CN109270816A - 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 - Google Patents
一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109270816A CN109270816A CN201810932411.2A CN201810932411A CN109270816A CN 109270816 A CN109270816 A CN 109270816A CN 201810932411 A CN201810932411 A CN 201810932411A CN 109270816 A CN109270816 A CN 109270816A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- hologram
- wave information
- color
- primary colours
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 74
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 22
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 9
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N phenanthrene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052934 alunite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010424 alunite Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005571 horizontal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- KPZTWMNLAFDTGF-UHFFFAOYSA-D trialuminum;potassium;hexahydroxide;disulfate Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O KPZTWMNLAFDTGF-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/10—Processes or apparatus for producing holograms using modulated reference beam
- G03H1/12—Spatial modulation, e.g. ghost imaging
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
本申请提供一种全息图生成方法，包括：提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息；所述初始光波信息的振幅为单位振幅；相位为随机相位；在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播；所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述多个物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位；然后生成彩色全息图，并将彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。该方法能够生成可再现三维彩色像的彩色全息图。
Description
技术领域
本申请涉及彩色三维全息显示领域，更重要的，涉及一种全息图生成方法以及与该方法生成的全息图配套的一种彩色全息显示系统。
背景技术
随着图像处理技术的发展，全息图和全息投影在我们的日常生活及工作生产中有着广泛的应用前景。具体的，尤其在显示领域，全息图和全息投影的能量利用率远高于传统投影，而且具有体积小，结构简单，没有图像坏点，稳定性好等优势，目前彩色三维全息显示技术因为其真三维的显示特性受到广泛的关注，现阶段，学者们提出了很多种彩色全息显示的实现方法，大致可以分为两类，一类是传统全息应用全息干板实现的彩色信息显示，另一类是计算全息应用光调制器件承载全息图实现的彩色信息显示。随着计算机技术的迅速发展和普及，计算全息技术作为一种全息显示的先进方法得到了极大的发展。
计算全息技术主要是首先利用计算机算法设计出计算全息图 (Computer-Generated Holograms)，然后通过计算机控制将计算全息图加载到 SLM上，加载了全息图的SLM可对照明光束进行调制，调制后的光束衍射至屏幕上即可成像，目前的计算全息图主要有振幅型和相位型两种，对应的空间光调制器有振幅型、相位型和振幅相位兼具型。
现有的全息图生成方法多是将待显示物体对应生成三幅三基色全息图，然后在分别将三基色全息图加载到多个空间光调制器上，或依次加载到同一个空间光调制器上，经过调制才能显示出所要显示的物体的三维彩色像。而少没有能够用一幅全息图就包含待显示物体的全部信息，即用一幅全息图呈现待显示物体的三维彩色像。
由于现有全息图的生成方法，目前可实现全息彩色显示的技术有SLM拼接显示法、时分复用法、深度复用法、空间复用法、彩虹全息法和SLM面板区域复用法等方法。SLM拼接显示法需要用到三个SLM，成本高，系统复杂。时分复用法需要用到同步电路，并对SLM的帧频有很高要求，否则会产生视觉上的闪烁感。深度复用法和空间复用法会受到次生像的影响，难以成三维彩色像，而且衍射效率低，能量浪费严重。彩虹全息法损失了垂直方向的视角，成像效果欠佳。SLM面板区域复用法则损失了分辨率。
