CN206532099U - 一种全息显示装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种全息显示装置，涉及显示技术领域，用于增加全息显示装置的观看视角。该全息显示装置包括空间光调制器以及设置于空间光调制器入光侧的光源单元，光源单元用于向空间光调制器提供读出光。空间光调制器包括至少一个用于接收写入信号的加载部，加载部包括多个呈矩阵形式排列的像素单元；其中，至少一个加载部的出光面为第一弧面，第一弧面向背离光源单元的方向凸起。该全息显示装置用于进行全息显示。

Description

一种全息显示装置
技术领域
本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息显示装置。
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使用。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，因此长时间观看3D显示画面的用户后容易出现眩晕现象。
为了解决上述问题，现有技术中提出一种全息显示技术，以使得用户左、右眼接收到的图像一致。全息技术是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图像立体感强，具有真实的视觉效果。
在全息显示技术中，如图1所示，全息显示装置01发出的光线包括多级衍射波，从而形成多级衍射图样。其中，0级衍射图样是沿入射光的方向进行出射，只能在入射光的方向进行观看，观看范围较小；对于大于或等于±2级衍射图样而言，由于衍射角度太大因此光线强度较小，不利用观看衍射图样。因此，通常全息显示设备是将±1级衍射图样提供给观看者，但是±1级衍射图样的视角较窄，不便于多人观看。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种全息显示装置，用于增加全息显示装置的观看视角。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
本实用新型实施例提供一种全息显示装置，包括空间光调制器以及设置于所述空间光调制器入光侧的光源单元，所述光源单元用于向所述空间光调制器提供读出光；所述空间光调制器包括至少一个用于接收写入信号的加载部，所述加载部包括多个呈矩阵形式排列的像素单元；其中，至少一个所述加载部的出光面为第一弧面，所述第一弧面向背离所述光源单元的方向凸起。
可选的，该全息显示装置还包括用于采集观测位置的采集器，以及与所述采集器相连接的偏转装置；所述偏转装置设置于所述空间光调制器的出光侧，且覆盖至少一个所述加载部，所述偏转装置用于将被所述偏转装置覆盖的加载部的输出光偏转至所述观测位置。
可选的，所述偏转装置包括多个光偏转元件，所述光偏转元件与所述加载部一一对应。
进一步的，所述光偏转元件为液晶光栅。
可选的，所述偏转装置还包括支架，所述光偏转元件为活动安装于所述支架上的至少一个偏转方向可调的凸透镜。
可选的，所述空间光调制器包括至少两个加载部，至少一个所述加载部的出光面为第二弧面，所述第二弧面向靠近所述光源单元的方向凸起；其中，所述第一弧面和所述第二弧面位于不同的加载部。
可选的，所述空间光调制器的所有加载部的出光面均为所述第一弧面；所述所有加载部依次首尾相接呈环状。
进一步的，所述光源单元位于所述空间光调制器的环状内。
可选的，所述光源单元包括依次设置在所述空间光调制器入光侧的激光器，以及用于将所述激光器发出的光线转化为面光源的准直扩束镜。
可选的，所述光源单元包括至少一个LED光源。
本实用新型实施例提供一种全息显示装置，包括空间光调制器，空间光调制器包括至少一个用于接收写入信号的加载部，加载部包括多个呈矩阵形式排列的像素单元。其中，至少一个加载部的出光面为第一弧面，第一弧面向背离光源单元的方向凸起。全息显示装置还包括设置于空间光调制器入光侧的光源单元，光源单元为空间光调制器提供读出光。
这样一来，空间光调制器接收光源单元提供的读出光，加载部接收写入信号，上述读出光与加载至空间光调制器的干涉条纹发生衍射，从而实现对全息图进行再现。在此基础上，由于至少一加载部的出光面为第一弧面，且第一弧面向背离光源单元的方向凸起，该第一弧面可以对具有该第一弧面的加载部的输出光进行扩散，从而增加了全息显示装置的观看视角，进而当多人通过全息显示装置观看全息图像时，位于加载部边缘的用户可以看到通过加载部的第一弧面扩散的输出光，从而可以清晰且完整的看到全息图像。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为全息显示装置发出的多级衍射波示意图；
图2为现有技术提供的一种全息显示原理示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种全息显示装置的结构示意图；
