CN111142352B - 提供扩大的观察窗的全息显示装置和由其执行的显示方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种全息显示装置以及由其执行的显示方法，该全息显示装置包括：光源，配置为发射光；空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射在其上的光并再现全息图像，空间光调制器包括二维布置的多个显示像素；以及光学元件，与空间光调制器的光入射表面或空间光调制器的光出射表面相对地设置，光学元件包括不规则地布置的多个光透射图案的阵列。

Description

提供扩大的观察窗的全息显示装置和由其执行的显示方法
技术领域
本公开的示例实施方式涉及全息显示装置和显示方法，更具体地，涉及能够在通过离轴技术(off-axis technology)再现全息图像时提供扩大的观察窗的全息显示装置和显示方法。
背景技术
诸如眼镜型方法和非眼镜型方法的方法被广泛用于实现三维(3D)图像。眼镜型方法的示例包括偏转眼镜型方法和快门眼镜型方法，非眼镜型方法的示例包括透镜方法和视差屏障方法。在使用这些方法时，对观察点(viewpoint)的数量存在限制，其可能由于双眼视差实现。此外，由于大脑感知的深度与眼睛的焦点之间的差异，这些方法使观看者感到疲劳。
近来，提供全视差并能够使大脑感知的深度与眼睛的焦点一致的全息3D图像显示方法已经逐渐投入实际使用。根据这样的全息显示技术，当光被辐射到其上记录有干涉图案的全息图案上时，光被衍射且原始物体的图像被再现，其中干涉图案通过光与从原始物体反射的物体光之间的干涉而获得。在使用当前商业化的全息显示技术时，计算机生成的全息图(CGH)而不是通过将原始物体直接暴露于光而获得的全息图案被作为电信号提供到空间光调制器。然后，空间光调制器根据输入的CGH信号形成全息图案并衍射光，从而产生3D图像。
发明内容
根据一示例实施方式的一方面，提供一种全息显示装置，该全息显示装置包括：光源，配置为发射光；空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射在其上的光并再现全息图像，空间光调制器包括二维设置的多个显示像素；以及光学元件，与空间光调制器的光入射表面或空间光调制器的光出射表面相对地设置，光学元件包括不规则地设置的多个光透射图案的阵列。
所述多个光透射图案的阵列的分辨率可以大于空间光调制器的分辨率。
全息显示装置还包括图像处理器，该图像处理器配置为基于将要被再现的全息图像，以与所述多个光透射图案的阵列的分辨率对应的分辨率生成全息数据；提取与所述多个光透射图案中的每个的位置对应地生成的全息数据；以及将所提取的全息数据提供给空间光调制器。
空间光调制器的所述多个显示像素可以分别与所述多个光透射图案对应，且所述多个显示像素中的每个可以基于与其对应的所述多个光透射图案中的每个的位置来显示全息图案。
光学元件的所述多个光透射图案可以包括不规则地设置在不透明基板中的多个开口。
所述多个开口中的每个的尺寸可以小于空间光调制器的所述多个显示像素中的每个的尺寸。
所述多个开口中的一个或更多个开口可以与空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
所述多个开口中的每个可以与空间光调制器的每个显示像素对应。
空间光调制器的所述多个显示像素中的一些可以不与所述多个开口当中的开口对应。
空间光调制器的所述多个显示像素和光学元件的分别与其对应的所述多个开口之间的相对位置可以是不规则的。
空间光调制器的第一显示像素和光学元件的与其对应的第一开口之间的相对位置可以不同于空间光调制器的第二显示像素和光学元件的与其对应的第二开口之间的相对位置。
光学元件的所述多个开口的数量可以等于或大于空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
光学元件的所述多个开口的数量可以等于空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
光学元件的所述多个光透射图案可以包括不规则地且二维地布置的多个微透镜。
光学元件的所述多个微透镜的数量可以等于或大于空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
光学元件的所述多个微透镜的数量可以等于空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
所述多个微透镜当中的一个或更多个微透镜可以与空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
所述多个微透镜中的每个可以与空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
空间光调制器的所述多个显示像素中的一些可以不与所述多个微透镜当中的微透镜对应。
空间光调制器的所述多个显示像素和光学元件的分别与其对应的所述多个微透镜的中心之间的相对位置可以是不规则的。
空间光调制器的第一显示像素和光学元件的与其对应的第一微透镜的中心之间的相对位置可以不同于空间光调制器的第二显示像素和光学元件的与其对应的第二微透镜的中心之间的相对位置。
空间光调制器还可以包括滤色器阵列，该滤色器阵列包括：多个第一滤色器，配置为仅透射第一波长的光；多个第二滤色器，配置为仅透射不同于第一波长的第二波长的光；以及多个第三滤色器，配置为仅透射不同于第一波长和第二波长的第三波长的光。
所述多个第一滤色器、所述多个第二滤色器和所述多个第三滤色器可以被不规则地设置在滤色器阵列中。
空间光调制器的所述多个第一滤色器和光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置可以是不规则的，空间光调制器的所述多个第二滤色器和光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置可以是不规则的，空间光调制器的所述多个第三滤色器和光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置可以是不规则的。
光学元件还可以包括：第一光学元件，包括不规则地设置在不透明基板中的多个开口；以及第二光学元件，包括不规则地且二维地设置的多个微透镜。
全息显示装置还可以包括配置为跟踪观看者的瞳孔位置的眼球跟踪器。
光源可以包括：第一光源，配置为发射光以形成具有第一观察点的第一全息图像；以及第二光源，配置为发射光以形成具有与第一观察点不同的第二观察点的第二全息图像。
全息显示装置还可以包括致动器，该致动器配置为基于观看者的从眼球跟踪器提供的瞳孔位置来调整第一光源和第二光源的位置。
全息显示装置还可以包括配置为将从光源发射的光传输到空间光调制器的照明光学系统。
照明光学系统可以包括导光板，该导光板包括输入耦合器、输出耦合器和配置为将从光源发射的光提供给输入耦合器的光束偏转器，光束偏转器还可以配置为基于观看者的从眼球跟踪器提供的瞳孔位置信息来调整入射在输入耦合器上的光的入射角。
