Magic Leap公司的光场全息技术探踪

万世兴®世界  Wesee®看专利

花钱如流水的Magic Leap，反复爆新闻的Magic Leap，熟悉又陌生的Magic Leap！

据称走在世界增强现实技术前列Magic Leap，他的技术原理到底是什么？

终于有人爆料说Magic Leap2015年推出的设备采用的是光纤。

那么，光纤如何复原光场，实现立体显示呢？北京大学黄珏华2011年递交的PCT专利申请提供了实现方案。

以下摘自PCT专利申请PCT/CN2011/078993（一种三维成像的方法和装置）说明书

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于正向或逆向模仿相干光波传播边界情况以实现立体成像的方法和装置，形成在某一平面、曲面连续或分块分布，或在几个不同平面、曲面上、或空间中连续或分块分布的相干但相位、振幅不同的光点或直射光，以模拟实际物体或场面发出的光波，传播时在该连续的平面、曲面上或空间内，或这些分离的平面、曲面上或者立体空间内分布的相位和光强分布情况，这些光点或直射光通过直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）；各出射光点的相位和振幅变化时，形成立体的实像或虚像也同时发生变化，当各出射光点的相位和振幅连续变化时，就形成连续变化的立体实像或虚像。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维成像的方法，包括：

生成相干光；

利用多束光传导装置将所述相干光传导到成像位置，并在光传导过程中根据图像源数据对所述相干光的光强和/或相位分别进行调制，成像像素在同一平面、曲面连续或分块分布，或不同平面、曲面、空间中连续或分块分布；

所述相干光在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像。

本发明提供的三维成像的装置包括：

相干光发生装置，用于生成相干光；

多束光传导装置，用于将所述相干光传导到成像位置；成像像素在同一平面、曲面连续或分块分布，或在不同平面、曲面、空间中连续或分块分布；

光强调制模块，用于根据图像源数据对所述相干光的光强进行调制；

相位调制模块，用于根据图像源数据对所述相干光的相位进行调制；

三维成像模块，用于使所述相干光在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像。

本发明利用光传导装置直接模拟相干光波正向或逆向传输边界情况从而实现立体成像，通过光传导装置可以正向或逆向模拟立体实物发出的光线在某一平面、曲面连续或分块分布，或在几个不同平面、曲面上、或空间中连续或分块分布位置的相位和光强的（抽样）分布情况，这些光点直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或者虚像（三维图像）。同时当光传导装置横向尺寸越小，成像位置图像像素越密集；光传导装置数量越多，平面、曲面或空间屏幕越大，立体画像就越大，或者在画像大小不变的情况下，其空间细节越丰富；同时由于调节、控制光强和相位的装置不在成像位置，图像分辨率不受调节、控制光强和相位的装置的尺寸影响，成像位置每束出射光的光强也不受其他光束影响，可以独立调节。调节光强、相位的装置没有尺寸要求，可以集成较多控制电路，可以同时调节所有光束或多束光束的光强和相位，从而实现高速显示。并且可以引入多束相同频率的光增大画面或增强图像细节或引入不同频率的光形成彩色显示而不互相干扰。此外通过光传导装置将相干光传导到多个分离的平面、曲面或空间范围形成密集的相干光出射点，可以多角度、多方位的形成立体图像，防止因为观看者的遮挡造成的图像缺失。本方法还可以实现全息成像。

图1为本发明实现立体成像的原理：成像位置处，各光传导装置出射光散射或衍射互相干涉，从而使同一点不同方向的光强不同，观察者双眼看到不同图像，在不同位置看到的图像也不相同。

图2为本发明实现立体成像的原理：成像位置前空间任一点的光都是成像位置所有点出射光干涉的结果，从而使同一点不同方向的光强不同，观察者双眼看到不同图像，在不同位置看到的图像也不相同。

图3为相干光光束扩束装置的一个实施例。

图4~图7分别为调制相干光光强的几个实施例的原理示意图。

图8为在光传导装置内调制相干光光强的一个实施例：光纤变形光强调制器。

图9为相干光3通过一块透明的平行介质11，改变介质平面垂线与相干光夹角，相干光细束平移、光程改变的计算说明。

图10为相干光3垂直于有相同楔角的楔形对12的一个面入射，通过楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质12之间的平行间隙时，改变出射光的位置和光程的实施例示意图。

