CN105005190A - 液晶空间光调制器正交组合全息显示方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法和装置。本方法是根据真彩色3D物体的色彩信息和位相信息分别计算出水平观察方向间隔90°视角下3D物体的位相型全息图，并利用基于快速并行计算环境的位相型查表法(P-LUT)分别实现3D物体的水平方向和垂直方向的三基色分量的随机位相型全息图序列的快速计算。本装置通过液晶空间光调制器正交组合方式再现真彩色全息3D影像，并采用三基色分量位相全息图对相应波长的不可见激光进行调制，经过位相调制后携带真彩色3D物体正交视角下3D信息的不可见光束在真彩色荧光介质中实现双波长频率转换发光，从而获得真彩色全息3D影像所需的三基色成像光束，实现全息3D实像的空间立体承载和视角扩展。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法及装置，属于全息显示技术领域。
背景技术
以空间光调制器（SLM）为全息图承载介质的全息3D 显示技术是近年来显示领域关注的热点。该技术继承了传统全息记录介质（如银盐干板、光折变材料等）能够再现真实3D 影像的优点，而且与传统的全息显示技术相比，通过空间光调制器承载方式对数字全息或计算全息获得的数字化全息图进行光电再现，可实现动态全息显示。因此，在3D动态显示领域具有广阔的应用前景。
在基于空间光调制器的3D显示中，再现像的可视角度有限是制约3D动态显示的重要因素。由于超大规模集成电路技术发展水平等因素的限制，目前像素化的空间光调制器的像素间距还难以达到可见光波长量级，这是导致基于单片空间光调制器的全息显示系统的可视角度不大的主要因素。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法及装置，以实现全息光电再现三维实像的视角扩展。
为达到上述目的，本发明的构思是：采用多片位相调制型的液晶空间光调制器进行空分复用的方式可使真彩色全息显示系统的刷新速率和空间分辨率得到一定程度的提高，构建基于液晶空间光调制器正交组合方式再现真彩色的3D实像；通过真彩色透明荧光介质实现全息3D实像的空间立体承载，扩展可视角度并增强空间立体感。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，具体步骤如下：
1）根据真彩色3D物体的色彩信息和位相信息，分别计算水平观察方向相隔90°视角下的位相型全息图；
2）采用基于快速并行计算环境的位相型查表法，P-LUT，实现随机位相型全息图序列的快速计算；
3）对两组再现装置中液晶空间光调制器加载全息图的过程进行同步控制和再现；
4）通过真彩色透明荧光介质对所再现的3D 实像进行空间立体承载，以提高真彩色3D 实像的空间立体感和观看视角。
所述步骤1）中的位相型全息图通过如下方法获得：先将真彩色3D目标分解为RGB三基色分量，各分量均包含色彩和位相信息，每个分量的全息图序列依据上述步骤2）基于快速并行计算环境的“P-LUT”方法进行快速计算；将RGB分量的全息图序列分别进行再现，并进行色彩融合后获得彩色的再现像。
所述步骤2）中的随机位相型全息图序列通过如下所述的位相型查表法获得：
a.根据“瑞利-索末菲衍射公式”，在计算机中存储具有归一化振幅的处于主光轴上不同深度位置物点，简称“主点”，衍射至全息面的复振幅的位相分布；
b.对于给定深度位置任意非轴上的点，查找计算机中相应深度位置上主点的位相分布；
c.进行2D平移后获得非轴上点在全息面的位相分布；
d.结合该点的振幅信息以获得该物点在全息面的复振幅；
e.对获得的全息面复振幅进行位相编码获得位相型全息图；
f.将3D目标各点的振幅信息附加上不同的动态随机位相因子，计算多幅具有不同位相分布模式的位相型全息图序列，即随机位相型全息图序列。
所述步骤3）中的同步控制器所控制的是六个空间光调制器上位相型全息图的同步加载和显示，即：在同一时间将两个正交视角下的三基色分量位相型全息图分别传输到对应的六个空间光调制器，其中红色成像光束所对应的两个空间光调制器加载红色分量位相型全息图，绿色成像光束所对应的两个空间光调制器加载绿色分量位相型全息图，蓝色成像光束所对应的两个空间光调制器加载蓝色分量位相型全息图。
一种液晶空间光调制器正交组合全息显示装置，应用于上述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，包括第一不可见光激光器、第二不可见光激光器，用于激发红色荧光，第三不可见光激光器、第四不可见光激光器，用于激发绿色荧光，第五不可见光激光器、第六不可见光激光器，用于激发蓝色荧光；第一扩束准直器，第二扩束准直器，第三扩束准直器，第四扩束准直器，第五扩束准直器，第六扩束准直器；第一偏振片，第二偏振片，第三偏振片，第四偏振片，第五偏振片，第六偏振片，第七偏振片，第八偏振片，第九偏振片，第十偏振片，第十一偏振片，第十二偏振片；第一平面反射镜，第二平面反射镜；第一二向色滤镜，第二二向色滤镜，第三二向色滤镜，第四二向色滤镜；第一空间光调制器驱动模块，第二空间光调制器驱动模块；第一透射式液晶空间光调制器，第二透射式液晶空间光调制器，第三透射式液晶空间光调制器，第四透射式液晶空间光调制器，第五透射式液晶空间光调制器，第六透射式液晶空间光调制器；计算与控制中心，真彩色透明荧光介质。
