[发明专利]显示装置

说明书

本发明涉及一种用于表示二维和/或三维场景的显示装置，尤其是头戴式显示器或平视显示器。该显示装置包括具有像素的空间光调制装置和光束偏移装置。空间光调制装置可用光照射。光束偏移装置以使由空间光调制装置的像素调制的光可横向移位小于一个像素范围的方式配置和控制。

技术领域

本发明尤其涉及一种三维显示装置或三维显示器，其可以例如设计为立体显示装置、光场显示装置或全息显示装置。尤其地，本发明涉及一种全息显示装置，尤其涉及一种表示二维和/或三维场景的头戴式显示器或平视显示器。在特定实施例中，本发明还涉及利用单视差编码的全息显示装置。

背景技术

人眼通常具有一分弧度的分辨率。因此，按照视角或视场的角度，人眼通常可以分辨60个点。

如果显示装置(也称为显示器)的分辨率低于人眼可以感知的分辨率，则这总体被显示装置的观察者感知为扰动。例如，在显示装置中，分离各个像素或调制元件的线或中间空间可以被感知为扰动黑色边缘或黑色区域。这也称为屏幕门效应。

用于不同应用的显示装置通常尤其具有不同的视角。例如，计算机监视器或电视机通常具有小到中等的视角。例如，距离观察者70cm的具有20英寸对角线的计算机监视器将具有例如约17.5乘10度的视角。对于距离观察者约2米的55英寸的电视机，也具有相同尺寸的视角。对于这样的显示装置，先前可用的像素数量和像素尺寸通常足以使标准二维显示装置显示比人眼可以分辨的更多的每度的像素。假设每度60个像素，例如对于17.5乘以10度的视角，将需要至少1050个像素乘以600个像素。然而，计算机监视器和电视机通常具有至少HDTV(高清晰度电视)，即1920×1080个像素，也就是说比眼睛可以分辨的像素更多。

然而，靠近观察者眼睛布置或设置的显示装置(例如头戴式显示器(HMD))通常需要大的视角。另外，这种类型的移动显示装置或器具需要轻质和紧凑的结构，因此设置在该装置中的空间光调制装置(SLM)的尺寸和像素数量以及所用的成像光学器件受到限制。

一些类型的空间光调制装置在实际可用的像素尺寸方面还具有限制。例如，基于液晶的空间光调制装置在像素间距减小的情况下在相邻像素之间具有更大的串扰。因此，像素不能减小到任何所需的程度。因此，用于紧凑型移动显示装置的空间光调制装置的实际尺寸上的可用像素数量是有限的。然而，本发明并非意在限定于特定类型的空间光调制装置。

例如，为了实现每度60个像素的分辨率情况下的90度的视角，空间光调制装置将需要在一个方向或维度上具有约5400个像素。

此外，已知需要更高像素数量的特定类型的显示装置，其像素数量高于可表示物点的数量。在多视图立体显示器中，例如，可表示物点的数量由空间光调制装置的像素分辨率除以可表示视图的数量给出。对于利用虚拟可见区域或虚拟观察窗口操作的全息显示装置或显示器，全息图计算中的三维(3D)场景的分辨率原则上可自由选择。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度视角的像素数量。

为了能够以人眼可行的全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。尺寸小于观察者眼睛的瞳孔的虚拟可见区域或观察窗口通常将导致以低于自然视觉方式感知的三维场景的分辨率，即使以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将被选择为略大于观察者眼睛的瞳孔尺寸，以便补偿观察者的眼睛位置的检测或记录中的容差。一个示例可以是与取决于光状况的约3mm-5mm的典型人眼瞳孔尺寸相比，7mm大的虚拟可见区域或观察窗口。为了能够在全息显示装置中以高分辨率表示三维场景，以从特定尺寸的虚拟可见区域或观察窗口观看该场景，因此在每度的视角或视场中的特定数量的像素或调制元件也是必要的。

例如，对于蓝色光的波长，为了生成尺寸为约7mm的虚拟可见区域或观察窗口，每度视角需要约250个像素。即使使用在一个维度或方向上具有相对大量的2000个像素的空间光调制装置，也仅获得约8度的视角。