根据另一示例实施方式的一方面，提供一种由全息显示装置执行的显示方法，该全息显示装置包括：空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射光并再现全息图像，并包括二维设置的多个显示像素；和光学元件，与空间光调制器的光入射表面或空间光调制器的光出射表面相对地设置并包括不规则设置的多个光透射图案的阵列，该显示方法包括：计算具有比空间光调制器的实际分辨率大的分辨率的计算机生成的全息图(CGH)；基于光学元件的所述多个光透射图案的位置，对所计算的CGH采样；以及基于所采样的CGH数据，通过空间光调制器形成全息图案。
光学元件的所述多个光透射图案可以包括不规则地设置在不透明基板中的多个开口。
所述多个开口中的每个的尺寸可以小于空间光调制器的所述多个显示像素中的每个的尺寸。
所计算的CGH的分辨率与空间光调制器的实际分辨率的比率可以等于所述多个显示像素中的每个的面积与所述多个开口中的每个的面积的比率。
所计算的CGH的分辨率与空间光调制器的实际分辨率的比率可以等于所述多个显示像素的整个面积与所述多个开口的整个面积的比率。
空间光调制器的所述多个显示像素和光学元件的分别与其对应的所述多个开口之间的相对位置可以是不规则的。
光学元件的所述多个光透射图案可以包括不规则地且二维地设置的多个微透镜。
空间光调制器的所述多个显示像素和光学元件的分别与其对应的所述多个微透镜的中心之间的相对位置可以是不规则的。
所计算的CGH的分辨率与空间光调制器的实际分辨率的比率可以对应于所述多个微透镜中的每个的屈光力。
根据另一示例实施方式的一方面，提供一种全息显示装置，该全息显示装置包括：光源，配置为发射光；空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射在其上的光并再现全息图像，空间光调制器包括二维设置的多个显示像素；以及光学元件，包括多个光透射图案，所述多个光透射图案包括不规则地设置在不透明基板中的多个开口，其中空间光调制器的所述多个显示像素分别与所述多个光透射图案对应，以及其中所述多个开口中的每个的尺寸小于空间光调制器的所述多个显示像素中的每个的尺寸。
附图说明
从以下结合附图对示例实施方式的描述，以上和/或其它的方面将变得明显并更易于理解，附图中：
图1是显示根据一示例实施方式的全息显示装置的配置的图；
图2示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图3示出通过根据相关示例的不包括光学元件的全息显示装置，在观看者的眼睛的瞳平面中光的分布的示例；
图4示出通过根据示例实施方式的包括光学元件的全息显示装置，在观看者的眼睛的瞳平面中光的分布的示例；
图5示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图6示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图7示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图8示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图9示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图10示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图11示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图12示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图13示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；
图14显示图13所示的光学元件的沿着线A-A'的剖视图；
图15示出根据一示例实施方式的空间光调制器的滤色器阵列的滤色器分布的示例；
图16示出根据一示例实施方式的光学元件的配置的示例；以及
图17是显示根据一示例实施方式的全息显示装置的配置的示意图。
具体实施方式
在下文，参照附图，将详细描述用于提供扩大的观察窗的全息显示装置和方法。相同的附图标记始终表示相同的元件，在附图中，为了清楚和方便说明，可以夸大元件的尺寸。以下描述的示例实施方式仅是示范性的，并且可以从所述示例实施方式进行各种修改。在下面描述的层结构中，表述“在……之上”或“在……上”不仅可以包括“以接触的方式直接在……上”而且包括“以非接触的方式在……上”。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。
当诸如“……中的至少一个”的表述在一列元素之前时，修饰整列元素，而不修饰该列中的个别元素。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应被理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者、或包括全部a、b和c。
图1是显示根据一示例实施方式的全息显示装置100的配置的示意图。参照图1，根据一示例实施方式的全息显示装置100可以包括：用于提供光的光源110；空间光调制器130，用于形成全息图案以调制入射光从而再现全息图像；聚焦光学系统120，将全息图像聚焦在一空间上；以及用于扩大观察窗的光学元件140。全息显示装置100还可以包括：图像处理器160，用于根据将要被再现的全息图像生成全息信号并将该全息信号提供给空间光调制器130；眼球跟踪器170，用于跟踪观看者的瞳孔位置；以及致动器180，用于响应于由眼球跟踪器170提供的瞳孔位置信息来驱动光源110。
在图1中，聚焦光学系统120、空间光调制器130和光学元件140沿着来自光源110的照明光的行进方向顺序地布置，但是这仅是一示例。聚焦光学系统120、空间光调制器130和光学元件140的布置顺序可以不同地任意选择。例如，聚焦光学系统120可以最后设置在照明光的路径上。此外，光学元件140可以布置为面对空间光调制器130的光入射表面或面对空间光调制器130的光出射表面。
光源110可以包括：第一光源110L，发射用于将要形成在观看者的左眼中的全息图像的光；和第二光源110R，发射用于将要形成在观看者的右眼中的全息图像的光。第一光源110L和第二光源110R中的每个可以布置为提供以一角度入射在空间光调制器130上的照明光。例如，第一光源110L可以相对于空间光调制器130设置在观看者的左眼的相对侧，第二光源110R可以相对于空间光调制器130设置在观看者的右眼的相对侧。
第一光源110L和第二光源110R可以包括激光二极管，以提供具有高相干性的照明光。然而，实施方式不限于此。例如，当照明光具有一定程度的空间相干性时，由于照明光可以被空间光调制器130充分地衍射和调制，所以可以使用发光二极管(LED)作为第一光源110L和第二光源110R。除了LED之外，还可以使用任何其它的光源，只要发射具有空间相干性的光。尽管在图1中示出了一个第一光源110L和一个第二光源110R，但是第一光源110L和第二光源110R可以包括多个激光器或LED的阵列。
空间光调制器130可以根据由图像处理器160提供的全息数据信号(例如计算机生成的全息图(CGH)数据信号)形成用于衍射和调制照明光的全息图案。为此，空间光调制器130可以包括多个二维布置的显示像素。空间光调制器130可以使用用于执行相位调制的相位调制器、用于执行幅度调制的幅度调制器、以及执行相位调制和幅度调制两者的复合调制器中的任一个。尽管图1的空间光调制器130是透射式空间光调制器，但是也可以使用反射式空间光调制器。透射式空间光调制器可以使用例如基于化合物半导体(诸如镓砷化物(GaAs))的半导体调制器、或液晶器件(LCD)。反射式空间光调制器可以使用例如数字微镜器件(DMD)、硅上液晶(LCoS)技术或半导体调制器。
图像处理器160可以配置为根据将被提供给观看者的全息图像生成全息信号，将该全息信号提供给空间光调制器130，并控制光源110的操作。例如，图像处理器160可以控制第一光源110L和第二光源110R的开启和关闭。图像处理器160可以使用软件实现，或者可以以其中嵌入这样的软件的功能的半导体芯片的形式实现。
眼球跟踪器170可以通过相机等获得观看者的图像，检测图像中观看者的瞳孔，并分析瞳孔的位置。眼球跟踪器170可以实时跟踪观看者的瞳孔位置变化并将结果提供给图像处理器160。然后，图像处理器160可以响应于观看者的由眼球跟踪器170提供的瞳孔位置信息生成全息信号。例如，图像处理器160可以根据随观看者的瞳孔位置变化而引起的观察点的变化生成全息信号，并可以将生成的全息信号提供给空间光调制器130。此外，图像处理器160可以控制致动器180以改变第一光源110L和第二光源110R的位置，使得照明光朝向观看者的瞳孔行进。
聚焦光学系统120可以将通过空间光调制器130调制照明光而形成的再现光聚焦到预定空间上。例如，聚焦光学系统120可以将再现光聚焦在观看者的瞳孔位置上。再现光可以通过聚焦光学系统120被聚焦在一空间上，从而可以在该空间上形成全息图像。
光学元件140可以包括随机不规则布置的多个光透射图案的阵列。例如，图2示出根据一示例实施方式的光学元件140的配置的一示例。参照图2，光学元件140可以包括用于阻挡光的不透明基板141和不规则地布置在不透明基板141上的多个开口142。开口142可以通过完全穿透不透明基板141而形成，并且可以透射光。因此，光学元件140的所述多个光透射图案可以对应于所述多个开口142。
由图2中的虚线指示的方形格子可以对应于空间光调制器130的显示像素。如图2所示，一个开口142可以对应于空间光调制器130的一个显示像素。因此，光学元件140的开口142可以与空间光调制器130的显示像素一一对应，并且光学元件140的开口142的数量可以对应于空间光调制器130的显示像素的数量。此外，开口142的尺寸可以小于空间光调制器130的对应的显示像素的尺寸。在这方面，可以看出，光学元件140的光透射图案的阵列具有比空间光调制器130的分辨率大的分辨率。在图2中，光学元件140的开口142的尺寸为空间光调制器130的显示像素的约四分之一，但是实施方式不限于此。
根据示例实施方式，空间光调制器130的所述多个显示像素与光学元件140的所述多个分别对应的开口142之间的相对位置可以被不规则地设定。每个开口142可以定位成对应于相应的显示像素的部分区域，因为每个开口142的尺寸小于空间光调制器130的所述多个显示像素中的每个的尺寸。与所述多个显示像素中的每个对应的开口142的位置可以是不规则且随机地不同的。例如，空间光调制器130的任何一个显示像素与光学元件140的一个对应开口142之间的相对位置可以不同于空间光调制器130的其它显示像素与光学元件140的其它对应开口142之间的相对位置，并且差异程度可以是不规则的。
因此，当光学元件140设置在空间光调制器130的光入射表面上时，照明光可以入射在空间光调制器130的比显示像素小的多个部分区域上。此外，当光学元件140设置在空间光调制器130的光出射表面上时，仅从空间光调制器130的比显示像素小的所述多个部分区域发射的光可以被看到。结果，在其中空间光调制器130和光学元件140组合的配置可以获得与以下相同的效果：具有比空间光调制器130的分辨率大的分辨率的空间光调制器通过关闭不规则布置的显示像素中的一些并仅显示所述显示像素中的一些来显示图像。通常，全息显示装置100的观察窗的尺寸随着空间光调制器130的分辨率的增大而增大，从而通过使用光学元件140提供扩大的观察窗，其大于由空间光调制器130的实际分辨率确定的观察窗的尺寸。
现在将在下面描述全息显示装置100的操作。图像处理器160可以生成全息数据信号并将该全息数据信号提供给空间光调制器130。全息数据信号可以是被计算以在一空间上再现目标全息图像的CGH信号。图像处理器160可以根据将要被再现的全息图像生成全息数据信号。空间光调制器130可以根据从图像处理器160提供的全息数据信号在空间光调制器130的表面上形成全息图案。空间光调制器130形成全息图案的原理可以与例如显示面板显示图像的原理相同。例如，全息图案可以被显示在空间光调制器130上作为包括关于将要被再现的全息图像的信息的干涉图案。
同时，光源110可以将光提供给空间光调制器130。入射在空间光调制器130上的光可以被由空间光调制器130形成的全息图案衍射并与该全息图案干涉。然后，被衍射并干涉的光可以聚焦在聚焦光学系统120的焦平面上，并且三维全息图像可以在空间光调制器130前面的预定空间上再现。将要被再现的全息图像的形状和深度可以根据由空间光调制器130形成的全息图案确定。
根据示例实施方式，由于存在空间光调制器130的分辨率通过光学元件140增大的效果，所以可以扩大在其中再现并观看全息图像的空间，也就是，观察窗。为此，图像处理器160可以以比空间光调制器130的实际分辨率大的分辨率计算CGH，以生成全息数据信号。例如，由图像处理器160计算的CGH的分辨率和空间光调制器130的实际分辨率的比率可以与空间光调制器130的每个显示像素的面积和每个开口142的面积的比率基本上相同。换句话说，图像处理器160可以以与光学元件140的光透射图案的阵列的分辨率对应的分辨率来计算CGH。例如，当光学元件140的开口142的尺寸是空间光调制器130的显示像素的四分之一时，图像处理器160可以以空间光调制器130的实际分辨率的四倍大的分辨率计算CGH。由图像处理器160计算的CGH的分辨率和空间光调制器130的实际分辨率的比率可以与空间光调制器130的显示像素的整个面积和所述多个开口142的整个面积的比率基本上相同。
