專利名稱：基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉原理的立 體顯示裝置，特別適用于做計(jì)算機(jī)與電視顯示屏，智能人機(jī)交換，機(jī)器人視覺(jué)等，可廣泛應(yīng) 用于教學(xué)、科研、娛樂(lè)、廣告等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近一、二十年來(lái)，液晶顯示技術(shù)得到了飛速發(fā)展，從零點(diǎn)幾英寸的投影液晶顯示板 到幾十英寸的平板液晶顯示器都已經(jīng)商品化。但現(xiàn)有液晶顯示器主要用于二維平面顯示， 即使小尺寸投影機(jī)液晶板，其像素尺寸也在十微米量級(jí)，與可見(jiàn)光波長(zhǎng)相比，其分辨率還非 常低，還不能用它們代替全息膠片，進(jìn)行大視場(chǎng)、高質(zhì)量的三維全息立體顯示。發(fā)明專利“基 于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法及裝置”(申請(qǐng)?zhí)?00810046861.8)提出了一種采用低 分辨率液晶顯示器進(jìn)行三維立體顯示的新方法，其核心思想是把液晶顯示器的每個(gè)像素轉(zhuǎn) 化為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的子光源，通過(guò)這些子光源的相長(zhǎng)干涉在三維空間形成一系列離散立體像 點(diǎn)，為了抑制高階衍射產(chǎn)生的多重像，子光源的位置呈隨機(jī)分布。該發(fā)明所提出的基于隨機(jī) 相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法還有一些地方需要進(jìn)一步改進(jìn)，例如，通過(guò)相長(zhǎng)干涉形成離散立 體像點(diǎn)也相當(dāng)于一個(gè)新的子光源陣列，如果它們的位置呈周期排列就可能發(fā)生相長(zhǎng)干涉， 形成新的亮斑，這些亮斑相當(dāng)于噪聲，會(huì)干擾所顯示的立體像。再如，如果利用現(xiàn)有商品化 的二維平面液晶顯示器搭建該發(fā)明所提出的基于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置也會(huì)存在 一些困難，因?yàn)楝F(xiàn)有商品化的二維平面液晶顯示器當(dāng)它們工作于位相調(diào)節(jié)為主模式時(shí)，其 位相調(diào)節(jié)范圍往往達(dá)不到2 π，一般只有3 π /2，這樣就會(huì)造成嚴(yán)重的位相調(diào)節(jié)誤差。另外 當(dāng)采用一個(gè)微透鏡陣列對(duì)現(xiàn)有商品化的二維平面液晶顯示器的像素進(jìn)行聚焦以獲得位置 呈隨機(jī)分布的點(diǎn)光源時(shí)，微透鏡的直徑必須遠(yuǎn)小于液晶顯示器的像素的尺寸，這樣微透鏡 才可以在一個(gè)像素范圍內(nèi)隨機(jī)移動(dòng)，但由此會(huì)造成巨大光能浪費(fèi)。本發(fā)明將對(duì)基于隨機(jī)相 長(zhǎng)干涉的三維顯示方法進(jìn)行補(bǔ)充完善，同時(shí)對(duì)基于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn) 行簡(jiǎn)化更新，降低加工難度，提高光能利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，并抑制次 級(jí)衍射像的產(chǎn)生。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，以 簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)獲得更高的光能利用率和好的像質(zhì)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，它包括以下步驟A 把三維立體像分解為離散像點(diǎn)；B 選取第A步中的一個(gè)離散像點(diǎn)；C 從空間位置呈周期分布的相干子光源陣列中，根據(jù)第B步中選取的離散像點(diǎn)的亮度，隨機(jī)抽取相干子光源，離散像點(diǎn)的亮度越高，隨機(jī)抽取的相干子光源的數(shù)目越大；D 針對(duì)第C步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，計(jì)算其離第B步中選取的離散像 