CN106292240A - 全息显示装置及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全息显示装置及其显示方法，属于全息显示技术领域，其可至少部分解决现有的全息显示装置的可视范围小，只能单人观看问题。本发明的全息显示装置包括：成像单元，其分为多个成像区，每个成像区用于独立的形成全息影像；光源单元，其包括多个排成阵列的光源，用于为所述成像单元提供光；人眼追踪单元，其用于确定人眼位置；控制单元，用于根据所述人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。

Description

全息显示装置及其显示方法

技术领域

本发明属于全息显示技术领域，具体涉及一种全息显示装置及其显示方法。

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。

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，并且不能多人同时观看。

发明内容

本发明至少部分解决现有的全息显示装置的可视范围小，只能单人观看问题，提供一种可视范围大，可多人同时观看的全息显示装置及其显示方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种全息显示装置，其包括：

成像单元，其分为多个成像区，每个成像区用于独立的形成全息影像；

光源单元，其包括多个排成阵列的光源，用于为所述成像单元提供光；

人眼追踪单元，其用于确定人眼位置；

控制单元，用于根据所述人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。

优选的是，所述成像单元为空间光调制器，所述空间光调制器分为多个成像区。

优选的是，所述成像单元包括多个空间光调制器，每个空间光调制器为一个成像区。

进一步优选的是，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。

优选的是，所述全息显示装置还包括：设于光源单元和成像单元间的第一调整单元，其用于对来自光源单元的光进行扩束和准直。

进一步优选的是，所述第一调整单元包括多组扩束准直透镜。

优选的是，所述全息显示装置还包括：设于成像单元出光侧的第二调整单元，其用于对成像单元射出的光进行汇聚。

进一步优选的是，所述第二调整单元包括多个液晶透镜和/或光学凸透镜。

所述人眼追踪单元包括摄像头、眼动仪、红外传感器中的任意一种。

优选的是，所述光源单元包括多种不同颜色的光源。

优选的是，所述光源为发光二极管或激光光源。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种全息显示装置的显示方法，所述全息显示装置为上述的全息显示装置，所述显示方法包括：

人眼追踪单元用于确定人眼位置；

控制单元根据所述人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。

本发明的全息显示装置中，成像单元分为多个成像区，而光源单元则为阵列形式，显然，阵列中不同位置的光源发出的光经同一个成像区后会射向不同位置，即会在不同位置形成全息影像；因此，当用户移动时，只要通过人眼追踪单元确定人眼位置，并控制相应的光源和成像区进行全息显示，即可使用户在很大范围内持续看到全息影像，从而扩大可视范围大，并且允许多人同时观看(不同人分别对应不同的成像区和光源)。

附图说明

图1为本发明的实施例的一种全息显示装置的结构示意图；

图2为图1的全息显示装置在另一种显示状态下的结构示意图；

图3为图1的全息显示装置在另一种显示状态下的结构示意图；

图4为本发明的实施例的另一种全息显示装置的结构示意图；

图5为本发明的实施例的一种全息显示装置中使用的扩束准直透镜的结构示意图；

图6为本发明的实施例的一种全息显示装置中几种彩色光源阵列形式的示意图；

图7为本发明的实施例的一种全息显示装置中空间光调制器的成像区划分示意图；

图8为本发明的实施例的另一种全息显示装置中空间光调制器的成像区划分示意图；

其中，附图标记为：1、空间光调制器；11、成像区；2、光源；3、人眼追踪单元；4、控制单元；51、扩束准直透镜；52、液晶透镜；9、全息影像。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1至图8所示，本实施例提供一种全息显示装置，其包括：

成像单元，其分为多个成像区11，每个成像区11用于独立的形成全息影像9；

光源单元，其包括多个排成阵列的光源2，用于为成像单元提供光；

人眼追踪单元3，其用于确定人眼位置；

控制单元4，用于根据人眼位置控制至少部分光源2和成像区11开启进行全息显示，其中，开启的光源2发出的光经过开启的成像区11后能射向人眼位置。

如图1所示，本实施例的全息显示装置中，光源单元包括多个用于发光的光源2，这些光源2排成阵列的形式，例如排成矩阵。

相应的，成像单元设于光源单元的出光侧，其可利用光源单元发出的形成全息影像9，本实施例中的成像单元被划分为多个成像区11，每个成像区11可独立的形成全息影像9。其中，成像区11的划分方式是多样的，可如图7所示，成像单元按照网格的形式被划分为多个“块”，每个块为一个成像区11；或者也可如图8所示，成像单元被划分为多“条”，每个条为一个成像区11。

显然，光源单元的阵列中，不同位置的光源2发出的光经同一个成像区11后会射向不同位置，即会在不同位置形成全息影像9。因此，如图1至图3所示，当用户移动时，只要通过人眼追踪单元3确定人眼位置，并控制相应的光源2和成像区11进行全息显示，即可使用户在很大范围内持续看到全息影像9，从而扩大可视范围，并且允许多人同时观看(不同人分别对应不同的成像区11和光源2)。

当然，当一个确定的成像区11要在确定位置形成全息影像9时，其可以只利用一个光源2发出的光，也可同时利用多个光源2发出的光。

当然，还可能存在不同光源2发出的光分别经过不同成像区11后，可在同一个位置形成全息影像9的情况；在此情况下，可根据人眼位置确定出显示效果较好的光源2和成像区11进行成像，或者也可采用其它方式确定成像的光源2和成像区11(如持续使用此前开启的光源2和成像区11，直到它们无法成像为止)。

