本发明专利技术涉及一种基于相长干涉的三维立体显示装置，包括：相干光源装置，用于产生激光光束；照明光学系统，用于接受激光光束并进行扩束；复振幅空间光调节器，用于接受扩束后的激光光束，并对振幅和位相进行逐像素调节；透镜阵列，用于接受经过复振幅空间光调节器调节后的光波，设计透镜阵列中每个透镜的通光口径，使每个透镜覆盖复振幅空间光调节器的2个以上像素，经过复振幅空间光调节器每个象素调节后的光波，经过透镜阵列中对应透镜聚焦后照明三维立体成像空间的一个子空间，不同像素调节后的光波被透镜阵列中对应不同透镜聚焦后形成的子空间相互交叠，基于相长干涉原理形成体元，由众多体元构成离散三维立体图像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维立体成像领域，更具体涉及一种基于相长干涉的三维立体显示装置，适用于三维立体显示、虚拟现实、计算机人机交换、机器人视觉等领域。
技术介绍
用于三维立体显示的光学系统根据其采用的光源是非相干光源还是相干光源可分为非相干三维立体显示系统和相干三维立体显示系统。光波的两个基本特征是振幅和位相，其中振幅反映了物体亮度信息，而位相反映了物体空间位置和形状信息，非相干三维立体显示系统和相干三维立体显示系统之间的最大区别在于前者仅仅利用振幅信息，而后者往往同时利用振幅和位相信息，从而使得立体显示更加轻松简洁。非相干三维立体显示系统，最典型的如基于双目视差的立体成像系统，虽然它们取得了很大的商业成功，但由于它·们采用各种方法把两幅拍摄视角不同的图像分别传送给观察者的左右眼，使其产生立体幻觉,长时间观看容易引起疲劳。其他非相干成像技术,如集成成像和体成像技术虽然可以生成真实的立体图像，但在视场景深、分辨率、刷新速率等各方面还存在不足，很难大规模推广。相干三维立体显示系统，最典型的如全息技术，它充分利用了激光光源的相干特性，可以把真实立体图像成像在自由空间，重建光波场的光学波前与物体轮廓相吻合，观众可以像观看真实物体一样自然观看。然而由于可见光波长很短，全息干涉条纹的密度远远超过显示器的分辨率，因此需要采用高分辨率全息干板。全息干板的最大缺点是不能进行实时动态显示。而且一幅全息图包含的信息太大，即使数值化后也不便于实时传输和读写存储。为了实现高像质大场景的全息立体显示，一般需要大尺寸全息干板，这使得全息图的信息量进一步加大。近年来Sub-holography通过产生一系列离散体元显著降低了全息图的信息量，为了使得干涉条纹充分稀疏(达到数十微米量级)，以便于用液晶显示器代替全息干板动态显示干涉条纹，在Sub-holography成像技术中每个体元发出的光锥仅仅覆盖观察者的眼睛，锥角小于I度，这样必须时刻跟踪观察者眼睛的位置，而且必须为每一只眼睛产生一套立体图像，由于总的立体体元数目有限，观看人越多，每个人分配的体元数目越少，图像清晰度越低。专利号为201010190482. 3的专利技术和申请号为201210262034. 9的专利技术提出了基于数字光学位相共轭原理的相干立体显示技术，该技术的核心是采用一个绝热锥形光波导束把复杂光波分解为许许多多单模光波导的基模，然后采用现有低分辨率空间光调制器实时数字化产生这些简单基模的共轭光波。由于光学波前形状相同但传播方向相反的两个光波其复振幅呈共轭关系，基于光路的可逆性，这些数字化实时产生的共轭光波逆向传播，原路返回，从而重建出一个个体元，并由这些体元构成一幅立体图像。由于该方法充分利用了光路的可逆性，因此不存在传统光学系统的像差，所生成的光学波前的精度可以达到衍射极限精度，同时由于微透镜阵列板的引入，在实现大尺寸立体图像显示的同时还保证了大观察角。该方法的唯一不足是必须借助绝热锥形光波导束，一个绝热锥形光波导束由成千上万根单模光波导组成，在绝热锥形光波导束的细端，各个单模光波导彼此相互耦合，从细端到粗端，单模光波导之间的间距逐步增加，在绝热锥形光波导束的粗端，单模光波导彼此相互隔离，借助该绝热锥形光波导束可实现任意复杂光学波前的分解与合成，但绝热锥形光波导束需要采用专业技术进行制作。专利号为200810046861.8的专利技术和专利号为200910093002.9的专利技术提出了基于随机相长干涉原理的相干立体显示技术，该技术的核心是采用微透镜阵列板对经过空间光调制器进行复振幅调制后的光波进行聚焦，产生随机分布的点光源阵列，再通过这些点光源的相长干涉在空间产生体元，由许许多多体元构成离散立体图像。该方法的不足是一个微透镜对应空间光调制器的一个像素，由每个微透镜聚焦产生的点光源发出的光锥覆盖整个立体成像空间，即使仅产生一个体元时也是如此，而发射到该体元以外的光线其实是杂散光，降低了光能利用率，同时也限制了总的体元数目。本专利技术是对专利号为200810046861. 8的专利技术和专利号为200910093002. 9的专利技术的改进或继续，其最大改进在于让一个微透镜对应空间光调制器的多个像素，这样经过每个像素调制后的光波聚焦后仅发射到三维成像空间的一个小光锥角范围内，提高了产生每一个体元时的光 能利用率，同时也有利于提高总的体元数目。本专利技术也可看作是对专利号为201010190482. 3的专利技术和申请号为201210262034. 9的专利技术的一种简化，因为点光源发出的球面光波经透镜阵列分解后垂直照射空间光调制器，对这种垂直入射的平面光波可以很简单地产生其共轭光波，从而重建出点光源像，即体元，不再需要借助绝热锥形光波导束，从而可大大简化显示装置的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种结构简单、光能利用率高的基于相干干涉的三维立体显示装置，实现大尺寸、大视角立体显示。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术措施一种基于相长干涉的三维立体显示装置，包括相干光源装置，产生激光光束；照明光学系统，接受相干光源装置发出的激光光束，并对该激光光束进行扩束；复振幅空间光调节器，接受照明光学系统发出的扩束后的激光光束，并对扩束后的激光光束的振幅和位相进行逐像素调节；透镜阵列，接受经过复振幅空间光调节器调节后的光波，透镜阵列中的每个透镜覆盖复振幅空间光调节器的2个以上像素，使得经过复振幅空间光调节器每个象素调节后的光波，经过透镜阵列中对应透镜聚焦后照明三维立体成像空间的一个子空间，不同像素调节后的光波被透镜阵列中所对应不同透镜聚焦后形成的子空间相互交叠，基于相长干涉原理在空中形成体元，由众多体元构成离散三维立体图像。如上所述的相干光源装置同时产生三基元色激光光束；照明光学系统，接受相干光源装置发出的三基元色激光光束，并对该激光光束进行扩束和三基元色分离，使得透镜阵列中的透镜依次被不同基元色激光照明。如上所述的照明光学系统包括二维光栅阵列和第三光学透镜，二维光栅阵列垂直放置在第三光学透镜的焦平面，二维光栅阵列包含三块二维光栅，每块二维光栅接受一种基元色激光，设计每块二维光栅的光栅参数，同时安排每块二维光栅的横向空间位置，使得经每块二维光栅衍射后的光斑阵列与透镜阵列对准，而且不同基元色衍射光斑依次照明透镜阵列中的不同透镜。如上所述的透镜阵列中每个透镜的位置呈随机排列，使得高阶衍射像可以忽略不计。如上所述的透镜阵列中每个透镜的位置呈周期排列，设定排列周期的大小，使得高阶衍射像可以忽略不计。如上所述的复振幅空间光调节器包含依次放置的第一偏振片、第一空间光调制器、第二偏振片、第二空间光调制器和第三偏振片，通过调节第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片的偏振方向，使得第一空间光调制器工作在位相调节为主模式，第二空间光调制器工作在振幅调解为主模式；或者使得第一空间光调制器工作在振幅调节为主模式，第二空间光调制器工作在位相调解为主模式；第一空间光调制器和第二空间光调制器的像素相互对准；同时选择第一空间光调制器和第二空间光调制器的像素间距使得2个以上像素对·应透镜阵列中的一个对应透镜。如上所述的复振幅空间光调节器包括依次叠放的后面板、第一液晶层、中间面板、第二液晶层、前面板和偏振片；后面板、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于相长干涉的三维立体显示装置，其特征在于：包括：相干光源装置（1），产生激光光束；照明光学系统（2），接受相干光源装置（1）发出的激光光束，并对该激光光束进行扩束；复振幅空间光调节器（3），接受照明光学系统（2）发出的扩束后的激光光束，并对扩束后的激光光束的振幅和位相进行逐像素调节；透镜阵列（4），接受经过复振幅空间光调节器（3）调节后的光波，透镜阵列（4）中的每个透镜（15）覆盖复振幅空间光调节器（3）的2个以上像素（16），使得经过复振幅空间光调节器（3）每个象素调节后的光波，经过透镜阵列（4）中对应透镜聚焦后照明三维立体成像空间的一个子空间，不同像素调节后的光波被透镜阵列（4）中所对应不同透镜聚焦后形成的子空间相互交叠，基于相长干涉原理在空中形成体元，由众多体元构成离散三维立体图像。
【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：
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