CN110187626B - 全息光学装置、全息光学系统以及全息显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全息光学装置、全息光学系统及全息显示系统，涉及显示技术领域，能够用于呈现多个景深的还原图像。全息光学装置包括分光部件、传输组件、焦距调制部件和光学元件；分光部件用于接收光源发出的光，并输出为相干光的参考光和信号光；传输组件用于将参考光传输至光学元件，并将信号光分别传输至焦距调制部件的每个焦距调制区；焦距调制部件包括多个焦距互不相同的焦距调制区；焦距调制部件用于将入射至焦距调制区的信号光的焦距，调制为与对应的焦距调制区的焦距相同；光学元件包括记录介质层，记录介质层包括多个与焦距调制区一一对应的记录区；记录介质层用于在每个记录区中，记录参考光和信号光产生的干涉条纹。

Description

全息光学装置、全息光学系统以及全息显示系统
技术领域
本发明涉及全息显示技术领域，尤其涉及一种全息光学装置、全息光学系统以及全息显示系统。
背景技术
随着显示技术的不断发展，3D(Dimension，维度)显示技术日益普及和实用。在实现3D显示的过程中，用户左眼和右眼可以接收不同的图像，上述两幅图像可以构成了具有水平视差的立体图像对，通过大脑的融合作用，最终形成一幅具有深度感的立体图像。然而，由于用户的左眼和右眼接受的图像不同，容易产生视觉辐辏调节冲突(Vergence-accommodation conflict)的问题。而视觉辐辏调节冲突会导致用户在观看3D显示画面时出现模糊、眩晕等问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种全息光学装置、全息光学系统以及全息显示系统，能够用于呈现多个景深的还原图像。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种全息光学装置，包括分光部件、传输组件、焦距调制部件和光学元件；所述分光部件用于接收光源发出的光，并输出参考光和信号光；所述参考光和所述信号光为相干光；所述传输组件设置于所述分光部件的出光侧；所述焦距调制部件包括多个所述焦距调制区；所述传输组件用于将所述参考光传输至所述光学元件，并将所述信号光分别传输至所述焦距调制部件的每个焦距调制区；所述焦距调制部件的多个所述焦距调制区的焦距互不相同；所述焦距调制部件用于将入射至所述焦距调制区的所述信号光的焦距，调制为与对应的所述焦距调制区的焦距相同；所述光学元件设置于所述焦距调制部件的出光侧，所述光学元件包括记录介质层；所述记录介质层包括多个记录区，多个所述记录区与多个所述焦距调制区一一对应；所述记录介质层用于在每个所述记录区中，记录所述参考光和与所述记录区一一对应的所述焦距调制区入射至所述记录区的所述信号光产生的干涉条纹。
可选的，所述传输组件包括：第一传输部、第二传输部和第三传输部；所述第一传输部用于将所述参考光传输至所述光学元件；所述第二传输部用于将所述信号光传输至所述焦距调制部件的所有所述焦距调制区中的部分所述焦距调制区；所述第三传输部用于将所述信号光传输至所述焦距调制部件的所有所述焦距调制区中的其余部分所述焦距调制区。
在此基础上，可选的，所述第二传输部和所述第三传输部均包括：第一反射部件和第二反射部件；所述第一反射部件用于接收从所述分光部件出射的所述信号光，并将所述信号光传输至所述第二反射部件；所述第二反射部件为可旋转反射部件，所述第二反射部件用于在不同旋转角度下，将接收的所述信号光传输至不同的所述焦距调制区。
在此基础上，可选的，所述第一反射部件为可旋转反射部件，所述第二传输部中的第一反射部件和所述第三传输部件中的第一反射部件复用；所述第一反射部件用于接收从所述分光部件出射的所述信号光，并将所述信号光传输至所述第二反射部件，包括:所述第一反射部件用于在第一旋转角度下将所述信号光传输至所述第二传输部的所述第二反射部件，在第二旋转角度下将所述信号光传输至所述第三传输部的所述第二反射部件。
在此基础上，可选的，所述焦距调制区的个数为4个；所述第二反射部件用于在不同旋转角度下，将接收的所述信号光传输至不同的所述焦距调制区，包括：所述第二传输部的所述第二反射部件用于在第三旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第一个所述焦距调制区；在第四旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第二个所述焦距调制区；所述第三传输部的所述第二反射部件用于在第五旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第三个所述焦距调制区；在第六旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第四个所述焦距调制区。
可选的，所述第一反射部件和所述第二反射部件均为微机电系统微反射镜。
可选的，第一传输部为微机电系统微反射镜。可选的，所述焦距调制部件为空间光调制器，所述空间光调制器包括上基板、下基板、位于二者之间的液晶层、位于下基板远离所述上基板一侧的下偏光片以及位于上基板远离所述下基板一侧的上偏光片；所述空间光调制器具有多个子单元，每个子单元中设置有第一电极和第二电极，所述第一电极设置于所述下基板上，所述第二电极设置于所述下基板或所述上基板上。
可选的，所述焦距调制部件为透镜组，所述透镜组包括多个焦距互不相同的透镜，每一个透镜所在区域为一个焦距调制区。
可选的，所述全息光学装置还包括准直扩束器，所述准直扩束器设置于所述分光部件的入光侧；所述准直扩束器用于对光源发出的光进行准直和扩束处理。
可选的，所述记录介质层为光敏聚合物层。
另一方面，提供一种全息光学系统，包括光源，以及上述的全息光学装置。
在此基础上，可选的，所述光源为显示装置或投影装置。
又一方面，提供一种全息显示系统，包括光源、分光部件、第一传输部以及光学元件。所述分光部件用于接收所述光源发出的光，并输出参考光；所述第一传输部设置在所述分光部件的出光侧；所述第一传输部用于将所述参考光传输至所述光学元件；所述光学元件设置于所述第一传输部的出光侧，所述光学元件包括记录介质层；所述记录介质层包括多个记录区，在每个记录区均记录有干涉条纹；所述干涉条纹通过上述的全息光学装置形成。
本发明提供的一种全息光学装置、全息光学系统及全息显示系统，通过将全息光学装置的焦距调制部件设置为包括多个焦距调制区，且该多个焦距调制区的焦距互不相同，并将记录介质层设置为包括与焦距调制区一一对应的多个记录区，可以在多个记录区中分别记录相位不同的干涉条纹。基于此，每个记录区中的干涉条纹被参考光还原后所呈现的还原图像，具有了不同的焦距。在此基础上，由于在多个记录区中还原的还原图像的焦距不同，而不同焦距的还原图像的景深不同，因而，人眼在观察由多个不同景深的还原图像所构建的重建图像时，可避免视觉辐辏调节冲突的问题，也不会出现眩晕复视、模糊等不适现象，并且，人眼所观察的重建图像将具有较强的立体感和最优的对比度。
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1为本发明的实施例提供的一种全息光学装置的结构示意图；
图2a为本发明的实施例提供的一种信号光从第一个焦距调制区传输至第一个记录区的示意图；
图2b为本发明的实施例提供的一种信号光从第二个焦距调制区传输至第二个记录区的示意图；
图2c为本发明的实施例提供的一种信号光从第三个焦距调制区传输至第三个记录区的示意图；
图2d为本发明的实施例提供的一种信号光从第四个焦距调制区传输至第四个记录区的示意图；
图3为本发明的实施例提供的一种利用全息显示系统显示衍射再现的过程示意图；
图4为本发明的实施例提供的再一种全息光学装置的结构示意图；
图5a为本发明的实施例提供的另一种全息光学装置的结构示意图；
图5b为本发明的实施例提供的又一种全息光学装置的结构示意图；
图6为本发明的实施例提供的一种MEMS微反射镜结构示意图；
图7a为本发明的实施例提供的一种空间光调制器的结构示意图；
图7b为本发明的实施例提供的一种空间光调制器的焦距调制区分布示意图；
图7c为本发明的实施例提供的一种透镜组的示意图；
图8为本发明的实施例提供的一种信号光被调制后具有不同焦距的示意图；
图9为本发明的实施例提供的一种不同记录区记录干涉条纹的示意图。
附图标记：
1-分光部件；101-参考光；102-信号光；2-传输组件；201-第一传输部；202-第二传输部；203-第三传输部；204-第一反射部件；205-第二反射部件；3-焦距调制部件；301-焦距调制区；31-空间光调制器；311-上基板；312-下基板；313-液晶层；314-下偏光片；315-上偏光片；316-第一电极；317-第二电极；32-透镜组；4-光学元件；41-记录介质层；401-记录区；5-重建图像；6-MEMS微反射镜；601-微光反射镜；6011-线圈；602-环形磁铁；7-光源；8-准直扩束器；9-人眼。