图11为相干光3垂直于有相同楔角的楔形对12的一个面入射，通过一个楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质12之间的平行间隙时，相干光细束平移、光程改变的计算说明。

图12显示出相干光3垂直于有相同楔角的楔形对12的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质，平行间隙，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，不同位置的入射光，光程相等。

图13和图14分别为调制相干光相位的实施例示意图。

图15为相干光3通过一块透明的平行介质11，通过改变介质平面与相干光夹角调制相干光相位和平移细束相干光的装置的实施例示意图。

图16为改变楔形介质间距的方案的实施例。

图17为楔形对做成的改变相干光光程和平移细束相干光器件的实施例。

图18为利用光传导装置形成相干光波面立体成像的方法和装置总体结构实施例示意图，暨有多个相干光光源的实施例。图18a为利用光传导装置形成多个分离的相干光波面立体成像的方法和装置总体结构实施例示意图。

图19为光传导装置长度为零的总体结构实施例示意图。图19a和图19b为光传导装置长度为零时有多种频率相干光光源时的实施例。

图20为相干光3分光成二束，第一束扩束后通过光传导装置调制光强和相位，第二束经过扩束、转向后直接出射，然后部分相干光交汇、干涉，形成立体像的实施例。

图21为图20所示实施例的非调制相干光和调制相干光交汇方案的实施例。

图中：

1为相干光源，2为可控挡板，3为相干光，3La为激光束，3b为已调制光强和相位的相干光，3c为均匀相干光，4为相干光扩束装置，5为光强调节装置，6为相位调节装置，7为光传导装置，7a为光纤，7b为敏感光纤，8为散射、衍射装置，9、9-1、9-2为透镜，9f为焦点，10为电、磁致伸缩装置（微位移器），10a为压电陶瓷管，10b为压电陶瓷微位移器，11为平行的光学介质，12、12a、12b为有相同楔角的楔形柱状光学介质对，光垂直于楔形的一个面入射，12f为固定楔形，12m为微动楔形，13为可调节透光率的装置，如LCD，14为可控的伸缩挡板，15为分光装置，16为光线变向装置，17为平面光学玻璃单反射镜，18a为上齿形板，18b为下齿形板，。19为入射孔或口，20为出射孔或口，21为固定外壳，22为固定装置，23为固定支架，24为固定铰链，25为五维可调节支架，26为滑动杆。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明是利用光传导装置将相干光发生装置产生的相干光传导到成像位置形成相干像素，所述相干光是指几十个波长以上的光程内相位有固定关系的光（以下称相位有固定关系的光程为相干距离，相干距离越大效果越好，但成本越高）；所述光传导装置是一类可以弯曲或折迭，使光通过在其表面和/或内部通过多次折射、反射或全发射无损或损失很小地，相互不干扰地将光从一点传输到另一点（例如从光源处传导到成像位置形成像素），而在成像位置处，出射点相干光束的尺寸、出射点像素与出射点像素之间的距离都可以很小，每束光传导装置内光的强度和相位可以独立调节的柔性装置，用于将所述相干光传导到成像像素位置；所述很少损失是指经过一段直线或曲线路程，例如0.01~1米，光强损失很小，例如只损失5~95%光强；所述相互不干扰是指不同的光传导装置（无论它们在空间上有多么接近）中的相干光在传输时不互相干扰；所述成像位置是指在某个或某些连续或分离的平面、曲面或空间范围形成密集的相干光出射点，每个点的光强和相位可以独立调节；所述密集的相干光出射点是指每个出射点的尺寸和出射点之间的距离都很小；成像位置包括平面、曲面、有纵深的空间范围，该平面、曲面或空间模拟实物发出的光线在该平面、曲面或空间的相位和光强分布情况；每束光纤中相干光的光强和相位根据图像源数据被分别调制；相干光直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。