发明内容
本申请提供一种全息图生成方法，以解决现有全息图生成方法不能够用一幅全息图就能呈现待显示物体的三维彩色像；现有全息图生成方法产生的全息图在呈现待显示物体的再现像时易受次生像的影响等问题。本申请还提供了用于显示该全息图生成方法生成全息图的一种彩色全息显示系统，已解决现有彩色全息显示系统复杂，成本高；须时序显示RGB三个分量，对SLM的帧频要求高，否则会产生视觉上的闪烁感；全息图的再现像易受次生像影响的问题。
本申请提供一种全息图生成方法，包括：
提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位；
在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播，所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；
在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述多个物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，然后所述全息面上得到三基色子全息图；
将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图；
将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。
可选的，在每一轮迭代中，所述全息面和所述多个物面之间有多个不同的深度。
可选的，所述三基色光波信息按照菲涅耳衍射公式各自独立地在所述全息面与所述多个物面之间传播。
可选的，所述三基色光波信息在所述全息面到相应所述物面的衍射距离及取样间隔都同时设置为相同值。
可选的，每一轮迭代中，将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图之前，都将周期为两个像素的闪耀光栅附加到所述三基色子全息图上。
可选的，将所述三基色子全息图的像移动至0级衍射的所述光波信息处，并在所述全息面上叠加所述三基色子全息图的像构成彩色像。
一种彩色全息显示系统，包括：
光源单元，光束准直单元以及调制显示单元，其中：
所述光源单元，用于产生白光光束；
所述光束准直单元，用于准直并偏振所述白光光束为平行线偏振光；
所述调制显示单元用于根据相应全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述全息图的信息中待显示物体的再现像；
所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。
可选的，所述光源单元包括三基色激光器和集束光纤；
所述集束光纤设置于所述三基色激光器的光输出路径，并将所述三基色激光器发出的激光合成为白光光束并输出。
可选的，所述光束准直单元包括沿所述集束光纤的光输出路径依次设置的小孔滤波器、扩束镜和偏振片，其中：
所述小孔滤波器用于滤出所述白光光束的零频部分；
所述扩束透镜用于将所述零频部分的白光光束扩束为平面平行光；
所述偏振片用于将所述平面平行光偏振为平行线偏光。
可选的，所述调制显示单元包括空间光调制器和显示屏幕，其中：
所述空间光调制器设置于所述光束准直单元的线偏振光的输出路径，用于接收所述平行线偏振光，并根据相应全息图的信息对所述光束准直单元输出的平行线偏振光进行调制，并将调制后的光输出至所述显示屏幕。
可选的，所述空间光调制器为反射式空间光调制器。
可选的，所述彩色全息显示系统还包括与所述空间光调制器相连接的计算机，用于产生所述全息图，并将所述全息图的信息加载至所述空间光调制器。
可选的，所述平行线偏振光与所述空间光调制器能调制的偏振方向相同。
可选的，所述全息图为相位型全息图，所述空间光调制器为相位型硅基液晶空间光调制器。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
本申请提供一种全息图生成方法，包括：提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位；在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播，所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，并在所述全息面上得到三基色子全息图；将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图；将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。
该全息图生成方法通对三基色光波信息进行多轮迭代，并且在每一轮迭代过程中将所述光波信息在每一物面和全息面上替换振幅并保留相位，在多轮迭代后可以得到可以再现三维彩色像的相位型彩色全息图，一幅该彩色全息图即可包括待显示物体的全部信息，用该全息图生成方法产生的全息图在呈现再现象时，不易受到次生像的影响。
而且该全息图是将三基色子全息图的再现像移动至0级衍射光波信息处，并在全息面上叠加三基色子全息图的像构成的彩色像之后，再对三基色子全息图进行叠加生成的彩色全息图，所以该全息图可以利用0级衍射光能量，且具有更高的衍射效率。
本申请还提供一种彩色全息显示系统，本申请提供的显示系统用于呈现上述全息图生成方法生成的全息图，本申请提供一种彩色全息显示系统仅需一个空间光调制器即可同时再现三维物体红绿蓝三分量信息，这样所述彩色三维全息显示系统的结构就变得简单，成本更低。本申请不须时序显示RGB(红绿蓝) 三个分量，不会产生视觉上的闪烁感，对SLM(空间光调制器)刷新率要求不高，具有更高的成像质量。本申请提供的彩色显示系统在显示所述全息图的再现像时不会受到次生像的影响。
