CN201285472Y

CN201285472Y - 动态全息立体投影装置

Info

Publication number: CN201285472Y
Application number: CNU2008200727228U
Authority: CN
Inventors: 王旭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2018-11-07

Abstract

本实用新型涉及一种动态全息立体投影装置，包括一红光激光光源、紫光激光光源和作为图像信息生成及控制系统的计算机，在经扩束准直的红光通过光束分束镜分为两路，其中的一路相干光作为写入光束入射到与所述计算机相连接的DMD上，经DMD反射后的加载有计算全息图信息的光束直接照射到野生BR薄膜上，将光束所携带的图像信息存储在野生BR薄膜上；另一路非相干光作为读出光束经平面反射镜反射到所述的野生BR薄膜上，经野生BR薄膜衍射出的具有全息图像信息的光束经投影平面反射镜反射后沿水平方向射出；经过扩束准直的紫光光束作为擦除光束直接照射在所述的野生BR薄膜上。在与平面反射镜同一水平面内任何角度即可观看动态立体图像。

Description

动态全息立体投影装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用激光显示全息图所携带的信息的装置，特别涉及一种动态全息显示系统的装置。

背景技术

全息立体投影装置是一种能够利用全息衍射效应产生立体影像的特殊光学系统，其关键部分是由全息图的存储部分和全息图显示部分即投影部分构成。现有的全息系统一部分是偏重于全息存储部分，主要要求信息存储的稳定性；而另一部分则偏重于全息显示部分，它们采用不同工艺和方法，使显示效果更逼真。但由于全息存储信息刷新率的限制，使得立体图像的显示缺乏动态性。

在中国专利99256137.X(公告号CN2399800Y)中公开了一种采用三种波长不同的激光源分别通过常规的光学器件组合对经化学修饰的细菌视紫红质薄膜(Bacteriorhodopsin，简称菌紫质或BR)存储器件进行激发并完成信息的写入、读出及擦除的装置，装置中采用了CCD实时监控和信息采集处理。它包括了写入、读出和擦除三部分：写入部分由光源、光学滤波、扩束器、准直器、空间光调制器、成像光学装置、CCD实时监测器组成。其光源波长为640nm。光学滤波主要用来改善写入光的均匀性；CCD监测器用于成像光路的精密调校，包括一个CCD器件和一个显示器。待写入信息可由空间光调制器提供。读出部分由黄光激光器、光学滤波、扩束与准直器、成像光学装置、图像读出器组成。图像读出器由CCD器件和图像采集卡、图像数据处理软件构成。可直接将读取信息通过图像采集卡转换为计算机图形文件，再经过图像数据处理软件将信息经过分析和处理并存储在计算机中。擦除部分由激光器和扩束器、准直器构成。擦除所用激光器输出波长在490nm附近。

信息的记录：首先待记录的信息可以由计算机输入空间光调制器中，写入光源经过滤波、扩束和准直后通过空间光调制器，经过成像光学装置将待记录信息成像在细菌视紫红质生物分子膜存储器件上，这时，信息的记录完成；信息的读出：读出冠个经过滤波、扩束准直后通过反射镜和棱镜后，变成一束准直电子照明光束投射在细菌视紫红质生物分子膜存储器件上，通过器件的读出光将携带记录的信息，并经过成像光学装置成像在CCD的光敏面上，CCD获得读出信息，通过图像采集卡和计算机中的图像处理软件将记录信息转化成为计算机图像文件，信息的读出过程至此完成。读出光的光束直径可以通过调节扩暑器和准直器来控制大小，从而适合不同尺寸的细菌视紫红质生物分子膜存储器件。信息的擦除：由擦除光源发出的光经过扩束和准直后，照射在记录信息的细菌视紫红质生物分子膜上，即能迅速擦除已读取记录的信息。这时，细菌视紫红质生物分子膜存储器件又可以方便地进行下一此的写、读操作。

上述系统较好的解决了光信息的实时存储、读取问题。经化学修饰的菌紫质薄膜存储器件主要目的为长时间存储信息，在信息存储系统中是优势，但在实时图像显示系统中，则成为劣势，这主要表现为信息更新速度不快，擦除信息需较长时间(秒级)，缺乏人眼观察所需的实时性，而且没有充分利用全息图的立体显示特性。另外也不具备大视场观察立体图像所要求的技术特性。

