[发明专利]一种应用于全息显示的相位型空间光调制器串扰效应校正方法

说明书

本发明公开了一种应用于全息显示的相位型空间光调制器串扰效应校正方法，采用相位型空间光调制器显示周期为两个像素的二元光栅，保持二元光栅的相位平均值不变，测量不同相位差的零级光衍射效率，得到衍射效率随二元光栅相位差变化的衍射效率曲线；根据衍射效率曲线得到串扰效应校正后的双相位编码全息图。本发明只需要测量衍射效率曲线，所需的实验装置简单，测量速度快。对于双相位编码的改进不会增加额外的计算时间，适合实时的全息显示。通过判断计算得到双相位值是否超过范围，若超过则修改双相位值可以确保双相位值在相位型空间光调制器的显示范围内。将串扰效应校正后显示图像有更高的对比度和更低的噪声。

技术领域

本发明属于全息显示技术领域，尤其涉及一种应用于全息显示的相位型空间光调制器串扰效应校正方法。

背景技术

三维显示技术是显示技术的一个重要研究发展方向。近年来，由于VR、AR技术的普及应用，关于头戴显示装置的研究也渐渐增多。其中全息近眼显示受到广泛的关注。

全息近眼显示器原则上具有深度信息，因此在未来的近眼显示器应用中具有潜在的优势。为了显示全息图，最好同时调制光的振幅和相位。但只用一个空间光调制器很难实现。实验上可行的方法是使用编码方法来计算能在相位型空间光调制器显示的纯相位全息图。目前，这种方式更被接受，并且已经提出了几种编码方法。

双相位编码在全息近眼显示方面仍有许多优势，该方法不需要迭代，因此具有较快的计算速度，更适合于实时计算。双相位编码可以使物体相位在全息图上保持恒定，从而使噪声保持较低，并且不需要时间平均方法来消除噪声，可以高帧频动态显示图像。对于复振幅的原全息图，设归一化振幅为A，相位值为θ。传统的双相位编码方法可以表示为θ₁＝θ-cos^-1(A)，θ₂＝θ+cos^-1(A)。然后把双相位值用棋盘格的分布编码到全息图上，设全息图相位值为h(i,j),其中i,j为像素索引，则h(i,j)＝θ₁(i,j)·M₁(i,j)+θ₂(i,j)·M₂(i,j)，其中

然而，全息显示器通常被认为具有噪声，低对比度和低分辨率。一个主要原因是相位型空间光调制器中的串扰效应。串扰效应是由边缘场效应引起的，在该效应中，电场不再可以在每个像素上近似均匀，每个像素的实际相位值会受到相邻像素的影响。如果全息图具有很多高频信息，则全息显示质量会受到严重的串扰效应的影响。

双相位编码把双相值编码到棋盘图案上，其空间频率很高，尤其是当棋盘格的每个格子是单个像素大小时，因此双相位编码方法受串扰的影响很大，其全息显示效果的对比度很低，噪声很大。

因此，校正双相位编码全息显示的相位型空间光调制器的串扰效应是全息显示领域亟待解决的一个课题。

发明内容

本发明的目的是为解决相位型空间光调制器的串扰效应带来的全息显示质量问题，而设计的一种应用于全息显示的相位型空间光调制器串扰效应校正方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种应用于全息显示的相位型空间光调制器串扰效应校正方法，该方法包括：

(1)采用相位型空间光调制器显示周期为两个像素的二元光栅，保持二元光栅的相位平均值不变，测量不同相位差的零级光衍射效率，得到衍射效率随二元光栅相位差变化的衍射效率曲线η₀(Δθ)；

(2)根据衍射效率曲线得到串扰效应校正后的双相位编码全息图，具体如下：

(2.1)根据衍射效率曲线计算双相位编码全息图的相位范围；

(2.2)使用菲涅尔全息计算复振幅的全息图；

(2.3)根据衍射效率曲线计算串扰效应校正后的双相位值：