[发明专利]一种无透镜彩色全息投影方法

说明书

本发明公开了一种无透镜彩色全息投影方法，首先将空间光调制器、光阑和投影屏幕依次布置，在空间光调制器另一侧布设红绿蓝三色激光器，该空间光调制器与计算机相连；由投影屏幕到空间光调制器的距离确定光阑到空间光调制器的距离；将彩色图像分解为三基色分量图像，分别计算分量图像到全息面的菲涅耳衍射，得到三张复振幅全息图；采用波长复用编码将三张复振幅全息图合成为一张相位型全息图；将得到的相位型全息图加载到空间光调制器中，用三色激光器以不同的角度照射空间光调制器，光波经光阑后在投影屏幕上重建图像，图像经叠加后合成最终的彩色图像；本发明提高了彩色图像投影显示的帧速，实现了高清晰和大尺寸的动态无透镜彩色全息投影。

技术领域

本发明涉及全息投影方法，尤其涉及一种无透镜彩色全息投影方法。

背景技术

全息投影技术是一种基于衍射光学原理的新型投影显示技术。通常以具有高度相干性的激光作为光源，当激光照射衍射光学元件(全息图)后，经过空间中的衍射传播及干涉形成特定的投影图像。全息投影技术通常具有对比度高，功耗低的特点，成为了未来投影显示的理想技术。而全息图通常在计算机中经过程序化的数值计算生成，能够对投影图像的距离和尺寸的灵活调节。

传统的投影显示设备中通常包含着很多透镜或透镜组，从而实现对投影图像的成像及缩放的作用。近年来，日本研究人员T.Shimobaba和波兰研究人员M.Makowski共同提出了无透镜全息投影方法。投影图像可以直接通过全息图在空间中的衍射传播和干涉原理来进行成像，因此成像过程不需要透镜的参与。此外，通过调节全息图计算过程中的距离及图像采样率等参数，就可以控制投影图像的距离及图像的大小，不需要利用透镜来进行图像的缩放控制，因此大大简化了投影设备的空间和体积。使得便携式微型投影显示成为了可能。

然而在全息投影中，由于所采用的激光光源是相干光，因此最终的投影图像会伴随着严重的散斑噪声，大大影响了图像的观看质量。M.Makowski提出了采用时间平均的方法来消除散斑噪声，但是该方法需要计算许多张(几十张以上)全息图，增加了全息图的计算量，并且在投影彩色图像时，由于红绿蓝分量的全息图是分别依次顺序加载，因此投影彩色图像需要计算三倍数量的全息图，而现有空间光调制设备的帧速无法满足动态彩色投影的需求。J.Liu等人提出了利用复振幅调制技术来减小散斑噪声，并且结合波长复用技术实现单张全息图的彩色图像投影，该方法可以得到高质量的投影图像，但是需要在投影系统中额外增加4f滤波系统，使得系统中存在大量透镜，增加了系统的复杂度。T.Shimobaba提出了基于球面相位因子的全息图计算方法，可以实现在无透镜系统中的全息投影，并且通过控制投影图像的相位分布使得散斑噪音得到了抑制，但是该方法由于同时存在零级和共轭衍射分量，限制了投影图像的尺寸和可观看性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种基于双步菲涅耳衍射算法、波长复用相位编码方法和空间滤波技术以解决传统无透镜全息投影方法中重建图像含有散斑噪音以及彩色显示帧频速率较低等问题的无透镜彩色全息投影方法。

技术方案：一种无透镜彩色全息投影方法，包括以下步骤：

(A)布设投影系统：将空间光调制器、光阑和屏幕依次布设于同一条直线上，在空间光调制器的另一侧布设红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器；空间光调制器所处的位置形成全息面，屏幕所处的位置形成投影成像面；所述空间光调制器和用于生成计算全息图的计算机连接；

(B)确定光阑到空间光调制器的距离d：

d＝z·L·dx/(λ_R·z+L·dx)

其中，z为投影成像面到空间光调制器的距离；L为空间光调制器的最小边长；dx为空间光调制的像素间距；λ_R为红色激光器发出的红光的波长；计算得到距离d后，将光阑放置在距空间光调制器距离d处；