CN107966892B - 一种全息显示装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种全息显示装置及其控制方法，涉及显示技术领域，能够增大全息显示观看范围受限的问题。该全息显示装置包括光源、空间光调制器、第一导光器、第二导光器、定位器以及方向控制器。空间光调制器在写入信号的控制下，将所述光源提供的读出光进行调制并出射输出光。定位器对观测位置进行检测。方向控制器根据观测位置设定输出光的光路，并根据光路分别向第一导光器和第二导光器输出控制信号。第一导光器接收控制信号，并将输出光沿光路导入至第二导光器。第二导光器接收控制信号，并将第一导光器汇聚的出射光沿光路导入至观测位置。

Description

一种全息显示装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息显示装置及其控制方法。
背景技术
随着3D(Dimension，维度)显示技术日益普及和使用，全息显示技术逐渐进入到人们的生活和工作当中。全息再现技术是不同于视差立体显示技术，具有景深大、不会产生眩晕等诸多优势。
通常全息显示包括全息图像的记录以及全息图像再现过程，在此基础上，为了实现动态全息显示，可以通过全息计算执行全息图像的记录过程，并得出全息图像编码数据。接下来，将上述编码数据输入至如图1a所示的全息显示器10中进行全息图像的再现。然而上述动态全息再现技术的发展也受到硬件条件的制约，该技术需要数据处理系统迅速进行大量的运算。
传统意义上的全息再现如图1a所示，虽然可以形成较大的观察区域F，但是在这个大的观察区域F中，除了进入瞳孔的两个视窗11所在的区域以外，其余区域均不能被观测到，从而造成信息浪费。基于此，现有技术中采用仅计算对两眼视窗11所在区域有贡献的全息图信息，并藉由眼球追踪技术追踪眼球位置的方案，如图1b所示，使得再现的全息图像全部或大部分入射至两个视窗11所在的区域，以使观看者享受真正的全息立体图像。这样一来，减少了运算的数据量。然而，上述方案虽然减少了计算量，但同时又会造成用户只能在两眼视窗11所在区域观看全息图像，从而使得观看者移动范围受限。
发明内容
本发明的实施例提供一种全息显示装置及其控制方法，能够增大全息显示观看范围受限的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的一方面，提供一种全息显示装置，包括光源、空间光调制器、第一导光器、第二导光器、定位器以及方向控制器；所述空间光调制器设置于所述光源的出光侧，用于在写入信号的控制下，将所述光源提供的读出光进行调制并出射输出光；所述定位器与所述方向控制器相连接，用于对观测位置进行检测；所述方向控制器还连接所述第一导光器和所述第二导光器，用于根据所述观测位置设定所述输出光的光路，并根据所述光路分别向所述第一导光器和所述第二导光器输出控制信号；其中，所述光路与所述观测位置相匹配；所述第一导光器、所述第二导光器依次设置于所述空间光调制器的出光侧；所述第一导光器用于接收所述控制信号，并将所述输出光沿所述光路导入至所述第二导光器；所述第二导光器用于接收所述控制信号，并将所述第一导光器汇聚的出射光沿所述光路导入至所述观测位置。
优选的，所述第一导光器包括第一透镜，以及设置于所述第一透镜出光侧的针孔滤波器，所述针孔滤波器上设置有至少一个针孔；所述第一透镜与所述方向控制器相连接，所述第一透镜用于将所述输出光导入至所述针孔滤波器的一个所述针孔中。
优选的，所述第二导光器包括至少一个凹面反射镜；每一个所述凹面反射镜与所述方向控制器相连接，一个所述凹面反射镜用于将一针孔处的出射光反射至所述观测位置。
优选的，所述第二导光器还包括设置于所述针孔滤波器出光侧的透镜组，所述透镜组包括一个或至少两个并排设置的第二透镜；所述凹面反射镜设置于所述透镜组的非光线传输面；所述凹面反射镜和所述第二透镜的数量之和与所述针孔的数量相同；每一个所述第二透镜与所述方向控制器相连接，一个所述第二透镜用于将一针孔处的出射光汇聚至一观测位置。
优选的，所述凹面反射镜为球面反射镜。
优选的，所述球面反射镜与所述透镜组中心重合。
优选的，所述第二透镜为凸透镜。
优选的，所述第一导光器还包括第三透镜；所述第三透镜设置于所述针孔滤波器靠近所述第一透镜的一侧，且位于所述针孔滤波器的针孔位置处，所述第三透镜用于对所述第一透镜的出射光进行汇聚。
优选的，所述第一透镜为液晶透镜或凸透镜。
优选的，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
优选的，所述光源包括激光发射器以及设置于所述激光发射器出光侧的扩束准直透镜；或者，所述光源包括LED光源。
本发明实施例的另一方面，提供一种控制如上所述的任意一种全息显示装置的方法，所述方法包括空间光调制器在写入信号的控制下，将光源提供的读出光进行调制并出射输出光；定位器对观测位置进行检测；方向控制器根据所述观测位置设定所述输出光的光路，并根据所述光路分别向第一导光器和第二导光器输出控制信号；其中，所述光路与所述检测位置相匹配；所述第一导光器接收所述控制信号，并将所述输出光沿所述光路导入至所述第二导光器；所述第二导光器接收所述控制信号，并将所述第一导光汇聚的出射光沿所述光路导入至所述观测位置。
优选的，当所述定位器对至少两个观测位置进行检测，且第一导光器包括第一透镜和针孔滤波器，所述第二导光器包括至少两个凹面反射镜，所述凹面反射镜的数量与该针孔滤波器上的针孔的数量相同时，所述定位器对观测位置进行检测之后，所述方法包括：所述方向控制器根据多个观测位置，分别设定与所述观测位置一一匹配的多个光路，并根据所述光路分别向所述第一透镜和所述凹面反射镜输出控制信号；所述第一透镜接收所述控制信号，并沿不同的光路依次将所述输出光导入至每一个针孔中，通过所述针孔的光线沿一光路传输至一凹面反射镜；该凹面反射镜接收所述控制信号，并将入射至该凹面反射镜的光线反射至与所述光路相匹配的观测位置处。
优选的，当所述定位器对出至少两个观测位置进行检测，且第一导光器包括第一透镜和针孔滤波器，所述第二导光器包括透镜组，以及位于所述透镜组的非光线传输面的凹面反射镜，且所述凹面反射镜和所述第二透镜的数量之和与所述针孔的数量相同时，所述定位器对观测位置进行检测之后，所述方法包括：所述方向控制器根据多个观测位置，分别设定与所述观测位置一一匹配的多个光路，并根据所述光路分别向所述第一透镜、所述第二透镜以及所述凹面反射镜输出控制信号；所述第一透镜接收所述控制信号，并沿不同的光路依次将所述输出光导入至每一个针孔中，通过所述针孔的光线沿一光路传输至一第二透镜或一凹面反射镜；该第二透镜接收所述控制信号，并将入射至该第二透镜的光线汇聚至与一光路相匹配的观测位置处；该凹面反射镜接收所述控制信号，并将入射至该凹面反射镜的光线反射至与另一光路相匹配的观测位置处。
本发明实施例提供一种全息显示装置及其控制方法，该全息显示装置，包括光源、空间光调制器、第一导光器、第二导光器、定位器以及方向控制器。其中，空间光调制器设置于光源的出光侧，用于在写入信号的控制下，将光源提供的读出光进行调制并出射输出光。定位器与方向控制器相连接，用于对观测位置进行检测。方向控制器还连接第一导光器和第二导光器，用于根据观测位置设定输出光的光路，并根据光路分别向第一导光器和第二导光器输出控制信号，其中，所述光路与检测位置相匹配。第一导光器、第二导光器依次设置于空间光调制器的出光侧，第一导光器用于接收控制信号，并将输出光沿光路导入至第二导光器。第二导光器用于接收控制信号，并将第一导光汇聚的出射光沿光路导入至观测位置。
综上所述，光源提供的读出光能够经过空间光调制器后实现全息图像的再现，即全息显示。而构成全息图像的上述输出光可以通过第一导光器和第二导光器沿方向控制器设定的光路入射至观测位置，从而使得位于观测位置处的用户能够观测到由上述输出光构成的全息图像。在此情况下，当用户处于的观测位置发生变化时，定位器能够将更新后的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与更新后的观测位置相匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用，将上述输出光沿更新后的光路输出至于该光路相匹配的观测位置处。这样一来，当用户观看全息显示的观测位置发生变化后，输出光的传播路径也相应发生变化，并最终传输至变化后的观测位置，从而不再受到现有技术中视窗位置的限制，提高了全息显示的观看范围。此外，当具有多个用户进行观测时，定位器能够将不同的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与多个观测位置一一匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用下，将上述输出光逐个沿不同的光路输出至于各个光路相匹配的观测位置处。基于此，虽然位于不同观测位置的用户接受到全息图像的时间不同步，但由于人体的大脑对看到的图像具有视觉暂留功能，因此用户不会感觉到上述信号传输的差异，从而达到多人同步观看的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为现有技术提供的一种全息显示装置的全息显示示意图；