如图1所示，当相干光从光传导装置出射时，光束会由于衍射略有发散，但如光传导装置口径比较粗，发散角会很小。如果光传导装置口径很细，或通过下面实施例中衍射、散射装置后，各传导材料出射光之间会发生衍射、散射，和干涉，从而形成在成像位置处每一点，每一点的每一个方向光强不同的情况，使观察者双眼看到的图像不同，转动角度、移动位置看到的图像也不同，这是典型的立体图像。也可以认为观看者看到的空间位置的每一点的图像，都是成像位置所有出射光在这一点干涉或叠加的结果（光程差在相干距离内的光干涉，在相干距离外的叠加），（如图2所示），使观察者感觉光线是从离开成像位置有比较大景深的范围内发出的，即立体的实像或虚像。

使用透镜时，经过透镜后，不同光传导装置出射处的不同方向的出射光会交汇在空间的不同点，干涉后形成空间的明暗分布，即立体的实像或虚像。一个实施例是成像位置位于透镜的焦面（由于非近轴像差、色差等的存在，焦面通常不是平面）。

相干光发生装置，即相干光光源的一类实施例是激光器，如半导体激光器、染料激光器、光纤激光器；另一类实施例是单色性足够好的单色光光源。

当相干光光源为点光源或其他光束截面面积较小的光源时，采用扩束装置使相干光能同时进入相应的光传导装置，扩束装置的一个实施例是采用透镜组（如图3所示），如伽利略扩束镜、开普勒扩束镜等。

光传导装置可以是光纤，也可以是塑料光纤。其中，光纤为无机玻璃类，光损失较小；塑料光纤为有机塑料类，光损失较大。二者传输光的原理相同。

以上相干光进入射光传导装置的一个实施例是：光传导装置采用多束同质同长的光纤，激光扩束装置后的各处有相同光程、偏振方向和传播方向，光强均匀；所有光纤在紧靠扩束装置后沿激光传播方向排列并略有倾斜，激光以相同的近轴方向入射光纤；激光在光纤内多次全发射后从光纤出射，出射处光纤整齐、同向排列，所有出射光有相同光程、偏振方向和传播方向和光强。

可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光光强；也可以在两段光传导装置之间调制相干光光强；还可以在光传导装置内或者在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光光强。

如图4所示，调制相干光光强的一个实施例是，使相干光通过可以改变透光率的介质，例如液晶，通过改变介质的透光率改变相干光光强。调制相干光光强的另一个实施例是使相干光通过可控的遮挡装置，通过改变遮挡范围改变相干光光强。如图5所示，还可以采用多束光传导装置形成一个像素，被挡板遮挡的光传导装置没有相干光射入，通过可控挡板14改变可导光的光传导装置数量，调制相干光光强。

以上三个实施例可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光光强；也可以在两段光传导装置之间调制相干光光强；还可以在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光光强。

在两段光传导装置之间调制相干光光强的再一个实施是，使相干光通过二段光传导装置，其中一段光传导装置可平移，通过使该光传导装置平移，改变从一段光传导装置进入另一段光传导装置的光束宽度，改变相干光光强。图6给出了一个实施例：一段光传导装置装在一个五维调节支架上，另一段光传导装置装在一个可二维调节的压电陶瓷环上，改变压电陶瓷上的电压，光传导装置位置可上下左右调节，从而改变从前一段光传导装置进入该传导材料的进光量，即改变光强。

在两段光传导装置之间调制相干光光强的另一个实施例如图7和13所示，图7中相干光通过二段光传导装置7，二段光传导装置7之间有一块透明的平行介质11，相干光方向不变，改变介质平面垂线与相干光夹角，经过平行介质的细束光位置会有移动（如图13所示），通过改变介质平面垂线与相干光夹角改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强。

图9显示了相干光细束通过一块透明的平行介质11，改变介质平面垂线与相干光夹角时，从平行介质出射细束光的位置移动和相干光光程变化情况。

如图9所示，通过折射率为n的平行介质后相干光光程比不通过平行介质（n₀为空气折射率）增加

（n₀L₁+n₀L₂+nL）-（n₀L₁+n₀L₂+n₀L’）=nL- n₀L’