水平方向上的所述第一不可见光激光器发出的激光束，经过第一扩束准直器、第一偏振片、第一透射式液晶空间光调制器，经第一透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第二偏振片、第一平面反射镜、第一二向色滤镜、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；水平方向上的所述第三不可见光激光器发出的激光束，经过第二扩束准直器、第四偏振片、第二透射式液晶空间光调制器，经第二透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第三偏振片、第一二向色滤镜、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；水平方向上的所述第五不可见光激光器发出的激光束，经过第三扩束准直器、第五偏振片、第三透射式液晶空间光调制器，经过第三透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第六偏振片、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质。
垂直方向上的所述第二不可见光激光器发出的激光束，经过第四扩束准直器、第七偏振片、第四透射式液晶空间光调制器，经过第四透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第八偏振片、第二平面反射镜、第三二向色滤镜、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；垂直方向上的所述第四不可见光激光器发出的激光束，经过第五扩束准直器、第九偏振片、第五透射式液晶空间光调制器，经过第五透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第十偏振片，第三二向色滤镜、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；垂直方向上的所述第六不可见光激光器发出的激光束，经过第六扩束准直器、第十一偏振片、第六透射式液晶空间光调制器，经过第六透射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第十二偏振片、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质。
在真彩色透明荧光介质的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一透射式液晶空间光调制器，第二透射式液晶空间光调制器，第三透射式液晶空间光调制器与第一空间光调制器驱动模块连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器、第三不可见光激光器、第五不可见光激光器发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四透射式液晶空间光调制器，第五透射式液晶空间光调制器，第六透射式液晶空间光调制器与第二空间光调制器驱动模块连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器、第四不可见光激光器、第六不可见光激光器发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心与第一空间光调制器驱动模块、第二空间光调制器驱动模块连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个透射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
将上述的第一透射式液晶空间光调制器，第二透射式液晶空间光调制器，第三透射式液晶空间光调制器，第四透射式液晶空间光调制器，第五透射式液晶空间光调制器，第六透射式液晶空间光调制器替换为第一反射式液晶空间光调制器，第二反射式液晶空间光调制器，第三反射式液晶空间光调制器，第四反射式液晶空间光调制器，第五反射式液晶空间光调制器，第六反射式液晶空间光调制器；并增加第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第五分光片、第六分光片。
