[發明專利]一種空分復用彩色全息再現系統及實現方法

有效

• 申請號: 202010320096.5
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111459005B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 龔光紅;劉紫寒;李妮
• 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;G03H1/26
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種基于DVI?分離器的空分復用彩色全息再現系統，包括紅、綠、藍三色激光器、三個衰減片、三個空間濾波器、三個平凸透鏡、三個分光棱鏡、三個空間光調制器、一個合光棱鏡、一個接收屏、一個DVI?分離器和一臺計算機。本發明僅使用一臺計算機進行三色全息圖的加載，可降低空分復用系統的復雜度并簡化三色分量全息圖的同步加載問題；所述系統中三色再現衍射像經分光棱鏡、合光棱鏡偶數次透射和反射后重合為彩色再現像，且再現像衍射光路中不包含透鏡等光學元件，不需要考慮彩色全息再現中軸向色差、倍率色差問題。此外，本發明給出了空分復用彩色全息再現系統的完整實現方法，為彩色全息三維顯示提供了有力的架構支撐。

技術領域

本發明屬于計算全息與三維顯示領域，具體來說，涉及一種基于DVI-分離器的空分復用彩色全息再現系統及其實現方法。

背景技術

全息三維顯示技術是一種基于波動光學原理，可完整記錄和重建三維物體光波的三維顯示技術。計算機技術與波動光學的不斷進步有力推動了計算全息技術的發展，而載有GPU的顯卡、空間光調制器等相關硬件設備的出現使計算全息三維動態顯示成為可能。基于空間光調制器的彩色全息顯示需要將紅、綠、藍三色分量全息再現像合成，主要方法為空分復用和時分復用方法。空分復用方法是將三色激光分別照射到三個空間光調制器，通過系統光路設計使得三色再現衍射像在空間位置上重合。時分復用方法是將三色激光分時照射到同一片空間光調制器上，利用人眼的視覺暫留效應獲得彩色再現像。時分復用系統對空間光調制器和硬件系統的幀率有較高的要求，并且難以實現動態全息，同時由于激光器開關存在一定的延遲，其彩色全息再現像還會存在顏色串擾等現象。空分復用光學結構略微復雜，但是其對空間光調制器等硬件設備的要求較低，并且較高的光學效率和再現質量，被廣泛應用于彩色全息再現系統中。

然而，空分復用彩色全息再現系統的應用目前還被兩個問題制衡，一是三色全息圖在三個空間光調制器上的同步加載問題，二是三色再現衍射像在空間的精確配準問題。對于第一個問題，普遍的解決方法是使用三個計算機分別連接到三臺空間調制器上，通過計算機程序來實現各色全息圖的同步加載，這需要多機并行實現，系統復雜度較高。對于第二個問題，目前明確可行的實施方案很少。

發明內容

針對現有空分復用彩色全息再現系統中的三色全息圖同步加載與三色再衍射像在空間中的精確配準問題，本發明提出了一種基于DVI-分離器的空分復用彩色全息再現系統，并給出了其具體實現方法。

本發明提供了一種基于DVI-分離器的空分復用彩色全息再現系統，包括紅、綠、藍三色激光器、三個衰減片、三個空間濾波器、三個平凸透鏡、三個分光棱鏡、三個空間光調制器、一個合光棱鏡、一個接收屏、一個DVI-分離器和計算機；

由紅、綠、藍三色激光器發射的紅、綠、藍三色激光依次入射至對應的衰減片、空間濾波器、平凸透鏡、分光棱鏡和空間光調制器，經對應的空間光調制器反射后形成三色再現衍射像，三色再現衍射像經對應的分光棱鏡和合光棱鏡偶數次透射和反射后，在接收屏上重合為彩色再現像；DVI-分離器的B、G、R三個端口分別與三個空間光調制器對應連接，計算機計算三色分量全息圖并將其合成為彩色全息圖，通過DVI-分離器將各色分量全息圖加載到對應的空間光調制器上；

其中，紅、綠、藍三色激光經對應的空間光調制器反射后至合光棱鏡的光路光程相等。

進一步，三個分光棱鏡和一個合光棱鏡配置成：使得經空間光調制器反射后形成的三色再現衍射像中的任一色再現衍射像經分光棱鏡和合光棱鏡偶數次透射后，射在接收屏上，而另外兩色再現衍射像分別經分光棱鏡和合光棱鏡偶數次反射后，射在接收屏上。

本發明還提供了一種上述空分復用彩色全息再現系統的實現方法，包括如下步驟：

S1：點配準步驟：確定紅、綠、藍三色各激光器、各衰減片、各空間濾波器、各平凸透鏡、各分光棱鏡、各空間光調制器、合光棱鏡、接收屏的位置和姿態，獲取空分復用基本光路；