[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

说明书

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，具体公开了一种基于非共轴多透镜光路和体全 息存储技术的计算全息三维图像显示方法及系统。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显 示立体场景的显示技术——三维图像显示技术。人们对物体的三维立体视觉是由双眼时 差产生的，一切能使人眼产生双眼视差的光学装置或结构就能产生三维立体视觉。自出 现三维显示技术以来，三维显示方法和技术越来越丰富，现在常见的三维显示技术有： 体视技术，自动立体三维技术，体三维显示技术，集成成像技术和全息三维显示技术。 全息三维显示技术利用光的干涉，记录物光的振幅和位相信息，再通过光的衍射将物光 的信息重新构建出来，是各种显示方法中唯一真正意义上的三维显示技术。

早期的光学全息需要制备三维物体的模型，反射光束进行相干记录，限制了全息 技术的实际应用。随着光电技术及器件的迅速发展，数字全息三维显示技术的发展及应 用取得了飞速发展，其基本原理是用计算机模拟光学衍射过程，并用光调制器件代替传 统全息记录材料，在光波传输路径的某一个平面上模拟衍射光的复振幅，实现三维图像 信息的全记录，再通过光学衍射，复现出三维图像。

但受调制器空间分辨率的限制，光调制器通过光学系统衍射直接生成的三维图像 观察视角比较小、图像较小，需要采用其它方法，对显示三维图像的视角进行展宽。为 了解决这个问题，目前常用的方法是通过快速角度扫描装置，将不同观察方位角的计算 全息三维图像按相应方位出射，当扫描速度很快时，依靠人眼的视觉停留，形成连续大 视角三维图像的显示。但这种方法需要高精度高速度的角度扫描系统和高数据传输率的 空间光调制器，系统成本较高，限制了其进一步的实用化。

发明内容

针对空间光调制器衍射生成的三维图像观察视角有限和大小有限的问题，本发明的 目的是基于非共轴多透镜光路，结合全息存储技术，提出了一种大尺寸大视角三维图像 显示方法及系统。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。根据本发明提出的 一种基于非共轴多透镜光路的三维图像显示系统，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。

根据本发明实施例的三维图像显示系统，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。

根据本发明实施例的三维图像显示系统，所述任何一个或多个透镜，可以用透镜组， 或具有位相调节功能的衍射光学元件替代。