一种空分复用彩色全息再现系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DVI‑分离器的空分复用彩色全息再现系统，包括红、绿、蓝三色激光器、三个衰减片、三个空间滤波器、三个平凸透镜、三个分光棱镜、三个空间光调制器、一个合光棱镜、一个接收屏、一个DVI‑分离器和一台计算机。本发明专利技术仅使用一台计算机进行三色全息图的加载，可降低空分复用系统的复杂度并简化三色分量全息图的同步加载问题；所述系统中三色再现衍射像经分光棱镜、合光棱镜偶数次透射和反射后重合为彩色再现像，且再现像衍射光路中不包含透镜等光学元件，不需要考虑彩色全息再现中轴向色差、倍率色差问题。此外，本发明专利技术给出了空分复用彩色全息再现系统的完整实现方法，为彩色全息三维显示提供了有力的架构支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种空分复用彩色全息再现系统及实现方法
本专利技术属于计算全息与三维显示领域，具体来说，涉及一种基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统及其实现方法。
技术介绍
全息三维显示技术是一种基于波动光学原理，可完整记录和重建三维物体光波的三维显示技术。计算机技术与波动光学的不断进步有力推动了计算全息技术的发展，而载有GPU的显卡、空间光调制器等相关硬件设备的出现使计算全息三维动态显示成为可能。基于空间光调制器的彩色全息显示需要将红、绿、蓝三色分量全息再现像合成，主要方法为空分复用和时分复用方法。空分复用方法是将三色激光分别照射到三个空间光调制器，通过系统光路设计使得三色再现衍射像在空间位置上重合。时分复用方法是将三色激光分时照射到同一片空间光调制器上，利用人眼的视觉暂留效应获得彩色再现像。时分复用系统对空间光调制器和硬件系统的帧率有较高的要求，并且难以实现动态全息，同时由于激光器开关存在一定的延迟，其彩色全息再现像还会存在颜色串扰等现象。空分复用光学结构略微复杂，但是其对空间光调制器等硬件设备的要求较低，并且较高的光学效率和再现质量，被广泛应用于彩色全息再现系统中。然而，空分复用彩色全息再现系统的应用目前还被两个问题制衡，一是三色全息图在三个空间光调制器上的同步加载问题，二是三色再现衍射像在空间的精确配准问题。对于第一个问题，普遍的解决方法是使用三个计算机分别连接到三台空间调制器上，通过计算机程序来实现各色全息图的同步加载，这需要多机并行实现，系统复杂度较高。对于第二个问题，目前明确可行的实施方案很少。
技术实现思路
针对现有空分复用彩色全息再现系统中的三色全息图同步加载与三色再衍射像在空间中的精确配准问题，本专利技术提出了一种基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统，并给出了其具体实现方法。本专利技术提供了一种基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统，包括红、绿、蓝三色激光器、三个衰减片、三个空间滤波器、三个平凸透镜、三个分光棱镜、三个空间光调制器、一个合光棱镜、一个接收屏、一个DVI-分离器和计算机；由红、绿、蓝三色激光器发射的红、绿、蓝三色激光依次入射至对应的衰减片、空间滤波器、平凸透镜、分光棱镜和空间光调制器，经对应的空间光调制器反射后形成三色再现衍射像，三色再现衍射像经对应的分光棱镜和合光棱镜偶数次透射和反射后，在接收屏上重合为彩色再现像；DVI-分离器的B、G、R三个端口分别与三个空间光调制器对应连接，计算机计算三色分量全息图并将其合成为彩色全息图，通过DVI-分离器将各色分量全息图加载到对应的空间光调制器上；其中，红、绿、蓝三色激光经对应的空间光调制器反射后至合光棱镜的光路光程相等。进一步，三个分光棱镜和一个合光棱镜配置成：使得经空间光调制器反射后形成的三色再现衍射像中的任一色再现衍射像经分光棱镜和合光棱镜偶数次透射后，射在接收屏上，而另外两色再现衍射像分别经分光棱镜和合光棱镜偶数次反射后，射在接收屏上。本专利技术还提供了一种上述空分复用彩色全息再现系统的实现方法，包括如下步骤：S1：点配准步骤：确定红、绿、蓝三色各激光器、各衰减片、各空间滤波器、各平凸透镜、各分光棱镜、各空间光调制器、合光棱镜、接收屏的位置和姿态，获取空分复用基本光路；S2：三色再现衍射像中心对准步骤：确定各空间光调制器的位置姿态，使得各色激光入射至对应的空间光调制器的位置相同；S3：平行光对准步骤：确定由空间滤波器和平凸透镜组成的准直扩束装置的位置和姿态。进一步，步骤S1具体包括如下子步骤：S101：调整一色激光器使水平出射激光，使出射激光照射在空间光调制器的中心位置；S102：该空间光调制器上不加载全息图，调整该空间光调制器的位置和姿态，使该空间光调制器平面与入射激光垂直；S103：在光路中加入分光棱镜，调整分光棱镜使得光束垂直入射至该分光棱镜；S104：按照步骤S101-S103的方法，完成其他两色光路的搭建，得到基本的彩色全息再现光路；S105：在得到的基本的彩色全息再现光路中加入合光棱镜，不断调整合光棱镜，直至红绿蓝三束光的传播方向完全重合，其中，合光棱镜要放置于合适的位置，使红、绿、蓝三色激光经对应的空间光调制器反射后至合光棱镜的光路光程相等。进一步，步骤S2具体包括如下子步骤：S201：在三个空间光调制器上加载三色全息图；S202：以其中一色光路作为基准，调整其他两色光路的空间光调制器的位置，使得三色光再现衍射像的中心位置重合；S203：卸载三个空间光调制器上的三色全息图，检查三色光光点在接收屏是否重合，如果不重合，则返回步骤S1调整三个空间光调制器的姿态；反之，则结束三色光再现衍射像中心对准步骤。