[发明专利]基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及一种基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法。

背景技术

视觉是人类认识世界、认识自然的主要途径，人类获得的信息约80％来自视觉，长期以来，表达可视信息的主要手段仍然是二维的。传统二维显示技术遗失了真实物理世界的深度信息，严重地阻碍了人类对客观世界的感知，影响了人类对信息获取、处理、传递、人机交互和决策的准确度、深刻度、速度和效率。人类是天生的空间思维者，希望能够直观地获取三维图像信息。因此如何实现真实空间三维显示一直是人们孜孜以求的目标。目前，三维显示技术主要可以分为四类：体视三维显示技术、自体视三维显示、空间三维显示技术以及全息三维显示等。

体视三维显示技术是观察者需要借助于特殊眼镜(或其它助视工具)使左、右视图分别提供给左、右眼观察，利用双眼的视觉融像产生立体感知。这种显示方式只能提供两个视角的信息，主要有互补色、时序和偏振三种方式，目前已广泛应用于3D电影、3D电视等商用领域。自体视三维显示是观察者无需佩戴眼睛等助视工具，裸眼即可观察的三维显示技术。这种技术一般采用平板显示器和视差型光学元件相结合，产生分离的多个不同视角和图像。这两种视差型三维显示虽然能给观看者一种深度空间虚拟立体感，但它仅提供分立的视区和有限个数的视点，而且由于视觉像的位置与屏幕位置的差异造成的人眼会聚图像与视觉像位置的不同会导致观看者长时间观看时出现头痛、恶心等反应。

空间三维显示是一种能够在一个真正具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术。空间三维显示是通过适当方式来激励位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射而形成体素；或者将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。采用这种技术重建三维图像，众多观看者能以其习惯的观看方式同时观看到空间三维场景360°的各个侧面，犹如一个在现实空间的三维物体一样，能自动满足多种生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察，无需任何助视仪器，符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理习惯。

全息三维显示是一种真实空间三维显示技术。全息显示技术是于1947年由英国科学家Dennis Gabor提出，它利用光的干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，再利用光的衍射原理在一定条件下将物光波还原。由于这种技术保留了物光波的全部振幅和位相信息，人们在观察全息三维像时就会得到与观察原物时完全相同的视觉效果，保留了所有的视觉深度暗示。因此，比较各种三维显示技术的原理，只有全息显示的再现像包含了与原物完全相同的三维特性，是最具有吸引力的终极三维显示技术。全息显示技术可分为静态全息显示技术和动态全息显示技术两类。

当前，静态全息显示技术已经得到了广泛的应用，而动态全息显示技术需要一个高分辨的信息存储媒介(高分辨的空间光调制器)，但由于目前现有的空间光调制器的像素尺寸比较大分辨率还比较低，因此衍射角比较小，而衍射角大小限制了可观察的视场范围。

发明内容

本发明提供了一种基于多层空间光调制器的全息三维显示装置和显示方法，用全息的方法再现了空间三维光场的振幅和相位，采用现有分辨率的空间光调制器多层前后排列的方式实现了高分辨动态全息三维显示，扩大了全息显示的观察范围，可供多人多视角裸眼同时观看，消除了观察者在观看三维显示过程中的不适应感，自动符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理和心理习惯，从而克服现有技术的不足。

一种基于多层空间光调制器的全息三维显示装置，包括：

相干光源，提供相干光；

扩束准直系统，将相干光源出射的相干光进行扩束、准直、滤波得到亮度均匀的宽平行光束，并作为参考光照射到空间光调制器组上；

计算机，根据已知数据计算每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像，并将每个空间光调制器上需要加载的全息调制编码图像打包传输给图像传输模块；

图像传输模块，分别与每一个空间光调制器相连，接收计算机传输的全息调制编码图像压缩包后，将其解压并且分配给相应的空间光调制器；

空间光调制器组，由平行排布的N个空间光调制器的组成，根据分配其上的全息调制编码图像依次对照射在其上的参考光进行全息编码调制，直至第N个空间光调制器对其上的参考光进行全息编码调制完成，输出目标全息三维光场；所述的全息编码调制为振幅调制、相位调制、以及振幅和相位调制中的一种，所述的N为大于1的自然数。

所述的相干光源可选用激光器，也可根据实际需要选用其他可产生相干光的设备。