其中，L₁和L₂分别为相干光进入平行介质之前和之后走过的距离，相干光偏移x。

L=d/cos(δ)

L’=Lcos(β-δ)

=d cos(β-δ)/cos(δ)

x=Lsin(β-δ)

=d sin(β-δ) /cos(δ)

δ=arcsin(n0sinβ/n)

如n₀=1，n=1.55，

当β=10°，δ=6.4324°，L=1.006335d，L’=1.004385d，x=0.06262034d；

当β=11°，δ=7.0712°，L=1.007664d，L’=1.005296d，x=0.06904188d；

因此当平行介质的角度β从10°增加到11°，光程差增加

Δ（nL- n₀L’）=0.00114895d

相干光束偏移

Δx=0.00642154d

如d=1mm，光程差增加1148.95nm，考虑到可见光波长在400-700nm，因此, 使介质平面垂线与相干光夹角改变1°，就可以使光程差改变至少一个波长，可以满足相位调制需求，而此时相干光束偏移6.42154μm，因此可以通过偏移增减进入光传导装置的束宽，从而调制光强。

在两段光传导装置之间调制相干光光强的另一个实施例如图10所示，一对有相同楔角的楔形柱状光学介质12形成平行间隙（此时楔形的二对楔面两两平行），相干光3垂直于楔形的一个面入射，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，改变楔形柱状光学介质12的间隙（保持平行）时，细束光位置会有移动，通过改变改变楔形柱状光学介质12的间隙改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强。

图11显示了相干光细束垂直入射在平行楔形12a，改变平行楔形的间距时，从另一块平行楔形出射细束光的位置移动和相干光光程变化情况。

首先，图12可证明，任二束垂直入射的平行光在平行楔形内光程相等。

其次，从图11可以分析出：当楔形12a不动，楔形12b动时，光程变化计算如下：（以下式中d为楔形间距，n₀与n分别空气和楔形介质的折射率）

楔形12b沿X方向移动ΔX，平行楔形间距d的改变为

Δd=ΔX*cosδ

楔形12a内光程不变，间隙内空气光程增加

ΔL_ab=n₀*Δd/cosβ=n₀*ΔX*cosδ/cosβ

楔形12b内光程减少

ΔL_12b=n*ΔX*cosδ*cos（β-α）/ cosβ

δ=π/2-α

总光程改变为

ΔL=[n₀*cosδ/cosβ- n* cosδ* cos（β-α）/ cosβ]*ΔX

而n*sinα=n₀*sinβ，α=π/2-δ，从而sinβ=n*sinα/n₀，cosβ=sqrt（1- sin²β）

因此cosδ= n₀*sinβ/n，

ΔL=（n₀²/n） tgβ[1-（n/n₀）*cos（β-α）]*ΔX

ΔL=（n₀²/n） tgβ[1-（n/n₀）*（cosα*cosβ+sinα*sinβ））]*ΔX

光束沿-X方向移动

ΔY=ΔX*cosδ*sin（β-α）/ cosβ

=（n₀/n）*tgβ* sin（β-α）*ΔX

=（n₀/n）*tgβ*（sinβ* cosα- cosβ* sinα）*ΔX

对于纳黄光，水晶折射率为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9，取n=1.55，n₀=1，楔形折射率n，楔形角度α，相对光程改变ΔL/ΔX，相对光束偏移ΔY/ΔX关系如下表

在光传导装置内调制相干光光强的一个实施例是光纤变形光强调制器。它由可通过电、磁方式驱动的微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）推动的变形器和敏感光纤构成，如图8所示，其中变形器通常由一对机械周期为A的齿形板组成，敏感光纤则从齿形中间穿过，在齿形板的作用下产生周期性的弯曲。当齿形板受微位移器驱动到不同位置时，光纤的微弯程度随之变化，相干光的损耗改变的，导致输出光功率改变，从而实现微弯光强调制器功能。

可以在相干光进入光传导装置前调制相干光相位，也可以在两段光传导装置之间调制相干光相位，还可以在光传导装置内或者在相干光离开光传导装置后，进入成像位置前，调制相干光相位。