图4为图3所示的全息显示装置中的加载部的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种偏转装置的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的另一种偏转装置的结构示意图；
图7为图3所示的全息显示装置中的空间光调制器为环状的结构示意图；
图8为图3所示的全息显示装置中的空间光调制器的一种结构示意图。
附图标记：
01-全息显示装置；10-空间光调制器；11-加载部；111-像素单元；1101-第一加载部；1102-第二加载部；20-光源单元；21-激光器；210-准直扩束镜；22-物体；23-全息干板；30-控制器；31-偏转装置；311-光偏转元件；32-采集器；33-支架。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
全息显示技术是利用光的干涉衍射原理进行光学全息，具体的，如图2所示，激光器21发出的光线被分成两束，一束光照射至物体22，该物体22表面的反射光和散射光到达全息干板23后形成物光波A。另一束与该物光波A相干的光线作为参考波B照射至全息干板23，对全息干板23进行曝光，以使得物光波A中的相位和振幅信息以干涉条纹的形式记录在全息干板23上。然后利用光波衍射原理，采用与该物光波A相干的照射具有上述干涉条纹的全息干板23，可以使得原始物光波A得以重现，形成物体22的3D图像。
然而，由于上述全息干板23上设置有感光材料，因此曝光后全息干板23上记录的干涉条纹无法改变，因此很难实现动态显示。所以为了实现动态全息显示，可以采用计算全息(英文全称：Computer Generated Hologram，英文简称：CGH)技术，该技术可以直接将物光波A的数学描述函数输入计算机中，以模拟出实际的干涉过程，从而能够计算出干涉条纹，绘制出计算全息图。
具体的，上述计算全息绘制全息图的过程可以包括：
首先，抽样得到物体22或波面在离散样点上的值；
接下来，计算物光波A在全息平面上的光场分布；
接下来，进行编码，即把全息平面上光波的复振幅分布编码成为全息图的透过率变化；
最后，进行成图，具体的，在计算机控制下，将全息图的透过率变化绘制成图。其中，如果绘图设备分辨率不够，则绘制一个较大的图，再缩版得到使用的全息图。
在此基础上，计算机通过光寻址或电寻址的方式将计算全息图加载至如图4所示的空间光调制器10(英文全称：Spatial Light Modulator，英文简称：SLM)的各个像素单元111中，以使得该计算全息图能够在实际光路中获得再现。
本实用新型实施例提供一种如图3所示的全息显示装置01，全息显示装置01包括空间光调制器10，优选的，上述空间光调制器10可以为液晶空间光调制器。
在此基础上，空间光调制器10如图3所示包括一个用于接收写入信号的加载部11，或者如图5所示包括多个上述加载部11。其中，如图4所示，加载部11包括多个呈矩阵形式排列的像素单元111。此外，至少一个加载部11的出光面为第一弧面L，第一弧面L向背离光源单元20的方向凸起。
为了减小全息图的加载时间，优选的，如图5所示空间光调制器10包括多个加载部11。这样一来，在显示一帧全息图时，可以只对空间光调制器10的一个加载部11中的像素单元111进行寻址，而无需对该空间光调制器10的所有像素单元111进行寻址，这样一来能够简化寻址过程，降低数据运算量，使得采用该空间光调制器10构成的全息显示装置01进行全息显示时，可以减小全息图的加载时间。
当空间光调制器10包括多个加载部11时，优选的如图5所示，所有加载部11的出光面均为第一弧面L，且为了加工方便，所有加载部11的第一弧面L的曲率相同。在此基础上，为了使得光源单元20提供的读出光能够更好的与加载至空间光调制器10上的干涉条纹发生衍射，当空间光调制器10的出光面为第一弧面L时，优选的空间光调制器10的入光面也可以为与第一弧面L的曲率相同的弧面，在此情况下，空间光调制器10的横截面为扇形，该横截面垂直于空间光调制器10的入光面。
此外，该全息显示装置01如图3所示，还包括与空间光调制器10相连接的控制器30，控制器30提供写入信号，且可以用于将全息图的全息数据加载至空间光调制器10上。
在此基础上，该全息显示装置01还包括设置于空间光调制器10入光侧的光源单元20，该光源单元20用于向空间光调制器10提供读出光，以使得上述读出光能够与加载至空间光调制器10上的干涉条纹发生衍射，从而对全息图进行再现。
具体的，该光源单元20可以如图5所示，包括激光器21以及设置于该激光器21出光侧的准直扩束镜210。该准直扩束镜210可以将激光器21发出的线光源转换成准直面光源。
