一种彩色全息显示系统技术方案

本申请提供一种彩色全息显示系统，包括：光源单元，光束准直单元以及调制显示单元；所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。本申请提供一种彩色全息显示系统仅需一个空间光调制器即可同时再现三维物体红绿蓝三分量信息，这样所述彩色三维全息显示系统的结构就变得简单，成本更低。本申请不须时序显示RGB三个分量，不会产生视觉上的闪烁感，对SLM刷新率要求不高，具有更高的成像质量。本申请提供的彩色显示系统在显示所述全息图的再现像时不会受到次生像的影响。

A Color Holographic Display System

The present application provides a color holographic display system, including a light source unit, a beam collimation unit and a modulation display unit; the light source unit, a beam collimation unit and a modulation display unit are set up, and the white light beam generated by the light source unit is illuminated to the beam collimation unit and illuminated to the modulation display after collimation and polarization by the beam collimation unit. Unit. This application provides a color holographic display system which can simultaneously reproduce three-component red, green and blue information of three-dimensional objects with only one spatial light modulator, so that the structure of the color three-dimensional holographic display system becomes simple and the cost is lower. This application does not need to display RGB three components in time sequence, does not produce visual flicker, does not require SLM refresh rate, and has higher imaging quality. The color display system provided in this application will not be affected by the secondary image when displaying the reconstructed image of the hologram.

【技术实现步骤摘要】
一种彩色全息显示系统
本申请涉及彩色三维全息显示领域，更重要的，涉及一种全息图生成方法以及与该方法生成的全息图配套的一种彩色全息显示系统。
技术介绍
随着图像处理技术的发展，全息图和全息投影在我们的日常生活及工作生产中有着广泛的应用前景。具体的，尤其在显示领域，全息图和全息投影的能量利用率远高于传统投影，而且具有体积小，结构简单，没有图像坏点，稳定性好等优势，目前彩色三维全息显示技术因为其真三维的显示特性受到广泛的关注，现阶段，学者们提出了很多种彩色全息显示的实现方法，大致可以分为两类，一类是传统全息应用全息干板实现的彩色信息显示，另一类是计算全息应用光调制器件承载全息图实现的彩色信息显示。随着计算机技术的迅速发展和普及，计算全息技术作为一种全息显示的先进方法得到了极大的发展。计算全息技术主要是首先利用计算机算法设计出计算全息图(Computer-GeneratedHolograms)，然后通过计算机控制将计算全息图加载到SLM上，加载了全息图的SLM可对照明光束进行调制，调制后的光束衍射至屏幕上即可成像，目前的计算全息图主要有振幅型和相位型两种，对应的空间光调制器有振幅型、相位型和振幅相位兼具型。现有的全息图生成方法多是将待显示物体对应生成三幅三基色全息图，然后在分别将三基色全息图加载到多个空间光调制器上，或依次加载到同一个空间光调制器上，经过调制才能显示出所要显示的物体的三维彩色像。而少没有能够用一幅全息图就包含待显示物体的全部信息，即用一幅全息图呈现待显示物体的三维彩色像。由于现有全息图的生成方法，目前可实现全息彩色显示的技术有SLM拼接显示法、时分复用法、深度复用法、空间复用法、彩虹全息法和SLM面板区域复用法等方法。SLM拼接显示法需要用到三个SLM，成本高，系统复杂。时分复用法需要用到同步电路，并对SLM的帧频有很高要求，否则会产生视觉上的闪烁感。深度复用法和空间复用法会受到次生像的影响，难以成三维彩色像，而且衍射效率低，能量浪费严重。彩虹全息法损失了垂直方向的视角，成像效果欠佳。SLM面板区域复用法则损失了分辨率。
技术实现思路
本申请提供一种全息图生成方法，以解决现有全息图生成方法不能够用一幅全息图就能呈现待显示物体的三维彩色像；现有全息图生成方法产生的全息图在呈现待显示物体的再现像时易受次生像的影响等问题。本申请还提供了用于显示该全息图生成方法生成全息图的一种彩色全息显示系统，已解决现有彩色全息显示系统复杂，成本高；须时序显示RGB三个分量，对SLM的帧频要求高，否则会产生视觉上的闪烁感；全息图的再现像易受次生像影响的问题。本申请提供一种全息图生成方法，包括：提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位；在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播，所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述多个物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，然后所述全息面上得到三基色子全息图；将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图；将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。可选的，在每一轮迭代中，所述全息面和所述多个物面之间有多个不同的深度。可选的，所述三基色光波信息按照菲涅耳衍射公式各自独立地在所述全息面与所述多个物面之间传播。可选的，所述三基色光波信息在所述全息面到相应所述物面的衍射距离及取样间隔都同时设置为相同值。可选的，每一轮迭代中，将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图之前，都将周期为两个像素的闪耀光栅附加到所述三基色子全息图上。可选的，将所述三基色子全息图的像移动至0级衍射的所述光波信息处，并在所述全息面上叠加所述三基色子全息图的像构成彩色像。一种彩色全息显示系统，包括：光源单元，光束准直单元以及调制显示单元，其中：所述光源单元，用于产生白光光束；所述光束准直单元，用于准直并偏振所述白光光束为平行线偏振光；所述调制显示单元用于根据相应全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述全息图的信息中待显示物体的再现像；所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。可选的，所述光源单元包括三基色激光器和集束光纤；所述集束光纤设置于所述三基色激光器的光输出路径，并将所述三基色激光器发出的激光合成为白光光束并输出。可选的，所述光束准直单元包括沿所述集束光纤的光输出路径依次设置的小孔滤波器、扩束镜和偏振片，其中：所述小孔滤波器用于滤出所述白光光束的零频部分；所述扩束透镜用于将所述零频部分的白光光束扩束为平面平行光；所述偏振片用于将所述平面平行光偏振为平行线偏光。可选的，所述调制显示单元包括空间光调制器和显示屏幕，其中：所述空间光调制器设置于所述光束准直单元的线偏振光的输出路径，用于接收所述平行线偏振光，并根据相应全息图的信息对所述光束准直单元输出的平行线偏振光进行调制，并将调制后的光输出至所述显示屏幕。可选的，所述空间光调制器为反射式空间光调制器。可选的，所述彩色全息显示系统还包括与所述空间光调制器相连接的计算机，用于产生所述全息图，并将所述全息图的信息加载至所述空间光调制器。可选的，所述平行线偏振光与所述空间光调制器能调制的偏振方向相同。可选的，所述全息图为相位型全息图，所述空间光调制器为相位型硅基液晶空间光调制器。与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请提供一种全息图生成方法，包括：提供待显示物体多个物面的三基色光波信息及初始光波信息，所述初始光波信息的振幅为单位振幅，相位为随机相位；在计算机程序中模拟所述初始光波信息在全息面与所述待显示物体多个物面之间往返传播，所述初始光波信息在所述全息面和所述多个物面往返传播完成为一轮迭代；在每一轮迭代中，针对每一基色光波信息，在所述全息面和所述物面上将所述光波信息的振幅替换为相应目标振幅，并保留相位，并在所述全息面上得到三基色子全息图；将所述三基色子全息图平均化为彩色全息图；将所述彩色全息图的光波信息作为新的所述初始光波信息带入下一轮迭代，直至得到可再现三维彩色像的彩色全息图时，终止迭代。该全息图生成方法通对三基色光波信息进行多轮迭代，并且在每一轮迭代过程中将所述光波信息在每一物面和全息面上替换振幅并保留相位，在多轮迭代后可以得到可以再现三维彩色像的相位型彩色全息图，一幅该彩色全息图即可包括待显示物体的全部信息，用该全息图生成方法产生的全息图在呈现再现象时，不易受到次生像的影响。而且该全息图是将三基色子全息图的再现像移动至0级衍射光波信息处，并在全息面上叠加三基色子全息图的像构成的彩色像之后，再对三基色子全息图进行叠加生成的彩色全息图，所以该全息图可以利用0级衍射光能量，且具有更高的衍射效率。本申请还提供一种彩色全息显示系统，本申请提供的显示系统用于呈现上述全息图生成方法生成的全息图，本申请提供一种彩色全息显示系统仅需一个空间光调制器即可同时再现三维物体红绿蓝三分量信息，这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种彩色全息显示系统，其特征在于，包括：光源单元，光束准直单元以及调制显示单元，其中：所述光源单元，用于产生白光光束；所述光束准直单元，用于准直并偏振所述白光光束为平行线偏振光；所述调制显示单元用于根据相应全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述全息图的信息中待显示物体的再现像；所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。

【技术特征摘要】
1.一种彩色全息显示系统，其特征在于，包括：光源单元，光束准直单元以及调制显示单元，其中：所述光源单元，用于产生白光光束；所述光束准直单元，用于准直并偏振所述白光光束为平行线偏振光；所述调制显示单元用于根据相应全息图的信息对所述平行线偏振光进行调制，并呈现所述全息图的信息中待显示物体的再现像；所述光源单元、光束准直单元以及调制显示单元被设置为，所述光源单元产生的白光光束照射到所述光束准直单元，并经所述光束准直单元准直并偏振后，照射到所述调制显示单元。2.根据权利要求1所述的彩色全息显示系统，其特征在于，所述光源单元包括三基色激光器和集束光纤；所述集束光纤设置于所述三基色激光器的光输出路径，并将所述三基色激光器发出的激光合成为白光光束并输出。3.根据权利要求2所述的彩色全息显示系统，其特征在于，所述光束准直单元包括沿所述集束光纤的光输出路径依次设置的小孔滤波器、扩束镜和偏振片，其中：所述小孔滤波器用于滤出所述白光光束的零频部分；所述扩束透镜用于将所述零频部分的白光...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓岩，颜博霞，韩哲，王延伟，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11