基于准随机相长干涉的三维显示方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于准随机相长干涉的三维显示方法及装置，它采用振幅位相调节器阵列产生子光束阵列，并通过与之对准的相干子光源发生器阵列汇聚形成相干子光源阵列，通过位置呈准随机分布的相干子光源的相长干涉形成单一离散立体像，并通过随机设置离散立体像的像素位置和位相，消除次级衍射像。它可采用低分辨率的液晶显示器实现大尺寸、悬浮式立体像的实时彩色显示，可广泛应用于计算机与电视三维显示，三维人机交换，机器人视觉等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维成像
，更具体地涉及一种基于准随机相长干涉原理的立 体显示装置，特别适用于做计算机与电视显示屏，智能人机交换，机器人视觉等，可广泛应 用于教学、科研、娱乐、广告等领域。
技术介绍
近一、二十年来，液晶显示技术得到了飞速发展，从零点几英寸的投影液晶显示板 到几十英寸的平板液晶显示器都已经商品化。但现有液晶显示器主要用于二维平面显示， 即使小尺寸投影机液晶板，其像素尺寸也在十微米量级，与可见光波长相比，其分辨率还非 常低，还不能用它们代替全息胶片，进行大视场、高质量的三维全息立体显示。专利技术专利“基 于随机相长干涉的三维显示方法及装置”(申请号200810046861.8)提出了一种采用低 分辨率液晶显示器进行三维立体显示的新方法，其核心思想是把液晶显示器的每个像素转 化为一个个独立的子光源，通过这些子光源的相长干涉在三维空间形成一系列离散立体像 点，为了抑制高阶衍射产生的多重像，子光源的位置呈随机分布。该专利技术所提出的基于随机 相长干涉的三维显示方法还有一些地方需要进一步改进，例如，通过相长干涉形成离散立 体像点也相当于一个新的子光源阵列，如果它们的位置呈周期排列就可能发生相长干涉， 形成新的亮斑，这些亮斑相当于噪声，会干扰所显示的立体像。再如，如果利用现有商品化 的二维平面液晶显示器搭建该专利技术所提出的基于随机相长干涉的三维显示装置也会存在 一些困难，因为现有商品化的二维平面液晶显示器当它们工作于位相调节为主模式时，其 位相调节范围往往达不到2 π，一般只有3 π /2，这样就会造成严重的位相调节误差。另外 当采用一个微透镜阵列对现有商品化的二维平面液晶显示器的像素进行聚焦以获得位置 呈随机分布的点光源时，微透镜的直径必须远小于液晶显示器的像素的尺寸，这样微透镜 才可以在一个像素范围内随机移动，但由此会造成巨大光能浪费。本专利技术将对基于随机相 长干涉的三维显示方法进行补充完善，同时对基于随机相长干涉的三维显示装置的结构进 行简化更新，降低加工难度，提高光能利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种基于准随机相长干涉的三维显示方法，并抑制次 级衍射像的产生。本专利技术的另一个目的是在于提供了一种基于准随机相长干涉的三维显示装置，以 简化的结构获得更高的光能利用率和好的像质。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种基于准随机相长干涉的三维显示方法，它包括以下步骤A 把三维立体像分解为离散像点；B 选取第A步中的一个离散像点；C 从空间位置呈周期分布的相干子光源阵列中，根据第B步中选取的离散像点的亮度，随机抽取相干子光源，离散像点的亮度越高，随机抽取的相干子光源的数目越大；D 针对第C步中所随机抽取的每个相干子光源，计算其离第B步中选取的离散像 点的距离和由此引起的位相差，每个相干子光源所需做出的位相调整量等于该位相差；E 针对第C步中所随机抽取的每个相干子光源，确定每个相干子光源所需做出的 振幅调整量，该振幅调整量为一恒定常数，或正比于第B步中选取的离散像点的亮度；F 针对第A步中的所有离散像点，重复第B至第E步，记录下每个相干子光源针对 每个离散像点所需做出的位相和振幅调整量，根据复数求和的原则计算出每个相干子光源 所需做出的总的位相和振幅调整量；G 从第F步中计算出的每个相干子光源所需做出的总的位相调整量中减去每个 相干子光源自身的初始位相，得到每个相干子光源所需做出的最终位相调整量；把第F步 中计算出的每个相干子光源所需做出的总的振幅调整量作为每个相干子光源所需做出的 最终振幅调整量；调节空间位置呈周期分布的相干子光源阵列使其产生最终位相和振幅调整量。所述的基于准随机相长干涉的三维显示方法，其特征在于在第A步中，把三维立 体像分解为离散像点，且离散像点的位置呈随机分布。所述的基于准随机相长干涉的三维显示方法，其特征在于在第B步中，选取第A步 中的一个离散像点，且给该离散像点设置一个附加位相，该附加位相在0 2 π范围内随机 分布；进一步，在第D步中，针对第C步中所随机抽取的每个相干子光源，计算其离第B 步中选取的离散像点的距离和由此引起的位相差，每个相干子光源所需做出的位相调整量 等于该位相差再加上在第B步中给该离散像点设置的附加位相。一种实现所述的基于准随机相长干涉的三维显示方法的装置，包括相干光源；将所述相干光源发出的细激光束扩束转换成宽激光束的照明光学系统；振幅位相调节器阵列，其每个振幅位相调节器分别对所述照明光学系统发出的宽 激光束进行调节以生成相互独立的子光束阵列；以及相干子光源发生器阵列，其每个相干子光源发生器分别对准所述振幅位相调节器 阵列的一个相应的振幅位相调节器，使得所述相互独立的子光束一一对应地入射到相干子 光源发生器阵列中的每个相干子光源发生器，并汇聚产生位置呈周期分布的相干子光源阵 列。所述的一种基于准随机相长干涉的三维显示装置，其特征在于所述的振幅位相调 节器阵列由第一、第二、第三透射式液晶板和第一、第二、第三偏振片组成，第一块偏振片、 第一块透射式液晶板、第二块透射式液晶板、第二块偏振片、第三块透射式液晶板和第三块 偏振片依次紧贴放置，第一、第二、第三透射式液晶板的像素一一对准，第一块透射式液晶 板和第二块透射式液晶板工作于位相调节为主模式，第三块透射式液晶板工作于振幅调节 为主模式。所述的一种基于准随机相长干涉的三维显示装置，其特征在于所述的相干子光源 发生器阵列由周期分布的微透镜阵列组成，微透镜阵列中的每个微透镜分别对准振幅位相 调节器阵列中的一个振幅位相调节器，并汇聚产生位置呈周期分布的相干子光源阵列。所述的一种基于准随机相长干涉的三维显示装置，其特征在于所述的相干子光源 发生器阵列由三套周期分布的第一、第二、第三微透镜阵列组成，每套微透镜阵列分别对准 第一、第二、第三透射式液晶板的红、绿、蓝子像素，使得每个微透镜的光轴与所对准的第 一、第二、第三透射式液晶板的红、绿、蓝子像素的中心重合。下面对本专利技术的原理与技术方案进行说明。首先对申请号为200810046861. 8，名称为“基于随机相长干涉的三维显示方法及 装置”的专利技术专利提出的基于随机相长干涉的三维立体成像原理进行说明。基于随机相长干涉的三维立体成像原理主要依据两点，第一，根据光学干涉原理， 利用许多相干子光源的相长干涉，可在空间任意指定位置形成亮点，并通过许多这样的亮 点构成离散三维立体像；第二，如果使得所有相干子光源的位置呈随机分布，可消除高阶衍 射产生的多重像，得到单一高质量立体像。本专利技术主要从如下三个方面对上述专利技术提出的基于随机相长干涉的三维显示方 法及装置进行了补充、完善和简化第一，次生衍射像的抑制通过相长干涉产生的离散三维像，其每个像素相当于一 个新的点光源，如果这些新的点光源的空间位置呈周期分布，且同位相，它们发出的光会发 生干涉，在空间产生新的亮斑，组成次生衍射像。本专利技术通过两个途径来抑制这种次生衍射 像，其一，使得离散三维像素的位置呈随机分布，即在对待显示的立体像离散化的过程中， 采用随机划分，避免周期划分；其二，给每个离散三维像素在0 2 π范围内随机设置一个 附加位相，但保持其亮度不变，因为人眼对位相不敏感，因此离散三维像看起来没有任何变 化。当离散三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于准随机相长干涉的三维显示方法，它包括以下步骤：Ａ：把三维立体像分解为离散像点；Ｂ：选取第（Ａ）步中的一个离散像点；Ｃ：从空间位置呈周期分布的相干子光源阵列中，根据第（Ｂ）步中选取的离散像点的亮度，随机抽取相干子光源，离散像点的亮度越高，随机抽取的相干子光源的数目越大；Ｄ：针对第（Ｃ）步中所随机抽取的每个相干子光源，计算其离第Ｂ步中选取的离散像点的距离和由此引起的位相差，每个相干子光源所需做出的位相调整量等于该位相差；Ｅ：针对第（Ｃ）步中所随机抽取的每个相干子光源，确定每个相干子光源所需做出的振幅调整量，该振幅调整量为一恒定常数，或正比于第（Ｂ）步中选取的离散像点的亮度；Ｆ：针对第（Ａ）步中的所有离散像点，重复第（Ｂ）至第（Ｅ）步，记录下每个相干子光源针对每个离散像点所需做出的位相和振幅调整量，根据复数求和的原则计算出每个相干子光源所需做出的总的位相和振幅调整量；Ｇ：从第（Ｆ）步中计算出的每个相干子光源所需做出的总的位相调整量中减去每个相干子光源自身的初始位相，得到每个相干子光源所需做出的最终位相调整量；把第（Ｆ）步中计算出的每个相干子光源所需做出的总的振幅调整量作为每个相干子光源所需做出的最终振幅调整量；调节空间位置呈周期分布的相干子光源阵列使其产生最终位相和振幅调整量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李志扬，
申请(专利权)人：李志扬，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]