附图说明
图1是本申请提供的一种全息图生成方法步骤流程图。
图2是本申请提供的一种彩色三维全息显示系统示意图。
图3是本申请提供的一种彩色三维全息显示系统的显示步骤流程图。
图4是本申请提供的一种振幅和相位替换过程流程图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本申请提供一种全息图生成方法，本申请另外提供一种彩色全息显示系统。
实施例1
本申请提供一种全息图生成方法，所述全息图生成方法的具体实施例如下：
首先，根据全息图所要加载到的空间光调制器的相关参数确定该全息图的设计参数，然后根据全息图的设计参数将所要显示的三维场景(物体)编码成全息图，重要的是，如何以编码的方式产生全息图，如何对所述三基色子全息图处理才能生成再现三维彩色像的全息图。因为现有技术中一般都是将所要显示的物体对应生成三基色全息图，然后在分别将三基色全息图加载到多个空间光调制器上，或依次加载到同一个空间光调制器上，经过调制才能显示出所要显示的物体的三维彩色像。但是本申请实施例提供的全息图生成方法是将待显示物体的信息进行统一编码，并且生成一幅彩色全息图，将该彩色全息图加载到一个空间光调制器后，经过调制即可再现三维彩色像。如图1所示，其示出了本实施例提供的一种全息图生成方法步骤流程图下面给出了具体的方法和步骤详细介绍。结合图1对本申请实施例提供的一种全息图设计方法进行详细的说明。
该方法是对G-S算法的一种改进迭代算法，该算法是通过将G-S算法中的单色菲涅耳衍射替代为彩色菲涅耳衍射过程得到的。
首先需要明确本实施例中提供的一种全息图生成方法属于一种计算机制全息图(CGH)技术，CGH是随着计算机发展而产生的新的全息图制作技术。与传统光学全息不同，CGH不需要待显示物体的实际存在，而是把该物体的物波光波信息(一种数学表达式，包括：振幅、相位全部信息)输入计算机处理后，采取一定的编码方式生成全息图。由于，本申请实施例中提供的全息图生成方法是通过替换光波信息的振幅并保留相位而得到的，所以该全息图生成方法最终生成的能够再现三维彩色像的全息图为纯相位型全息图。本申请实施例中提供的一种全息图生成方法步骤如下：
步骤S11：在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在全息面和所述多个物面上将所述三基色光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，然后在所述全息面上得到三基色子全息图。
在执行本步骤之前，需要提供待显示物体多个物面三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息中的振幅为单位振幅，相位为随机相位。本申请实施例中提供的全息图生成方法不需要最终生成全息图信息中的待显示物体的实物，而是需要提供该待显示物体的物光三基色光波信息以及初始光波信息，三基色光波信息是对物光三基色光波进行抽样后得到的，该初始光波信息相当于参考光，用于照射物面。将两种光波信息输入到计算机中去，然后在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播。需要说明的是，本申请实施例中提供的方法有多个物面，每个物面上的物光波信息不同，也就是将待显示物体首先分割为多个不同的物面，然后再分别提供多个物面的物光三基色光波信息。在此，认为本申请实施例中待显示物体的物面为N个(N为整数且大于1)，每一物面依次命名为物面1、物面2、物面3…以此类推，一直到物面N。
在模拟所述初始光波信息在全息面与多个物面之间往返传播时，该初始光波信息由全息面传播到物面1，然后再由物面1传播到该全息面为一轮完整的迭代的第一步。所述初始光波信息在每一不同物面和全息面之间完成一次传播都为一轮迭代中的一步。所述初始光波信息在所有物面和全息面之间完成一次传播为一轮完整迭代。也就是说，初始光波信息从全息面传播到物面1，再由物面 1传播至全息面，为一轮完整迭代中的第一步，然后再从全息面传播至物面2，物面2传播至全息面，为一轮完整迭代中的第二步，…以此类推，一直到物面N 为一轮完整迭代。本申请实施例中要进行多轮完整迭代，才能最终生产再现三维彩色像的彩色全息图。以本申请实施例其中一轮迭代的第一步为例，第二至第N步的操作和第一步相同。在每一轮迭代的每一步中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述物面上将所述三基色中每一基色的光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，而且在每一轮完整迭代的最后在所述全息面上得到三基色子全息图。需要注意的是，当所述单位振幅的初始光波信息(参考光)传播到物面1上时，物面1上的每一基色光波信息的光场分布为U0(x0,y0) (以其中一个基色的物光光波信息为例，其它两个基色光波信息与之相同)，该物面1的物光光波信息衍射后的光场分布可由菲涅耳衍射公式得到，所述菲涅耳衍射公式的角谱形式如下所示：
其中U0(x0,y0)，U(x,y)分别为衍射前与衍射后该光波信息的光场分布，λ为初始光波信息的光波波长。
然后物面1上的三基色光波信息在传播至全息面以后的光场分布也可以用上述菲涅尔衍射公式计算出来。
在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所有所述物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位。由上面的陈述我们可以得到三基色光波信息分别在物面1和全息面上衍射前后的光场分布，不论是在物面1上，还是全息面上三基色光波信息的光场衍射后振幅替换且相位不变。即在物面1上将所述三基色光波信息每一基色光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位。振幅和相位替换过程如图4所示，其出示了本实施例提供的一种振幅和相位替换过程流程图。
其中，g1为原光场复振幅，|g1|为原光场振幅，ψn为光场相位，g2为原光场复振幅，|g0|为原光场振幅，原振幅|g1|被替换为目标振幅|g0|，相位ψn保留。
在每一轮迭代中，待显示物体的物光三基色光波信息都会各自独立地按照菲涅耳衍射公式在所述全息面与所述物面之间传播。也就是说原来G-S算法中只需要对一种颜色的光进行处理即可，本实施例中的方法是将G-S算法中的单色处理过程变成彩色过程。本申请实施例中提供的方法还需要与乒乓算法结合，详细的是，所述全息面和所述多个物面有多个不同的深度，多个不同深度在一轮完整迭代中每一步完成后进行轮换。例如在一轮迭代中的第一步时将所述全息面和所述物面的深度的值设置为X，在第一步完全结束后，在第二步开始后所述全息面和所述物面的深度的值设置为Y，然后在在第二步完全结束后，在第三步开始后所述全息面和所述物面的深度的值设置为Z，以此类推，一直到进行一轮完整迭代的最后一步，这些不同深度的值，是在将待显示物体首先分割为多个不同的物面是就已经确定的。这样就实现了待显示物体物光的三基色光波信息可以在多个不同深度的全息面和物面之间来回传播。
所述待显示物体的物光三基色光波信息在全息面和物面之间传播时，需要将所述待显示物体的物光三基色光波信息的衍射距离及取样间隔都同时设置为相同值。然后需要在所述全息面和所述物面上将每一基色的光波信息的振幅替换为相应目标振幅并保留相位，在完成上述操作后即可在一轮完整迭代的最后得到三基色子全息图。这时将周期为两个像素的闪耀光栅附加到所述三幅子全息图上。然后进行下一步。
步骤S12：将所述三基色子全息图平均化为一幅彩色全息图。
将周期为两个像素的闪耀光栅附加到所述三幅三基色子全息图上，以将该三基色子全息图的像移动至0级衍射光波信息处，使该三幅三基色子全息图的像重叠在一起构成一幅彩色像，而且该彩色像可以充分利用0级衍射光的能量，之后将三幅三基色子全息图进行平均化。
在将所述三幅三基色子全息图平均化为一幅彩色全息图以后需要进行最后一步。
步骤S13：将所述彩色全息图的光波信息作为新的初始光波信息代入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图，终止迭代。
该步骤是将由经步骤S11和步骤S12后生成的彩色全息图带入下一轮迭代，由于该彩色全息图由上述三基色子全息图平均化而成，所以所述彩色全息图的光波信息包含三基色光波的全部信息，这时将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，重复第一轮迭代时的步骤，即重复步骤S11和步骤S12，直至得到一幅可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。因为初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位，所以在全息面上需要将包含三基色光波信息的彩色全息图的光波信息的振幅在全息面上重新替换为单位振幅。由于在全部迭代过程中都在全息面和物面上将光波信息的振幅替换为目标振幅并保留相位，所以最终生成的全息图只能为相位型全息图。
本实施例提供的全息图生成方法生成的相位型彩色全息图，只需一幅该全息图就可包含待显示物体的所有信息，只要将该全息图加载至一个空间光调制器上经过调制，就能再现待显示物体的三维彩色像。
实施例2
本申请实施例1中提供了一种全息图生成方法，为了显示该方法制成的相位型彩色全息图，本实施例对应给出了能够显示该彩色全息图三维彩色像的一种彩色全息显示系统。
本申请提供一种彩色全息显示系统，所述显示系统的具体实施例如下：
本实施例中，以空间光调制器分辨率为1980*1080pixels，像素尺寸为8um 的彩色三维全息显示系统为例，结合图2、图3对本实施例提供的一种彩色全息显示系统进行详细说明。
如图2所示，其示出了本实施例提供的一种彩色三维全息显示系统的结构示意图。本实施例提供的一种彩色三维全息显示系统包括光源单元1，光束准直单元3及调制显示单元。三大单元按照其功能特征和进行工作的先后顺序从右至左依次为光源单元1，光束准直单元3及调制显示单元。三大单元处于同一光传输直线上，具体设置为，所述光源单元1产生的白光光束照射到所述光束准直单元3，并经所述光束准直单元3准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。
其中，所述光源单元1用于产生白光光束；所述光束准直单元3用于准直并偏振所述照明白光光束为平行线偏振光；所述调制显示单元用于根据相应彩色全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述彩色全息图的信息中待显示物体的再现像。需要说明的是，该彩色全息图是在编码过程中在物面和全息面上都替换光波信息的振幅并保留相位的相位型全息图，一幅该彩色全息图即可再现待显示物体的三维再现像。
所述的光学单元1包括三基色激光器和集束光纤2。所述三基色激光器由 635nm红光半导体激光器11，532nm绿光固体倍频激光器12以及445nm蓝光半导体激光器13三种不同的激光器组成的。所述三基色激光器用于提供三基色红(R)绿(G)蓝(B)激光光源，本实施例中所述三色激光器所能产生的红光、绿光、蓝光的波长分别为635nm、532nm、445nm，将本申请的显示系统应用于其它情况时也可以选择能产生红、绿、蓝三色波长范围内的其它值的波长的激光器，其中，红光的波长范围约为625nm-740nm，绿光的波长范围约为500nm-560nm，蓝光的波长范围为440nm-485nm。所述三基色激光器中红、绿、蓝三个激光器的类型也可以根据具体情况的不同来灵活地选择，比如说可以采用能产生红绿蓝激光的三个气体激光器来组成三色激光器。
将所述三基色激光器中的红光半导体激光器11，绿光固体倍频激光器12和蓝光半导体激光器13依次并列的安置在一个平台上，所述三基色位于该平台的最右方。因为本实施例中是将所述光源单元1，光束准直单元3及调制显示单元从右至左依次排列，也可以将这三大单元从左至右依次排列。在安置好所述三基色激光器后，打开所述红光半导体激光器11，绿光固体倍频激光器12和蓝光半导体激光器13，产生RGB光源。然后，调节所述红绿蓝三色光源的光功率比例将所述红绿蓝三色光源匹配成白光。本实施例通过调节RGB光源的光功率比例后产生的白光为6500K色温的照明白光。
在产生6500K色温的照明白光以后需要将该白光处理成对应的白光光束。这时，需要在所述三基色激光器的左侧安置一个集束光纤2，而且该集束光纤2 设置于所述三基色激光器的光输出路径，该集束光纤2为多芯束的尾纤，芯束可为4芯8芯12芯到96芯不等。其中，光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。在将所述6500K色温的照明白光经过所述集束光纤2后可以被耦合成白光光束，即该集束光纤2将所述三基色激光器发出的激光合成为白光光束并输出。
对于上述白光光束我们还需要进行进一步处理，即在所述集束光纤2的左侧安置所述光束准直单元3，而且该光束准直单元3的水平高度与该白光光束的水平传播方向在同一直线上。该光束准直单元3包括小孔滤波器31、扩束镜31 和偏振片33，所述白光光束水平照射在该小孔滤波器31的中心即滤波器的小孔上，因为激光具有高度的相干性，空中的灰尘，光学元件或激光本身往往有一些散射光会形成干扰，但是若在激光光束的聚焦处放置一小孔滤波器不允许其它频率的光通过，就能提高该激光光束的质量，本实施例中的小孔滤波器31是要滤出所述白光光束的零频成分。
将零频部分的白光光束经过安置在所述小孔滤波器31左侧的扩束透镜32 扩束为平面平行光，该扩束镜32可以是由输入的凹透镜和输出的凸透镜组成的伽利略扩束镜，也可以是其它类型的扩束镜，该扩束镜32的作用就是将所述白光光束直径增大，即将该白光光束扩束成为平面平行光。需要说明的是所述白光光束要水平照射在所述扩束镜32中心。
然后将所述平面平行光水平照射在安置在所述扩束镜32左侧的所述线偏振片33的中心，该平面平行光在经过扩束镜32后会变成平行线偏振光，该平行线偏振光的光矢量端点的轨迹为一直线，且在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动。
综上可知，需要将小孔滤波器31、扩束镜32和偏振片33依次设置在所述集束光纤2的光输出路径上才能实现对所述白光光束的扩束及偏振。
在了解如何生成所述平行线偏振光以后，还需要了解利用所述平行线偏振光的所述调制显示单元的工作流程。
首先，所述调制显示单元包括一个加载了相应彩色全息图的信息的空间光调制器4和显示屏幕6，该调制显示单元的工作流程如图3所示，其示出了本实施例提供的一种彩色三维全息显示系统的显示步骤流程图。
步骤S21：根据空间光调制器的相关参数确定全息图的设计参数。
本实施例为实现用一个空间调光制器显示待显示物体的三维彩色像，所以仅需要对应的设计一幅能够可以再现三维彩色像的全息图即可。其中，空间光调制器包括多个独立单元，它们在空间上排列成一维或二维阵列，每个单元都能接受光学信号和电学信号的控制，对光波进行调节和变换，从而将光学或电学信号的信息载入到光波中去。所以在使用空间光调制器需要先了解所述空间光调制器的相关参数如：分辨率，像素，像素间隔，像素占比以及能调制的方向等。本实施例中所使用的所述空间光调制器4为一个相位型硅基液晶光空间调制器，它是一种反射式空间光调制器。该硅基液晶光空间调制器的分辨率为1980*1080pixels，像素尺寸为8um。于是用于加载在所述硅基液晶光空间调制器上的全息图参数也可以确定，如分辨率为1980*1080pixels，像素尺寸为8um。
需要说明的是，所述空间光调制器4包括振幅型、相位型和振幅相位兼具型的空间光调制器，但是由于本申请实施例中所使用的全息图是可再现待显示物体三维彩色像的纯相位型全息图，所以本申请实施例中采用相位型空间光调制器。在了解过本实施例中所述空间光调制器4的能调制的方向后，需要让上面所叙述平行线偏振光与所述空间光调制器能调制的偏振方向相同。
在确定好所述全息图参数的参数后，需要进行下一步操作：
步骤S22：根据确定的全息图的设计参数将三维场景编码成相位型全息图。
因为步骤S21中已经确定全息图的向光参数，所以本步骤22中只需要确认该全息图所要包含的信息，比如说该全息图的所要包含的信息为一张三维笑脸或一栋房子等，那么就需要将该全息图要包含信息的三维场景编码成纯相位型全息图。因为本实施中的显示系统中为反射式空间光调制器，而且全息图是相位全息图，所以优选的将所述空间光调制器4选择为相位型硅基液晶空间光调制器。本实施例中所述彩色三维全息显示系统还包括与所述空间光调制器4相连接的计算机5，用于产生并调制所述全息图。
在将所述全息图设置好以后，即可进行下一步S23。
步骤S23：利用计算机将设计好的全息图加载到空间光调制器上。
将设计好的全息图加载到所述空间光调制器4上，由于本申请实施例中所采用的彩色全息图，一幅即可包含待显示物体的三维彩色信息，所以本申请实施例中只需要将该相位型彩色全息图加载到一个所述空间光调制器4上即可进行最后一步。
步骤S24：空间光调制器对线偏振平面平行光进行调制并成像到屏幕上。
具体步骤为：
所述计算机5控制所述空间光调制器4；
所述空间光调制器4对所述平行线偏振光进行调制；
所述平行线偏光经调制后衍射到所述屏幕6上，呈现所述全息图的三维彩色再现像。
其中，将上面所述经所述光源单元1和光束准直单元3后形成的与所述空间光调制器4能调制的偏振方向相同的所述平行线偏振光水平照射在该空间调制器4上，然后通过计算机5来控制该空间光调制器4，即将上述设计好的全息图加载到空间光调制器4上，具体地，将该全息图的信息加载到所述空间光调制器4上，并让该空间光调制器4显示预先设计好的全息图后对所述平行线偏振平光进行调制，经过调制的平行线偏光衍射到所述显示屏幕6上，就会呈现所述全息图的信息中包含的待显示物体再现像，即用一个LCOS型SLM即可再现全息图的三维彩色像。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (14)
1.一种全息图生成方法，其特征在于，包括：
提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位；
在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播，所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；
在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述多个物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，然后在所述全息面上得到三基色子全息图；
将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图；
将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。
2.根据权利要求1所述的全息图生成方法，其特征在于，
在每一轮迭代中，所述全息面和所述多个物面之间有多个不同的深度。
3.根据权利要求1所述的全息图生成方法，其特征在于，
所述三基色光波信息按照菲涅耳衍射公式各自独立地在所述全息面与所述多个物面之间传播。
4.根据权利要求3所述的全息图生成方法，其特征在于，
所述三基色光波信息在所述全息面到相应所述物面的衍射距离及取样间隔都同时设置为相同值。
5.根据权利要求1所述的全息图生成方法，其特征在于，
每一轮迭代中，将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图之前，都将周期为两个像素的闪耀光栅附加到所述三基色子全息图上。
6.根据权利要求5所述的全息图生成方法，其特征在于，
将所述三基色子全息图的像移动至0级衍射的所述光波信息处，并在所述全息面上叠加所述三基色子全息图的像构成彩色像。
7.一种彩色全息显示系统，其特征在于，包括：光源单元，光束准直单元以及调制显示单元，其中：
所述光源单元，用于产生白光光束；
所述光束准直单元，用于准直并偏振所述白光光束为平行线偏振光；
所述调制显示单元用于根据相应全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述全息图的信息中待显示物体的再现像；
所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。
8.根据权利要求7所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述光源单元包括三基色激光器和集束光纤；
所述集束光纤设置于所述三基色激光器的光输出路径，并将所述三基色激光器发出的激光合成为白光光束并输出。
9.根据权利要求7所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述光束准直单元包括沿所述集束光纤的光输出路径依次设置的小孔滤波器、扩束镜和偏振片，其中：
所述小孔滤波器用于滤出所述白光光束的零频部分；
所述扩束透镜用于将所述零频部分的白光光束扩束为平面平行光；
所述偏振片用于将所述平面平行光偏振为平行线偏光。
10.根据权利要求7至9任一所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述调制显示单元包括空间光调制器和显示屏幕，其中：
所述空间光调制器设置于所述光束准直单元的线偏振光的输出路径，用于接收所述平行线偏振光，并根据相应全息图的信息对所述光束准直单元输出的平行线偏振光进行调制，并将调制后的光输出至所述显示屏幕。
11.根据权利要求10所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述空间光调制器为反射式空间光调制器。
12.根据权利要求10所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述彩色全息显示系统还包括与所述空间光调制器相连接的计算机，用于产生所述全息图，并将所述全息图的信息加载至所述空间光调制器。
13.根据权利要求10所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述平行线偏振光与所述空间光调制器能调制的偏振方向相同。
14.根据权利要求1所述的彩色全息显示系统，其特征在于，
所述全息图为相位型全息图，所述空间光调制器为相位型硅基液晶空间光调制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810932411.2A CN109270816B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810932411.2A CN109270816B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109270816A true CN109270816A (zh) | 2019-01-25 |
| CN109270816B CN109270816B (zh) | 2024-01-23 |
Family
ID=65153541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810932411.2A Active CN109270816B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109270816B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110286575A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-09-27 | 深圳市金质金银珠宝检验研究中心有限公司 | 基于dmd的全彩色体全息防伪技术的实现方法 |
| CN111722513A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-29 | 北京邮电大学 | 基于频率分解的全息显示方法、系统、设备及存储介质 |
| CN113219806A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-06 | 安徽大学 | 一种非迭代彩色相位全息图生成方法及系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090219380A1 (en) * | 2005-09-16 | 2009-09-03 | Light Blue Optics Ltd. | Methods and apparatus for displaying images using holograms |
| US20110043876A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Projection type image display apparatus and image display method |
| US20110109948A1 (en) * | 2007-12-11 | 2011-05-12 | Light Blue Optics Ltd | Holographic image display systems |
| CN102608900A (zh) * | 2006-04-13 | 2012-07-25 | 视瑞尔技术公司 | 实时绘制并生成计算机生成视频全息图的方法 |
| CN103995454A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-20 | 北京理工大学 | 一种单空间光调制器实现彩色全息实时三维显示的方法 |
| US20170220000A1 (en) * | 2014-08-01 | 2017-08-03 | The Regents Of The University Of California | Device and method for iterative phase recovery based on pixel super-resolved on-chip holography |
| US20180120768A1 (en) * | 2016-03-03 | 2018-05-03 | Dualitas Ltd. | Display System |
| CN208903081U (zh) * | 2018-08-16 | 2019-05-24 | 中国科学院光电研究院 | 一种彩色全息显示系统 |
-
2018
- 2018-08-16 CN CN201810932411.2A patent/CN109270816B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090219380A1 (en) * | 2005-09-16 | 2009-09-03 | Light Blue Optics Ltd. | Methods and apparatus for displaying images using holograms |
| CN102608900A (zh) * | 2006-04-13 | 2012-07-25 | 视瑞尔技术公司 | 实时绘制并生成计算机生成视频全息图的方法 |
| US20110109948A1 (en) * | 2007-12-11 | 2011-05-12 | Light Blue Optics Ltd | Holographic image display systems |
| US20110043876A1 (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-24 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Projection type image display apparatus and image display method |
| CN103995454A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-20 | 北京理工大学 | 一种单空间光调制器实现彩色全息实时三维显示的方法 |
| US20170220000A1 (en) * | 2014-08-01 | 2017-08-03 | The Regents Of The University Of California | Device and method for iterative phase recovery based on pixel super-resolved on-chip holography |
| US20180120768A1 (en) * | 2016-03-03 | 2018-05-03 | Dualitas Ltd. | Display System |
| CN208903081U (zh) * | 2018-08-16 | 2019-05-24 | 中国科学院光电研究院 | 一种彩色全息显示系统 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110286575A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-09-27 | 深圳市金质金银珠宝检验研究中心有限公司 | 基于dmd的全彩色体全息防伪技术的实现方法 |
| CN110286575B (zh) * | 2019-07-19 | 2021-06-22 | 深圳市金质金银珠宝检验研究中心有限公司 | 基于dmd的全彩色体全息防伪技术的实现方法 |
| CN111722513A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-29 | 北京邮电大学 | 基于频率分解的全息显示方法、系统、设备及存储介质 |
| CN111722513B (zh) * | 2020-06-12 | 2021-07-30 | 北京邮电大学 | 基于频率分解的全息显示方法、系统、设备及存储介质 |
| CN113219806A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-06 | 安徽大学 | 一种非迭代彩色相位全息图生成方法及系统 |
| CN113219806B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-05-31 | 安徽大学 | 一种非迭代彩色相位全息图生成方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109270816B (zh) | 2024-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105700320B (zh) | 一种基于空间光调制器的全息三维显示方法及装置 | |
| CN105938318B (zh) | 一种基于时分复用的彩色全息三维显示方法及其系统 | |
| CN101566823B (zh) | 真彩色三维物体全息显示方法及装置 | |
| JP3238755B2 (ja) | ホログラムの作成および立体表示方法並びに立体表示装置 | |
| Xue et al. | Multiplexing encoding method for full-color dynamic 3D holographic display | |
| Matsushima et al. | Full-color digitized holography for large-scale holographic 3D imaging of physical and nonphysical objects | |
| CN105954993B (zh) | 一种基于空间划分的彩色全息三维显示方法及其系统 | |
| CN105283796A (zh) | 近眼装置 | |
| CN109270816A (zh) | 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统 | |
| CN205691945U (zh) | 一种基于空间划分的彩色全息三维显示装置 | |
| CN108519729A (zh) | 一种大尺寸高分辨率彩色菲涅尔全息制作方法与显示系统 | |
| KR20150033501A (ko) | 광시야각 홀로그래픽 디스플레이 장치 | |
| CN208903081U (zh) | 一种彩色全息显示系统 | |
| CN104267591A (zh) | 基于三次曝光技术消色差的方法 | |
| CN205750291U (zh) | 一种基于空间光调制器的全息三维显示装置 | |
| JPH06124058A (ja) | ホログラフィック・ステレオグラム記録用投影装置 | |
| KR20130044644A (ko) | 홀로그래피 3차원 영상 표시 장치 | |
| JP3338479B2 (ja) | ホログラムの作成および立体表示方法並びに立体表示装置 | |
| KR100466622B1 (ko) | 광굴절 기록매질 제작 장치 및 그 방법과 그를 이용한3차원 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 그 방법 | |
| CN103995454B (zh) | 一种单空间光调制器实现彩色全息实时三维显示的方法 | |
| JP2003015079A (ja) | 立体像表示方法及び表示装置 | |
| US3743376A (en) | Holographic beam coupler | |
| JPH11231762A (ja) | ホログラフィックハードコピーの作製方法 | |
| WO2008120122A2 (en) | Wavefront constructor and method of constructing wavefronts | |
| Peng et al. | Practical method for dynamic color holographic display |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |