CN102809918A - 基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置，包括：相干光源、扩束准直系统、空间光调制器组、图像传输模块和计算机，所述的空间光调制器组由平行排布的N个空间光调制器的组成。本发明还公开了基于多层空间光调制器的全息三维显示方法。本发明采用空间光调制器多层前后排列的方式，每一层空间光调制器根据计算机载入的编码图像对入射其上的光束进行全息编码调制，再现出真实空间的高分辨全息三维光场，扩大了全息显示的观察范围，可供多人多视角裸眼同时观看，消除了观察者在观看三维显示过程中的不适应感，自动符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理和心理习惯。

Description

基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及一种基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法。

背景技术

视觉是人类认识世界、认识自然的主要途径，人类获得的信息约80％来自视觉，长期以来，表达可视信息的主要手段仍然是二维的。传统二维显示技术遗失了真实物理世界的深度信息，严重地阻碍了人类对客观世界的感知，影响了人类对信息获取、处理、传递、人机交互和决策的准确度、深刻度、速度和效率。人类是天生的空间思维者，希望能够直观地获取三维图像信息。因此如何实现真实空间三维显示一直是人们孜孜以求的目标。目前，三维显示技术主要可以分为四类：体视三维显示技术、自体视三维显示、空间三维显示技术以及全息三维显示等。

体视三维显示技术是观察者需要借助于特殊眼镜(或其它助视工具)使左、右视图分别提供给左、右眼观察，利用双眼的视觉融像产生立体感知。这种显示方式只能提供两个视角的信息，主要有互补色、时序和偏振三种方式，目前已广泛应用于3D电影、3D电视等商用领域。自体视三维显示是观察者无需佩戴眼睛等助视工具，裸眼即可观察的三维显示技术。这种技术一般采用平板显示器和视差型光学元件相结合，产生分离的多个不同视角和图像。这两种视差型三维显示虽然能给观看者一种深度空间虚拟立体感，但它仅提供分立的视区和有限个数的视点，而且由于视觉像的位置与屏幕位置的差异造成的人眼会聚图像与视觉像位置的不同会导致观看者长时间观看时出现头痛、恶心等反应。

空间三维显示是一种能够在一个真正具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术。空间三维显示是通过适当方式来激励位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射而形成体素；或者将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。采用这种技术重建三维图像，众多观看者能以其习惯的观看方式同时观看到空间三维场景360°的各个侧面，犹如一个在现实空间的三维物体一样，能自动满足多种生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察，无需任何助视仪器，符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理习惯。

全息三维显示是一种真实空间三维显示技术。全息显示技术是于1947年由英国科学家Dennis Gabor提出，它利用光的干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，再利用光的衍射原理在一定条件下将物光波还原。由于这种技术保留了物光波的全部振幅和位相信息，人们在观察全息三维像时就会得到与观察原物时完全相同的视觉效果，保留了所有的视觉深度暗示。因此，比较各种三维显示技术的原理，只有全息显示的再现像包含了与原物完全相同的三维特性，是最具有吸引力的终极三维显示技术。全息显示技术可分为静态全息显示技术和动态全息显示技术两类。

当前，静态全息显示技术已经得到了广泛的应用，而动态全息显示技术需要一个高分辨的信息存储媒介(高分辨的空间光调制器)，但由于目前现有的空间光调制器的像素尺寸比较大分辨率还比较低，因此衍射角比较小，而衍射角大小限制了可观察的视场范围。

发明内容

本发明提供了一种基于多层空间光调制器的全息三维显示装置和显示方法，用全息的方法再现了空间三维光场的振幅和相位，采用现有分辨率的空间光调制器多层前后排列的方式实现了高分辨动态全息三维显示，扩大了全息显示的观察范围，可供多人多视角裸眼同时观看，消除了观察者在观看三维显示过程中的不适应感，自动符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理和心理习惯，从而克服现有技术的不足。

