脑的综合作用形成立体图象。现有的立体幻灯投影仪一般用偏振光技术和滤色技术，偏振光技术见专利申请号88218976《立体投影仪》和专利申请号86202307《多功能立体影像映示屏及其映示系统》，这种技术是分别在两幅视差幻灯片前加一偏振方向正交的偏振片，观看者配戴偏振片眼镜方可看到立体图象，偏振光技术实现的技术途径是用两台幻灯机，分别在每台幻灯机的会聚透镜后加偏振片，将两幅视差幻灯片投影到银幕上；或者利用一台幻灯机，在聚光镜后加一透镜将光源分成两束光。滤色技术见专利申请号91213718《立体幻灯》和专利申请号88202964《VM幻灯机》，具体结构同偏振片方法，只是将偏振片换成滤色片。以上两种方法要求观看者必须配戴眼镜，这些限制了此种立体显示技术的广泛应用。
本实用新型的目的在于提供一种不戴眼镜便可看到立体图象的幻灯投影设备。本实用新型将光栅立体技术应用于幻灯投影显示领域，即由多幅视差图象合成的立体幻灯片，用幻灯机将立体幻灯片按一定放大倍数投影到光栅银幕上，投影画面与光栅适配，光栅使视差图象分别进入人的左右眼从而形成立体图象。另外也可用液晶投影仪将立体合成图象直接投影在光栅银幕上。
本实用新型包括三个部分幻灯机，立体幻灯片，光栅透射银幕。
可采用的幻灯机有两种。第一种是通用型135幻灯机、120幻灯机和图片式幻灯机，135幻灯机有效光通量不小于3501m，照度均匀率不低于60％，中心处解像力不低于40线/mm，0.7视场处不低于20线/mm，片门温升不大于25℃，这种幻灯机只适于小幅面、短时间立体画面的放映；120幻灯机较135幻灯机投影画面的立体效果要好；图片式幻灯机投影的画面较暗，减弱了立体效果。第二种是专用立体幻灯机，光学和散热结构见
图1，在两片平凸聚光镜(4)(6)之间用隔热玻璃(5)隔成两个舱，隔热玻璃(5)与幻灯机机壳(1 1)密封连接以保证两个舱气体不对流。片门结构见图2，片门结构下部装有散热片(19)，片门与散热片(19)之间设计一装有导热脂(17)的长形槽(18)，片门内有两片0.5mm的光学玻璃(15)(16)，中间放置立体幻灯片(7)。用两台轴流风机(3)(10)，分别放置在两个舱内，分别对光源(2)和立体幻灯片(7)降温，放置在幻灯片(7)舱内的轴流风机(10)轴向倾斜对准幻灯片(7)中心点下1/4处，光源(2)采用发光效率高，放映效果好的300W镝灯或400W溴钨灯，放映镜头(8)采用f3.5镜头，这种幻灯机可投影大幅面、高清晰度立体画面，可较长时间使用。
立体幻灯片是由多幅视差图象合成的，设k为幻灯机放大倍数，u为物距，v为像距，P’为幻灯片节距，P为光栅银幕节距，n为光栅银幕栅线总数，N为视差图幅数，其中k=P/P’。立体幻灯片的制作方法有两种，第一种方法是狭缝遮挡法，用立体扩印设备直接将多幅视差底片合成节距为P’的立体幻灯片，该方法不能对幻灯片进行修正。第二种方法是数字合成幻灯片，第一步是制作抽样合成图，先制作视差图象，视差图象可由立体摄影获得，也可用计算机的三维软件制作，将N幅视差图象传入计算机，按相同的比例调整使单幅视差图象横向象素点总数等于n×I,I为整数，抽样图的每行由视差
图1对应行(1,I)间象点值，视差图2对应行(1,I)间象点值，……，视差图N对应行(1,I)间象点值，视差
图1对应行(I+1,2I)间象点值，视差图2对应行(I+1,2I)间象点值，……，视差图N对应行(I+1,21)间象点值，……，视差
图1对应行(N-I+1,N)间象点值，视差图2对应行(N-I+1,N)间象点值，……视差图N对应行(N-I+1,N)间象点值依次排列而成；根据光栅透射银幕的节距P和放大倍数k制定抽样图节距P’=P/k。第二步是对抽样合成图进行修正，对投影画面影响较大的是放映镜头的球差，这使影像边缘部分弯曲，不能和银幕上的光栅匹配，使画面边缘部位立体感较差；放映幻灯画面检验板，在大部分图案尽量调实的情况下，测定线条径向、切向的分布，计算球差分布函数F(x,y)，用软件对合成抽样图进行修正。第三步是立体幻灯片输出，输出用胶片记录仪输出到感光胶片上或用高精度彩色喷墨打印机、彩色激光打印机直接打印在高级透明胶片上。
