衍射显示的研究

论文摘要

信息的数量和复杂度的增加对信息显示技术提出越来越高的要求。衍射显示技术在实现器件小型化、三维显示和图像大屏幕的显示技术方面,具有广泛的应用前景。本论文开展了衍射显示的一些研究工作,包括了从理论设计、算法实现、仿真优化、系统分析到具体应用的研究。本论文分析了衍射显示的理论基础——衍射波面生成技术,总结了衍射理论在衍射显示实际设计中的应用。用衍射波面生成技术设计微透镜阵列波面,并采用LCD显示来得到可编程透镜,实验证明了该方法产生的透镜具有成像功能。同时将该方法产生的微透镜阵列应用于夏克—哈特曼波面探测器中得到了验证。分析和设计了二维图像和三维图像的振幅衍射以及相位衍射,建立了衍射显示数据生成和再现仿真平台。结果表明了振幅型算法在计算时间占有优势,但是引了共轭像;相位型衍射效率高,但是算法复杂。系统地研究和分析了像素化显示器件的一些参数跟衍射显示效果之间的关系。以LCD为例,对LCD的振幅和相位的调制能力进行了理论分析和实验证明,提出了衍射显示中对显示器件的要求。并制作和测量了液晶盒。提出了衍射显示的具体应用——衍射投影显示。针对现有空间光调制器的像素间距比设计要求大的问题,提出解决方案。在该方案中,使用了望远缩倍系统,对望远缩倍系统进行了光学设计。从衍射投影显示的特殊性质角度,系统地研究和分析了衍射投影显示的投影角和投影倾斜角与显示系统的结构之间的关系以及算法上实现对投影角和投影倾斜角的控制。从光学系统设计的角度出发,研究和分析了衍射投影显示系统的容差特性,得出了衍射投影显示比一般的投影显示更能够克服显示器件和系统角度的带来的误差的结论,对实际应用有很好的指导作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 衍射显示概述
• 1.1.1 二维显示技术的发展和分类
• 1.1.2 三维显示技术的发展和分类
• 1.1.3 衍射显示技术的发展和分类
• 1.2 本论文的研究工作
• 1.3 本论文的主要创新点
• 1.4 参考文献
• 第2章 衍射显示中的波面生成技术
• 2.1 衍射显示的数字波面生成技术概述
• 2.1.1 光波跟物体之间的关系
• 2.1.2 点光源光场分布的数字仿真
• 2.1.3 有限光场记录的衍射分析
• 2.2 衍射理论的数值计算在衍射显示技术中的应用
• 2.2.1 标量衍射理论概述
• 2.2.2 近场和远场衍射显示的讨论
• 2.2.3 矢量衍射的数值计算概述
• 2.2.4 严格耦合波理论在衍射显示效率中的应用
• 2.3 数字微透镜阵列波面的实现和应用
• 2.3.1 数字微透镜阵列波面的设计和验证
• 2.3.2 夏克—哈特曼波面传感器中的可变焦微透镜阵列的研究
• 2.4 小结
• 2.5 参考文献
• 第3章 衍射显示计算算法的研究
• 3.1 振幅型衍射显示的算法研究
• 3.1.1 二维图像的振幅衍射显示
• 3.1.2 三维物体的振幅衍射显示
• 3.2 相位型衍射显示的算法的研究
• 3.2.1 相位优化算法的比较
• 3.2.2 二维图像的相位衍射显示
• 3.2.3 三维物体的相位衍射显示
• 3.3 小结
• 3.4 参考文献
• 第4章 像素化显示器件的衍射特性研究
• 4.1 像素化显示器件的参数对衍射再现的影响
• 4.1.1 显示器件的分辨率对衍射调制能力的影响
• 4.1.2 显示器件的量化阶数对衍射再现能力的影响
• 4.1.3 显示器件的相位调制能力对再现的影响
• 4.2 液晶显示器件的调制能力的分析
• 4.2.1 液晶空间调制器的结构及工作原理
• 4.2.2 液晶显示器件的调制能力的研究
• 4.3 液晶盒的制作与测试
• 4.4 小结
• 4.5 参考文献
• 第5章 衍射投影显示系统的研究
• 5.1 衍射投影显示的基本原理
• 5.2 衍射投影显示系统的研究
• 5.2.1 衍射显示器件的尺寸及其影响
• 5.2.2 小尺寸缩倍光学系统的实现
• 5.2.3 投射角和投影倾斜角的分析
• 5.2.4 非平面上的投影显示
• 5.3 衍射投影显示的容差特性分析
• 5.3.1 衍射调制器件的容差特性
• 5.3.2 系统的角度容差特性
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 参考文献
• 第6章 总结与展望
• 攻读博士学位期间主要的研究成果
• 致谢