调制相干光相位的一个实施例如图13，相干光3通过一块透明的平行介质11，相干光方向不变，通过改变介质平面垂线与相干光夹角调制相干光在介质内光程，从而调节相干光的相位。调制相干光相位的另一个实施例如图10，相干光3垂直于楔形的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质12，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，通过改变楔形柱状光学介质12的间隙时，改变出射光在介质内光程，从而调节相干光的相位。

以上二个实施例可以在扩束装置后（如果需要扩束装置），相干光进入光传导装置前调制相干光相位；也可以在两段光传导装置之间调制相干光相位；还可以在相干光离开光传导装置后，到达成像位置前调制相干光相位。

在光传导装置内调制相干光相位的一个实施例如图14，相干光通过光纤，光纤的一部分环绕在二块平滑物体外，平滑物体之间夹着可通过电、磁场作用，改变平滑物体间距的物质10，通过改变平滑物体间距，改变光纤的长度，即改变相干光的光程，从而调制相干光的相位。

一个更具体的实施例是稳定的具有大光程扫描范围的光纤相位调制器。将一个圆柱体劈成两半，中间用微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）连接，光纤绕在圆柱体上形成一种光纤拉伸结构。对微位移器施加驱动电压或者磁场，使其产生伸缩运动，缠绕的光纤随之拉伸或者收缩，引起传输光波的光程发生周期性变化，实现光相位调制。

光纤相位调制器上光纤的绕接圈数越多，光程扫描范围越大，绕接圈数受微位移器的最大推力和光纤杨氏模量的限制，因此，需根据光程调节范围，选择合适的压电陶瓷和绕接圈数。光程差至少要达1μm，光程等于几何路程与折射率的乘积，由此可得微位移器的最小位移量

式中OPD为光程差；M为绕接圈数；n为光纤的纤芯折射率。

利用透明的平行介质11，通过改变介质平面与相干光夹角调制相干光在介质内光程，从而调节相干光的相位，或通过改变细光束平移距离，改变进入光导材料的光束大小，从而改变相干光光强的应用器件的一个实施例如图15，平行介质通过固定铰链或弹性轴承固定在底座上，微位移器（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料）同样固定在底座上，平行介质另一端带有滑动杆，放（或压）在微位移器上，改变电压，微位移器微伸缩，从而改变介质平面与相干光夹角。

相干光3垂直于一对有相同楔角，对应面平行的楔形的一个面入射，通过对称的楔形柱状光学介质12，从另一个楔形柱状光学介质对应面出射，改变楔形柱状光学介质12的间隙时，细束光位置会有移动，通过改变改变楔形柱状光学介质12的间隙改变从前一段光传导装置进入后一段光传导装置的相干光束宽，从而调制相干光光强，或者改变通过上述一对楔形的间距，改变相干光的光程，从而调制相干光相位的方法有多种，图16给出了改变间距方案的8个实施例。

图17给出了利用楔形对改变光程从而调制相位或平移细光束从而改变进入光导材料光强的器件的实施例：根据改变楔形间距的方案的不同选择，将一个楔形固定在底座上，另一个楔形固定在微位移器上（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料），微位移器固定在底座上；或者将二个楔形各固定在一个微位移器上（微位移器的一个实施例是压电陶瓷微位移器，另一个实施例是稀土超磁致伸缩材料），微位移器固定在底座上，驱动微位移器，就可以改变楔形间距，从而达到调制相位或光强的目的。

本发明中，根据需要可以只调制相干光光强，或者只调制相干光相位，也可以同时调制相干光的光强和相位。

由于光传导装置长度误差带来的相位差和改变光强时带来的相位差，以及其他因素带来的相位差，可以通过调整相干光相位进行补偿。反之，由于光传导装置长度误差带来的光强损耗差和改变相位时带来的光强损耗差以及其他因素带来的光强损耗差，可以通过调整相干光光强进行补偿。

具体地说，当出现不是按照图像源数据要求产生，而是由于某些因素造成相位发生误差时需要对相位差进行补偿。例如：光传导装置的长度误差会带来相位不一致，改变光强时同时也会改变相位，温度不均匀、光传导装置的弯曲程度等因素也会带来相位差。当发生相位差时，可以通过上述调整相干光相位的方式对相位差进行补偿。