图1b为现有技术提供的另一种全息显示装置的全息显示示意图；
图2为本发明实施例提供的一种全息显示装置的结构示意图；
图3为图2中第一导光器和第二导光器的一种具体结构示意图；
图4为图2中第一导光器和第二导光器的另一种具体结构示意图；
图5为观测位置发生变化后，将图4中凹面反射镜进行偏转的示意图；
图6为图2中第一导光器和第二导光器的又一种具体结构示意图；
图7为图2中第一导光器和第二导光器的再一种具体结构示意图；
图8为图6中凹面反射镜和棱镜组的设置位置示意图；
图9为本发明实施例提供的一种全息显示装置的控制过程流程图。
附图标记：
01-全息图像；10-全息显示器；11-视窗；20-光源；201-激光发射器；202-扩束准直透镜；21-空间光调制器；22-第一导光器；220-第一透镜；221-针孔滤波器；2210-针孔；222-第三透镜；23-第二导光器；231-凹面反射镜；24-定位器；25-方向控制器；30-透镜组；232-第二透镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种全息显示装置，如图2所示，包括光源20、空间光调制器21(英文全称：Spatial Light Modulator，英文简称：SLM)、第一导光器22、第二导光器23、定位器24以及方向控制器25。
其中，空间光调制器21设置于光源20的出光侧，该空间光调制器21用于在写入信号的控制下，将光源20提供的读出光进行调制并出射输出光。
需要说明的是，上述空间光调制器21是一种对光波的空间分布进行调制的器件。具体的，该空间光调制器21上设置有多个独立的小单元，可以称之为空间光调制器21的像素。上述写入信号包括含有控制上述像素的信息，并将上述信息通过寻址(addressing)传送到相应像素位置上去，从而可以在上述写入信号的控制下，对光波的一些参数，例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制，以将写入信号所荷载的信息通过上述寻址过程写进读出光之中的器件。上述写入信号可能是光学信号，或电学信号。
进一步优选的，上述空间光调制器21可以为液晶空间光调制器。具体的，可以将液晶层作为光调制材料，在液晶层上各区域施加不同的电场，以引起液晶分子排列方向和位置的变化，从而导致其光学性质的变化。
此外，上述定位器24与方向控制器25相连接，用于对观测位置(例如，观测位置A或观测位置B)进行检测。其中，上述观测位置为用户的眼睛所在的位置。
需要说明的是，上述定位器24可以为摄像头，通过该摄像头可以对用户的视线或眼球进行追踪，从而达到确定出用户眼睛的位置，达到检测上述观测位置的目的。
此外，方向控制器25还连接第一导光器22和第二导光器23，该方向控制器25用于根据上述观测位置A(和/或观测位置B)设定该输出光的光路①(和/或光路②)，并根据上述光路分别向第一导光器22和第二导光器23输出控制信号。
其中，上述光路是指由空间光调制器21出射的输出光的传播路径。该光路与观测位置相匹配。例如，光路①与观测位置A相匹配，从而可以使得空间光调制器21出射的输出光沿光路①传播，最终入射至位于观测位置A的用户的眼睛。或者，光路②与观测位置B相匹配，从而可以使得空间光调制器21出射的输出光沿光路②传播，最终入射至位于观测位置B的用户的眼睛。
在此基础上，第一导光器22、第二导光器23依次设置于空间光调制器21的出光侧。该第一导光器22用于接收上述控制信号，并将输出光沿光路①(或光路②)导入至第二导光器23。第二导光器23用于接收上述控制信号，并将第一导光器22汇聚的出射光沿上述光路①(或光路②)导入至观测位置A(或观测位置B)。
综上所述，光源提供的读出光能够经过空间光调制器后实现全息图像的再现，即全息显示。而构成全息图像的上述输出光可以通过第一导光器和第二导光器沿方向控制器设定的光路入射至观测位置，从而使得位于观测位置处的用户能够观测到由上述输出光构成的全息图像。在此情况下，当用户处于的观测位置发生变化时，定位器能够将更新后的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与更新后的观测位置相匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用，将上述输出光沿更新后的光路输出至于该光路相匹配的观测位置处。这样一来，当用户观看全息显示的观测位置发生变化后，输出光的传播路径也相应发生变化，并最终传输至变化后的观测位置，从而不再受到现有技术中视窗位置的限制，提高了全息显示的观看范围。此外，当具有多个用户进行观测时，定位器能够将不同的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与多个观测位置一一匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用下，将上述输出光依次沿不同的光路输出至于各个光路相匹配的观测位置处。基于此，虽然位于不同观测位置的用户接受到全息图像的时间不同步，但由于人体的大脑对看到的图像具有视觉暂留功能，因此用户不会感觉到上述信号传输的差异，从而达到多人同步观看的效果。
