專利名稱：基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于三維顯示技術領域，具體涉及ー種基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示裝置和方法。
背景技術：
視覺是人類認識世界、認識自然的主要途徑，人類獲得的信息約80%來自視覺，長期以來，表達可視信息的主要手段仍然是ニ維的。傳統(tǒng)ニ維顯示技術遺失了真實物理世界的深度信息，嚴重地阻礙了人類對客觀世界的感知，影響了人類對信息獲取、處理、傳遞、人機交互和決策的準確度、深刻度、速度和效率。人類是天生的空間思維者，希望能夠直觀地獲取三維圖像信息。因此如何實現(xiàn)真實空間三維顯示一直是人們孜孜以求的目標。目前，三維顯示技術主要可以分為四類體視三維顯示技木、自體視三維顯示、空間三維顯示技術 以及全息三維顯示等。體視三維顯示技術是觀察者需要借助于特殊眼鏡(或其它助視工具)使左、右視圖分別提供給左、右眼觀察，利用雙眼的視覺融像產(chǎn)生立體感知。這種顯示方式只能提供兩個視角的信息，主要有互補色、時序和偏振三種方式，目前已廣泛應用于3D電影、3D電視等商用領域。自體視三維顯示是觀察者無需佩戴眼睛等助視工具，裸眼即可觀察的三維顯示技木。這種技術一般采用平板顯示器和視差型光學元件相結合，產(chǎn)生分離的多個不同視角和圖像。這兩種視差型三維顯示雖然能給觀看者ー種深度空間虛擬立體感，但它僅提供分立的視區(qū)和有限個數(shù)的視點，而且由于視覺像的位置與屏幕位置的差異造成的人眼會聚圖像與視覺像位置的不同會導致觀看者長時間觀看時出現(xiàn)頭痛、惡心等反應。空間三維顯示是一種能夠在ー個真正具有寬度、高度和深度的真實三維空間內(nèi)進行圖像信息再現(xiàn)的技木。空間三維顯示是通過適當方式來激勵位于透明顯示體積內(nèi)的物質，利用可見輻射的產(chǎn)生、吸收或散射而形成體素；或者將要顯示三維場景的各個側面的圖像準確地成像到相應的方位。采用這種技術重建三維圖像，眾多觀看者能以其習慣的觀看方式同時觀看到空間三維場景360°的各個側面，猶如ー個在現(xiàn)實空間的三維物體一祥，能自動滿足多種生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同時、裸眼觀察，無需任何助視儀器，符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理習慣。全息三維顯示是ー種真實空間三維顯示技木。全息顯示技術是于1947年由英國科學家Dennis Gabor提出，它利用光的干渉原理將物體發(fā)出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，再利用光的衍射原理在一定條件下將物光波還原。由于這種技術保留了物光波的全部振幅和位相信息，人們在觀察全息三維像時就會得到與觀察原物時完全相同的視覺效果，保留了所有的視覺深度暗示。因此，比較各種三維顯示技術的原理，只有全息顯示的再現(xiàn)像包含了與原物完全相同的三維特性，是最具有吸引力的終極三維顯示技木。全息顯示技術可分為靜態(tài)全息顯示技術和動態(tài)全息顯示技術兩類。當前，靜態(tài)全息顯示技術已經(jīng)得到了廣泛的應用，而動態(tài)全息顯示技術需要ー個高分辨的信息存儲媒介(高分辨的空間光調(diào)制器)，但由于目前現(xiàn)有的空間光調(diào)制器的像素尺寸比較大分辨率還比較低，因此衍射角比較小，而衍射角大小限制了可觀察的視場范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置和顯示方法，用全息的方法再現(xiàn)了空間三維光場的振幅和相位，采用現(xiàn)有分辨率的空間光調(diào)制器多層前后排列的方式實現(xiàn)了高分辨動態(tài)全息三維顯示，擴大了全息顯示的觀察范圍，可供多人多視角裸眼同時觀看，消除了觀察者在觀看三維顯示過程中的不適應感，自動符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理和心理習慣，從而克服現(xiàn)有技術的不足。一種基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，包括相干光源，提供相干光；
