CN115963633A - 一种全息光场显示系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种全息光场显示系统，包括：光场显示器件及二次调制器，光场显示器件包括若干光源模组和若干空间光调制器，光源模组用于投影平面3D相干阵列光源；若干空间光调制器分别对应地设置于各光源模组的投影光路上，用于将对应的平面3D相干阵列光源进行调制定位，以形成相对虚拟屏幕表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面；二次调制器设置于若干空间光调制器的光路上，用于对具有第一投影深度轮廓的第一全息面进行调制定位，形成相对虚拟屏幕表面具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面，虚拟屏幕表面与光源模组出光面非平行。本公开实施例提供了一种全息光场显示系统，能够利用光场全息技术，实现真实全息投影。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息光场显示系统。
背景技术
元宇宙(Metaverse)是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙(Metaverse)是由Meta和Verse两个单词组成，Meta表示超越，Verse代表宇宙(universe)，合起来即为“超越宇宙”的概念：一个平行于现实世界运行的人造空间，是互联网的下一个阶段，由AR、VR、3D等技术支持的虚拟现实的网络世界。在相关技术中元宇宙主流技术是AR、VR和3D技术。
发明内容
本公开实施例提供了一种全息光场显示系统，能够实现真实全息投影。
本公开实施例所提供的技术方案如下：
一种全息光场显示系统，包括：
光场显示器件，包括若干光源模组和若干空间光调制器，所述光源模组用于投影平面3D相干阵列光源；
若干所述空间光调制器分别对应地设置于各所述光源模组的投影光路上，用于将对应的所述平面3D相干阵列光源进行调制定位，以形成相对虚拟屏幕表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面；
二次调制器，设置于若干所述空间光调制器的投影光路上，用于对所述具有第一投影深度轮廓的第一全息面进行调制定位，形成相对所述虚拟屏幕表面具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面，所述虚拟屏幕表面与所述光源模组出光面非平行。
示例性的，所述空间光调制器包括分束器和图像回射器，所述分束器设置于所述光源模组的投影光路上，所述图像回射器设置于所述分束器的反射光路上，以使所述平面3D相干阵列光源的一部分光线被所述分束器反射至所述图像回射器，并被所述图像回射器反转方向折回至所述分束器之后，部分透过所述分束器被定位，形成所述第一全息面。
示例性的，所述分束器包括偏振分束器；所述图像回射器包括单反射器微镜阵列。
示例性的，所述空间光调制器还包括第一调节组件，所述图像回射器的反射面相对所述光源模组的出光面呈第一夹角，所述图像回射器连接至第一调节组件，所述第一调节组件能够调节所述图像回射器相对所述光源模组的位置，以改变所述第一夹角。
示例性的，所述第一调节组件包括：
第一底座，所述图像回射器沿着第一方向上的一端可转动地连接至所述第一底座上，所述第一方向与所述光源模组的出光面之间呈所述第一夹角；及
第一驱动器，驱动所述图像回射器相对所述第一底座转动。
示例性的，所述空间光调制器还可以包括第二调节组件，所述分束器的反射面面向所述图像回射器的反射面，且相对所述光源模组的出光面呈第二夹角，所述分束器连接至所述第二调节组件，所述第二调节组件能够调节所述分束器相对所述光源模组的位置，以改变所述第二夹角。
示例性的，所述第二调节组件包括：
第二底座，所述分束器沿着第二方向上的一端可转动地连接至所述第二底座上，所述第二方向与所述光源模组的出光面之间呈所述第二夹角；及
第二驱动器，驱动所述分束器相对所述第二底座转动。
示例性的，所述二次调制器包括内部分布散射粒子的气溶胶成像光柱系统，所述气溶胶成像光柱系统包括若干气溶胶光柱单元，一个所述气溶胶光柱单元至少对应一个所述光源模组设置。