以下对上述第一导光器22的结构进行详细的说明。
具体的，如图3所示，第一导光器22包括第一透镜220，以及设置于第一透镜220出光侧的针孔滤波器221，该针孔滤波器221上设置有至少一个针孔2210。
需要说明的是，由于空间光调制器21调制出的光线具有多个衍射级别的衍射波，其中±1级的衍射波的强度较大，其余衍射级的衍射波强度较弱不利于全息再现，因此通过上述针孔滤波器221可以利用其上的针孔2210对入射光进行滤波处理，以输出需要的衍射级波，例如上述±1级衍射波，从而有利于全息再现。
其中，该第一透镜220与方向控制器25相连接，该方向控制器25可以控制第一透镜220出射光线的偏转角度。具体的，当第一透镜220为凸透镜时，上述方向控制器25可以控制该凸透镜的偏转角度，达到控制其出射光线偏转角度的目的。
或者，上述第一透镜220为液晶透镜，所述液晶透镜具有调节焦距和出光方向的作用。通过所述方向控制器25控制液晶透镜调节出光方向和焦距，最终达到控制该液晶透镜出射光线偏转角度的目的。
基于此，上述第一透镜220能够将空间光调制器21出射的输出光导入至针孔滤波器221的一个针孔2210中，由于针孔2210仅允许需要的衍射级通过，从而通过针孔2210可以对第一透镜220输出光线的路径进行限定，使得该第一透镜220输出光线沿与观测位置(例如观测位置A)相匹配的路径传输至上述第二导光器23。
进一步的，为了尽可能使得第一透镜220输出光线均能够入射至上述针孔2210中，以降低光线在传输过程中的损失。优选的，该第一导光器22还包括第三透镜222。
具体的，该第三透镜222设置于针孔滤波器221靠近第一透镜220的一侧，且位于针孔滤波器221的针孔2210位置处，该第三透镜222用于对第一透镜220的出射光进行汇聚，从而在第三透镜222的汇聚作用下使得第一透镜220输出的大部分或全部光线能够通过针孔2210传输至上述第二导光器23。其中，上述第三透镜222可以采用凸透镜。
在此基础上，当第一导光器22的结构如上所述时，第二导光器23的结构可以包括至少一个如图3所示的凹面反射镜231。
每一个凹面反射镜231与方向控制器25相连接，从而可以通过方向控制器25控制凹面反射镜231的偏转方向。其中，一个凹面反射镜231用于将一针孔2210处的出射光反射至观测位置(例如观测位置A)。
由于凹面反射镜231在反射的过程中能够对光线进行汇聚，从而能够提高入射至人眼的光线数量。此外，为了进一步提高反射汇聚的效果，优选的凹面反射镜231可以为球面反射镜。
此外，上述球面反射镜可以如图3所示沿旋转中心O-O’进行360度旋转，从而当用户的观测位置发生变化时，通过方向控制器25控制球面反射镜的旋转角度，使得该球面反射镜反射的光线最终汇入到变更后的观测位置处。这样一来，用户无需再固定的位置观看再现的全息显示图像01，因此能够扩大用户的观看范围。
需要说明的是，本申请可以根据观看全息显示的用户的数量，对上述第一导光器22和第二导光器23的内部结构进行调整。
具体的，例如，如图4所示，当有两个分别位于两个不同观测位置，即观测位置A和观测位置B的用户时，上述第一导光器22中的针孔滤波器221上设置有两个针孔2210，且第二导光器23由两个分别设置于针孔滤波器221上、下两侧的凹面反射镜231构成。
具体的，第一透镜220发出的光线可以沿与观测位置A相匹配的光路，先经过上方的一个针孔2210入射至位于上方的凹面反射镜231的反射面，并经过该凹面反射镜231的反射和汇聚，将光线入射至位于观测位置A的用户的眼睛中。接下来，第一透镜220发出的光线再沿与观测位置B相匹配的光路，经过下方的一个针孔2210入射至位于下方的凹面反射镜231的反射面，并经过该凹面反射镜231的反射和汇聚，将光线入射至位于观测位置B的用户的眼睛中。综上所述，多个位于不同观测位置的用户观看全息显示时，通过上述第一导光器22和第二导光器23可以依次接受到空间光调制器21出射的输出光，从而能够依次观看到再现的全息图像01。
