JPH05119296A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- JPH05119296A JPH05119296A JP27913291A JP27913291A JPH05119296A JP H05119296 A JPH05119296 A JP H05119296A JP 27913291 A JP27913291 A JP 27913291A JP 27913291 A JP27913291 A JP 27913291A JP H05119296 A JPH05119296 A JP H05119296A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の振幅と位相を同時に制御できる空間光変
調器と、この空間光変調器を用いた高精度なパターン認
識、弁別のための光学装置を提供する。 【構成】 振幅変調用液晶素子と位相変調用液晶素子が
直列に空間接続されて成る空間光変調器を、光相関器に
おける入力面あるいはフィルタ面のいずれか一方に配置
したことを特徴とする。
調器と、この空間光変調器を用いた高精度なパターン認
識、弁別のための光学装置を提供する。 【構成】 振幅変調用液晶素子と位相変調用液晶素子が
直列に空間接続されて成る空間光変調器を、光相関器に
おける入力面あるいはフィルタ面のいずれか一方に配置
したことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子を応用した光
学装置に関する。
学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光相関処理によって物体の認識、弁別を
高精度に行う手法に、SDF(Synthetic D
iscriminant Function)フィルタ
を用いるものがある(例えば、Applied Opt
ics Vol.25,No.20,p3767ー37
72(1986)参照)。しかし従来は、光の振幅と位
相を同時にかつ独立に制御できる空間変調器がなかった
ため、SDFフィルタを実現することができなかった。
このために、位相変調だけがおこなえる空間光変調器を
用いて近似的にSDFフィルタを作製し、光相関処理へ
使用することが試みられてきた(例えば、Applie
d Optics Vol.29,No.8,p120
9ー1214(1986)参照)。
高精度に行う手法に、SDF(Synthetic D
iscriminant Function)フィルタ
を用いるものがある(例えば、Applied Opt
ics Vol.25,No.20,p3767ー37
72(1986)参照)。しかし従来は、光の振幅と位
相を同時にかつ独立に制御できる空間変調器がなかった
ため、SDFフィルタを実現することができなかった。
このために、位相変調だけがおこなえる空間光変調器を
用いて近似的にSDFフィルタを作製し、光相関処理へ
使用することが試みられてきた(例えば、Applie
d Optics Vol.29,No.8,p120
9ー1214(1986)参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のようなSDFフ
ィルタの製作法では、SDFフィルタが本来備えている
高度なパターン認識、弁別の能力が充分に発揮されず、
実使用に耐え得る装置の実現には至っていない。
ィルタの製作法では、SDFフィルタが本来備えている
高度なパターン認識、弁別の能力が充分に発揮されず、
実使用に耐え得る装置の実現には至っていない。
【0004】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、その目的は、簡便な手段により、光の振幅と
位相を同時に制御できる空間光変調器と、この空間光変
調器を用いた高精度なパターン認識、弁別のための光学
装置を提供するところにある。
であって、その目的は、簡便な手段により、光の振幅と
位相を同時に制御できる空間光変調器と、この空間光変
調器を用いた高精度なパターン認識、弁別のための光学
装置を提供するところにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の光学装置
は、コヒーレント光源と、光の振幅と位相を同時にかつ
独立に変調できる空間光変調器を備え、参照データを前
記空間光変調器へ入力して用いることを特徴とする。
は、コヒーレント光源と、光の振幅と位相を同時にかつ
独立に変調できる空間光変調器を備え、参照データを前
