基于4f凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于空间光调制器的全息三维显示领域，具体为一种基于4F凹面反 射镜系统的全息三维显示视角拓展装置。
【背景技术】
[0002] 全息三维显示技术能够完整的记录和重建三维物体的波前，提供人眼视觉系统所 需的全部信息，是一种真正意义上的三维显示技术，因而成为国内外真三维显示技术的研 宄热点。由于能够灵活的对光波波前进行调制，空间光调制器（SLM)被广泛的应用于全息 三维显示中，以空间光调制器为全息图承载介质的全息三维显示技术继承了传统全息记录 介质（如银盐干板等）能够再现真实三维影像的优点，且与传统的全息技术相比，通过空间 光调制器承载数字化的全息图进行光电再现，可以实现动态全息显示。因此，在三维动态显 示领域具有广阔的应用前景。
[0003] 在基于空间光调制器的全息三维显示中，由于受到集成电路水平和半导体工艺水 平等因素的限制，使得目前空间光调制器的像素尺寸难以达到可见光波长量级，导致基于 单片空间光调制器的全息再现像的可视角度较小，无法达到理想的三维显示效果。
[0004] 目前，国内外针对基于空间光调制器的全息三维显示视角拓展方法已有不少研宄 报道。基于多SLM空间拼接的方法，能有效地拓展全息三维像的视场角，但是拼接的成本 高，对多SLM的无缝拼接技术要求也较高；基于SLM时分复用及机械扫描的方法，虽然能够 以较少的空间光调制器获得宽视角的三维像，但对SLM的帧频率要求比较高，不利于实现 动态显示，且不同时刻三维像的拟合光路复杂，易造成再现像的闪烁。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对目前全息三维显示视角拓展技术存在的缺陷，提供一种基 于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置，该装置不会损失空间光调制器的帧 频率，以较少的空间光调制器实现全息三维再现像的视角拓展。
[0006]为达到上述目的，本发明的构思是： 本装置在两片反射式纯相位液晶空间光调制器的出射光路上，放置两个凹面反射镜构 成的倍焦4F凹面反射镜系统，则在该4F凹面反射镜系统的成像面上得到两个虚拟的空间 光调制器，其像素尺寸大小减小到原空间光调制器像素尺寸大小的一半，使得单片空间光 调制器所获的全息三维再现像的视场角增大一倍；根据4F凹面反射镜系统的成像关系，两 片虚拟空间调制器的曲面拼接角度也增大一倍，二者结合，在全息三维再现装置的成像输 出端得到宽视角的3D物体再现像。
[0007] 根据以上构思，本发明采用如下技术方案： 一种基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置，包括激光器、偏振片、物 镜、针孔、透镜、两片反射式纯相位液晶空间光调制器、两个分光板、第一凹面反射镜、第二 凹面反射镜和计算与控制中心；所述激光器发出的激光束，经过偏振片后入射到物镜进行 扩束，并通过针孔滤波后入射到透镜，经透镜准直成平行光束后入射到两片反射式纯相位 液晶空间光调制器和第一分光板组成的曲面拼接系统，通过第一分光板的镜像作用，实现 两片反射式纯相位液晶空间光调制器的曲面无缝拼接，从两片反射式纯相位液晶空间光调 制器反射出的光束经第二分光板入射到第一凹面反射镜和第二凹面反射镜构成的4F凹面 反射镜系统，两片反射式纯相位液晶空间光调制器均置于第一凹面反射镜的焦平面上，第 一凹面反射镜的焦点与第二凹面反射镜的焦点重合；计算与控制中心通过数据线分别与两 片反射式纯相位液晶空间光调制器连接。
[0008] 所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜构成4F凹面反射镜系统，第一凹面反射 镜的焦距F1为第二凹面反射镜焦距F2的两倍，第一凹面反射镜设置一定的倾斜角度，使得 其反射出的光束倾斜向上照射到第二凹面反射镜上，经同样倾斜放置的第二凹面反射镜反 射后，光束继续水平传播，得到全息再现像，通过人眼直接观察或用相机拍摄。
[0009] 本发明与现有技术相比较，具有如下突出的实质性特点和显著的优点： 本发明通过两片焦距不同的凹面反射镜组成倍焦的4F凹面反射镜系统，将空间光调 制器的像素尺寸大小减小到原来的一半，使得单片空间光调制器所获的全息三维再现像的 视场角增大一倍；同时根据4F凹面反射镜系统的成像关系，两片空间调制器的曲面拼接角 度也增大一倍。结合二者，本发明装置可使全息三维再现像的可视角度得到显著拓展。而 且，本发明装置不会损失两个空间光调制器的帧频率，如果将绿色激光器换成红光、绿光和 蓝光结合的三色激光器，并配合能进行时序控制的同步控制器，该全息三维显示视角拓展 装置能实现真彩色宽视角的全息三维再现。
【附图说明】
[0010] 图1为基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置的示意图。
[0011] 图2为4F凹面反射镜系统的正视图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明的实施作进一步的详细描述： 如图1所示，一种基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置，包括激光器 1、偏振片2、物镜3、针孔4、透镜5、两片反射式纯相位液晶空间光调制器6、8、两个分光板 7、10、第一凹面反射镜9、第二凹面反射镜11和计算与控制中心12 ;所述激光器1发出的激 光束，经过偏振片2后入射到物镜3进行扩束，并通过针孔4滤波后入射到透镜5,经透镜 5准直成平行光束后入射到两片反射式纯相位液晶空间光调制器6、8和第一分光板7组成 的曲面拼接系统，通过第一分光板7的镜像作用，实现两片反射式纯相位液晶空间光调制 器6、8的曲面无缝拼接，从两片反射式纯相位液晶空间光调制器6、8反射出的光束经第二 分光板10入射到第一凹面反射镜9和第二凹面反射镜11构成的4F凹面反射镜系统，两片 反射式纯相位液晶空间光调制器6、8均置于第一凹面反射镜9的焦平面上，第一凹面反射 镜9的焦点与第二凹面反射镜11的焦点重合；计算与控制中心12通过数据线分别与两片 反射式纯相位液晶空间光调制器6、8连接。
[0013] 本实施例中，计算与控制中心12采用美国AMAX公司生产的SerMax PSC-2n 448 核个人超级计算机，带有Tesla C2075 GPU计算处理器。
[0014] 本实施例中，激光器1采用的是波长为a=532nm的绿色激光器(其他波长的可见 光同样适合本装置)。
[0015] 本实施例中，所采用的两个反射式纯相位液晶空间光调制器6、8均为H0L0EYE公 司生产的PLUTO VIS纯相位型反射式液晶空间光调制器，像素总量为1920X1080 pixels， 像素尺寸大小P=8. OMffl，用波长X =532nm的绿色激光器照明时获得的全息再现像的视场角 大小
【主权项】
1. 一种基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置，其特征在于：包括激 光器（1)、偏振片（2)、物镜（3)、针孔（4)、透镜（5)、两片反射式纯相位液晶空间光调制器 (6、8)、两个分光板（7、10)、第一凹面反射镜（9)、第二凹面反射镜（11)和计算与控制中心 (12);所述激光器（1)发出的激光束，经过偏振片（2)后入射到物镜（3)进行扩束，并通过 针孔（4)滤波后入射到透镜（5)，经透镜（5)准直成平行光束后入射到两片反射式纯相位液 晶空间光调制器（6、8)和第一分光板（7)组成的曲面拼接系统，通过第一分光板（7)的镜像 作用，实现两片反射式纯相位液晶空间光调制器（6、8)的曲面无缝拼接，从两片反射式纯相 位液晶空间光调制器（6、8)反射出的光束经第二分光板（10)入射到第一凹面反射镜（9)和 第二凹面反射镜（11)构成的4F凹面反射镜系统，两片反射式纯相位液晶空间光调制器（6、 8)均置于第一凹面反射镜（9)的焦平面上，第一凹面反射镜（9)的焦点与第二凹面反射镜 (11)的焦点重合；计算与控制中心（12)通过数据线分别与两片反射式纯相位液晶空间光 调制器（6、8)连接。
2. 根据权利要求1所述的基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置，其特 征在于：所述第一凹面反射镜（9)和第二凹面反射镜（11)构成4F凹面反射镜系统，第一凹 面反射镜（9)的焦距Fl为第二凹面反射镜（11)焦距F2的两倍，第一凹面反射镜（9)设置 一定的倾斜角度，使得其反射出的光束倾斜向上照射到第二凹面反射镜（11)上，经同样倾 斜放置的第二凹面反射镜（11)反射后，光束继续水平传播，得到全息再现像（13)，通过人 眼（14)直接观察或用相机拍摄。
【专利摘要】本发明公开一种基于4F凹面反射镜系统的全息三维显示视角拓展装置。本装置包括激光器、偏振片、物镜、针孔、透镜、两个反射式纯相位液晶空间光调制器、两个分光板、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜和计算与控制中心。两个凹面反射镜结合构成倍焦的4F凹面反射镜系统，可将空间光调制器的像素尺寸大小减小到原来的一半，使单片空间光调制器所获的全息三维再现像的视场角增大一倍；同时根据4F系统的成像关系，两片空间调制器的曲面拼接角度也增大一倍。二者结合，通过本发明装置可使全息三维再现像的可视角度得到显著拓展。
【IPC分类】G03H1-22, G03H1-12
【公开号】CN104849992
【申请号】CN201510226947
【发明人】曾震湘, 郑华东, 吴发, 于瀛洁, 高洪跃, 蒋飞
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月7日