[发明专利]全息显示装置

说明书

本发明涉及一种用于表示二维和/或三维场景的全息显示装置。该全息显示装置具有至少一个空间光调制装置(4)和光学部件(8)。至少一个空间光调制装置(4)被设置用于重构场景并且在观察平面(6)中生成至少一个虚拟可见区域(5)。光学部件(8)包括至少两个区域(8‑1，8‑2)，该至少两个区域具有相对于彼此不同的透明度，其中透明度的值在每种情况下介于0和1之间。此外，光学部件(8)以提供对虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的恒定部件光斑实施至少部分过滤的方式布置在显示装置中。

本发明涉及一种用于表示二维和/或三维场景的全息显示装置。这种全息显示装置可以例如配置为直视显示器、投影显示器、头戴式显示器，还可以配置为平视显示器。该显示装置尤其适用于头戴式显示器和平视显示器中，但本发明当然并非意在限制于这些显示装置。

该全息显示装置配置为使得它可以显示二维(2D)和/或三维(3D)图像。因此，固然清楚的是，二维图像或三维图像也可以包括二维或三维内容或影片。

在用于表示二维和/或三维图像或影片/视频的屏幕的情况下，需要以高分辨率产生屏幕的整个区域的明亮且均匀的照明。将待表示的图像信息或场景信息作为全息图写入显示装置的空间光调制装置中。利用写入空间光调制装置的信息调制由包括至少一个光源的照明装置发射的光，空间光调制装置通常同时用作屏幕或显示板。因此，必须确保光束严格平行地入射到空间光调制装置上，并且实现空间光调制装置的高帧速率。为了获得写入空间光调制装置的信息的高质量的三维表示，除了均匀照明空间光调制装置的整个区域之外，还需要从照明装置输出的波阵面(wavefront)的限定准直。这对于待生成的重构形式的全息表示尤其重要。全息信息(例如可以是由三维场景的物点组成的物体)以振幅和相位值的形式被编码到空间光调制装置的像素中。被编码的物点由空间光调制装置发射的波场产生。

例如，布置或设置为靠近观察者眼睛的显示装置(例如头戴式显示器(HMD))还需要轻巧和紧凑的设置，因此设置在显示装置中的空间光调制装置(SLM)的尺寸和像素数量以及所使用的成像光学器件是受限的。

一些类型的空间光调制装置还具有在现实可用像素尺寸方面的限制。基于液晶的空间光调制装置在减小的像素间距的情况下具有例如相邻像素之间的更大串扰。因此，像素不能小型化到任何所需的程度。因此，具有真实整体尺寸的空间光调制装置上的可用像素数对于紧凑的移动显示装置而言是受限制的。然而，本发明并非意在限制于特定类型的空间光调制装置。

对于生成虚拟可见区域或虚拟观察窗口的全息显示装置或显示器而言，全息图计算中的三维(3D)场景的分辨率原则上是可自由选择的。然而，另一方面，该虚拟可见区域或虚拟观察窗口的尺寸取决于每个视角的像素数量。

为了能够以人眼完全可行的分辨率观看三维场景，虚拟可见区域或虚拟观察窗口应该至少具有观察者眼睛的瞳孔的尺寸。虽然虚拟可见区域或观察窗口的尺寸小于观察者眼睛的瞳孔原则上也可以用于重构三维场景，但与自然视觉相比，这通常会导致以较差的方式感知三维场景的分辨率，即使利用物点的高分辨率计算要编码到空间光调制装置中的全息图。

有利地，虚拟可见区域或观察窗口的尺寸或范围被选择为大于或仅略大于观察者眼睛的瞳孔尺寸，以便补偿检测或识别观察者眼睛位置的容差。

为了通过全息术生成三维场景，通常需要将复值全息图写入空间光调制装置中。在这种情况下，空间光调制装置的多个像素可以通过编码组合以形成宏像素或者通过束组合器单元组合以形成宏像素。在这种情况下，全息图由多个子全息图组成。对于场景的单个物点的编码，计算复值的子全息图，其被编码到空间光调制装置上的限定区域中，即，与物点相关的信息然后被编码在空间光调制装置的该子全息图上。