記空間光変調器へ入力して用いることを特徴とする。
【0006】本発明の第2の光学装置は、コヒーレント
光源と、光の振幅と位相を同時にかつ独立に変調できる
空間光変調器を備え、参照データと物体データを同時に
前記空間光変調器へ入力して用いることを特徴とする。
光源と、光の振幅と位相を同時にかつ独立に変調できる
空間光変調器を備え、参照データと物体データを同時に
前記空間光変調器へ入力して用いることを特徴とする。
【0007】本発明の第3の光学装置は、前記第1ない
し第2の光学装置において、空間光変調器が、振幅変調
用の液晶素子と位相変調用の液晶素子が対応する変調点
をそろえて直列に空間接続されて成ることを特徴とす
る。
し第2の光学装置において、空間光変調器が、振幅変調
用の液晶素子と位相変調用の液晶素子が対応する変調点
をそろえて直列に空間接続されて成ることを特徴とす
る。
【0008】本発明の第4の光学装置は、前記第1ない
し第2の光学装置において、空間光変調器が、振幅変調
用の液晶素子と位相変調用の液晶素子がアフオーカル光
学系において互いに共役な位置に置かれ対応する変調点
をそろえて直列に空間接続されて成ることを特徴とす
る。
し第2の光学装置において、空間光変調器が、振幅変調
用の液晶素子と位相変調用の液晶素子がアフオーカル光
学系において互いに共役な位置に置かれ対応する変調点
をそろえて直列に空間接続されて成ることを特徴とす
る。
【0009】本発明の第6の光学装置は、前記第4の光
学装置において、アフオーカル光学系が、一枚もしくは
2枚のアレイレンズから成ることを特徴とする。
学装置において、アフオーカル光学系が、一枚もしくは
2枚のアレイレンズから成ることを特徴とする。
【0010】本発明の第7の光学装置は、前記第3ない
し第6の光学装置において、振幅変調用の液晶素子がT
N(ツイストネマチック)モードの液晶素子であり、前
記位相変調用の液晶素子がECB(電界制御複屈折)モ
ードの液晶素子であるこを特徴とする。
し第6の光学装置において、振幅変調用の液晶素子がT
N(ツイストネマチック)モードの液晶素子であり、前
記位相変調用の液晶素子がECB(電界制御複屈折)モ
ードの液晶素子であるこを特徴とする。
【0011】
【実施例】以下では実施例にもとづき、本発明の内容に
ついて詳しく説明する。
ついて詳しく説明する。
【0012】(実施例1)図1に本発明の実施例1の構
成を示す。レーザ光源101から出射されたビームをエ
クスパンダ102とコリメートレンズ103で拡大し
て、TN(ツイストネマチック)モードの液晶素子10
4を照明する。液晶素子104には、認識あるいは弁別
の対象となる画像が濃淡で表示されている。この画像の
フーリエ変換像が、レンズ105を介して、空間光変調
器106の表示面上に形成される。空間光変調器106
には、SDFフィルタの複素数データが記録されてい
る。そして、SDFフィルタと入力画像のフーリエ変換
像との相関演算が光学的に実行され、その結果がレンズ
107を介して、光検出器108の受光面上に出力され
る。図中で、液晶素子104および空間光変調器106
に対する信号発生手段は記載を省略した。
成を示す。レーザ光源101から出射されたビームをエ
クスパンダ102とコリメートレンズ103で拡大し
て、TN(ツイストネマチック)モードの液晶素子10
4を照明する。液晶素子104には、認識あるいは弁別
の対象となる画像が濃淡で表示されている。この画像の
フーリエ変換像が、レンズ105を介して、空間光変調
器106の表示面上に形成される。空間光変調器106
には、SDFフィルタの複素数データが記録されてい
る。そして、SDFフィルタと入力画像のフーリエ変換
像との相関演算が光学的に実行され、その結果がレンズ
107を介して、光検出器108の受光面上に出力され
る。図中で、液晶素子104および空間光変調器106
に対する信号発生手段は記載を省略した。
【0013】一般に、SDFフィルタのデータは複素数
として求まる。このため、SDFフィルタを忠実に記録
するには、光の振幅と位相を同時にかつ独立に制御でき
る空間光変調器が必要になる。このような空間光変調器
を、本発明では、位相変調用の液晶素子と振幅変調用の
液晶素子を対応する画素を揃えて直列に接続して実現し
た。その構成を図3に示す。
として求まる。このため、SDFフィルタを忠実に記録
するには、光の振幅と位相を同時にかつ独立に制御でき
る空間光変調器が必要になる。このような空間光変調器
を、本発明では、位相変調用の液晶素子と振幅変調用の