一种基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，包括：

相干光源，提供相干光；

扩束准直系统，将相干光源出射的相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，并作为参考光照射到空间光调制器组上；

计算机，根据已知数据计算每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像打包传输给图像传输模块；

图像传输模块，分别与每一个空间光调制器相连，接收计算机传输的全息调制编码图像压缩包后，将其解压并且分配给相应的空间光调制器；

空间光调制器组，由平行排布的N个空间光调制器的组成，根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对其上的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场；所述的全息编码调制为振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，所述的N为大于1的自然数。

所述的相干光源可选用激光器，也可根据实际需要选用其他可产生相干光的设备。

所述的空间光调制器可选择透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器，当选用反射式空间光调制器时，需要根据反射光的角度设置每个空间光调制器的布置角度，过程较为繁琐。为安装方便，作为一种优选的技术方案，空间光调制器为透射式空间光调制器。

在消除人眼观看三维显示过程中的不适应感的同时，为降低安装难度，提高计算机的计算效率，另一种优选的技术方案为：所述的N为2-20，N数值越大，显示效果越逼真，但是计算机的计算量也会大幅度增加。

N个平行排布空间光调制器以一定间距平行排布，且其法线方向重合，相邻两个空间光调制器之间的距离可以相等，也可以不等。实际应用过程中，为降低计算机的计算难度，提高计算效率，作为优选的技术方案，所述的N个空间光调制器相互之间等间距排布。

实际应用过程中，d的大小一般为3mm-5cm之间，d的大小一般根据需要显示的物体图像自身的特性确定。

由于一般相干光源发出的光束比较细小，需要将相干光源发出的光束扩大为宽光束照射到空间光调制器组上，并保证宽光束的亮度均匀，扩束准直系统的作用是将激光发出的细光束扩展为平行的宽光束。作为一种优选的技术方案，所述的扩束准直系统包括：

光轴和焦点相互重合的扩束镜和准直透镜；

设于扩束镜和准直透镜之间且中心轴与所述光轴相互平行或重合的针孔滤波器；

所述的扩束镜和准直透镜之间的距离为两者焦距之和，且扩束镜和准直透镜的焦点位于所述针孔滤波器的针孔内。

上述技术方案中，扩束镜一般可采用显微物镜，其放大倍数有10×，20×，40×等，根据具体的光路来选择合适的放大倍数，主要将激光细光束变换成球面波。准直透镜一般选取优质透镜来形成均匀的光波，将球面波变成较大直径的平面波。针孔滤波器位于在两者中间的公共焦点上，用来滤掉高频噪声，消除杂散光，提高光束质量。针孔滤波器也可根据实际需要选用微孔滤波器等。

图像传输模块图像传输模块可选择基于FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)为核心的控制模块或基于数字信号处理器为核心的控制模块。计算机与图像传输模块通过高速的视频信号接口、PCI-E、高速USB、千兆网、SATA或1394线等方式连接，接收计算机计算得到的各层的全息调制编码图像。图像传输模块与空间光调制器组中的每一个空间光调制器相连接，连接方式一般为视频信号接口(AV、色差分量、VGA、DVI、HDMI、Display Port)等。图像传输模块接收到的多个全息调制编码图像分别传输到相应位置的空间光调制器上。在应用于动态视频时，为满足动态视频的动态需要，作为一种优选，所述的图像传输模块内还设有同步更新模块，动态显示过程中用于控制多个空间光调制器间的全息调制编码图像同步刷新。

本发明还提供了一种基于多层空间光调制器的全息三维显示方法，包括：

(1)对入射相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，同时将该宽平行光束作为参考光照射到空间光调制器组上，所述空间光调制器组包括平行设置的N个空间光调制器；

(2)在步骤(1)进行的同时，根据物体的空间三维光场的振幅和相位分布、相干光的波长以及每个空间光调制器的间隔、尺寸和分辨率计算出每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将得到的多个全息调制编码图像进行分配并传输到相应的空间光调制器上；

