一种全息投影装置及全息投影方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种全息投影装置及全息投影方法，通过微处理器基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图，然后由DMD芯片动态加载全息图，再利用准直扩束系统对激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将平行光束所汇聚形成的光斑出射至DMD芯片上，对全息图进行完整覆盖，最后再通过光学4f系统对DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至三维成像介质上进行三维全息投影。由于DMD芯片具有更高的刷新率和衍射效率，可以有效提高成像帧率，保证动态三维成像效果。

A Holographic Projection Device and Holographic Projection Method

The embodiment of the invention discloses a holographic projection device and a holographic projection method. The corresponding hologram is coded and generated by a microprocessor based on discrete three-dimensional data of the object to be projected. Then the hologram is loaded dynamically by a DMD chip, and the laser beam generated by the laser generator is expanded into parallel beams by a collimated beam expanding system, and the spot formed by the convergence of parallel beams is generated. Laser beams reflected by DMD chips are diffracted by optical 4f system, and then projected onto three-dimensional imaging media for three-dimensional hologram projection. Because DMD chip has higher refresh rate and diffraction efficiency, it can effectively improve the imaging frame rate and ensure the dynamic three-dimensional imaging effect.

【技术实现步骤摘要】
一种全息投影装置及全息投影方法
本专利技术涉及投影
，尤其涉及一种全息投影装置及全息投影方法。
技术介绍
全息投影技术是利用相干光波的干涉原理来记录物体的三维信息，然后利用光波的衍射原理来重建物体的技术。这种显示技术具有很强的可观性，所重建的影像和人们实际观看到的空间物体的情况相同，因而被大多数学者认为是未来最为理想的三维显示技术。目前在进行全息投影时，通常是采用液晶空间光调制器作为全息投影的基本单元，然而液晶空间光调制器的刷新率较低、幅度和相位无法独立调制，只能实现静止的全息投影，应用场景较为局限。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种全息投影装置及全息投影方法，至少能够解决现有技术中采用基于液晶空间光调制器的全息投影技术进行全体投影时，刷新率较低、幅度和相位无法独立调制的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供了一种全息投影装置，包括激光发生器、准直扩束系统、微处理器、数字微镜DMD芯片、光学4f系统以及三维成像介质；所述微处理器用于基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；所述DMD芯片用于动态加载所述全息图；所述准直扩束系统用于对所述激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将所述平行光束所汇聚形成的光斑出射至所述DMD芯片上，对所述全息图进行完整覆盖；所述光学4f系统用于对所述DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至所述三维成像介质上进行三维全息投影。为实现上述目的，本专利技术实施例第二方面提供了一种全息投影方法，应用于上述任意一全息投影装置，该全息投影方法包括：所述微处理器基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；所述DMD芯片动态加载所述全息图；所述准直扩束系统对所述激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将所述平行光束所汇聚形成的光斑出射至所述DMD芯片上，对所述全息图进行完整覆盖；所述光学4f系统对所述DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至所述三维成像介质上进行三维全息投影。根据本专利技术实施例所提供的全息投影装置及全息投影方法，通过微处理器基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图，然后由DMD芯片动态加载全息图，再利用准直扩束系统对激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将平行光束所汇聚形成的光斑出射至DMD芯片上，对全息图进行完整覆盖，最后再通过光学4f系统对DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至三维成像介质上进行三维全息投影。由于DMD芯片具有更高的刷新率和衍射效率，可以有效提高成像帧率，保证动态三维成像效果。本专利技术其他特征和相应的效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分效果从本专利技术说明书中的记载变得显而易见。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术第一实施例提供的一种全息投影装置的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例提供的另一种全息投影装置的结构示意图；图3为本专利技术第一实施例提供的光学4f系统的示意图；图4为本专利技术第二实施例提供的全息投影方法的流程示意图；图5为本专利技术第三实施例提供的电子装置的结构框图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一实施例：为了解决现有技术中采用基于液晶空间光调制器的全息投影技术进行全体投影时，刷新率较低、幅度和相位无法独立调制的技术问题，本实施例提出了一种全息投影装置，具体请参见图1，本实施例提出的全息投影装置包括：激光发生器11、准直扩束系统12、微处理器13、数字微镜DMD芯片14、光学4f系统15以及三维成像介质16；微处理器13用于基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；DMD芯片14用于动态加载全息图；准直扩束系统12用于对激光发生器11产生的激光光束扩束成平行光束，并将平行光束所汇聚形成的光斑出射至DMD芯片14上，对全息图进行完整覆盖；光学4f系统15用于对DMD芯片14反射的激光光束进行衍射处理后，出射至三维成像介质16上进行三维全息投影。具体的，作为一种反射式的空间光调制器，DMD芯片是一种全数字化的显示器件。在同一块芯片上，DMD芯片将反射微镜阵列和COMSSRAM集成于一体。DMD芯片具有极高的光能利用率，相比于液晶空间光调制器件具有更高的刷新率以及衍射效率，而且DMD芯片作为半导体器件，具有较好的耐高温性能以及较长的使用时间。DMD芯片工作时，微反射镜上的一个寻址电极加载电平“1”，另外一个电极加载电平“0”就会产生差动电压，然后形成的力矩会使得附着在转动铰链上的反射镜产生旋转。根据反射镜上加载电平的不同，每个DMD的像素单元均有三种状态，分别是“开态”、“平态”和“关态”。将微镜进行排列，组成整列后就变成了DMD的面板。按照单个像素微镜的工作原理，在基准电压和寻址电压的共同作用下，每片微镜的转动状态得以控制，于是就可以实现图像的显示以及刷新。本实施例中的DMD芯片选取4100系列中0.95英寸芯片，由于DMD芯片具有超高速的刷新率，可以得到帧率很高的全息图图组，DMD芯片可以根据输入的全息图来控制微镜的闭合，从而达到调制光的目的。应当说明的是，在本实施例中，待投影对象可以是实物也可以是虚物，若待投影对象是实物，则通过扫描装置将实物进行扫描并将扫描信息传送至微处理器，而若是虚物，则可以是微处理器直接生成或直接导入至微处理器的虚拟图像。在实际应用中，为实现三维动态全息投影，DMD芯片需要动态加载不同的全息图，而为了得到不同的全息图，若对实物进行全息投影，则可以以一定的角度旋转物体，而若是对虚物进行全息投影，则未处理器需要持续对不同的虚拟图像进行编码。在实际应用中，将实物扫描到微处理器或在微处理器虚构一物体，并将其不同时刻的物光波的数学描述进行编码，得到可以再现像的数字化全息图，然后将全息图加载到DMD芯片中，在实际应用中，不同的编码方法最后所得到的成像效果不同。在本实施例中，微处理器基于待投影对象的离散三维数据确定待投影对象的初始振幅信息，将初始振幅信息与随机相位信息所组成的初始光场信息进行傅里叶逆变换；微处理器将傅里叶逆变换后所得到的光场信息中的振幅信息替换为初始振幅信息，并进行傅里叶变换；微处理器循环执行傅里叶逆变换和傅里叶变换；微处理器在确定满足预设的迭代终止条件时停止迭代，并根据最终所得到的光场信息中的相位信息生成对应的全息图。具体的，本实施例中在进行编码时，首先对目标图像附加随机相位，通过傅里叶逆变换生成目标图像的全息相位图像，然后全息相位图像的相位保持不变，振幅修正为初始振幅得到量化全息图像，然后对量化全息图像进行傅里叶变换得到目标图像对应的重建图像，以此构成一个循环，在满足迭代终止条件时，输出相位信息生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全息投影装置，其特征在于，包括激光发生器、准直扩束系统、微处理器、数字微镜DMD芯片、光学4f系统以及三维成像介质；所述微处理器用于基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；所述DMD芯片用于动态加载所述全息图；所述准直扩束系统用于对所述激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将所述平行光束所汇聚形成的光斑出射至所述DMD芯片上，对所述全息图进行完整覆盖；所述光学4f系统用于对所述DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至所述三维成像介质上进行三维全息投影。

【技术特征摘要】
1.一种全息投影装置，其特征在于，包括激光发生器、准直扩束系统、微处理器、数字微镜DMD芯片、光学4f系统以及三维成像介质；所述微处理器用于基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；所述DMD芯片用于动态加载所述全息图；所述准直扩束系统用于对所述激光发生器产生的激光光束扩束成平行光束，并将所述平行光束所汇聚形成的光斑出射至所述DMD芯片上，对所述全息图进行完整覆盖；所述光学4f系统用于对所述DMD芯片反射的激光光束进行衍射处理后，出射至所述三维成像介质上进行三维全息投影。2.如权利要求1所述的全息投影装置，其特征在于，还包括：分束器；所述激光发生器包括：红色激光发生器、绿色激光发生器和蓝色激光发生器；所述分束器用于对所述红色激光发生器、绿色激光发生器和蓝色激光发生器分别产生的激光光束进行合束，并将合束后的激光光束出射至所述准直扩束系统。3.如权利要求1所述的全息投影装置，其特征在于，所述光学4f系统包括：同轴设置的第一傅里叶变换透镜以及第二傅里叶变换透镜，所述第一傅里叶变换透镜以及第二傅里叶变换透镜的焦距均为f；所述DMD芯片位于所述第一傅里叶变换透镜的前焦面，且距离所述第一傅里叶变换透镜的距离为f，所述第一傅里叶变换透镜与第二傅里叶变换透镜之间的距离为2f，所述三维成像介质位于所述第二傅里叶变换透镜的后焦面，且距离所述第二傅里叶变换透镜的距离为f。4.如权利要求1所述的全息投影装置，其特征在于，还包括：设置于所述光学4f系统与三维成像介质之间的滤波器；所述滤波器用于对所述光学4f系统衍射处理后的激光光束进行过滤，并将过滤所得到的第一衍射级的激光光束出射至所述三维成像介质上进行三维全息投影。5.如权利要求1所述的全息投影装置，其特征在于，所述三维成像介质包括：厚度高于预设厚度阈值的玻璃板以及覆盖于所述玻璃板表面的全息膜，所述全息膜的外表面为所述光学4f系统出射的激光光束在所述三维成像介质上的入射面。6.一种全息投影方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5中任意一项所述的全息投影装置，包括：所述微处理器基于待投影对象的离散三维数据，编码生成对应的全息图；所述DMD芯片动态加载所述全息图；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张崇磊，张东方，卞州平，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44