液晶素子を対応する画素を揃えて直列に接続して実現し
た。その構成を図3に示す。
【0014】位相変調用の液晶素子は、TFT(薄膜ト
ランジスタ)素子基板302と液晶層303と対向基板
304から成る。他方、振幅変調用の液晶素子は、TF
T素子基板307と液晶層306と対向基板305から
成る。位相変調用の液晶素子はECB(電界制御複屈
折)モードであり、液晶層303の液晶配向はねじれの
ないホモジニアス配向である(例えば、第51回応用物
理学会秋季講演会,26a−H−10,p754)。他
方、振幅変調用の液晶素子はTNモードであり、液晶分
子の配向が90゜ねじれている。液晶層303および3
06における斜線部分は、対向基板304、305に配
置された遮光マスク(図には記載されていない)のため
に利用されない領域である。
ランジスタ)素子基板302と液晶層303と対向基板
304から成る。他方、振幅変調用の液晶素子は、TF
T素子基板307と液晶層306と対向基板305から
成る。位相変調用の液晶素子はECB(電界制御複屈
折)モードであり、液晶層303の液晶配向はねじれの
ないホモジニアス配向である(例えば、第51回応用物
理学会秋季講演会,26a−H−10,p754)。他
方、振幅変調用の液晶素子はTNモードであり、液晶分
子の配向が90゜ねじれている。液晶層303および3
06における斜線部分は、対向基板304、305に配
置された遮光マスク(図には記載されていない)のため
に利用されない領域である。
【0015】これらふたつの液晶素子を接続するため
に、位相変調用の液晶素子の液晶分子ディレクタの方向
を、振幅変調用の液晶素子の対向基板305における液
晶配向方向と平行にした。さらに、2枚の偏光板301
と308の方位は、互いに平行にかつ位相変調用の液晶
素子の液晶分子ディレクタの方向と平行にした。対向基
板304、305は充分に薄くして、対向基板304に
配置された遮光マスクによる回折光を、対向基板305
に配置された遮光マスクでさえぎるようにした。こうす
ることにより、コントラスト比を高くとり、TNモード
液晶素子で発生した位相変化をECBモード液晶素子で
補償して、高性能なSDFフィルタを記録することがで
きた。SDFフィルタの算出法については、文献 Ap
plied Optics Vol.25,No.1
4,p2343ー2350(1988)に詳しいので、
記述を省略した。
に、位相変調用の液晶素子の液晶分子ディレクタの方向
を、振幅変調用の液晶素子の対向基板305における液
晶配向方向と平行にした。さらに、2枚の偏光板301
と308の方位は、互いに平行にかつ位相変調用の液晶
素子の液晶分子ディレクタの方向と平行にした。対向基
板304、305は充分に薄くして、対向基板304に
配置された遮光マスクによる回折光を、対向基板305
に配置された遮光マスクでさえぎるようにした。こうす
ることにより、コントラスト比を高くとり、TNモード
液晶素子で発生した位相変化をECBモード液晶素子で
補償して、高性能なSDFフィルタを記録することがで
きた。SDFフィルタの算出法については、文献 Ap
plied Optics Vol.25,No.1
4,p2343ー2350(1988)に詳しいので、
記述を省略した。
【0016】以上述べてきたように、位相変調が可能な
液晶素子と振幅変調が可能な液晶素子を直列に接続する
ことによって、コヒーレント光の振幅と位相を同時にか
つ独立に制御することが可能になり、物体画像の歪(回
転、大きさの変化)に影響されない高性能なSDFフィ
ルタを実現することできた。
液晶素子と振幅変調が可能な液晶素子を直列に接続する
ことによって、コヒーレント光の振幅と位相を同時にか
つ独立に制御することが可能になり、物体画像の歪(回
転、大きさの変化)に影響されない高性能なSDFフィ
ルタを実現することできた。
【0017】なお、図3の構成で、2枚の液晶素子を順
序を入れ換えて配置することも可能である。この場合
は、薄膜型の偏光素子を対向基板304と305の間に
配置する。
序を入れ換えて配置することも可能である。この場合
は、薄膜型の偏光素子を対向基板304と305の間に
配置する。
【0018】(実施例2)図4に、本発明の実施例2に
おいて使用する空間光変調器の構成を示す。レーザ光
源、レンズ、画像入力用の液晶素子、そして光検出器の
配置は、実施例1と同じである。本発明の特徴は、SD
Fフィルタを記録するための空間光変調器を、位相変調
用の液晶素子と振幅変調用の液晶素子をアフォーカル光
学系で接続して構成した点にある。
