CN106325033A - 全息显示装置 - Google Patents

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CN106325033A CN201610701844.8A CN201610701844A CN106325033A CN 106325033 A CN106325033 A CN 106325033A CN 201610701844 A CN201610701844 A CN 201610701844A CN 106325033 A CN106325033 A CN 106325033A
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Abstract

本发明提供一种全息显示装置，所述全息显示装置包括空间光调制器，所述全息显示装置还包括透镜组件和多个背光源，该多个所述背光源设置在所述空间光调制器的入光侧，所述透镜组件设置在所述背光源和所述空间光调制器之间，多个所述背光源能够将朝向所述透镜组件发出方向互不相同的光，所述透镜组件能将接收到的不同方向的光引导至所述空间光调制器，以在所述空间光调制器的出光侧的不同位置分别形成图像。所述全息显示装置能够在不同位置显示多个立体图像。

Description

全息显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，具体地，涉及一种全息显示装置。
背景技术
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技术。全息技术第一步是利用干涉原理记录物体的光波信息，被拍摄物体在激光辐照下形成漫反射式的物光束，另一部分激光束作为参考光束照射在全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波全部记录下来；第二步是利用衍射原理再现物体光波信息。
在相干激光的照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效果。
数字化全息显示装置是通过光电调制器件完成全息立体显示。但是，目前的数字化全息显示装置的只能显示一个全息画面，不利于多个人同时观看。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全息显示装置，所述全息显示装置能够在不同的位置显示多个图像。
为了实现上述目的，本发明提供一种全息显示装置，所述全息显示装置包括空间光调制器，其中，所述全息显示装置还包括透镜组件和多个背光源，该多个所述背光源设置在所述空间光调制器的入光侧，所述透镜组件设置在所述背光源和所述空间光调制器之间，多个所述背光源能够将朝向所述透镜组件发出方向互不相同的光，所述透镜组件能将接收到的不同方向的光引导至所述空间光调制器，以在所述空间光调制器的出光侧的不同位置分别形成图像。
优选地，所述空间光调制器的刷新频率和各个所述背光源照射所述空间光调制器的频率满足以下公式：
f＝F/n；
其中，f为所述背光源照射所述空间光调制器的频率；
F为所述空间光调制器的刷新频率；
n为所述背光源的数量。
优选地，所述空间光调制器的刷新频率为120Hz。
优选地，所述背光源的数量为3个。
优选地，每个所述背光源都包括发光组件，所述发光组件能够发出朝向所述空间光调制器的平行面相干光，所述透镜组件包括与多个所述背光源一一对应的多个第一透镜和设置在所述第一透镜与所述空间光调制器之间的第二透镜，所述第一透镜能够将相应的背光源发出的平行面相干光引导至所述第二透镜的预定位置，所述第二透镜能够分别将各个所述第一透镜发射的光引导至所述空间光调制器。
优选地，所述背光源还包括快门，所述快门设置在所述发光组件和与所述背光源相对应的所述第一透镜之间。
优选地，所述发光组件包括激光器和扩束镜，所述激光器的发射端朝向所述扩束镜的入光面，所述扩束镜的出光面朝向所述快门。
优选地，所述全息显示装置包括控制器，所述控制器的输出端分别与多个所述快门的控制端相连，以控制多个所述快门轮流开启。
优选地，所述全息显示装置还包括处理器和多个数据源，多个所述数据源分别与多个所述背光源一一对应，所述数据源的输出端分别与所述处理器的多个输入端相连，所述处理器的第一输出端与所述空间光调制器的输入端相连，所述处理器的第二输出端与所述控制器的输入端相连，所述处理器能够分别在各个所述背光源照射所述空间光调制器的时刻将相应的数据源提供的图像信号转换成编码信息发送至所述空间光调制器。
优选地，所述全息显示装置还包括至少一个面部追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述面部追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述面部追踪模块用于确定对应的预定区域内的观看者的面部位置，并将所述观看者的面部的位置信息发送至所述转动模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
