CN107797436A - 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观看视角窄的问题。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，其包括多个光源模块，每个光源模块用于为一个成像区提供光，各光源模块发出光的光经过对应的成像区后指向同一个观看位置；人眼追踪单元，用于确定人眼的朝向；控制单元，用于根据所述人眼的朝向控制各光源单元和成像区进行全息显示。

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。

发明内容

本发明至少部分解决现有的全息显示装置观看视角窄的问题，提供一种可扩大观看视角的全息显示装置。

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，其包括多个光源模块，每个光源模块用于为一个成像区提供光，各光源模块发出光的光经过对应的成像区后指向同一个观看位置；

人眼追踪单元，用于确定人眼的朝向；

控制单元，用于根据所述人眼的朝向控制各光源单元和成像区进行全息显示。

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，所述调整单元包括多组扩束准直透镜。

优选的是，所述成像单元的出光侧为曲面。

进一步优选的是，所述曲面为凹弧面。

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，每个所述光源模块包括多个不同颜色的光源。

进一步优选的是，每个所述光源模块中，每种颜色的光源为一个；所述光源模块还包括半透半反镜，其中一个光源发出的光穿过半透半反镜后指向光源模块的出光方向，其它每个光源发出的光分别经一个半透半反镜反射后指向光源模块的出光方向。

优选的是，每个所述光源模块包括光源，所示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显示装置；所述显示方法包括：

所述人眼追踪单元确定人眼的朝向；

所述控制单元控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示。

本发明的全息显示装置的成像单元分为多个可独立形成全息影像的成像区，且各光源模块发出光的光经过对应成像区后都指向观看位置，故在观看位置处，在多个方向上可分别看到不同成像区形成的全息影像；由此，人眼追踪单元在确定人眼朝向后，控制单元可控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示，从而使用户的眼睛朝向在一定范围内改变时可持续的看到全息影像，扩大观看视角范围，提高观看自由度。

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为本发明的实施例的另一种全息显示装置的结构示意图；

图3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4为本发明的实施例的一种全息显示装置中的扩束准直透镜的结构示意图；

图5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6为本发明的实施例的一种全息显示装置中的光源模块的结构示意图；

图7为本发明的实施例的一种全息显示装置中成像单元的成像区的划分情况示意图；

图8为本发明的实施例的另一种全息显示装置中成像单元的成像区的划分情况示意图；

其中，附图标记为：1、空间光调制器；11、成像区；2、光源模块；21、光源；22、半反半透镜；3、人眼追踪单元；4、控制单元；5、扩束准直透镜；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：

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，每个成像区用于独立的形成全息影像；

光源单元，其包括多个光源模块，每个光源模块用于为一个成像区提供光，各光源模块发出的光经过对应的成像区后指向同一个观看位置；

人眼追踪单元，用于确定人眼的朝向；

控制单元，用于根据人眼的朝向控制各光源单元和成像区进行全息显示。

本实施例的全息显示装置的成像单元分为多个可独立形成全息影像的成像区，且各成像区朝向不同，从而各光源模块发出的光经过对应成像区后不是相互平行，而是都指向相同的观看位置，故在观看位置处，在多个方向上可分别看到不同成像区形成的全息影像；由此，人眼追踪单元在确定人眼朝向后，控制单元可控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示，从而使用户的眼睛朝向在一定范围内改变时可持续的看到全息影像，扩大观看视角范围，提高观看自由度。

实施例2：

如图1至图8所示，本实施例提供一种全息显示装置，其具有与实施例1的全息显示装置类似的结构。

本实施例中，成像单元的出光侧为曲面，更优选为凹弧面。

也就是说，如图1、图2所示，以上成像单元的出光侧(即远离光源单元的一侧)优选为光滑、连续的曲面，而每个成像区11则为该曲面的一部分，故通过调整曲面的形状即可改变各成像区11的出光方向。其中，为保证各成像区11的出光可指向相同的观看位置，故以上曲面优选为凹曲面(例如球面的一部分)，当然，此时观看位置应位于凹曲面的凹侧(例如位于球面的球心)。