點(diǎn)的距離和由此引起的位相差，每個(gè)相干子光源所需做出的位相調(diào)整量等于該位相差；E 針對(duì)第C步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，確定每個(gè)相干子光源所需做出的 振幅調(diào)整量，該振幅調(diào)整量為一恒定常數(shù)，或正比于第B步中選取的離散像點(diǎn)的亮度；F 針對(duì)第A步中的所有離散像點(diǎn)，重復(fù)第B至第E步，記錄下每個(gè)相干子光源針對(duì) 每個(gè)離散像點(diǎn)所需做出的位相和振幅調(diào)整量，根據(jù)復(fù)數(shù)求和的原則計(jì)算出每個(gè)相干子光源 所需做出的總的位相和振幅調(diào)整量；G 從第F步中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源所需做出的總的位相調(diào)整量中減去每個(gè) 相干子光源自身的初始位相，得到每個(gè)相干子光源所需做出的最終位相調(diào)整量；把第F步 中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源所需做出的總的振幅調(diào)整量作為每個(gè)相干子光源所需做出的 最終振幅調(diào)整量；調(diào)節(jié)空間位置呈周期分布的相干子光源陣列使其產(chǎn)生最終位相和振幅調(diào)整量。所述的基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，其特征在于在第A步中，把三維立 體像分解為離散像點(diǎn)，且離散像點(diǎn)的位置呈隨機(jī)分布。所述的基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，其特征在于在第B步中，選取第A步 中的一個(gè)離散像點(diǎn)，且給該離散像點(diǎn)設(shè)置一個(gè)附加位相，該附加位相在0 2 π范圍內(nèi)隨機(jī) 分布；進(jìn)一步，在第D步中，針對(duì)第C步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，計(jì)算其離第B 步中選取的離散像點(diǎn)的距離和由此引起的位相差，每個(gè)相干子光源所需做出的位相調(diào)整量 等于該位相差再加上在第B步中給該離散像點(diǎn)設(shè)置的附加位相。一種實(shí)現(xiàn)所述的基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法的裝置，包括相干光源；將所述相干光源發(fā)出的細(xì)激光束擴(kuò)束轉(zhuǎn)換成寬激光束的照明光學(xué)系統(tǒng)；振幅位相調(diào)節(jié)器陣列，其每個(gè)振幅位相調(diào)節(jié)器分別對(duì)所述照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的寬 激光束進(jìn)行調(diào)節(jié)以生成相互獨(dú)立的子光束陣列；以及相干子光源發(fā)生器陣列，其每個(gè)相干子光源發(fā)生器分別對(duì)準(zhǔn)所述振幅位相調(diào)節(jié)器 陣列的一個(gè)相應(yīng)的振幅位相調(diào)節(jié)器，使得所述相互獨(dú)立的子光束一一對(duì)應(yīng)地入射到相干子 光源發(fā)生器陣列中的每個(gè)相干子光源發(fā)生器，并匯聚產(chǎn)生位置呈周期分布的相干子光源陣 列。所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于所述的振幅位相調(diào) 節(jié)器陣列由第一、第二、第三透射式液晶板和第一、第二、第三偏振片組成，第一塊偏振片、 第一塊透射式液晶板、第二塊透射式液晶板、第二塊偏振片、第三塊透射式液晶板和第三塊 偏振片依次緊貼放置，第一、第二、第三透射式液晶板的像素一一對(duì)準(zhǔn)，第一塊透射式液晶 板和第二塊透射式液晶板工作于位相調(diào)節(jié)為主模式，第三塊透射式液晶板工作于振幅調(diào)節(jié) 為主模式。所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于所述的相干子光源 發(fā)生器陣列由周期分布的微透鏡陣列組成，微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡分別對(duì)準(zhǔn)振幅位相 調(diào)節(jié)器陣列中的一個(gè)振幅位相調(diào)節(jié)器，并匯聚產(chǎn)生位置呈周期分布的相干子光源陣列。