おいて使用する空間光変調器の構成を示す。レーザ光
源、レンズ、画像入力用の液晶素子、そして光検出器の
配置は、実施例1と同じである。本発明の特徴は、SD
Fフィルタを記録するための空間光変調器を、位相変調
用の液晶素子と振幅変調用の液晶素子をアフォーカル光
学系で接続して構成した点にある。
【0019】アフォーカル光学系は、焦点距離が等しい
一対のアレイレンズ401と402から成る。ECBモ
ードの液晶素子をアレイレンズ401の前側焦点面に、
TNモードの液晶素子をアレイレンズ402の後側焦点
面にに配置した。レンズ径が開口部(液晶層303にお
ける空白部分)の間隔とほぼ等しく、開口数が大きいア
レイレンズを用いた。
一対のアレイレンズ401と402から成る。ECBモ
ードの液晶素子をアレイレンズ401の前側焦点面に、
TNモードの液晶素子をアレイレンズ402の後側焦点
面にに配置した。レンズ径が開口部(液晶層303にお
ける空白部分)の間隔とほぼ等しく、開口数が大きいア
レイレンズを用いた。
【0020】以上の構成により、ふたつの液晶素子の対
応する画素が正しく重なり合い、ひとつの画素で振幅と
位相を同時にかつ独立に変調することが可能になった。
応する画素が正しく重なり合い、ひとつの画素で振幅と
位相を同時にかつ独立に変調することが可能になった。
【0021】(実施例3)図5に、本発明の実施例3に
おいて使用する空間光変調器の構成を示す。レーザ光
源、レンズ、画像入力用の液晶素子、そして光検出器の
配置は、実施例1および実施例2と同じである。本発明
の特徴は、SDFフィルタを記録するための空間光変調
器を、位相変調用の液晶素子と振幅変調用の液晶素子を
アアフォーカル光学系で接続して構成した点にある。
おいて使用する空間光変調器の構成を示す。レーザ光
源、レンズ、画像入力用の液晶素子、そして光検出器の
配置は、実施例1および実施例2と同じである。本発明
の特徴は、SDFフィルタを記録するための空間光変調
器を、位相変調用の液晶素子と振幅変調用の液晶素子を
アアフォーカル光学系で接続して構成した点にある。
【0022】アフォーカル光学系は、アレイ屈折率分布
型レンズ501から成る。ECBモードの液晶素子をア
レイ屈折率分布型レンズ501の前側焦点面に、TNモ
ードの液晶素子を後側焦点面にに配置した。レンズ径が
開口部(液晶層303における空白部分)の間隔とほぼ
等しく、開口数が大きい屈折率分布型レンズを用いた。
型レンズ501から成る。ECBモードの液晶素子をア
レイ屈折率分布型レンズ501の前側焦点面に、TNモ
ードの液晶素子を後側焦点面にに配置した。レンズ径が
開口部(液晶層303における空白部分)の間隔とほぼ
等しく、開口数が大きい屈折率分布型レンズを用いた。
【0023】以上の構成により、ふたつの液晶素子の対
応する画素が正しく重なり合い、ひとつの画素で振幅と
位相を同時にかつ独立に変調することが可能になった。
応する画素が正しく重なり合い、ひとつの画素で振幅と
位相を同時にかつ独立に変調することが可能になった。
【0024】(実施例4)図2に本発明の実施例4の構
成を示す。レーザ光源201から出射されたビームをエ
クスパンダ202とコリメートレンズ203で拡大し
て、ビームスプリッタ204でふたつに分ける。そし
て、片方の光で空間光変調器205を照明する。空間光
変調器205には、認識あるいは弁別の対象となる画像
と、参照画像のSDFフィルタがいずれも複素数データ
で表示されている。これらの画像のフーリエ変換像が、
レンズ206を介して、光検出器207の受光面上に形
成される。光検出器207の出力は、演算回路208を
介して、位相変調用の液晶素子210へ入力される。液
晶素子210は、さきにビームスプリッタ204でふた
つに分けておいた、もう一方の光で照明される。こうし
て、SDFフィルタと入力画像の相関演算が光学的に実
行され、その結果がレンズ211を介して、光検出器2
12の受光面上に出力される。
成を示す。レーザ光源201から出射されたビームをエ
クスパンダ202とコリメートレンズ203で拡大し
て、ビームスプリッタ204でふたつに分ける。そし
て、片方の光で空間光変調器205を照明する。空間光
変調器205には、認識あるいは弁別の対象となる画像
と、参照画像のSDFフィルタがいずれも複素数データ
で表示されている。これらの画像のフーリエ変換像が、
レンズ206を介して、光検出器207の受光面上に形
成される。光検出器207の出力は、演算回路208を
介して、位相変調用の液晶素子210へ入力される。液
晶素子210は、さきにビームスプリッタ204でふた