擴束準直系統(tǒng)，將相干光源出射的相干光進行擴束、準直、濾波得到亮度均勻的寬平行光束，并作為參考光照射到空間光調(diào)制器組上；計算機，根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像，并將每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像打包傳輸給圖像傳輸模塊；圖像傳輸模塊，分別與每一個空間光調(diào)制器相連，接收計算機傳輸?shù)娜⒄{(diào)制編碼圖像壓縮包后，將其解壓并且分配給相應的空間光調(diào)制器；空間光調(diào)制器組，由平行排布的N個空間光調(diào)制器的組成，根據(jù)分配其上的全息調(diào)制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制，直至第N個空間光調(diào)制器對其上的參考光進行全息編碼調(diào)制完成，輸出目標全息三維光場；所述的全息編碼調(diào)制為振幅調(diào)制、相位調(diào)制、以及振幅和相位調(diào)制中的ー種，所述的N為大于I的自然數(shù)。所述的相干光源可選用激光器，也可根據(jù)實際需要選用其他可產(chǎn)生相干光的設備。所述的空間光調(diào)制器可選擇透射式空間光調(diào)制器或者反射式空間光調(diào)制器，當選用反射式空間光調(diào)制器時，需要根據(jù)反射光的角度設置每個空間光調(diào)制器的布置角度，過程較為繁瑣。為安裝方便，作為ー種優(yōu)選的技術方案，空間光調(diào)制器為透射式空間光調(diào)制器。在消除人眼觀看三維顯示過程中的不適應感的同時，為降低安裝難度，提高計算機的計算效率，另ー種優(yōu)選的技術方案為所述的N為2-20，N數(shù)值越大，顯示效果越逼真，但是計算機的計算量也會大幅度増加。N個平行排布空間光調(diào)制器以一定間距平行排布，且其法線方向重合，相鄰兩個空間光調(diào)制器之間的距離可以相等，也可以不等。實際應用過程中，為降低計算機的計算難度，提高計算效率，作為優(yōu)選的技術方案，所述的N個空間光調(diào)制器相互之間等間距排布。實際應用過程中，d的大小一般為3mm-5cm之間，d的大小一般根據(jù)需要顯示的物體圖像自身的特性確定。由于一般相干光源發(fā)出的光束比較細小，需要將相干光源發(fā)出的光束擴大為寬光束照射到空間光調(diào)制器組上，并保證寬光束的亮度均勻，擴束準直系統(tǒng)的作用是將激光發(fā)出的細光束擴展為平行的寬光束。作為ー種優(yōu)選的技術方案，所述的擴束準直系統(tǒng)包括光軸和焦點相互重合的擴束鏡和準直透鏡；
設于擴束鏡和準直透鏡之間且中心軸與所述光軸相互平行或重合的針孔濾波器；所述的擴束鏡和準直透鏡之間的距離為兩者焦距之和，且擴束鏡和準直透鏡的焦點位于所述針孔濾波器的針孔內(nèi)。上述技術方案中，擴束鏡一般可采用顯微物鏡，其放大倍數(shù)有10 X，20 X，40 X等，根據(jù)具體的光路來選擇合適的放大倍數(shù)，主要將激光細光束變換成球面波。準直透鏡ー般選取優(yōu)質透鏡來形成均勻的光波，將球面波變成較大直徑的平面波。針孔濾波器位于在兩者中間的公共焦點上，用來濾掉高頻噪聲，消除雜散光，提高光束質量。針孔濾波器也可根據(jù)實際需要選用微孔濾波器等。圖像傳輸模塊圖像傳輸模塊可選擇基于FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)為核心的控制模塊或基于數(shù)字信號處理器為核心的控制模塊。計算機與圖像傳輸模塊通過高速的視頻信號接ロ、PCI-E、高速USB、千兆網(wǎng)、SATA或1394線等方式 連接，接收計算機計算得到的各層的全息調(diào)制編碼圖像。圖像傳輸模塊與空間光調(diào)制器組中的每ー個空間光調(diào)制器相連接，連接方式一般為視頻信號接ロ(AV、色差分量、VGA、DVI、HDMI.Display Port)等。圖像傳輸模塊接收到的多個全息調(diào)制編碼圖像分別傳輸?shù)较鄳恢玫目臻g光調(diào)制器上。在應用于動態(tài)視頻時，為滿足動態(tài)視頻的動態(tài)需要，作為ー種優(yōu)選，所述的圖像傳輸模塊內(nèi)還設有同步更新模塊，動態(tài)顯示過程中用于控制多個空間光調(diào)制器間的全息調(diào)制編碼圖像同步刷新。本發(fā)明還提供了一種基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示方法，包括(I)對入射相干光進行擴束、準直、濾波得到亮度均勻的寬平行光束，同時將該寬平行光束作為參考光照射到空間光調(diào)制器組上，所述空間光調(diào)制器組包括平行設置的N個空間光調(diào)制器；(2)在步驟(I)進行的同時，根據(jù)物體的空間三維光場的振幅和相位分布、相干光的波長以及每個空間光調(diào)制器的間隔、尺寸和分辨率計算出每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像，并將得到的多個全息調(diào)制編碼圖像進行分配并傳輸?shù)较鄳目臻g光調(diào)制器上；(3)N個空間光調(diào)制器根據(jù)分配其上的全息調(diào)制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制，直至第N個空間光調(diào)制器對經(jīng)過之前(N-I)個空間光調(diào)制器調(diào)制后的參考光進行全息編碼調(diào)制完成，輸出目標全息三維光場。上述步驟(3)中，N個空間光調(diào)制器對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制的詳細過程為(i)空間光調(diào)制器組中的第I個空間光調(diào)制器對照射其上的平行光束進行全息編碼調(diào)制；(ii)空間光調(diào)制器組中之后的第i個空間光調(diào)制器依次對經(jīng)過之前(i-1)個空間光調(diào)制器調(diào)制后的光束進行全息編碼調(diào)制(2 < i < N);(iii)當經(jīng)過N個空間光調(diào)制器調(diào)制編碼后，得到目標全息三維光場。上述過程中，所述的全息編碼調(diào)制為振幅調(diào)制、相位調(diào)制、以及振幅和相位調(diào)制中的ー種，所述的N為大于I的自然數(shù)。上述步驟(2)中，計算每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像過程中，可采用菲涅爾衍射公式進行多次迭代計算得到，采用的算法一般有最小二乗法，模擬退火法、蟻群算法、捜索算法、遺傳算法等。該步驟的操作均可采用計算機完成。本發(fā)明的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示方法既可用于靜態(tài)全息顯示，也可用于動態(tài)全息顯示。當用于動態(tài)全息顯示，為提高目標全息三維光場的顯示質量，所述的步驟(2)中，同時對多個空間光調(diào)制器上的全息調(diào)制編碼圖像進行同步刷新。本發(fā)明采用現(xiàn)有分辨率的空間光調(diào)制器實現(xiàn)了高分辨動態(tài)全息三維顯示，擴大了全息顯示的觀察范圍，可供多人多視角裸眼同時觀看，消除了觀察者在觀看三維顯示過程中的不適應感，自動符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理和心理習慣。


圖I是本發(fā)明的基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示裝置的一種實施 方式的示意圖。圖2是圖I中的擴束準直系統(tǒng)的結構示意圖。圖3是圖I中的空間光調(diào)制器組的結構示意圖。圖4是圖I中的圖像傳輸模塊的工作流程圖。圖5是本發(fā)明的基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示的編碼圖像計算方法的示意圖。圖中1為相干光源、2為擴束準直系統(tǒng)、3為空間光調(diào)制器組、4為圖像傳輸模塊、5為計算機、21為擴束鏡、22為針孔濾波器、23為準直透鏡、31為空間光調(diào)制器。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。如圖I所示，一種基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示裝置，包括相干光源I、擴束準直系統(tǒng)2、空間光調(diào)制器組3、圖像傳輸模塊4和計算機5。相干光源I 一般為激光器，用于提供相干光，其中心波長為\。擴束準直系統(tǒng)2的作用是將相干光源I發(fā)出的激光細光束進行擴束、準直、濾波擴展為亮度均勻的平行的寬光束。相干光源I的光軸方向與擴束準直系統(tǒng)2的光軸方向重合。擴束準直后的寬激光光束作為再現(xiàn)參考光，垂直地在照射在空間光調(diào)制器組3上。實際應用過程中，也可根據(jù)實際需要選擇將擴束準直后的寬激光光束傾斜的照射在空間光調(diào)制器組3上。空間光調(diào)制器組3由N個空間光調(diào)制器31組成，一般為2-20個，多個空間光調(diào)制器31前后以一定間距平行排布，且其法線方向重合，根據(jù)分配其上的全息調(diào)制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制，直至最后第N個空間光調(diào)制器對其上的參考光進行全息編碼調(diào)制完成，輸出目標全息三維光場，其中全息編碼調(diào)制可選擇振幅調(diào)制、相位調(diào)制、以及振幅和相位調(diào)制中的ー種。圖像傳輸模塊4和計算機5相連接，圖像傳輸模塊4分別和每一個空間光調(diào)制器31相連接。計算機5根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像，并將事先計算好的每個空間光調(diào)制器31的全息調(diào)制編碼圖像打包傳輸給圖像傳輸模塊4。圖像傳輸模塊4，分別與每一個空間光調(diào)制器相連，接收到計算機5的全息調(diào)制編碼圖像壓縮包后，將其解壓并且分配給相應的空間光調(diào)制器31。在用于動態(tài)視頻顯示過程中，圖像傳輸模塊4除了具有傳輸分配圖像的作用外，還需要對每ー個空間光調(diào)制器31全息調(diào)制編碼圖像的刷新進行同步控制，保證動態(tài)視頻顯示過程中圖像的同步刷新。每ー個空間光調(diào)制器31均加載了相應的振幅相位調(diào)制全息調(diào)制編碼圖像，對照射其上的光束進行全息編碼調(diào)制。經(jīng)過空間光調(diào)制器組3的多次全息編碼調(diào)制，使得出射的全息三維光場更加接近于需重建的全息三維空間光場，從而在空間里再現(xiàn)出需要顯示的全息三維光場。如圖2所示，擴束準直系統(tǒng)2包括擴束鏡21、針孔濾波器22和準直透鏡23。一般激光器發(fā)出的光束比較細小，需要將擴大為寬光束照射到空間光調(diào)制器組3上。擴束準直系統(tǒng)2的作用是將激光細光束擴展為平行的寬光束，并保證寬光束的亮度均勻。擴束鏡21 一般可采用顯微物鏡，其放大倍數(shù)有10X，20X，40X等，根據(jù)具體的光路來選擇合適的放大倍數(shù)，主要將激光細光束變換成球面波。準直透鏡23 —般選取優(yōu)質透鏡來形成均勻的光波，將球面波變成較大直徑的平面波，其焦點與擴束鏡21的焦點重合構成逆望遠 鏡系統(tǒng)，平面波的直徑需保證能均勻照射到第一個空間光調(diào)制器31上。針孔濾波器22位于在兩者中間的公共焦點上，用來濾掉高頻噪聲，消除雜散光，提高光束質量。擴束鏡21和準直透鏡23的光軸和焦點相互重合，擴束鏡21和準直透鏡23的焦點位于針孔濾波器22的針孔內(nèi)。如圖3所示，空間光調(diào)制器組3包括N個空間光調(diào)制器31 (20彡N彡2)。空間光調(diào)制器是ー類能將信息加載于ー維或兩維的光學數(shù)據(jù)場上，對光波的光場分布進行調(diào)制的元件?？臻g光調(diào)制器31為透射式空間光調(diào)制器，一般為液晶空間光調(diào)制器，通過液晶分子的旋光偏振性和雙折射性來實現(xiàn)入射光束的波面振幅和相位的調(diào)制?？臻g光調(diào)制器組3中，多個空間光調(diào)制器31前后以一定間距平行排布，且其法線方向重合。多個空間光調(diào)制器31之間的間距可以相等，也可以為任意大小的間隔。一般在實際操作過程中，我們選擇相等間距的排列以方便計算。假設N層空間光調(diào)制器31等間隔排布，間隔為d (分別為も，d2，......(V1)，其像素尺寸大小為P，那么經(jīng)過第一層空間光調(diào)制器編碼調(diào)制之后，最大衍
射角為0尸S經(jīng)過第2層間光調(diào)制器編碼調(diào)制之后最大衍射角為を=arcsirf^)
經(jīng)過N層空間光調(diào)制器的編碼調(diào)制之后，其最大衍射角擴大為其等效的單
個空間光調(diào)制器像素大小為P/N，縮小了 N倍，提高了全息圖像的水平和垂直兩個方向的分辨率，擴大了水平和垂直兩個方向的全息圖像可視范圍，可以實現(xiàn)高分辨的全息三維顯示。這種采用多層空間光調(diào)制器前后間隔排布的方式，實現(xiàn)了信息容量的乘積式増加，極大地提高了全息三維顯示的信息量。如圖4所不，圖像傳輸模塊4為基于FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)為核心的控制模塊、基于數(shù)字信號處理器為核心的控制模塊。計算機5與圖像傳輸模塊4通過高速的視頻信號接ロ、PCI-E、高速USB、千兆網(wǎng)、SATA、1394線等方式連接，接收計算機5計算得到的各層的全息編碼圖像。圖像傳輸模塊4與空間光調(diào)制器組3中的每ー個第一空間光調(diào)制器31相連接，連接方式一般為視頻信號接ロ(AV、色差分量、VGA、DVI、HDMI ,Display Port)等。圖像傳輸模塊4接收到的多個全息編碼圖像分別傳輸?shù)较鄳恢玫牡谝豢臻g光調(diào)制器31，并且在動態(tài)顯示過程中需要控制多個第一空間光調(diào)制器31間的圖像刷新同歩。
如圖5所示，一種基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示的方法中第一個步驟計算機5需要根據(jù)空間三維光場的振幅和相位分布、相干光源I的波長以及每個空間光調(diào)制器31的間隔、尺寸和分辨率等參數(shù)來，通過模擬三維顯示過程，優(yōu)化計算每個空間光調(diào)制器31上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像信息，具體步驟為根據(jù)標量衍射理論，空間中的任意光場的傳播都可以用振幅和相位兩個量來表述。在空間中，任意物體可以看作是很多空間點的集合，而每個空間點都可以認為是ー個點光源。物體表面上的點可看成是沿著其法線方向發(fā)射的點光源。那么，任意物體的全息三維光場T可以表示為T = E A(x, y, z, A ) exp ( (x, y, z,入))，x, y, z分別是物體上某一點對應的空間坐標，入為再現(xiàn)三維物體的參考光波長。而我們?nèi)⑷S光場再現(xiàn)計算的目標也就是采用多層前后排布的空間光調(diào)制器來進行振幅和相位調(diào)制使其出射的全息三維光場P與物體的全息三維光場T相接近。照射到第I個空間光調(diào)制器31上的平行光的復振幅可以表示為U1 (x, y, 0) = A0exp (jk (xcos a +ycos ^ )), 其中，Atl為振幅，k為平行光的波矢，a，P分別表示波矢與X，y軸的夾角，j為復數(shù)単位。同時，我們定義第一個空間光調(diào)制器的位置的z為O。設第i個空間光調(diào)制器31的全息調(diào)制編碼圖像(也稱調(diào)制系數(shù))為、，其中i取I N的自然數(shù)，下面計算過程中，h = t,(x, y)。那么經(jīng)過第I個空間光調(diào)制器31調(diào)制后，其復振幅為U1' (x1； y1； 0) = U1 (x, y,0) (x, y) 然后光束傳播了 Cl1的距離照射到第2個空間光調(diào)制器31上，根據(jù)菲涅爾衍射公
式，其復振幅為
tr2(x, y.d) = expC/fc'j) exp[j — (x2 +)::)] (i\y,0).exp[f—(x2-y2)])其中，3為傅里葉變換算符。經(jīng)過第2個空間光調(diào)制器31調(diào)制后，其復振幅為U2' (x, y, (I1) = U2 (x, y, (I1) .t2(x, y)。接下來，按照這種方式依次表示出經(jīng)過每一個空間光調(diào)制器31調(diào)制后的復振幅。對于第i a彡2)個空間光調(diào)制器31，光束傳播了 Di的距離照射到第i個空間光調(diào)制器31
上，根據(jù)菲涅爾衍射公式，其復振幅為
Uf(x, y,Dt) = esp(/M_i)esPL/ C^'2 -y1}]. (x, f,Dm ).esp[f-y2)])其中，Dl=JJmdffl為第m+1個空間光調(diào)制器與第m個空間光調(diào)制器
m=l ，W=I ，
之間的距離。經(jīng)過第i個空間光調(diào)制器31調(diào)制后，其復振幅為Ui' (x, y, Di) = Ui (x, y, Di) !:々，y)。經(jīng)過N-I個空間光調(diào)制器31后再照射到第N個空間光調(diào)制器31上，根據(jù)菲涅爾衍射公式，其復振幅為
權利要求
1.一種基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，包括 相干光源，提供相干光； 擴束準直系統(tǒng)，將相干光源出射的相干光進行擴束、準直、濾波得到亮度均勻的寬平行光束，并作為參考光照射到空間光調(diào)制器組上； 計算機，根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像，并將每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像打包傳輸給圖像傳輸模塊； 圖像傳輸模塊，分別與每一個空間光調(diào)制器相連，接收計算機傳輸?shù)娜⒄{(diào)制編碼圖像壓縮包后，將其解壓并且分配給相應的空間光調(diào)制器； 空間光調(diào)制器組，由平行排布的N個空間光調(diào)制器的組成，根據(jù)分配其上的全息調(diào)制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制，直至第N個空間光調(diào)制器對其上的參考光進行全息編碼調(diào)制完成，輸出目標全息三維光場；所述的全息編碼調(diào)制為振幅調(diào)制、相位調(diào)制、以及振幅和相位調(diào)制中的一種，所述的N為大于I的自然數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，所述的空間光調(diào)制器為透射式空間光調(diào)制器。