[发明专利]一种大视角全息3D显示方法

说明书

本发明提出一种大视角全息3D显示方法，该方法包括三个步骤：第一步，对于一个3D物体，把它看作是一系列的物点，每个物点对应于一个衍射像点，首先根据空间光调制器的最大衍射角计算出单个像点的全息图，并根据物体的整体尺寸分析再现像的有效观看区域，进而计算出3D物体的大尺寸全息图；第二步，为了加载大尺寸全息图，将空间光调制器无缝拼接在一起，以形成大尺寸空间光调制器阵列，并使用准直相干光作为再现光进行照射；第三步，制作具有特殊结构的液晶光栅，利用液晶光栅对全息3D显示的再现像进行二次衍射调制，从而产生多个连续的二次衍射像，实现视角的连续扩大。

一、技术领域

本发明涉及全息显示技术，更具体地说，本发明涉及一种大视角全息3D显示方法。

二、背景技术

使用光学材料如光折变聚合物的传统全息3D显示技术很难实现动态刷新，基于空间光调制器的全息3D显示技术很容易实现动态刷新。但是，受空间光调制器的像素间距和尺寸限制，全息再现像的视角非常小。例如，显示大小为200mm×200mm×200mm、视场角为30°的3D图像，所使用空间光调制器的像素数应至少达到10¹²个，这在现阶段很难实现。目前，基于单个空间光调制器的全息再现像的视角通常小于9°。虽然不少研究者提出了基于空间光调制器的时间复用或空间复用方法来扩大全息再现的视角，但时间复用方法对空间光调制器的刷新率有着较高的要求，而空间复用方法所使用的全息显示系统结构复杂。此外，具有亚波长调制能力的超表面结构也被用于全息显示系统以扩大视角。还有一些研究人员提出在显示系统中使用全息光学元件来实现大视角显示。然而，超表面结构和全息光学元件在加工中仍存在着困难和挑战。目前，现有的全息3D显示技术仍难以实现大视角全息3D显示效果。

三、发明内容

本发明提出一种大视角全息3D显示方法。如附图1所示，该方法包括三个步骤：第一步，对于一个3D物体，把它看作是一系列的物点，每个物点对应于一个衍射像点，首先根据空间光调制器的最大衍射角计算出单个像点的全息图，并根据物体的整体尺寸分析再现像的有效观看区域，进而计算出3D物体的大尺寸全息图；第二步，为了加载大尺寸全息图，将空间光调制器无缝拼接在一起，以形成大尺寸空间光调制器阵列，并使用准直相干光作为再现光进行照射；第三步，制作具有特殊结构的液晶光栅，利用液晶光栅对全息3D显示的再现像进行二次衍射调制，从而产生N个连续的二次衍射像，实现视角的连续扩大，扩大后的全息显示的观看视角为

在步骤一中，如附图2所示，设置坐标原点在空间光调制器的中心，被记录3D物体的大小为S，3D物体与空间光调制器之间的距离为L，空间光调制器的大小为H，S≦H。在全息图的重建过程中，将再现像的最左像点A₁和最右边像点A₂在x轴方向上的坐标分别记为x₁和x₂，则x₂-x₁＝S。在传统全息3D显示方法中，受空间光调制器的尺寸限制，像点A₁的最大衍射角通常小于空间光调制器的最大衍射角，即在观看位置处，像点A₁对应的观看区域是EF'，因此，3D物体再现像的视角小于。

为了增大视角，本发明以空间光调制器的最大衍射角作为每一个像点的最大衍射角，根据菲涅耳衍射理论和再现像的几何关系得出：

其中是λ波长，p是空间光调制器的像素大小。此时，像点A₁对应的观看区域扩大为EF，像点A₂对应的观看区域为BC。此时，计算出像点A₁的全息干涉图尺寸H₁以及整个3D物体的全息图尺寸H_D为：

H₁＝H+S (3)

H_D＝H+2S (4)