发明内容

本发明的目的是在于解决现有技术不能有效地实现全息图的立体显示特性，提出一种动态全息立体投影装置，以实现观察者在任何方向上均能够观察到动态立体全息影像。

本发明动态全息立体投影装置，包括一红光激光光源1、沿该光源传输方向设置的第一扩束器3、第一准直器5，与红光激光光源1光路平行的紫光激光光源2、沿该光源传输方向设置的第二扩束器4、第二准直器6，作为图像信息生成及控制系统的计算机16；

在所述经过扩束、准直的红光光路上设置一光束分束镜7，将光分为两路，其中通过该光束分束镜7透射出的一路相干光经第一快门8和毛玻璃18入射到与所述的计算机16相连接的DMD(数字微反射镜装置)9上，经DMD9反射后的加载有计算全息图信息的光束通过光学缩微装置10直接照射到野生BR薄膜14上，将光束所携带的图像信息存储在野生BR薄膜14上；通过该光束分束镜7折射出的一路非相干光通过第二快门11至平面反射镜12，经平面反射镜12把光线直接反射到所述的野生BR薄膜14上，经野生BR薄膜14衍射出的具有全息图像信息的光束通过光阑17后，经与水平面成45度角放置的投影平面反射镜15反射后沿水平方向射出；

所述经过扩束、准直的紫光光束通过第三快门13直接照射在所述的野生BR薄膜14上；

所述第一快门8、第二快门11和第三快门13分别通过快门驱动器与所述计算机16控制连接。

还包括一与所述计算机16控制连接的电机19，所述的投影平面反射镜15驱动连接在该电机19上实现沿水平方向旋转。

本实用新型装置的工作过程：

红光光源出射红色相干光经过分光片被分成两路光，一路光经快门作为信息写入光束，携带特定信息后照射到野生BR薄膜上，使野生BR薄膜携带有特定信息，之后此快门关闭；另一路光经过打开的快门与第一路光在时间上有些许延迟后作为信息读出光束，出射后照射到野生BR薄膜上，由于BR薄膜已经带有特定信息而成为一个全息干板，则读出部分的出射光经野生BR薄膜衍射后显示与特定信息内容对应的立体影像。在信息读出部分内的快门关闭后，打开作为擦除光束的所述紫光光路上的快门，这样紫光光源出射的相干光经快门直接照射在野生BR膜上，进行擦除野生BR薄膜上携带的信息的动作。经野生BR薄膜衍射后的光束投射到与水平面成45度角放置的投影平面反射镜上，通过电机以特定速度旋转把显示内容投射到360度的空间内。通过信息写入部分内的信息加载速度及加载内容、读出系统的读出速度、三个独立快门的开关时间与开关顺序及电机的旋转速度相协调则可显示出在与平面反射镜同一水平面内任何角度可观看的动态立体图像。

本装置使用DMD装置替代传统LCD透射式空间光调制器，不但能降低信息能量损耗，又能使得全息图实时更新，达到动态的目的。为了配合全息图的实时更新，在发明中所使用的是未经化学修饰的野生BR薄膜，与经化学修饰的BR薄膜相比其M态的分钟级不同，野生BR薄膜的优点是M态寿命在毫秒级甚至更短。由于采用电机驱动投影平面反射镜，有效地扩大了立体图像观察视场。能够使观察者裸眼直接观察到真正的三维动态全息影像，而无需佩戴偏振眼镜等辅助装置。

附图说明

图1是本发明动态全息立体投影装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明结构作进一步详细说明。

参照图1，一种动态全息立体投影装置，包括一红光激光光源1、沿该光源传输方向设置的第一扩束器3、第一准直器5，与红光激光光源1光路平行的紫光激光光源2、沿该光源传输方向设置的第二扩束器4、第二准直器6，作为图像信息生成及控制系统的计算机16；

在所述经过扩束、准直的红光光路上设置一光束分束镜7，将光分为两路，其中通过该光束分束镜7透射出的一路相干光经第一快门8和毛玻璃18入射到与所述的计算机16相连接的DMD9上，经DMD9反射后的加载有计算全息图信息的光束通过光学缩微装置10直接照射到野生BR薄膜14上，将光束所携带的图像信息存储在野生BR薄膜14上；通过该光束分束镜7折射出的一路非相干光通过第二快门11至平面反射镜12，经平面反射镜12把光线直接反射到所述的野生BR薄膜14上，经野生BR薄膜14衍射出的具有全息图像信息的光束通过光阑17后，经与水平面成45度角放置的投影平面反射镜15反射后沿水平方向射出；

