一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及投影技術，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 20世紀中期，隨著科學技術的進步，電影開始向大畫面、大視野、立體感、臨場感方 向發(fā)展，寬銀幕電影于1953年問世，它的產(chǎn)生和發(fā)展同寬銀幕放映鏡頭(核心部件為柱透 鏡)的出現(xiàn)和發(fā)展息息相關。寬銀幕放映物鏡與普通銀幕放映物鏡的成像關系不同。被它成 像的畫面是一張"變形"的圖片，圖片上的景物與實物的比例因方位而異，在子午方向上有 一個固定的比例，在弧矢方向上有一個固定的比例。通用的寬銀幕放映物鏡是由普通放映 物鏡和變形鏡組合起來的，其中變形鏡在子午和弧矢方向上具有不同的放大率，這兩種放 大率恰恰與電影圖片上的子午和弧矢放大率匹配，放映后使銀幕上重現(xiàn)原景的正常圖樣。
[0003] 全息顯示是一種真三維顯示技術，觀看者可在不佩戴助視眼鏡的情況下觀看到立 體圖像，這種顯示在不久的將來也會運用到電影。如何解決全息投影中各項異性的操作也 是我們需要考慮的問題。隨著計算機性能的提升和光電器件的發(fā)展，基于空間光調(diào)制器 (SLM)的計算全息顯示的優(yōu)點愈加突出，為全息帶來了很大的發(fā)展空間。然而，受現(xiàn)有SLM 自身結(jié)構(gòu)的限制，計算全息再現(xiàn)像的尺寸比較小，無法滿足人們的實際需求。因此國內(nèi)外學 者對此開展了相關的研究，并取得了一些成果。通過減小全息圖抽樣間距來擴大再現(xiàn)像大 小的同時將會降低再現(xiàn)像的視角。另外許多團隊提出水平方向上多個SLM拼接實現(xiàn)單方向 上的大尺寸投影，但并沒有實現(xiàn)豎直方向上的再現(xiàn)像的放大，且由于多個SLM的拼接會丟 失物體的高頻信息，難以實現(xiàn)真正的無縫拼接，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、費用昂貴，從而限制了 它的實用性。柱透鏡作為最常用的一類透鏡，是在透明介質(zhì)制作的實心圓柱上平行于圓柱 的軸切下來一片所得到的。一個柱透鏡對物成像，只在弧矢方向有會聚或發(fā)散作用，子午方 向如同平板玻璃，不對光束有會聚或發(fā)散作用。實驗發(fā)現(xiàn)，柱透鏡可以把圖像在弧矢方向上 按照不同的倍數(shù)進行放大，并且放大的程度跟柱透鏡的焦距有關系。由柱透鏡及凸透鏡組 合成的光學系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)球透鏡組成的光學系統(tǒng)不能實現(xiàn)各向異性操作的缺點，增強了 光路設置的靈活性。然而這種組合為機械式縮放成像系統(tǒng)，實用性依然受到很大的限制，從 而使得采用SLM進行主動縮放得到了廣泛的關注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)。如附圖1所示，該系統(tǒng)包括一 個激光器、一個濾波器、一個準直透鏡、兩個SLM、一個接收屏。所述的濾波器、準直透鏡用于 將激光器發(fā)出的激光擴束形成準直平面光，準直透鏡之后的SLM為SLM1，接收屏之前的SLM 為SLM2,通過編程將數(shù)字凸透鏡加載在原全息圖上，再將新生成的全息圖加載在SLM1上， 在SLM2上加載數(shù)字柱透鏡，經(jīng)過SLM1對光的調(diào)制在其后形成全息再現(xiàn)像，全息再現(xiàn)像經(jīng)過 SLM2上的數(shù)字柱透鏡的單方向調(diào)制，形成一個不同方向上不同程度放大的再現(xiàn)像。
[0005]兩個SLM及接收屏組成全息成像縮放模塊，附圖2為該全息成像縮放模塊的原理 示意圖，其中光源的位置，為光源經(jīng)過SLM1的調(diào)制形成的全息再現(xiàn)像的位置，是光源 與SLM1之間的距離，名是SLM1與SLM2之間的距離，七是SLM2與接收屏之間的距離。設 加載在SLM1上的數(shù)字凸透鏡及加載在SLM2上的數(shù)字柱透鏡的焦距分別為A和石，則菟距 離SLM1的距離為'處的全息再現(xiàn)像的大小為：
(1) 式中，#為光源的波長，/*SLM的像素間距。因此，斯距離SLM2之間的距離為 在SLM2上加載數(shù)字柱透鏡的全息圖，根據(jù)柱透鏡弧矢方向上的成像公式可以得 到.