示例性的，至少部分所述气溶胶光柱单元内部的散射粒子的分布密度在六维方向上从中心向外呈放射状递减。
示例性的，若干所述气溶胶光柱单元连为一体结构；或者，至少两个所述气溶胶光柱单元彼此独立。
示例性的，若干所述光源模组沿预定周向排列成一圈，且若干所述空间调制器对应若干所述光源模组周向排列。
示例性的，若干所述空间调制器周向排列围成的空间内可移动或可拆卸地设置所述气溶胶光柱单元，其中不同所述空间调制器对应位置上的所述气溶胶光柱单元的散射粒子的分布密度相同或不同。
示例性的，所述二次调制器包括：
超声波蒸汽发生器，包括若干超声波蒸汽发生单元，一个所述超声波蒸汽发生单元至少对应一个所述光源模组设置，所述超声波蒸汽发生单元包括朝向所述第一全息面的多个蒸汽孔；及
控制器，其与所述超声波蒸汽发生器连接，用于控制各所述超声波蒸汽发生单元的工作参数，所述工作参数包括以下至少一项：当前工作的蒸汽孔坐标位置、不同蒸汽孔内的蒸汽密度。
示例性的，所述光源模组包括：2D显示模组和设置于所述2D显示模组的出光侧的光调制层，所述2D显示模组用于产生光源，所述光调制层用于将所述2D显示模组的光源转换为所述平面3D相干阵列光源。
示例性的，所述光调制层包括：
液晶光栅层，设置于所述2D显示模组的出光侧；及
菲涅尔透镜层，设置于所述液晶光栅层的远离所述2D显示模组的一侧。
示例性的，至少部分所述光源模组的工作状态可单独控制，以使不同所述光源模组的光源单独可调。
本公开实施例所带来的有益效果如下：
本公开实施例提供的全息光场显示系统，主要包括光场显示器件和二次调制器，其中通过所述光场显示器件中的显示模组可投影平面3D相干阵列光源，该平面3D相干阵列光源可通过所述光场显示器件中的空间光调制器进行调制定位，形成相对虚拟屏幕(或预定光幕点阵)表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面，即形成具有3D光程差的相干光源，再将所述具有3D光程差的相干光源投射至所述二次调制器，通过该二次调制器对所述第一全息面的点进行调制定位，形成第二全息面，该第二全息面具有针对观看者预期的深度轮廓，即具有不同深度的投射光源。若干所述光源模组可分别投射不同视角的图像，且从不同方向投射，从而经过所述二次调制器可将不同视角图像进行全息投影。
在本公开进一步的实施例中，所述空间光调制器包括分束镜和图像回射器，且所述分束镜和图像回射器相对所述光场显示器件的出光侧角度可调。
在本公开进一步的实施例中，所述二次调制器可由气溶胶成像光柱系统实现，发射不同视角光源的不同显示模组对应不同的气溶胶光柱单元，通过对不同显示模组的光强等参数进行调控，可改变气溶胶光柱单元中光线密度分布，消除光线角度有限的情况下，图像分辨率与视场角度之间的矛盾；且所述气溶胶成像光柱系统具有高效的光利用率。
此外，在本公开进一步的实施例中，所述二次调制器可由超声波蒸汽发生器实现，可通过控制所述超声波蒸汽发生器的工作参数，控制不同位置的蒸汽孔状态，以控制不同位置水蒸汽的密度，实现投射全息图像的不同深度轮廓分布。
此外，在本公开进一步的实施例中，所述光源模组中可优先将光线转换成稳定的3D相干阵列光源，这样，通过空间光调制器和二次调制器的调制定位之后，出射光线的转向角度可精确调控，例如，可实现出射光线较大转向角度的精确调控。
附图说明
图1表示本公开实施例提供的全息光场显示系统的结构示意图；
图2表示本公开实施例提供的全息光场显示系统中若干光源模组的排列示意图；
图3表示本公开一些实施例提供的全息光场显示系统中图像回射器的结构示意图；
图4表示本公开另一些实施例提供的全息光场显示系统中图像回射器的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在对本公开实施例提供的全息光场显示系统进行详细说明之前，有必要对于相关技术进行以下说明：
在相关技术中，元宇宙(Metaverse)是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。