进一步，步骤S3具体包括如下子步骤：S301：以其中两色光光路作为参考光束，在第三色光路中添加空间滤波器，调整该空间滤波器的位置和姿态，使得该第三色光的中心点经对应的分光棱镜、空间光调制器和合光棱镜之后在接收屏上仍与两色参考光束中心点重合；S302：保持两路参考光束不变，在第三色光路中添加平凸透镜，调整平凸透镜的位置和姿态，使得空间光调制器的反射像大小恒定，并且反射像中心在接收屏上与其他两色参考光中心点重合，完成该第三色光光路的准直扩束；S303：按照步骤S301-S302的方法，完成其他两色光光路的准直扩束。本专利技术的有益效果：1)本专利技术构建了基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统，可降低空分复用系统的复杂度并简化三色分量全息图的同步加载问题；2)本专利技术中三色再现衍射像经分光棱镜、合光棱镜偶数次透射/反射后重合为彩色再现像，且再现衍射像衍射光路中不包含透镜等光学元件，本专利技术提出的系统不需要考虑彩色全息再现中轴向色差、倍率色差问题；3)本专利技术给出了空分复用彩色全息再现系统的完整搭建流程，可实现三色再现衍射像的精确配准，为彩色全息三维显示提供架构支撑。附图说明图1是本专利技术的基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统示意图；图2是本专利技术的再现衍射像在分光棱镜不同放置模式下的效果图，其中，a)为偶数次透射效果图，b)为奇数次透射和奇数次反射效果图，c)为偶数次反射效果图；图3是本专利技术的DVI-分离器输入输出信号说明图；图4是本专利技术的基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现方法流程图；图5是本专利技术验证激光是否垂直入射分光棱镜的原理图，其中，a)为激光垂直入射示意图，b)为激光斜入射示意图；图6是本专利技术的基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统搭建中完成点配准后的效果图；图7是本专利技术的基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统搭建中再现衍射像中心对准前后对比图，其中，a)为再现像中心校准前，b)为在现像中心校准后；图8是本专利技术的基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统的彩色全息再现效果图，其中，a)为原始图像，b)为彩色全息图，c)为彩色全息再现像。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统，其特征在于，包括红、绿、蓝三色激光器、三个衰减片、三个空间滤波器，三个平凸透镜、三个分光棱镜、三个空间光调制器、一个合光棱镜、一个接收屏、一个DVI-分离器和计算机；/n由红、绿、蓝三色激光器发射的红、绿、蓝三色激光依次入射至对应的衰减片、空间滤波器、平凸透镜、分光棱镜和空间光调制器，经对应的空间光调制器反射后形成三色再现衍射像，三色再现衍射像经对应的分光棱镜和合光棱镜偶数次透射和反射后，在接收屏上重合为彩色再现像；DVI-分离器的B、G、R三个端口分别与三个空间光调制器对应连接，计算机计算三色分量全息图并将其合成为彩色全息图，通过DVI-分离器将各色分量全息图加载到对应的空间光调制器上；/n其中，红、绿、蓝三色激光经对应的空间光调制器反射后至合光棱镜的光路光程相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于DVI-分离器的空分复用彩色全息再现系统，其特征在于，包括红、绿、蓝三色激光器、三个衰减片、三个空间滤波器，三个平凸透镜、三个分光棱镜、三个空间光调制器、一个合光棱镜、一个接收屏、一个DVI-分离器和计算机；
由红、绿、蓝三色激光器发射的红、绿、蓝三色激光依次入射至对应的衰减片、空间滤波器、平凸透镜、分光棱镜和空间光调制器，经对应的空间光调制器反射后形成三色再现衍射像，三色再现衍射像经对应的分光棱镜和合光棱镜偶数次透射和反射后，在接收屏上重合为彩色再现像；DVI-分离器的B、G、R三个端口分别与三个空间光调制器对应连接，计算机计算三色分量全息图并将其合成为彩色全息图，通过DVI-分离器将各色分量全息图加载到对应的空间光调制器上；
其中，红、绿、蓝三色激光经对应的空间光调制器反射后至合光棱镜的光路光程相等。


2.根据权利要求1所述的空分复用彩色全息再现系统，其特征在于，三个分光棱镜和一个合光棱镜配置成：使得经空间光调制器反射后形成的三色再现衍射像中的任一色再现衍射像经分光棱镜和合光棱镜偶数次透射后，射在接收屏上，而另外两色再现衍射像分别经分光棱镜和合光棱镜偶数次反射后，射在接收屏上。


3.一种基于权利要求1或2所述的空分复用彩色全息再现系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：点配准步骤：确定红、绿、蓝三色各激光器、各衰减片、各空间滤波器、各平凸透镜、各分光棱镜、各空间光调制器、合光棱镜、接收屏的位置和姿态，获取空分复用基本光路；
S2：三色再现衍射像中心对准步骤：确定各空间光调制器的位置姿态，使得各色激光入射至对应的空间光调制器的位置相同；
S3：平行光对准步骤：确定由空间滤波器和平凸透镜组成的准直扩束装置的位置和姿态。


4.根据权利要求3所述的实现方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下子步骤：
S10...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚光红，刘紫寒，李妮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11