其中，以上成像单元的成像区11的划分方式可以是多样的，其可如图7所示分成网格状的多“块”，也可如图8所示分成多“条”，在此不再详细描述。

具体的，为实现成像区11的划分，以上成像单元可为空间光调制器1，空间光调制器1分为多个成像区11。

也就是说，如图1所示，可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，每个区域接收一个光源模块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，可更容易的实现连续的观看视角。

或者，作为本实施例的另一种形式，以上成像单元也可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2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。

当然，如果要使成像单元的出光侧为曲面，则以上每个空间光调制器1也都应当是曲面的，且它们应当紧密的拼接在一起。

当然，只要能实现各成像区11的出光在观看位置汇合，空间光调制器1也可采用其它形式：例如，也可如图3所示，每个空间光调制器1的出光面为平面，从而成像单元的出光侧即为多个平面构成的弯折面；再如，相邻空间光调制器1的边缘间也可具有空隙，即相邻空间光调制器1也可不是紧邻在一起的。

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5。

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，故优选可设置调整单元，用于对光源单元发出的光进行扩束和准直。其中，调整单元优选采用扩束准直透镜5的形式，每组扩束准直透镜5可由如图4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，可如图1至图3所示，每个光源模块2(即每个成像区11)对应一组扩束准直透镜5，或者也可如图5所示，在光的方向差别不大的情况下，多个相邻的光源模块2(成像区11)对应一组扩束准直透镜5。

优选的，每个光源模块2包括多个不同颜色的光源21。

也就是说，每个光源模块2可包括多个不同颜色的光源21，从而可形成彩色的全息影像9。

更优选的，每种颜色的光源21为一个；光源模块2还包括半透半反镜22，其中一个光源21发出的光穿过半透半反镜22后指向光源模块2的出光方向，其它每个光源21发出的光分别经一个半透半反镜22反射后指向光源模块2的出光方向。

也就是说，如图6所示，对于以上多种颜色的光源21，在每个光源模块2中，为保证其中方的各光源21从同一个位置出光，故可在光源模块2中增加半透半反镜，其中一个光源21的光经过半透半反镜22后直接射出，而其它光源21的光经过不同的半透半反镜22分别反射后，也都可从同样的位置射出，从而形成彩色全息影像9或不同颜色的单色全息影像9。当然，光源模块2也可为其它形式，例如一个光源模块2中，同种颜色的光源21可有多个；再如，光源模块2中也可没有半透半反镜22，而是不同颜色的光源21设于比较临近的位置；再如，光源21也可只有一种颜色，从而形成的全息影像9是单色的。

其中，光源21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21并不限定为彩色，单一颜色的光源21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朝向；而眼动仪则可直接追踪人眼的朝向；；红外感应器则可根据人眼发射的红外线确定人眼朝向；。

其中，控制单元4用于根据人眼的朝向控制各光源单元和成像区11进行全息显示，即可控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区11进行全息显示，从而使用户的眼睛朝向在一定范围内改变时可持续的看到全息影像9，扩大观看视角范围，提高观看自由度。

实施例3：

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：

人眼追踪单元确定人眼的朝向；

控制单元控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示。

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朝向，并随时控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示，从而使用户的眼睛朝向在一定范围内改变时可持续的看到全息影像，扩大观看视角范围，提高观看自由度。

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 (13)

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，其包括多个光源模块，每个光源模块用于为一个成像区提供光，各光源模块发出光的光经过对应的成像区后指向同一个观看位置；

人眼追踪单元，用于确定人眼的朝向；

控制单元，用于根据所述人眼的朝向控制各光源单元和成像区进行全息显示。

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，

所述成像单元的出光侧为曲面。

8.根据权利要求7所述的全息显示装置，其特征在于，

所述曲面为凹弧面。

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，

每个所述光源模块包括多个不同颜色的光源。

11.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，

每个所述光源模块中，每种颜色的光源为一个；

所述光源模块还包括半透半反镜，其中一个光源发出的光穿过半透半反镜后指向光源模块的出光方向，其它每个光源发出的光分别经一个半透半反镜反射后指向光源模块的出光方向。

12.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，

每个所述光源模块包括光源，所示光源为发光二极管或激光光源。

13.一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12中任意一项所述的显示装置；所述显示方法包括：

所述人眼追踪单元确定人眼的朝向；

所述控制单元控制对应当前人眼朝向方向的光源单元和成像区进行全息显示。