元宇宙(Metaverse)是由Meta和Verse两个单词组成，Meta表示超越，Verse代表宇宙(universe)，合起来即为“超越宇宙”的概念：一个平行于现实世界运行的人造空间，是互联网的下一个阶段，由AR、VR、3D等技术支持的虚拟现实的网络世界。
元宇宙的五大特征与属性，即：社会与空间属性(Social&Space)、科技赋能的超越延伸(Technology Tension)、人、机与人工智能共创(ArtifIcal,Machine&AI)、真实感与现实映射性(Reality&Reflection)、交易与流通(Trade&Transaction)。目前的主流技术还是AR、VR、3D。
全息图包含透镜印刷、佩珀尔幻象(Pepper's Ghost)、无眼镜立体元宇宙魔盒、水平视差显示器、头戴式VR和AR元宇宙魔盒(HMD)，以及其它概括为“配镜(fauxlography)”的此类幻象。这些技术可能会展现出真正的全息元宇宙魔盒的期望特性中的一些，然而缺乏足够的刺激人类视觉感觉反应的能力。
全息投影和全息显示是多个投影的结果，其中能量表面定位提供在视体内传播的角度、颜色和亮度信息。不同于立体元宇宙魔盒，观看到的汇聚能量传播路径在空间中的位置在观看者在视体周围移动时不会变化，并且任何数目的观看者可以同时在现实空间中看见所传播的影像，就像它真的在现实空间中一样。
本公开实施例提出了一种利用光场全息技术，将虚拟空间接口光场显示器，利用真实空间投影真实再现元宇宙与真实世界的接口，具有一定的广泛意义。
如图1所示，本公开实施例所提供的全息光场显示系统包括：光场显示器件100及二次调制器200，所述光场显示器件100包括若干光源模组110和若干空间光调制器120，所述光源模组110用于投影平面3D相干阵列光源；若干所述空间光调制器120分别对应地设置于各所述光源模组110的投影光路上，用于将对应的所述平面3D相干阵列光源进行调制定位，以形成相对虚拟屏幕表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面a；所述二次调制器200设置于若干所述空间光调制器120的投影光路上，用于对所述具有第一投影深度轮廓的第一全息面a进行调制定位，形成相对所述虚拟屏幕表面d具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面b，所述虚拟屏幕表面d与所述光源模组110出光面非平行。
本公开实施例提供的全息光场显示系统，主要包括光场显示器件100和二次调制器200，其中通过所述光场显示器件100中的显示模组可投影平面3D相干阵列光源，该平面3D相干阵列光源可通过所述光场显示器件100中的空间光调制器120进行调制定位，形成相对虚拟屏幕表面d具有第一投影深度轮廓的第一全息面a，即形成具有3D光程差的相干光源，再将所述具有3D光程差的相干光源投射至所述二次调制器200，通过该二次调制器200对所述第一全息面a的点进行调制定位，形成第二全息面b，该第二全息面b具有针对观看者预期的深度轮廓，即具有不同深度的投射光源。若干所述光源模组110可分别投射不同视角的图像，且从不同方向投射，从而经过所述二次调制器200可将显示对象不同视角图像进行全息投影，实现多视角真全息投影。这种真全息投影的意义在于，3D图像是利用两眼接受到的不同角度的图像，在人脑中合成的3D图像，而本公开实施例提供的全息光场显示系统则可在不佩戴眼镜的状态下的真实全息影像。
本公开实施例提供的全息光场显示系统的原理是：
通过所述光源模组110投影平面3D相干阵列光源；利用所述空间光调制器120形成具有3D光程差的相干光源，即具有第一投影深度轮廓的第一全息面a；再将所述具有3D光程差的相干光源投射到所述二次调制器200，通过所述二次调制器200对以形成不同深度的投射全息光影，即具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面b，其中若干光源模组110可从不同方向发出光源，且不同显示模组投影的不同视角图像，从而实现多视角真全息投影。这种真全息投影的意义在于，3D图像是利用两眼接受到的不同角度的图像，在人脑中合成的3D图像，而本公开实施例提供的全息光场显示系统则可在不佩戴眼镜的状态下的真实全息影像。
