[发明专利]一种基于数字柱透镜的全息投影系统

说明书

本发明提出一种基于数字柱透镜的全息投影系统。本系统包括一个激光器、一个滤波器、一个准直透镜、两个空间光调制器（SLM）、一个接收屏。所述的滤波器、准直透镜用于将激光器发出的激光扩束形成准直平面光，准直透镜之后的SLM为SLM1，接收屏之前的SLM为SLM2，通过编程将数字凸透镜加载在原全息图上，再将新生成的全息图加载在SLM1上，在SLM2上加载数字柱透镜，经过SLM1对光的调制在其后形成全息再现像，全息再现像经过SLM2上的数字柱透镜的单方向调制，形成一个不同方向上不同程度放大的再现像。本发明简化了投影系统的结构，缩小了系统体积，其成本较低，具有一定的应用前景。

技术领域

本发明涉及投影技术，更具体地说，本发明涉及一种基于数字柱透镜的全息投影系统。

背景技术

20世纪中期，随着科学技术的进步，电影开始向大画面、大视野、立体感、临场感方向发展，宽银幕电影于1953年问世，它的产生和发展同宽银幕放映镜头（核心部件为柱透镜）的出现和发展息息相关。宽银幕放映物镜与普通银幕放映物镜的成像关系不同。被它成像的画面是一张“变形”的图片，图片上的景物与实物的比例因方位而异，在子午方向上有一个固定的比例，在弧矢方向上有一个固定的比例。通用的宽银幕放映物镜是由普通放映物镜和变形镜组合起来的，其中变形镜在子午和弧矢方向上具有不同的放大率，这两种放大率恰恰与电影图片上的子午和弧矢放大率匹配，放映后使银幕上重现原景的正常图样。

全息显示是一种真三维显示技术，观看者可在不佩戴助视眼镜的情况下观看到立体图像，这种显示在不久的将来也会运用到电影。如何解决全息投影中各项异性的操作也是我们需要考虑的问题。随着计算机性能的提升和光电器件的发展，基于空间光调制器(SLM)的计算全息显示的优点愈加突出，为全息带来了很大的发展空间。然而，受现有SLM自身结构的限制，计算全息再现像的尺寸比较小，无法满足人们的实际需求。因此国内外学者对此开展了相关的研究，并取得了一些成果。通过减小全息图抽样间距来扩大再现像大小的同时将会降低再现像的视角。另外许多团队提出水平方向上多个SLM拼接实现单方向上的大尺寸投影，但并没有实现竖直方向上的再现像的放大，且由于多个SLM的拼接会丢失物体的高频信息，难以实现真正的无缝拼接，且该系统结构复杂、费用昂贵，从而限制了它的实用性。柱透镜作为最常用的一类透镜，是在透明介质制作的实心圆柱上平行于圆柱的轴切下来一片所得到的。一个柱透镜对物成像，只在弧矢方向有会聚或发散作用，子午方向如同平板玻璃，不对光束有会聚或发散作用。实验发现，柱透镜可以把图像在弧矢方向上按照不同的倍数进行放大，并且放大的程度跟柱透镜的焦距有关系。由柱透镜及凸透镜组合成的光学系统克服了传统球透镜组成的光学系统不能实现各向异性操作的缺点，增强了光路设置的灵活性。然而这种组合为机械式缩放成像系统，实用性依然受到很大的限制，从而使得采用SLM进行主动缩放得到了广泛的关注。

发明内容

本发明提出一种基于数字柱透镜的全息投影系统。如附图1所示，该系统包括一个激光器、一个滤波器、一个准直透镜、两个SLM、一个接收屏。所述的滤波器、准直透镜用于将激光器发出的激光扩束形成准直平面光，准直透镜之后的SLM为SLM1，接收屏之前的SLM为SLM2，通过编程将数字凸透镜加载在原全息图上,再将新生成的全息图加载在SLM1上，在SLM2上加载数字柱透镜，经过SLM1对光的调制在其后形成全息再现像，全息再现像经过SLM2上的数字柱透镜的单方向调制，形成一个不同方向上不同程度放大的再现像。