CN106501952B - 大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三维立体显示技术领域，尤其涉及一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法。该方法包括：在空间光调制器上加载实时生成的计算全息图；通过设置在所述空间光调制器的像素结构出光面上的微透镜阵列或与微透镜阵列具有相同光学特性的衍射光学元件改变光路形成大视场角，所述微透镜阵列中的各个微透镜与所述空间光调制器像素结构的各像素点一一对应。实现了在节约成本和简化系统结构设计的同时扩大三维全息显示的视场角，做到大尺寸再现。并且由于系统结构的优化，使得空间光调制器上的像素能够充分利用避免了分辨率的损失，同时提供了较高的显示精细度，满足了人们日益增长的需求。

Description

大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法
技术领域
本发明涉及三维立体显示技术领域，尤其涉及一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法。
背景技术
空间光调制器是加载全息图进行三维物体重建的器件，是动态全息三维显示的核心部件，因此，空间光调制器器件水平决定了再现像尺寸、分辨率和视场角等再现效果。空间光调制器的带宽积可以近似表示为空间光调制器的显示面板和最小像素面积的比值。现有增大空间带宽积的方法分为空分复用和时分复用两种。空分复用是通过多个空调光调制的拼接增大系统的空间带宽积，时分复用是通过扫描在时间上进行拼接。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中大视场大尺寸仿生全息三维动态显示系统结构复杂视场小的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法，包括：
在空间光调制器上加载实时生成的计算全息图；
通过设置在所述空间光调制器的像素结构出光面上的微透镜阵列改变光路形成大视场角，所述微透镜阵列中的各个微透镜与所述空间光调制器像素结构的各像素点一一对应。
根据本发明，还包括：在空间光调制器上加载实时生成的计算全息图的同时，利用相干光源或部分相干光源进行扩束、准直得到所需要的光波波前照射到空间光调制器上。
根据本发明，所述微透镜阵列中每个所述微透镜的焦距等于其与所述空间光调制器的距离。
根据本发明，所述微透镜阵列位于与所述像素结构平行的平面内。
根据本发明，所述微透镜阵列形成朝向远离所述像素结构凸出的抛物面结构。
根据本发明，所述微透镜阵列形成朝向靠近所述像素结构一侧凸出的抛物面结构。
本发明还提供了一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法，包括：
在空间光调制器上加载实时生成的计算全息图；
通过设置在所述空间光调制器的出光方向上的衍射光学元件改变光路形成大视场角，所述衍射光学元件与微透镜阵列具有相同的光学特性。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法通过在空间光调制器的像素结构出光面上设置微透镜阵列改变光路扩大视场角，实现了在节约成本和简化系统结构设计的同时扩大三维全息显示的视场角，做到大尺寸再现。并且由于系统结构的优化，使得空间光调制器上的像素能够充分利用避免了分辨率的损失，同时提供了较高的显示精细度，满足了人们日益增长的需求。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的光路原理图；
图2是本发明实施例二提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的第一种光路原理图；
图3是本发明实施例二提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的第二种光路原理图；
图4是本发明实施例三提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的第一种光路原理图；
图5是本发明实施例三提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的第二种光路原理图；
图6是本发明实施例三提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法的第三种光路原理图。
图中：1：空间光调制器；2：像素点；3：微透镜阵列；4：衍射光学元件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法，包括以下步骤：
在空间光调制器1上加载实时生成的计算全息图；
通过设置在空间光调制器1的像素结构出光面上的微透镜阵列3改变光路形成大视场角，微透镜阵列3中的各个微透镜与空间光调制器1像素结构的各像素点2一一对应。优选地，本实施例中微透镜阵列3中每个微透镜的焦距等于其与空间光调制器1的距离。每个微透镜的设置角度具体根据其对应的像素点2进行调节，实现视场角的扩大。微透镜阵列3可以设置为类似鱼眼结构，实现大视角。