然后，图像处理器160可以根据光学元件140的所述多个开口142的位置对CGH采样。例如，在整个CGH数据中，可以仅提取通过光学元件140的开口142可见的部分的CGH数据，不计由于被光学元件140的不透明基板141遮挡而基本上不使用的数据。例如，当光学元件140的开口142的尺寸是空间光调制器130的显示像素的四分之一时，图像处理器160可以将空间光调制器130的一个显示像素分成由图2中的①、②、③和④指示的四个区域，并以高分辨率对四个区域①、②、③、④中的每个计算CGH。在图2中，图像处理器160可以仅提取并提供与区域②的位置对应的高分辨率的CGH数据到布置在最上面一行最左列的第一显示像素130a，并仅提取并提供与区域④的位置对应的高分辨率的CGH数据到布置在最上面一行第二列的第二显示像素130b。
然后，空间光调制器130的第一显示像素130a可以显示与区域②的位置对应的全息图案，第二显示像素130b可以显示与区域④的位置对应的全息图案。在这种情况下，与在图2中的第一显示像素130a的区域①、③和④的位置对应的CGH数据可以被计算但是不显示。同样，与在图2中的第二显示像素130b的区域①、②和③的位置对应的CGH数据可以被计算但是不显示。结果，图像处理器160可以处理数据，就好像光学元件140的每个开口142是虚拟空间光调制器的显示像素一样。
替代地，图像处理器160可以通过内插或外插来补充所采样的CGH数据，使得所采样的CGH数据也可以包括由不透明基板141遮挡的部分的信息。例如，图像处理器160可以将与空间光调制器130的一个显示像素中的区域①、②、③和④对应的CGH数据简单平均并将平均后的CGH数据提供给空间光调制器130。然后，第一显示像素130a和第二显示像素130b中的每个可以基于关于其区域①、②、③和④的平均CGH数据来显示全息图案。
CGH数据可以通过改变由不透明基板141遮挡的区域和透过开口142看到的区域的权重来提取。例如，图像处理器160可以向空间光调制器130的第一显示像素130a提供CGH数据，该CGH数据对通过将与图2中的第一显示像素130a的区域②对应的CGH数据乘以第一权重获得的数据和通过将与区域①、③和④对应的CGH数据乘以小于第一权重的第二权重获得的数据求平均而得到。同样地，图像处理器160可以向空间光调制器130的第二显示像素130b提供CGH数据，该CGH数据对通过将图2中与第二显示像素130b的区域④对应的CGH数据乘以第一权重获得的数据和通过将与区域①、②和③对应的CGH数据乘以小于第一权重的第二权重获得的数据求平均而得到。
可以进一步考虑关于空间光调制器130的相邻显示像素之间的被遮挡部分的信息。例如，图像处理器160可以向空间光调制器130的第一显示像素130a提供CGH数据，该CGH数据通过将图2中与第一显示像素130a的区域②对应的CGH数据乘以第一权重获得的数据、将与区域①、③和④对应的CGH数据乘以第二权重获得的数据和将与第二显示像素130b的区域①和③对应的CGH数据乘以小于第二权重的第三权重获得的数据求平均。换句话说，图像处理器160可以向空间光调制器130的一显示像素提供CGH数据，该CGH数据通过将与该显示像素的一区域对应的CGH数据乘以一权重获得的数据和将与该显示像素的该区域附近或周围的被遮挡区域对应的CGH数据乘以随着远离该显示像素的该区域而越来越小的权重获得的数据求平均而得到。
图像处理器160可以将以上述方式生成的最终高分辨率CGH数据提供给空间光调制器130。空间光调制器130可以使用采样的高分辨率CGH数据在屏幕上显示全息图案。然后，具有比空间光调制器130的分辨率大的分辨率的虚拟空间光调制器可以获得与以下相同的效果：具有比空间光调制器130的分辨率大的分辨率的空间光调制器通过关闭不规则布置的显示像素中的一些并仅显示显示像素中的一些来显示高分辨率图像。因此，可以获得比由空间光调制器130的实际分辨率确定的观察窗的尺寸大的扩大的观察窗。
然而，由于空间光调制器130配置有多个显示像素的阵列，所以所述多个显示像素的物理阵列结构可以用作衍射格子。因此，照明光不仅可以通过由空间光调制器130形成的全息图案衍射和干涉，而且可以通过由空间光调制器130的以显示像素的阵列配置的规则像素格子衍射和干涉。此外，照明光中的一些可以不被全息图案衍射，而是可以原样地通过空间光调制器130。结果，多个格子点可以出现在聚焦光学系统120的将全息图像会聚到一点的焦平面(或瞳平面)上。所述多个格子点会作为降低被再现的全息图像的质量的图像噪声而起作用，并使观看者观看全息图像感到不舒服。例如，由未被衍射的照明光形成的0阶噪声会出现在聚焦光学系统120的轴线上。此外，由于由空间光调制器130的规则显示像素结构衍射的光之间的干涉，规则格子图案的更高阶噪声会出现在0阶噪声周围。
为了防止或减少观看者看到噪声，全息图像可以通过离轴技术再现，使得在避免噪声的同时再现全息图像的光斑(spot)。噪声由于空间光调制器130的内部结构产生，与全息图案无关，因此噪声的位置总是固定的。然而，全息图像的光斑位置根据全息图案确定，因此全息图案可以被形成为使得全息图像在不存在噪声的位置再现。例如，图像处理器160可以将棱镜相位添加到包括全息图像信息的CGH数据。然后，全息图像可以通过所显示的棱镜图案以及在空间光调制器130中的全息图案而离开聚焦光学系统120的光轴再现。因此，再现的全息图像可以远离0阶噪声。
根据示例实施方式，通过由光学元件140扩大观察窗，再现的全息图像的位置可以进一步远离0阶噪声。此外，根据示例实施方式，光学元件140的开口142被不规则地布置，因此由空间光调制器130的规则显示像素结构产生的高阶噪声可以衰减或被去除。
例如，图3示出通过根据相关示例的不使用光学元件140的全息显示装置，在观看者眼睛的瞳平面中的光分布的一示例。参照图3，由于0阶衍射而引起的0阶噪声N0可以形成在瞳平面的中心上，也就是，光轴上。此外，在0阶噪声N0附近，由高于±1阶的更高阶衍射产生的更高阶噪声N1可以以格子形式规则地形成。在图3中，由高阶噪声N1围绕的粗实线指示的矩形可以是由空间光调制器130的分辨率确定的观察窗。更高阶噪声N1可以在观察窗之外规则地产生。
全息图像L可以使用离轴技术稍微离开0阶噪声N0被再现。复共轭图像L*可以相对于0阶噪声N0在全息图像L的相对侧产生。如图3所示，即使使用离轴技术，棱镜相位的表达极限也会小于空间光调制器130的像素节距，全息图像L不会进一步远离更高阶噪声N1。换句话说，全息图像L不会在由空间光调制器130的分辨率确定的观察窗之外再现。
图4示出通过根据一示例实施方式的使用光学元件140的全息显示装置100，在观看者的眼睛的瞳平面中的光分布的示例。参照图4，由于在瞳平面的中心上的0阶衍射，会形成0阶噪声N0。然而，由于光学元件140的开口142的不规则布置，由高于±1阶的更高阶衍射产生的更高阶噪声N1可以几乎不产生。由于光学元件140的开口142具有比空间光调制器130的显示像素小的尺寸，所以全息图像L可以在由空间光调制器130的分辨率确定的观察窗之外再现。
因此，观察窗可以被相当大地扩大，并且全息图像L可以更远离0阶噪声N0，因此可以更舒适地观看全息图像L。此外，当观察窗被如上所述地扩大时，即使眼球跟踪器170和致动器180的精度降低，也可以容易地在观察窗中再现全息图像L。因此，可以在不使用具有高精度高价格的眼球跟踪器170和致动器180的情况下再现低串扰的全息图像L。
在图2中显示的光学元件140的情况下，可以关于空间光调制器130的每个显示像素设置一个开口142。换句话说，空间光调制器130的显示像素和光学元件140的开口142可以一一对应，但是实施方式不限于此。开口142的布置可以被各种各样地选择。例如，图5示出根据一示例实施方式的光学元件140的配置的一示例。参照图5，可以不在光学元件140的与空间光调制器130的一些显示像素130c和130f对应的区域中设置开口142，且可以在光学元件140的与一些显示像素130d和130e对应的区域中布置两个开口142。这些开口142的布置可以被不规则地和随机地确定。即使空间光调制器130的显示像素和光学元件140的开口142可以不是完全地一一对应，光学元件140的开口142的总数也可以被设计为等于或大于空间光调制器130的显示像素的总数。
CGH数据可以关于在与其对应的区域中布置两个开口142的显示像素130d和130e以各种方式被采样。例如，在设置在空间光调制器130的第二行第三列中的第三显示像素130d的情况下，开口142可以设置在区域①和④中，并且区域②和③可以被不透明基板141遮挡。在这种情况下，图像处理器160可以向空间光调制器130的第三显示像素130d提供从对应于区域①的CGH数据和对应于区域④的CGH数据中任意选择的一个CGH数据。替代地，图像处理器160可以只是向空间光调制器130的第三显示像素130d提供通过对与区域①对应的CGH数据和与区域④对应的CGH数据求平均而获得的CGH数据。图像处理器160可以向空间光调制器130的第三显示像素130d提供CGH数据，该CGH数据通过对将对应于区域①和④的CGH数据乘以第一权重获得的CGH数据和将对应于区域②和③的CGH数据乘以小于第一权重的第二权重获得的CGH数据求平均而获得。可以进一步考虑关于其中没有设置开口142的相邻的第四显示像素130c的信息。例如，图像处理器160可以向空间光调制器130的第三显示像素130d提供CGH数据，该CGH数据通过对将对应于第三显示像素130d的区域①和④的CGH数据乘以第一权重、将对应于第三显示像素130d的区域②和③的CGH数据乘以小于第一权重的第二权重以及将对应于第四显示像素130c的区域②和④的CGH数据乘以小于第二权重的第三权重而获得的CGH数据求平均获得。
在设置在空间光调制器130的第三行第一列中的第五显示像素130e的情况下，开口142可以设置在区域②和③中，区域①和④可以被不透明基板141遮挡。在如上所述的这种情况下，图像处理器160可以向空间光调制器130的第五显示像素130e提供从对应于第五显示像素130e的区域②的CGH数据和对应于区域③的CGH数据中任意选择的一个CGH数据，向空间光调制器130的第五显示像素130e提供通过对与区域②对应的CGH数据和与区域③对应的CGH数据求平均而获得的CGH数据，向空间光调制器130的第五显示像素130e提供通过对与区域①、②、③和④对应的所有CGH数据求平均而获得的CGH数据，或者向空间光调制器130的第五显示像素130e提供对通过将对应于区域②和③的CGH数据乘以第一权重而获得的CGH数据和通过将对应于区域①和④的CGH数据乘以第二权重而获得的CGH数据求平均得到的CGH数据。CGH数据可以进一步考虑关于相邻显示像素的遮挡区域的CGH数据而被采样。
此外，在图2和图5所示的光学元件140的情况下，一个开口142的尺寸可以为一个显示像素的尺寸的约1/4。因此，开口142的面积在光学元件140的总面积中占据的比率(在下文，占据比率)可以是25％，但是实施方式不限于此。各种占据比率的光学元件140会是可能的。此外，光学元件140的开口142的布置图案可以以各种方式被选择。观察窗扩大的程度、更高阶噪声N1衰减的程度、更高阶噪声N1的位置等可以根据光学元件140的开口142的占据比率和开口142布置的图案形式而不同。
例如，图6至图10示出光学元件140的各种占据比率的开口142的布置示例。图6中显示的光学元件140被设计为具有约25％的占据比率。图7至图9中显示的光学元件140被设计为具有约12.5％的占据比率。图10中显示的光学元件140被设计为具有约7.8％的占据比率。例如，图6的光学元件140的每个开口142的面积为空间光调制器130的一个显示像素的面积的约1/4，光学元件140的开口142的数量和空间光调制器130中的显示像素的数量可以大致相同。
然而，开口142的面积不必限于空间光调制器130的显示像素的面积的1/4。例如，在图7至图9中，开口142的面积可以为空间光调制器130的一个显示像素的面积的约1/8，光学元件140的开口142的数量和空间光调制器130中的显示像素的数量可以大致相同。此外，在图10中，开口142的面积可以为空间光调制器130的一个显示像素的面积的约1/13，且光学元件140的开口142的数量可以为空间光调制器130中的显示像素的数量的1.248倍。例如，1248个开口142可以平均地相对于1000个显示像素被随机分配。
此外，开口142的面积和空间光调制器130的显示像素的面积不必总是具有恒定比率的关系。例如，当光学元件140具有约7.8％的占据比率时，光学元件140中的开口142的数量可以被选择为与空间光调制器130中的显示像素的数量相同，且显示区域142的面积可以被选择为空间光调制器130的显示像素的面积的7.8％。此外，由图像处理器160计算的CGH的分辨率和空间光调制器130的实际分辨率的比率可以通常与空间光调制器130的每个显示像素的面积和每个开口142的面积的比率相同，但是所述比率不必严格相同。例如，考虑将要被再现的全息图像的亮度和需要的观察窗的尺寸，可以调整开口142的尺寸，使得空间光调制器130的每个显示像素的面积与每个开口142的面积的比率可以略大于或小于由图像处理器160计算的CGH的分辨率与空间光调制器130的实际分辨率的比率。
即使在相同占据比率的光学元件140的情况下，根据开口142的布置形式，瞳平面中的光分布也可以略微不同。例如，当使用图6、图9和图10中显示的光学元件140之一时，不会观察到更高阶的噪声N1。当使用图7和图8中显示的光学元件140之一时，可以在0阶噪声N0附近发现略微微弱的更高阶噪声N1。
图11示出根据一示例实施方式的光学元件140的配置的一示例。参照图11，光学元件140的一个开口142可以配置为几个小通孔的阵列。例如，尽管图11显示了其中一个开口142配置为四个通孔的阵列的示例，但是对构成一个开口142的通孔的数量没有特别限制。
空间光调制器130的显示像素的数量会非常大，且光学元件140的对应开口142的数量也会非常大。可能难以不规则地设计如此大量的开口142的所有位置。制造具有与空间光调制器130的尺寸相同的尺寸的一个光学元件140也会是困难的。在这种情况下，光学元件140可以通过制造包括所述多个不规则布置的开口142的光学元件单元并通过重复布置相同的光学元件单元来制造。
例如，图12示出根据一示例实施方式的光学元件140的配置的一示例。参照图12，光学元件140可以包括多个重复布置的光学元件单元140a。在每个光学元件单元140a中，所述多个开口142可以不规则地布置。所述多个光学元件单元140a可以全部包括相同布置类型的开口142。图12显示了包括四个光学元件单元140a的光学元件140的示例，但是实施方式不限于此。光学元件140可以包括更大数量的光学元件单元140a。图12中显示的光学元件140的开口142可以在一个光学元件单元140a中不规则地布置。然而，由于相同的光学元件单元140a被重复，所以光学元件140可以总体具有与光学元件单元140a的布置周期一样的规则性。
光学元件140的不规则光透射图案被描述为穿过不透明基板141形成的开口142。然而，在使用不透明基板141和开口142的情况下，由于照明光仅部分地透过开口142，所以会降低光利用效率。因此，代替所述多个开口142，可以使用多个微透镜的阵列。例如，图13显示了根据一示例实施方式的光学元件140'的配置的一示例，图14显示了图13所述的光学元件140'的沿着线A-A'的截面图。参照图13，光学元件140'可以包括不规则且二维布置的多个微透镜143。这里，光学元件140'的多个光透射图案可以是所述多个微透镜143。
如图13和图14所示，光学元件140'的微透镜143可以与空间光调制器130的显示像素一一对应，并且微透镜143的数量可以与显示像素的数量相同。根据示例实施方式，空间光调制器130的所述多个显示像素和光学元件140'的多个对应微透镜143之间的相对位置可以被不规则地设定。每个微透镜143可以具有中心光轴。在每个微透镜143中，中心光轴的位置可以是不规则的且是随机不同的。例如，空间光调制器130的任何一个显示像素和光学元件的对应的一个微透镜143的中心光轴之间的相对位置可以与空间光调制器130的其它显示像素和光学元件140'的对应的其它微透镜143的中心光轴之间的相对位置不同，并且差异程度可以是不规则的。与包括开口142的光学元件140相比，光学元件140'的微透镜143的中心光轴可以与光学元件140的开口142的中心相同。
每个微透镜143可以仅设置在空间光调制器130的对应的显示像素的一区域中。由于与空间光调制器130的显示像素对应的微透镜143的中心光轴的位置可以相对于空间光调制器130的每个显示像素不同，如图14的截面图所示，所以对应于不同显示像素的两个相邻的微透镜143之间的边界可以是不连续的。
此外，包括开口142的光学元件140的描述可以最适用于包括微透镜143的光学元件140'。例如，可以不在空间光调制器130的一些显示像素中设置微透镜143，并且可以在一些其它显示像素中设置两个微透镜143。尽管空间光调制器130的显示像素和光学元件140'的微透镜143不是完全一一对应，但是光学元件140'的微透镜143的总数可以被设计为与空间光调制器130的显示像素的数量相同或大于空间光调制器130的显示像素的数量。
此外，每个微透镜143的屈光力可以考虑由图像处理器160计算的CGH的分辨率与空间光调制器130的实际分辨率的比率来确定。当微透镜143是不折射光的平板时，它可以具有与不包括光学元件140'相同的效果。微透镜143的屈光力可以反向对应于光学元件140的开口142的尺寸。微透镜143的屈光力越大，由微透镜143形成的光斑的尺寸越小，也就是，微透镜143的屈光力越大，开口142的尺寸越小。此外，降低微透镜143的屈光力可以具有与增大开口142的尺寸相同的效果。例如，当微透镜143不折射光时，可以存在如开口142的尺寸与空间光调制器130的显示像素的尺寸相同一样的效果。当微透镜143的屈光力被选择为使得微透镜143将聚焦光学系统120的焦平面上的图像缩小一半时，其可以具有如开口142的尺寸为空间光调制器130的显示像素的尺寸的一半一样的几乎相同效果。因此，随着由图像处理器160计算的CGH的分辨率与空间光调制器130的实际分辨率的比率增大，微透镜143的屈光力可以相应地增大。
根据一些示例实施方式的全息显示装置100也可以包括：光学元件140，包括所述多个不规则布置的开口142；和光学元件140'，包括所述多个不规则布置的微透镜143。例如，通过组合诸如光学元件140的开口142的尺寸和光学元件140'的微透镜143的屈光力的参数，可以优化全息图像的图像质量。
当全息显示装置100提供彩色全息图像时，空间光调制器130可以被实现为具有红色、绿色和蓝色像素的彩色显示装置。为此，空间光调制器130可以包括分别对应于显示像素的多个滤色器的阵列。例如，图15示出根据一示例实施方式的空间光调制器130的滤色器阵列131的滤色器分布的一示例。参照图15，滤色器阵列131可以包括用于仅透射红色光的多个红色滤色器131a、用于仅透射绿色光的多个绿色滤色器131b以及用于仅透射蓝色光的多个蓝色滤色器131c。红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c中的每个可以与空间光调制器130的显示像素一一对应。
此外，如图15所示，所述多个红色滤色器131a、所述多个绿色滤色器131b和所述多个蓝色滤色器131c可以不规则地布置。高阶噪声N1可以是由相同波长的光的相长干涉和相消干涉产生的干涉条纹图案。当红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c规则地布置时，红色滤色器131a可以是相对于红色波长的光的衍射栅格(lattice)，绿色滤色器131b可以是相对于绿色波长的光的衍射栅格，蓝色滤色器131c可以是相对于蓝色波长的光的衍射栅格。根据示例实施方式，所述多个红色滤色器131a、所述多个绿色滤色器131b和所述多个蓝色滤色器131c可以不规则地布置，从而防止或减少相同波长的光的干涉。
空间光调制器130的整个区域中的红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c的数量可以相同。在空间光调制器130中，红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c可以相对均匀且不规则地分布。图像处理器160可以分别考虑红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c的位置来计算红色CGH数据、绿色CGH数据和蓝色CGH数据中的每个。
此外，图16示出根据一示例实施方式的光学元件140的配置的一示例。参照图16，光学元件140的分别对应于所述多个红色滤色器131a、绿色滤色器131b和蓝色滤色器131c的所述多个开口142可以不规则地布置。图16中以虚线指示的矩形栅格对应于空间光调制器130的一个显示像素或一个滤色器。在图16中，每个开口142的尺寸为空间光调制器130的一个显示像素的尺寸的约1/3，但是不限于此。
光学元件140的所述多个开口142可以相对于空间光调制器130的全部显示像素不规则地布置，并相对于每个滤色器不规则地布置。例如，所述多个红色滤色器131a和所述多个分别对应的开口142之间的相对位置可以被不规则地设定，所述多个绿色滤色器131b和所述多个分别对应的开口142之间的相对位置可以被不规则地设定，所述多个蓝色滤色器131c和所述多个分别对应的开口142之间的相对位置可以被不规则地设定。
在图16中，光学元件140的分别与空间光调制器130的所述多个滤色器对应的光透射图案可以是开口142，但是可以使用微透镜143代替开口142。
图17是显示根据一示例实施方式的全息显示装置200的配置的示意图。参照图17，根据一示例实施方式的全息显示装置200可以包括：用于提供光的光源110；空间光调制器130，形成用于调制入射光以再现全息图像的全息图案；聚焦光学系统120，用于将全息图像聚焦在一空间上；光学元件140，用于扩大观察窗；图像处理器160，用于根据将要被再现的全息图像生成全息信号并将该全息信号提供给空间光调制器130；照明光学系统210，用于将从光源110发射的光传输到空间光调制器130；以及眼球跟踪器170，用于跟踪观看者的瞳孔位置。
根据示例实施方式的全息显示装置200可以通过使用照明光学系统210用一个光源110提供用于左眼的全息图像和用于右眼的全息图像。照明光学系统210可以配置为划分从光源110入射的光并且发射划分后的光以使其在左眼方向和右眼方向上行进。例如，照明光学系统210可以包括：透明导光板211，包括输入耦合器212和输出耦合器213；以及光束偏转器214，用于将从光源110发射的光提供给输入耦合器212。
光束偏转器214可以是液晶偏转器，其衍射入射光以产生以不同角度行进的两个光束。这两个光束可以以不同的角度入射在输入耦合器212上并在导光板211内以不同的角度行进。结果，通过输出耦合器213发射的两个光束的出射角也可以彼此不同。来自输出耦合器213的两个光束可以透过聚焦光学系统120、空间光调制器130和光学元件140，然后最终分别向观看者的左眼和右眼行进。光束偏转器214还可以响应于观看者的从眼球跟踪器170提供的瞳孔位置信息来调整入射在输入耦合器212上的两个光束的入射角。
在图17中，聚焦光学系统120、空间光调制器130和光学元件140沿着来自输出耦合器213的光束的行进方向顺序地布置。然而，这仅是一示例。聚焦光学系统120、空间光调制器130和光学元件140的布置顺序可以被不同地选择。光学元件140可以包括多个不规则且随机布置的光透射图案的阵列，以扩大全息显示装置200的观察窗并降低高阶噪声。
尽管已经参照附图所示的示例实施方式显示并描述了用于提供扩大的观察窗的全息显示装置和方法，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而没有脱离由权利要求书限定的精神和范围。
应当理解，这里描述的示例实施方式应当以描述性意义被考虑，而不用于限制目的。对每个示例实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其它示例实施方式中的其它类似的特征或方面。
本申请要求分别于2018年11月6日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0135333号韩国专利申请和2019年1月10日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0003290号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (38)

1.一种全息显示装置，包括：
光源，配置为发射光；
空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射在其上的光并再现全息图像，所述空间光调制器包括二维布置的多个显示像素；
光学元件，与所述空间光调制器的光入射表面或所述空间光调制器的光出射表面相对地设置，所述光学元件包括不规则地布置的多个光透射图案的阵列；以及
图像处理器，
其中所述多个光透射图案的所述阵列的分辨率大于所述空间光调制器的分辨率，
其中所述图像处理器配置为：
基于将要被再现的所述全息图像，以与所述多个光透射图案的所述阵列的所述分辨率对应的分辨率生成全息数据，
在所生成的全息数据当中提取与所述多个光透射图案的位置对应的全息数据，以及
将所提取的全息数据提供给所述空间光调制器。
2.根据权利要求1所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素分别与所述多个光透射图案对应，以及
其中所述多个显示像素中的每个配置为基于与其对应的所述多个光透射图案中的每个的位置显示全息图案。
3.根据权利要求1所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个光透射图案包括不规则地布置在不透明基板中的多个开口。
4.根据权利要求3所述的全息显示装置，其中所述多个开口中的每个的尺寸小于所述空间光调制器的所述多个显示像素中的每个的尺寸。
5.根据权利要求4所述的全息显示装置，其中所述多个开口中的一个或更多个开口与所述空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
6.根据权利要求5所述的全息显示装置，其中所述多个开口中的每个与所述空间光调制器的所述显示像素中的每个对应。
7.根据权利要求4所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素中的至少一个不与所述多个开口当中的开口对应。
8.根据权利要求4所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素和所述光学元件的分别与其对应的所述多个开口之间的相对位置是不规则的。
9.根据权利要求8所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的第一显示像素和所述光学元件的与其对应的第一开口之间的相对位置不同于所述空间光调制器的第二显示像素和所述光学元件的与其对应的第二开口之间的相对位置。
10.根据权利要求3所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个开口的数量等于或大于所述空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
11.根据权利要求10所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个开口的数量等于所述空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
12.根据权利要求1所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个光透射图案包括不规则地且二维地布置的多个微透镜。
13.根据权利要求12所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个微透镜的数量等于或大于所述空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