つに分けておいた、もう一方の光で照明される。こうし
て、SDFフィルタと入力画像の相関演算が光学的に実
行され、その結果がレンズ211を介して、光検出器2
12の受光面上に出力される。
【0025】本実施例で用いる空間光変調器は、実施例
1ないし3の空間光変調器のいずれかと同じ構成であ
る。したがって、実施例1ないし3と等しく、高性能な
SDFフィルタを実現することができる。SDFフィル
タの算出法については、文献Applied Opti
cs Vol.25,No.14,p2343ー235
0(1988)に詳しいので、記述を省略した。
1ないし3の空間光変調器のいずれかと同じ構成であ
る。したがって、実施例1ないし3と等しく、高性能な
SDFフィルタを実現することができる。SDFフィル
タの算出法については、文献Applied Opti
cs Vol.25,No.14,p2343ー235
0(1988)に詳しいので、記述を省略した。
【0026】本実施例では、さらに、フーリエ変換像の
強度分布を二値化した後でブレーズド格子を作成し、こ
れを位相変調用の液晶素子へ記録するようにした。な
お、フーリエ変換像の強度分布を二値化するところは、
文献(Optical Engineering Vo
l.29,No.9,p1088ー1093(199
0)参照)で報告されている手法にしたがった。
強度分布を二値化した後でブレーズド格子を作成し、こ
れを位相変調用の液晶素子へ記録するようにした。な
お、フーリエ変換像の強度分布を二値化するところは、
文献(Optical Engineering Vo
l.29,No.9,p1088ー1093(199
0)参照)で報告されている手法にしたがった。
【0027】こうすることにより、SN比の高い相関出
力を得ることが可能になり、相関演算の精度を向上する
ことができた。
力を得ることが可能になり、相関演算の精度を向上する
ことができた。
【0028】
【発明の効果】本発明により、光の振幅と位相を同時に
かつ独立に制御することが可能になり、複素数で表現さ
れたSDFフィルタを実現することができた。本発明の
光学装置は物体の認識、弁別を、高精度かつ高速に実行
することが可能であり、生産ラインにおける部品検査手
段として、あるいはロボットの視覚認知手段として、幅
広く応用が期待できる。
かつ独立に制御することが可能になり、複素数で表現さ
れたSDFフィルタを実現することができた。本発明の
光学装置は物体の認識、弁別を、高精度かつ高速に実行
することが可能であり、生産ラインにおける部品検査手
段として、あるいはロボットの視覚認知手段として、幅
広く応用が期待できる。
【図1】 本発明の実施例1の構成を示す平面図であ
る。
る。
【図2】 本発明の実施例5の構成を示す平面図であ
る。
る。
【図3】 本発明の実施例2で用いる空間光変調器の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図4】 本発明の実施例3で用いる空間光変調器の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
【図5】 本発明の実施例4で用いる空間光変調器の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
101・・・・・・レーザ光源 102・・・・・・エクスパンダ 103・・・・・・コリメートレンズ 104・・・・・・TNモードの液晶素子 105・・・・・・レンズ 106・・・・・・空間光変調器 107・・・・・・レンズ 108・・・・・・光検出器 201・・・・・・レーザ光源 202・・・・・・エクスパンダ 203・・・・・・コリメートレンズ 204・・・・・・ビームスプリッタ 205・・・・・・空間光変調器 206・・・・・・レンズ 207・・・・・・光検出器 208・・・・・・演算回路 209・・・・・・ミラー 210・・・・・・位相変調用の液晶素子 211・・・・・・レンズ 212・・・・・・光検出器 301・・・・・・偏光板 302・・・・・・TFT素子基板 303・・・・・・液晶層 304・・・・・・対向基板 305・・・・・・対向基板 306・・・・・・液晶層 307・・・・・・TFT素子基板 308・・・・・・偏光板 401・・・・・・アレイレンズ 402・・・・・・アレイレンズ 501・・・・・・アレイ屈折率分布型レンズ
Claims (6)
- 【請求項1】 光相関処理をおこなう光学装置に関し、
コヒーレント光源と、光の振幅と位相を同時にかつ独立