优选的，作为本实施例的一种方式，成像单元为空间光调制器1，空间光调制器1分为多个成像区11。

也就是说，可如图1至图3所示，用一个空间光调制器1(SLM)作为用于形成全息影像9的器件，且该空间光调制器1被划分为多个可被独立控制的区域，每个区域都可接收光源2的光并独立形成全息影像9，即每个区域为一个成像区11。这种形式的成像单元实际为一个空间光调制器1，故其各成像区11之间没有间隙，紧密相接，不存在死角。

优选的，作为本实施例的另一种方式，成像单元包括多个空间光调制器1，每个空间光调制器1为一个成像区11。

也就是说，也可如图4所示，成像单元是由多个独立的空间光调制器1组合而成的，其中每个空间光调制器1即为一个成像区11，而各空间光调制器1按预定的方式“拼”在一起形成成像单元。这样，多个空间光调制器1是分开的，其便于控制，且出光范围容易区分。

更优选的，以上空间光调制器1为液晶空间光调制器1(LCD-SLM)。

优选的，本实施例的全息显示装置还包括：设于光源单元和成像单元间的第一调整单元，其用于对来自光源单元的光进行扩束和准直。

更优选的，调整单元包括多组扩束准直透镜51。

由于空间光调制器1等成像单元一般需要准直光才能实现全息显示，故如图1至图4所示，优选可设置第一调整单元，用于对光源单元发出的光进行扩束和准直。其中，第一调整单元优选采用扩束准直透镜51的形式，每组扩束准直透镜51可由如图5所示的一大一小两个透镜组成，其可用很简单的方式实现对光的调整。其中，可以是每个成像区11对应一组扩束准直透镜51，或者也可是多个相邻的成像区11对应一组扩束准直透镜51。

优选的，全息显示装置还包括：设于成像单元出光侧的第二调整单元，其用于对成像单元射出的光进行汇聚。

更优选的，第二调整单元包括多个液晶透镜52和/或光学凸透镜。

也就是说，可如图1至图3所示，在成像单元的出光侧，也设有用于调整光线的单元以改善显示效果，该单元优选为用于汇聚光线的液晶透镜52或光学凸透镜。当然，此时也可以是每个成像区11对应一个液晶透镜52或光学凸透镜，或者是多个相邻的成像区11对应一个液晶透镜52或光学凸透镜。

当然，以上的第一调整单元、第二调整单元也可没有，例如图4所示的全息显示装置中就不包括场透镜。

优选的，光源单元包括多种不同颜色的光源2。

也就是说，阵列中的光源2可分为多种不同的颜色(如红色、绿色、蓝色)，从而全息显示装置可实现彩色显示。其中，如图6所示，不同颜色的光源2在阵列中的具体分布方式是多样的，在此不再详细描述。

优选的，光源2为发光二极管或激光光源。

也就是说，具体可采用发光二极管(LED)或激光光源作为实际的发光源。当然，此时的光源2并不限定为彩色，单一颜色的光源2也可为发光二极管或激光光源的形式。

优选的，人眼追踪单元3可包括摄像头、眼动仪、红外感应器中的任意一种。其中，摄像头可采集图像，再分析图像找到其中的人眼并确定人眼位置；而眼动仪则可直接追踪人眼的位置；红外感应器则可根据人眼发射的红外线确定人眼位置。

其中，控制单元4用于根据人眼位置控制至少部分光源2和成像区11开启进行全息显示，即控制部分成像区11和相应光源2开启，保证当前开启的光源2发出的光经过开启的成像区11后可射向当前人眼所在位置，以使用户在不同位置都可看到全息影像9，扩大可视范围，并允许多人同时观看。

实施例2：

本实施例提供一种全息显示装置的显示方法，其所用的全息显示装置为上述的显示装置；该显示方法具体包括：

人眼追踪单元用于确定人眼位置；

控制单元根据人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。

也就是说，当利用以上的全息显示装置进行显示时，应不断利用人眼追踪单元确定人眼的位置，并根据当前人眼的位置选择部分光源和成像区进行全息显示，保证当前开启的光源的光经过当前开启的成像区后，可射向当前人眼所在的位置，也就是保证用户可随时看到全息影像。

显然，当多人同时观看时，则人眼追踪单元可追踪到多个人眼位置，此时只要同时开启多个成像区和相应的光源，则可实现多人同时看到全息影像的效果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种全息显示装置，其特征在于，包括：

成像单元，其分为多个成像区，每个成像区用于独立的形成全息影像；

光源单元，其包括多个排成阵列的光源，用于为所述成像单元提供光；

人眼追踪单元，其用于确定人眼位置；

控制单元，用于根据所述人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。

2.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

所述成像单元为空间光调制器，所述空间光调制器分为多个成像区。

3.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

所述成像单元包括多个空间光调制器，每个空间光调制器为一个成像区。

4.根据权利要求2或3所述的全息显示装置，其特征在于，

所述空间光调制器为液晶空间光调制器。

5.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，还包括：

设于光源单元和成像单元间的第一调整单元，其用于对来自光源单元的光进行扩束和准直。

6.根据权利要求5所述的全息显示装置，其特征在于，

所述第一调整单元包括多组扩束准直透镜。

7.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，还包括：

设于成像单元出光侧的第二调整单元，其用于对成像单元射出的光进行汇聚。

8.根据权利要求7所述的全息显示装置，其特征在于，

所述第二调整单元包括多个液晶透镜和/或光学凸透镜。

9.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

所述人眼追踪单元包括摄像头、眼动仪、红外传感器中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

所述光源单元包括多种不同颜色的光源。

11.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

所述光源为发光二极管或激光光源。

12.一种全息显示装置的显示方法，其特征在于，所述全息显示装置为权利要求1至11中任意一项所述的全息显示装置，所述显示方法包括：

人眼追踪单元用于确定人眼位置；

控制单元根据所述人眼位置控制至少部分光源和成像区开启进行全息显示，其中，开启的光源发出的光经过开启的成像区后能射向人眼位置。