所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于所述的相干子光源 發(fā)生器陣列由三套周期分布的第一、第二、第三微透鏡陣列組成，每套微透鏡陣列分別對(duì)準(zhǔn) 第一、第二、第三透射式液晶板的紅、綠、藍(lán)子像素，使得每個(gè)微透鏡的光軸與所對(duì)準(zhǔn)的第 一、第二、第三透射式液晶板的紅、綠、藍(lán)子像素的中心重合。下面對(duì)本發(fā)明的原理與技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明。首先對(duì)申請(qǐng)?zhí)枮?00810046861. 8，名稱為“基于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法及 裝置”的發(fā)明專利提出的基于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維立體成像原理進(jìn)行說(shuō)明?；陔S機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維立體成像原理主要依據(jù)兩點(diǎn)，第一，根據(jù)光學(xué)干涉原理， 利用許多相干子光源的相長(zhǎng)干涉，可在空間任意指定位置形成亮點(diǎn)，并通過(guò)許多這樣的亮 點(diǎn)構(gòu)成離散三維立體像；第二，如果使得所有相干子光源的位置呈隨機(jī)分布，可消除高階衍 射產(chǎn)生的多重像，得到單一高質(zhì)量立體像。本發(fā)明主要從如下三個(gè)方面對(duì)上述發(fā)明提出的基于隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方 法及裝置進(jìn)行了補(bǔ)充、完善和簡(jiǎn)化第一，次生衍射像的抑制通過(guò)相長(zhǎng)干涉產(chǎn)生的離散三維像，其每個(gè)像素相當(dāng)于一 個(gè)新的點(diǎn)光源，如果這些新的點(diǎn)光源的空間位置呈周期分布，且同位相，它們發(fā)出的光會(huì)發(fā) 生干涉，在空間產(chǎn)生新的亮斑，組成次生衍射像。本發(fā)明通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)抑制這種次生衍射 像，其一，使得離散三維像素的位置呈隨機(jī)分布，即在對(duì)待顯示的立體像離散化的過(guò)程中， 采用隨機(jī)劃分，避免周期劃分；其二，給每個(gè)離散三維像素在0 2 π范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置一個(gè) 附加位相，但保持其亮度不變，因?yàn)槿搜蹖?duì)位相不敏感，因此離散三維像看起來(lái)沒(méi)有任何變 化。當(dāng)離散三維像素的位置或位相呈隨機(jī)分布時(shí)，它們就很難通過(guò)相長(zhǎng)干涉產(chǎn)生次級(jí)衍射 像。第二，準(zhǔn)隨機(jī)分布嚴(yán)格的隨機(jī)分布要求點(diǎn)光源的位置可以以相同的概率取任意 位置，但這種嚴(yán)格的隨機(jī)分布會(huì)帶來(lái)許多制造工藝上的麻煩。為了簡(jiǎn)化制造工藝，可以把點(diǎn) 光源的位置量子化，即如同量子力學(xué)一樣，其變化必須為一個(gè)最小單位的整數(shù)倍，相當(dāng)于說(shuō) 每個(gè)點(diǎn)光源只能位于固定的格點(diǎn)上，而不能位于格點(diǎn)之間的任意位置。這些固定格點(diǎn)的位 置本身呈周期分布，但點(diǎn)光源可隨機(jī)地位于其中任意一個(gè)格點(diǎn)上，由此得到的隨機(jī)分布是 一個(gè)準(zhǔn)隨機(jī)分布。當(dāng)格點(diǎn)的密集度變大時(shí)，準(zhǔn)隨機(jī)分布就越來(lái)越趨向于嚴(yán)格隨機(jī)分布。當(dāng) 采用微透鏡陣列對(duì)液晶板的像素進(jìn)行匯聚產(chǎn)生相干點(diǎn)光源時(shí)，可以把液晶板周期分布的像 素位置作為格點(diǎn)，盡管由此產(chǎn)生的點(diǎn)光源陣列也呈周期分布，但在通過(guò)相長(zhǎng)干涉產(chǎn)生某一 個(gè)三維像素時(shí)，我們不是讓所有的點(diǎn)光源都參與該三維像素的產(chǎn)生，而是隨機(jī)地抽取一些 點(diǎn)光源來(lái)產(chǎn)生該三維像素。