上述方案中，第一全息面a和第二全息面b可以是如显示对象的一部分、面、背景场景等全息场景中的任何表面。第一全息面a和第二全息面b的投影深度轮廓可以包含在虚拟屏幕平面的方向上观察的观看者感知到的深度。如图1所展示的，第一全息面a可被观看者感知为相对于虚拟屏幕平面d的屏幕内全息表面。
作为一种示例性的实施例，如图1所示，所述空间光调制器120包括分束器121和图像回射器122，所述分束器121设置于所述光源模组110的投影光路上，所述图像回射器122设置于所述分束器121的反射光路上，以使所述平面3D相干阵列光源的一部分光线被所述分束器121反射至所述图像回射器122，并被所述图像回射器122反转方向折回至所述分束器121之后，部分透过所述分束器121被定位，形成所述第一全息面a。
在上述方案中，所述空间光调制器120可以使用分束器121和图像回射器122来调制由显示模组投影的全息对象。在实施例中，所述光源模组110的投影的平面3D相干阵列光源可以在图1所示的全息对象c的表面上的定位c1处会聚，并且然后在它们接近分束器121时发散。分束器121可以被配置成包括偏振分束器121、透明的铝涂覆层或至少一个二向色滤光片。请参见图1所示，分束器121可以被配置为其反射面朝向图像回射器122，且相对于所述光源模组110的出光面呈第一夹角，并且图像回射器11被配置为其反射面朝向所述分束器121，且相对于所述光源模组110的出光面呈第二夹角。
沿着所述平面3D相干阵列光源的投影光路，所述平面3D相干阵列光源的一部分光线从分束器121沿着一组反射光路朝向所述图像回射器122反射，还有一部分剩余的光则沿着另一组光路穿过分束器121。图像回射器122用于以与入射至该图形回射器122上的入射光角度接近相反的方向反转入射光的每条射线，而没有显著的空间偏移。从所述分束器121反射至所述图像回射器122的反射光在从所述图像回射器122反射时反转其方向、使所述反射光以基本上接近原入射角度的方向折回至分束器121，且部分光线穿过分束器121而会聚在第一全息面a的定位a1处。通过上述方式，所述空间调制器由显示模组直接投影的全息对象形成为第一全息面a。
图3和图4所示为所述图像回射器122的两种示例性的实施例。
在一些实施例中，图像回射器122可以包括单独反射器的微镜阵列，例如角反射器微镜阵列，其包括多个微镜单元122a。如图3所示，一些实施例中，图像回射器122内部可分布散光粒子122b，通过散光粒子122b的分布密度、粒子尺寸等参数与微镜单元122a反射面角度配合，以使光线沿预期角度反射。如4所示，另一些实施例中，也可以在所述微镜单元122a的外表面分别设置散光粒子122b，通过散光粒子122b的分布密度、大小等参数与微镜单元122a反射面角度配合，可精确调节光线反射角度。
在一些实施例中，所述空间调制器还可以包括位于所述分束器121与所述图像回射器122之间的光学元件123。所述光学元件123的相对位置如图1所示。
所述分束器121为偏振分束器121时，所述光学元件123可以是与该偏振分束器121一起使用的偏振控制元件。若显示模组仅产生一种偏振态，则偏振分束器121可以被布置成将所述光源模组110投影的几乎所有光朝向所述图像回射器122引导，而消除了可以竖直穿过分束器121并且对第一全息面a成像没有帮助的大部分光射线。
使用偏振分束器121，从该偏振分束器121反射的光线在接近光学元件123时被线性地偏振并且在穿过光学元件123之后被圆偏振，所述光学元件123可以包含四分之一波长延迟器。且光在从所述图像回射器122反射时，大部分光可以在相反方向上被圆偏振，并且对于这种相反的圆偏振，返回穿过四分之一波长延迟器将导致这些光射线转换为线性偏振，所述线性偏振相对于沿着所述偏振分束器121的反射光旋转90度。此光具有与由分束器121反射的光相反的偏振，因此所述光将直接穿过分束器121而不是被偏转，并且有助于第一全息面a的成像。简而言之，放置在分束器121与回射器之间的四分之一波片光学元件可以帮助将从分束器121反射的大部分光从一个线性偏振转换成相反的线性偏振，使得分束器121以最佳效率传递此光，产生全息图像，并且限制浪费的光。
