[發明專利]基于多層空間光調制器的高分辨全息三維顯示裝置和方法

有效

• 申請號: 201210279616.8
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102809918A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 劉旭;夏新星;曹子盛;李海峰;鄭臻榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G03H1/22
• 分類號: G03H1/22;G02B27/22;H04N13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于三維顯示技術領域，具體涉及一種基于多層空間光調制器的高分辨全息三維顯示裝置和方法。

背景技術

視覺是人類認識世界、認識自然的主要途徑，人類獲得的信息約80％來自視覺，長期以來，表達可視信息的主要手段仍然是二維的。傳統二維顯示技術遺失了真實物理世界的深度信息，嚴重地阻礙了人類對客觀世界的感知，影響了人類對信息獲取、處理、傳遞、人機交互和決策的準確度、深刻度、速度和效率。人類是天生的空間思維者，希望能夠直觀地獲取三維圖像信息。因此如何實現真實空間三維顯示一直是人們孜孜以求的目標。目前，三維顯示技術主要可以分為四類：體視三維顯示技術、自體視三維顯示、空間三維顯示技術以及全息三維顯示等。

體視三維顯示技術是觀察者需要借助于特殊眼鏡(或其它助視工具)使左、右視圖分別提供給左、右眼觀察，利用雙眼的視覺融像產生立體感知。這種顯示方式只能提供兩個視角的信息，主要有互補色、時序和偏振三種方式，目前已廣泛應用于3D電影、3D電視等商用領域。自體視三維顯示是觀察者無需佩戴眼睛等助視工具，裸眼即可觀察的三維顯示技術。這種技術一般采用平板顯示器和視差型光學元件相結合，產生分離的多個不同視角和圖像。這兩種視差型三維顯示雖然能給觀看者一種深度空間虛擬立體感，但它僅提供分立的視區和有限個數的視點，而且由于視覺像的位置與屏幕位置的差異造成的人眼會聚圖像與視覺像位置的不同會導致觀看者長時間觀看時出現頭痛、惡心等反應。

空間三維顯示是一種能夠在一個真正具有寬度、高度和深度的真實三維空間內進行圖像信息再現的技術。空間三維顯示是通過適當方式來激勵位于透明顯示體積內的物質，利用可見輻射的產生、吸收或散射而形成體素；或者將要顯示三維場景的各個側面的圖像準確地成像到相應的方位。采用這種技術重建三維圖像，眾多觀看者能以其習慣的觀看方式同時觀看到空間三維場景360°的各個側面，猶如一個在現實空間的三維物體一樣，能自動滿足多種生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同時、裸眼觀察，無需任何助視儀器，符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理習慣。

全息三維顯示是一種真實空間三維顯示技術。全息顯示技術是于1947年由英國科學家Dennis?Gabor提出，它利用光的干涉原理將物體發出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，再利用光的衍射原理在一定條件下將物光波還原。由于這種技術保留了物光波的全部振幅和位相信息，人們在觀察全息三維像時就會得到與觀察原物時完全相同的視覺效果，保留了所有的視覺深度暗示。因此，比較各種三維顯示技術的原理，只有全息顯示的再現像包含了與原物完全相同的三維特性，是最具有吸引力的終極三維顯示技術。全息顯示技術可分為靜態全息顯示技術和動態全息顯示技術兩類。

當前，靜態全息顯示技術已經得到了廣泛的應用，而動態全息顯示技術需要一個高分辨的信息存儲媒介(高分辨的空間光調制器)，但由于目前現有的空間光調制器的像素尺寸比較大分辨率還比較低，因此衍射角比較小，而衍射角大小限制了可觀察的視場范圍。

發明內容

本發明提供了一種基于多層空間光調制器的全息三維顯示裝置和顯示方法，用全息的方法再現了空間三維光場的振幅和相位，采用現有分辨率的空間光調制器多層前后排列的方式實現了高分辨動態全息三維顯示，擴大了全息顯示的觀察范圍，可供多人多視角裸眼同時觀看，消除了觀察者在觀看三維顯示過程中的不適應感，自動符合人類在視覺觀察及深度感知方面的自然生理和心理習慣，從而克服現有技術的不足。

一種基于多層空間光調制器的全息三維顯示裝置，包括：

相干光源，提供相干光；

擴束準直系統，將相干光源出射的相干光進行擴束、準直、濾波得到亮度均勻的寬平行光束，并作為參考光照射到空間光調制器組上；

計算機，根據已知數據計算每個空間光調制器上需要加載的全息調制編碼圖像，并將每個空間光調制器上需要加載的全息調制編碼圖像打包傳輸給圖像傳輸模塊；

圖像傳輸模塊，分別與每一個空間光調制器相連，接收計算機傳輸的全息調制編碼圖像壓縮包后，將其解壓并且分配給相應的空間光調制器；

空間光調制器組，由平行排布的N個空間光調制器的組成，根據分配其上的全息調制編碼圖像依次對照射在其上的參考光進行全息編碼調制，直至第N個空間光調制器對其上的參考光進行全息編碼調制完成，輸出目標全息三維光場；所述的全息編碼調制為振幅調制、相位調制、以及振幅和相位調制中的一種，所述的N為大于1的自然數。

所述的相干光源可選用激光器，也可根據實際需要選用其他可產生相干光的設備。