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全息三维显示技术的研究现状

随着现代科技的进步，以及人类生活水平的提升，二维显示技术已经不能够

满足人类的生活需求，并且我们开始逐步向还原真实的三维场景所靠拢。文章围

绕三维显示技术中的全息显示技术，详细介绍了其的研究现状，并对未来发展趋

势做出了展望。

标签：全息；三维显示技术；研究；现状

引言

早期的三维显示技术中是利用人眼双目视差原理，左眼与右眼之间瞳距约为

10CM，左右眼所呈现出不同视角的图像，经过大脑的融合，从而产生三维立体

感。但是這种方法只有心里景深，没有物理景深，进而缺乏真实的3D感。现有

的三维显示技术除了利用视差原理的伪三维显示技术之外，还包括具有深度信息

的真三维显示技术，如全息式、集成成像式、体显式。其中，全息式因能够记录

光波的完整信息而成为实现真三维显示的最佳途径[1]。日本[2]、土耳其[3]等国

家都在对全息显示技术方面进行大量的研究，并取得了丰硕的成果。目前，根据

全息显示技术原理的不同，可将其分为传统的光学全息和电子全息两类。

1传统光学全息

传统光学全息采用卤化银、明胶、光聚合物等来记录全息图，这些记录材料

具有空间高分辨率、高衍射率和视场角大的特点，能够记录每个细节信息，但他

的实验条件很严格，后期的处理过程复杂，因此制约了光学全息技术的发展[4]。

随着光电转换技术的发展，光电器件逐渐出现并运行于全息技术，如空间逛调制

器。根据光电器件在传统光学的作用不同可以将传统光学三维显示技术分为可更

新显示的全息显示技术，扫描式全息技术，多光源式彩色全息显示技术。

1.1可更新显示的全息显示技术

可更新显示的全息显示技术，也是可重复显示的全息显示技术。利用记录材

料可以在特定波长光线的照射下，改变其自身的透明或有色状态的特性，实现数

据的记录和擦除[5]，长春光机所、西安光机所和中科院等均研究了SA/PMMA

材料的反复擦写功能[6]。可重复擦写的能力因其环保、应用型广泛等原因被国

内外的科研团队广泛关注，2008年亚利桑那大学和日东电工技术公司合作将可

更新特性用于光折变聚合物记录材料，使得光学全息技术克服了一次性光学记录

的缺点。物光由SLM产生，每当移动记录装置的位置时，记录材料上也会记录

下相应的全息图，等待记录全部完成，根据衍射理论，用再现光照射全息图将会

显示原物体的立体像。

1.2扫描式全息技术

扫描式全息技术需对物体的水平与竖直方向均进行扫描，人眼对于水平视差

要比垂直误差敏感[7]。因此，在扫描物体时，需要在保证图像不失真的情况下，

对水平、竖直方向信息合理的放大，这样可以克服原先受限的观察窗口，生成一

副比光学全息大很多的全息图。再利用空间光调制器输入具有不同深度的光波信

息，最终再现三维立体物体。日本东京大学研制出扫描式全息技术的示意图[8]，

实验需空间光调制器的刷新频率要与扫描镜的扫描频率相互匹配。

1.3多光源式彩色全息显示技术及合成全息三维显示技术

传统的光学全息技术多采用的是红、绿、蓝三色光源，由SLM记录三种不

同波长的信息且储存到电脑，因而将三种不同颜色的全息图合成，进行再现，得

到彩色全息图，这就是所谓的多光源式彩色全息显示技术。

而合成全息三维显示技术本身利用全息技术还可以实现体视三维显示，这一

技术称为合成全息。合成全息是三维全息技术的基础，他的基本原理是将一系列

从不同角度拍摄的二维全息图记录在一张干板上，制作出能够用白光再现的基于

视差原理的三维显示，与传统光学全息相比，他操作灵活，易于控制。

2电子全息显示

伴随着计算机的广泛普及，全息技术也在高速发展，特别是计算全息和数字

全息技术的出现，为实现真三维显示注入新的活力。

2.1数字全息

随着光电传感器件（如CCD或CMOS）的不断更新换代，数字全息3D立

体显示技术取得了长足的发展。他是利用CCD代替记录干板，将记录的全息图

存入计算机，用计算机模拟光学再现。与传统光学全息相比较，数字全息的制作

成本低，成像速度快，记录和再现灵活。2008年，U.Gopinathan等人利用CCD

和空间光调制器构造了三维物体的全息投影显示系统。这套系统的记录光路采用

马赫泽德干涉仪搭建，对周围环境的要求较高，且记录光路的宽度以及视场受限

导致，只适用于记录和显示小的三维物体。因此，现如今数字全息还在发展阶段，

对于图像颜色的记录，以及实现大视场角再现就是研究的热点问题。国内苏州大

学、