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。
全息技术是一种利用干涉和衍射原理，记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。采用全息技术再现的三维图像立体感强，具有真实的视觉效果。
基于此，本发明的实施例提供一种全息光学装置，如图1所示，包括分光部件1、传输组件2、焦距调制部件3和光学元件4。
分光部件1用于接收光源7发出的光，并输出参考光101和信号光102；参考光101和信号光102为相干光。
即，当光源7发出的光线进入分光部件1后，被分为参考光101和信号光102，该参考光101和信号光102为相干光，当该参考光101和信号光102相遇时会发生干涉，产生干涉条纹。可选的，分光部件1可以为分束器。
传输组件2设置于分光部件1的出光侧；传输组件2用于将参考光101传输至光学元件4，并将信号光102分别传输至焦距调制部件3的每个焦距调制区。
此处，传输组件2将信号光102分别传输至焦距调制部件3的每个焦距调制区，即，经传输组件2的传输，每次从分光部件1出射的信号光102将直接传输至各焦距调制区中某一个焦距调制区，各焦距调制区接收到信号光102在时间上不同。示例的，经传输组件2的传输，第一次从分光部件1出射的信号光102先传输至焦距调制部件3的其中一个焦距调制区，然后，第二次从分光部件1出射的信号光102传输至焦距调制部件3的另一个焦距调制区，以此类推。
如图2a-图2d所示，焦距调制部件3包括多个焦距调制区301，多个焦距调制区301的焦距互不相同。焦距调制部件3用于将入射至焦距调制区301的信号光102的焦距，调制为与对应的焦距调制区301的焦距相同。
由于来自分光部件1的信号光102为平面波，因此信号光102未被焦距调制部件3调制前的焦距为0。当信号光102从焦距调制部件3的各焦距调制区301通过后，信号光102变为球面波，此时其焦距被调制为与其通过的焦距调制区301的焦距相同。由此可知，在多个焦距调制区301的焦距互不相同的情况下，当来自传输组件2的信号光102从焦距调制部件3的各焦距调制区301通过后，被各焦距调制区301调制后的信号光102的焦距互不相同。
其中，信号光102的焦距与其相位一一对应。即，当信号光102的焦距不同时，信号光102的相位也不同。
需要说明的是，本发明说的“多个”为至少两个。
光学元件4设置于焦距调制部件3的出光侧，光学元件4包括记录介质层。如图2a-图2d所示，记录介质层41包括多个记录区401，多个记录区401与多个焦距调制区301一一对应。记录介质层41用于在每个记录区401中，记录参考光101和与记录区401一一对应的焦距调制区301入射至记录区401的信号光102产生的干涉条纹。
可以理解的是，与信号光102依次传输至焦距调制部件3的每个焦距调制区301的方式类似，从分光部件1发出的参考光101，再经过传输组件2传输后，也可以是依次分别入射至光学元件4的记录介质层41中各记录区401。即，经传输组件2的传输，每次从分光部件1出射的参考光101将直接传输至各各记录区401中某一个各记录区401，各记录区401接收到参考光101在时间上不同。在此情况下，传输至每个记录区401的参考光101和经焦距调制部件3中与该记录区401一一对应的焦距调制区301调制后的信号光102，在时间上是同步到达该记录区401的。当然，也可以是，在同一时刻，从分光部件1发出的参考光101入射至每个记录区401。
此处，光学元件4可以仅包括记录介质层41，在此情况下，记录介质层41就是光学元件4。当然，光学元件4除包含记录介质层41外，还可以包括透明承载基板，例如玻璃基板，记录介质层41固定设置于透明承载基板上。
需要说明的是，多个记录区401与多个焦距调制区301一一对应，即，信号光102从焦距调制部件3的任一焦距调制区301出射后，传输至与该任一焦距调制区301一一对应的记录区401。
由上述描述可知，信号光102分别传输至焦距调制部件3的每个焦距调制区301，相应的，如图2a-图2d所示，信号光102会分别传输至与各焦距调制区301一一对应的记录区401。也就是说，信号光102在传输到任一个焦距调制区301后，立即又传输至与该焦距调制区301一一对应的记录区401，信号光在传输到任一个焦距调制区301、与该焦距调制区301一一对应的记录区401在时间上基本同步。