或者，上述光源单元20，还可以如图6所示包括至少一个LED光源。在此基础上，为了节省功耗，光源单元20包括多个LED光源，LED光源与加载部11一一对应，且每个LED光源与控制器30相连接。基于此，可以通过控制器30对LED光源进行单独控制。例如当只对一个加载部11进行寻址时，可以仅开启与该待寻址的加载部11位置相对应的LED光源，而其余光源处于关闭状态。从而达到降低功耗的目的。
此外，光源单元20可以包括多种颜色的光源，此时全息显示装置01可以实现彩色显示。当然，光源不限定为彩色，例如该LED光源可以发白光。
由上述可知，空间光调制器10接收光源单元20提供的读出光，加载部11接收写入信号，上述读出光与加载至空间光调制器10的干涉条纹发生衍射，从而实现对全息图进行再现。在此基础上，由于至少一加载部11的出光面为第一弧面L，且第一弧面L向背离光源单元20的方向凸起，该第一弧面L可以对具有该第一弧面L的加载部11的输出光进行扩散，从而增加了全息显示装置01的观看视角，进而当多人通过全息显示装置01观看全息图像时，位于加载部11边缘的用户可以看到通过加载部11的第一弧面L扩散的输出光，从而可以清晰且完整的看到全息图像。
在此基础上，为了进一步增加全息显示装置01的观看视角，优选的，如图7所示，空间光调制器10的所有加载部11的出光面均为第一弧面L，所有加载部11依次首尾相接呈环状。
需要说明的是，加载部11依次首尾相接是指：可以如图7所示，全息显示装置01包括一个空间光调制器10，该空间光调制器10的多个加载部11依次首尾相接呈环状。这样一来，当利用全息显示装置01进行显示时，由于空间光调制器10的所有加载部11依次首尾相接呈环状，因此在全息显示装置01的四周均可以进行再现的全息图的观看，从而提高用户的观看体验。
或者全息显示装置01包括多个首尾拼接成空间光调制器10，每个空间光调制器10由一个具有第一弧面L的加载部11构成，以使得上述多个空间光调制器10首尾相接呈环状。该方案的有益效果与图7所示方案的有益效果相同，此处不再赘述。
在此基础上，当全息显示装置01为环状时，为了降低全息显示装置01的制作工艺，优选的，如图7所示，光源单元20位于空间光调制器10的环状内。这样一来，由于空间光调制器10为环状，且光源单元20位于空间光调制器10的环状内，此时可以制作一环形的光源单元20，避免了设置多个光源单元20为加载部11提供读出光，从而降低了该全息显示装置01的制作成本。此外，上述控制器30位于环内(图7中未示出)。
上述全息显示装置01可以但不限定于应用在博物馆、展览以及宣传中的展柜中。例如当将上述全息显示装置01应用于博物馆，在某一展示柜进行某一文物的复原图的显示，此时用户站在展示柜的任一侧均可以对复原图进行观看，从而提高了用户的观看体验。
此外，当用户未位于所在的加载部11的最佳观测位置时，由于该加载部11的输出光难以最大程度的进入到上述观测者的眼睛中，因此用户对全息图的观看效果较差。
所以为了提高用户的观看效果，优选的，如图5所示，全息显示装置01还包括用于采集观测位置的采集器32，以及与采集器32相连接的偏转装置31。具体的，采集器32与偏转装置31可以通过控制器30相连接，偏转装置31设置于空间光调制器10的出光侧，且覆盖至少一个加载部11，偏转装置31用于将被偏转装置31覆盖的加载部11的输出光偏转至观测位置。其中，采集器32可以为摄像头，通过对观测者身体、头部、眼睛或者瞳孔的位置进行采集，以获得用户的所在位置与视线变化。
此外，上述控制器30如图5或6所示，与采集器32以及偏转装置31相连接，控制器30接收采集器32的采集结果，并根据采集结果发出偏转指令，上述偏转指令用于控制偏转装置31的偏转角度，以对输出光进行偏转，从而将形成的全息图像偏转至用户的观测位置。
在此基础上，控制器30中设置有预设条件，预设条件包括一预定位置和或年龄范围，例如年龄范围为60～70岁。当多个用户在加载部11的观测区域进行观看时，采集器32采集用户的面部特征以确定该用户的年龄，并采集该用户的所在位置，控制器30根据采集器32的采集结果对用户进行选择，当用户符合预设条件，例如用户B的位置位于预定位置，或者用户B的年龄位于上述年龄范围，控制器30发出偏转指令，偏转装置31根据偏转指令，将输出光偏转至该用户B的所在位置，即加载部11的输出光最大程度的进入到用户B的眼睛中，从而实现提高用户的观看效果。
可选的如图5或6所示，偏转装置31包括多个光偏转元件311，光偏转元件311与加载部11一一对应。这样一来，在不同加载部11分别有用户观看全息图像时，覆盖加载部11、并与该加载部11一一对应的光偏转部件311可以根据采集器32的采集结果对该加载部11的输出光进行偏转，从而实现对不同加载部11的输出光进行单独控制。
在此基础上，任意一个光偏转元件311与控制器30相连接，该光偏转元件311用于在控制器30的控制下，将与该光偏转元件311位置相对应的加载部11的输出光偏转至上述观测位置，从而可以使得当前加载部的输出光能够最大程度的进入到上述观测者的眼睛中，以提高观测者的观影效果。
其中，优选的上述光偏转元件311可以如图5所示，包括液晶光栅。该液晶光栅内部设置有液晶层，液晶层的两侧分布有块状电极，可以通过输入至该块状电极的电压，达到控制液晶层中液晶分子偏转角度的目的，进而可以根据需要对与该液晶光栅位置相对应的加载部11的输出光的出射方向进行控制。
又或者例如，如图6所示，偏转装置31包括支架33，光偏转元件311为活动安装于支架33上的至少一个偏转方向可调的凸透镜。在此情况下，根据采集器32采集的观测位置可以控制凸透镜的偏转方向，进而可以根据需要对与该凸透镜位置相对应的加载部11的输出光的出射方向进行控制。
此外，全息显示装置01可以根据用户的位置和视线移动，选择相应的加载部11进行全息显示。以下以空间光调制器10为环形时，结合偏转装置31和采集器32，根据用户的观测位置变化，对加载部11的输出光的控制过程进行具体的说明。
具体的，假设一用户围绕全息显示装置01，例如沿图7所示的箭头方向进行再现的全息图的观看时，当用户走近第一加载部1101时，采集器32(图中未示出)采集该用户的观测位置，控制器30(图中未示出)开启与第一加载部1101相对应的光源并为第一加载部1101提供读出光；第一加载部1101接收写入信号，并通过第一加载部1101形成全息图像并提供给该用户；随着用户在第一加载部1101内的移动，控制器30根据采集器32的采集结果发出偏转指令，偏转装置31根据偏转指令对输出光进行偏转，从而将形成的全息图像偏转至用户的观测位置。当该用户移动至第二加载部1102时，与第一加载部1101相对应的光源关闭，与第二加载部1102相对应的光源开启，第二加载部1102开始显示。此外，用户移动至其他加载部时，全息显示装置01的控制过程与上述相同，此处不再赘述。这样一来，实现了空间光调制器10的显示区域根据观看者的移动进行追随。
此外，在全息显示装置01的实际应用中，为了提高全息显示装置01的观看效果，优选的，当空间光调制器10包括至少两个加载部11时，如图8所示，至少一个加载部11的出光面为第二弧面K，第二弧面K向靠近光源单元20的方向凸起。其中，第一弧面L和第二弧面K位于不同的加载部11。在此情况下，由于第二弧面K向靠近光源单元20的方向凸起，第二弧面K可以将加载部11的输出光汇聚在一处，因此当用户位于具有第二弧面K的加载部11的输出光汇聚处进行观看时，观看效果更佳。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全息显示装置，其特征在于，包括空间光调制器以及设置于所述空间光调制器入光侧的光源单元，所述光源单元用于向所述空间光调制器提供读出光；
所述空间光调制器包括至少一个用于接收写入信号的加载部，所述加载部包括多个呈矩阵形式排列的像素单元；
其中，至少一个所述加载部的出光面为第一弧面，所述第一弧面向背离所述光源单元的方向凸起。
2.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，还包括用于采集观测位置的采集器，以及与所述采集器相连接的偏转装置；
所述偏转装置设置于所述空间光调制器的出光侧，且覆盖至少一个所述加载部，所述偏转装置用于将被所述偏转装置覆盖的加载部的输出光偏转至所述观测位置。
3.根据权利要求2所述的全息显示装置，其特征在于，所述偏转装置包括多个光偏转元件，所述光偏转元件与所述加载部一一对应。
4.根据权利要求3所述的全息显示装置，其特征在于，所述光偏转元件为液晶光栅。
5.根据权利要求3所述的全息显示装置，其特征在于，所述偏转装置还包括支架，所述光偏转元件为活动安装于所述支架上的至少一个偏转方向可调的凸透镜。
6.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述空间光调制器包括至少两个加载部，至少一个所述加载部的出光面为第二弧面，所述第二弧面向靠近所述光源单元的方向凸起；
其中，所述第一弧面和所述第二弧面位于不同的加载部。
7.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述空间光调制器的所有加载部的出光面均为所述第一弧面；所述所有加载部依次首尾相接呈环状。
8.根据权利要求7所述的全息显示装置，其特征在于，所述光源单元位于所述空间光调制器的环状内。
9.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述光源单元包括依次设置在所述空间光调制器入光侧的激光器，以及用于将所述激光器发出的光线转化为面光源的准直扩束镜。
10.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，所述光源单元包括至少一个LED光源。
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