[發明專利]一種基于高刷新率LCoS的大視角全息顯示系統

在審

• 申請號: 201910976429.7
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110750042A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 王瓊華;王迪;劉超;儲繁
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G03H1/22
• 分類號: G03H1/22;G03H1/02;G02F1/137
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種基于高刷新率LCoS的大視角全息顯示系統。該系統包括光源、濾波器、固體透鏡、光束偏折器、同步控制器、LCoS和擴散屏；其中光源、濾波器和固體透鏡用于產生均勻的入射光束，光束偏折器用于調節入射光束與LCoS之間的夾角。光束偏折器、LCoS分別與同步控制器相連，同步控制器用于控制光束偏折器的偏轉速度和加載到LCoS上全息圖的切換時間一致。擴散屏位于觀看者和LCoS之間，用于保證全息圖切換時再現像視角的連續。為了實現高刷新率的LCoS，采用化學試劑合成含氟聯苯乙炔液晶單體化合物。當在LCoS上時序加載全息圖時，根據人眼視覺暫留效應，可以看到大視角的全息再現像。

一、技術領域

本發明涉及全息顯示技術，更具體地說，本發明涉及一種基于高刷新率LCoS(硅基液晶)的大視角全息顯示系統。

二、背景技術

基于空間光調制器的全息顯示技術作為一種最理想的3D顯示方式，在軍事、醫療、科研和娛樂等眾多領域具有廣闊的應用前景。LCoS作為空間光調制器中的一種，具有衍射效率高和響應時間快等優點，被廣泛地用于全息顯示中。然而，受限于LCoS的發展水平和全息圖生成算法，全息再現像的觀看視角非常小，目前市場上像素尺寸為μm級別的LCoS對應的視角僅為幾度，嚴重影響了人們的觀看體驗。2013年，美國中佛羅里達大學的研究者使用大Δn(雙折射率)材料開發了亞毫秒響應的LCoS，并進一步研究了可應用于反射配置的亞毫秒響應的藍相液晶。肯特州立大學的研究者研究了獲得低于1μm像素的LCoS微顯示器面臨的相應問題，為未來LCoS像素的進一步縮小提供了參考。也有研究者通過使用多個LCoS拼接來擴大全息顯示的視角，然而相鄰LCoS之間的縫隙會降低系統的光能利用率，且多個LCoS會大大地增加系統的成本。如今，實現大視角的全息顯示效果已經成為全息發展的重要目標。

三、發明內容

本發明提出一種基于高刷新率LCoS的大視角全息顯示系統，如附圖1所示，該系統包括光源、濾波器、固體透鏡、光束偏折器、同步控制器、LCoS和擴散屏。光源、濾波器和固體透鏡用于產生均勻的入射光束。光束偏折器位于固體透鏡和LCoS之間，用于調節入射光束與LCoS之間的夾角。光束偏折器、LCoS分別與同步控制器相連，同步控制器用于控制光束偏折器的偏轉速度和加載到LCoS上全息圖的切換時間一致。擴散屏位于觀看者和LCoS之間，用于保證全息圖切換時再現像視角的連續。LCoS中的液晶采用化學試劑合成含氟聯苯乙炔液晶單體化合物，提高了液晶雙折射率和響應速度。

如附圖2所示，在全息圖的生成過程中，首先用計算機生成物體的3D模型，設置一定的水平間隔角度對物體的n個角度信息分別進行記錄；其次，分別提取物體n個角度信息的點云數據并生成相應的全息圖。如附圖3所示，在全息顯示中，在T₁時刻，控制光束偏折器以初始角度照射LCoS，此時在LCoS上加載全息圖1，根據全息衍射原理，可以看到全息圖1的再現像，初始觀看視角為θ₀；在T₂時刻，控制光束偏折器使光束與LCoS之間發生θ的偏轉角度，在LCoS上加載全息圖2，此時可以看到全息圖2的再現像；按以上步驟依次進行操作，在T_n時刻，控制光束偏折器使光束與LCoS之間發生θ×(n-1)的偏轉角度，在LCoS上加載全息圖n，則可以看到全息圖n的再現像。通過同步控制器保證光束偏折器的偏轉速度和加載到LCoS上全息圖的切換時間在人眼視覺暫留之內。在切換過程中，使用擴散屏消除不同時刻再現像視角之間的間隙，根據人眼視覺暫留效應，可以在θ₀×n的視角范圍內看到物體的3D再現像，實現大視角的全息再現效果。

優選地，采用的光束偏折器類型包括固體光束偏折器、液體光束偏折器和液晶光束偏折器；其中固體光束偏折器包括MEMS微反射鏡和掃描棱鏡，液體光束偏折器包括由電潤濕、介電泳力和機械馬達驅動的液體反射鏡及液體棱鏡等。

優選地，所述的含氟聯苯乙炔液晶單體化合物是中心基團和聯苯結構的非極性和含氟液晶單體化合物，通過混配液晶材料配制成低粘度大Δn寬溫域特性液晶材料，LCoS的刷新率不低于180HZ。