(3)N个空间光调制器根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对经过之前(N-1)个空间光调制器调制后的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场。

上述步骤(3)中，N个空间光调制器对照射在其上的参考光进行全息编码调制的详细过程为：

(i)空间光调制器组中的第1个空间光调制器对照射其上的平行光束进行全息编码调制；

(ii)空间光调制器组中之后的第i个空间光调制器依次对经过之前(i-1)个空间光调制器调制后的光束进行全息编码调制(2≤i≤N)；

(iii)当经过N个空间光调制器调制编码后，得到目标全息三维光场。

上述过程中，所述的全息编码调制为振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，所述的N为大于1的自然数。

上述步骤(2)中，计算每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像过程中，可采用菲涅尔衍射公式进行多次迭代计算得到，采用的算法一般有最小二乘法，模拟退火法、蚁群算法、搜索算法、遗传算法等。该步骤的操作均可采用计算机完成。

本发明的基于多层空间光调制器的全息三维显示方法既可用于静态全息显示，也可用于动态全息显示。当用于动态全息显示，为提高目标全息三维光场的显示质量，所述的步骤(2)中，同时对多个空间光调制器上的全息调制编码图像进行同步刷新。

本发明采用现有分辨率的空间光调制器实现了高分辨动态全息三维显示，扩大了全息显示的观察范围，可供多人多视角裸眼同时观看，消除了观察者在观看三维显示过程中的不适应感，自动符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理和心理习惯。

附图说明

图1是本发明的基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置的一种实施方式的示意图。

图2是图1中的扩束准直系统的结构示意图。

图3是图1中的空间光调制器组的结构示意图。

图4是图1中的图像传输模块的工作流程图。

图5是本发明的基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示的编码图像计算方法的示意图。

图中：1为相干光源、2为扩束准直系统、3为空间光调制器组、4为图像传输模块、5为计算机、21为扩束镜、22为针孔滤波器、23为准直透镜、31为空间光调制器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

如图1所示，一种基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置，包括：相干光源1、扩束准直系统2、空间光调制器组3、图像传输模块4和计算机5。

相干光源1一般为激光器，用于提供相干光，其中心波长为λ。扩束准直系统2的作用是将相干光源1发出的激光细光束进行扩束、准直、滤波扩展为亮度均匀的平行的宽光束。相干光源1的光轴方向与扩束准直系统2的光轴方向重合。扩束准直后的宽激光光束作为再现参考光，垂直地在照射在空间光调制器组3上。实际应用过程中，也可根据实际需要选择将扩束准直后的宽激光光束倾斜的照射在空间光调制器组3上。空间光调制器组3由N个空间光调制器31组成，一般为2-20个，多个空间光调制器31前后以一定间距平行排布，且其法线方向重合，根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至最后第N个空间光调制器对其上的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场，其中全息编码调制可选择振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种。图像传输模块4和计算机5相连接，图像传输模块4分别和每一个空间光调制器31相连接。计算机5根据已知数据计算每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将事先计算好的每个空间光调制器31的全息调制编码图像打包传输给图像传输模块4。图像传输模块4，分别与每一个空间光调制器相连，接收到计算机5的全息调制编码图像压缩包后，将其解压并且分配给相应的空间光调制器31。在用于动态视频显示过程中，图像传输模块4除了具有传输分配图像的作用外，还需要对每一个空间光调制器31全息调制编码图像的刷新进行同步控制，保证动态视频显示过程中图像的同步刷新。每一个空间光调制器31均加载了相应的振幅相位调制全息调制编码图像，对照射其上的光束进行全息编码调制。经过空间光调制器组3的多次全息编码调制，使得出射的全息三维光场更加接近于需重建的全息三维空间光场，从而在空间里再现出需要显示的全息三维光场。

