基于纯相位型液晶空间光调制器的相息图三维显示的研究

论文摘要

长期以来,人们为实现三维立体显示做了不懈的努力,在实现三维立体显示的方法和系统等方面进行了大量的研究,使得各种三维立体显示技术得到了长足的发展。目前,有多种途径可以实现三维立体显示,但只有全息技术能够存贮并再现真正意义上的三维信息。然而,传统的全息技术,处理过程费时,复杂,且不可重复。即便是在计算机制全息技术出现后的很长一段时间内,仍然需要使用绘图仪或激光光束扫描记录装置等设备将计算结果制作成全息图进行再现,且无法做到实时显示。近年来得到快速发展的半导体光电技术、计算全息技术、空间光调制器及数字光处理技术（DLP）为实现真三维立体显示奠定了良好的基础。本研究将空间光调制器和全息技术相结合,利用空间光调制器作为全息图的载体,提出了一种级联两个液晶空间光调制器实现相息图三维显示的方法。该方法以液晶空间光调制器（LC-SLM）为核心器件,将物体的相息图加载到纯相位型LC-SLM上,对应的振幅图加载到振幅型LC-SLM上,平行光经过相息图和振幅图的调制后通过衍射进行三维像的重构。本论文共五章分为三个部分。第一部分主要回顾三维立体显示技术的概况,发展历史以及基于空间光调制器的三维立体显示的国内外研究现状,介绍了相息图记录和再现原理。第二部分包括第二、三章,主要分析了LC-SLM的原理和应用,特别是纯相位型LC-SLM的重要性能——相位调制特性,通过实验测量了该器件的相位响应曲线,详细分析了LC-SLM的各参数与相息图显示的信息量、再现像分辨率等之间制约关系,并给出了表达式。第三部分包括第四、五章,介绍了利用两个LC-SLM实现相息图再现三维立体像的实验方法。利用计算机模拟三维物体,然后分别计算得到该物体的相息图和振幅图,将其中的相息图输入到纯相位型LC-SLM上,对应的振幅图则输入到振幅型LC-SLM上,两个LC-SLM之间用成像透镜进行级联。当平行光受到纯相位型LC-SLM上的相息图和振幅型LC-SLM的振幅图调制后,从透镜后表面出射的光带有原物体的所有信息,最后衍射形成再现像。实验中,我们分别采用“光”字和立方体框架作为物体,得到了较好的实验结果。为了能够显示比较复杂的物体——人像,我们利用纯相位LC-SLM实时显示的特点,采用分时复用技术,对三维物体进行分组取样,并计算每一分组的相息图,形成分组相息图序列,再现时依次将相息图输入到纯相位型LC-SLM,利用人眼的视觉残留效应以达到连续扫描三维成像的目的。最后对实验结果进行了讨论和评价,并提出了改善的方法和建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 三维显示概况
• 1.2.1 三维显示的发展
• 1.2.2 基于空间光调制器的三维显示的研究
• 1.3 相息图基本原理
• 1.4 本论文的研究意义、主要内容和创新点
• 1.4.1 本论文的研究意义
• 1.4.2 本论文研究的主要内容和创新点
• 2 液晶空间光调制器的原理和应用
• 2.1 液晶及液晶的特性
• 2.1.1 液晶的物态和分类
• 2.1.2 液晶的电光效应特性
• 2.1.3 液晶的相位调制特性
• 2.2 液晶空间光调制器的发展
• 2.2.1 液晶空间光调制器的定义和分类
• 2.2.2 液晶空间光调制器的应用
• 2.3 纯相位型液晶空间光调制器相位调制特性的测量
• 2.3.1 相位调制特性的测量原理
• 2.3.2 已有的测量方法
• 2.3.3 纯相位液晶空间光调制器相位调制特性测量的实验结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于纯相位型液晶空间光调制器显示相息图的理论与设计
• 3.1 相息图制作中三维模型的建立
• 3.2 三维物体采样间隔的确定
• 3.3 相息面上采样频率的确定
• 3.4 相息图可记录的最多采样点数的确定
• 3.5 本章小结
• 4 基于纯相位型液晶空间光调制器相息图的三维显示
• 4.1 基于纯相位型液晶空间光调制器的相息图三维显示实验结果与分析
• 4.2 联级液晶空间光调制器的三维显示的实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文主要工作成果
• 5.2 存在的问题
• 5.3 今后工作展望
• 参考文献
• 在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