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的制作方法

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、

技术实现要素：

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、slm1、slm2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2mslm，当在2mslm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，2mslm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2mslm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2mslm到重建物体的传播距离，s是单个slm的尺寸，2mslm的尺寸为h＝2s。为了利用2mslm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2mslm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2mslm的有效区域大小se满足以下公式：

se＝2s-d(5)

其中int()表示取整操作。2mslm的有效区域等于有效全息图的大小，记录物体的大小需要小于2mslm的大小，有效全息图的大小等于2mslm和记录物体的大小之差。本发明所提出的系统扩展了slm的有效区域且能增大重建物体的观看视角，具有更高的计算速度。

四、附图说明

附图1为本发明的一种基于slm有效区域扩展的大视角全息显示系统的结构示意图。

附图2为重建物体的有效视区与2mslm之间的几何关系示意图。

上述各附图中的图示标号为：

(1)激光器、(2)滤光器、(3)固体透镜、(4)分束镜、(5)slm1、(6)slm2、(7)光阑、(8)被记录物体、(9)2mslm、(10)重建物体、(11)观看位置。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

五、具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种基于slm有效区域扩展的大视角全息显示系统的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的一个实施例为：使用波长为532nm的绿色激光作为光源，固体透镜的焦距为300mm，分束镜的尺寸为25.4mm×25.4mm，透过率>80％。两个slm的型号相同，其像素数为1920×1080，尺寸为12.29mm×6.91mm，因此2mslm的像素间距为6.4μm，像素数为3840×2160。ccd和slm之间的有效距离为400mm，采用分辨率为320×240的物体作为被记录物体，根据有效视区的计算可得出有效全息图的分辨率是3520×1920。使用新型查表法计算物体的干涉图样，首先计算出中心干涉条纹的图案，其分辨率为3520×1920，通过位移和叠加操作计算其它物点的干涉条纹图案，从而计算出被记录物体的有效全息图信息。将有效全息图加载到3840×2160的2mslm上，通过ccd可以探测到大视角的重建物体。

技术特征：

技术总结
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。

技术研发人员：王迪;王琼华;刘超;肖聃;张罗致
受保护的技术使用者：北京航空航天大学;四川大学
技术研发日：2019.05.07
技术公布日：2019.08.09