在光学元件4的每个记录区401中，信号光102和参考光101都产生了干涉条纹。在不同记录区401中，由于信号光102的焦距不同，因此，产生的干涉条纹的相位不同。其中，干涉条纹包含了信号光102的相位和振幅信息，例如，当光源7为显示装置或者投影装置时，则干涉条纹包含了图像的相位信息和振幅信息。
本领域技术人员应该明白，全息显示技术的实现过程分为“干涉记录”和“衍射再现”两步。而上述干涉条纹的记录过程就是“干涉记录”。
对于“衍射再现”，则需采用上述参考光101照射已记录了干涉条纹的光学元件4。干涉条纹在参考光101的照射下产生还原图像。其中，与上述“干涉记录”过程中参考光101入射至光学元件4的记录介质层41中各记录区401的方式类似，在“衍射再现”过程中，参考光101可以分别入射至光学元件4的记录介质层41中各记录区401，也可以同时入射至光学元件4的记录介质层41中各记录区401。在每个记录区401中，干涉条纹在参考光101的照射下都会产生一幅完整的还原图像，每个记录区401中的还原图像均具有一个焦距，多个记录区401中的还原图像的焦距互不相同。
如图3所示，衍射再现的过程可以为：例如还原一个记录区401的干涉条纹时，需要光源7输出的光线在被分光部件1分光后可以产生与该干涉条纹形成时的参考光101相同的参考光101，该参考光101照射在干涉条纹上后，可以将信号光102还原。多个记录区401的干涉条纹分别被还原后，得到多个具有不同景深的还原图像，该多个还原图像组合后构建出了具有三维立体感的重建图像5。该重建图像5在被人眼9观察时不仅具有较强的立体感，且不存在视觉辐辏调节冲突的问题。
在本发明的实施例提供的一种全息光学装置中，通过将焦距调制部件3设置为包括多个焦距调制区301，且该多个焦距调制区301的焦距互不相同，并将记录介质层41设置为包括与焦距调制区301一一对应的多个记录区401，可以在多个记录区401中分别记录相位不同的干涉条纹。基于此，每个记录区401中的干涉条纹被参考光101还原后所呈现的还原图像，具有了不同的焦距。在此基础上，由于在多个记录区401中还原的还原图像的焦距不同，而不同焦距的还原图像的景深不同，因而，人眼9在观察由多个不同景深的还原图像所构建的重建图像5时，可避免视觉辐辏调节冲突的问题，也不会出现眩晕复视、模糊等不适现象，并且，人眼9所观察的重建图像5将具有较强的立体感和最优的对比度。
可选的，如图4所示，传输组件2包括：第一传输部201、第二传输部202和第三传输部203。
第一传输部201用于将参考光101传输至光学元件4。例如：第一传输部201可以将参考光101依次传输至光学元件4的记录介质层41中各记录区401。
第二传输部202用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的部分焦距调制区301。例如如图4所示，当焦距调制部件3中焦距调制区301的个数为4个时，第二传输部202用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的2个焦距调制区301。其中，第二传输部202也可采用分时的方式，将信号光102依次传输至焦距调制部件3的该2个焦距调制区301。
第三传输部203用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的其余部分焦距调制区301。例如如图4所示，当焦距调制部件3中焦距调制区301的个数为4个时，第三传输部203用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的另外2个焦距调制区301。其中，第三传输部203也可采用分时的方式，将信号光102依次传输至焦距调制部件3的该2个焦距调制区301。
利用第二传输部202和第三传输部203分别将信号光102传输至焦距调制部件3的中的焦距调制部件。相对于现有技术中利用数字光处理的投影装置对精度的要求较低、结构更为简单、成本更低。
在上述基础上，可选的，焦距调制区301的个数为至少3个。
在此情况下，示例的，第二传输部202用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的1个焦距调制区301，第三传输部203用于将信号光102传输至焦距调制部件3的所有焦距调制区301中的2个焦距调制区301。
可选的，如图5a所示，第二传输部202和第三传输部203均包括：第一反射部件204和第二反射部件205。
第一反射部件204用于接收从分光部件1传输的信号光102，并将信号光102传输至第二反射部件205。
第二反射部件205为可旋转反射部件，第二反射部件205用于在不同旋转角度下，将接收的信号光102传输至不同的焦距调制区301。
示例的，焦距调制区301的个数为4个。在此情况下，如图5a所示，第二传输部202的第一反射部件204接收到来自分光部件1的信号光102后，将该信号光102反射至第二传输部202的第二反射部件205，第二传输部202的第二反射部件205将该信号光102传输至一个焦距调制区301。之后，可旋转第二传输部202的第二反射部件205，改变第二传输部202的第二反射部件205的角度(例如图5a中虚线所示的第二传输部202的第二反射部件205)，利用该第二传输部202的第二反射部件205将信号光102传输至另一个焦距调制区301。然后，移除第二传输部202的第一反射部件204，开始利用第三传输部203传输信号光102。同样的，第三传输部203的第一反射部件204接收到信号光后，将该信号光102传输至第三传输部203的第二反射部件205，第三传输部203的第二反射部件205再将该信号光102传输至再一个焦距调制区301。然后，旋转第三传输部203的第二反射部件205改变其角度(例如图5a中虚线所示的第三传输部203的第二反射部件205)，将信号光102传输至剩余的一个焦距调制区301。
在此基础上，在信号光102传输到每个焦距调制区301并相应的传输至一一对应的记录区401时，参考光101也同步传输至与该焦距调制区301一一对应的光学元件4的记录区401。
当第二传输部202和第三传输部203均包括：第一反射部件204和第二反射部件205时，使得第二传输部202和第三传输部203对信号光102的传输相对独立，仅通过旋转第二传输部202和第三传输部203中的第二反射部件205便可以将信号光102的传输至不同的焦距调制区301，较为方便和快捷。
在此基础上，可选的，如图5b所示，第一反射部件204为可旋转反射部件，第二传输部202中的第一反射部件204和第三传输部203中的第一反射部件204复用。
基于此，第一反射部件204用于接收从分光部件1出射的信号光102，并将信号光102传输至第二反射部件205，包括:第一反射部件204用于在第一旋转角度下将信号光102传输至第二传输部202的第二反射部件205，在第二旋转角度下将信号光102传输至第三传输部203的第二反射部件205。
当第一反射部件204在第一旋转角度(例如图5b中实线所示)和第二旋转角度(例如图5b中虚线所示)时，第一反射部件204可以分别将来自分光部件1的信号光102传输至第二传输部202的第二反射部件205和第三传输部203的第二反射部件205。
通过将第一反射部件204设置为可旋转反射部件，第二传输部202中的第一反射部件204和第三传输部203中的第一反射部件204复用，使得整个全息光学装置的结构较为简单，便于搭建。
在此基础上，可选的，如图5a和图5b所示，焦距调制区301的个数为4个。
基于此，第二反射部件205用于在不同旋转角度下，将接收的信号光102传输至不同的焦距调制区301，包括：第二传输部202的第二反射部件205用于在第三旋转角度下，将接收的信号光102传输至第一个焦距调制区301；在第四旋转角度下，将接收的信号光102传输至第二个焦距调制区301；第三传输部203的第二反射部件205用于在第五旋转角度下，将接收的信号光102传输至第三个焦距调制区301；在第六旋转角度下，将接收的信号光102传输至第四个焦距调制区301。
在上述基础上，当信号光102传输至第二传输部202的第二反射部件205时，在第二传输部202的第二反射部件205处于第三旋转角度(例如图5a和图5b中实线所示的第二传输部202的第二反射部件205)下，将该信号光102传输至一个焦距调制区301。之后，可旋转第二传输部202的第二反射部件205，使其旋转角度变为第四旋转角度(例如图5a和图5b中虚线所示的第二传输部202的第二反射部件205)，以将信号光102传输至另一个焦距调制区301。