光栅透射银幕由光栅和透射银幕构成，透射银幕本身是半透明的，除磨砂玻璃透射银幕及玻璃微珠透射银幕外，也可用普通的描图纸以及涤纶绘图膜、半透明塑料纸制作透射银幕，玻璃微珠银幕采用高折射率的光学玻璃微珠制成，其反射系数在0.75以下，亮度系数大于2.5，有效散射角大于30°，特点是亮度高，成象清晰，色彩还原性好，是制作光栅透射银幕的最佳选择。光栅透射银幕结构有三种，第一种如图3所示是柱镜板光栅(22)与透射银幕(20)用透明胶粘剂(21)粘接而成；第二种是对涂有感光药膜的柱镜板进行曝光，然后对其显影定影处理，使柱镜板成半透明状；第三种如图4所示是狭缝光栅(24)、透明平板(23)与透射银幕(20)用透明胶粘剂粘接而成。
在立体幻灯片四周标记数个对位标记，见图5a，在光栅透射银幕对应的节距位置上标记对位标记，见图5b。
由幻灯机、立体幻灯片、透射光栅银幕组成的立体幻灯投影设备，使用时必须使放映镜头轴线垂直于透射银幕的中心，调整幻灯片的位置，微调放映镜头使投影画面的对位标记与透射银幕相应的对位标记重合，在银幕的另一侧就可看到立体图象。幻灯机采用自动换片机构，液晶投影仪用软件控制可对多幅立体图象进行滚动播放。
目前的立体幻灯显示技术需配戴专门的眼镜，需两张幻灯片，需两台幻灯机或分光系统，本实用新型不需配戴眼镜，只需一台幻灯机和一张幻灯片；透射光栅立体画成本高，制作昂贵，本实用新型可降低立体显示成本并可对多张立体幻灯片进行滚动播放。本实用新型可应用于商场、地铁、机场、火车站的广告播放，也可适用于电化教学，医疗卫生，军工，建筑，立体视觉检查等领域。
图1是立体幻灯投影设备光学和散热结构示意图，其中包括聚光镜(1)、光源(2)、轴流风机(3)、会聚透镜(4)、隔热玻璃(5)、会聚透镜(6)、立体幻灯片(7)、放映镜头(8)、透射光栅银幕(9)、轴流风机(10)和幻灯机机壳(11)。
图2是片门结构示意图，其中包括压片螺钉(12)、压片(13)、片门框(14)、光学玻璃(15)、光学玻璃(16)、导热脂(17)、片门滑动槽(18)和散热片(19)。
图3是柱镜板光栅透射银幕示意图，其中包括透射银幕(20)、胶粘剂(21)和柱镜板光栅(22)。
图4是狭缝光栅透射银幕示意图，其中包括透射银幕(20)、透明平板(23)、胶粘剂(21)和狭缝光栅(24)。
图5是立体幻灯片和光栅透射银幕对位标记示意图，图5a是立体幻灯片示意图，图5b是光栅透射银幕示意图，图中“+”是对位标记，“+”边数字是节距数值。
本实用新型实现的最好方式是用专用幻灯机，数字合成立体幻灯片，柱镜板光栅透射银幕三者结合起来的幻灯投影设备。
下面给出三个实施案例。
实施案例一用Olympus 1400L数码相机选择SHQ图形模式，平移法拍摄5幅视差图象，然后传入计算机，用Photoshop软件将每幅图象由1280×1024 pixel压缩至440×500pixel，用软件抽样合成制得抽样图。放映幻灯画面检验板，在图案调实的情况下，测定线条径向、切向的分布，计算球差分布函数F(x,y)，用软件对抽样图的球差进行修正。在抽样图的上下边缘位置，每隔200个节距便做上对位标记，用胶片记录仪输出到4×5英寸的胶片上制得立体幻灯片(7)，立体幻灯片(7)节距为0.0577mm。用玻璃微珠透射银幕与柱镜板光栅(22)按图3粘接制得光栅透射银幕，银幕尺寸1.5m×1.2m，光栅节距为0.68mm，在柱镜板(22)上下边缘相应的节距位置上做上对位标记。按
图1所示设计制作专用幻灯机，放映镜头(8)f3.5，片门口径100mm×100mm，光源(2)用300w镝灯。放映镜头(8)轴线垂直于银幕(9)的中心，像距v=u×(P/P’)，微调幻灯机的位置和放映镜头(8)，使投影图象的对位标记和柱镜板(22)上相应的对位标记重合，这时便可看到清晰逼真的立体图象。
