CN104865809A - 一种显示装置及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示装置及显示器，用以在实现观看对象超近距离的立体显示的情况下，可以减少显示装置的厚度和重量，并且提高观看对象的保密性。该显示装置包括：控制模块，用于产生观看对象的傅里叶变换全息图；与所述控制模块连接的空间光调制器，用于显示所述控制模块产生的傅里叶变换全息图；以及与所述空间光调制器连接的固定结构，用于使所述空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持在预设距离范围内，该预设距离范围为16.6mm-17.6mm。

Description

一种显示装置及显示器

技术领域

本发明涉及显示器领域，尤其涉及一种显示装置及显示器。

背景技术

随着科技的飞速发展，用以实现观看对象的立体显示的显示器的种类以及功能也越来越多，为了能让用户更好地体验立体显示的效果，对显示器的研究也越来越重视。

一般地，为了实现近距离的立体显示效果，现有的显示器都是通过利用透镜将用以使显示物体的显示屏放大，然后通过用户眼睛观看立体图像，造成显示器的厚度较厚。而且，一般显示器的结构为头盔式便于携带，从而使得用户眼睛与显示屏之间的距离减小，就需要增加透镜的厚度来实现成像，从而增加了显示器的厚度和重量。

综上所述，现有技术中的立体显示器的厚度较厚且重量较大，对观看对象也不具有保密性。

发明内容

本发明实施例提供了一种显示装置及显示器，用以在实现观看对象超近距离的立体显示的情况下，可以减少显示装置的厚度和重量，并且提高观看对象的保密性。

本发明实施例提供了一种显示装置，该装置包括：

控制模块，用于产生观看对象的傅里叶变换全息图；

与所述控制模块连接的空间光调制器，用于显示所述控制模块产生的傅里叶变换全息图；

以及与所述空间光调制器连接的固定结构，用于使所述空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持在预设距离范围内，该预设距离范围为16.6mm-17.6mm。

通过本发明提供的显示装置，将显示有观看对象的傅里叶变换全息图的空间光调制器放置在距离用户眼睛16.6mm-17.6mm范围内，通过用户眼睛晶状体的成像作用，从而实现了观看对象的超近距离的立体显示，将空间光调制器与用户眼睛之间距离保持在的16.6mm-17.6mm范围内，从而减少了显示装置的厚度，利用用户眼睛代替凸透镜成像，从而减少了显示装置的重量，并且由于观看对象的傅里叶变换全息图是经过编码的全息图，从而提高了观看对象的保密性。

较佳地，该装置还包括：

位于所述空间光调制器与用户眼睛之间的空间滤波器。

通过空间光调制器与用户眼睛之间的空间滤波器，过滤掉在用户眼睛视网膜上形成的共轭像等杂散像，从而提高了立体显示画面的清晰度。

较佳地，所述空间滤波器与所述空间光调制器相邻放置。

将空间滤波器与空间调制器相邻放置，从而减少显示装置的厚度。

较佳地，所述空间光调制器与用户眼睛之间的距离，具体为所述空间光调制器与用户眼睛晶状体的中心点所在的平行于所述空间光调制器的面之间的距离。

较佳地，所述距离为17.1mm。

具体地，将用户眼睛晶状体的前焦距进行估算得到前焦距的距离一般为17.1mm，所以将空间光调制器与用户眼睛之间保持距离为17.1mm，能更加清晰的观看观看对象的立体图像。

较佳地，所述空间光调制器与用户的一只眼睛正对。

通过将空间光调制器与用户的一只眼睛正对设置，就能通过一只眼睛实现观看对象的立体显示。

较佳地，所述固定结构包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与所述第一固定结构相连并用于半包围用户头部的第二固定结构。

通过固定结构将空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持不变。具体地，通过第一固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的竖直距离，通过第二固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的水平距离。

较佳地，所述空间光调制器与用户的两只眼睛正对。

通过将空间光调制器与用户的两只眼睛正对设置，就能通过两只眼睛实现观看对象的立体显示。

较佳地，所述固定结构包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与所述第一固定结构相连并用于全部包围用户头部的第二固定结构。

通过固定结构将空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持不变。具体地，通过第一固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的竖直距离，通过第二固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的水平距离。

本发明实施例提供了一种显示器，包括本发明实施例提供的显示装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种计算傅里叶变换全息图的方法；