に変調できる空間光変調器を備え、参照データを前記空
間光変調器へ入力して用いることを特徴とする光学装
置。 - 【請求項2】 光相関処理をおこなう光学装置に関し、
コヒーレント光源と、光の振幅と位相を同時にかつ独立
に変調できる空間光変調器を備え、参照データと物体デ
ータを同時に前記空間光変調器へ入力して用いることを
特徴とする光学装置。 - 【請求項3】 前記空間光変調器が、振幅変調用の液晶
素子と位相変調用の液晶素子が対応する変調点をそろえ
て直列に空間接続されて成ることを特徴とする請求項1
ないし2に記載の光学装置。 - 【請求項4】 前記空間光変調器が、振幅変調用の液晶
素子と、位相変調用の液晶素子が、アフオーカル光学系
において互いに共役な位置に置かれ、かつ、対応する変
調点をそろえて直列に空間接続されて成ることを特徴と
する請求項1ないし2に記載の光学装置。 - 【請求項5】 前記アフオーカル光学系が、一枚もしく
は2枚のアレイレンズから成ることを特徴とする請求項
4に記載の光学装置。 - 【請求項6】 前記振幅変調用の液晶素子がTN(ツイ
ストネマチック)モードの液晶素子であり、前記位相変
調用の液晶素子がECB(電界制御複屈折)モードの液
晶素子であることを特徴とする請求項3ないし6に記載
の光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27913291A JPH05119296A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27913291A JPH05119296A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 光学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05119296A true JPH05119296A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17606883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27913291A Pending JPH05119296A (ja) | 1991-10-25 | 1991-10-25 | 光学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05119296A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9983457B2 (en) | 2012-06-01 | 2018-05-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Complex spatial light modulator and holographic 3D image display device having the same |
CN113671803A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-19 | 暨南大学 | 一种空间光场振幅及相位复合调制系统、方法及其检测系统 |
CN114077076A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示模组以及显示器件 |
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1991
- 1991-10-25 JP JP27913291A patent/JPH05119296A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9983457B2 (en) | 2012-06-01 | 2018-05-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Complex spatial light modulator and holographic 3D image display device having the same |
CN113671803A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-19 | 暨南大学 | 一种空间光场振幅及相位复合调制系统、方法及其检测系统 |
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