垂直方向上的所述第一不可见光激光器发出的激光束，经过第一扩束准直器、第一偏振片后，经第一分光片反射后照射第一反射式液晶空间光调制器，经过第一反射式液晶空间光调制器调制后的光束通过第一分光片、第二偏振片、第一平面反射镜、第一二向色滤镜、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；垂直方向上的所述第三不可见光激光器发出的激光束，经过第二扩束准直器、第四偏振片后，经第二分光片反射后照射第二反射式液晶空间光调制器，经第二反射式液晶空间光调制器调制后的光束通过第二分光片、第三偏振片、第一二向色滤镜、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；垂直方向上的所述第五不可见光激光器发出的激光束，经过第三扩束准直器、第五偏振片后，经第三分光片反射后照射第三反射式液晶空间光调制器，经过第三反射式液晶空间光调制器调制后的光束通过第三分光片、第六偏振片、第二二向色滤镜出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质。
水平方向上的所述第二不可见光激光器发出的激光束，经过第四扩束准直器、第七偏振片后，经第四分光片反射后照射第四反射式液晶空间光调制器，经过第四反射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第四分光片、第八偏振片、第二平面反射镜、第三二向色滤镜、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；水平方向上的所述第四不可见光激光器发出的激光束，经过第五扩束准直器、第九偏振片、经第五分光片反射后照射第五反射式液晶空间光调制器，经过第五反射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第五分光片、第十偏振片，第三二向色滤镜、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；水平方向上的所述第六不可见光激光器发出的激光束，经过第六扩束准直器、第十一偏振片、经第六分光片反射后照射第六反射式液晶空间光调制器，经过第六反射式液晶空间光调制器调制后的光束经过第六分光片、第十二偏振片、第四二向色滤镜出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质。
在真彩色透明荧光介质的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一反射式液晶空间光调制器，第二反射式液晶空间光调制器，第三反射式液晶空间光调制器与第一空间光调制器驱动模块连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器、第三不可见光激光器、第五不可见光激光器发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四反射式液晶空间光调制器，第五反射式液晶空间光调制器，第六反射式液晶空间光调制器与第二空间光调制器驱动模块连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器、第四不可见光激光器、第六不可见光激光器发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心与第一空间光调制器驱动模块、第二空间光调制器驱动模块连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个反射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
本发明与现有显示方法和装置相比较，具有如下突出实质性特征和显著优点：
本发明的液晶空间光调制器正交组合方式再现真彩色全息3D影像的装置是通过采用三基色分量位相全息图对相应波长的不可见激光进行调制，并将携带真彩色3D物体正交视角下3D再现信息的不可见光束在真彩色荧光介质中进行双波长的频率转换发光，进而获得真彩色全息3D影像的三基色分量的成像光束，并实现全息3D 实像的空间立体承载和可视角度扩展。
附图说明
图1 示出了本发明的液晶空间光调制器正交组合全息显示系统具体形式之一的示意图。
图2 示出了本发明的液晶空间光调制器正交组合全息显示系统具体形式之二的示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，具体步骤如下：
1）根据真彩色3D物体的色彩信息和位相信息，分别计算水平观察方向相隔90°视角下的位相型全息图；
2）采用基于快速并行计算环境的位相型查表法，P-LUT，实现随机位相型全息图序列的快速计算；
3）对两组再现装置中液晶空间光调制器加载全息图的过程进行同步控制和再现；
4）通过真彩色透明荧光介质对所再现的3D 实像进行空间立体承载，以提高真彩色3D 实像的空间立体感和观看视角。
所述步骤1）中的位相型全息图通过如下方法获得：先将真彩色3D目标分解为RGB三基色分量，各分量均包含色彩和位相信息，每个分量的全息图序列依据上述步骤2）基于快速并行计算环境的“P-LUT”方法进行快速计算；将RGB分量的全息图序列分别进行再现，并进行色彩融合后获得彩色的再现像。
所述步骤2）中的随机位相型全息图序列通过如下所述的位相型查表法获得：
a.根据“瑞利-索末菲衍射公式”，在计算机中存储具有归一化振幅的处于主光轴上不同深度位置物点，简称“主点”，衍射至全息面的复振幅的位相分布；
b.对于给定深度位置任意非轴上的点，查找计算机中相应深度位置上主点的位相分布；
c.进行2D平移后获得非轴上点在全息面的位相分布；
d.结合该点的振幅信息以获得该物点在全息面的复振幅；
e.对获得的全息面复振幅进行位相编码获得位相型全息图；
f.将3D目标各点的振幅信息附加上不同的动态随机位相因子，计算多幅具有不同位相分布模式的位相型全息图序列，即随机位相型全息图序列。
所述步骤3）中的同步控制器所控制的是六个空间光调制器上位相型全息图的同步加载和显示，即：在同一时间将两个正交视角下的三基色分量位相型全息图分别传输到对应的六个空间光调制器，其中红色成像光束所对应的两个空间光调制器加载红色分量位相型全息图，绿色成像光束所对应的两个空间光调制器加载绿色分量位相型全息图，蓝色成像光束所对应的两个空间光调制器加载蓝色分量位相型全息图。
如图1所示，一种透射式液晶空间光调制器正交组合全息显示装置，应用于上述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，包括第一不可见光激光器1、第二不可见光激光器19，用于激发红色荧光，第三不可见光激光器13、第四不可见光激光器27，用于激发绿色荧光，第五不可见光激光器14、第六不可见光激光器32，用于激发蓝色荧光；第一扩束准直器2，第二扩束准直器12，第三扩束准直器15，第四扩束准直器20，第五扩束准直器28，第六扩束准直器33；第一偏振片3，第二偏振片5，第三偏振片9，第四偏振片11，第五偏振片16，第六偏振片18，第七偏振片21，第八偏振片23，第九偏振片29，第十偏振片31，第十一偏振片34，第十二偏振片36；第一平面反射镜6，第二平面反射镜24；第一二向色滤镜7，第二二向色滤镜8，第三二向色滤镜25，第四二向色滤镜26；第一空间光调制器驱动模块37，第二空间光调制器驱动模块38；第一透射式液晶空间光调制器4-1，第二透射式液晶空间光调制器10-1，第三透射式液晶空间光调制器17-1，第四透射式液晶空间光调制器22-1，第五透射式液晶空间光调制器30-1，第六透射式液晶空间光调制器35-1；计算与控制中心39，真彩色透明荧光介质40。
水平方向上的所述第一不可见光激光器1发出的激光束，经过第一扩束准直器2、第一偏振片3、第一透射式液晶空间光调制器4-1，经第一透射式液晶空间光调制器4-1调制后的光束经过第二偏振片5、第一平面反射镜6、第一二向色滤镜7、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；水平方向上的所述第三不可见光激光器13发出的激光束，经过第二扩束准直器12、第四偏振片11、第二透射式液晶空间光调制器10-1，经第二透射式液晶空间光调制器10-1调制后的光束经过第三偏振片9、第一二向色滤镜7、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；水平方向上的所述第五不可见光激光器14发出的激光束，经过第三扩束准直器15、第五偏振片16、第三透射式液晶空间光调制器17-1，经过第三透射式液晶空间光调制器17-1调制后的光束经过第六偏振片18、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质40。
垂直方向上的所述第二不可见光激光器19发出的激光束，经过第四扩束准直器20、第七偏振片21、第四透射式液晶空间光调制器22-1，经过第四透射式液晶空间光调制器22-1调制后的光束经过第八偏振片23、第二平面反射镜24、第三二向色滤镜25、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；垂直方向上的所述第四不可见光激光器27发出的激光束，经过第五扩束准直器28、第九偏振片29、第五透射式液晶空间光调制器30-1，经过第五透射式液晶空间光调制器30-1调制后的光束经过第十偏振片31，第三二向色滤镜25、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；垂直方向上的所述第六不可见光激光器32发出的激光束，经过第六扩束准直器33、第十一偏振片34、第六透射式液晶空间光调制器35-1，经过第六透射式液晶空间光调制器35-1调制后的光束经过第十二偏振片36、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质40。
在真彩色透明荧光介质40的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一透射式液晶空间光调制器4-1，第二透射式液晶空间光调制器10-1，第三透射式液晶空间光调制器17-1与第一空间光调制器驱动模块37连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器1、第三不可见光激光器13、第五不可见光激光器14发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四透射式液晶空间光调制器22-1，第五透射式液晶空间光调制器30-1，第六透射式液晶空间光调制器35-1与第二空间光调制器驱动模块38连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器19、第四不可见光激光器27、第六不可见光激光器32发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心39与第一空间光调制器驱动模块37、第二空间光调制器驱动模块38连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个透射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
如图2所示，一种反射式液晶空间光调制器正交组合全息显示装置，将第一透射式液晶空间光调制器4-1，第二透射式液晶空间光调制器10-1，第三透射式液晶空间光调制器17-1，第四透射式液晶空间光调制器22-1，第五透射式液晶空间光调制器30-1，第六透射式液晶空间光调制器35-1替换为第一反射式液晶空间光调制器4-2，第二反射式液晶空间光调制器10-2，第三反射式液晶空间光调制器17-2，第四反射式液晶空间光调制器22-2，第五反射式液晶空间光调制器30-2，第六反射式液晶空间光调制器35-2；并增加第一分光片42、第二分光片43、第三分光片44、第四分光片45、第五分光片46、第六分光片47。
垂直方向上的所述第一不可见光激光器1发出的激光束，经过第一扩束准直器2、第一偏振片3后，经第一分光片42反射后照射第一反射式液晶空间光调制器4-2，经过第一反射式液晶空间光调制器4-2调制后的光束通过第一分光片42、第二偏振片5、第一平面反射镜6、第一二向色滤镜7、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；垂直方向上的所述第三不可见光激光器13发出的激光束，经过第二扩束准直器12、第四偏振片11后，经第二分光片43反射后照射第二反射式液晶空间光调制器10-2，经第二反射式液晶空间光调制器10-2调制后的光束通过第二分光片43、第三偏振片9、第一二向色滤镜7、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；垂直方向上的所述第五不可见光激光器14发出的激光束，经过第三扩束准直器15、第五偏振片16后，经第三分光片44反射后照射第三反射式液晶空间光调制器17-2，经过第三反射式液晶空间光调制器17-2调制后的光束通过第三分光片44、第六偏振片18、第二二向色滤镜8出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质40。
水平方向上的所述第二不可见光激光器19发出的激光束，经过第四扩束准直器20、第七偏振片21后，经第四分光片45反射后照射第四反射式液晶空间光调制器22-2，经过第四反射式液晶空间光调制器22-2调制后的光束经过第四分光片45、第八偏振片23、第二平面反射镜24、第三二向色滤镜25、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；水平方向上的所述第四不可见光激光器27发出的激光束，经过第五扩束准直器28、第九偏振片29、经第五分光片46反射后照射第五反射式液晶空间光调制器30-2，经过第五反射式液晶空间光调制器30-2调制后的光束经过第五分光片46、第十偏振片31，第三二向色滤镜25、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；水平方向上的所述第六不可见光激光器32发出的激光束，经过第六扩束准直器33、第十一偏振片34、经第六分光片47反射后照射第六反射式液晶空间光调制器35-2，经过第六反射式液晶空间光调制器35-2调制后的光束经过第六分光片47、第十二偏振片36、第四二向色滤镜26出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质40。
在真彩色透明荧光介质40的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一反射式液晶空间光调制器4-2，第二反射式液晶空间光调制器10-2，第三反射式液晶空间光调制器17-2与第一空间光调制器驱动模块37连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器1、第三不可见光激光器13、第五不可见光激光器14发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四反射式液晶空间光调制器22-2，第五反射式液晶空间光调制器30-2，第六反射式液晶空间光调制器35-2与第二空间光调制器驱动模块38连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器19、第四不可见光激光器27、第六不可见光激光器32发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心39与第一空间光调制器驱动模块37、第二空间光调制器驱动模块38连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个反射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
Claims (6)
1.一种液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）根据真彩色3D物体的色彩信息和位相信息，分别计算水平观察方向相隔90°视角下的位相型全息图；
2）采用基于快速并行计算环境的位相型查表法，P-LUT，实现随机位相型全息图序列的快速计算；
3）对两组再现装置中液晶空间光调制器加载全息图的过程进行同步控制和再现；
4）通过真彩色透明荧光介质对所再现的3D 实像进行空间立体承载，以提高真彩色3D 实像的空间立体感和观看视角。
2.根据权利要求1所述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，其特征在于，所述步骤1）中的位相型全息图通过如下方法获得：先将真彩色3D目标分解为RGB三基色分量，各分量均包含色彩和位相信息，每个分量的全息图序列依据上述步骤2）基于快速并行计算环境的“P-LUT”方法进行快速计算；将RGB分量的全息图序列分别进行再现，并进行色彩融合后获得彩色的再现像。
3.根据权利要求1所述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，其特征在于，所述步骤2）中的随机位相型全息图序列通过如下所述的位相型查表法获得：
a.根据“瑞利-索末菲衍射公式”，在计算机中存储具有归一化振幅的处于主光轴上不同深度位置物点，简称“主点”，衍射至全息面的复振幅的位相分布；
b.对于给定深度位置任意非轴上的点，查找计算机中相应深度位置上主点的位相分布；
c.进行2D平移后获得非轴上点在全息面的位相分布；
d.结合该点的振幅信息以获得该物点在全息面的复振幅；
e.对获得的全息面复振幅进行位相编码获得位相型全息图；
f.将3D目标各点的振幅信息附加上不同的动态随机位相因子，计算多幅具有不同位相分布模式的位相型全息图序列，即随机位相型全息图序列。
4.根据权利要求1所述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，其特征在于，所述步骤3）中的同步控制器所控制的是六个空间光调制器上位相型全息图的同步加载和显示，即：在同一时间将两个正交视角下的三基色分量位相型全息图分别传输到对应的六个空间光调制器，其中红色成像光束所对应的两个空间光调制器加载红色分量位相型全息图，绿色成像光束所对应的两个空间光调制器加载绿色分量位相型全息图，蓝色成像光束所对应的两个空间光调制器加载蓝色分量位相型全息图。
5.一种液晶空间光调制器正交组合全息显示装置，应用于根据权利要求1所述的液晶空间光调制器正交组合全息显示方法，其特征在于，包括第一不可见光激光器（1）、第二不可见光激光器（19），用于激发红色荧光，第三不可见光激光器（13）、第四不可见光激光器（27），用于激发绿色荧光，第五不可见光激光器（14）、第六不可见光激光器（32），用于激发蓝色荧光；第一扩束准直器（2），第二扩束准直器（12），第三扩束准直器（15），第四扩束准直器（20），第五扩束准直器（28），第六扩束准直器（33）；第一偏振片（3），第二偏振片（5），第三偏振片（9），第四偏振片（11），第五偏振片（16），第六偏振片（18），第七偏振片（21），第八偏振片（23），第九偏振片（29），第十偏振片（31），第十一偏振片（34），第十二偏振片（36）；第一平面反射镜（6），第二平面反射镜（24）；第一二向色滤镜（7），第二二向色滤镜（8），第三二向色滤镜（25），第四二向色滤镜（26）；第一空间光调制器驱动模块（37），第二空间光调制器驱动模块（38）；第一透射式液晶空间光调制器（4-1），第二透射式液晶空间光调制器（10-1），第三透射式液晶空间光调制器（17-1），第四透射式液晶空间光调制器（22-1），第五透射式液晶空间光调制器（30-1），第六透射式液晶空间光调制器（35-1）；计算与控制中心（39），真彩色透明荧光介质（40）；
水平方向上的所述第一不可见光激光器（1）发出的激光束，经过第一扩束准直器（2）、第一偏振片（3）、第一透射式液晶空间光调制器（4-1），经第一透射式液晶空间光调制器（4-1）调制后的光束经过第二偏振片（5）、第一平面反射镜（6）、第一二向色滤镜（7）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；水平方向上的所述第三不可见光激光器（13）发出的激光束，经过第二扩束准直器（12）、第四偏振片（11）、第二透射式液晶空间光调制器（10-1），经第二透射式液晶空间光调制器（10-1）调制后的光束经过第三偏振片（9）、第一二向色滤镜（7）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；水平方向上的所述第五不可见光激光器（14）发出的激光束，经过第三扩束准直器（15）、第五偏振片（16）、第三透射式液晶空间光调制器（17-1），经过第三透射式液晶空间光调制器（17-1）调制后的光束经过第六偏振片（18）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质（40）；
垂直方向上的所述第二不可见光激光器（19）发出的激光束，经过第四扩束准直器（20）、第七偏振片（21）、第四透射式液晶空间光调制器（22-1），经过第四透射式液晶空间光调制器（22-1）调制后的光束经过第八偏振片（23）、第二平面反射镜（24）、第三二向色滤镜（25）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；垂直方向上的所述第四不可见光激光器（27）发出的激光束，经过第五扩束准直器（28）、第九偏振片（29）、第五透射式液晶空间光调制器（30-1），经过第五透射式液晶空间光调制器（30-1）调制后的光束经过第十偏振片（31），第三二向色滤镜（25）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；垂直方向上的所述第六不可见光激光器（32）发出的激光束，经过第六扩束准直器（33）、第十一偏振片（34）、第六透射式液晶空间光调制器（35-1），经过第六透射式液晶空间光调制器（35-1）调制后的光束经过第十二偏振片（36）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质（40）；
在真彩色透明荧光介质（40）的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一透射式液晶空间光调制器（4-1），第二透射式液晶空间光调制器（10-1），第三透射式液晶空间光调制器（17-1）与第一空间光调制器驱动模块（37）连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器（1）、第三不可见光激光器（13）、第五不可见光激光器（14）发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四透射式液晶空间光调制器（22-1），第五透射式液晶空间光调制器（30-1），第六透射式液晶空间光调制器（35-1）与第二空间光调制器驱动模块（38）连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器（19）、第四不可见光激光器（27）、第六不可见光激光器（32）发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心（39）与第一空间光调制器驱动模块（37）、第二空间光调制器驱动模块（38）连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个透射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
6.根据权利要求5所述的液晶空间光调制器正交组合全息显示装置，其特征在于，将第一透射式液晶空间光调制器（4-1），第二透射式液晶空间光调制器（10-1），第三透射式液晶空间光调制器（17-1），第四透射式液晶空间光调制器（22-1），第五透射式液晶空间光调制器（30-1），第六透射式液晶空间光调制器（35-1）替换为第一反射式液晶空间光调制器（4-2），第二反射式液晶空间光调制器（10-2），第三反射式液晶空间光调制器（17-2），第四反射式液晶空间光调制器（22-2），第五反射式液晶空间光调制器（30-2），第六反射式液晶空间光调制器（35-2）；并增加第一分光片（42）、第二分光片（43）、第三分光片（44）、第四分光片（45）、第五分光片（46）、第六分光片（47）；
垂直方向上的所述第一不可见光激光器（1）发出的激光束，经过第一扩束准直器（2）、第一偏振片（3）后，经第一分光片（42）反射后照射第一反射式液晶空间光调制器（4-2），经过第一反射式液晶空间光调制器（4-2）调制后的光束通过第一分光片（42）、第二偏振片（5）、第一平面反射镜（6）、第一二向色滤镜（7）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L1；垂直方向上的所述第三不可见光激光器（13）发出的激光束，经过第二扩束准直器（12）、第四偏振片（11）后，经第二分光片（43）反射后照射第二反射式液晶空间光调制器（10-2），经第二反射式液晶空间光调制器（10-2）调制后的光束通过第二分光片（43）、第三偏振片（9）、第一二向色滤镜（7）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L2；垂直方向上的所述第五不可见光激光器（14）发出的激光束，经过第三扩束准直器（15）、第五偏振片（16）后，经第三分光片（44）反射后照射第三反射式液晶空间光调制器（17-2），经过第三反射式液晶空间光调制器（17-2）调制后的光束通过第三分光片（44）、第六偏振片（18）、第二二向色滤镜（8）出射后，形成垂直方向的不可见光成像光束L3；不可见光成像光束L1、L2和L3以垂直方向通过真彩色透明荧光介质（40）；
水平方向上的所述第二不可见光激光器（19）发出的激光束，经过第四扩束准直器（20）、第七偏振片（21）后，经第四分光片（45）反射后照射第四反射式液晶空间光调制器（22-2），经过第四反射式液晶空间光调制器（22-2）调制后的光束经过第四分光片（45）、第八偏振片（23）、第二平面反射镜（24）、第三二向色滤镜（25）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L4；水平方向上的所述第四不可见光激光器（27）发出的激光束，经过第五扩束准直器（28）、第九偏振片（29）、经第五分光片（46）反射后照射第五反射式液晶空间光调制器（30-2），经过第五反射式液晶空间光调制器（30-2）调制后的光束经过第五分光片（46）、第十偏振片（31），第三二向色滤镜（25）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L5；水平方向上的所述第六不可见光激光器（32）发出的激光束，经过第六扩束准直器（33）、第十一偏振片（34）、经第六分光片（47）反射后照射第六反射式液晶空间光调制器（35-2），经过第六反射式液晶空间光调制器（35-2）调制后的光束经过第六分光片（47）、第十二偏振片（36）、第四二向色滤镜（26）出射后，形成水平方向的不可见光成像光束L6；不可见光成像光束L4、L5、L6以水平方向通过真彩色透明荧光介质（40）；
在真彩色透明荧光介质（40）的作用下，垂直方向上的不可见光成像光束L1和水平方向上的不可见光成像光束L4联合激发，再现出3D实像的红色分量成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L2和水平方向上的不可见光成像光束L5联合激发再现出3D实像的绿色分量的成像光束；垂直方向上的不可见光成像光束L3和水平方向上的不可见光成像光束L6联合激发再现出3D实像的蓝色分量成像光束；激发出的各颜色分量成像光束融合而成真彩色的全息3D影像；其中，所述第一反射式液晶空间光调制器（4-2），第二反射式液晶空间光调制器（10-2），第三反射式液晶空间光调制器（17-2）与第一空间光调制器驱动模块（37）连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体垂直分量的三基色全息图，分别对第一不可见光激光器（1）、第三不可见光激光器（13）、第五不可见光激光器（14）发出的不可见激光束分别进行调制；所述第四反射式液晶空间光调制器（22-2），第五反射式液晶空间光调制器（30-2），第六反射式液晶空间光调制器（35-2）与第二空间光调制器驱动模块（38）连接并进行控制，通过分别加载真彩色3D物体水平分量的三基色全息图，分别对第二不可见光激光器（19）、第四不可见光激光器（27）、第六不可见光激光器（32）发出的不可见激光束进行调制；计算与控制中心（39）与第一空间光调制器驱动模块（37）、第二空间光调制器驱动模块（38）连接并进行统一控制，实现对随机位相型全息图序列的快速计算以及六个反射式液晶空间光调制器上的位相型全息图加载过程进行同步控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151028 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |