CN118295226A - 一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统 - Google Patents

Abstract

一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，通过将红绿蓝三原色激光合束为入射光源和基于反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器对合束入射光源的精细调制，以及中继光学系统与扫描振镜的组合，能够将多彩图像精准地输出到三维立体空间，有利于在大视场全息视频显示立方体内形成真实的三维立体影像。

Description

一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统

技术领域

本发明涉及大视场全息显示技术领域，尤其涉及一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统。

背景技术

眼睛观察是人类获取信息的主要通道，几乎占据80％以上的信息总量，因此显示技术对于人类之间准确，快速地，交流信息提供技术支撑。但是，目前大部分的显示技术仍停留在平面显示阶段，难以真正的表达出自然界三维物体的准确信息线索。全息技术作为一种新型的基于光学干涉和衍射理论再现物体振幅和相位信息的显示技术，它具备产出所有波前信息的能力。它能够从真实的物体上重构散射的波前，因此可在立体空间中看到与原物体相同的结构，是最接近自然显示的技术，被研究者认为是三维立体显示屏幕的最终形态。因此，在未来的屏幕显示领域具备非常大的市场潜力。全息显示可以有效地应用在娱乐休闲、汽车制造、社交通讯、广告营销、航空航天、生物医疗等各个方面，预计全息技术会对国防、军事、医疗、教育、重点工程等各个垂直行业产生巨大影响。目前，为了实现真实的三维全息，仍有大量的工作需要攻克。当前的全息技术几乎都是基于空间光调制器(Spatial light modulator，SLM)的光学调制性能显示图形。而传统的空间光调制器受到工艺技术和光学原理限制，只能进行低像素度和小单元尺寸的全息图像显示，且视场角很窄，导致最终的全息空间带宽积偏低，显示效果不能达到真实场景重构的效果。因此，急需一种新的手段提升全息系统的高空间带宽积，破除现有困境，实现真正的大视场立方全息显示装置的制造。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，通过将红绿蓝三原色激光合束为入射光源和基于反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器对合束入射光源的精细调制，以及中继光学系统与扫描振镜的组合，能够将多彩图像精准地输出到三维立体空间，有利于在大视场全息视频显示立方体内形成真实的三维立体影像。

本发明的技术解决方案如下：

一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，包括并行布置的红色光源激光器、绿色光源激光器和蓝色光源激光器，所述红色光源激光器依次通过第1个第一透镜和第1个第二透镜连接第二短波通二向色镜的反射输入侧，所述绿色光源激光器依次通过第2个第一透镜和第2个第二透镜连接第一短波通二向色镜的反射输入侧，所述蓝色光源激光器依次通过第3个第一透镜和第3个第二透镜连接反射镜的反射输入侧，反射镜的反射输出侧连接第一短波通二向色镜的透射输入侧，第一短波通二向色镜的输出侧连接第二短波通二向色镜的透射输入侧，第二短波通二向色镜的输出侧连接反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器的输入侧，反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器的输出侧连接中继光学系统，所述中继光学系统包括依次连接的小尺寸部分三维成像接入透镜组、扫描振镜和大尺寸全景三维成像输出透镜组。

所述小尺寸部分三维成像接入透镜组包括依次连接的第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第三透镜与第四透镜之间形成小尺寸部分三维成像，所述大尺寸全景三维成像输出透镜组包括依次连接的第一大透镜、小透镜阵列和第二大透镜，所述第五透镜通过所述扫描振镜连接所述第一大透镜。

所述反射型数字微镜阵列DMD的延时小于1500μs，刷新速率超过22.272kHz，分辨率大于2560×1600，每个像素单元小于7.6微米，光波响应波段为400～700nm。

所述扫描振镜的扫描角度大于80°，小角度阶跃响应时间小于130μs。

大尺寸全景三维成像位于大视场全息视频显示立方体内，通过立方体上设置的观测点观察三维立体图像。

所述大视场全息视频显示立方体连接计算机控制系统，所述大视场全息视频显示立方体内设置有纵横交错的滑轨，滑轨上分布着若干模块，通过模块组装光路成像系统，以及数据采集和分析系统。

本发明的技术效果如下：本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其中三种颜色的激光分别由三种激光器发射出，再通过彩色光组合系统，将光束进行完美合束，实现输出光颜色的可调节性。输入光束经过数字微镜器件(DMD)的空间调制器进行相位调制，从而输入三维图像。输出的三维图像随着后方扫描振镜的角度旋转，传输到指定的与图像对应的空间位置，最终观察者即可在观察位置看到三维图像。其中数据采集和测量系统会协同各组件的共同运作，实现超高频率(超过100Hz)图像转换的空间定位，从而在视觉上实现空间三维图像的视觉效应，从而达到三维显示的目的。本发明针对现有的全息技术中存在的，视场角窄，响应速度不灵敏，色彩不均一，难以实际应用等问题，提供一种大视场全息视频显示立方体装置。基于空间光调制器(SLM)的光场调制能力，利用数字微镜器件(数字微镜器件(DMD))对入射光源的精细调制能力，并结合彩色组合光的产生，输出精准的多彩三维立体空间影像。最终实现一种新型的三维立体信息传播媒介的搭建和应用。

与现有技术相比本申请具有如下特点：

(1)本发明提供的一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，是一种新型的协同三种颜色激光光源，数字微镜器件(DMD)空间光调制器，扫描振镜系统和计算机数据系统的整合装置，实现真实空间三维立体图像显示功能的装置，具有一定的新颖性。

(2)本发明提供的一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，用于一种大视场立方体全息显示装置，该装置结构较为简单，系统协同性高，成本低廉，能够高速响应彩色动态三维图像，改变现有的视频显示方式，(目前平面现实仍是主流)，可以提供出信息量更高的视频细节信息和信息容量，为未来显示行业的革命性变化提供新的发展角度。

(3)本发明提供的一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，由三种激光器，彩色光合束系统以及数字微镜器件(DMD)装置配合扫描振镜系统将计算机输入的三维视频信息，输入为真实空间的三维立体图像。该系统具有大视场角，高动态响应及成本低的优势。

附图说明

图1是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统结构示意图。

图2是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统所涉及的大视场全息视频显示立方体结构示意图。

图3是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统所涉及的工作流程示意图。图3中包括步骤1，通过计算机系统控制红绿蓝三色的激光生成(包括红绿蓝激光器，软件控制系统，计算机系统，和扩束合束系统)；步骤2，激光光束通过扩束和合束系统进行扩束和合束；步骤3，基于软件控制系统调控数字微镜系统将合束光进行处理成像；步骤4，基于数据信息，对扫描振镜的空间角度信息进行调控；步骤5，4F系统中继转换将图像呈现在三维空间；步骤6，实现生成大视角动态三维立体的全息视频。

附图标记说明如下：1-红色光源激光器；2-绿色光源激光器；3-蓝色光源激光器；4-第一透镜(焦距f1，有3个第一透镜以一对一方式连接3个激光器)；5-第二透镜(焦距f2，有3个第二透镜以一对一方式连接3个第一透镜)；6-反射镜；7-第一短波通二向色镜；8-第二短波通二向色镜(4-8执行激光扩束及彩色光合束)；9-反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器；10-第三透镜(焦距f3)；11-小尺寸部分三维成像；12-第四透镜(焦距f4)；13-第五透镜(焦距f5)；14-扫描振镜；15-第一大透镜(焦距f6)；16-小透镜阵列(焦距为f7)；17-第二大透镜(焦距f8，10-17形成扫描振镜系统和微镜阵列系统)；18-大尺寸全景三维成像(或输出的三维全息图像，或三维立体影像，或大视场全息视频显示立方体指定观测点观察到的三维立体图像)；19-计算机控制系统；20-滑轨；21-数据采集和分析系统；22-大视场全息视频显示立方体；23-模块；θ1-扫描振镜偏转角度；H1-第一透镜高度；H2-第一或第二大透镜高度；H3-小透镜阵列中每个小透镜高度；L1-第一透镜与第二透镜的间距；L2-DMD工作区域的长度(DMD，Digital Micromirror Devices，数字微镜器件或反射型数字微镜阵列)；L3-DMD距离第三透镜距离；L4-第三透镜与第四透镜距离；L5-第四透镜与第五透镜距离；L6-第一大透镜与小透镜阵列的距离；L7-小透镜阵列与第二大透镜的距离。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图3)和实施例对本发明进行说明。

图1是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统结构示意图。图2是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统所涉及的大视场全息视频显示立方体结构示意图。图3是实施本发明一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统所涉及的工作流程示意图。参考图1至图3所示，一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，包括并行布置的红色光源激光器1、绿色光源激光器2和蓝色光源激光器3，所述红色光源激光器1依次通过第1个第一透镜和第1个第二透镜连接第二短波通二向色镜8的反射输入侧，所述绿色光源激光器2依次通过第2个第一透镜和第2个第二透镜连接第一短波通二向色镜7的反射输入侧，所述蓝色光源激光器3依次通过第3个第一透镜4和第3个第二透镜5连接反射镜6的反射输入侧，反射镜6的反射输出侧连接第一短波通二向色镜7的透射输入侧，第一短波通二向色镜7的输出侧连接第二短波通二向色镜8的透射输入侧，第二短波通二向色镜8的输出侧连接反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器9的输入侧，反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器9的输出侧连接中继光学系统，所述中继光学系统包括依次连接的小尺寸部分三维成像接入透镜组、扫描振镜14和大尺寸全景三维成像输出透镜组。

所述小尺寸部分三维成像接入透镜组包括依次连接的第三透镜10、第四透镜12和第五透镜13，所述第三透镜10与第四透镜12之间形成小尺寸部分三维成像11，所述大尺寸全景三维成像输出透镜组包括依次连接的第一大透镜15、小透镜阵列16和第二大透镜17，所述第五透镜13通过所述扫描振镜14连接所述第一大透镜15。所述反射型数字微镜阵列DMD的延时小于1500μs，刷新速率超过22.272kHz，分辨率大于2560×1600，每个像素单元小于7.6微米，光波响应波段为400～700nm。

所述扫描振镜14的扫描角度大于80°，小角度阶跃响应时间小于130μs。大尺寸全景三维成像18位于大视场全息视频显示立方体22内，通过立方体上设置的观测点观察三维立体图像。所述大视场全息视频显示立方体22连接计算机控制系统19，所述大视场全息视频显示立方体22内设置有纵横交错的滑轨20，滑轨20上分布着若干模块23，通过模块组装光路成像系统，以及数据采集和分析系统21。

一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，首先需要搭建单元全息图像生成系统，其中包括激光器平台、彩色光合束系统、数字微镜器件(DMD)空间光调制器、扫描振镜、及其他光学原件。具体流程如下，在面包板上固定三种颜色的激光系统，将三束激光光源通过彩色光合束系统进行整合成为一条光路。整合后的光源再通过数字微镜器件(DMD)系统进行相位和振幅调节，输入全息图像，最后生成的全息图像在由扫描振镜系统输送的真实空间的指定位置。其中所有系统需要连接到数据采集系统和计算机控制系统进行协同操作。否者难以形成稳定的高响应图像输出。最终观测者在观测点可以看到真实空间的三维立体视频显示。

所述红绿蓝三原色激光器为三个单独的发射红光、绿光、蓝光的激光器。红光激光器可选择的发射波长范围为620～680nm，绿光激光器可选择的发射波长范围为500～560nm，蓝光激光器可选择的发射波长范围为450～480nm。三种激光机的功率可选择范围为1mW～1000mW，且要求光源输出功率稳定，8小时功率稳定性＜1％，激光光束质量M的M²≤1.1。激光扩束器用来放大和准直激光光束。其中，每种颜色激光器配备一个激光扩束器，用于提高激光平行光束的方向稳定性，减少漂移。所述的激光扩束器为4f中继光学系统组装的透镜组合，为两种不同焦距f1和f2的普通透镜，其摆放位置为f1+f2，起到扩束和准直的作用。

所述彩色光合束系统由反射镜和短波通二向色镜。短波通二向色镜透射截止波长为490nm,580nm，该模块用于400-490nm、490～580nm和580～750nm三个波段的光束合束。适用最大光斑直径大于15mm。

所述数字微镜器件(DMD)用于调节入射光的相位变化，从而实现三维图像显示。其要具备高速率，延时小于1500μs，刷新速率超过22.272kHz，分辨率大于2560×1600，每个像素单元小于7.6微米，光波响应波段为400～700nm，USB3.0超高速数据传输，图形数据从电脑到128Gbits片上内存的传输速率大于4000Hz。

所述的扫描振镜(Galvo)系统，高精度传感器和位移电机改变镜片的角度和方向实现为光在真实三维空间的输入。所述的扫描振镜需要有极佳的动态属性和响应特性。光斑尺寸为3～7mm，扫描角度大于±40°，小角度阶跃响应时间小于130μs。

所述数据采集测量系统(DAQ)，用于同步数字微镜器件(DMD)和计算机的信号输入和输出，将图像样本转换为数字数据，以便进行捕获、实时监控和分析。具备多个输入通道8路支持带缓存，每秒可以扫描不低于400个通道。

所述的数字微镜器件(DMD)光学装置，所述的4f中继光学系统包括两个大透镜和一组为透镜阵列，用于配合将扫描振镜反射出特定位置的光输送到真实三维立体空间中。

系统组装完成后，观察者即可从观测点直接观察到大视场角的三维全息图像，并可在观察点实时观看到电脑所输入的任何三维立体图像信息。

本发明提出一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统。其中，红绿蓝三原色激光器为三个单独的激光器，分别发射红光、绿光、蓝光的光源，为图像提供所需的三基色色彩显示。首先通过扩束器对光线进行准直和扩束，再利用光线合束系统将三种颜色的光线合成一束，方便光线颜色调节和入射光输入后续系统。随后再将合束光线引入到作为空间光调制器(SLM)的数字微镜器件(DMD)中，进行相位调制，即可输出三维图像。输入的三维图像通过一些列透镜引入到扫描振镜(Galvo)系统中，结合其高速的定位反射能力和4f中激光学系统，可以将三维图像输出到真实三维立体空间的位置，观测者可在特定位置观察到输出的三维立体图像视频。每次输出的可以是图像的片段或者部分内容，但数据采集和测量系统会协同各组件的共同运作，实现超高频率(超过100Hz)图像转换的空间定位，从而在视觉上实现空间三维图像的视觉效应，从而达到三维显示的目的。该方法可真正地实现动态地三维空间的彩色全息图案，并且以更大的观察视场角展示出来，可应用在医学、娱乐，工业等视觉信息领域。

三种激光光源在经过彩色光合束系统(执行激光扩束及彩色光合束4-8)，将三种颜色的激光器合束成一道光源，从而能实时调节输出激光光源的颜色的强度。当入射光源透过所述的数字微镜器件(DMD)空间光调制器9时，数字微镜器件(DMD)空间光调制器9可将调制入射光的振幅和相位变化，输出对应的三维图像。此后，携带有三维信息图像的入射光在经过所述的扫描振镜系统(形成扫描振镜系统和微镜阵列系统10-17)的反射输出到真实空间的指定位置，因此观测者即可在指定的观测点观察到三维立体图像18。其中所有设备的协同性是非常重要的，因此需要数据采集和分析系统21及计算机控制系统19，才能完成数据的输入，输出和各个系统的协作。所有设备作为模块搭建在滑轨20上，方便拆卸和调试。

一种大视场全息视频显示立方体装置，其结构搭建和运行包括以下步骤：

本发明的大视场全息视频显示系统采用立方体结构。所有组件和光学元件都封装在立方体结构中。观察者可以从观测点直接观察全息图像。

首先需要搭建单元全息图像生成系统，其中包括激光器平台、彩色光合束系统、数字微镜器件(DMD)空间光调制器、扫描振镜、及其他光学原件。具体流程如下，在面包板上固定三种颜色的激光系统，将三束激光光源通过彩色光合束系统进行整合成为一条光路。整合后的光源再通过数字微镜器件(DMD)系统进行相位和振幅调节，输入全息图像，最后生成的全息图像在由扫描振镜系统输送的真实空间的指定位置。其中所有系统需要连接到数据采集系统和计算机控制系统进行协同操作。否者难以形成稳定的高响应图像输出。最终观测者在观测点可以看到真实空间的三维立体视频显示。

具体的设备操作流程如下：首先将大视场全息视频显示立方体系统电源连接器连接到电源插座。然后将数据材料系统(DAQ)的通用串行总线(USB)和数字微镜器件(DMD)系统的USB连接到计算机。打开大视场全息视频显示立方体系统，接通激光器电源，打开控制软件，下载全息图(“开始”按钮)，点击“sub_start”按钮，数字微镜器件(DMD)开始工作。接通共振扫描仪(SC-21扫描仪)。先利用红光束观察全息图，随后接通绿和蓝激光器，即能观察到全息图像。

大视场全息视频显示立方体正面包括一个用户界面。所述的用户界面位于前端。该接口由测试端口、扫描振镜扫描仪按钮、红/绿/蓝(R/G/B)激光按钮、谐振扫描仪按钮、观察点五个区域组成。测试口用于监控数字微镜器件(DMD)触发信号、扫描振镜扫描器信号和谐振扫描器信号。扫描振镜扫描仪按钮开关扫描振镜扫描仪的电源。“R/G/B”激光按钮用于切换三台激光器的电源。谐振扫描仪按钮打开/关闭谐振扫描仪的电源。

所述的激光器平台中，激光器是全息显示系统的重要组成部分。使用铝制面包板(例如：MB3030/M)将红绿蓝三个颜色的激光及光学器件集成到独立模块中，其中，三个颜色的激光器波长分别位于红光(R，630nm)，绿光(G，520nm)和蓝光(B，470nm)范围(具体波长可调，上下浮动不超过50nm)，并使用了一个放大的4f结构来实现光束的准直和扩展。

所述的激光链接系统，其中三个激光器有三个驱动箱。每个激光驱动器有三个连接器。第一个连接器用于连接激光器。第二个连接器用于通过电缆连接数字微镜器件(DMD)输出信号。第三个连接器用于电源。

所述的激光支架，其中红光(R)激光器(型号不限，可选用：OBISTM激光器)首先固定在散热器上，用于散热。散热器安装在一个标准笼(25mmID标准笼板与1/4-20后安装)。G/B激光器安装在mini系列铝制面包板(MSB5075/M)上。

所述的彩色组合光学装置、其中使用铝制面包板(MB3030/M)将颜色组合光学集成到独立模块中。由反射镜和短波通二向色镜。短波通二向色镜透射截止波长为490nm,580nm，该模块用于400-490nm、490～580nm和580～750nm三个波段的光束合束。其中R光束经过反射镜(Mirror)3、反射镜(Mirror)1和分光棱镜BS)成为数字微镜器件(DMD)的入射光束。G/B波束通过反射镜(Mirror)4、反射镜(Mirror)2、反射镜(Mirror)5和分光棱镜BS)。分光棱镜BS)用于实现G梁和B梁。三束组合光束将照亮数字微镜器件(DMD)。镜像1和分光棱镜BS)是可调的，用于调整红色图像以匹配绿色和蓝色图像。

所述的数字微镜器件(DMD)，用于调节入射光的相位变化，从而实现三维图像显示。其要具备高速率，延时小于1500μs，刷新速率超过22.272kHz，分辨率大于2560×1600，每个像素单元小于7.6微米，光波响应波段为400～700nm，USB3.0超高速数据传输，图形数据从电脑到128Gbits片上内存的传输速率大于4000Hz。数字微镜器件(DMD)光学结构采用折叠结构，由FFT透镜、反射镜模组组成，用于调节出射光束方向，保证光束维持水平方向。数字微镜器件(DMD)电子设备被封装在一个盒子里。数字微镜器件(DMD)有三个外部连接器，一个电源连接器，一个数字微镜器件(DMD)USB连接器和一个触发输入和同步输出信号连接器。

所述的数字微镜器件(DMD)与数据采集测量系统(数据采集系统(DAQ))以及计算机交换系统，其中电源连接器直接连接电源插座。数字微镜器件(DMD)USB连接器连接到计算机上。触发器输入和同步输出信号连接器使用电缆连接到数据采集系统(DAQ)。

所述的中继光学装置，其中中继光学结构是实现图像放大的4f系统，由两个透镜和一个反射镜组成。透镜用于放大图像，反射镜用于改变光束方向。其中包含阻挡屏光学装置，阻挡屏用于过滤来自多个衍射阶的有用全息图像。阻挡屏位于FFT透镜的成像平面上。由于f＝750mm，遮挡屏与FFT镜头之间的光学距离为750mm。镜面用于改变光束方向。

所述的扫描振镜(Galvo)扫描仪，有一个驱动器(AGC-220-BNC)。AGC-220-BNC有两个连接器。输出点连接SC-21扫描仪。监视器点与数据采集系统(DAQ)连接。其中中继光学的出射光束是谐振扫描器(SC-21扫描器)的输入。SC-21扫描仪位于透镜的成像平面上。其中扫描振镜(Galvo)扫描仪的电缆直接连接到驱动板上。驱动板需要+24V和-24V。电源可提供+24V、-24V和最大。电流为3.0A；其中扫频扫描仪的散热是一个非常重要的步骤。我们使用散热翅片加散热风扇来实现扫描振镜(Galvo)扫描仪的散热。散热片可以直接安装扫描器的驱动板。散热风扇靠近散热片放置；其中扫描振镜(Galvo)扫描光学系统由一个大透镜和一个滤光片组成。该过滤器为中性密度过滤器。大镜头(f＝100mm)由两个PCX聚光镜(f＝200mm)组成。大镜头与共振扫描仪(SC-21)之间的距离为100mm。

所述的数据采集系统(DAQ)和按钮框，其中数据采集系统(DAQ)连接谐振扫描器的监测信号，其中监测信号为输入信号。数据采集系统(DAQ)与扫描振镜(Galvo)扫描仪驱动板连接，提供模拟驱动信号。数据采集系统(DAQ)连接数字微镜器件(DMD)输出信号连接器，为数字微镜器件(DMD)提供触发信号。按钮框用于切换扫描振镜(Galvo)扫描仪的电源。按钮盒还具有RS-232测试端口，用于观察谐振扫描仪信号，扫描振镜(Galvo)扫描仪驱动信号和数字微镜器件(DMD)触发信号。

所述的滑轨(Rails)，其中钢轨从底部、中间和顶部安装，用于装置各模块的协同搭建和调试。装置外部有四根外部线，其中一根电源线，三根USB线。

实施例1：大视场全息视频显示立方体装置的搭建

大视场全息视频显示立方体装置的搭建，包括如下步骤：

装置中包括激光器平台、彩色光合束系统、数字微镜器件(DMD)空间光调制器、扫描振镜、及其他光学原件，线路和操作系统，具体搭建步骤如下：

(1)激光平台搭建：激光器平台分别由三种颜色(红，绿，蓝)的激光器构成，是全息显示系统的重要组成部分。当激光器移动时，整个系统需要重建。因此，我们将三个激光器和光学器件集成到一个独立的模块中。其中彩色光合束系统用于合束，4f透镜组合结构用来实现光束的准直和扩展。

(2)激光连接：三个激光器有三个驱动箱。每个激光驱动器有三个连接器。第一个连接器用于连接激光器。第二个连接器用于通过电缆连接数字微镜器件(DMD)输出信号。第三个连接器用于电源。

(3)彩色组合光学调控：红色光束经过反射镜和分束透镜成为数字微镜器件(DMD)的入射光。同样绿光和蓝光也是通过反射镜和分束镜入射，三束组合光照亮数字微镜器件(DMD)。其中的反射镜和分束镜可用于调节三种颜色光的匹配和强度，调节图像颜色和亮度。

(4)数字微镜器件(DMD)光学装置的应用：数字微镜器件(DMD)模块由数字微镜器件(DMD)(9565DLP)、数字微镜器件(DMD)电子盒和几个底座组成。底部平台(M1)为150mm×150mm×12.7mm的铝制面包板(MB1515/M)，用于安装整个数字微镜器件(DMD)及其电子盒。平台为MSB7510/M，尺寸为75mm×100mm×9.5mm，用于安装数字微镜器件(DMD)。数字微镜器件(DMD)电子设备被封装在一个盒子里。数字微镜器件(DMD)有三个外部连接器，一个电源连接器，一个数字微镜器件(DMD)USB连接器和一个触发输入和同步输出信号连接器。

(5)数字微镜器件(DMD)与数据采集系统(数据采集系统(DAQ))和计算机的交换：电源连接器直接连接电源插座。数字微镜器件(DMD)USB连接器连接到计算机上。触发器输入和同步输出信号连接器使用电缆连接到数据采集系统(DAQ)。数字微镜器件(DMD)光学中装置的搭建：数字微镜器件(DMD)光学结构采用折叠结构，由傅里叶转化(FFT)透镜、反射镜(Mirror)1、反射镜(Mirror)2组成。FFT镜头焦距750mm(透镜(Lens)-lb1247-a)。反射镜(Mirror)1和反射镜(Mirror)2(反射镜(Mirror)-ME2-G01)用于调节出射光束方向。从反射镜(Mirror)2发出的光束应保持水平方向。

(6)安装阻挡屏光学装置：阻挡屏用于过滤来自多个衍射阶的有用全息图像。阻挡屏位于FFT透镜的成像平面上。由于f＝750mm，遮挡屏与FFT镜头之间的光学距离为750mm。镜面用于改变光束方向。

(7)安装中继光学装置：中继光学结构是实现图像放大的4f系统，由两个透镜1和透镜2和一个反射镜组成。透镜1(LB1374-A)焦距为150mm。透镜2(LB1199-A)的焦距为200mm。镜面(ME2-G01)用于改变光束方向。透镜(Lens)1和透镜(Lens)2之间的距离为D＝350mm(150+200)。

(8)安装共振扫描仪支架的：共振扫描仪(SC-21扫描仪)安装在一个倾斜的安装，它使用铝材料。共振扫描仪(SC-21扫描仪)有一个驱动器(AGC-220-BNC)。AGC-220-BNC有两个连接器。输出点连接SC-21扫描仪。监视器点与数据采集系统(DAQ)连接。中继光学的出射光束是谐振扫描器(SC-21扫描器)的输入。SC-21扫描仪位于透镜的成像平面上(f＝200)。扫描振镜(Galvo)扫描仪的电缆直接连接到驱动板上。驱动板需要+24V和-24V。电源可提供+24V、-24V和最大。电流为3.0A。扫频扫描仪的散热是一个非常重要的步骤。我们使用散热翅片加散热风扇来实现扫描振镜(Galvo)扫描仪的散热。散热片可以直接安装扫描器的驱动板。散热风扇靠近散热片放置。扫描振镜(Galvo)扫描光学系统由一个大透镜和一个滤光片组成。该过滤器为中性密度过滤器。大镜头(f＝100mm)由两个PCX聚光镜(f＝200mm)组成。大镜头与共振扫描仪(SC-21)之间的距离为100mm。

(9)数据采集系统(DAQ)和按钮框：数据采集系统(DAQ)连接谐振扫描器的监测信号，其中监测信号为输入信号。数据采集系统(DAQ)与扫描振镜(Galvo)扫描仪驱动板连接，提供模拟驱动信号。数据采集系统(DAQ)连接数字微镜器件(DMD)输出信号连接器，为数字微镜器件(DMD)提供触发信号。按钮框用于切换扫描振镜(Galvo)扫描仪的电源。按钮盒还具有RS-232测试端口，用于观察谐振扫描仪信号，扫描振镜(Galvo)扫描仪驱动信号和数字微镜器件(DMD)触发信号。

(10)滑轨安装，用于安装和调试协同各个模块。

系统组装搭建完毕后，即可实现大视场全息视频显示的演示。

实施例2：大视场全息视频显示立方体装置的操作演示

大视场全息视频显示立方体装置具体操作流程如下：

(1)将大视场全息视频显示立方体系统电源连接器连接到电源插座

(2)将数据采集系统(DAQ)USB和数字微镜器件(DMD)USB连接到计算机

(3)打开大视场全息视频显示立方体系统

(4)接通R激光器电源

(5)打开控制软件，下载全息图(“开始”按钮)，点击“sub_start”按钮，数字微镜器件(DMD)开始工作。

(6)接通共振扫描仪(SC-21扫描仪)

(7)利用红光束观察全息图

(8)接通G、B激光器，观察彩色全息图。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (6)

1.一种大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，包括并行布置的红色光源激光器、绿色光源激光器和蓝色光源激光器，所述红色光源激光器依次通过第1个第一透镜和第1个第二透镜连接第二短波通二向色镜的反射输入侧，所述绿色光源激光器依次通过第2个第一透镜和第2个第二透镜连接第一短波通二向色镜的反射输入侧，所述蓝色光源激光器依次通过第3个第一透镜和第3个第二透镜连接反射镜的反射输入侧，反射镜的反射输出侧连接第一短波通二向色镜的透射输入侧，第一短波通二向色镜的输出侧连接第二短波通二向色镜的透射输入侧，第二短波通二向色镜的输出侧连接反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器的输入侧，反射型数字微镜阵列DMD空间光调制器的输出侧连接中继光学系统，所述中继光学系统包括依次连接的小尺寸部分三维成像接入透镜组、扫描振镜和大尺寸全景三维成像输出透镜组。

2.根据权利要求1所述的大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，所述小尺寸部分三维成像接入透镜组包括依次连接的第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第三透镜与第四透镜之间形成小尺寸部分三维成像，所述大尺寸全景三维成像输出透镜组包括依次连接的第一大透镜、小透镜阵列和第二大透镜，所述第五透镜通过所述扫描振镜连接所述第一大透镜。

3.根据权利要求1所述的大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，反射型数字微镜阵列DMD的延时小于1500μs，刷新速率超过22.272kHz，分辨率大于2560×1600，每个像素单元小于7.6微米，光波响应波段为400～700nm。

4.根据权利要求1所述的大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，所述扫描振镜的扫描角度大于80°，小角度阶跃响应时间小于130μs。

5.根据权利要求1所述的大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，大尺寸全景三维成像位于大视场全息视频显示立方体内，通过立方体上设置的观测点观察三维立体图像。

6.根据权利要求5所述的大视场全息视频显示装置的光路成像系统，其特征在于，所述大视场全息视频显示立方体连接计算机控制系统，所述大视场全息视频显示立方体内设置有纵横交错的滑轨，滑轨上分布着若干模块，通过模块组装光路成像系统，以及数据采集和分析系统。