[发明专利]全息波导显示器及其全息图像的生成方法

说明书

技术领域

本发明属于图像显示装置及方法，涉及一种以平面波导为显示屏的全息波导显示器及与该全息波导显示器相适应的全息图像的生成方法。

背景技术

全息显示技术是一种将图像转换为其在某一特定距离的衍射图案，并使用一种或多种单色光源照射衍射图案的技术。在经过特定距离的传播后，由于光的衍射及干涉效应，该衍射图案可被还原成原目标图像。相比与普通投影以及液晶显示技术，全息投影具有以下优点：

1.节能：与液晶显示遮挡不需要的光不同，全息显示调制并引导光，理论上所有入射的光能都将被有效利用。据统计液晶显示的光能利用率在10-20％之间，而采用二元相位调制技术(binary-phase modulation)的全息显示光能利用率在40％以上，而多元相位调制技术(multi-phase modulation)能将光能利用率提高到90％以上。另外，相比传统投影技术所使用的白光灯泡，全息投影所使用的激光光源或光电二极管光源具有非常高的能量转换效率。

2.体积小，结构简单：相比于传统投影仪，显示图像的象差可由计算全息图本身纠正，由此省去了为矫正相差的而设置的庞大复杂且昂贵的透镜系统。此外，对于彩色图像，全息投影仪使用红绿篮三种单色光源，其色差矫正也远比使用包含所有光谱的白光的普通投影简便。

3.稳定性高：传统显示技术显示图像与投影芯片或显示器屏幕与显示影像为点对点的对应关系，若芯片或屏幕上有一个坏点，则显示影像便产生一个坏点。而全息投影在空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)上显示的是经过特殊计算的全息图，其基本原理保证了屏幕上将永远不会产生坏点。全息图像一个象素点对应屏幕图像上的某频谱信息而非特定象素点，假设空间光调制器分辨为1000x1000，共计100万个象素点，则其上1个坏点对显示图像造成的变化为100万分之1而无对应坏点，肉眼根本无法察觉，即使空间光调制器上有数百个坏点，其对显示图像的影响也仅为几千分之一，肉眼不易察觉。

在专利CN1217539C中报道了应用常规投影仪的一种锥形波导显示器，其优点在于可以省去常规投影所需的光路，其厚度要比传统背投显示器来的薄，而可与液晶等离子等平板显示器相媲美。由于波导可由便宜的光学玻璃或透明塑料板制造，相比与液晶，等离子等传统平板显示技术，在制作大尺寸屏幕时，其成本将会非常低廉。此外由于波导本身不含任何电子元器件，相比液晶，等离子，光电二极管等显示器，波导显示器更为坚固，经久耐用。但现有的这种波导显示器使用常规投影，为纠正相差色差，波导的结构较为复杂而不易制造。此外常规投影仪庞大的体积以及复杂的透镜系统也限制了其在波导显示上的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可显示全息图像，同时可采用波导作为显示载体、可制造成超大屏幕、成本低廉、节能环保、坚固耐用的全息波导显示器及与该全息波导显示器相适应的全息图像的生成方法。

本发明的全息波导显示器包括一个作为显示屏的波导和用来向波导输入全息图像的全息投影系统；所述波导具有光输入面及光输出平面，入射光线可在波导中传播直至其从光输出平面离开波导，光线在光输出平面上的出射位置由其在入射面上的入射点位置及入射角度共同决定。

所述波导的侧面初始形状为三角型，前端顶角为α，为节约材料可将前端无用部分切除，使之成为楔形，其后端为一个与正面的光输出平面成β角的光输入面。

所述波导的前半段为显示区域，后半段为影像扩散区域，影像扩散区域可折叠至显示区域背面以节省空间占用。

所述全息投影系统包括有光源、用来对光源进行相位或强度调制并输出所需图像的光源调制模块。

所述全息投影系统还包括有位于光源与光源调制模块输入部分之间的光源扩束校正模块。

所述全息投影系统还可包括有位于光源调制模块输出部分的图像放大校正模块。

所述全息投影系统还包括有一个控制模块，控制模块控制光源的开关及输出强弱，当光源调制模块为可变换其上显示影像的器件时，则控制模块可接受输入影像，并相应的输出全息图像至光源调制模块，且使其与光源输出相同步。

所述控制模块还可包括有用来将普通影像同步转换为全息图像的全息图像生成模块。当控制模块包含全息图像生成模块时，其可接收普通影像，再转换为全息图像；当控制模块不包含全息图像生成模块时，其可直接接收由外部系统生成的全息图像。