当信号光102传输至第三传输部203的第二反射部件205时，在第三传输部203的第二反射部件205用于在第五旋转角度(例如图5a和图5b中实线所示的第三传输部203的第二反射部件205)下，将信号光102传输至再一个焦距调制区301。之后，可旋转第三传输部203的第二反射部件205改变其角度(例如图5a和图5b中虚线所示的第三传输部203的第二反射部件205)，以将信号光102传输至剩余的一个焦距调制区301。
当焦距调制区301为4个时，第二传输部202可以将信号光102传输至2个焦距调制区301，同样，第三传输部203也可以将信号光102传输至剩余的2个焦距调制区301，对于第二传输部202和第三传输部203的利用较为充分。
可选的，第一反射部件204和第二反射部件205均为微机电系统微反射镜。
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)微反射镜是采用光学MEMS技术制造的，把微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起组成MEMS微反射镜。
MEMS驱动器为电磁驱动，具有驱动电压低、无需升压芯片以及驱动频率较高的优点，以便MEMS驱动器带动微光反射镜扭转一定角度。
如图6所示，MEMS微反射镜6的转动原理为，在微光反射镜601的背面(非反射面)设有例如4个线圈6011，在MEMS驱动器内设有环形磁铁602，4个线圈6011一一对应环形磁铁上的4个位置，即图6中所示的A、B、C、D 4个位置。当给对应A、C位置的线圈6011施加电流时，该两个线圈6011会产生相位相差90°的交流激励信号，导致该两个线圈6011产生极性相反且交替变化的磁场。该两个线圈6011产生的磁场分别与环形磁铁602相互作用，产生方向相反的转矩，微光反射镜601将以B、D位置之间的连接线为轴线发生扭转。同理，如果给对应B、D位置的另外两个线圈6011施加电流，微光反射镜601将以A、B位置之间的连接线为轴线发生扭转，微光反射镜601发生扭转后可以改变入射到其上的信号光102的出射方向。
利用MEMS微反射镜6改变信号光102的方向，控制精度较高，且便于操作。
在上述基础上，可选的，第一传输部201为MEMS微反射镜6。
在第一传输部201将分光部件1发出的参考光101，分别入射至光学元件4的记录介质层41中各记录区401的情况下，利用作为第一传输部201的MEMS微反射镜6可便于调节参考光101的传输方向，从而可以将分光部件1传输的参考光101分别传输至光学元件4的各记录区401。
上述利用MEMS微反射镜6来改变参考光101的传输方向，其控制精度较高。此外，在第一反射部件204、第二反射部件205和第一传输部均为MEMS微反射镜6的情况下，便于制作传输组件。
可选的，焦距调制部件3为空间光调制器31。如图7a所示，空间光调制器31包括上基板311、下基板312、位于二者之间的液晶层313、位于下基板312远离上基板311一侧的下偏光片314以及位于上基板311远离下基板312一侧的上偏光片315。空间光调制器31具有多个子单元，每个子单元中设置有第一电极316和第二电极317，第一电极316设置于下基板312上，第二电极317设置于下基板312或上基板311上。
可以理解的是，第一电极316和第二电极317相互绝缘。
可选的，如图7a所示，第一电极316设置于下基板312上，第二电极317设置于上基板311上；不同子单元中的第一电极316相互绝缘，所有子单元中的第二电极317电连接为一体。
可选的，第一电极316和第二电极317均设置于下基板312上，且二者不同层设置；不同子单元中的第一电极316相互绝缘，所有子单元中的第二电极317电连接为一体，第一电极316设置于第二电极317靠近上基板311一侧。
可选的，第一电极316和第二电极317均设置于下基板312上，且二者同层设置；不同子单元中的第一电极316相互绝缘，不同子单元中的第二电极317相互绝缘，第一电极316和第二电极317为包括多个条状子电极的梳齿结构。
上述空间光调制器31是一种对光波的空间分布进行调制的器件。其中，该空间光调制器31上的子单元，可以称之为空间光调制器31的像素。通过向该空间光调制器31写入信号，该写入信息包括含有控制上述像素的信息，并将上述写入信息通过寻址(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，例如相位进行调制。基于此，可将上述像素进行分组，每组作为一个焦距调制区301。示例的，如图7b所示，可将上述像素分成4个组，每组作为一个焦距调制区，每组独立控制其像素，使每组所在区域的焦距独立控制。
