【摘 要】
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近年来,三维显示逐渐成为人们追求的显示方式,其真实性和沉浸式的体验带来了与众不同的视觉效果,而全息显示作为一种能真实再现物光波的技术是显示的终极目标。基于空间光调制器的全息系统是目前主流的计算全息平台。计算全息图算法,空间光调制器的性能,光路设计等因素影响着全息图像成像效果,而全息图像的动态显示和彩色显示,也成为研究者们的重点研究方向。因此,本文在对全息系统的实现原理和结构进行分析讨论之后,确定了
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近年来,三维显示逐渐成为人们追求的显示方式,其真实性和沉浸式的体验带来了与众不同的视觉效果,而全息显示作为一种能真实再现物光波的技术是显示的终极目标。基于空间光调制器的全息系统是目前主流的计算全息平台。计算全息图算法,空间光调制器的性能,光路设计等因素影响着全息图像成像效果,而全息图像的动态显示和彩色显示,也成为研究者们的重点研究方向。因此,本文在对全息系统的实现原理和结构进行分析讨论之后,确定了基于LCoS的时序彩色显示方案,设计了高帧率的彩色全息显示驱动系统,并针对LCoS的灰阶相位特性进行了基于驱动端的校正方案设计和实现。主要的工作内容如下:1、提出了一种针对灰阶相位一致性的校正方法和测试方案。首先,对全息显示中对光调制的器件LCoS进行了详细的结构、调制原理以及灰阶线性一致性等参数的分析,模拟校正是针对液晶的非线性响应问题,通过修改固定灰阶电压点的电压值来调整0-255灰阶的电压阈值。平整度校正针对不同位置处出现的灰阶相位曲线偏移的问题,设计了参数可配置的5×5网格的线性拟合方案,通过双缝干涉条纹的分析,校正后的灰阶相位一致性提高了29.05%,校正之后的全息图有更好的清晰度和对比度。2、提出了基于LCoS的全息校正和显示系统的硬件实现方法。整个系统的数据通路分为数据输入模块,平整度校正模块,DDR缓存模块和输出模块以及激光灯驱动模块,根据时序彩色显示的原理,通过DDR读写带宽轮询的模式对数据进行读写和缓存,该方案在Vivado中进行综合并烧录至FPGA。输出全息图分辨率为1920×1080,帧率360Hz。最后,制作彩色全息图并搭建光学系统,实现了彩色全息成像。3、基于NC-Verilog和Matlab的仿真平台对校正系统进行功能验证以及逻辑综合。平整度校正模块结合I2C接收模块实现校正系统的可配置和可移植性。整个模块在0.18μm的工艺下,模块面积仿真估算为113335.03μm2。本文的创新点在于针对LCoS的线性相位特性提出一套校正方案和测试方案,并对校正功能进行ASIC实现,然后设计了空间转时序的驱动方案并在FPGA上验证,并搭建了彩色全息显示系统。
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