优选地，所述全息显示装置包括多个所述面部追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述面部追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述面部追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得相应的所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
优选地，所述面部追踪模块嵌入所述空间光调制器中。
优选地，所述全息显示装置还包括至少一个眼球追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述眼球追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述眼球追踪模块用于确定对应的区域内的观看者的各个眼球的位置，并将所述观看者的各个眼球的位置信息发送至所述转动控制模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源能够交替地发出分别射入所述观看者的两个眼球的光线，且进入两个眼球的光线之间的时间间隔在预设范围内。
优选地，所述全息显示装置包括多个所述眼球追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述眼球追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述眼球追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得相应的所述背光源能够交替地发出分别射入所述观看者的两个眼球的光线，且进入两个眼球的光线之间的时间间隔在预设范围内。
优选地，所述眼球追踪模块嵌入所述空间光调制器中。
由于多个背光源的出光方向互不相同，因此，各个所述背光源发出的光透过空间光调制器在该空间光调制器的出光侧形成的像的位置也不互相同，因此，利用本发明所提供的全息显示装置能够形成多个立体图像，从而可以使得不同的观众可以在不同的位置看到立体图像，提高了所述全息显示装置的观看范围。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所提供的第一种实施方式的全息显示装置的结构示意图；
图2是图1中所提供的全息显示装置的模块示意图；
图3是本发明所提供的第二种实施方式的全息显示装置的结构示意图；
图4是图3中所提供的全息显示装置的模块示意图；
图5是本发明所提供的第三种实施方式的全息显示装置的结构示意图；
图6是图5中所提供的全息显示装置的模块示意图。
附图标记说明
100：空间光调制器 210、220、230：背光源
211、221、231：激光器 212、222、232：扩束镜
213、223、233：快门 300：控制器
400：处理器 510、520、530：数据源
610、620、630：面部追踪模块
710、720、730：转动控制模块
810、820、830：眼球追踪模块
911、912、913：第一透镜
920：第二透镜
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供一种全息显示装置，所述全息显示装置包括空间光调制器100，其中，所述全息显示装置还包括透镜组件和多个背光源，该多个所述背光源设置在所述空间光调制器的入光侧，所述透镜组件设置在所述背光源和空间光调制器100之间，多个所述背光源能够依次朝向所述透镜组件发出方向互不相同的光，所述透镜组件能够将接收到的不同方向的光的光引导至空间光调制器100，以在空间光调制器100的出光侧的不同位置分别形成图像。
在本发明中，对背光源的数量并没有特殊的限制。在图1中所示的具体实施方式中，所述全息显示装置包括三个背光源，分别为背光源210、背光源220和背光源230。
由于多个背光源的出光方向互不相同，因此，各个所述背光源发出的光透过空间光调制器100在该空间光调制器100的出光侧形成的像的位置也不互相同，因此，利用本发明所提供的全息显示装置能够形成多个立体图像，从而可以使得不同的观众可以在不同的位置看到立体图像，提高了所述全息显示装置的观看范围。
在本发明中，对显示的多个立体图像并没有特殊的限制，例如，可以形成多个相同的图像，也可以形成多个互不相同的图像。在图1中所示的实施方式中，所述全息显示装置在背光源210发光时形成的图像为图像A，所述全息显示装置在背光源220发光时形成的图像为图像B，所述全息显示装置在背光源230发光时形成的图像为图像C。图像A、图像B、图像C互不相同。
在本发明中，对所述空间光调制器的刷新频率和各个所述背光源照射所述空间光调制器的频率并没有特殊的限制，只要能够使得所述全息显示装置能够显示连续的图像即可。
优选地，空间光调制器可以为液晶显示面板，用于显示计算获得的编码图。为了获得具有较高分辨率的全息显示图像，优选地，所述空间光调制器的PPI不小于3000。