具体地，本实施例中还包括在空间光调制器1上加载实时生成的计算全息图的同时，利用相干光源或部分相干光源进行扩束、准直得到所需要的光波波前照射到空间光调制器1上。
本发明实施例提供的大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法通过在空间光调制器1的像素结构出光面上设置微透镜阵列3改变光路扩大视场角，实现了在节约成本和简化系统结构设计的同时扩大三维全息显示的视场角，做到大尺寸再现。并且由于系统结构的优化，使得空间光调制器1上的像素能够充分利用避免了分辨率的损失，同时提供了较高的显示精细度，满足了人们日益增长的需求。
优选地，本实施例中的微透镜阵列3位于与像素结构平行的平面内。如图1所示，准直光照射到空间光调制器1后，微透镜阵列3中与各像素点2相对应的微透镜对光线发生衍射，每个微透镜的最大衍射角为θ，最终形成的视场角为α，满足α＝2θ＝2arctan(d/2g)，式中，d为空间光调制器1的像素点2尺寸，g为微透镜与空间光调制器1的距离。选用的微透镜的焦距越小，距离空间光调制器1的距离越小扩大的视场角也会越大。例如微透镜选用尺寸为0.125mm，焦距为0.4mm时，形成的视场角为17.8°。选用尺寸为1mm，焦距为3.3mm时，形成的视场角为17.2°。
实施例二
本实施例二与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例二公开的内容，本实施例二与实施例一的不同在于：本实施例中的微透镜阵列3呈曲面结构。如图2所示，第一种方式中微透镜阵列3形成朝向靠近像素结构一侧凸出的抛物面结构。如图3所示，第二种方式中微透镜阵列3形成朝向远离像素结构凸出的抛物面结构。其中，第一种方式观察到的像为实像，第二种方式观察到的像为虚像。微透镜本身对像素点2的衍射角就具有放大的功能，平面微透镜阵列3与曲面微透镜阵列3扩大视场角的基本原理相同，都是利用光学系统改变光线传输方向，但是，第一种方式中视场角α和最大衍射角θ同样满足α＝2θ＝2arctan(d/2g)，第二种方式中最终形成的视场角由每个全息单元的视场角决定，成像范围小于所有全息单元的视场角的叠加。每个全息单元的视场角即多个像素点2组成的子阵列对应的最大衍射角。
实施例三
本发明实施例还提供了一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法，包括以下步骤：
在空间光调制器1上加载实时生成的计算全息图；
通过设置在空间光调制器1的出光方向上的衍射光学元件4改变光路形成大视场角，衍射光学元件4与微透镜阵列3具有相同的光学特性。
本实施例中的衍射光学元件4与微透镜阵列3具有相同的光学特性，统一能够扩大视场角。衍射光学元件4的制作过程决定了不同的衍射光学元件4对光线传输有不同的影响。具体地，本实施例中衍射光学元件4的制作可以通过微透镜阵列3的一束波前与一束平行光波前进行干涉，利用特定材料记录其衍射图样形成具有与微透镜阵列3具有同样光学特性的衍射光学元件4。
本实施例中具体给出了三种不同衍射光学元件4的扩大视场角的光路原理图：
如图4所示，第一种衍射光学元件4使得由衍射光学元件4出来的光路呈朝向空间光调制器1凸起的曲面，如图4中虚线框中所示，每一个像素点2处对应的最大衍射角为θ，最终形成的视场角为α。
如图5所示，第二种衍射光学元件4使得由衍射光学元件4出来的光路呈一平面，如图5中虚线框中所示，每一个像素点2处对应的最大衍射角为θ，最终形成的视场角为α。
如图6所示，第三种衍射光学元件4使得由衍射光学元件4出来的光路呈背离空间光调制器1凸起的曲面，如图6中虚线框中所示，多个像素点2组成的子阵列处对应的最大衍射角为θ，最终形成的视场角为α。多个像素点2组成的子阵列称为一个全息单元，最终形成的视场角由每个全息单元的视场角决定，成像范围小于所有全息单元的视场角的叠加。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种大视场大尺寸仿生全息三维动态显示方法，其特征在于，包括：
在空间光调制器上加载实时生成的计算全息图，同时利用相干光源或部分相干光源进行扩束、准直得到所需要的光波波前照射到空间光调制器上；
通过设置在所述空间光调制器的像素结构出光面上的微透镜阵列改变光路形成大视场角，所述微透镜阵列中的各个微透镜与所述空间光调制器像素结构的各像素点一一对应，所述微透镜阵列中每个所述微透镜的焦距等于其与所述空间光调制器的距离；
所述微透镜阵列位于与所述像素结构平行的平面内；准直光照射到所述空间光调制器后，所述微透镜阵列中与所述空间光调制器像素结构的各像素点相对应的微透镜对光线发生衍射，每个所述微透镜的最大衍射角θ为arctan(d/2g)，最终形成的视场角α为2θ；其中，d为所述空间光调制器的像素点尺寸，g为所述微透镜与所述空间光调制器之间的距离；
或者，所述微透镜阵列形成朝向远离所述像素结构凸出的抛物面结构；
或者，所述微透镜阵列形成朝向靠近所述像素结构一侧凸出的抛物面结构。
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