图2为本发明实施例提供的一种计算傅里叶变换全息图的再现的方法；

图3为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种眼睛晶状体成像的原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种显示器的外观示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种显示器的外观示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种显示装置及显示器，用以在实现观看对象超近距离的立体显示的情况下，可以减少显示装置的厚度和重量，并且提高观看对象的保密性。

下面通过附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。

为了实现超近距离显示，需要理解全息图的概念。全息图就是利用相干光源照明观看物体，同时加入参考光，利用光的干涉原理将物光波的位相信息转换成强度和物光波振幅信息一起记录在底片上，它是参考波与物光波干涉图样的记录。

一般地，计算全息图有许多不同类型，根据观看物体和记录平面的相对位置不同，可将计算全息图分为计算傅里叶变换全息图、计算菲涅尔全息图和计算像全息图，这种分类与通常的光学全息图一样。下面介绍每种全息图的计算原理。

计算菲涅尔全息图：被记录的复数波面是物体发出的菲涅尔衍射波。用物波函数计算出全息图平面上的菲涅尔衍射波的复振幅分布，再将它编码成全息图的透过率变化，制成计算菲涅尔全息图。若物体是二维的(无深度变化)，则可用一个简单的积分来计算波面的菲涅尔传播；对于三维物体，计算全息图则相对复杂得多。

计算像全息图：被记录的复数波面是物波函数本身。计算像全息图时，只需将物波函数的复振幅分布编码成全息图的透过率变化。因为它再现的是物体本身，所以在干涉测量中应用广泛。

计算傅里叶变换全息图：被记录的复函数面是物波函数的傅里叶变换谱。不同于光学傅里叶变换全息由变换透镜实时完成物波函数的傅里叶变换，这里是由计算机借助快速傅里叶变换来实现。计算傅里叶变换全息图直接再现时，出现的是物波的傅里叶变换，必须借助变换透镜进行一次逆变换才能再现物波。因此，傅里叶变换全息图在光学数据处理中的空间滤波器或其它变换运算中应用广泛。

本发明是利用傅里叶变换全息图的原理实现超近距离的立体显示。

需要说明的是，本发明实施例中的傅里叶变换全息图，是利用凸透镜的傅里叶变换性质，将观看物体置于凸透镜的前焦距处，在照明光源的共轭像面位置就能得到物光波的傅里叶频谱，然后引入参考光与之干涉，通过干涉条纹的振幅和相位调制，在干涉图像中就记录了物光波傅里叶变换光场的全部信息，包括傅里叶变换的振幅和相位，从而获得的干涉图像称为傅里叶变换全息图。

具体地，本发明实施例中产生观看对象的傅里叶变换全息图的方法，包括两种，方法一和方法二。

方法一：参见图1所示方式，将观看物体11、凸透镜12和全息元件13放置在同一水平面上，且观看物体11、凸透镜12和全息元件13的中心点与Z轴平行，与Z轴垂直的面为X轴和Y轴组成的面，全息元件13与X轴和Y轴组成的面平行。将观看物体11放置在凸透镜12的前焦距f处，将用于显示傅里叶变换全息图的全息元件13放置在凸透镜12的后焦距f₁处。通过傅里叶变换性质，将在全息元件13上显示出观看物体11的傅里叶变换全息图。

方法二：通过计算机的编程方式将观看物体的傅里叶变换全息图显示在全息元件13上。

具体地，本发明实施例中产生观看对象的傅里叶变换全息图的方法不做限定，采用哪种方式都可以。

参见图2，当需要再现傅里叶变换全息图时，就需要将全息元件13放置在凸透镜14的前焦距f处，通过傅里叶逆变换全息图的过程，将观看对象的立体图像显示在凸透镜14的后焦距f₁处的显示屏15上。本发明是利用用户眼睛的晶状体来代替傅里叶变换全息图再现过程中的凸透镜，从而实现傅里叶变换全息图的再现。其中，将全息图通过凸透镜的两次折射作用，从而在显示屏上形成全息图的再现，这样的过程也叫做两侧菲涅尔衍射场的转换作用。