同理，当出现不是按照图像源数据要求产生，而是由于某些因素造成光强发生误差时需要对光强差进行补偿。例如：光传导装置的长度误差会带来光强不一致，改变相位时同时也会改变光强，温度不均匀、光传导装置的弯曲程度等因素也会带来光强差。当发生光强差时，可以通过上述调整相干光光强的方式对光强差进行补偿。

可在成像位置每个光传导装置前安装散射装置。散射装置的一个实施例是毛玻璃珠。

也可以在成像位置每个光传导装置前安装衍射孔。衍射孔的一个实施例是尺寸可以与相干光波长相比拟的圆孔，另一个实施例是垂直于观看者双眼连线的细缝。

还可以在成像位置前安装光学透镜。一个实施例是成像位置处于光学透镜的焦平面上。

散射装置、衍射孔和透镜可以单独使用、两两组合，也可以同时使用。也可以均不使用，直射的相干光在空间直接干涉形成立体图像。

为避免光强和相位调节时产生的图像混乱，可以在光传导装置前面、后面或中间任意位置处安装可控挡板，可控挡板在相干光调节光强、相位时关闭，调节完毕后打开。另外，也可以采用可控发光的相干光光源，在调节光强、相位时不发光，调节完毕后发光。一个实施例是在光源前加快门。

可以采用多个相干光光源，以解决大图像范围或相干光强度不够的问题（如图18所示）。每个光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每个光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。

不同相干光光源形成的成像位置可以共同形成同一个图像，也可以各自形成不同的图像。

确定成像位置的一个实施例是根据摄像时的状态决定每个光源形成的成像位置是聚集在一起，还是交织分布。

可以采用多种颜色的相干光光源，以解决彩色显示的问题。每种颜色光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每组颜色光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。采用多种颜色的相干光光源，每种颜色采用多个相干光源，每个光源的相干光通过一组光传导装置调制光强和相位。每个光源形成的成像位置可以聚集在一起，也可以交织分布。

图18为利用光传导装置形成成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的方法和装置总体结构的一个实施例示意图。从多个相干光光源1通过可控挡板2的控制发出激光3，经过扩束装置4扩束，再分别经过光强调制装置5和相位调制装置6调制，进入光传导装置7，到达成像位置8，最后通过透镜形成立体像。

图18a为利用光传导装置形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的方法和装置总体结构的一个实施例示意图。从单个或多个相干光光源1通过可控挡板2的控制发出激光3，通过分光装置15和转向装置16后，分别经过扩束装置4扩束，再分别经过各自光强调制装置5和相位调制装置6调制，进入各自光传导装置7，到达各自成像位置8，最后通过各自透镜形成立体像。

分光装置15可以选用半透镜，光线变向装置16可以选用反射镜。

利用光传导装置形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）的另一个实施例如下：从单个或多个相干光光源1通过可控挡板2的控制发出激光3，经过扩束装置4扩束，再分别经过光强调制装置5和/或相位调制装置6调制，或经过分组的光强调制装置5和/或相位调制装置6调制，再通过分组的光传导装置7，到达各自（分离）成像位置8，最后通过各自透镜形成立体像。

也可以同时用分光装置15和转向装置16、分组的光传导装置7形成多个分离的成像位置，直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。

图19为利用光传导装置形成相干光波面立体成像的方法和装置总体结构的另一个实施例示意图。从相干光光源1通过可控挡板2的控制发出激光3，经过扩束装置4扩束，再分别经过光强调制装置5和相位调制装置6调制后到达成像位置8，最后通过透镜形成立体像。其中，光传导装置的长度为零，即不经过光传导装置。

在上述实施例中，当采用多种颜色相干光时，一个实施例是在调节相位、光强的装置的前面或后面加滤光片，或者采用色散装置，使不同颜色的光经过不同的相位、光强调节装置，见图19a。色散装置的一个实施例是三棱镜。

