[发明专利]一种基于光束整形抑制散斑噪声的全息显示系统

说明书

本发明提出一种基于光束整形抑制散斑噪声的全息显示系统。该系统由准直光源、光阑、分光镜、SLM、棱镜组和CCD组成。其中准直光源用于提供平面波，当准直光经过光阑时，只有部分光能通过分光镜并照射SLM的浪费区域。为了抑制散斑噪声，对SLM的有效区域进行计算并加载物体的有效全息图，而SLM的浪费区域则加载用于光束整形的DOE。经过DOE调制后的光束被SLM反射并经过棱镜组，光束经过棱镜组的扩束和反射后再次照射SLM的有效区域。当在SLM的有效区域上加载有效全息图时，通过CCD能看到抑制了散斑噪声的全息再现像。该系统不仅可以抑制全息再现像中的散斑噪声，还能提高全息图的计算速度。

一、技术领域

本发明涉及全息显示技术，更具体地说，本发明涉及一种基于光束整形抑制散斑噪声的全息显示系统。

二、背景技术

随着近年来显示器行业的快速发展，三维显示已逐渐成为人们关注的下一代显示技术。计算全息可以很好再现出真实或虚拟物体的信息，因此被认为是三维显示的最终目标。目前为止，尽管计算全息取得了很多成果，但仍存在一些问题限制其进一步发展。例如，由激光相干引起的散斑噪声会影响重建图像的质量。为了减少散斑噪声，一些研究人员使用时间复用方法来重建多个全息图。然而，由于时分复用法对空间光调制器(SLM)的刷新率要求比较高，因此会导致重建图像的模糊或闪烁。迭代算法虽然也能抑制重建图像的斑点噪声，但过多的迭代次数会导致计算速度比较慢。此外，通过使用LED光源代替激光也能在一定程度上实现散斑噪声的抑制，但再现像的亮度有限。一些研究人员使用两个SLM来减少斑点噪声，其中一个SLM加载全息图，另一个SLM则用来加载衍射光学元件(DOE)。此外，研究者还提出了查表算法、波前记录法、新型查表法(NLUT)等算法来减少冗余计算。然而目前为止，仍难以实现理想的全息显示效果。

三、发明内容

本发明提出一种基于光束整形抑制散斑噪声的全息显示系统。如附图1所示，该系统由准直光源、光阑、分光镜、SLM、棱镜组和CCD组成。其中准直光源用于提供准直光束，当光束经过光阑时，只有部分光能通过分光镜并照射SLM的浪费区域。为了抑制斑点噪声，对SLM的有效区域进行计算并加载物体的有效全息图，而SLM的浪费区域则加载用于光束整形的DOE。经过DOE调制后的光束被SLM反射并经过棱镜组，光束经过棱镜组的扩束和反射后再次照射SLM的有效区域。当在SLM的有效区域上加载有效全息图时，通过CCD能看到抑制了散斑噪声的全息再现像。

本发明所提出的一种基于光束整形抑制散斑噪声的全息显示系统中，SLM有效区域的计算原理如附图2所示，根据全息衍射原理，全息图的尺寸等于记录和重建过程中SLM的尺寸。以SLM的中心为坐标轴的原点，D表示被记录物体的宽度，X是衍射距离，H是SLM的宽度，A和B表示被记录物体边缘上的两个点。在全息记录过程中，通过衍射条纹将被记录物体上每个点的信息都记录在整个全息图上。在重建过程中，在距离Z的衍射位置处再现出重建图像，其中A'和B'分别是A和B的重建图像。当观看者位于距SLM的距离R处时，观看区域的宽度为V。根据衍射理论得出，Va是重建图像A'的观察区域，重建图像B'的观看区域用Vb表示。只有在Va和Vb重叠的区域，即区域Vu，才能观察到完整的重建图像。而在区域Vu之外，看到的则是不完整的重建图像，这些图像对观看者来说是无用的。区域Vu被称为有效视区，满足以下公式：

Vu＝Va+Vb-V (1)

记录在全息图上的无用信息不仅占用了大量的计算时间，并且会产生额外的散斑噪声。因此，本发明所提出的系统只记录有效视区内的全息图信息，根据几何关系得出，有效全息图的尺寸小于SLM的尺寸，其宽度为Ho＝H-D，SLM的有效区域等于有效全息图的尺寸。