[发明专利]一种基于非共轴多透镜光路的三维图像显示方法及系统

权利要求书

1.一种基于非共轴多透镜光路的三维图像显示系统，其特征在于其包括：

四透镜光路，包括：沿光束传输方向，依次设置的第四透镜、第三透镜、第二透镜 和第一透镜，第三透镜处于第四透镜的焦平面上，该焦平面经第二透镜和第一透镜与第 一透镜后面的像面成物像关系，以第四透镜光轴为该四透镜光路的系统光轴，第一透镜、 第二透镜和第三透镜可在垂直于系统光轴的平面内位移；

单频偏振激光器，作为显示系统光源；

三个半波片，包括第一半波片、第二半波片和第三半波片，其中第一半波片置于激 光器和偏振分光镜之间，调整激光器出射光束的偏振方向，第二半波片置于偏振分光镜 的物光出射面后，用以改变物光的偏振方向，第三半波片置于反射镜后，用以改变参考 光的偏振方向；

扩束物镜，置于第一半波片和偏振分光镜之间，用以对光束进行扩束；

准直透镜，置于扩束物镜和偏振分光镜之间，用以将扩束后的发散光束转换成平行 光束；

偏振分光镜，将入射偏振激光束分成偏振方向相互垂直的物光和参考光两束光；

空间光调制器，沿物光传输方向置于第二半波片和第四透镜之间，和包含第四透镜 的上述四透镜光路构成物光光路，空间光调制器的位置最接近四透镜光路中的第四透 镜，通过输入计算全息二维编码，结合四透镜光路，衍射显示具有不同观察方位角的小 尺寸小视角全息三维图像；

偏振片，对空间光调制器出射的包含三维图像信息的光束进行偏振滤光，得到同偏 振方向的信息光；

四个位移平台，包括第一位移平台、第二位移平台、第三位移平台和第四位移平台， 分别对应承载上述第一透镜、第二透镜、第三透镜及存储介质，第一位移平台、第二位 移平台、第三位移平台用以在垂直于系统光轴的二维空间进行位移，第四位移平台用于 沿存储介质的光束入射面进行二维平移；以及

反射镜，反射偏振分光镜出射的参考光，保证其和物光相交于置于上述像面附近的 存储介质处。

2.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于：在第一透镜和第二透 镜之间，加入第五透镜和第六透镜，其分别置于在垂直于系统光轴的平面内移动的第五 位移平台和第六位移平台上，和第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜一起组成六 透镜光路，代替上述四透镜光路。

3.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于：所述任何一个或多个 透镜，用透镜组，或具有位相调节功能的衍射光学元件替代。

4.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于：所述空间光调制器为 反射式或透射式，通过反射镜进行光路的调整，保证物光经四透镜光路后，与参考光相 交于存储介质。

5.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于：激光器出射光束由第 一半波片调节其偏振方向，经扩束物镜和准直透镜滤波准直后，由偏振分光镜分成物光 和参考光两束光；物光经第二半波片调整偏振方向后入射空间光调制器，加载计算全息 二维编码信息，信息光经偏振片，通过四透镜光路显示三维图像于上述像面；经反射镜 反射的参考光经第三半波片调整偏振方向后与物光相交于上述像面附近的存储介质处。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的三维图像显示系统的基于非共轴多透镜 光路的三维图像显示方法，其特征在于其包括以下步骤：

计算三维图像在空间光调制器输入面的计算全息二维编码，以空间光调制器作为二 维光场调制屏幕，加载表现不同观察方位角的像素三维图像的计算全息二维编码信息；

单频偏振激光器发出单色光，经第一半波片、扩束物镜和准直透镜，进入偏振分光 镜分为物光和参考光；物光经第二半波片入射加载了计算全息二维编码信息的空间光调 制器，产生携带调制信息的信息光；信息光经偏振片，通过具有相应透镜偏移量的四透 镜光路衍射传输，再现具有相应观察方位角的像素三维图像于上述像面处，置存储介质 于上述像面附近；并通过反射镜和第三半波片令参考光与物光相交于存储介质，相干记 录具有不同观察方位角的像素三维图像，实现像素三维图像的视角展宽合成；以及

位移存储介质，顺序存储各小尺寸的像素三维图像于存储介质不同空间位置，在空 间上实现各像素三维图像的合成，读出时同时复现所有像素三维图像，实现大尺寸大视 角三维图像的显示。