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，所述的N為2-20。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于， 所述的N個空間光調(diào)制器相互之間等間距排布。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，所述的擴束準直系統(tǒng)包括 光軸和焦點相互重合的擴束鏡和準直透鏡； 設于擴束鏡和準直透鏡之間且中心軸與所述光軸相互平行或重合的針孔濾波器； 所述的擴束鏡和準直透鏡之間的距離為兩者焦距之和，且擴束鏡和準直透鏡的焦點位于所述針孔濾波器的針孔內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，所述的圖像傳輸模塊為基于現(xiàn)場可編程門陣列為核心的控制模塊或基于數(shù)字信號處理器為核心的控制模塊。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示裝置，其特征在于，所述的圖像傳輸模塊內(nèi)還設有同步更新模塊，動態(tài)顯示過程中用于控制多個空間光調(diào)制器間的全息調(diào)制編碼圖像同步刷新。
8.一種基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示方法，其特征在于，包括 (1)對入射相干光進行擴束、準直、濾波得到亮度均勻的寬平行光束，同時將該寬平行光束作為參考光照射到空間光調(diào)制器組上，所述空間光調(diào)制器組包括平行設置的N個空間光調(diào)制器； (2)在步驟(I)進行的同時，根據(jù)物體的空間三維光場的振幅和相位分布、相干光的波長以及每個空間光調(diào)制器的間隔、尺寸和分辨率計算出每個空間光調(diào)制器上需要加載的全息調(diào)制編碼圖像，并將得到的多個全息調(diào)制編碼圖像進行分配并傳輸?shù)较鄳目臻g光調(diào)制器上； (3)N個空間光調(diào)制器根據(jù)分配其上的全息調(diào)制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調(diào)制，直至第N個空間光調(diào)制器對經(jīng)過之前(N-I)個空間光調(diào)制器調(diào)制后的光場進行全息編碼調(diào)制完成，輸出目標全息三維光場； 上述過程中，所述的全息編碼調(diào)制為振幅調(diào)制、相位調(diào)制、以及振幅和相位調(diào)制中的一種，所述的N為大于I的自然數(shù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，同時對多個空間光調(diào)制器上的全息調(diào)制編碼圖像進行同步刷新。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于多層空間光調(diào)制器的高分辨全息三維顯示裝置，包括相干光源、擴束準直系統(tǒng)、空間光調(diào)制器組、圖像傳輸模塊和計算機，所述的空間光調(diào)制器組由平行排布的N個空間光調(diào)制器的組成。本發(fā)明還公開了基于多層空間光調(diào)制器的全息三維顯示方法。本發(fā)明采用空間光調(diào)制器多層前后排列的方式，每一層空間光調(diào)制器根據(jù)計算機載入的編碼圖像對入射其上的光束進行全息編碼調(diào)制，再現(xiàn)出真實空間的高分辨全息三維光場，擴大了全息顯示的觀察范圍，可供多人多視角裸眼同時觀看，消除了觀察者在觀看三維顯示過程中的不適應感，自動符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理和心理習慣。
文檔編號G02B27/22GK102809918SQ20121027961
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權日2012年8月8日
發(fā)明者劉旭, 夏新星, 曹子盛, 李海峰, 鄭臻榮 申請人:浙江大學