如图2所示，扩束准直系统2包括：扩束镜21、针孔滤波器22和准直透镜23。一般激光器发出的光束比较细小，需要将扩大为宽光束照射到空间光调制器组3上。扩束准直系统2的作用是将激光细光束扩展为平行的宽光束，并保证宽光束的亮度均匀。扩束镜21一般可采用显微物镜，其放大倍数有10×，20×，40×等，根据具体的光路来选择合适的放大倍数，主要将激光细光束变换成球面波。准直透镜23一般选取优质透镜来形成均匀的光波，将球面波变成较大直径的平面波，其焦点与扩束镜21的焦点重合构成逆望远镜系统，平面波的直径需保证能均匀照射到第一个空间光调制器31上。针孔滤波器22位于在两者中间的公共焦点上，用来滤掉高频噪声，消除杂散光，提高光束质量。扩束镜21和准直透镜23的光轴和焦点相互重合，扩束镜21和准直透镜23的焦点位于针孔滤波器22的针孔内。

如图3所示，空间光调制器组3包括N个空间光调制器31(20≥N≥2)。空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，对光波的光场分布进行调制的元件。空间光调制器31为透射式空间光调制器，一般为液晶空间光调制器，通过液晶分子的旋光偏振性和双折射性来实现入射光束的波面振幅和相位的调制。空间光调制器组3中，多个空间光调制器31前后以一定间距平行排布，且其法线方向重合。多个空间光调制器31之间的间距可以相等，也可以为任意大小的间隔。一般在实际操作过程中，我们选择相等间距的排列以方便计算。假设N层空间光调制器31等间隔排布，间隔为d(分别为d₁，d₂，......d_N-1)，其像素尺寸大小为p，那么经过第一层空间光调制器编码调制之后，最大衍射角为

经过第2层间光调制器编码调制之后最大衍射角为经过N层空间光调制器的编码调制之后，其最大衍射角扩大为其等效的单个空间光调制器像素大小为p/N，缩小了N倍，提高了全息图像的水平和垂直两个方向的分辨率，扩大了水平和垂直两个方向的全息图像可视范围，可以实现高分辨的全息三维显示。这种采用多层空间光调制器前后间隔排布的方式，实现了信息容量的乘积式增加，极大地提高了全息三维显示的信息量。

如图4所示，图像传输模块4为基于FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)为核心的控制模块、基于数字信号处理器为核心的控制模块。计算机5与图像传输模块4通过高速的视频信号接口、PCI-E、高速USB、千兆网、SATA、1394线等方式连接，接收计算机5计算得到的各层的全息编码图像。图像传输模块4与空间光调制器组3中的每一个第一空间光调制器31相连接，连接方式一般为视频信号接口(AV、色差分量、VGA、DVI、HDMI、Display Port)等。图像传输模块4接收到的多个全息编码图像分别传输到相应位置的第一空间光调制器31，并且在动态显示过程中需要控制多个第一空间光调制器31间的图像刷新同步。

如图5所示，一种基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示的方法中：

第一个步骤：计算机5需要根据空间三维光场的振幅和相位分布、相干光源1的波长以及每个空间光调制器31的间隔、尺寸和分辨率等参数来，通过模拟三维显示过程，优化计算每个空间光调制器31上需要加载的全息调制编码图像信息，具体步骤为：

根据标量衍射理论，空间中的任意光场的传播都可以用振幅和相位两个量来表述。在空间中，任意物体可以看作是很多空间点的集合，而每个空间点都可以认为是一个点光源。物体表面上的点可看成是沿着其法线方向发射的点光源。那么，任意物体的全息三维光场T可以表示为T＝∑A(x，y，z，λ)exp(φ(x，y，z，λ))，x，y，z分别是物体上某一点对应的空间坐标，λ为再现三维物体的参考光波长。而我们全息三维光场再现计算的目标也就是采用多层前后排布的空间光调制器来进行振幅和相位调制使其出射的全息三维光场P与物体的全息三维光场T相接近。照射到第1个空间光调制器31上的平行光的复振幅可以表示为：

U₁(x，y，0)＝A₀exp(jk(xcosα+ycosβ))，

其中，A₀为振幅，k为平行光的波矢，α，β分别表示波矢与x，y轴的夹角，j为复数单位。

同时，我们定义第一个空间光调制器的位置的z为0。设第i个空间光调制器31的全息调制编码图像(也称调制系数)为t_i，其中i取1～N的自然数，下面计算过程中，t_i＝t_i(x，y)。那么经过第1个空间光调制器31调制后，其复振幅为：

U₁′(x₁，y₁，0)＝U₁(x，y，0)·t₁(x，y)。

然后光束传播了d₁的距离照射到第2个空间光调制器31上，根据菲涅尔衍射公式，其复振幅为：

其中，

为傅里叶变换算符。

经过第2个空间光调制器31调制后，其复振幅为：

U₂′(x，y，d₁)＝U₂(x，y，d₁)·t₂(x，y)。

接下来，按照这种方式依次表示出经过每一个空间光调制器31调制后的复振幅。对于第i(i≥2)个空间光调制器31，光束传播了D_i的距离照射到第i个空间光调制器31上，根据菲涅尔衍射公式，其复振幅为：

其中，

d_m为第m+1个空间光调制器与第m个空间光调制器之间的距离。

经过第i个空间光调制器31调制后，其复振幅为：

U_i′(x，y，D_i)＝U_i(x，y，D_i)·t_i(x，y)。

经过N-1个空间光调制器31后再照射到第N个空间光调制器31上，根据菲涅尔衍射公式，其复振幅为：

经过第N层空间光调制器31后的复振幅为：

U_N′(x，y，D_N)＝U_N(x，y，D_N)·t_N(x，y)

也可以表示为函数：

U_N′(x，y，D_N)＝f(t₁，t₂...t_N，d₁，d₂，...d_N-1，U₁，λ)，其中，

那么，经过空间光调制器组3之后的全息三维光场P可以表示为：

其中d₁，d₂......d_N-1均需要满足菲涅尔衍射公式成立的近似条件：

$d_i^3>>\frac{\mathrm{\π}}{4\mathrm{\λ}}{[{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2]}_{\max }^2,i=1~N-1,$

其中，x₁，y₁表示第i+1个空间光调制器上任一点的坐标尺寸；x₀，y₀表示第i个空间光调制器上任一点的坐标尺寸。

那么，全息三维光场P也可以表示为：

P(x，y，z)＝g(t₁，t₂，...t_N，d₁，d₂...d_N-1，U₁，λ)，其中d₁，d₂......d_N-1，U₁，λ均为已知参数，t₁，t₂，......t_N为1-N层空间光调制器31的所要加载的全息调制编码图像。计算机通过迭代优化t₁，t₂，......t_N的值，来实现优化目标：使P(x，y，z)尽可能的接近T(x，y，z)。使用的优化迭代算法为最小二乘法，也可根据实际需要选择其他迭代算法，可选用的算法有模拟退火法、蚁群算法、搜索算法、遗传算法等。

第二个步骤：计算机经过迭代得到最终的t₁，t₂，......t_N，并将最终得到的t₁，t₂，......t_N的打包传输给图像传输模块4。

第三个步骤：图像传输模块4接收到计算机5的全息调制编码图像压缩包后，将其解压并且分配给相应的空间光调制器31。同时对入射相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，将该宽平行光束作为参考光照射到空间光调制器组上，N个空间光调制器根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对经过之前(N-1)个空间光调制器调制后的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场。

