本發明專利技術涉及一種基于相長干涉的三維立體顯示裝置，包括：相干光源裝置，用于產生激光光束；照明光學系統，用于接受激光光束并進行擴束；復振幅空間光調節器，用于接受擴束后的激光光束，并對振幅和位相進行逐像素調節；透鏡陣列，用于接受經過復振幅空間光調節器調節后的光波，設計透鏡陣列中每個透鏡的通光口徑，使每個透鏡覆蓋復振幅空間光調節器的2個以上像素，經過復振幅空間光調節器每個象素調節后的光波，經過透鏡陣列中對應透鏡聚焦后照明三維立體成像空間的一個子空間，不同像素調節后的光波被透鏡陣列中對應不同透鏡聚焦后形成的子空間相互交疊，基于相長干涉原理形成體元，由眾多體元構成離散三維立體圖像。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及三維立體成像領域，更具體涉及一種基于相長干涉的三維立體顯示裝置，適用于三維立體顯示、虛擬現實、計算機人機交換、機器人視覺等領域。
技術介紹
用于三維立體顯示的光學系統根據其采用的光源是非相干光源還是相干光源可分為非相干三維立體顯示系統和相干三維立體顯示系統。光波的兩個基本特征是振幅和位相，其中振幅反映了物體亮度信息，而位相反映了物體空間位置和形狀信息，非相干三維立體顯示系統和相干三維立體顯示系統之間的最大區別在于前者僅僅利用振幅信息，而后者往往同時利用振幅和位相信息，從而使得立體顯示更加輕松簡潔。非相干三維立體顯示系統，最典型的如基于雙目視差的立體成像系統，雖然它們取得了很大的商業成功，但由于它·們采用各種方法把兩幅拍攝視角不同的圖像分別傳送給觀察者的左右眼，使其產生立體幻覺,長時間觀看容易引起疲勞。其他非相干成像技術,如集成成像和體成像技術雖然可以生成真實的立體圖像，但在視場景深、分辨率、刷新速率等各方面還存在不足，很難大規模推廣。相干三維立體顯示系統，最典型的如全息技術，它充分利用了激光光源的相干特性，可以把真實立體圖像成像在自由空間，重建光波場的光學波前與物體輪廓相吻合，觀眾可以像觀看真實物體一樣自然觀看。然而由于可見光波長很短，全息干涉條紋的密度遠遠超過顯示器的分辨率，因此需要采用高分辨率全息干板。全息干板的最大缺點是不能進行實時動態顯示。而且一幅全息圖包含的信息太大，即使數值化后也不便于實時傳輸和讀寫存儲。為了實現高像質大場景的全息立體顯示，一般需要大尺寸全息干板，這使得全息圖的信息量進一步加大。近年來Sub-holography通過產生一系列離散體元顯著降低了全息圖的信息量，為了使得干涉條紋充分稀疏(達到數十微米量級)，以便于用液晶顯示器代替全息干板動態顯示干涉條紋，在Sub-holography成像技術中每個體元發出的光錐僅僅覆蓋觀察者的眼睛，錐角小于I度，這樣必須時刻跟蹤觀察者眼睛的位置，而且必須為每一只眼睛產生一套立體圖像，由于總的立體體元數目有限，觀看人越多，每個人分配的體元數目越少，圖像清晰度越低。專利號為201010190482. 3的專利技術和申請號為201210262034. 9的專利技術提出了基于數字光學位相共軛原理的相干立體顯示技術，該技術的核心是采用一個絕熱錐形光波導束把復雜光波分解為許許多多單模光波導的基模，然后采用現有低分辨率空間光調制器實時數字化產生這些簡單基模的共軛光波。由于光學波前形狀相同但傳播方向相反的兩個光波其復振幅呈共軛關系，基于光路的可逆性，這些數字化實時產生的共軛光波逆向傳播，原路返回，從而重建出一個個體元，并由這些體元構成一幅立體圖像。由于該方法充分利用了光路的可逆性，因此不存在傳統光學系統的像差，所生成的光學波前的精度可以達到衍射極限精度，同時由于微透鏡陣列板的引入，在實現大尺寸立體圖像顯示的同時還保證了大觀察角。該方法的唯一不足是必須借助絕熱錐形光波導束，一個絕熱錐形光波導束由成千上萬根單模光波導組成，在絕熱錐形光波導束的細端，各個單模光波導彼此相互耦合，從細端到粗端，單模光波導之間的間距逐步增加，在絕熱錐形光波導束的粗端，單模光波導彼此相互隔離，借助該絕熱錐形光波導束可實現任意復雜光學波前的分解與合成，但絕熱錐形光波導束需要采用專業技術進行制作。專利號為200810046861.8的專利技術和專利號為200910093002.9的專利技術提出了基于隨機相長干涉原理的相干立體顯示技術，該技術的核心是采用微透鏡陣列板對經過空間光調制器進行復振幅調制后的光波進行聚焦，產生隨機分布的點光源陣列，再通過這些點光源的相長干涉在空間產生體元，由許許多多體元構成離散立體圖像。該方法的不足是一個微透鏡對應空間光調制器的一個像素，由每個微透鏡聚焦產生的點光源發出的光錐覆蓋整個立體成像空間，即使僅產生一個體元時也是如此，而發射到該體元以外的光線其實是雜散光，降低了光能利用率，同時也限制了總的體元數目。