CN105204312B - 一种基于数字柱透镜的全息投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于数字柱透镜的全息投影系统。本系统包括一个激光器、一个滤波器、一个准直透镜、两个空间光调制器（SLM）、一个接收屏。所述的滤波器、准直透镜用于将激光器发出的激光扩束形成准直平面光，准直透镜之后的SLM为SLM1，接收屏之前的SLM为SLM2，通过编程将数字凸透镜加载在原全息图上，再将新生成的全息图加载在SLM1上，在SLM2上加载数字柱透镜，经过SLM1对光的调制在其后形成全息再现像，全息再现像经过SLM2上的数字柱透镜的单方向调制，形成一个不同方向上不同程度放大的再现像。本发明简化了投影系统的结构，缩小了系统体积，其成本较低，具有一定的应用前景。

Description

一种基于数字柱透镜的全息投影系统
技术领域
本发明涉及投影技术，更具体地说，本发明涉及一种基于数字柱透镜的全息投影系统。
背景技术
20世纪中期，随着科学技术的进步，电影开始向大画面、大视野、立体感、临场感方向发展，宽银幕电影于1953年问世，它的产生和发展同宽银幕放映镜头（核心部件为柱透镜）的出现和发展息息相关。宽银幕放映物镜与普通银幕放映物镜的成像关系不同。被它成像的画面是一张“变形”的图片，图片上的景物与实物的比例因方位而异，在子午方向上有一个固定的比例，在弧矢方向上有一个固定的比例。通用的宽银幕放映物镜是由普通放映物镜和变形镜组合起来的，其中变形镜在子午和弧矢方向上具有不同的放大率，这两种放大率恰恰与电影图片上的子午和弧矢放大率匹配，放映后使银幕上重现原景的正常图样。
全息显示是一种真三维显示技术，观看者可在不佩戴助视眼镜的情况下观看到立体图像，这种显示在不久的将来也会运用到电影。如何解决全息投影中各项异性的操作也是我们需要考虑的问题。随着计算机性能的提升和光电器件的发展，基于空间光调制器(SLM)的计算全息显示的优点愈加突出，为全息带来了很大的发展空间。然而，受现有SLM自身结构的限制，计算全息再现像的尺寸比较小，无法满足人们的实际需求。因此国内外学者对此开展了相关的研究，并取得了一些成果。通过减小全息图抽样间距来扩大再现像大小的同时将会降低再现像的视角。另外许多团队提出水平方向上多个SLM拼接实现单方向上的大尺寸投影，但并没有实现竖直方向上的再现像的放大，且由于多个SLM的拼接会丢失物体的高频信息，难以实现真正的无缝拼接，且该系统结构复杂、费用昂贵，从而限制了它的实用性。柱透镜作为最常用的一类透镜，是在透明介质制作的实心圆柱上平行于圆柱的轴切下来一片所得到的。一个柱透镜对物成像，只在弧矢方向有会聚或发散作用，子午方向如同平板玻璃，不对光束有会聚或发散作用。实验发现，柱透镜可以把图像在弧矢方向上按照不同的倍数进行放大，并且放大的程度跟柱透镜的焦距有关系。由柱透镜及凸透镜组合成的光学系统克服了传统球透镜组成的光学系统不能实现各向异性操作的缺点，增强了光路设置的灵活性。然而这种组合为机械式缩放成像系统，实用性依然受到很大的限制，从而使得采用SLM进行主动缩放得到了广泛的关注。
发明内容
本发明提出一种基于数字柱透镜的全息投影系统。如附图1所示，该系统包括一个激光器、一个滤波器、一个准直透镜、两个SLM、一个接收屏。所述的滤波器、准直透镜用于将激光器发出的激光扩束形成准直平面光，准直透镜之后的SLM为SLM1，接收屏之前的SLM为SLM2，通过编程将数字凸透镜加载在原全息图上,再将新生成的全息图加载在SLM1上，在SLM2上加载数字柱透镜，经过SLM1对光的调制在其后形成全息再现像，全息再现像经过SLM2上的数字柱透镜的单方向调制，形成一个不同方向上不同程度放大的再现像。
两个SLM及接收屏组成全息成像缩放模块，附图2为该全息成像缩放模块的原理示意图，其中P为光源的位置，为光源经过SLM1的调制形成的全息再现像的位置，是光源与SLM1之间的距离，是SLM1与SLM2之间的距离，是SLM2与接收屏之间的距离。设加载在SLM1上的数字凸透镜及加载在SLM2上的数字柱透镜的焦距分别为和，则距离SLM1的距离为，处的全息再现像的大小为：
（1）
式中，为光源的波长，p为SLM的像素间距。因此，距离SLM2之间的距离为，在SLM2上加载数字柱透镜的全息图，根据柱透镜弧矢方向上的成像公式可以得到：
（2）
当SLM1、SLM2及接收屏的位置保持不变，即上式中和固定时，和满足（2）式的关系。全息再现像经过数字柱透镜的单方向调制后，数字柱透镜在弧矢方向上的放大倍率为：
（3）
所以接收屏上的再现像在数字柱透镜的弧矢方向上的大小为：
（4）
当、p、 固定时，整个全息成像缩放模块在数字柱透镜的弧矢方向上的放大率为：
（5）
由于数字柱透镜对全息再现像在子午方向上相当于平板玻璃的作用，所以接收屏上的再现像在数字柱透镜的子午方向上的大小为：
（6）
整个全息成像缩放模块在数字柱透镜的子午方向上的放大率为：
（7）
优选地，加载在SLM1上的数字凸透镜的相位满足：
（8）
优选地，加载在SLM2上的数字柱透镜相位满足：
（9）
其中，x和y为笛卡尔坐标，从数字凸透镜及数字柱透镜的中心开始测量，表示取模操作。取模操作是为了使数字凸透镜及数字柱透镜在理论上的衍射效率能够达到100%，SLM1、SLM2上每一个像素的相位都能在范围内变化。
附图说明
附图1为本发明的一种基于数字柱透镜的全息投影系统示意图。
附图2为本发明的全息成像缩放模块的原理示意图。
上述各附图中的图示标号为：
1激光器、2滤波器、3准直透镜、4 SLM1、5 SLM2、6接收屏
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于数字柱透镜的全息投影系统的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一个实施例为，激光器为波长为532nm的绿色信号光，SLM1、SLM2的像素间距为8um，分辨率为1920×1080，之间的距离为30cm，SLM2与之后的接收屏之间的距离为15cm，要使得SLM1、SLM2及接收屏的位置保持不变，SLM1和SLM2上加载的数字凸透镜及数字柱透镜的焦距满足式（2），即：
（10）
在SLM1上加载焦距为60cm的数字凸透镜，在SLM2上加载焦距为30cm的横向放置的数字柱透镜，于是根据式（5）可以得到，在接收屏上的像在竖直方向上的放大率为：
（11）
根据式（7）可以得到，在接收屏上的像在横向上的放大率为：
（12）
即在接收屏上成不同方向上不同放大程度的正立的像。

Claims (1)

1.一种基于数字柱透镜的全息投影系统，其特征在于，该系统包括一个激光器、一个滤波器、一个准直透镜、两个SLM、一个接收屏；准直透镜之后的SLM为SLM1，接收屏之前的SLM为SLM2，通过编程将数字凸透镜加载在原全息图上，再将新生成的全息图加载在SLM1上，在SLM2上加载数字柱透镜，经过SLM1对光的调制在其后形成全息再现像，全息再现像经过SLM2上的数字柱透镜的单方向调制，形成一个不同方向上不同程度单独放大的像；设d1是光源与SLM1之间的距离，d2是SLM1与SLM2之间的距离，d3是SLM2与接收屏之间的距离，设加载在SLM1上的数字凸透镜及加载在SLM2上的数字柱透镜的焦距分别为f1和f2，P为光源的位置，P1为光源经过SLM1的调制形成的全息再现像的位置，其中P1距离SLM1的距离为f1；P1处的全息再现像的的大小为其中λ为光源的波长，p为SLM的像素间距，在SLM2上加载了数字柱透镜的全息图，根据柱透镜弧矢方向的成像公式当d2和d3固定时，f1和f2满足柱透镜成像公式，并且可以得到全息再现像经过横向柱透镜的单方向调制后，接收屏上接收到的像在数字柱透镜的弧矢方向上放大了接收屏上的再现像在数字柱透镜的弧矢方向上的大小为当λ、p、d3固定时，整个全息成像缩放模块在数字柱透镜的弧矢方向上的放大率为接收屏上的再现像在数字柱透镜的子午方向上的大小为整个全息成像缩放模块在数字柱透镜的子午方向上的放大率为
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110375673B (zh) * 2019-07-01 2021-04-16 武汉斌果科技有限公司 一种基于多焦投影系统的大景深二值离焦三维测量方法
CN111965664B (zh) * 2020-08-19 2024-01-23 深圳元戎启行科技有限公司 光发射装置、成像系统和发射光调制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102354068A (zh) * 2011-10-24 2012-02-15 苏州科技学院 一种基于液晶空间光调制器实现可变焦透镜的方法
CN104698802A (zh) * 2015-03-24 2015-06-10 四川大学 一种大尺寸计算全息再现方法
CN104777738A (zh) * 2015-04-17 2015-07-15 四川大学 一种消不良光的全息变焦系统
CN104898364A (zh) * 2011-04-28 2015-09-09 大日本印刷株式会社 投射装置和投射控制装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62209992A (ja) * 1986-03-11 1987-09-16 Canon Inc 表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104898364A (zh) * 2011-04-28 2015-09-09 大日本印刷株式会社 投射装置和投射控制装置
CN102354068A (zh) * 2011-10-24 2012-02-15 苏州科技学院 一种基于液晶空间光调制器实现可变焦透镜的方法
CN104698802A (zh) * 2015-03-24 2015-06-10 四川大学 一种大尺寸计算全息再现方法
CN104777738A (zh) * 2015-04-17 2015-07-15 四川大学 一种消不良光的全息变焦系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
柱透镜成像规律的研究;张恒;《河北工业大学硕士学位论文》;20081231;第1-19页 *

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