上述步骤三中，N个空间光调制器对照射在其上的参考光进行全息编码调制的详细过程为：

(i)空间光调制器组中的第1个空间光调制器对照射其上的平行光束进行全息编码调制；

(ii)空间光调制器组中之后的第i个空间光调制器依次对经过之前(i-1)个空间光调制器调制后的光束进行全息编码调制(2≤i≤N)；

(ii)当经过N个空间光调制器调制编码后，得到目标全息三维光场，最终观察者由空间光调制器组3得到全息三维光场。

上述过程中，全息编码调制可选择振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，需要根据调制精度确定，在本实施例中，我们可以选择调制精度较高的振幅和相位调制。

我们以工作波长为λ＝632.8nm的氦氖(He-Ne)激光器为相干光源、图像传输模块4为基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)为核心的控制模块、所用的空间光调制器组由10个空间光调制器组成，10个空间光调制器之间的间隔相等为10mm，具体值也可根据实际需要显示的图像的特性进行调整，一般为3-10mm，三个空间光调制器均为0.7英寸、像素尺寸大小p为13.89μm为例，如果使用传统的一个空间光调制器时，其最大衍射角为

使用者只能在较小的角度范围内才能观察到空间光调制器出射的全息三维光场。而采用本发明的基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示的方法和装置时，其最大衍射角为

远远高于传统的1.31°，其等效的像素尺寸缩小为1.39μm，极大地提高了全息三维显示的分辨率。

由上述实施例可知，利用本发明的方法和装置提高了全息图像的水平和垂直两个方向的分辨率，扩大了水平和垂直两个方向的全息图像可视范围，可以实现高分辨的全息三维显示。这种采用多层空间光调制器前后间隔排布的方式，实现了信息容量的乘积式增加，极大地提高了全息三维显示的信息量。通过该装置，观察者可以得到更加精细清晰的全息三维图像。

Claims (9)

1.一种基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，包括：

相干光源，提供相干光；

扩束准直系统，将相干光源出射的相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，并作为参考光照射到空间光调制器组上；

计算机，根据已知数据计算每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像打包传输给图像传输模块；

图像传输模块，分别与每一个空间光调制器相连，接收计算机传输的全息调制编码图像压缩包后，将其解压并且分配给相应的空间光调制器；

空间光调制器组，由平行排布的N个空间光调制器的组成，根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对其上的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场；所述的全息编码调制为振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，所述的N为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的空间光调制器为透射式空间光调制器。

3.根据权利要求1所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的N为2-20。

4.根据权利要求1所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的N个空间光调制器相互之间等间距排布。

5.根据权利要求1所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的扩束准直系统包括：

光轴和焦点相互重合的扩束镜和准直透镜；

设于扩束镜和准直透镜之间且中心轴与所述光轴相互平行或重合的针孔滤波器；

所述的扩束镜和准直透镜之间的距离为两者焦距之和，且扩束镜和准直透镜的焦点位于所述针孔滤波器的针孔内。

6.根据权利要求1所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的图像传输模块为基于现场可编程门阵列为核心的控制模块或基于数字信号处理器为核心的控制模块。

7.根据权利要求6所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，其特征在于，所述的图像传输模块内还设有同步更新模块，动态显示过程中用于控制多个空间光调制器间的全息调制编码图像同步刷新。

8.一种基于多层空间光调制器的全息三维显示方法，其特征在于，包括：

(1)对入射相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，同时将该宽平行光束作为参考光照射到空间光调制器组上，所述空间光调制器组包括平行设置的N个空间光调制器；

(2)在步骤(1)进行的同时，根据物体的空间三维光场的振幅和相位分布、相干光的波长以及每个空间光调制器的间隔、尺寸和分辨率计算出每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将得到的多个全息调制编码图像进行分配并传输到相应的空间光调制器上；

(3)N个空间光调制器根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对经过之前(N-1)个空间光调制器调制后的光场进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场；

上述过程中，所述的全息编码调制为振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，所述的N为大于1的自然数。

9.根据权利要求8所述的基于多层空间光调制器的全息三维显示方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，同时对多个空间光调制器上的全息调制编码图像进行同步刷新。

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