本專利技術是對專利號為200810046861. 8的專利技術和專利號為200910093002. 9的專利技術的改進或繼續，其最大改進在于讓一個微透鏡對應空間光調制器的多個像素，這樣經過每個像素調制后的光波聚焦后僅發射到三維成像空間的一個小光錐角范圍內，提高了產生每一個體元時的光 能利用率，同時也有利于提高總的體元數目。本專利技術也可看作是對專利號為201010190482. 3的專利技術和申請號為201210262034. 9的專利技術的一種簡化，因為點光源發出的球面光波經透鏡陣列分解后垂直照射空間光調制器，對這種垂直入射的平面光波可以很簡單地產生其共軛光波，從而重建出點光源像，即體元，不再需要借助絕熱錐形光波導束，從而可大大簡化顯示裝置的結構。
技術實現思路
本專利技術的目的是在于針對現有技術存在的上述不足，提供一種結構簡單、光能利用率高的基于相干干涉的三維立體顯示裝置，實現大尺寸、大視角立體顯示。為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術措施一種基于相長干涉的三維立體顯示裝置，包括相干光源裝置，產生激光光束；照明光學系統，接受相干光源裝置發出的激光光束，并對該激光光束進行擴束；復振幅空間光調節器，接受照明光學系統發出的擴束后的激光光束，并對擴束后的激光光束的振幅和位相進行逐像素調節；透鏡陣列，接受經過復振幅空間光調節器調節后的光波，透鏡陣列中的每個透鏡覆蓋復振幅空間光調節器的2個以上像素，使得經過復振幅空間光調節器每個象素調節后的光波，經過透鏡陣列中對應透鏡聚焦后照明三維立體成像空間的一個子空間，不同像素調節后的光波被透鏡陣列中所對應不同透鏡聚焦后形成的子空間相互交疊，基于相長干涉原理在空中形成體元，由眾多體元構成離散三維立體圖像。如上所述的相干光源裝置同時產生三基元色激光光束；照明光學系統，接受相干光源裝置發出的三基元色激光光束，并對該激光光束進行擴束和三基元色分離，使得透鏡陣列中的透鏡依次被不同基元色激光照明。如上所述的照明光學系統包括二維光柵陣列和第三光學透鏡，二維光柵陣列垂直放置在第三光學透鏡的焦平面，二維光柵陣列包含三塊二維光柵，每塊二維光柵接受一種基元色激光，設計每塊二維光柵的光柵參數，同時安排每塊二維光柵的橫向空間位置，使得經每塊二維光柵衍射后的光斑陣列與透鏡陣列對準，而且不同基元色衍射光斑依次照明透鏡陣列中的不同透鏡。如上所述的透鏡陣列中每個透鏡的位置呈隨機排列，使得高階衍射像可以忽略不計。如上所述的透鏡陣列中每個透鏡的位置呈周期排列，設定排列周期的大小，使得高階衍射像可以忽略不計。如上所述的復振幅空間光調節器包含依次放置的第一偏振片、第一空間光調制器、第二偏振片、第二空間光調制器和第三偏振片，通過調節第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片的偏振方向，使得第一空間光調制器工作在位相調節為主模式，第二空間光調制器工作在振幅調解為主模式；或者使得第一空間光調制器工作在振幅調節為主模式，第二空間光調制器工作在位相調解為主模式；第一空間光調制器和第二空間光調制器的像素相互對準；同時選擇第一空間光調制器和第二空間光調制器的像素間距使得2個以上像素對·應透鏡陣列中的一個對應透鏡。如上所述的復振幅空間光調節器包括依次疊放的后面板、第一液晶層、中間面板、第二液晶層、前面板和偏振片；后面板、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于相長干涉的三維立體顯示裝置，其特征在于：包括：相干光源裝置（1），產生激光光束；照明光學系統（2），接受相干光源裝置（1）發出的激光光束，并對該激光光束進行擴束；復振幅空間光調節器（3），接受照明光學系統（2）發出的擴束后的激光光束，并對擴束后的激光光束的振幅和位相進行逐像素調節；透鏡陣列（4），接受經過復振幅空間光調節器（3）調節后的光波，透鏡陣列（4）中的每個透鏡（15）覆蓋復振幅空間光調節器（3）的2個以上像素（16），使得經過復振幅空間光調節器（3）每個象素調節后的光波，經過透鏡陣列（4）中對應透鏡聚焦后照明三維立體成像空間的一個子空間，不同像素調節后的光波被透鏡陣列（4）中所對應不同透鏡聚焦后形成的子空間相互交疊，基于相長干涉原理在空中形成體元，由眾多體元構成離散三維立體圖像。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李志揚，
申請(專利權)人：李志揚，
類型：發明
國別省市：
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