在此基础上，当上述两个用户的观测位置发生变化时，例如，如图5所示，观测位置为位于上方的观测位置C和位于下方的观测位置D时，可以通过定位器24，例如摄像头利用视线追踪技术分别对两个用户的视线进行跟踪，并检测出上述观测位置C和观测位置D，以使得方向控制器25能够根据定位器24的检测结果，分别控制位于针孔滤波器221上方和下方的凹面反射镜231的偏转方向，使得第一透镜220发出的光线可以沿与观测位置C相匹配的光路，先经过上方的一个针孔2210入射至位于上方的偏转后的凹面反射镜231的反射面，并经过该凹面反射镜231的反射和汇聚，将光线入射至位于观测位置C的用户的眼睛中。接下来，第一透镜220发出的光线沿与观测位置D相匹配的光路，再经过下方的一个针孔2210入射至位于下方的发生偏转后的凹面反射镜231的反射面，并经过该凹面反射镜231的反射和汇聚，将光线入射至位于观测位置D的用户的眼睛中。这样一来，一方面，能够满足多人观看全息显示的目的，另一方面，由于用户无需再固定的位置观看再现的全息显示图像01，因此能够扩大用户的观看范围。
需要说明的是，本申请中关于位置的限定描述，例如“上”、“下”均是以附图中全息显示装置的放置位置为例进行的说明。当该全息显示装置的方式位置发生变化时，上述位置限定描述相应的会发生变化，此处不再赘述。
综上所述，当观看全息显示的用户的数量增加时，可以相应的增加上述针孔滤波器221上的针孔2210以及凹面反射镜231的数量，以使得在一组针孔2210与凹面反射镜231的导光作用下，将第一透镜220发出的光线沿与一观测位置相匹配的光路进行传播，并最终将光线传输至位于该观测位置的用户眼睛中。
当有多个用户同时观看，可选实施例，某一时刻可将同一帧画面快速的在多个针孔2210间进行切换，利用人眼的视觉暂留效应使多个人几乎同时看到同一帧画面。下一时刻又将下一帧画面快速的在多个针孔2210间进行切换，从而可以使多个用户同时看到连续的画面，实现多人同时观看的效果。
然而，当用户的数量过多时，需要设置的凹面反射镜231的数量也会增加，这样一来，在方向控制器25的控制下，发生偏转的多个凹面反射镜231的反射光的传播路径会出现交叠，从而对全息画面01造成干扰，降低显示效果。
为了解决上述问题，当第一导光器22的结构如上所述时，第二导光器23的结构可以如图6或图7所示，包括设置于针孔滤波器221出光侧的透镜组30。该透镜组30如图6所示可以包括一个第二透镜232，或者该透镜组30如图7所示可以包括至少两个并排设置的第二透镜232。
需要说明的是，上述至少两个第二透镜232并排设置是指，多个第二透镜232的中心位于同一平面内。
在此基础上，可以将凹面反射镜231设置于透镜组30的非光线传输面。其中，透镜组30的非光线传输面是指透镜组30除了入光侧所在的表面和出光测所在的表面以外的，其他与光线传输路径无关的表面，例如如图6或7所示的该透镜组30的上面和下面。
此外，凹面反射镜231和第二透镜232的数量之和与针孔2210的数量相同。这样一来，一个针孔2210中出射的光线会沿与不同观测位置相匹配的光路，传输至凹面反射镜231或第二透镜232。因此，针孔2210的数量与观测位置的数量相等。
在此基础上，每一个第二透镜232可以与上述方向控制器25相连接，从而使得方向控制器25可以单独对每一个第二透镜232的偏转方向进行调节。其中，该第二透镜232可以采用凸透镜，可以对该凸透镜的偏转方向进行控制。基于此，一个上述第二透镜232用于将一针孔2210处的出射光汇聚至一观测位置。
这样一来，上述透镜组30可以通过该透镜组30中的各个第二透镜232，将全息图像汇聚至位于该全息显示装置中间位置的用户眼睛中。而凹面反射镜231将全息图像汇聚至位于除了上述中间位置以外的，其余位置例如该全息显示装置边缘位置的用户眼睛中。
因此，优选的，可以如图6或图7所示在针孔滤波器221上、下两侧均设置上述凹面反射镜231。从而进一步增加观看用户的数量。此外，当在针孔滤波器221上、下两侧均设置上述凹面反射镜231时，如图7所示，通过控制凹面反射镜231的偏转角度，可以使得部分用户可以位于全息显示装置的背面对全息图像01进行观看。这样一来，当观看人数较多时，用户可以围绕于全息显示装置的一周，从而可以避免拥挤。例如，当该全息显示装置应用于博物馆的透明展台中，用于再现一文物的全息图像01时，参观者可以分布于该展台的一周进行观看，而无需拥挤在全息显示装置的正前方，从而提高了观影舒适度。
进一步的，在凹面反射镜231为球面反射镜的情况下，为了在方向控制器25的控制下，使得偏转后的球面反射镜和透镜组30的出射光线叠加的几率减小。优选的，如图8所示透镜组30与球面反射镜的中心(O-O’)重合。
此外，当第一导光器22的结构如上所述时，上述第二导光器23的结构可以仅包括如图7所示的透镜组30。此时，透镜组30中第二透镜232的数量与针孔2210的数量相同，使得每一个针孔2210出射的光线均能传输至一第二透镜232上，并通过该第二透镜232将该针孔2210处的出射光汇聚至一观测位置处。其中，为了对每一个第二透镜232的偏转角度进行控制，每一个第二透镜232需要与上述方向控制器25相连接。
需要说明的是，为了实现全息图像01的再现，光源20提供的光线为相干光。
在此情况下，该光源20如图5所示包括激光发射器201以及设置于激光发射器201出光侧的扩束准直透镜202。这样一来，激光发射器201提供的线光源，经过扩束准直透镜202后可以转化为准直的面光源。
或者，上述光源20如图6所示，可以包括LED(英文全称Light Emitting Diode，中文全称：发光二极管)光源。
本发明实施例提供一种控制如上所述的任意一种全息显示装置的方法，如图9所示，上述方法包括：
S101、如图2所示的空间光调制器21在写入信号的控制下，将光源20提供的读出光进行调制并出射输出光。
S102、定位器24对观测位置A(和/或观测位置B)进行检测。
需要说明的是，本发明对上述步骤S101和步骤S102的先后顺序不做限定。可以先进行步骤S101，后进行步骤S102；或者先进行步骤S102，后进行步骤S101；或者同时进行上述步骤S101和步骤S102。
S103、方向控制器25根据上述观测位置A(和/或观测位置B)设定该输出光的光路①(和/或光路②)，并根据上述光路分别向第一导光器22和第二导光器23输出控制信号。
其中，该光路与观测位置相匹配。
S104、第一导光器22接收上述控制信号，光路①(或光路②)导入至第二导光器23。
S105、第二导光器23接收上述控制信号，并将第一导光器22汇聚的出射光沿上述光路①(或光路②)导入至观测位置A(或观测位置B)。
综上所述，光源提供的读出光能够经过空间光调制器后实现全息图像的再现，即全息显示。而构成全息图像的上述输出光可以通过第一导光器和第二导光器沿方向控制器设定的光路入射至观测位置，从而使得位于观测位置处的用户能够观测到由上述输出光构成的全息图像。在此情况下，当用户处于的观测位置发生变化时，定位器能够将更新后的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与更新后的观测位置相匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用下，将上述输出光沿更新后的光路输出至于该光路相匹配的观测位置处。这样一来，当用户观看全息显示的观测位置发生变化后，输出光的传播路径也相应发生变化，并最终传输至变化后的观测位置，从而不再受到现有技术中视窗位置的限制，提高了全息显示的观看范围。此外，当具有多个用户进行观测时，定位器能够将不同的观测位置信息传输至方向控制器，使得方向控制器生成与多个观测位置一一匹配的光路，再经过第一导光器和第二导光器的导向作用下，将上述输出光逐个沿不同的光路输出至于各个光路相匹配的观测位置处。基于此，虽然位于不同观测位置的用户接受到全息图像的时间不同步，但由于人体的大脑对看到的图像具有视觉暂留功能，因此用户不会感觉到上述信号传输的差异，从而达到多人同步观看的效果。
由上述可知，当观看该全息显示装置显示的全息图像01的用户有多位时，该定位器24可以检测到至少两个观测位置。接下来，当第一导光器22和第二导光器23的结构不同时，在多人观看该全息显示装置的情况下，对该全息显示装置的控制过程进行详细的举例说明。
例如，当第一导光器22如图4所示，包括第一透镜220和针孔滤波器221，第二导光器23包括至少两个凹面反射镜231(以两个为例)，且凹面反射镜231的数量与该针孔滤波器221上的针孔2210的数量相同时，上述步骤S101之后，该全息显示装置的控制方法包括：
首先，上述方向控制器25根据多个观测位置，例如如图4所示的观测位置A和观测位置B，分别设定与上述观测位置一一匹配的多个光路。例如光路①与观测位置A相匹配，而光路②与观测位置B相匹配。此外，该方向控制器25会根据上述各个光路分别向第一透镜220和各个凹面反射镜231输出控制信号。
接下来，第一透镜220接收方向控制器25向其发送的控制信号，并沿不同的光路依次将空间光调制器21出射的输出光导入至每一个针孔2210中，通过针孔2210的光线沿一光路传输至一凹面反射镜231。
具体的，在该方向控制器25输出的控制信号的控制下，第一透镜220先将空间光调制器21出射的光沿光路①导入至图4中位于针孔滤波器221上方的针孔2210中，且该光线通过该针孔2210沿光路①传输至上方的凹面反射镜231。此时，该凹面反射镜231在方向控制器25输出的控制信号的控制下，将入射至该凹面反射镜231的光线反射至与上述光路①相匹配的观测位置A处。
接下来，在该方向控制器25输出的控制信号的控制下，第一透镜220再将空间光调制器21出射的光沿光路②导入至图4中位于针孔滤波器221下方的针孔2210中，且该光线通过该针孔2210沿光路②传输至下方的凹面反射镜231。此时，该凹面反射镜231在方向控制器25输出的控制信号的控制下，将入射至该凹面反射镜231的光线反射至与上述光路②相匹配的观测位置B处。
这样一来，位于观测位置A和观测位置B的用户可以依次看到全息显示装置显示的全息图像01。此外，虽然位于不同观测位置的用户接受到全息图像01的时间不同步，但由于人体的大脑对看到的图像具有视觉暂留功能，因此用户不会感觉到上述信号传输的差异，从而达到同步观看的效果。当然上述仅仅是以位于不同观测位置的两个用户同时观看上述全息显示装置为例进行的说明，当两个以上的用户观看时，同上所述全息图像01仍然可以依次传输至位于不同观测位置的用户眼睛中，具体控制过程此处不再赘述。
或者，又例如，当第一导光器22如图6所示，包括第一透镜220和针孔滤波器221，第一导光器22包括透镜组30(以该透镜组30包括一个第二透镜232为例)，以及位于透镜组30的非光线传输面的凹面反射镜231(以设置有上、下两个凹面反射镜231为例)，且凹面反射镜231和第二透镜232的数量之和与针孔2210的数量相同时，上述步骤S101之后，该全息显示装置的控制方法包括：
首先，上述方向控制器25根据多个观测位置，例如如图6所示的观测位置A、观测位置B以及观测位置E，分别设定与上述观测位置一一匹配的多个光路。例如光路①与观测位置A相匹配，而光路②与观测位置E相匹配，光路③与观测位置B相匹配。此外，该方向控制器25会根据上述各个光路分别向第一透镜220和各个凹面反射镜231输出控制信号。
接下来，第一透镜220接收方向控制器25向其发送的控制信号，并沿不同的光路依次将空间光调制器21出射的输出光导入至每一个针孔2210中，通过针孔2210的光线沿一光路传输至一第二透镜232或一凹面反射镜231。
具体的，在该方向控制器25输出的控制信号的控制下，第一透镜220先将空间光调制器21出射的输出光沿光路①导入至图6中位于针孔滤波器221上方的针孔2210中，且该光线通过该针孔2210沿光路①传输至上方的凹面反射镜231。此时，该凹面反射镜231在方向控制器25输出的控制信号的控制下，将入射至该凹面反射镜231的光线反射至与上述光路①相匹配的观测位置A处。
接下来，在该方向控制器25输出的控制信号的控制下，第一透镜220先将空间光调制器21出射的输出光沿光路②导入至图6中位于针孔滤波器221中间的针孔2210中，且该光线通过该针孔2210沿光路②传输至第二透镜232。此时，该第二透镜232在方向控制器25输出的控制信号的控制下，将入射至该第二透镜232的光线汇聚至与上述光路②相匹配的观测位置E处。
最后，在该方向控制器25输出的控制信号的控制下，第一透镜220先将空间光调制器21出射的输出光沿光路③导入至图6中位于针孔滤波器221下方的针孔2210中，且该光线通过该针孔2210沿光路③传输至下方的凹面反射镜231。此时，该凹面反射镜231在方向控制器25输出的控制信号的控制下，将入射至该凹面反射镜231的光线反射至与上述光路③相匹配的观测位置B处。
这样一来，位于观测位置A、观测位置E以及观测位置B的用户可以依次看到全息显示装置显示的全息图像01。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种全息显示装置，其特征在于，包括光源、空间光调制器、第一导光器、第二导光器、定位器以及方向控制器；
所述空间光调制器设置于所述光源的出光侧，用于在写入信号的控制下，将所述光源提供的读出光进行调制并出射输出光；
所述定位器与所述方向控制器相连接，用于对观测位置进行检测；
所述方向控制器还连接所述第一导光器和所述第二导光器，用于根据所述观测位置设定所述输出光的光路，并根据所述光路分别向所述第一导光器和所述第二导光器输出控制信号；其中，所述光路与所述观测位置相匹配；
所述第一导光器、所述第二导光器依次设置于所述空间光调制器的出光侧；所述第一导光器用于接收所述控制信号，并将所述输出光沿所述光路导入至所述第二导光器；所述第二导光器用于接收所述控制信号，并将所述第一导光器汇聚的出射光沿所述光路导入至所述观测位置；