(2) 當SLM1、SLM2及接收屏的位置保持不變，即上式中毛和，固定時，{和石滿足⑵式 的關系。全息再現(xiàn)像經(jīng)過數(shù)字柱透鏡的單方向調(diào)制后，數(shù)字柱透鏡在弧矢方向上的放大倍 率為：
(3) 所以接收屏上的再現(xiàn)像在數(shù)字柱透鏡的弧矢方向上的大小為：
(4) 當:#、/固定時，整個全息成像縮放模塊在數(shù)字柱透鏡的弧矢方向上的放大率為：
(5) 由于數(shù)字柱透鏡對全息再現(xiàn)像在子午方向上相當于平板玻璃的作用，所以接收屏上的 再現(xiàn)像在數(shù)字柱透鏡的子午方向上的大小為：
(6) 整個全息成像縮放模塊在數(shù)字柱透鏡的子午方向上的放大率為： 優(yōu)選地，加載在SLM1上的數(shù)字凸透鏡的相位濟滿足： (7) (8) (9) 優(yōu)選地，加載在SLM2上的數(shù)字柱透鏡相位滿足： 其中，dPJ為笛卡爾坐標，從數(shù)字凸透鏡及數(shù)字柱透鏡的中心開始測量，表示 取模操作。取模操作是為了使數(shù)字凸透鏡及數(shù)字柱透鏡在理論上的衍射效率能夠達到 100%，SLM1、SLM2上每一個像素的相位都能在2開:范圍內(nèi)變化。
【附圖說明】
[0006] 附圖1為本發(fā)明的一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)示意圖。
[0007] 附圖2為本發(fā)明的全息成像縮放模塊的原理示意圖。
[0008] 上述各附圖中的圖示標號為： 1激光器、2濾波器、3準直透鏡、4SLM1、5SLM2、6接收屏 應該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。
【具體實施方式】
[0009] 下面詳細說明本發(fā)明提出的一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)的實施例，對本 發(fā)明進行進一步的描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于本發(fā)明做進一步的說明， 不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域技術熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明做 出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0010] 本發(fā)明的一個實施例為，激光器為波長為532/??的綠色信號光，SLMUSLM2的像素 間距為8?，分辨率為1920X1080,之間的距離為30ca?，SLM2與之后的接收屏之間的距離為 15_，要使得SLMUSLM2及接收屏的位置保持不變，SLM1和SLM2上加載的數(shù)字凸透鏡及數(shù) 字柱透鏡的焦距滿足式（2)，即：
(10) 在SLM1上加載焦距為60c?的數(shù)字凸透鏡，在SLM2上加載焦距為30c?的橫向放置的 數(shù)字柱透鏡，于是根據(jù)式（5)可以得到，在接收屏上的像在豎直方向上的放大率為：
(11) 根據(jù)式（7)可以得到，在接收屏上的像在橫向上的放大率為： 即在接收屏上成不同方向上不同放大程度的正立的像。 (12)
【主權(quán)項】
1. 一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個激光器、一個濾 波器、一個準直透鏡、兩個SLM、一個接收屏；所述的濾波器、準直透鏡用于將激光器發(fā)出的 激光擴束形成準直平面光，準直透鏡之后的SLM為SLMl，接收屏之前的SLM為SLM2,通過編 程將數(shù)字凸透鏡加載在原全息圖上，再將新生成的全息圖加載在SLMl上，在SLM2上加載數(shù) 字柱透鏡，經(jīng)過SLMl對光的調(diào)制在其后形成全息再現(xiàn)像，全息再現(xiàn)像經(jīng)過SLM2上的數(shù)字柱 透鏡的單方向調(diào)制，形成一個不同方向上不同程度放大的像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，設4是 光源與SLMl之間的距離，n';是SLMl與SLM2之間的距離，是SLM2與接收屏之間的距離， 設加載在SLMl上的數(shù)字凸透鏡及加載在SLM2上的數(shù)字柱透鏡的焦距分別為；^和/;，巧3 光源的位置，發(fā)^為光源經(jīng)過SLMl的調(diào)制形成的全息再現(xiàn)像的位置，其中藏距離SLMl的距 離為^ ;巧處的全息再現(xiàn)像的大小為：，其中#為光源的波長，i?為SLM的像素間距， 在SLM2上加載了數(shù)字柱透鏡的全息圖，根據(jù)柱透鏡弧矢方向的成像公式，當馬和本巧定時，；^和/2滿足柱透鏡成像公式，并且可^得到全息再現(xiàn)像經(jīng)過橫向柱透 鏡的單方向調(diào)制后，接收屏上接收到的像在數(shù)字柱透鏡的弧矢方向上放大了， 接收屏上的再現(xiàn)像在數(shù)字柱透鏡的弧矢方向上的大小為，當#、|: 、4：個定時，整個全息成像縮放模塊在數(shù)字柱透鏡的弧矢方向上的放大率為， 接收屏上的再現(xiàn)像在數(shù)字柱透鏡的子午方向上的大小為，整個全息成像縮放 模塊在數(shù)字柱透鏡的子午方向上的放大率為：。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于數(shù)字柱透鏡的全息投影系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括一個激光器、一個濾波器、一個準直透鏡、兩個空間光調(diào)制器（SLM）、一個接收屏。所述的濾波器、準直透鏡用于將激光器發(fā)出的激光擴束形成準直平面光，準直透鏡之后的SLM為SLM1，接收屏之前的SLM為SLM2，通過編程將數(shù)字凸透鏡加載在原全息圖上，再將新生成的全息圖加載在SLM1上，在SLM2上加載數(shù)字柱透鏡，經(jīng)過SLM1對光的調(diào)制在其后形成全息再現(xiàn)像，全息再現(xiàn)像經(jīng)過SLM2上的數(shù)字柱透鏡的單方向調(diào)制，形成一個不同方向上不同程度放大的再現(xiàn)像。本發(fā)明簡化了投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，縮小了系統(tǒng)體積，其成本較低，具有一定的應用前景。
【IPC分類】G03H1/12
【公開號】CN105204312
【申請?zhí)枴緾N201510648078
【發(fā)明人】王瓊?cè)A, 魏溶, 王迪, 劉素娟
【申請人】四川大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月10日