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CN107783401B - 一种显示装置及其实现全息显示的方法 - Google Patents

一种显示装置及其实现全息显示的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种显示装置及其实现全息显示的方法，采用呈阵列紧密排列的多个第一透镜组成第一透镜阵列，且各第一透镜分别对应在出光路径上设置的多个观察区域；采用呈阵列排布且与第一透镜一一对应设置的多个狭缝组成狭缝阵列；采用空间光调制器加载全息图像；采用人眼追踪装置追踪人眼所在位置；采用控制器根据人眼所在位置确定观察区域后，控制偏转元件将空间光调制器的出射光射向与观察区域对应的第一透镜对应的狭缝，并控制第一透镜的偏转角度使第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。由于控制器可根据人眼所在位置控制第一透镜的不同角度的偏转，使全息图像可以精确的会聚在人眼所在位置，从而克服了全息视窗技术带来的观察视角受限的问题。

Description

一种显示装置及其实现全息显示的方法
技术领域
本发明涉及全息显示技术领域，尤指涉及一种显示装置及其实现全息显示的方法。
背景技术
全息显示技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的显示技术，能显示物体各个角度的所有信息，被认为是实现三维显示的最终方案。全息显示技术可分为静态和动态两种，静态全息显示技术已基本成熟，多见于展览展示、广告宣传等。动态全息显示技术虽然尚处于研究阶段，但应用前景广阔，已经成为全息和三维显示技术领域的研究热点。目前基于硅基液晶器件的动态显示是实现动态全息显示的主要研究方向。
众所周知，全息再现技术是不同于视察立体显示技术，具有景深大，不会产生晕眩等诸多优势，然而全息再现技术，尤其是视频全息再现技术的发展也受到硬件条件的制约，该技术一方面要求空间光调制器具有很高的分辨率，另一方面也要求数据处理系统迅速进行大量的运算。传统意义上的计算全息显示技术，可以形成较大的波阵面观察区域，但是在波阵面观察区域中，除了进入瞳孔的两个视窗之外的区域，其余区域均不能被观测到，属于被浪费的信息。基于此，视瑞尔公司提出了仅计算对两眼视窗区域有贡献的全息图信息，即只重建观察者直接看到的那部分波前观察区域，并藉由眼球追踪技术追踪眼球位置，从而使观察者通过观察视窗能够看到完整再现的三维全息图像，大大减小了运算的数据量。但是采用视窗技术随之带来的是观察视角小的问题，观察者只能在衍射级观察窗口进行观察，观察范围受限。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种显示装置及其实现全息显示的方法，用以解决现有全息显示技术中存在的观察视角受限的问题。
因此，本发明提供一种显示装置，包括：光源，在所述光源的出光路径上依次设置的空间光调制器、偏转元件、狭缝阵列和第一透镜阵列，用于追踪人眼所在位置的人眼追踪装置，以及控制器；其中，
所述第一透镜阵列包括呈阵列紧密排列的多个第一透镜，各所述第一透镜分别与设置在出光路径上的多个观察区域相对应；
所述狭缝阵列包括呈阵列排布且与所述第一透镜一一对应设置的多个狭缝；
所述空间光调制器，用于加载全息图像；
所述控制器，用于根据人眼所在位置确定所属观察区域后，控制所述偏转元件将所述空间光调制器的出射光射向与所述观察区域对应的所述第一透镜对应的狭缝，并控制所述第一透镜的偏转角度使所述第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，各所述第一透镜为液晶透镜或光学凸透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第一透镜为光学凸透镜，所述显示装置，还包括：与各所述光学凸透镜一一对应设置的旋转部件，所述旋转部件用于接收所述控制器发送的控制所述第一透镜偏转设定角度的电信号。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，还包括：设置于所述偏转元件和所述狭缝阵列之间的第二透镜阵列；所述第二透镜阵列包括与各所述狭缝一一对应设置的多个第二透镜，各所述第二透镜用于将所述偏转元件的出射光汇聚后射向对应的所述狭缝。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述第二透镜阵列与所述狭缝阵列接触设置，且与所述偏转元件具有设定间距。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述光源为发光二极管光源。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述光源包括：激光光源，以及位于所述激光光源的出光路经上的扩束准直透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述人眼追踪装置为摄像头装置或眼动仪装置。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述液晶空间光调制器为硅基液晶显示器件。
本发明还提供了一种上述显示装置实现全息显示的方法，包括：
人眼追踪装置追踪人眼所在的位置；
