光学实时三维立体显示装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种光学实时三维立体显示装置及方法，所述装置为一控制装置将视频全息图视频帧的信息编码为第一相位信息和第二相位信息，分别写入第一相位型空间光调制器和第二相位型空间光调制器；第一半反半透镜将入射激光分为能量相同的第一光束和第二光束；第一光束入射到第一相位型空间光调制器，第一相位型空间光调制器根据第一相位信息对第一光束进行空间相位调制；第二光束入射到第二相位型空间光调制器，第二相位型空间光调制器根据第二相位信息对第二光束进行空间相位调制；携带第一相位调制信息的第一光束和携带第二相位调制信息的第二光束合并后入射到所述显示平面，复现设定视频图像的振幅和相位信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于光学干涉效应实现三维立体实时显示的装置和方法。
技术介绍
三维立体实时复现技术主要有两种，其一是利用人左眼与右眼的视觉差产生三维立体感的技术，其二是提供待观测物体的振幅和相位信息，从而直接观察到立体感的技术。 现有技术中用于三维立体显示的第一种技术，是基于双目视差，利用人眼的双目视差效应产生立体感。观察时一般需要佩戴特制的辅助工具，例如3D立体眼镜，使人眼观察到三维的立体景象。再比如透镜阵列3D立体显示器，将投影到左右眼的两幅图像(左、右图像)根据液晶面板的像素大小分割为相等数量的子图像对SIP，每个SIP由左右两个子图像构成。SIP依次交叉排列，并且紧贴在透镜阵列的焦平面上。许多的SIP经透镜阵列后分别投射到左、右眼的观看视区，当左、右眼分别看到存在视差的SIP时，便产生立体视觉。 第二种技术以全息术为代表。传统的全息术需要用感光胶片记录待观测物的信息，再利用胶片复现记录的物体信息。由于记录物体信息的胶片制备需要复杂的化学处理程序，并且耗费大量时间，这样当要求连续实时三维显示非静态物体信息时，传统的全息术无法做到。 在空间光调制器出现后发展起来的数字全息技术中，利用空间光调制器代替胶片记录物体信息，但多数仍需要先使用光强探测器，如CCD等在感光胶片处接收光强信息，再加载到空间光调制器上。此种结构仍需要一个实现全息成像的光路系统，才能制备复现所需的信息。并且系统结构仍比较复杂，调制信息的计算通常采用迭代算法，耗时较长，无法实现实时三维显示。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，解决现有的全息技术中，生成空间光调制器的调制信息的算法复杂，耗时较长，无法实现实时动态的三维显示的技术问题。 为达到上述目的，本专利技术提供一种光学实时三维立体显示装置，所述装置包括激光器、扩束器、第一半反半透镜、第一相位型空间光调制器、第二相位型空间光调制器、显示平面以及控制装置； 所述控制装置将视频全息图视频帧的信息编码为第一相位信息和第二相位信息，分别写入第一相位型空间光调制器和第二相位型空间光调制器； 所述激光器发出相干激光，经所述扩束器后入射到第一半反半透镜上； 第一半反半透镜将入射激光分为能量相同的第一光束和第二光束； 第一光束入射到第一相位型空间光调制器，第一相位型空间光调制器根据第一相位信息对第一光束进行空间相位调制；第二光束入射到第二相位型空间光调制器，第二相位型空间光调制器根据第二相位信息对第二光束进行空间相位调制； 携带第一相位调制信息的第一光束和携带第二相位调制信息的第二光束合并后入射到所述显示平面，在所述显示平面处干涉，复现设定视频图像的振幅和相位信息。 本专利技术还提供一种光学实时三维立体显示方法，应用于权利要求1所述的装置，包括步骤 步骤a，控制装置将视频全息图视频帧序列编码为第一相位调制信息和第二相位调制信息； 步骤b，所述控制装置将视频全息图视频帧的第一相位调制信息写入第一相位型空间光调制器，将视频全息图视频帧的第二相位调制信息写入第二相位型空间光调制器； 步骤c，激光器发出高功率相干激光，经由扩束器扩束后，由第一半反半透镜分为第一光束和第二光束； 步骤d，第一相位型空间光调制器根据第一相位信息对第一光束进行空间相位调制，第二相位型空间光调制器根据第二相位信息对第二光束进行空间相位调制； 步骤e，携带第一相位调制信息的第一光束和携带第二相位调制信息的第二光束合并后入射到显示平面，在所述显示平面处干涉，复现设定视频图像的振幅和相位信息。 本专利技术的有益效果在于，光学实时三维立体显示装置的光路结构简单，控制装置生成相位型空间光调制器的相位信息的驱动算法简单，不需要通常的迭代算法计算，仅需由解析公式给出。