一种基于全息投影的多视图三维显示装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于全息投影的多视图三维显示装置及控制方法，属于三维显示领域，包括激光器、空间滤波器、第一透镜、第二透镜、第一平面、第二平面以及分光棱镜；激光器发射光束的传播路径上依次布置有空间滤波器和第一透镜，第一透镜产生的平行光的光路上布置有分光棱镜，分光棱镜的反射光光路上布置有空间光调制器，分光棱镜的透射光的光路上布置有第二透镜，第二透镜前后分别设置有所述第一平面和第二平面，所述第二平面布置有柱透镜光栅。本方案在光学结构上简单紧凑，所采用的柱透镜光栅成本低，制作工艺简单；且纯相位全息图的重构具有更高的衍射效率。

A Multi-view 3D Display Device Based on Holographic Projection and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于全息投影的多视图三维显示装置及控制方法
本专利技术涉及三维显示
，特别涉及一种基于全息投影的多视图三维显示装置及控制方法。
技术介绍
近年来，三维(3D)显示一直是科研界和工业界的研究热点，并且已经研发出了许多用于开发3D显示器的技术。由于良好的3D性能和身临其境的感知，立体显示器称为商业代表性3D显示技术，尽管观众需要佩戴特殊眼镜而造成自由观看障碍。在实际应用中，由于自动立体显示器优越的性能和较低的价格等因素，在许多应用中显示出巨大的潜力，特别是在移动电子产品，家庭影院和娱乐场所。首先引入的狭缝光栅或透镜阵列以实现双视图显示或多视图显示，但是这些方法通常因有限的分辨率而不被大众所接受。作为一个完美的三维显示，全息术可以通过在波前重建广场来提供所有的深度信息，是一种真3D显示技术。近年来，随着空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)的发展，计算机生成全息图越来越多地被用于实现真正的3D显示，因为其高灵活性，避免了使用光敏介质和复杂的干涉记录过程。然而，目前基于SLM的全息3D显示器仍然存在许多局限性，其缺陷在于像素数量不足和像素间距过大导致SLM的空间带宽极低。若利用目前可用的SLM，则全息重建不能用眼睛观察，极大的限制了观察者的视觉体验。虽然已经提出了几种空间分割多路复用或时分多路复用方法来构建全息3D显示系统，但是通常需要多个SLM或具有同步扫描机制的高速SLM，使得系统配置昂贵且复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
中的缺陷，提供一种光学结构简单紧凑、成本低的三维显示装置。为实现以上目的，一方面，采用一种基于全息投影的多视图三维显示装置，包括激光器、空间滤波器、第一透镜、第二透镜、第一平面、第二平面以及分光棱镜；激光器发射光束的传播路径上依次布置有空间滤波器和第一透镜，第一透镜产生的平行光的光路上布置有分光棱镜，分光棱镜的反射光光路上布置有空间光调制器，分光棱镜的透射光的光路上布置有第二透镜，第二透镜前后分别设置有所述第一平面和第二平面，所述第二平面布置有柱透镜光栅。进一步地，所述第一平面布置有光阑，所述第一透镜为准直透镜，所述分光棱镜为半透半反型分光棱镜，所述空间光调制器为反射型的纯相位空间光调制器。进一步地，所述第二透镜的焦距为f1，所述第一平面与所述第二透镜中心点距离为z1，所述第二平面与所述第二透镜中心点距离为z2，且f1<z1＜2f1。进一步地，所述空间光调制器上加载有经菲涅尔衍射算法得到的双视或多视图合成图像的相位全息图。进一步地，所述第一平面和所述分光棱镜之间布置有第三透镜。进一步地，所述第三透镜为傅里叶变换透镜，所述第三透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第一平面布置在第三透镜的后焦面处，所述第二透镜布置在所述第一平面后且所述第二透镜中心点与第一平面距离为z1，所述第二平面布置在第二透镜后且与所述第二透镜中心点距离为z2；所述分光棱镜的中心点与所述空间光调制器的中心点距离为d1，所述分光棱镜的中心点与所述第三透镜的中心点距离为d2，且满足f1＝d1+d2，f2<z1＜2f2。进一步地，所述第三透镜和所述分光棱镜之间布置有第三平面，该第三平面和所述分光棱镜之间布置有第四透镜，该第四透镜为傅里叶变换透镜。进一步地，所述第四透镜的焦距为f1，所述第三透镜的焦距为f2，所述第二透镜的焦距为f3，所述第三平面和所述第三透镜中心点的距离以及所述第三透镜中心点和所述第一平面距离均为f2，所述第二透镜的中心点和所述第一平面的距离以及所述第二透镜的中心点与所述第二平面的距离均为f3，且满足f1＝d1+d2。进一步地，所述空间光调制器上加载有经傅里叶变换算法得到的双视或多视图合成图像的相位全息图。另一方面，采用一种对上述基于全息投影的多视图三维显示装置的控制方法，包括如下步骤：将目标物的K幅视差图合成双视或多视图合成图像；利用多视图合成图像得到与其对应的相位全息图，并将相位全息图加载至所述空间光调制器上以重构出合成图像；利用所述柱透镜光栅呈现所述合成图像的双目视觉图像或多视觉图像。进一步地，所述视差图的像素为C×D，C表示行像素，D表示列像素，所述将目标物的K幅视差图合成双视或多视图合成图像，包括：取所述K幅视差图的第1至D列依次排列作为所述多视图合成图像的子像素1至子像素D；将合成的子像素按序排列得到一幅像素为C×KD的子图像；对子图像的像素进行调整，得到像素为KC×KD的多视图合成图像。进一步地，所述利用多视图合成图像得到与其对应的相位全息图，包括：利用傅里叶变换算法或菲涅尔衍射算法，对所述多视图合成图像进行计算，得到所述相位全息图；相应地，利用合成图像重构平面图与所述空间光调制器所在平面满足傅里叶变换关系，进行所述合成图像的重构，或者利用合成图像重构平面与所述空间光调制器所在平面满足菲涅尔衍射关系，进行所述合成图像的重构。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：与传统的采用振幅调制，如DLP或LCD相比，本专利技术采用基于纯相位的空间光调制器SLM的全息投影系统和柱透镜光栅，利用全息投影系统将全息图加载到SLM上重建合成图像。全息投影系统利用衍射原理进行显示，全息图上每一点均贡献于合成图像的重构，因此即使全息图残缺也能重构出完整的合成图像。而且，利用柱透镜光栅，可以在不同的观看方向上呈现双目视觉图像或是多个视角图像。本方案提出的三维显示装置，在光学结构上简单紧凑，所采用的柱透镜光栅成本低，制作工艺简单；且纯相位全息图的重构具有更高的衍射效率。附图说明下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：图1是一种基于全息投影的多视图三维显示装置的结构示意图；图2是第二种基于全息投影的多视图三维显示装置的结构示意图；图3是第三种基于全息投影的多视图三维显示装置的结构示意图；图4是一种基于全息投影的多视图三维显示装置控制方法的流程示意图；图5是多视图合成图像原理图；图6是SLM像素结构图；图7是菲涅尔衍射示意图；图8是双视三维显示示意图；图9是多视三维显示示意图。具体实施方式为了更进一步说明本专利技术的特征，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的保护范围加以限制。如图1所示，本实施例公开了一种基于全息投影的多视图三维显示装置，包括：激光器10、空间滤波器20、第一透镜31、第二透镜32、第一平面61、第二平面62以及分光棱镜50；激光器10发射光束的传播路径上依次布置有空间滤波器20和第一透镜31，第一透镜31产生的平行光的光路上布置有分光棱镜50，分光棱镜50的反射光光路上布置有空间光调制器40，分光棱镜50的透射光的光路上布置有第二透镜32，第二透镜32前后分别设置有所述第一平面61和第二平面62，所述第二平面62布置有柱透镜光栅70。本方案中，将全息图加载到SLM上，重构合成图像，并利用柱透镜光栅70在不同观看方向上呈现出双目视觉或多视角的图像。在实际应用中通过调整第二透镜32的位置或者焦距，调节重构出的合成图像的尺寸，减少因像素计算引起的误差，方便实际系统中重构的合成图像与柱透镜光栅70的配准，优化三维显示效果。进一步地，所述第一平面61布置有光阑，所述第一透镜31为准直透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，包括：激光器、空间滤波器、第一透镜、第二透镜、第一平面、第二平面以及分光棱镜；激光器发射光束的传播路径上依次布置有空间滤波器和第一透镜，第一透镜产生的平行光的光路上布置有分光棱镜，分光棱镜的反射光光路上布置有空间光调制器，分光棱镜的透射光的光路上布置有第二透镜，第二透镜前后分别设置有所述第一平面和第二平面，所述第二平面布置有柱透镜光栅。

【技术特征摘要】
1.一种基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，包括：激光器、空间滤波器、第一透镜、第二透镜、第一平面、第二平面以及分光棱镜；激光器发射光束的传播路径上依次布置有空间滤波器和第一透镜，第一透镜产生的平行光的光路上布置有分光棱镜，分光棱镜的反射光光路上布置有空间光调制器，分光棱镜的透射光的光路上布置有第二透镜，第二透镜前后分别设置有所述第一平面和第二平面，所述第二平面布置有柱透镜光栅。2.如权利要求1所述的基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，所述第一平面布置有光阑，所述第一透镜为准直透镜，所述分光棱镜为半透半反型分光棱镜，所述空间光调制器为反射型的纯相位空间光调制器。3.如权利要求2所述的基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，所述第二透镜的焦距为f1，所述第一平面与所述第二透镜中心点距离为z1，所述第二平面与所述第二透镜中心点距离为z2，且f1<z1＜2f1。4.如权利要求3所述的基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，所述空间光调制器上加载有经菲涅尔衍射算法得到的双视或多视图合成图像的相位全息图；所述第一平面和所述分光棱镜之间布置有第三透镜。所述第三透镜为傅里叶变换透镜，所述第三透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第一平面布置在第三透镜的后焦面处，所述第二透镜布置在所述第一平面后且所述第二透镜中心点与第一平面距离为z1，所述第二平面布置在第二透镜后且与所述第二透镜中心点距离为z2；所述分光棱镜的中心点与所述空间光调制器的中心点距离为d1，所述分光棱镜的中心点与所述第三透镜的中心点距离为d2，且满足f1＝d1+d2，f2<z1＜2f2。5.如权利要求3所述的基于全息投影的多视图三维显示装置，其特征在于，所述第三透镜和所述分光棱镜之间布置有第三平面，该第三平面和所述分光棱镜之间布置有第四透镜，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈川，朱钦钦，方佳奇，程鸿，张成，韦穗，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34