作为一种示例性的实施例，如图1所示，所述空间光调制器120还包括第一调节组件124，所述图像回射器122的反射面相对所述光源模组110的出光面呈第一夹角，所述图像回射器122连接至第一调节组件124，所述第一调节组件124能够调节所述图像回射器122相对所述光源模组110的位置，以改变所述第一夹角；所述空间光调制器120还可以包括第二调节组件125，所述分束器121的反射面面向所述图像回射器122的反射面，且相对所述光源模组110的出光面呈第二夹角，所述分束器121连接至所述第二调节组件125，所述第二调节组件125能够调节所述分束器121相对所述光源模组110的位置，以改变所述第二夹角。
采用上述方案，所述图像回射器122和所述分束器121相对于所述光源模组110的出光面的夹角角度可调，也就是说，所述空间光调制器的光调制参数可调，更利于消除串扰和重影，同时，所述第一全息面a的投影深度可调节，可按照预期光路将光线调制至所述二次调制器200的接收光区域内，这种多视角光场可实现水平、垂直或任意排列分布，以实现水平视差、垂直视差、环绕视差、全视差等视差效果，可实现具有连续运动视差的全息视角。
作为一种示例性的实施例，如图1所示，所述第一调节组件124包括：第一底座1241和第一驱动器(未示出)，所述图像回射器122沿着第一方向上的一端可转动地连接至所述第一底座1241上，所述第一方向与所述光源模组110的出光面之间呈所述第一夹角；所述第一驱动器驱动所述图像回射器122相对所述第一底座1241转动。
上述方案，仅需驱动所述图像回射器122相对所述第一底座1241转动，即可实现所述图像回射器122相对于所述光源模组110的出光面之间的第一夹角大小，结构简单，便于调节。应当理解的是，以上仅是示例，在实际应用中，所述图像回射器122的角度调节方式可不限于此。
作为一种示例性的实施例，如图1所示，所述第二调节组件125包括：第二底座1251和第二驱动器(未示出)，所述分束器121沿着第二方向上的一端可转动地连接至所述第二底座1251上，所述第二方向与所述光源模组110的出光面之间呈所述第二夹角；所述第二驱动器驱动所述分束器121相对所述第二底座1251转动。
上述方案，仅需驱动所述分束器121相对所述第二底座1251转动，即可实现所述图像回射器122相对于所述光源模组110的出光面之间的第二夹角大小，结构简单，便于调节。应当理解的是，以上仅是示例，在实际应用中，所述图像回射器122的角度调节方式可不限于此。
此外，示例性的，所述二次调制器200包括内部分布散射粒子的气溶胶成像光柱系统，所述气溶胶成像光柱系统包括若干气溶胶光柱单元，一个所述气溶胶光柱单元至少对应一个所述光源模组110设置。
上述方案中，所述二次调制器200由若干气溶胶光柱单元来组成，所述气溶胶光柱单元可以由二氧化钛散射粒子分布在二氧化硅气溶胶光柱中形成，其作用是利用气溶胶光柱内的散射粒子形成散射光点，从所述空间光调制器的光可投影知所述气溶胶光柱内的散射粒子上，而散射粒子可形成全息光子阵列，对投影图像进行定位，从而利用真实光点成像实现全息显示。
每一个所述气溶胶光柱单元对应一个所述光源模组110设置，且不同的所述气溶胶光柱单元内部的散射粒子的分布密度可不同，应根据其对应的所述光源模组110投影的平面3D相干阵列光源的光线角度确定。例如，一些实施例中，至少部分所述气溶胶光柱单元内部的散射粒子的分布密度在六维方向上从中心向外呈放射状递减。
需要说明的是，所述气溶胶光柱单元中可形成全息光子阵列，对光的强度、相位、偏振等参量具有灵活而精确的调控能力。当然可以理解的是，所述二次调制器可以包括除气溶胶光柱系统之外的各种全息显示光场器件，例如衍射光栅、衍射透镜等，可对光的强度、相位、偏振等参量进行更为灵活而精确的调控。
此外，如图1和图2所示，在本公开实施例中，若干所述光源模组110沿预定周向排列成一圈，且若干所述空间调制器对应若干所述光源模组110周向排列。例如，所述光源模组110的数量可以是6个，六个所述光源模组110可分别投影显示对象的六个视角图像，并通过调节各自对应的空间调制器中所述分束器121和所述图像回射器122的角度，并与对应的所述气溶胶光柱单元内部散射粒子分布密度匹配，形成不同视角针对观察者预期的不同深度的全息图像。
在一些实施例中，若干所述气溶胶光柱单元可连为一体结构。或者，至少两个所述气溶胶光柱单元彼此独立。