本申请中，由于信号光102的相位与其焦距相对应，因此利用上述的空间光调制器31调制信号光102的相位以实现对信号光102焦距的调制。上述利用空间光调制器31对信号光102的焦距进行调制具有响应速度快和效率高的优点。
可选的，如图7c所示，焦距调制部件3为透镜组32，透镜组32包括多个焦距互不相同的透镜，每一个透镜所在区域为一个焦距调制区301。
如图7c所示，以该透镜组包括4个焦距互不相同的透镜为例，从透镜出射的信号光102将具有和该透镜焦距相同的焦距。利用透镜直接对信号光102进行焦距调制，具有简单便捷的优点，由透镜构成的焦距调制部件3结构简单，便于制作。
如图8所示，信号光102在被焦距调制部件3进行焦距调制后，具有了不同的焦距，与参考光101在光学元件4上所产生的干涉条纹也包含了信号光102的焦距信息。利用干涉条纹还原后的还原图像将包含该焦距信息，如图8中所示的焦距f1、f2、f3和f4。不同焦距的还原图像具有不同的景深，所以该光学元件4具有多个景深。
可选的，如图5a和图5b所示，全息光学装置还包括准直扩束器8，准直扩束器8设置于分光部件1的入光侧；准直扩束器8用于对光源7发出的光线进行准直和扩束处理。经过准直和扩束后的光线便于分成参考光101和信号光102。
基于上述描述，可选的，记录介质层41为光敏聚合物层，该光敏聚合物层设置在光学元件4的玻璃基板上。
光敏聚合物对光线的敏感度较高，在光线的作用下其结构或性质会发生显著变化，因此可以用其记录干涉条纹。如图9所示，以上述的光学元件4的光敏聚合物层包括4个记录区401为例，每个记录区401用于记录某一焦距的信号光102和参考光101形成的干涉条纹。上述光敏聚合物层中的多个记录区401为离散分布的，其下最多只需要一层玻璃基板用于承载该光敏聚合物层即可，因此整个光学元件4的厚度较小，所以利用本申请中的光学元件还原图像时具有显示亮度较高的优点。
如图1、图5a和图5b所示，本发明还提供一种全息光学系统，包括光源7，以及上述的全息光学装置。
本发明实施例提供的全息光学系统与上述的全息光学装置具有相同的有益效果，因此不再赘述。
在此基础上，可选的，光源7为显示装置或投影装置。显示装置或投影装置用于输出图像，且每幅图像被依次分别输出，每一幅图像所包含的全部光线经过分光部件1后均会被分成参考光101和信号光102，该参考光101和信号光102将在光学元件4上的一个记录区401发生干涉并形成干涉条纹。利用显示装置或投影装置输出图像，具有存储量大和便于控制输出图像的优点。
如图3所示，本发明还提供一种全息显示系统，包括光源7、分光部件1、第一传输部201以及光学元件4。
分光部件1用于接收光源7发出的光，并输出参考光101。
第一传输部201设置在分光部件1的出光侧；第一传输部201用于将参考光101传输至光学元件4；光学元件4设置于第一传输部201的出光侧，光学元件4包括记录介质层41；记录介质层41包括多个记录区401，在每个记录区401均记录有干涉条纹；干涉条纹通过权利上述的全息光学装置形成。
本发明实施例提供的全息显示系统与上述的全息光学装置具有相同的有益效果，因此不再赘述。
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)

1.一种全息光学装置，其特征在于，包括分光部件、传输组件、焦距调制部件和光学元件；
所述分光部件用于接收光源发出的光，并输出参考光和信号光；所述参考光和所述信号光为相干光；
所述传输组件设置于所述分光部件的出光侧；所述焦距调制部件包括多个所述焦距调制区；所述传输组件用于将所述参考光传输至所述光学元件，并将所述信号光分别传输至所述焦距调制部件的每个焦距调制区；
所述焦距调制部件的多个所述焦距调制区的焦距互不相同；所述焦距调制部件用于将入射至所述焦距调制区的所述信号光的焦距，调制为与对应的所述焦距调制区的焦距相同；
所述光学元件设置于所述焦距调制部件的出光侧，所述光学元件包括记录介质层；所述记录介质层包括多个记录区，多个所述记录区与多个所述焦距调制区一一对应；所述记录介质层用于在每个所述记录区中，记录所述参考光和与所述记录区一一对应的所述焦距调制区入射至所述记录区的所述信号光产生的干涉条纹；