下面将详细介绍傅里叶变换全息图的再现过程。

实施例一

参见图3，本发明实施例提供的一种显示装置，该装置包括：

控制模块31，用于产生观看对象的傅里叶变换全息图；

与控制模块连接的空间光调制器32，用于显示控制模块31产生的傅里叶变换全息图；

以及与空间光调制器32连接的固定结构33，用于使空间光调制器32与用户眼睛34之间的距离d保持在预设距离范围内，该预设距离范围为16.6mm-17.6mm。

需要说明的是，本发明实施例中是以相位型的空间光调制器为例，显示傅里叶变换全息图，当然别的全息元件也可以。

需要说明的是发明实施例中将眼睛的晶状体代替凸透镜，而且为了实现清晰的成像，需要将具有显示傅里叶变换全息图的空间光调制器放置在眼睛晶状体的前焦距处，从而实现在视网膜上清晰的成像。所以本发明实施例中的预设距离范围为前焦距的范围。因为眼睛晶状体的前焦距的范围一般为16.6mm-17.6mm，所以使空间光调制器32与用户眼睛34之间保持距离为16.6mm-17.6mm。

通过本发明实施例提供的显示装置，将显示有观看对象的傅里叶变换全息图的空间光调制器放置在距离用户眼睛16.6mm-17.6mm范围内，通过用户眼睛晶状体的成像作用，从而实现了观看对象的超近距离的立体显示，将空间光调制器与用户眼睛之间距离保持在的16.6mm-17.6mm之间，从而减少了显示装置的厚度，利用用户眼睛代替凸透镜成像，从而减少了显示装置的重量，并且由于观看对象的傅里叶变换全息图是经过编码的全息图，从而提高了观看对象的保密性。

较佳地，参见图4(图中未画出控制模块和固定结构，用以更加简洁地介绍显示装置的显示原理)，显示装置还包括：

位于空间光调制器32与用户眼睛34之间的空间滤波器(Filter)35。

具体地，参见图5，通过眼睛晶状体成像时，会在眼睛晶状体的后焦距处的平面上形成上下相同的两个像，其中，位于下方位置的像为原始像，位于上方位置的像为共轭像。因为视网膜位于下方位置，所以需要过滤掉共轭像，从而使得原始像更加清晰。通过空间光调制器与用户眼睛之间的空间滤波器，过滤掉在用户眼睛视网膜上形成的共轭像等杂散像，从而提高了立体显示画面的清晰度。

较佳地，空间滤波器35与空间光调制器32相邻放置。

可以将空间滤波器与空间光调制器紧贴放置，用以减少显示装置的厚度。

较佳地，空间光调制器与用户眼睛之间的距离d，具体为空间光调制器35与用户眼睛34晶状体的中心点所在的平行于空间光调制器35的面之间的距离。

本发明实施例中的预设距离范围，为用户眼睛的前焦距处所在的平面与眼睛晶状体中心点所在的面的距离范围。

较佳地，空间光调制器与用户眼睛之间的距离d为17.1mm。

对眼睛的晶状体的精确计算是困难的，因为眼睛晶状体是多个折射面的复杂光学系统，其间折射率又不相同，所以在实际应用中就需要对晶状体进行简化和近似处理，从而得到几种眼睛的光学模型，其中一种常用的眼睛光学模型为高尔斯特兰(A.Gullstrand)简化眼。

高尔斯特兰简化眼将眼睛晶状体看成单球面折射系统，认为眼睛晶状体只有一种介质组成，其折射率为1.33，折射面的曲率半径为5.7mm，从而可以计算出高尔斯特兰简化眼的前焦距为17.1mm，后焦距为22.8mm。其中前焦距与后焦距不相同，是因为眼睛晶状体的物方和像方折射率不同造成。所以前焦距的计算与凸透镜的折射率和曲率半径有关。

在实际应用中，可以根据不同眼睛晶状体的折射率和曲率半径计算出前焦距的距离，从而调节显示装置与用户眼睛之间的距离，为了更好地调节显示装置与用户眼睛之间的距离，可以在显示装置中增加机械调节阀，用以微调显示装置与用户眼睛之间的距离，从而使得在用户眼睛的视网膜上形成清晰的立体画面。

较佳地，空间光调制器32与用户的一只眼睛正对。

通过将空间光调制器与用户的一只眼睛正对设置，就能通过一只眼睛实现观看对象的立体显示。

较佳地，固定结构33包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与第一固定结构相连并用于半包围用户头部的第二固定结构。

通过固定结构将空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持不变。具体地，通过第一固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的竖直距离，通过第二固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的水平距离。