此外，若干所述空间调制器周向排列围成的空间内可移动或可拆卸地设置所述气溶胶光柱单元，其中不同所述空间调制器对应位置上的所述气溶胶光柱单元的散射粒子的分布密度相同或不同。这样，所述气溶胶光柱单元的位置可调或者可更换不同散射粒子分布密度的气溶胶光柱单元，以实现投影全息图像的不同深度分布。
在另一些实施例中，所述二次调制器200还可包括：超声波蒸汽发生器，包括若干超声波蒸汽发生单元，一个所述超声波蒸汽发生单元至少对应一个所述光源模组110设置，所述超声波蒸汽发生单元包括朝向所述第一全息面a的多个蒸汽孔；及控制器，其与所述超声波蒸汽发生器连接，用于控制各所述超声波蒸汽发生单元的工作参数，所述工作参数包括以下至少一项：当前工作的蒸汽孔坐标位置、不同蒸汽孔内的蒸汽密度。在本实施例中，所述二次调制器200可由超声波蒸汽发生器实现，可通过控制所述超声波蒸汽发生器的工作参数，控制不同位置的蒸汽孔状态，以控制不同位置水蒸汽的密度，实现投射全息图像的不同深度轮廓分布。
作为一些示例性的实施例，如图1所示，所述光源模组110可以包括：2D显示模组111和设置于所述2D显示模组111的出光侧的光调制层112，所述2D显示模组111用于产生光源，所述光调制层112用于对所述2D显示模组111的光线进行调制，以形成所述平面3D相干阵列光源。
示例性的，所述光调制层112包括：液晶光栅层1121和菲涅尔透镜层1122，所述液晶光栅层1121设置于所述2D显示模组111的出光侧；所述菲涅尔透镜层1122设置于所述液晶光栅层1121的远离所述2D显示模组111的一侧。通过所述液晶光栅层1121和所述菲涅尔透镜层1122可对2D显示模组111的出射光调制，以形成平面3D相干阵列光源。
需要说明的是，以上仅是示例，在实际应用中，所述光调制层112的具体结构不限于此，还可以是能够将平面2D光源转换为平面3D相干阵列光源的任意合适的结构。所述光源模组110中可优先将光线转换成稳定的3D相干阵列光源，可实现出射光线较大转向角度的精确调控。
示例性的，所述2D显示模组111可以包括OLED发光器件1111及位于所述OLED发光器件的出光侧的彩膜层1112。
此外，至少部分所述光源模组110的工作状态可单独控制，以使不同所述光源模组110的光源单独可调。
在上述实施例中，所述二次调制器200可由气溶胶成像光柱系统实现，发射不同视角光源的不同显示模组对应不同的气溶胶光柱单元，通过对不同显示模组的光强等参数进行调控，可改变气溶胶光柱单元中光线密度分布，消除光线角度有限的情况下，图像分辨率与视场角度之间的矛盾，且所述气溶胶成像光柱系统具有高效的光利用率。
此外，在本实施例中，若干所述光源模组中的2D显示模组中可以包括阵列分布的像素单元，所述像素单元至少包括分别显示三基色的三种单色光源，该全息显示系统实现动态连续全息显示的过程可以如下：
所述全息光场显示系统中的控制器控制不同的2D显示模组加载预先设定的显示对象不同视角的图像信息，并通过时序控制方式控制三单色光源进行图像显示；
所述2D显示模组出射光线被所述光调制层转换成平面3D相干阵列光源；
所述空间光调制器将对应的所述平面3D相干阵列光源进行调制定位，以形成相对虚拟屏幕表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面a；
所述二次调制器200对所述具有第一投影深度轮廓的第一全息面a进行调制定位，形成相对所述虚拟屏幕表面d具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面b；由于不同的2D显示模组加载显示对象不同视角的图像，从而经二次调制器200调制后形成的第二全息面b可将显示对象不同视角图像进行全息投影，实现多视角真全息投影。
此外，上述实施例仅是一种实现该全息显示系统实现动态连续全息显示的一种实施方式，但是并不局限于此，例如：
在未示意出的另一些实施例中，所述光源模组按照预设工作参数，仅产生三基色相干阵列光源，而未加载显示对象的图像信息；所述空间光调制器可选用压电光调制器等光调制参数可变的光调制器件，所述全息光场显示系统中的控制器控制不同的所述空间光调制器上加载预先设定的显示对象不同视角对应的图像参数，图像参数被配置为与对应的所述光源模组的发光参数匹配，用于调节所述空间光调制器上的光调制参数，以与所述三基色相干阵列光源同步变化，实现全息图像的显示。也就是说，所述光源模组仅发出未加载有图像信息的相干阵列光源，通过所述空间光调制器调制定位后才可形成图像。
以下说明本公开实施例提供的全息光场显示系统的原理的理论基础：
对于空间中包含颜色信息的光场，可用七维全光函数L(x，y，z光源位置，S振幅，R相位，λ波长，t时间)来表示。其中，(x，y，z)表示空间位置，(S，R)表示空间角度，λ表示波长，t表示时间。
全光函数表达了在任意时刻从空间任意点覆盖任意波长范围的可见光锥，描述了光线在光柱中场景的映射关系，用于2D图像转换为平面3D图像。对于平面2D图像，增加空间角度信息，只能呈现光场中(x，y)两个维度随时间t变化的平面图像信息。由平面3D图像可使观察者获得仿射、遮挡、光照阴影、纹理、先验知识等由心理感知的深度信息，不能营造出真实的3D效果。而全息显示建立的光场全光函数，不仅可实现心理立体视觉，同时还能提供单眼调焦、辐辏调节、双目视差和移动视差等生理感知的深度信息。
在本公开实施例所提供的全息光场显示系统，其图像信息的转换过程如下：
由所述2D发光器件发出平面二维图像，该平面二维光源通过像素开口图案形成为具有不同光程差的三维图像，再通过所述液晶光栅层1121和菲涅尔透镜层1122将所述三维图像转换成四维图像，四维图像又通过所述分束器121和所述图像回射器122的角度调节形成七维全息图像。
光线在三维空间中传播，不考虑光线颜色(波长)的变化，那么，在任一时刻的光线可以用3个空间位置坐标(x，y，z)和两个角度坐标(S，R)来表示。因此，全光函数便由七维参量变成五维参量(x，y，z，S，R)。如果忽略光线在空间中传播时的衰减，则全光函数可以用两个相互平行的平面进行表征，全光函数便可降至四维(x，y，S，R)。基于裸眼3D显示常常采用逐像素调控的策略，通过四维甚至五维结构参量调控单个像素(x，y)出射光线的空间角度信息(S，R)，从而重建(x，y，S，R)光场函数。
设任意一点坐标为(x0，y0，z0)，从菲涅尔透镜层1122上表面上侧入射的光源的光信号光振幅为A0，分布在菲涅尔透镜层1122上表面上的振幅为
OLED发光器件的平行光垂直液晶光栅层1121通过菲涅尔透镜层1122发生会聚，发出的复振幅分布可表示为
S(x，y)＝S0exp[jφS(x，y)] (I)
经过所述分束器121和所述图像回射器122之后，可表示为
式中，振幅R0为常数，R(x，y)为相位。物光波S(x，y)与参考光R(x，y)在菲涅尔透镜层1122上表面处发生干涉，干涉条纹的亮度菲涅尔透镜层1122上表面的复振幅反射系数为：
τ(x，y)＝K[cos(acosθ)+jsin(acosθ)]
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种全息光场显示系统，其特征在于，包括：
光场显示器件，包括若干光源模组和若干空间光调制器，所述光源模组用于投影平面3D相干阵列光源；若干所述空间光调制器分别对应地设置于各所述光源模组的投影光路上，用于将对应的所述平面3D相干阵列光源进行调制定位，以形成相对虚拟屏幕表面具有第一投影深度轮廓的第一全息面；
二次调制器，设置于若干所述空间光调制器的投影光路上，用于对所述第一全息面的点进行调制定位，形成相对所述虚拟屏幕表面具有预期的第二投影深度轮廓的第二全息面，所述虚拟屏幕表面与所述光源模组出光面非平行。
2.根据权利要求1所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述空间光调制器包括分束器和图像回射器，所述分束器设置于所述光源模组的投影光路上，所述图像回射器设置于所述分束器的反射光路上，以使所述平面3D相干阵列光源的一部分光线被所述分束器反射至所述图像回射器，并被所述图像回射器反转方向折回至所述分束器之后，部分透过所述分束器被定位，形成所述第一全息面。
3.根据权利要求2所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述分束器包括偏振分束器、透明的铝涂覆层或至少一个二向色滤光片中的至少一种；所述图像回射器包括单反射器微镜阵列。
