基于全息光学元件的双视集成成像3D显示方法与流程

本发明涉及双视显示技术和集成成像3d显示技术，特别涉及基于全息光学元件的双视集成成像3d显示方法。

背景技术：

集成成像3d显示具有连续的视点、全视差、无视疲劳和无需辅助设备等优点，但也存在视角窄等问题。双视显示是指在不同观看位置看到不同图像的显示方式，它为观看者提供更多的方便。我们可以用集成成像3d显示的窄视角特性实现双视显示，反之，双视显示可以增大集成成像3d显示的视角。

全息光学元件是根据反射式体全息的原理制作出具有透镜功能的光学元件。由于体全息具有波长复用、角度复用、相位复用等复用特性，它可以将多种透镜的光学功能记录在同一张全息材料上，从而得到空间多路复用的全息光学元件。

技术实现要素：

本发明提出一种基于全息光学元件的双视集成成像3d显示方法，该方法包括空间多路复用全息光学元件制作和双视集成成像3d显示两个过程。

如附图1所示，在空间多路复用全息光学元件制作过程中，全息材料与微透镜阵列的凸面紧密贴合，平行光波i垂直入射到全息材料，平行光波ii以倾斜角度θ1入射微透镜阵列形成倾斜球面波阵列i，平行光波iii以倾斜角度θ2入射微透镜阵列形成倾斜球面波阵列ii，且θ1=θ2。倾斜球面波阵列i与全息材料面的夹角为θ3，倾斜球面波阵列ii与全息材料面的夹角为θ4，且θ1=θ3，θ2=θ4，平行光波i与平行光波ii和iii具有相同的波长和偏振态，平行光波i与平行光波ii和iii分别从全息材料的两侧入射，平行光波i与倾斜球面波阵列i和ii同时发生干涉，干涉条纹被记录在全息材料上，经过后期处理就得到了空间多路复用的全息光学元件。

如附图2所示，在双视集成成像3d显示过程中，将空间多路复用全息光学元件作为显示屏，带有微图像阵列信息的显示光波垂直照射到空间多路复用全息光学元件上，在满足布拉格角度选择性和波长选择性的条件下，重建出倾斜球面波阵列i和倾斜球面波阵列ii，在倾斜球面波阵列i前方形成左观看视区，左视区呈现出3d图像i；在倾斜球面波阵列ii前方形成右观看视区，右观看视区呈现出3d图像ii；观看者i在左观看视区看到3d图像i，观看者ii在右观看视区看到3d图像ii，实现双视集成成像3d显示。当3d图像i和3d图像ii完全相同时，等效为集成成像3d显示的视角增大了。

左观看视区形成的3d图像i与全息光学元件的夹角为θ3，右观看视区形成的3d图像ii与全息光学元件的夹角为θ4，3d图像i和3d图像ii的观看视角为φ，φ由公式（1）得到：

φ=tan^-1(p/2f)(1)

其中p为微透镜阵列的节距，f为微透镜阵列的透镜元的焦距。3d图像i与3d图像ii之间的夹角α由公式（2）得到：

α=π-2φ-θ3-θ4(2)

全息材料的布拉格选择角度的量级是10^-2，当α>时，3d图像i与3d图像ii不会发生串扰。

附图说明

附图1为空间多路复用全息光学元件制作过程示意图

附图2为双视集成成像3d显示过程示意图

上述附图中的图示标号为：

1全息材料，2微透镜阵列，3平行光波i，4平行光波ii，5倾斜球面波阵列i，6平行光波iii，7倾斜球面波阵列ii，8显示光波，9全息光学元件，10左观看视区,113d图像i，12右观看视区，133d图像ii，14观看者i，15观看者ii。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面详细说明本发明基于全息光学元件的双视集成成像3d显示方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明提出基于全息光学元件的双视集成成像桌面3d显示方法，包括空间多路复用全息光学元件制作和双视集成成像3d显示两个过程。

在空间复用全息光学元件制作过程中，全息材料与微透镜阵列的凸面紧密贴合，微透镜阵列透镜元的焦距f=3.3mm，节距p=1mm。平行光波i垂直入射全息材料，平行光波ii以倾斜角度θ1入射微透镜阵列后形成倾斜球面波阵列i，θ1=30°，平行光波iii以倾斜角度θ2入射微透镜阵列后形成倾斜球面波阵列ii，且θ1=θ2=30°，平行光波i与平行光波ii和iii具有相同的波长和偏振态，波长为632nm，偏振态为垂直偏振，平行光波i与平行光波ii和iii分别从全息材料的两侧入射，平行光波i与倾斜球面波阵列i和ii同时发生干涉，干涉条纹被记录在全息材料上，经过后期处理就得到了空间多路复用的全息光学元件。

在双视集成成像3d显示的过程，将空间多路复用全息光学元件作为显示屏，带有微图像阵列信息的显示光波以90°的夹角，照射到空间多路复用全息光学元件，在满足布拉格角度选择性和波长选择性的条件下，重建出倾斜球面波阵列i和倾斜球面波阵列ii，在倾斜球面波阵列i前方形成左观看视区，左视区呈现出集成成像3d图像i；在倾斜球面波阵列ii前方形成右观看视区，右视区再现出集成成像3d图像ii；观看者i在左视区看到3d图像i，观看者ii在右视区看到3d图像ii，实现双视区集成成像3d显示。当3d图像i和3d图像ii完全相同时，等效为集成成像3d显示的视角增大了。在左观看视区形成的3d图像i与全息光学元件的夹角为θ3=30°，在右观看视区形成的3d图像ii与全息光学元件的夹角为θ4=30°，3d图像i和3d图像ii的观看视角φ，由公式φ=tan^-1(p/2f)得到φ=8.62°，3d图像i与3d图像ii之间的夹角α由公式α=π-2φ-θ3-θ4得到α=102.76°，全息材料的布拉格选择角度的量级是10^-2，α>>，3d图像i与3d图像ii不会发生串扰。