所述第一导光器包括第一透镜，以及设置于所述第一透镜出光侧的针孔滤波器，所述针孔滤波器上设置有至少一个针孔；
所述第一透镜与所述方向控制器相连接，所述第一透镜用于将所述输出光导入至所述针孔滤波器的一个所述针孔中。
2.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述第二导光器包括至少一个凹面反射镜；
每一个所述凹面反射镜与所述方向控制器相连接，一个所述凹面反射镜用于将一针孔处的出射光反射至所述观测位置。
3.根据权利要求2所述的全息显示装置，其特征在于，所述第二导光器还包括设置于所述针孔滤波器出光侧的透镜组，所述透镜组包括一个或至少两个并排设置的第二透镜；所述凹面反射镜设置于所述透镜组的非光线传输面；所述凹面反射镜和所述第二透镜的数量之和与所述针孔的数量相同；
每一个所述第二透镜与所述方向控制器相连接，一个所述第二透镜用于将一针孔处的出射光汇聚至一观测位置。
4.根据权利要求3所述的全息显示装置，其特征在于，所述凹面反射镜为球面反射镜。
5.根据权利要求4所述的全息显示装置，其特征在于，所述球面反射镜与所述透镜组中心重合。
6.根据权利要求3所述的全息显示装置，其特征在于，所述第二透镜为凸透镜。
7.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述第一导光器还包括第三透镜；
所述第三透镜设置于所述针孔滤波器靠近所述第一透镜的一侧，且位于所述针孔滤波器的针孔位置处，所述第三透镜用于对所述第一透镜的出射光进行汇聚。
8.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述第一透镜为液晶透镜或凸透镜。
9.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
10.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述光源包括激光发射器以及设置于所述激光发射器出光侧的扩束准直透镜；
或者，所述光源包括LED光源。
11.一种控制如权利要求1-10任一项所述的全息显示装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
空间光调制器在写入信号的控制下，将光源提供的读出光进行调制并出射输出光；
定位器对观测位置进行检测；
方向控制器根据所述观测位置设定所述输出光的光路，并根据所述光路分别向第一导光器和第二导光器输出控制信号；其中，所述光路与所述观测位置相匹配；
所述第一导光器接收所述控制信号，并将所述输出光沿所述光路导入至所述第二导光器；
所述第二导光器接收所述控制信号，并将所述第一导光器汇聚的出射光沿所述光路导入至所述观测位置。
12.根据权利要求11所述的全息显示装置的控制方法，其特征在于，当所述定位器对至少两个观测位置进行检测，且第一导光器包括第一透镜和针孔滤波器，所述第二导光器包括至少两个凹面反射镜，所述凹面反射镜的数量与该针孔滤波器上的针孔的数量相同时，所述定位器对观测位置进行检测之后，所述方法包括：
所述方向控制器根据多个观测位置，分别设定与所述观测位置一一匹配的多个光路，并根据所述光路分别向所述第一透镜和所述凹面反射镜输出控制信号；
所述第一透镜接收所述控制信号，并沿不同的光路依次将所述输出光导入至每一个针孔中，通过所述针孔的光线沿一光路传输至一凹面反射镜；
该凹面反射镜接收所述控制信号，并将入射至该凹面反射镜的光线反射至与所述光路相匹配的观测位置处。
13.根据权利要求11所述的全息显示装置的控制方法，其特征在于，当所述定位器对至少两个观测位置进行检测，且第一导光器包括第一透镜和针孔滤波器，所述第二导光器包括透镜组，所述透镜组包括一个或至少两个并排设置的第二透镜，以及位于所述透镜组的非光线传输面的凹面反射镜，且所述凹面反射镜和所述第二透镜的数量之和与所述针孔的数量相同时，所述定位器对观测位置进行检测之后，所述方法包括：
所述方向控制器根据多个观测位置，分别设定与所述观测位置一一匹配的多个光路，并根据所述光路分别向所述第一透镜、所述第二透镜以及所述凹面反射镜输出控制信号；
所述第一透镜接收所述控制信号，并沿不同的光路依次将所述输出光导入至每一个针孔中，通过所述针孔的光线沿一光路传输至一第二透镜或一凹面反射镜；
该第二透镜接收所述控制信号，并将入射至该第二透镜的光线汇聚至与一光路相匹配的观测位置处；
该凹面反射镜接收所述控制信号，并将入射至该凹面反射镜的光线反射至与另一光路相匹配的观测位置处。
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