优选地，所述空间光调制器的刷新频率和各个所述背光源照射所述空间光调制器的频率满足以下公式：
f＝F/n；
其中，f为所述背光源照射所述空间光调制器的频率；
F为所述空间光调制器的刷新频率；
n为所述背光源的数量。
通常，所述空间光调制器的刷新频率为120Hz。
作为本发明的一种优选实施方式，所述背光源的数量为3个。因此，各个背光源照射空间光调制器100的频率均为40Hz。
在本发明中，对背光源的具体结构并没有特殊的限制。例如，每个所述背光源都包括发光组件，所述发光组件能够发出朝向所述空间光调制器的平行面相干光，透镜组件包括与多个所述背光源一一对应的多个第一透镜(在图1中为第一透镜911、第一透镜912和第一透镜913)和设置在第一透镜与空间光调制器100之间的第二透镜920，所述第一透镜能够将相应的背光源发出的平行面相干光引导至第二透镜920的预定位置，该第二透镜920能够分别将各个第一透镜发射的光引导至空间光调制器100。
在图1中所示的实施方式中，背光源210与第一透镜911相对应，背光源220与第一透镜912对应，背光源230与第一透镜913对应。
在本发明中，对如何控制各个背光源依次发光并没有特殊的限制。例如，可以控制各个背光源的发光组件的发光次序。
为了便于控制，优选地，所述背光源还包括快门，所述快门设置在所述发光组件的出光口和所述第一透镜之间。
快门开启时，所述发光组件发出的光可以照射至空间光调制器100，快门关闭时，所述发光组件发出的光被遮挡住。因此，可以控制多个背光源的快门轮流开启。
在图1中所示的实施方式中，背光源210包括快门213，背光源220包括快门223，背光源230包括快门233。快门213开启时，快门223和快门233关闭，空间光调制器100的出光侧可以形成图像A；快门223开启时，快门213和快门233关闭，空间光调制器100的出光侧可以形成图像B；快门233开启时，快门213和快门223关闭，空间调制器100的出光侧形成图像C。
在本发明中，对发光组件的具体结构没有特殊的限制，只要能够发出平行面相干光即可。
作为本发明的一种优选实施方式，所述发光组件包括激光器和扩束镜，所述激光器的发射端朝向所述扩束镜的入光面，所述扩束镜的出光面朝向所述快门。激光器可以发出相干光，扩束镜可以将激光器发出的相干光扩束为平行面相干光。
例如，在图1中所示的实施方式中，背光源210的发光组件包括激光器211和扩束镜212。背光源220的发光组件包括激光器221和扩束镜222。背光源230的发光组件包括激光器231和扩束镜232。
为了便于控制快门的开启和关闭状态，优选地，如图2所示，所述全息显示装置还可以包括控制器300，控制器300的输出端分别与多个所述快门的控制端相连，以控制多个所述快门轮流开启。
如上文中所述，所述全息显示装置可以显示多个图像，因此，所述全息显示装置可以包括用于提供显示信号的数据源。当所述全息显示装置在不同的位置显示相同的图像时，所述全息显示装置包括一个数据源即可。
为了实现在不同的位置显示不同的图像，优选地，如图2所示，所述全息显示装置还包括处理器400和多个数据源，多个所述数据源分别与多个所述背光源一一对应，多个所述数据源的输出端分别与处理器400的多个输入端相连。处理器400的第一输出端与空间光调制器100的输入端相连，处理器400的第二输出端与控制器300的输入端相连，处理器400能够分别在各个所述背光源照射所述空间光调制器的时刻将相应的数据源提供的图像信号转换成编码信息发送至空间光调制器100。
在图2中所示的实施方式中，包括三个数据源，分别为数据源510、数据源520和数据源530。
为了使得用户获得更好的观看效果，优选地，如图3和图4所示，所述全息显示装置还包括至少一个面部追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述面部追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述面部追踪模块用于确定对应的预定区域内的观看者的面部位置，并将所述观看者的面部的位置信息发送至所述转动模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
如上文中所述，面部追踪模块能够检测该面板追踪模块对应的区域内的观看者的人脸位置，转动控制模块可以控制背光源的转动。背光源转动后，出光方向发生改变，从而可以调节可以范围，使得在所述预设区域的观看者可以看到图像。
换言之，通过面部追踪模块来确定观看者的位置后，并且可以根据观看者的位置调整背光源的出光方向，从而可以使得观看者位于至少一个背光源的出光范围内。从而可以扩大所述全息显示装置的可视范围。
在本发明中，对设置面部追踪模块的位置并没有特殊的限制，例如，可以直接将面部追踪模块设置在空间光调制器的出光表面上，或者，还可以将面部追踪模块设置在空间光调制器的边框上。
为了便于获得不同位置处的观看者的面部的位置信息，优选地，可以将所述面部追踪模块嵌入所述空间光调制器上。
所述转动控制模块可以用于控制一个背光源转动，也可以用于控制多个背光源转动。