這些隨機(jī)抽取的點(diǎn)光源的位置就如上所述，呈準(zhǔn)隨機(jī)分布。這 種準(zhǔn)隨機(jī)分布同樣可極大地抑制高階衍射像的產(chǎn)生，特別是當(dāng)液晶板的像素間隔較大時(shí)， 高階衍射本身就已經(jīng)很弱，再加上準(zhǔn)隨機(jī)分布的抑制，高階衍射就可以忽略不計(jì)了。這種準(zhǔn) 隨機(jī)分布可簡(jiǎn)化制造工藝，特別是微透鏡直徑可以與液晶板像素大小相當(dāng)，可大大提高光 能利用率。第三，完整復(fù)矢量調(diào)節(jié)現(xiàn)有商品化液晶板在工作于位相為主模式時(shí)，位相調(diào)節(jié)范 圍往往只有3 π /2左右，達(dá)不到2 π，這樣會(huì)產(chǎn)生非常大的位相調(diào)節(jié)誤差?；蛘哒f(shuō)用現(xiàn)有商 品化液晶板進(jìn)行復(fù)矢量調(diào)節(jié)時(shí)，在復(fù)矢量空間，約有一個(gè)象限是不能到達(dá)的，因此這種復(fù)矢 量調(diào)節(jié)是不完整的。為此我們需要設(shè)計(jì)專用液晶板，或者采用兩塊液晶板進(jìn)行位相調(diào)節(jié)，使位相調(diào)節(jié)量達(dá)到2 π。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，特別是與申請(qǐng)?zhí)枮?00810046861.8的發(fā)明專利相比具 有以下優(yōu)點(diǎn)和效果第一，通過(guò)隨機(jī)劃分和設(shè)置所顯示離散三維立體像的像素位置和位相，抑制了次 生衍射像的產(chǎn)生，降低了由此引起的干擾噪聲；第二，通過(guò)點(diǎn)光源的準(zhǔn)隨機(jī)分布，簡(jiǎn)化了結(jié) 構(gòu)，提高了光能利用率；第三，通過(guò)采用多塊液晶板，使得利用現(xiàn)有商品化液晶板實(shí)現(xiàn)0 2 π位相調(diào)節(jié)成為可能，減小了位相調(diào)節(jié)誤差。


圖1為本發(fā)明在采用三塊透射式液晶顯示板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為單一周期排列的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為三套周期排列的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 圖1給出了一種采用三塊透射式液晶顯示板時(shí)基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示 裝置示意圖。它由相干光源1、照明光學(xué)系統(tǒng)2、振幅位相調(diào)節(jié)器陣列3和相干子光源發(fā)生 器陣列4組成。照明光學(xué)系統(tǒng)2將相干光源1發(fā)出的細(xì)激光束擴(kuò)束轉(zhuǎn)換成寬激光束，并均 勻照明振幅位相調(diào)節(jié)器陣列3。振幅位相調(diào)節(jié)器陣列3由第一、第二、第三透射式液晶板5、 6、7和第一、第二、第三偏振片8、9、10組成，第一塊偏振片8、第一塊透射式液晶板5、第二 塊透射式液晶板6、第二塊偏振片9、第三塊透射式液晶板7和第三塊偏振片10依次緊貼放 置，第一、第二、第三透射式液晶板5、6、7的像素一一對(duì)準(zhǔn)，第一塊偏振片8和第二塊偏振片 9的偏振方向互成60度，使得第一塊透射式液晶板5和第二塊透射式液晶板6工作于位相 調(diào)節(jié)為主模式(不同液晶能板，偏振片的偏振方向需要取不同值，下同)，第二塊偏振片9和 第三塊偏振片10的偏振方向互成90度，使得第三塊透射式液晶板7工作于振幅調(diào)節(jié)為主 模式。相干子光源發(fā)生器陣列4采用微透鏡陣列15，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。微透鏡陣列15中 的每個(gè)微透鏡與液晶顯示器的每個(gè)像素對(duì)準(zhǔn)，每個(gè)微透鏡的直徑與液晶顯示器的每個(gè)像素 的大小相當(dāng)，這樣光能得到最大利用。