基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3d顯示的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及懸浮顯示技術(shù)和集成成像3D顯示技術(shù)，特別涉及基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，人們對顯示影像的要求越來越高，不再限于通過顯示屏來觀看圖像。懸浮顯示是一種在無任何介質(zhì)的空間中顯示影像的夢幻般的技術(shù)，它能顯示懸浮在空中的圖像，將具有更好的人機(jī)交互特性。懸浮顯示技術(shù)能更好地還原出物體的真實形貌，懸浮的圖像可觸摸，且顯示的虛擬影像還可與空間中的真實物體融合在一起，增強(qiáng)了觀看者的樂趣和沉浸感。懸浮顯示如果只顯示平面的2D圖像，就失去了 3D信息，而且顯示的虛擬2D圖像沒有深度暗示，與真實物體融合后將引起調(diào)節(jié)與集合的矛盾，產(chǎn)生立體觀看視疲勞。
[0003]集成成像顯示是一種真3D顯示技術(shù)，通過在顯示屏前附加微透鏡陣列來實現(xiàn)，顯示過程中微透鏡陣列將微圖像陣列發(fā)出的光線聚集還原，重建出原3D物體的光場信息。集成成像3D顯示能再現(xiàn)出3D場景發(fā)出或反射的光線信息，從而構(gòu)建出全真的3D圖像。集成成像3D顯示具有無需輔助觀看設(shè)備、全真3D再現(xiàn)、無視疲勞、提供正確的深度暗示和準(zhǔn)連續(xù)的觀看視點等優(yōu)點，是一種真3D顯示。將懸浮顯示與集成成像3D顯示相結(jié)合可以在空間中還原出全真的3D圖像，并且解決立體觀看視疲勞問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示，包括傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄和懸浮式集成成像3D顯示兩個過程。傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄過程中，信號波傾斜入射微透鏡陣列，經(jīng)過微透鏡陣列會聚后變?yōu)閮A斜球面波，該傾斜球面波與參考波發(fā)生干涉，在全息材料上記錄下干涉條紋，獲得全息干板。在懸浮式集成成像3D顯示過程中，照明波攜帶微圖像陣列信息，并以與記錄時的參考波相同的入射角照射全息干板，重建出與記錄時相同的傾斜球面波，該傾斜球面波攜帶微圖像陣列信息，再現(xiàn)出全真的集成成像3D圖像，實現(xiàn)懸浮式的集成成像3D顯示。
[0005]所述傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄過程，如附圖1所示。微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距為P，焦距為f。全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并與微透鏡陣列緊密貼合。信號波為一束平行光，傾斜入射微透鏡陣列，入射角度為θχ，信號波在每個透鏡元的后焦平面上形成會聚點，并組成會聚點陣列，各會聚點相對于其對應(yīng)透鏡元光軸的偏移量d由公式
(1)得到，
d = f tan0i(1)
相鄰會聚點的間距等于透鏡元節(jié)距P。信號波經(jīng)過微透鏡陣列會聚為會聚點陣列后向外發(fā)散，變?yōu)閮A斜球面波，該傾斜球面波的傾斜角度θ2與信號波的入射角度θχ相等。參考波也為一束平行光，與信號波具有相同的波長和偏振態(tài)，參考波與信號波分別從微透鏡陣列的兩側(cè)入射。參考波以入射角θ3照射微透鏡陣列，并與傾斜球面波發(fā)生干涉，在全息材料上記錄下干涉條紋，完成傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄。經(jīng)過顯影、定影處理后的全息干板記錄下了微透鏡陣列對傾斜入射的平行光的會聚特性。
[0006]懸浮式集成成像3D顯示過程，如附圖2所示。照明波為一束平行光，其與記錄時參考波和信號波的波長及偏振態(tài)相同。照明波包含微圖像陣列的信息并傾斜照射全息干板，入射角與記錄時參考波的入射角相同，都為θ3。再現(xiàn)時的照明波與記錄時的參考波滿足布拉格匹配條件。微圖像陣列中圖像元節(jié)距與微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距相同，且圖像元的投影區(qū)域與透鏡元的記錄區(qū)域相重合。全息衍射的光線再現(xiàn)出記錄時的傾斜球面波，該傾斜球面波再次形成會聚點陣列，與記錄時微透鏡陣列產(chǎn)生的會聚點陣列完全相同。全息干板平躺放置，攜帶微圖像陣列信息的傾斜球面波再現(xiàn)出全真的3D圖像，該3D圖像懸浮在全息干板上，其觀看方向為傾斜觀看，觀看角度θ4與全息記錄時信號波的入射角度Θ:相等，實現(xiàn)了懸浮式的集成成像3D顯示效果。
【附圖說明】
[0007]附圖1為傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄示意圖附圖2為懸浮式集成成像3D顯示示意圖
上述附圖中的圖示標(biāo)號為:
1微透鏡陣列，2全息材料，3信號波，4參考波，5會聚點陣列，6傾斜球面波，7全息干板，8照明波，9 3D圖像，10觀看者。
[0008]應(yīng)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(xì)說明本發(fā)明的基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示的一個典型實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0010]本發(fā)明提出基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示，包括傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄和懸浮式集成成像3D顯示兩個過程。
[0011 ]所述傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄過程，如附圖1所示。微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距為P=lmm，焦距為f=3.3mm。全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并與微透鏡陣列緊密貼合。信號波為一束平行光，傾斜入射微透鏡陣列，入射角度為9^45°，信號波在每個透鏡元的后焦平面上形成會聚點，并組成會聚點陣列，各會聚點相對于其對應(yīng)透鏡元光軸的偏移量d由公式(1)計算得出，d=3.3mm，相鄰會聚點的間距等于透鏡元節(jié)距1mm。信號波經(jīng)過微透鏡陣列會聚為會聚點陣列后向外發(fā)散，變?yōu)閮A斜球面波，該傾斜球面波的傾斜角度θ2與信號波的入射角度θι相等，都為45°。參考波也為一束平行光，與信號波具有相同的波長和偏振態(tài)，波長為73 lnm，偏振態(tài)為垂直偏振，參考波與信號波分別從微透鏡陣列的兩側(cè)入射。參考波以入射角θ3=60°照射微透鏡陣列，并與傾斜球面波發(fā)生干涉，在全息材料上記錄下干涉條紋，完成傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄。經(jīng)過顯影、定影處理后的全息干板記錄下了微透鏡陣列對傾斜入射的平行光的會聚特性。
[0012]懸浮式集成成像3D顯示過程，如附圖2所示。照明波為一束平行光，其與記錄時參考波和信號波的波長及偏振態(tài)相同，波長為731nm，偏振態(tài)為垂直偏振。照明波包含微圖像陣列的信息并傾斜照射全息干板，入射角與記錄時參考波的入射角相同，都為θ3=60°。再現(xiàn)時的照明波與記錄時的參考波滿足布拉格匹配條件。微圖像陣列中圖像元節(jié)距與微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距相同，都為1mm，且圖像元的投影區(qū)域與透鏡元的記錄區(qū)域相重合。全息衍射的光線再現(xiàn)出記錄時的傾斜球面波，該傾斜球面波再次形成會聚點陣列，與記錄時微透鏡陣列產(chǎn)生的會聚點陣列完全相同。全息干板平躺放置，攜帶微圖像陣列信息的傾斜球面波再現(xiàn)出全真的3D圖像，該3D圖像懸浮在全息干板上，其觀看方向為傾斜觀看，觀看角度θ4與全息記錄時信號波的入射角度Θ:相等，都為45°，觀看者在觀看時，感覺該3D圖像脫離了全息干板，懸浮在空間中，實現(xiàn)了懸浮式的集成成像3D顯示效果。
【主權(quán)項】
1.基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示，其特征在于，本發(fā)明包括傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄和懸浮式集成成像3D顯示兩個過程，在傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄過程中，微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距為P，焦距為f，全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并與微透鏡陣列緊密貼合，信號波為一束平行光，傾斜入射微透鏡陣列，入射角度為Θ:，信號波在每個透鏡元的后焦平面上形成會聚點，并組成會聚點陣列，各會聚點相對于其對應(yīng)透鏡元光軸的偏移量d由公式d = f tanQi得到，相鄰會聚點的間距等于透鏡元節(jié)距P，信號波經(jīng)過微透鏡陣列會聚為會聚點陣列后向外發(fā)散，變?yōu)閮A斜球面波，該傾斜球面波的傾斜角度θ2與信號波的入射角度θ?相等，參考波也為一束平行光，與信號波具有相同的波長和偏振態(tài)，參考波與信號波分別從微透鏡陣列的兩側(cè)入射，參考波以入射角Θ 3照射微透鏡陣列，并與傾斜球面波發(fā)生干涉，在全息材料上記錄下干涉條紋，完成傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄，經(jīng)過顯影、定影處理后的全息干板記錄下了微透鏡陣列對傾斜入射的平行光的會聚特性;在懸浮式集成成像3D顯示過程中，照明波為一束平行光，其與記錄時參考波和信號波的波長及偏振態(tài)相同，照明波包含微圖像陣列的信息并傾斜照射全息干板，入射角與記錄時參考波的入射角相同，都為θ3，再現(xiàn)時的照明波與記錄時的參考波滿足布拉格匹配條件，微圖像陣列中圖像元節(jié)距與微透鏡陣列中透鏡元節(jié)距相同，且圖像元的投影區(qū)域與透鏡元的記錄區(qū)域相重合，全息衍射的光線再現(xiàn)出記錄時的傾斜球面波，該傾斜球面波再次形成會聚點陣列，與記錄時微透鏡陣列產(chǎn)生的會聚點陣列完全相同，全息干板平躺放置，攜帶微圖像陣列信息的傾斜球面波再現(xiàn)出全真的3D圖像，該3D圖像懸浮在全息干板上，其觀看方向為傾斜觀看，觀看角度θ4與全息記錄時信號波的入射角度01相等，實現(xiàn)了懸浮式的集成成像3D顯示效果。
【專利摘要】本發(fā)明提出基于全息光學(xué)元件的懸浮式集成成像3D顯示，包括傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄和懸浮式集成成像3D顯示兩個過程。傾斜微透鏡陣列全息光學(xué)元件的全息記錄過程中，信號波傾斜入射微透鏡陣列，經(jīng)過微透鏡陣列會聚后變?yōu)閮A斜球面波，該傾斜球面波與參考波發(fā)生干涉，在全息材料上記錄下干涉條紋，獲得全息干板。在懸浮式集成成像3D顯示過程中，照明波攜帶微圖像陣列信息，并以與記錄時的參考波相同的入射角照射全息干板，重建出與記錄時相同的傾斜球面波，該傾斜球面波攜帶微圖像陣列信息，再現(xiàn)出全真的集成成像3D圖像，實現(xiàn)懸浮式的集成成像3D顯示。
【IPC分類】G02B27/22, G03H1/10
【公開號】CN105487245
【申請?zhí)枴緾N201610039570
【發(fā)明人】鄧歡, 王瓊?cè)A, 余文濤, 張漢樂, 李大海
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月21日