还包括一与所述计算机16控制连接的电机19，所述的投影平面反射镜15驱动连接在该电机19上实现沿水平方向旋转，使观察者在任何方向上均能够观察到动态立体全息影像。

DMD装置采用德州仪器的DMD Discovery^TM 4000芯片组，其内含0.95”1080p2xLVDS DMD，DAD2000 DMD电源与重置驱动器，DDC4000数字控制器。DAD2000 DMD电源与重置驱动器产生针对DMD阵镜的16位重置控制信号；DDC4000数字控制器提供高速LVDS数据，提供用户接口，并为DAD2000提供重置信号和计时功能，另外DDC4000也支持随机行寻址。DMD装置9内的DAD2000 DMD电源与重置驱动器，DDC4000数字控制器分别与计算机16相连，计算机16负责把预先生成的全息图加载到DMD装置9的DDC4000数字控制器上，并由其控制DMD阵镜动作。因此装置9对入射到DMD阵镜上的平行光进行调制，也就是说把计算全息图的信息加载到入射光之上。随后，加载有计算全息图的光束进入光学缩微装置10，来提高光束的空间分辨率。经过缩微的光信号直接照射到野生BR薄膜14上，其采用德国Actilor公司生产的野生BR薄膜。BR薄膜14上涂覆的是野生菌紫质生物材料来记录空间分辨率提高后的计算全息图。待全息图记录后，关闭快门8阻止入射光进入信息写入部分。与此同时打开快门11，则相干光进入信息读出部分，经过平面反射镜12把光线直接反射到野生BR膜14上进行读出动作，此时野生BR薄膜14上由于记录有计算全息图信息而成为一个暂时的全息片，激光经过野生BR薄膜14发生衍射，在+1级衍射方向上形成了计算全息图的光学还原图，衍射的光束经由光阑17屏蔽掉+1级衍射方向以外其他级次的衍射光，之后又经投影部分的反射镜15反射到水平方向上方便人们观看。投影部分内的电机19采用Animatics SM3420D“Smart Motor”。此时同时关闭快门8、11，打开快门13，使得经过扩束器4，准直器6的紫光光源2的相干光进入，直接照射到野生BR薄膜14上，对其上记录的计算全息图信息进行擦除动作，紫光光源2采用波长为405nm的半导体激光器。至此，一个完整的全息信息写入、读出、擦除周期结束。反复按照上述过程依次开关快门8、11、13，在不同的周期内计算机16都要把不同的计算全息图数据信息加载到DMD装置9上。如果计算机16控制投影部分15、19固定在某一方向上不动，并且每个周期加载的是某一运动实物连续时间的计算全息图数据信息，那么观察者在固定的一个区域内则会观察到此运动实物的动态立体全息影像。如果投影系统内的电机19旋转起来的情况，DMD装置9的信号刷新速度、投影部分电机19的旋转速度、快门8、11、13开关时间在计算机16的控制下协调同步，那么观察者在任何方向上均能够观察到这一动态立体全息影像。

Claims

1.一种动态全息立体投影装置，包括一红光激光光源(1)、沿该光源传输方向设置的第一扩束器(3)、第一准直器(5)，与红光激光光源(1)光路平行的紫光激光光源(2)、沿该光源传输方向设置的第二扩束器(4)、第二准直器(6)，作为图像信息生成及控制系统的计算机(16)，其特征在于：

在所述经过扩束、准直的红光光路上设置一光束分束镜(7)，将光分为两路，其中通过该光束分束镜(7)透射出的一路相干光经第一快门(8)和毛玻璃(18)入射到与所述的计算机(16)相连接的DMD(9)上，经DMD(9)反射后的加载有计算全息图信息的光束通过光学缩微装置(10)直接照射到野生BR薄膜(14)上，将光束所携带的图像信息存储在野生BR薄膜(14)上；通过该光束分束镜(7)折射出的一路非相干光通过第二快门(11)至平面反射镜(12)，经平面反射镜(12)把光线直接反射到所述的野生BR薄膜(14)上，经野生BR薄膜(14)衍射出的具有全息图像信息的光束通过光阑(17)后，经与水平面成45度角放置的投影平面反射镜(15)反射后沿水平方向射出；

所述经过扩束、准直的紫光光束通过第三快门(13)直接照射在所述的野生BR薄膜(14)上；

所述第一快门(8)、第二快门(11)和第三快门(13)分别通过快门驱动器与所述计算机(16)控制连接。

2.根据权利要求1所述的动态全息立体投影装置，其特征在于：还包括一与所述计算机(16)控制连接的电机(19)，所述的投影平面反射镜(15)驱动连接在该电机(19)上实现沿水平方向旋转。