14.根据权利要求13所述的全息显示装置，其中所述光学元件的所述多个微透镜的数量等于所述空间光调制器的所述多个显示像素的数量。
15.根据权利要求12所述的全息显示装置，其中所述多个微透镜当中的一个或更多个微透镜与所述空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
16.根据权利要求15所述的全息显示装置，其中所述多个微透镜中的每个与所述空间光调制器的所述多个显示像素中的每个对应。
17.根据权利要求12所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素中的至少一个不与所述多个微透镜当中的微透镜对应。
18.根据权利要求12所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素和所述光学元件的分别与其对应的所述多个微透镜的中心之间的相对位置是不规则的。
19.根据权利要求18所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器的第一显示像素和所述光学元件的与其对应的第一微透镜的中心之间的相对位置不同于所述空间光调制器的第二显示像素和所述光学元件的与其对应的第二微透镜的中心之间的相对位置。
20.根据权利要求1所述的全息显示装置，其中所述空间光调制器还包括滤色器阵列，该滤色器阵列包括：
多个第一滤色器，配置为仅透射第一波长的光；
多个第二滤色器，配置为仅透射不同于所述第一波长的第二波长的光；以及
多个第三滤色器，配置为仅透射不同于所述第一波长和所述第二波长的第三波长的光。
21.根据权利要求20所述的全息显示装置，其中所述多个第一滤色器、所述多个第二滤色器和所述多个第三滤色器被不规则地设置在所述滤色器阵列中。
22.根据权利要求21所述的全息显示装置，
其中所述空间光调制器的所述多个第一滤色器和所述光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置是不规则的，
其中所述空间光调制器的所述多个第二滤色器和所述光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置是不规则的，以及
其中所述空间光调制器的所述多个第三滤色器和所述光学元件的所述多个光透射图案当中的分别与其对应的光透射图案之间的相对位置是不规则的。
23.根据权利要求1所述的全息显示装置，其中所述光学元件还包括：
第一光学元件，包括不规则地布置在不透明基板中的多个开口；以及
第二光学元件，包括不规则地且二维地布置的多个微透镜。
24.根据权利要求1所述的全息显示装置，还包括：
眼球跟踪器，配置为跟踪观看者的瞳孔位置。
25.根据权利要求24所述的全息显示装置，其中所述光源包括：
第一光源，配置为发射光以形成具有第一观察点的第一全息图像；以及
第二光源，配置为发射光以形成具有与所述第一观察点不同的第二观察点的第二全息图像。
26.根据权利要求25所述的全息显示装置，还包括：
致动器，配置为基于所述观看者的从所述眼球跟踪器提供的所述瞳孔位置来调整所述第一光源和所述第二光源的位置。
27.根据权利要求24所述的全息显示装置，还包括：
照明光学系统，配置为将从所述光源发射的光传输到所述空间光调制器。
28.根据权利要求27所述的全息显示装置，
其中所述照明光学系统包括导光板，所述导光板包括输入耦合器、输出耦合器和光束偏转器，该光束偏转器配置为将从所述光源发射的光提供给所述输入耦合器，以及
其中所述光束偏转器还配置为基于所述观看者的从所述眼球跟踪器提供的所述瞳孔位置的信息来调整入射在所述输入耦合器上的光的入射角。
29.一种由全息显示装置执行的显示方法，该全息显示装置包括：空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射光并再现全息图像，并包括二维布置的多个显示像素；和光学元件，与所述空间光调制器的光入射表面或所述空间光调制器的光出射表面相对地设置并包括不规则布置的多个光透射图案的阵列，其中所述多个光透射图案的所述阵列的分辨率大于所述空间光调制器的分辨率，
所述显示方法包括：
计算具有与所述多个光透射图案的所述阵列的所述分辨率对应的分辨率的计算机生成的全息图（CGH）；
基于所述光学元件的所述多个光透射图案的位置，对所计算的CGH采样，使得与所述多个光透射图案的位置对应的CGH数据在所计算的CGH当中提取；以及
基于所提取的CGH数据，通过所述空间光调制器形成所述全息图案。
30.根据权利要求29所述的显示方法，其中所述光学元件的所述多个光透射图案包括不规则地布置在不透明基板中的多个开口。
31.根据权利要求30所述的显示方法，其中所述多个开口中的每个的尺寸小于所述空间光调制器的所述多个显示像素的每个的尺寸。
32.根据权利要求31所述的显示方法，其中所计算的CGH的分辨率与所述空间光调制器的实际分辨率的比率等于所述多个显示像素中的每个的面积与所述多个开口中的每个的面积的比率。
33.根据权利要求31所述的显示方法，其中所计算的CGH的分辨率与所述空间光调制器的实际分辨率的比率等于所述多个显示像素的整个面积与所述多个开口的整个面积的比率。
34.根据权利要求31所述的显示方法，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素和所述光学元件的分别与其对应的所述多个开口之间的相对位置是不规则的。
35.根据权利要求29所述的显示方法，其中所述光学元件的所述多个光透射图案包括不规则地且二维地布置的多个微透镜。
36.根据权利要求35所述的显示方法，其中所述空间光调制器的所述多个显示像素和所述光学元件的分别与其对应的所述多个微透镜的中心之间的相对位置是不规则的。
37.根据权利要求35所述的显示方法，其中所计算的CGH的分辨率与所述空间光调制器的实际分辨率的比率对应于所述多个微透镜中的每个的屈光力。
38.一种全息显示装置，包括：
光源，配置为发射光；
空间光调制器，配置为形成全息图案以调制入射在其上的光并再现全息图像，所述空间光调制器包括二维设置的多个显示像素；以及
光学元件，包括多个光透射图案的阵列，所述多个光透射图案包括不规则地设置在不透明基板中的多个开口，
其中所述空间光调制器的所述多个显示像素分别与所述多个光透射图案对应，
其中所述多个开口中的每个的尺寸小于所述空间光调制器的所述多个显示像素中的每个的尺寸，
其中所述多个光透射图案的所述阵列的分辨率大于所述空间光调制器的分辨率，以及
其中所述全息显示装置还包括：
图像处理器，配置为：
基于将要被再现的所述全息图像，以与所述多个光透射图案的所述阵列的分辨率对应的分辨率生成全息数据，
在所生成的全息数据当中提取与所述多个光透射图案的位置对应的全息数据，以及
将所提取的全息数据提供给所述空间光调制器。
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