照明光學(xué)系統(tǒng)2產(chǎn)生的寬激光束均勻照明振幅位相 調(diào)節(jié)器陣列3，由透射式液晶板5、6、7構(gòu)成的振幅位相調(diào)節(jié)器陣列3的每個(gè)像素對(duì)寬照明激 光束的振幅和位相進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成子激光束陣列，一個(gè)像素產(chǎn)生一個(gè)子激光束，每個(gè)子激光 束的振幅和位相相互獨(dú)立，再經(jīng)微透鏡陣列15聚焦產(chǎn)生位置呈周期分布的點(diǎn)光源陣列，其 中一個(gè)子激光束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)微透鏡，經(jīng)微透鏡匯聚產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)光源。實(shí)施例2 下面結(jié)合圖1所給出的裝置，對(duì)基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法進(jìn)行說(shuō)明， 一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，它包括以下步驟A 把三維立體像11分解為M個(gè)具有一定空間位置和亮度的離散像點(diǎn)，在分解過(guò)程 中采用非周期劃分，使得離散像點(diǎn)的位置呈隨機(jī)分布，在圖1中M = 21 ；B 選取第A步中的某一個(gè)離散像點(diǎn)m，并給該離散像點(diǎn)設(shè)置一個(gè)附加位相Φω，該 附加位相0111在0 范圍內(nèi)隨機(jī)分布；
C 從圖1所示裝置所產(chǎn)生的空間位置呈周期分布的相干子光源陣列中，根據(jù)第B 步中選取的特定離散像點(diǎn)m的亮度，隨機(jī)抽取數(shù)目為N的相干子光源，離散像點(diǎn)m的亮度越 高，隨機(jī)抽取的相干子光源的數(shù)目N越大；在圖2中，涂黑的M個(gè)微透鏡所匯聚產(chǎn)生的相干 光源被抽取選中，它們的位置呈準(zhǔn)隨機(jī)分布；D 針對(duì)第C步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源j，計(jì)算其中心位置離第B步 中選取的特定離散像點(diǎn)m的距離和由此引起的位相差，每個(gè)相干子光源所需做出的位 相調(diào)整量Φ。」,m等于上述位相差再加上第B步中給離散像點(diǎn)m設(shè)置的附加位相Φω， Φ^'" = h · (r , - R) + Φ 如果這些被隨機(jī)抽取的的相干子光源的初始位相為零，它們發(fā) 出的光到達(dá)離散像點(diǎn)m時(shí)將同位相，且都為位相Φω，這樣就可以發(fā)生相長(zhǎng)干涉；E 針對(duì)第C步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，它所需做出的振幅調(diào)整量A“m可 以取一恒定常數(shù)，或正比于第B步中選取的特定離散像點(diǎn)m的亮度；F 針對(duì)第A步中的所有M個(gè)離散像點(diǎn)，重復(fù)第B至第E步，同時(shí)記錄下每個(gè)相干子 光源針對(duì)每個(gè)離散像點(diǎn)所需做出的位相和振幅調(diào)整量Φ。 ω、Ac^m，并根據(jù)矢量疊加的原則 求出每個(gè)相干子光源j所需做出的總的位相Φ?！购驼穹　！拐{(diào)整量
m-MAi = Acj, m exp(Oc/, m) = Acj εχρ(Φ /)
m-\G 從第F步中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源j所需做出的總的位相調(diào)整量Φ。」中減去 由于相干照明光源本身亮度的不均勻性等各種因素所產(chǎn)生的每個(gè)相干子光源自身的初始 位相ΦΜ，得到每個(gè)相干子光源所需做出的最終的位相調(diào)整量，當(dāng)然在最終位相調(diào)整量中可 以丟掉的整數(shù)倍。同時(shí)把第F步中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源所需做出的總的振幅調(diào)整 量Ay作為每個(gè)相干子光源最終所需做出的振幅調(diào)整量。最后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)透射式液 晶板5、6和7，使得每個(gè)相干子光源產(chǎn)生上述最終振幅和位相調(diào)整量。通過(guò)上述A-G共7個(gè)步驟，通過(guò)許多子光源的相長(zhǎng)干涉可以形成初始立體像11，同 時(shí)由于子光源的位置呈準(zhǔn)隨機(jī)分布，因此高階衍射像得到極大抑制，特別是當(dāng)子光源的周 期很大時(shí)，高階衍射像基本可以忽略不計(jì)。如果在第C步中，相干子光源陣列的空間位置呈 嚴(yán)格隨機(jī)分布，則對(duì)高階衍射像的抑制更大，可以得到單一立體像。進(jìn)一步由于初始立體像 11的離散像素的位置和位相呈隨機(jī)分布，由這些立體離散像素相干可能產(chǎn)生的次生衍射像 也將得到很好抑制，從而保證所顯示的立體像畫面干凈單一，噪聲低。實(shí)施例3 如圖2所示，如果采用現(xiàn)有商品化液晶顯示器，其每個(gè)像素(圖中虛線框所示)由 三個(gè)子像素12，13和14組成，這三個(gè)子像素分別蒸鍍有紅、綠、藍(lán)濾光膜，通過(guò)三原色組合 形成彩色圖像。當(dāng)微透鏡對(duì)準(zhǔn)每個(gè)像素時(shí)，微透鏡的光軸中心與位于中間的子像素13的中 心重合，但與圖中上下兩個(gè)子像素12和14的中心偏離。假設(shè)圖2中三個(gè)子像素12，13和 14分別對(duì)應(yīng)紅綠藍(lán)三原色，并采用平行光照明，則經(jīng)過(guò)微透鏡匯聚后分別產(chǎn)生三原色點(diǎn)光 源，但這些點(diǎn)光源發(fā)出的光錐會(huì)指向不同方向，其中紅色光錐向下傾斜，而藍(lán)色光錐向上傾 斜，而且互不交匯，這樣就很難把紅綠藍(lán)三原色立體像顯示在空間同一位置，組成一幅彩色 立體像。為了解決這一問(wèn)題，可如圖3所示，采用三套周期分布的第一、第二、第三微透鏡陣 列16、17和18，并分別與液晶板的紅綠藍(lán)子像素對(duì)準(zhǔn)。在圖3中，第一套微透鏡陣列16與 紅色子像素對(duì)準(zhǔn)，第二套微透鏡陣列17與綠色子像素對(duì)準(zhǔn)，而第三套微透鏡陣列18與藍(lán)色子像素對(duì)準(zhǔn) ，這樣就能保證由微透鏡匯聚產(chǎn)生的紅綠藍(lán)三原色光錐覆蓋空間同一位置，實(shí) 現(xiàn)彩色立體像顯示。
權(quán)利要求
1.一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，它包括以下步驟 A 把三維立體像分解為離散像點(diǎn)；B 選取第(A)步中的一個(gè)離散像點(diǎn)；C:從空間位置呈周期分布的相干子光源陣列中，根據(jù)第(B)步中選取的離散像點(diǎn)的亮 度，隨機(jī)抽取相干子光源，離散像點(diǎn)的亮度越高，隨機(jī)抽取的相干子光源的數(shù)目越大；D:針對(duì)第(C)步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，計(jì)算其離第B步中選取的離散像點(diǎn) 的距離和由此引起的位相差，每個(gè)相干子光源所需做出的位相調(diào)整量等于該位相差；E:針對(duì)第(C)步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，確定每個(gè)相干子光源所需做出的振 幅調(diào)整量，該振幅調(diào)整量為一恒定常數(shù)，或正比于第(B)步中選取的離散像點(diǎn)的亮度；F 針對(duì)第(A)步中的所有離散像點(diǎn)，重復(fù)第(B)至第(E)步，記錄下每個(gè)相干子光源針 對(duì)每個(gè)離散像點(diǎn)所需做出的位相和振幅調(diào)整量，根據(jù)復(fù)數(shù)求和的原則計(jì)算出每個(gè)相干子光 源所需做出的總的位相和振幅調(diào)整量；G:從第(F)步中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源所需做出的總的位相調(diào)整量中減去每個(gè)相 干子光源自身的初始位相，得到每個(gè)相干子光源所需做出的最終位相調(diào)整量；把第(F)步 中計(jì)算出的每個(gè)相干子光源所需做出的總的振幅調(diào)整量作為每個(gè)相干子光源所需做出的 最終振幅調(diào)整量；調(diào)節(jié)空間位置呈周期分布的相干子光源陣列使其產(chǎn)生最終位相和振幅調(diào) 整量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，其特征在于在第(A)步中，把三維立體像分解為離散像點(diǎn)，且離散像點(diǎn)的位置呈隨機(jī)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法，其特征在于在第(B)步中，選取第(A)步中的一個(gè)離散像點(diǎn)，且給該離散像點(diǎn)設(shè)置一個(gè)附加位相，該附加位 相在0 范圍內(nèi)隨機(jī)分布；進(jìn)一步，在第(D)步中，針對(duì)第(C)步中所隨機(jī)抽取的每個(gè)相干子光源，計(jì)算其離第(B) 步中選取的離散像點(diǎn)的距離和由此引起的位相差，每個(gè)相干子光源所需做出的位相調(diào)整量 等于該位相差再加上在第(B)步中給該離散像點(diǎn)設(shè)置的附加位相。