所述传输组件包括：第一传输部、第二传输部和第三传输部；
所述第一传输部用于将所述参考光传输至所述光学元件；
所述第二传输部用于将所述信号光传输至所述焦距调制部件的所有所述焦距调制区中的部分所述焦距调制区；
所述第三传输部用于将所述信号光传输至所述焦距调制部件的所有所述焦距调制区中的其余部分所述焦距调制区。
2.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，所述第二传输部和所述第三传输部均包括：第一反射部件和第二反射部件；
所述第一反射部件用于接收从所述分光部件出射的所述信号光，并将所述信号光传输至所述第二反射部件；
所述第二反射部件为可旋转反射部件，所述第二反射部件用于在不同旋转角度下，将接收的所述信号光传输至不同的所述焦距调制区。
3.根据权利要求2所述的全息光学装置，其特征在于，所述第一反射部件为可旋转反射部件，所述第二传输部中的第一反射部件和所述第三传输部件中的第一反射部件复用；
所述第一反射部件用于接收从所述分光部件出射的所述信号光，并将所述信号光传输至所述第二反射部件，包括:所述第一反射部件用于在第一旋转角度下将所述信号光传输至所述第二传输部的所述第二反射部件，在第二旋转角度下将所述信号光传输至所述第三传输部的所述第二反射部件。
4.根据权利要求3所述的全息光学装置，其特征在于，所述焦距调制区的个数为4个；
所述第二反射部件用于在不同旋转角度下，将接收的所述信号光传输至不同的所述焦距调制区，包括：
所述第二传输部的所述第二反射部件用于在第三旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第一个所述焦距调制区；在第四旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第二个所述焦距调制区；
所述第三传输部的所述第二反射部件用于在第五旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第三个所述焦距调制区；在第六旋转角度下，将接收的所述信号光传输至第四个所述焦距调制区。
5.根据权利要求3所述的全息光学装置，其特征在于，所述第一反射部件和所述第二反射部件均为微机电系统微反射镜。
6.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，第一传输部为微机电系统微反射镜。
7.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，所述焦距调制部件为空间光调制器；所述空间光调制器包括上基板、下基板、位于二者之间的液晶层、位于下基板远离所述上基板一侧的下偏光片以及位于上基板远离所述下基板一侧的上偏光片；
所述空间光调制器具有多个子单元，每个子单元中设置有第一电极和第二电极，所述第一电极设置于所述下基板上，所述第二电极设置于所述下基板或所述上基板上。
8.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，所述焦距调制部件为透镜组，所述透镜组包括多个焦距互不相同的透镜，每一个透镜所在区域为一个焦距调制区。
9.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，所述全息光学装置还包括准直扩束器，所述准直扩束器设置于所述分光部件的入光侧；所述准直扩束器用于对光源发出的光进行准直和扩束处理。
10.根据权利要求1所述的全息光学装置，其特征在于，所述记录介质层为光敏聚合物层。
11.一种全息光学系统，其特征在于，包括光源，以及权利要求1-10任一项所述的全息光学装置。
12.根据权利要求11所述的全息光学系统，其特征在于，所述光源为显示装置或投影装置。
13.一种全息显示系统，其特征在于，包括光源、分光部件、第一传输部以及光学元件；
所述分光部件用于接收所述光源发出的光，并输出参考光；
所述第一传输部设置在所述分光部件的出光侧；所述第一传输部用于将所述参考光传输至所述光学元件；所述光学元件设置于所述第一传输部的出光侧，所述光学元件包括记录介质层；所述记录介质层包括多个记录区，在每个记录区均记录有干涉条纹；所述干涉条纹通过权利要求1至10任一项的全息光学装置形成。
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