丁守谦：非近轴光学让中国人讲自己的3D故事
丁守谦，这位电子光学出身、勤于实干的老教授，从1990年退休，不甘赋闲养老，立下了“让立体像像立体声一样走进千家万户”的宏愿，放弃了走激光全息的高精尖技术路线，开始针对3D信息的显示与获取两个薄弱环节，不用传统的傍轴光学。
 《通信产业报》：您所提出的非近轴成像理论与高斯光学有何不同?为什么说是对高斯光学的重新定义与进一步发展? 丁守谦：传统的光学成像理论无论是光线光学或电子、离子光学都是基于近轴光学(Paraxial Optics)，专门研究旋转轴对称透镜的对称轴附近一些理想成像法则，于1841年由德国科学家C.高斯建立。所以又称为高斯光学。所谓近轴条件，指的是光线与旋转对称轴的夹角α的正弦值可用角值(单位为弧度)代替，即sinα≈tanα≈α，cosα≈1。人眼观看时，总是对准旋转轴对称透镜的对称轴，例如显微镜、望远镜等。我所提出的非近轴光学是一块未被开垦的处女地，专门研究离轴较远的光线成像的规律，人眼不是对准这种旋转对称轴而是在偏离一定的距离处进行观看，此距离称偏心距，观看时发现这些经放大的像整体进行相应的位移而并不破坏图像的完整性，并从理论证明这种非近轴光线的成像也满足类似于高斯光学的一些法则，但非近轴光线的焦点(Focus)需重新定义(不是对高斯光学的重新定义)。当偏心距逐渐趋于零时，即回到高斯光学。所以与高斯光学并不矛盾，而是对其扩充，正如欧几里德几何与非欧几何一样，前者是研究平面上的几何学，后者是硏究曲面上的几何学。当曲面逐渐趋成平面时非欧几何就与欧氏几何一致。 《通信产业报》：为什么非近轴光学移位法远优于现有各种方法?其试制产品成像质量优于国外同类产品？ 丁守谦：我正是利用这一特性另辟蹊径提出3D纯光学移位合成法，即通过左偏心透镜对原始采集的左眼像在虚像空间放大后向右移，而右眼像经右偏心透镜在虚像空间放大后向左移，使在成像位置彼此进行无损重合，由此做出的各种立体观像器不改变原显示器左右眼图像的亮度、清晣度、灰度等级、对比度以及色彩饱和度，又无串扰、闪烁，从而看出完美的栩栩如生的立体像。我据此做出了多个样机，就成像质量而言优于现在流行的各种方法如用液晶快门、偏振片做成的3D眼镜，也优于用隔离光柵或柱镜光柵制成的裸眼3D，及其他类似的各种立体显示器。 这一新理论等于在实践上得到证明。一种理论最好能找到它的实用价值才会显得更有意义，正如黎曼几何(它本身就是一种非欧几何)在爱因斯坦的广义相对论中得到应用才显得更有价值。 《通信产业报》：您所设计的个人立体影院是如何做到“随手找来快递箱和双面胶，呈现让所有专业人士惊讶的3D效果”的？ 丁守谦：搞发明创造的一定要勤于动脑善于动手，应充分利用身边现有素材来搭建你的样机。该精确的就应当精确，例如透镜本身，就应请专门磨制人员按你的设计来做，设计理论应当先进，制造应当精准，其他的盒体结构就用快递纸夾及双面胶就可以了，而且易于改进设计，达到最佳状态。我记得世畀上第一个光谱仪就是用废的洋铁烟盒做成的。作为一个发明家动手能力是十分重要的必备因素。 《通信产业报》：在您的个人立体影院设计中为何采用两部手机的双屏设计? 丁守谦：我们先从一块16:9格式的显示屏说起。将一个标准格式的16：9左、右眼像并排地放在这个手机显示屏上，可算出左眼像 (L) 及右眼像 (R) 各自只占全屏面的1/4，屏的1/2即一半被浪费 (图1a) 。  图1.(a) 左眼像及右眼像各自只占全屏面的1/4 (b) 双屏时L，R占满全屏  图2.高清晰双侧屏的个人立体影院(A)原型 (B)改进型 (C)原理图 |
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