[發明專利]一種基于液體器件的全息變焦系統

有效

• 申請號: 201710890526.5
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107656431B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 王迪;劉超
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G03H1/02
• 分類號: G03H1/02;G03H1/12;G03H1/22
• 代理公司: 14105 山西五維專利事務所(有限公司)
• 代理人: 雷立康

本發明涉及一種基于液體器件的全息變焦系統。本發明主要是解決現有全息顯示系統存在的結構復雜、操作困難和再現像的質量差的技術問題。本發明采用的技術方案是：一種基于液體器件的全息變焦系統，其包括準直光源、SLM、液體透鏡、液體光闌和接收屏，所述準直光源設在SLM的入射光路上，所述液體透鏡設在SLM的后面，所述液體光闌設在液體透鏡的后面，所述接收屏設在液體光闌的后面。本發明在SLM上編碼菲涅耳透鏡，通過改變菲涅耳透鏡和液體透鏡的焦距，可以在不改變系統元件位置的前提下改變再現像的大小。為了在接收屏上獲得高質量的全息再現像，使用液體光闌來消除全息變焦系統中的高級衍射像，從而實現高質量的全息變焦顯示。

技術領域

本發明涉及一種基于液體器件的全息變焦系統，它屬于全息顯示技術領域。

背景技術

作為三維顯示的一種，全息顯示技術既能夠記錄物體的全部光場信息，又能將光場中的相位和振幅信息用干涉條紋的形式記錄下來，因此被認為是最理想的三維顯示方式之一。近年來，為了滿足動態三維顯示的需求，基于空間光調制器(SLM)的全息顯示受到了廣泛的關注。然而，由于SLM自身像素結構的影響，在計算全息再現的過程中，會存在彩色色差、零級衍射、高級衍射、視角受限等問題，嚴重影響了再現像的質量，從而制約著全息顯示的發展。為了實現無雜光干擾的全息再現，傳統的方法是將不良光和再現像進行分離，再使用4f系統和濾波器進行消除，系統通常比較復雜，若想再實現變焦效果，系統則更難以搭建。

發明內容

本發明的目的是解決現有全息顯示系統存在的結構復雜、操作困難和再現像的質量差的技術問題，提供一種基于液體器件的全息變焦系統。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于液體器件的全息變焦系統，其包括準直光源、空間光調制器、液體透鏡、液體光闌和接收屏，所述準直光源設在空間光調制器的入射光路上，所述液體透鏡設在空間光調制器的后面，所述液體光闌設在液體透鏡的后面，所述接收屏設在液體光闌的后面。

進一步地，所述空間光調制器和液體透鏡組成變焦模塊，d₁是光源到空間光調制器之間的距離，當光源完全準直時，d₁等于無窮；d₂是空間光調制器和液體透鏡之間的距離，d₃是液體透鏡和接收屏之間的距離；為了實現變焦的功能，在空間光調制器上編碼菲涅耳透鏡，并將其焦距記為f_F，f_L是液體透鏡的焦距；根據Nazarathy和Shamir算法將該變焦模塊的傳遞函數T表示為：

式中：Q是二次相指數的乘法運算，Ff是對全息面的傅里葉變換，V是傅里葉縮放，λ是光波的波長；在夫瑯和費衍射條件下得到：

因此公式(1)可以用公式(3)表示：

當M＝λ[d₂+d₃-d₂×d₃(1/f_L)]時，接收屏上的復振幅分布函數U(ξ,η)表示為：

此時全息面的傅里葉變換正好位于d₃處，且放大倍率為M；當系統中每個元件的位置固定時，d₁、d₂和d₃為常量，此時通過改變f_F和f_L來調節再現像的大小，從而實現變焦的效果。