4.根据权利要求2所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述空间光调制器还包括第一调节组件，所述图像回射器的反射面相对所述光源模组的出光面呈第一夹角，所述图像回射器连接至第一调节组件，所述第一调节组件能够调节所述图像回射器相对所述光源模组的位置，以改变所述第一夹角。
5.根据权利要求4所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述第一调节组件包括：
第一底座，所述图像回射器沿着第一方向上的一端可转动地连接至所述第一底座上，所述第一方向与所述光源模组的出光面之间呈所述第一夹角；及
第一驱动器，驱动所述图像回射器相对所述第一底座转动。
6.根据权利要求2所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述空间光调制器还可以包括第二调节组件，所述分束器的反射面面向所述图像回射器的反射面，且相对所述光源模组的出光面呈第二夹角，所述分束器连接至所述第二调节组件，所述第二调节组件能够调节所述分束器相对所述光源模组的位置，以改变所述第二夹角。
7.根据权利要求6所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述第二调节组件包括：
第二底座，所述分束器沿着第二方向上的一端可转动地连接至所述第二底座上，所述第二方向与所述光源模组的出光面之间呈所述第二夹角；及
第二驱动器，驱动所述分束器相对所述第二底座转动。
8.根据权利要求1所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述二次调制器包括内部分布散射粒子的气溶胶成像光柱系统，所述气溶胶成像光柱系统包括若干气溶胶光柱单元，一个所述气溶胶光柱单元至少对应一个所述光源模组设置。
9.根据权利要求8所述的全息光场显示系统，其特征在于，
至少部分所述气溶胶光柱单元内部的散射粒子的分布密度在六维方向上从中心向外呈放射状递减。
10.根据权利要求8所述的全息光场显示系统，其特征在于，
若干所述气溶胶光柱单元连为一体结构；或者，至少两个所述气溶胶光柱单元彼此独立。
11.根据权利要求8所述的全息光场显示系统，其特征在于，
若干所述光源模组沿预定周向排列成一圈，且若干所述空间调制器对应若干所述光源模组周向排列。
12.根据权利要求11所述的全息光场显示系统，其特征在于，
若干所述空间调制器周向排列围成的空间内可移动或可拆卸地设置所述气溶胶光柱单元，其中不同所述空间调制器对应位置上的所述气溶胶光柱单元的散射粒子的分布密度相同或不同。
13.根据权利要求1所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述二次调制器包括：
超声波蒸汽发生器，包括若干超声波蒸汽发生单元，一个所述超声波蒸汽发生单元至少对应一个所述光源模组设置，所述超声波蒸汽发生单元包括朝向所述第一全息面的多个蒸汽孔；及
控制器，其与所述超声波蒸汽发生器连接，用于控制各所述超声波蒸汽发生单元的工作参数，所述工作参数包括以下至少一项：当前工作的蒸汽孔坐标位置、不同蒸汽孔内的蒸汽密度。
14.根据权利要求1所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述光源模组包括：2D显示模组和设置于所述2D显示模组的出光侧的光调制层，所述2D显示模组用于产生光源，所述光调制层用于将所述2D显示模组的光源转换为所述平面3D相干阵列光源。
15.根据权利要求14所述的全息光场显示系统，其特征在于，
所述光调制层包括：
液晶光栅层，设置于所述2D显示模组的出光侧；及
菲涅尔透镜层，设置于所述液晶光栅层的远离所述2D显示模组的一侧。
16.根据权利要求1所述的全息光场显示系统，其特征在于，
至少部分所述光源模组的工作状态可单独控制，以使不同所述光源模组的光源单独可调。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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