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法的裝置，包括 相干光源⑴；將所述相干光源(1)發(fā)出的細(xì)激光束擴(kuò)束轉(zhuǎn)換成寬激光束的照明光學(xué)系統(tǒng)O)； 振幅位相調(diào)節(jié)器陣列(3)，其每個(gè)振幅位相調(diào)節(jié)器分別對(duì)所述照明光學(xué)系統(tǒng)( 發(fā)出 的寬激光束進(jìn)行調(diào)節(jié)以生成相互獨(dú)立的子光束陣列；以及相干子光源發(fā)生器陣列，其每個(gè)相干子光源發(fā)生器分別對(duì)準(zhǔn)所述振幅位相調(diào)節(jié)器 陣列(3)的一個(gè)相應(yīng)的振幅位相調(diào)節(jié)器，使得所述相互獨(dú)立的子光束一一對(duì)應(yīng)地入射到相 干子光源發(fā)生器陣列(4)中的每個(gè)相干子光源發(fā)生器，并匯聚產(chǎn)生位置呈周期分布的相干 子光源陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于所 述的振幅位相調(diào)節(jié)器陣列(3)由第一、第二、第三透射式液晶板(5、6、7)和第一、第二、第三 偏振片(8、9、10)組成，第一塊偏振片(8)、第一塊透射式液晶板(5)、第二塊透射式液晶板 (6)、第二塊偏振片(9)、第三塊透射式液晶板(7)和第三塊偏振片(10)依次緊貼放置，第 一、第二、第三透射式液晶板(5、6、7)的像素一一對(duì)準(zhǔn)，第一塊透射式液晶板( 和第二塊透射式液晶板(6)工作于位相調(diào)節(jié)為主模式，第三塊透射式液晶板(7)工作于振幅調(diào)節(jié)為 主模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于 所述的相干子光源發(fā)生器陣列由周期分布的微透鏡陣列(15)組成，微透鏡陣列(15) 中的每個(gè)微透鏡分別對(duì)準(zhǔn)振幅位相調(diào)節(jié)器陣列(3)中的一個(gè)振幅位相調(diào)節(jié)器，并匯聚產(chǎn)生 位置呈周期分布的相干子光源陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示裝置，其特征在于 所述的相干子光源發(fā)生器陣列由三套周期分布的第一、第二、第三微透鏡陣列(16、17、 18)組成，每套微透鏡陣列分別對(duì)準(zhǔn)第一、第二、第三透射式液晶板(5、6、7)的紅、綠、藍(lán)子 像素(12、13、14)，使得每個(gè)微透鏡的光軸與所對(duì)準(zhǔn)的第一、第二、第三透射式液晶板(5、6、 7)的紅、綠、藍(lán)子像素(12、13、14)的中心重合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于準(zhǔn)隨機(jī)相長(zhǎng)干涉的三維顯示方法及裝置，它采用振幅位相調(diào)節(jié)器陣列產(chǎn)生子光束陣列，并通過(guò)與之對(duì)準(zhǔn)的相干子光源發(fā)生器陣列匯聚形成相干子光源陣列，通過(guò)位置呈準(zhǔn)隨機(jī)分布的相干子光源的相長(zhǎng)干涉形成單一離散立體像，并通過(guò)隨機(jī)設(shè)置離散立體像的像素位置和位相，消除次級(jí)衍射像。它可采用低分辨率的液晶顯示器實(shí)現(xiàn)大尺寸、懸浮式立體像的實(shí)時(shí)彩色顯示，可廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與電視三維顯示，三維人機(jī)交換，機(jī)器人視覺(jué)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02F1/21GK102103319SQ20091027328
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請(qǐng)人:李志揚(yáng)