为了提高观看者的观看体验，优选地，所述全息显示装置包括多个所述面部追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述面部追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述面部追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得相应的所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
当所述全息显示装置包括多个面部追踪模块时，可以对位于空间光调制器前方不同方位的观看者的面部进行捕捉，并控制相应的背光源转动至发光方向与该观看者相匹配。
当所述全息显示装置包括多个面部追踪模块时，该多个面部追踪模块等间隔设置，从而使得不同的面部追踪模块对应不同的区域。
在图3和图4中所示的实施方式中，所述全息显示装置包括三个面部追踪模块，分别是面部追踪模块610、面部追踪模块620和面部追踪模块630，所述全息显示装置还包括三个转动控制模块，分别是转动控制模块710、转动控制模块720和转动控制模块730。
每个所述背光源对应一个所述面部追踪模块和一个所述转动控制模块。在图3中所示的实施方式中，背光源210与面部追踪模块610对应，背光源220与面部追踪模块620对应，背光源230与面部追踪模块630对应。
作为本发明的另一种实施方式，优选地，所述全息显示装置还包括至少一个眼球追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述眼球追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述眼球追踪模块用于确定对应的区域内的观看者的眼睛的位置，并将所述观看者的眼睛的位置信息发送至所述转动控制模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源能够在预定时间段内分别发出射入观看者的两个眼球的光线。
所述背光源能够交替地发出分别射入所述观看者的两个眼球的光线，且进入两个眼球的光线之间的时间间隔在预设范围内。
所述预设范围是指，图像在人脑中暂留的时间范围内。
容易理解的是，背光源交替地发出分别射入观看者的两个眼球的光线，使得观看者的两个眼球分别接收图像，两幅图像在人脑中重叠，从而给观看者造成一种图像分辨率提高的视觉感受。因此，利用本实施例所提供的全息显示设备，可以以具有较低分辨率的空间光调制器获得分辨率较高的视觉效果。
作为本发明的一种优选实施方式，所述全息显示装置包括多个所述眼球追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述眼球追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述眼球追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源能够在预定时间段内分别发出射入观看者的两个眼球的光线。
如图5所示，所述全息显示装置包括三个眼球追踪模块，分别为眼球追踪模块810、眼球追踪模块820和眼球追踪模块830)。如图6所示，所述全息显示装置还包括三个转动控制模块，分别为转动控制模块710、转动控制模块720和转动控制模块730。如图5中所示，每个所述背光源对应一个所述眼球追踪模块和一个所述转动控制模块(在图6中，背光源210分别对应转动控制模块710和眼球追踪模块810，背光源220分别对应转动控制模块720和眼球追踪模块820，背光源230分别对应转动控制模块730和眼球追踪模块830)。
在图5和图6中所示的实施方式中，通过眼球追踪模块，可以分别跟踪不同观看者的左眼和右眼，通过观看者的眼球位置信息，可以利用处理器400对全息编码进行实时计算，使得全息成像到观看者的左眼和右眼，并通过控制快门的开关来实现逐帧的显示，提供同一全息图像到同一观看者的不同眼球。利用该实施方式，可以以低分辨率空间光调制器100实现高分辨率的空间光调制器100的显示效果。
在本发明中，对所述空间光调制器的具体设置方式也没有特殊的限制。例如，可以将所述眼球追踪模块设置在所述空间光调制器100的出光面的任意位置，或者可以将所述眼球追踪模块设置在所述空间光调制器100的边框上。
为了便于获得观看者的位置，优选地，所述眼球追踪模块嵌入所述空间光调制器中。当所述全息显示装置包括多个眼球追踪模块时，多个所述眼球追踪模块间隔设置。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种全息显示装置，所述全息显示装置包括空间光调制器，其特征在于，所述全息显示装置还包括透镜组件和多个背光源，该多个所述背光源设置在所述空间光调制器的入光侧，所述透镜组件设置在所述背光源和所述空间光调制器之间，多个所述背光源能够朝向所述透镜组件发出方向互不相同的光，所述透镜组件能将接收到的不同方向的光引导至所述空间光调制器，以在所述空间光调制器的出光侧的不同位置分别形成图像。
