[发明专利]一种基于空间光调制器有效区域扩展的大视角全息显示系统

说明书

本发明提出一种基于空间光调制器有效区域扩展的大视角全息显示系统。该系统包括激光器、滤光器、固体透镜、分束镜、SLM 1、SLM 2、和光阑。其中激光器、滤光器和固体透镜用于产生均匀的平行光束，分束镜位于平行光束的出射方向并将光束分成两个彼此垂直的光束。两个SLM的型号相同且相互垂直放置，SLM的分辨率为M，当平行光分别照射两个SLM时，零级光经过分束镜可以无缝拼接在一起，光阑用于消除重建物体中的高级衍射光。为了扩展了SLM的有效区域，将两个SLM和分束镜等效看成一个分辨率为2M的SLM，记为2M SLM，当在2M SLM上加载物体的全息图时，可以观看到大视角的重建物体。

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空间光调制器有效区域扩展的大视角全息显示系统。

二、背景技术

一直以来，全息显示被认为是最理想的三维显示方式。然而，受空间光调制器(SLM)参数的限制，重建物体的视角和尺寸都比较小。自全息技术出现至今，研究人员提出了各种方法和系统来解决这一问题。例如，一些研究者通过时分复用原理，使用快门或电流镜来扩大重建物体的视角。基于时分复用的方法虽然可以解决视角小的问题，但是在切换过程中，难以准确地控制SLM的位置，因此这种方法可能会导致部分的观看区域的损失。2011年，研究人员通过使用4f系统重新分配SLM的水平分辨率和垂直分辨率，从而扩大了水平方向的观看视角。此外，基于多个SLM的空分复用法也能扩大重建物体的视角。传统的空分复用系统使用多个SLM平行排列在一起，然而，由于SLM之间存在一定的缝隙，系统的光能利用率较低，且重建物体的视区不连续，随后，也有研究人员提出将多个SLM弯曲排列在一起的全息显示系统，这种系统虽然实现了大视角的全息显示效果，然而，重建光路比较复杂，系统难以操作。

三、发明内容

本发明提出一种基于SLM有效区域扩展的大视角全息显示系统，如附图1所示，该系统包括激光器、滤光器、固体透镜、分束镜、SLM 1、SLM 2和光阑。其中激光器、滤光器和固体透镜用于产生均匀的平行光束，分束镜位于平行光束的出射方向，并将光束分成两个彼此垂直的光束。两个SLM的型号相同且相互垂直放置，SLM的分辨率为M，当平行光分别照射两个SLM时，零级光经过分束镜可以无缝拼接在一起。光阑用于消除重建物体中的高级衍射光。为了扩展了SLM的有效区域，将两个SLM和分束镜等效看成一个分辨率为2M的SLM，记为2M SLM，当在2M SLM上加载物体的全息图时，可以观看到大视角的重建物体。

如附图2所示，在全息再现的过程中，当平行光照射分辨率为2M的SLM时，2M SLM的最大衍射角α满足以下公式：

其中λ表示光的波长，p表示2M SLM的像素间距。根据几何分析可知，当衍射角极小时，重建物体的大小d用以下公式表示：

其中l表示2M SLM到重建物体的传播距离，s是单个SLM的尺寸，2M SLM的尺寸为h＝2s。为了利用2M SLM的有效区域，对系统中重建物体的有效视区大小进行计算。V表示重建物体的全部视区。根据全息衍射原理可知，只有在视区V₁中能看到完整的重建图像。因此，视区V₁被称为重建物体的有效视区，其大小为：

其中L是2M SLM和观看位置之间的距离。在视区V₂中，只能看到重建物体的一部分信息。因此，视区V₂被称为重建物体的浪费视区，其大小为：

根据重建物体的有效视区计算得到2M SLM的有效区域大小s_e满足以下公式：

s_e＝2s-d(5)