实施案例二用3D软件设计一建筑物，平移摄像机镜头，截取9幅视差图象，用软件对9幅图象进行数字合成制得抽样图，用软件对抽样图进行修正，在图象的上下端每隔100个节距便做上对位标记，抽样图用胶片记录仪输出到120胶片上制得立体幻灯片(7)。半透明塑料薄膜、5mm透明平板(23)和节距为0.65mm的狭缝光栅(24)制得狭缝透射银幕，银幕1m×1m，在狭缝光栅对应的节距上标记出对位标记。按要求摆放幻灯机和银幕，微调幻灯机使得对位标记重合，便可看到立体图象。
实施案例三按立体摄影的要求拍摄视差图象，视差图象用传统相机拍摄后扫描输入计算机，或者用数码相机拍摄直接传入计算机，或者用计算机三维软件制得N幅视差图象，然后用Photoshop软件按相同比例调整视差图象，使其横向象素点总数等于n×I，用软件对视差图象进行抽样合成，用球差分布函数F(x,y)对抽样图进行修正处理，在抽样图的四周标记数个对位标记，调整图象的显示比例使图象的节距为P’。投影设备采用投影画面亮度高、质量好的数字液晶投影仪和柱镜板光栅透射银幕，液晶投影仪放映镜头与光栅透射银幕距离为u，投影仪垂直于银幕的中心，微调投影仪，使投影在银幕上的对位标记重合，便可在银幕上看到立体图象。用软件对多幅立体合成图进行编排控制，在银幕上可实现滚动播放。
在以上的实施案例中，也可采用其他类型的幻灯机和其他方法制得的立体幻灯片，本实用新型的实施关键是投影画面与光栅银幕的适配，对位标记即是为此而设定的，因此在不同位置设定不同形状的对位标记均不脱离本实用新型的宗旨。
权利要求1一种立体幻灯投影装置，由单镜头幻灯机、幻灯片和投影屏幕三者构成，其特征在于，用隔热玻璃把专用幻灯机内部隔成两个舱，用两个轴流风机、导热脂和散热片进行散热降温，采用大光圈放映镜头，片门口径大于60mm，幻灯片是由多幅立体视差图象经抽样合成的立体幻灯片，投影屏幕由透射型光栅屏幕构成；或者该装置由数字投影仪、透射型光栅屏幕二者构成，被投影图象是由多幅立体视差图象经抽样合成的立体抽样图，用投影仪将立体抽样图直接投影在透射光栅银幕上，形成直接观看的立体图象。
2 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，立体幻灯片由多幅视差图象底片经狭缝遮挡法合成。
3 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，立体幻灯片由多幅视差图象经数字合成后，用胶片记录仪输出到胶片上。
4 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，透射型光栅屏幕由狭缝光栅、透明板材与透射银幕用透明胶粘剂粘接而成。
5 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，透射型光栅屏幕由柱镜板与透射银幕用透明胶粘剂粘接而成，或者对涂有药膜的柱镜板进行曝光，经显影定影制成半透明状。
6 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，在立体幻灯片和透射型光栅屏幕四周做上对位标记，放映时投影画面的对位标记与屏幕相应的对位标记重合。
7 根据权利要求1所述的立体幻灯投影装置，其特征还在于，立体幻灯投影设备采用自动换片机构，数字投影仪用软件控制能对立体图象实行滚动播放。
8 根据权利要求3所述立体幻灯投影，其特征还在于通过放映画面检验板，计算放映镜头球差分布函数后对立体幻灯片进行修正，使投影画面与光栅屏幕能够严格适配。
专利摘要本实用新型将光栅立体技术应用于幻灯投影显示领域,提供了一种不戴眼镜便可看到立体图像的幻灯投影设备,该设备由幻灯机、立体幻灯片和光栅透射银幕三个部分构成。本实用新型可应用于商场、地铁、机场、火车站的广告播放,也可适用于电化教学,医疗卫生,军工,建筑,立体视觉检查等各领域。
文档编号G02B27/22GK2436949SQ99201048
公开日2001年6月27日 申请日期1999年1月29日 优先权日1999年1月29日
发明者李燕勇, 邓兴峰 申请人:李燕勇, 邓兴峰