2.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刷新频率和各个所述背光源照射所述空间光调制器的频率满足以下公式：
f＝F/n；
其中，f为所述背光源照射所述空间光调制器的频率；
F为所述空间光调制器的刷新频率；
n为所述背光源的数量。
3.根据权利要求2所述的全息显示装置，其特征在于，所述空间光调制器的刷新频率为120Hz。
4.根据权利要求2所述的全息显示装置，其特征在于，所述背光源的数量为3个。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的全息显示装置，其特征在于，每个所述背光源都包括发光组件，所述发光组件能够发出朝向所述空间光调制器的平行面相干光，所述透镜组件包括与多个所述背光源一一对应的多个第一透镜和设置在所述第一透镜与所述空间光调制器之间的第二透镜，所述第一透镜能够将相应的背光源发出的平行面相干光引导至所述第二透镜的预定位置，所述第二透镜能够分别将各个所述第一透镜发射的光引导至所述空间光调制器。
6.根据权利要求5所述的全息显示装置，其特征在于，所述背光源还包括快门，所述快门设置在所述发光组件和与所述背光源相对应的所述第一透镜之间。
7.根据权利要求6所述的全息显示装置，其特征在于，所述发光组件包括激光器和扩束镜，所述激光器的发射端朝向所述扩束镜的入光面，所述扩束镜的出光面朝向所述快门。
8.根据权利要求5所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置包括控制器，所述控制器的输出端分别与多个所述快门的控制端相连，以控制多个所述快门轮流开启。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置还包括处理器和多个数据源，多个所述数据源分别与多个所述背光源一一对应，所述数据源的输出端分别与所述处理器的多个输入端相连，所述处理器的第一输出端与所述空间光调制器的输入端相连，所述处理器的第二输出端与所述控制器的输入端相连，所述处理器能够分别在各个所述背光源照射所述空间光调制器的时刻将相应的数据源提供的图像信号转换成编码信息发送至所述空间光调制器。
10.根据权利要求9所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置还包括至少一个面部追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述面部追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述面部追踪模块用于确定对应的预定区域内的观看者的面部位置，并将所述观看者的面部的位置信息发送至所述转动模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
11.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置包括多个所述面部追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述面部追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述面部追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得相应的所述背光源的出光方向与所述面部追踪模块检测到的所述观看者的位置匹配。
12.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，所述面部追踪模块嵌入所述空间光调制器中。
13.根据权利要求9所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置还包括至少一个眼球追踪模块和转动控制模块，所述转动控制模块用于调节所述背光源的出光方向，每个所述眼球追踪模块均对应有所述空间光调制器出光侧的预定区域，所述眼球追踪模块用于确定对应的区域内的观看者的各个眼球的位置，并将所述观看者的各个眼球的位置信息发送至所述转动控制模块，所述转动控制模块接收到所述位置信息后，控制至少一个所述背光源转动，以使得至少一个所述背光源能够交替地发出分别射入所述观看者的两个眼球的光线，且进入两个眼球的光线之间的时间间隔在预设范围内。
14.根据权利要求13所述的全息显示装置，其特征在于，所述全息显示装置包括多个所述眼球追踪模块和多个所述转动控制模块，每个所述背光源对应一个所述眼球追踪模块和一个所述转动控制模块，所述转动控制模块能够在接收到相应的所述眼球追踪模块发送的所述位置信息后，控制相应的所述背光源转动，以使得相应的所述背光源能够交替地发出分别射入所述观看者的两个眼球的光线，且进入两个眼球的光线之间的时间间隔在预设范围内。
15.根据权利要求13所述的全息显示装置，其特征在于，所述眼球追踪模块嵌入所述空间光调制器中。
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