在上述光传导装置长度为零的实施例中，当采用多种颜色相干光时，另一个实施例如图19b：在光源1a/1b/1c等前分别采用统一控制的快门2a/2b/2c等，开始时所有光源快门2关闭，先按照光源1a发射的相干光3a需要的相位、光强调节所有相位、光强调节装置，同时，或者相位、光强调节完毕后，打开快门2a，保持预定时间后，关闭快门2a；再按照光源1b发射的相干光3b需要的相位、光强调节所有相位、光强调节装置，同时，或者相位、光强调节完毕后，打开快门2b，保持预定时间后，关闭快门2b；如此循环往复。

本发明中，形成立体图像的一个实施例是将从同一相干光源发出的相干光分光成二束后，一束经过上述步骤扩束、通过光传导装置（长度为零或不为零）分别调节光强和相位，在成像位置出射，另一束经过转向、扩束后，形成宽束而光强、相位均匀的相干光，与成像位置出射的各处光强与相位分别调节的相干光干涉后形成立体像。

如图20所示，相干光3经过为分光装置15后一分为二，一部分光线3-1经过变向装置16，扩束装置4后直接射出，另一部分3-2通过扩束装置4后分别经过相位调节装置5和光强调节装置6、光传导装置后，出射，与3-1相干涉。

上述实施例中，也可以不采用分光、转向装置，而采用等长，没有光强和相位调节装置的光传导装置，形成宽束而光强、相位均匀的相干光。

上述同一光源发出的光强和相位调制的相干光与未调制的均匀相干光干涉的方案一个实施例是光束交叉，另一个实施例是光束平行。图21给出了光束平行方案的一个实施例，成像位置出射光通过一个平板光学玻璃反射，而光强、相位均匀的相干光从平板光学玻璃的另一侧沿成像位置出射光的反射方向入射，然后发生干涉，形成立体像。

上述各实施例中，当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，就形成连续运动的立体像。

上述各方案的具体工作流程的一个实施例如下（如果只有光强调节器5或只有相位调节器6，下述过程中只调节光强调节器5或相位调节器6）：初次工作时，首先分别调整各相干光光源对应的相位，使其根据成像位置排列方式的不同，形成对应的标准图案；其次分别调整各相干光光源对应的光强调节器5，使传导装置出射光形成的对应的图案更加标准；上述过程可能需要重复多次，直到其形成图案与标准图案的差别小于某个判据，可认为此时各出射光相位相同，光强相同；记下此时光强调节器5和/或相位调节器6的状态作为工作时光强和/或相位的误差补偿。以后显示图像时，在相干光光源1工作稳定后或同时，根据图像源数据和上述光强和/或相位的误差补偿，调节所有光强调节器5和/或相位调节器6，使成像位置的输出光强和/或相位与图像源数据一致，打开可控挡板2，相干光3在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像）。

当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像时，具体工作流程的一个实施例如下（如果只有光强调节器5或只有相位调节器6，下述过程中只调节光强调节器5或相位调节器6）：图像源的光强和/或相位数据按时间顺序记录成多组，每组记录同一时间各光强调节器5或相位调节器6的光强和/或相位数据，显示图像时，按时间顺序选取一组光强和/或相位数据，调节光强调节器5或相位调节器6，调节完毕后打开可控挡板2，相干光3在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像），保持一段时间，关闭可控挡板2；选取下一组光强和/或相位数据，调节光强调节器5或相位调节器6，调节完毕后打开可控挡板2，相干光3在成像位置直射、散射、衍射、混合或经过透镜后，衍射、干涉形成立体的实像或虚像（三维图像），保持一段时间，关闭可控挡板2；如此依次显示，利用视觉暂留现象，形成连续运动的立体的实像或虚像（三维图像）。