较佳地，空间光调制器32与用户的两只眼睛正对。

通过将空间光调制器与用户的两只眼睛正对设置，就能通过两只眼睛实现观看对象的立体显示。

较佳地，固定结构33包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与第一固定结构相连并用于全部包围用户头部的第二固定结构。

通过固定结构将空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持不变。具体地，通过第一固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的竖直距离，通过第二固定结构固定空间光调制器与用户眼睛之间的水平距离。

需要说明的是，本发明实施例中的固定结构的形状不做具体限定，只要固定结构的作用相同都属于本发明实施例保护的范围。

综上，通过本发明实施例提供的显示装置，将显示有观看对象的傅里叶变换全息图的空间光调制器放置在距离用户眼睛16.6mm-17.6mm范围内，通过用户眼睛晶状体的成像作用，从而实现了观看对象的超近距离的立体显示，将空间光调制器与用户眼睛之间距离保持在的16.6mm-17.6mm之间，从而减少了显示装置的厚度，利用用户眼睛代替凸透镜成像，从而减少了显示装置的重量，并且由于观看对象的傅里叶变换全息图是经过编码的全息图，从而提高了观看对象的保密性。

实施例二

本发明实施例提供的一种显示器，包括本发明实施例提供的显示装置。

参见图6，为空间光调制器与用户的两只眼睛正对时的显示器结构示意图。从图6中可以看出，该显示器的外形为头盔式，从而便于携带和固定，且固定结构包括放置在用户头顶的包围用户耳朵的耳机式的第一固定结构61，和与第一固定结构相连并用于全部包围用户头部的第二固定结构62。

参见图7为空间光调制器与用户的一只眼睛(可以是左眼也可以是右眼)正对时的显示器结构示意图，该显示器的固定结构包括放置在用户头顶的方向为从额头向后脑勺的第一固定结构71，和与第一固定结构相连并用于从左眼经过用户左耳到后脑勺的半包围用户头部的第二固定结构72，或者第二固定结构72也可以用于从右眼经过用户右耳到后脑勺的半包围用户头部。其中，第一固定结构和第二固定结构的连接方式本发明不做具体限定，可以根据显示器中空间光调制器的位置进行设定。

需要强调的是，本发明实施例中固定结构的形状不做具体限定，实施例二中的形状只是作为较佳实施例进行说明，其他形状也能起到固定作用的，都属于本发明实施例的保护范围。

综上所述，本发明实施例中提供的一种显示装置，包括控制模块，用于产生观看对象的傅里叶变换全息图；与所述控制模块连接的空间光调制器，用于显示所述控制模块产生的傅里叶变换全息图；以及与所述空间光调制器连接的固定结构，用于使所述空间光调制器与用户眼睛之间保持预设距离，该预设距离的范围为16.6mm-17.6mm。将显示有观看对象的傅里叶变换全息图的空间光调制器放置在距离用户眼睛16.6mm-17.6mm范围内，通过用户眼睛晶状体的成像作用，从而实现了观看对象的超近距离的立体显示，将空间光调制器与用户眼睛之间距离保持在的16.6mm-17.6mm之间，从而减少了显示装置的厚度，利用用户眼睛代替凸透镜成像，从而减少了显示装置的重量，并且由于观看对象的傅里叶变换全息图是经过编码的全息图，从而提高了观看对象的保密性。

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，该装置包括：

控制模块，用于产生观看对象的傅里叶变换全息图；

与所述控制模块连接的空间光调制器，用于显示所述控制模块产生的傅里叶变换全息图；

以及与所述空间光调制器连接的固定结构，用于使所述空间光调制器与用户眼睛之间的距离保持在预设距离范围内，该预设距离范围为16.6mm-17.6mm。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该装置还包括：

位于所述空间光调制器与用户眼睛之间的空间滤波器。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述空间滤波器与所述空间光调制器相邻放置。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述空间光调制器与用户眼睛之间的距离，具体为所述空间光调制器与用户眼睛晶状体的中心点所在的平行于所述空间光调制器的面之间的距离。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述距离为17.1mm。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述空间光调制器与用户的一只眼睛正对。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述固定结构包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与所述第一固定结构相连并用于半包围用户头部的第二固定结构。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述空间光调制器与用户的两只眼睛正对。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述固定结构包括：用于放置在用户头顶的第一固定结构，和与所述第一固定结构相连并用于全部包围用户头部的第二固定结构。

10.一种显示器，其特征在于，包括权利要求1-9任一权项所述的显示装置。