因此，空间光调制器的调制信息可由控制装置解析公式高速生成，能够满足实时动态显示三维立体视频信息的需要。 附图说明 图1为本专利技术实施例一的光学实时三维立体显示装置的结构示意图； 图2为本专利技术实施例二的光学实时三维立体显示装置的结构示意图； 图3为本专利技术实施例三的光学实时三维立体显示装置的方法的流程图； 图4为待显示视频帧信息振幅部分； 图5为待显示视频帧信息相位部分； 图6为透射式相位型空间光调制器的第一相位角分布； 图7为透射式相位型空间光调制器的第二相位角分布； 图8为复现出的视频帧信息振幅分布； 图9为复现出的视频帧信息相位分布。 附图标记说明 10-显示平面；11-激光器；12-扩束器；121-短焦距透镜；122-长焦距透镜；13-控制装置；14-半反半透镜；15-反射镜；16-反射镜；17、18-透射式相位型空间光调制器；19-半反半透镜；20-控制装置；21-激光器；22-扩束器；221-短焦距透镜；222-长焦距透镜；24-半反半透镜；25、26-反射式相位型空间光调制器；27显示平面。 具体实施例方式 下面结合附图对本专利技术的特点和优点进行详细说明。 本专利技术采用两个纯相位型的空间光调制器，通过控制装置预先对待观测视频图像第一帧的振幅和相位信息编码，生成两个相位调制信息，由控制装置将生成的相位调制信息分别写入两个空间光调制器。然后由两束相干光分别照射两个空间光调制器，则相干光的相位被调制产生相应延迟，从而经过两个空间光调制器的两束相干光束将携带相应的相位信息，在预定位置干涉产生待观测物体的振幅与相位信息。由于提供了待观测图像完整的振幅与相位信息，观察者将观察到三维立体图像。第一帧的物体信息复现后，继续由控制装置对第二帧进行编码并写入两个空间光调制器对相干光实施调制，并且其余的光路系统保持不变，则观察者将在预定位置处观察到相应的三维立体图像。此后继续对剩余帧数进行同样的处理。只要编码待观测物体信息并继之将生成的相位调制信息写入空间光调制器的速度达到每秒25帧(25fps)，由于人眼的视觉暂留效应，人眼将观察到实时动态的三维立体图像。 实施例一 图1所示为本专利技术实施例一的光学实时三维立体显示装置的结构示意图。 实施例一基于马赫-曾德干涉仪结构。光学实时三维立体显示装置100包括激光器11，扩束器12，半反半透镜14，反射镜15，反射镜16，透射式相位型空间光调制器17、18，半反半透镜19，显示平面10以及控制装置13。 透射式相位型空间光调制器17、18并联连接于控制装置13。 控制装置13向透射式相位型空间光调制器17、18提供视频全息图的视频帧的编码，根据此编码实时显示三维立体场景。具体的，控制装置13将视频全息图序列的图像编码为第一相位信息和第二相位信息，分别写入透射式相位型空间光调制器17、18。 透射式相位型空间光调制器17、18可由透射型液晶面板构成，其由控制装置13的编码驱动信号而驱动，对穿过透射式相位型空间光调制器17、18的光进行空间相位调制。 透射式相位型空间光调制器17、18到显示平面10的光程相等。 从激光器11发出的高功率相干激光经过扩束器12扩束后，入射到半反半透镜14上。半反半透镜14将入射光分为能量相同的第一光束和第二光束。 其中扩束器12由短焦距透镜121和长焦距透镜122构成。 半反半透镜14将入射光透射，形成第一光束入射到反射镜15上。第一光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学实时三维立体显示装置，其特征在于，所述装置包括激光器、扩束器、第一半反半透镜、第一相位型空间光调制器、第二相位型空间光调制器、显示平面以及控制装置；所述控制装置将视频全息图视频帧的信息编码为第一相位信息和第二相位信息，分别写入第一相位型空间光调制器和第二相位型空间光调制器；所述激光器发出相干激光，经所述扩束器后入射到第一半反半透镜上；第一半反半透镜将入射激光分为能量相同的第一光束和第二光束；第一光束入射到第一相位型空间光调制器，第一相位型空间光调制器根据第一相位信息对第一光束进行空间相位调制；第二光束入射到第二相位型空间光调制器，第二相位型空间光调制器根据第二相位信息对第二光束进行空间相位调制；携带第一相位调制信息的第一光束和携带第二相位调制信息的第二光束合并后入射到所述显示平面，在所述显示平面处干涉，复现设定视频图像的振幅和相位信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，王波，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]