控制器根据人眼所在位置确定所属观察区域后，控制偏转元件将空间光调制器加载全息图像后的出射光射向与所述观察区域对应的第一透镜对应的狭缝，并控制所述第一透镜的偏转角度使所述第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。
本发明有益效果如下：
本发明提供了一种显示装置及其实现全息显示的方法，采用呈阵列紧密排列的多个第一透镜组成第一透镜阵列，并且各第一透镜分别对应在出光路径上设置的多个观察区域；采用呈阵列排布且与第一透镜一一对应设置的多个狭缝组成狭缝阵列；采用空间光调制器加载全息图像；采用人眼追踪装置追踪人眼所在的位置；采用控制器根据人眼所在位置确定观察区域后，控制偏转元件将空间光调制器的出射光射向与观察区域对应的第一透镜对应的狭缝，并控制第一透镜的偏转角度使第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。由于控制器可以根据人眼所在位置控制第一透镜的不同角度的偏转，使全息图像可以精确的汇聚在人眼所在位置，从而克服了全息视窗技术带来的观察视角受限的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图之三；
图4为本发明实施例提供的第一透镜阵列的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的显示装置及全息显示方法的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各部件的形状和大小不反映显示装置的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供一种显示装置，如图1至图3所示，包括：光源1，在光源1的出光路径上依次设置的空间光调制器2、偏转元件3、狭缝阵列4和第一透镜阵列5，用于追踪人眼E所在位置的人眼追踪装置，以及控制器；其中，
第一透镜阵列5包括呈阵列紧密排列的多个第一透镜51，例如图4所示的各第一透镜51排列成3×3的阵列；各第一透镜51分别与设置在出光路径上的多个观察区域VW相对应；
狭缝阵列4包括呈阵列排布且与第一透镜51一一对应设置的多个狭缝41；
空间光调制器2，用于加载全息图像；
控制器，用于根据人眼E所在位置确定所属观察区域VW后，控制偏转元件3将空间光调制器2的出射光射向与观察区域VW对应的第一透镜51对应的狭缝41，并控制第一透镜51的偏转角度使第一透镜51的出射光汇聚至人眼E所在位置。
本发明实施例提供的上述显示装置中，由于控制器可以根据人眼E所在位置控制第一透镜51的不同角度的偏转，使全息图像可以精确的汇聚在人眼E所在位置，从而克服了全息视窗技术带来的观察视角受限的问题。值得注意的是，本发明实施例提供的上述显示装置中，人眼追踪装置可以同时追踪多人的人眼E所在位置，控制器根据多人的人眼E所在位置控制多个相应的第一透镜51偏转，使全息图像精确的汇聚在多人的人眼E所在位置，从而实现多人观看的效果。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了将与各第一透镜51一一对应设置的狭缝41出射的光会聚至观察区域VW，各第一透镜51可以为液晶透镜或光学凸透镜。
当第一透镜51为液晶透镜时，控制器可以根据液晶透镜加载的电压来调整液晶透镜形成的等效凸透镜的焦距以及偏转角度，以便使液晶透镜的出射光汇聚至人眼E所在位置。
当第一透镜51为光学凸透镜时，为了控制光学凸透镜的偏转角度，在本发明实施例提供的上述显示装置还可以包括：与各光学凸透镜一一对应设置的旋转部件，旋转部件用于接收控制器发送的控制第一透镜51偏转设定角度的电信号。这样，在旋转部件接收到电信号时，旋转部件会带动对应设置的光学凸透镜发生设定角度的偏转，从而将光汇聚至人眼E所在位置。
在具体实施时，为了使偏转元件3的出射光可以有效地入射至所需的狭缝41中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图1至图3所示，还可以包括：设置于偏转元件3和狭缝阵列4之间的第二透镜阵列6；第二透镜阵列6包括与各狭缝41一一对应设置的多个第二透镜，各第二透镜用于将偏转元件3的出射光汇聚后射向对应的狭缝41。第二透镜阵列6可将偏转元件3出射的光汇聚至狭缝阵列4，所述狭缝阵列4能阻止高衍射级，而不会限制选定的衍射级，避免串扰的发生。第二透镜阵列6中的各第二透镜可将偏转元件3出射的光汇聚至狭缝41处。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图1至图3所示，较佳地，第二透镜阵列6可以与狭缝阵列4接触设置，且与偏转元件3具有设定间距，这样的设置可使偏转元件3出射的光被第二透镜阵列6最大化地汇聚至狭缝阵列4。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了使加载全息图像的光能够有效地偏转至对应的狭缝41处，偏转元件3可以采用能调节焦距及光偏转方向的光学元件组成，具体可以为液晶透镜。在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了给空间光调制器2提供大量光束，如图1所示，光源1可以为发光二极管光源；或者，如图2所示，光源1也可以采用激光光源11，此时需要在激光光源11的出光路径上设置扩束准直透镜12。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了实时追踪人眼E的位置，人眼追踪装置可以具体采用摄像头装置或眼动仪装置。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，空间光调制器2可以采用液晶空间光调制器，例如硅基液晶显示器件，也可以采用其他器件，在此不做限定。硅基液晶可以快速刷新加载的全息图像信息，从而获得画面流畅、闪烁现象少的全息图像，实现动态全息显示。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种全息显示方法，包括以下步骤：
人眼追踪装置追踪人眼E所在的位置；
控制器根据人眼E所在位置确定所属观察区域VW后，控制偏转元件3将空间光调制器2加载全息图像后的出射光射向与观察区域VW对应的第一透镜51对应的狭缝41，并控制第一透镜51的偏转角度使第一透镜51的出射光汇聚至人眼E所在位置。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述方法中，在控制器接收到人眼追踪装置发送的人眼所在位置信息之后，首先进行人眼所在位置所属观察区域的判断，之后在确定人眼所在位置正好位于该观察区域对应的第一透镜的出射光汇聚位置时，则保持第一透镜当前状态，若确定人眼所在位置与第一透镜的出射光汇聚位置具有一定偏移时，则如图3所示调整第一透镜的偏转角度，使第一透镜的出射光可以汇聚至人眼所在位置。
本发明提供的上述显示装置及其实现全息显示的方法，采用呈阵列紧密排列的多个第一透镜组成第一透镜阵列，并且各第一透镜分别对应在出光路径上设置的多个观察区域；采用呈阵列排布且与第一透镜一一对应设置的多个狭缝组成狭缝阵列；采用空间光调制器加载全息图像；采用人眼追踪装置追踪人眼所在的位置；采用控制器根据人眼所在位置确定观察区域后，控制偏转元件将空间光调制器的出射光射向与观察区域对应的第一透镜对应的狭缝，并控制第一透镜的偏转角度使第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。由于控制器可以根据人眼所在位置控制第一透镜的不同角度的偏转，使全息图像可以精确的汇聚至人眼所在位置，从而克服了全息视窗技术带来的观察视角受限的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：光源，在所述光源的出光路径上依次设置的空间光调制器、偏转元件、狭缝阵列和第一透镜阵列，用于追踪人眼所在位置的人眼追踪装置，以及控制器；其中，
所述第一透镜阵列包括呈阵列紧密排列的多个第一透镜，各所述第一透镜分别与设置在出光路径上的多个观察区域相对应；
所述狭缝阵列包括呈阵列排布且与所述第一透镜一一对应设置的多个狭缝；
所述空间光调制器，用于加载全息图像；
所述控制器，用于根据人眼所在位置确定所属观察区域后，控制所述偏转元件将所述空间光调制器的出射光射向与所述观察区域对应的所述第一透镜对应的狭缝，并控制所述第一透镜的偏转角度使所述第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置；
其中，所述显示装置，还包括：设置于所述偏转元件和所述狭缝阵列之间的第二透镜阵列；所述第二透镜阵列包括与各所述狭缝一一对应设置的多个第二透镜，各所述第二透镜用于将所述偏转元件的出射光汇聚后射向对应的所述狭缝。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，各所述第一透镜为液晶透镜或光学凸透镜。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一透镜为光学凸透镜，所述显示装置，还包括：与各所述光学凸透镜一一对应设置的旋转部件，所述旋转部件用于接收所述控制器发送的控制所述第一透镜偏转设定角度的电信号。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二透镜阵列与所述狭缝阵列接触设置，且与所述偏转元件具有设定间距。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光源为发光二极管光源。
6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光源包括：激光光源，以及位于所述激光光源的出光路经上的扩束准直透镜。
7.如权利要求1-6任一项所述的显示装置，其特征在于，所述人眼追踪装置为摄像头装置或眼动仪装置。
8.如权利要求1-6任一项所述的显示装置，其特征在于，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述液晶空间光调制器为硅基液晶显示器件。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的显示装置实现全息显示的方法，其特征在于，包括：
人眼追踪装置追踪人眼所在的位置；
控制器根据人眼所在位置确定所属观察区域后，控制偏转元件将空间光调制器加载全息图像后的出射光射向与所述观察区域对应的第一透镜对应的狭缝，并控制所述第一透镜的偏转角度使所述第一透镜的出射光汇聚至人眼所在位置。
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