连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像的控制电路的一个实施例如下：

采用光源快门与相位和/或光强控制器联动：每个光强调节器5和/或相位调节器6有一个驱动模块，用于驱动相应的光强调节器5和/或相位调节器6调节到位并保持。所有光强调节器5和/或相位调节器6有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、同步装置或时间控制器。或者将光强调节器5和/或相位调节器6分组，每组有一个控制模块，所有控制模块有一个总控制模块。控制模块定期或连续接收所有或组内光强调节器5和/或相位调节器6下一时刻或若干时刻的光强和/或相位数据，并存储；同步装置或时间控制器发出指令，光源快门关闭，数据处理和控制模块根据存储的下一时刻或若干时刻的光强和/或相位数据一次调节所辖的光强调节器5和/或相位调节器6，最后一个光强调节器5和/或相位调节器6调节完毕后，发出调节完成信息。分组时控制模块将各自的完成信息发给总控制模块，总控制模块收到所有分控制模块的完成信息后发出收到完成信息。收到控制模块或总控制模块发出的调节完毕信息后，光源快门打开，直到下一次同步装置或时间控制器发出指令。

考虑到实际物体不可能发生瞬移，图像是连续变化的，即相位和光强是连续变化的，因此光强调节器5和相位调节器6对应的光强和相位数据是按时间连续或准连续的，所述光强和相位数据是按时间连续或准连续的是指光强调节器5和相位调节器6从一时刻的光强和相位调节到下一时刻的光强和相位，所用时间小于某个判断值，（如眼睛可分辨的时间间隔）。因此，当连续改变每束光传导装置内光的强度和相位，形成连续运动的立体像时，具体工作流程的另一个实施例如下（如果只有光强调节器5或只有相位调节器6，下述过程中只调节光强调节器5或相位调节器6）：根据图像源的光强和/或相位数据，同步或准同步地同时调节所有光强调节器5和/或相位调节器6，不使用可控挡板2。所述同步地同时调节所有光强调节器5和/或相位调节器6是指同时开始调节所有光强调节器5和/或相位调节器6，同时结束，或虽然不能同时结束，但结束的时间差小于某个判断值；所述准同步地同时调节所有光强调节器5和/或相位调节器6是指虽然不是同时开始调节所有光强调节器5和/或相位调节器6，但从第一个光强调节器5和/或相位调节器6开始调节，到最后一个光强调节器5和/或相位调节器6结束调节的时间差小于某个判断值。

同步地同时调节所有光强调节器5和/或相位调节器6的一个实施例是每个光强调节器5和/或相位调节器6都有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、光强调节器5和/或相位调节器6的驱动模块、同步装置。控制模块定期或连续接收光强和/或相位数据，并存储；所有光强调节器5和/或相位调节器6的数据处理和控制模块在同步装置的触发下(可以是模块内部/外部时钟触发，或外部信号触发)，根据存储模块存储的下一时刻本光强调节器5和/或相位调节器6的光强和/或相位数据，同步地控制光强调节器5和/或相位调节器6的驱动模块开始调节光强和/或相位，调接完毕后保持光强和相位状态，控制模块待机，等待接收存储数据和下一次调节。

准同步地同时调节所有光强调节器5和/或相位调节器6的一个实施例是所有光强调节器5和/或相位调节器6分成若干组，每组内从第一个光强调节器5和/或相位调节器6开始调节，到最后一个光强调节器5和/或相位调节器6结束调节的时间差小于某个判断值。每组光强调节器5和/或相位调节器6都有一个控制模块，包括：数据接收模块、存储模块、数据处理和控制模块、同步装置，每个光强调节器5和/或相位调节器6有一个驱动模块。控制模块定期或连续接收光强和/或相位数据，并存储；所有组的数据处理和控制模块在同步装置的触发下(可以是模块内部/外部时钟触发，或外部信号触发)，根据存储模块存储的下一时刻本组的光强和/或相位数据，依次控制光强调节器5和/或相位调节器6的驱动模块开始调节光强和/或相位，调接完毕后保持光强和相位状态，当组内所有光强调节器5和/或相位调节器6调接完毕，该组控制模块待机，等待接收存储数据和下一次调节。

需要说明的是，采用光源快门和不使用快门采用同步或准同步技术的体验区别在于：在有物体快速运动时，如果光强和相位调节不够快，前者快门关闭时间会较长，会有闪烁感和跳跃感，场面较暗；后者会有部分场景出现迷雾感或破碎感。当镜头切换时，前者会感到眼前一暗，然后场景就变了；后者会出现迷雾或场景支离破碎，恢复时场景就变了。