全息显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全息显示装置本专利技术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，但本专利技术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，本专利技术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。在至少一个空间光调制装置(SLM)、虚拟观察窗口或虚拟可见区域设置在观察平面中的全息显示装置或显示器中，尤其是直视显示器中，通常以使它对应于小于或等于两个衍射级之间的距离的方式选择可见区域的尺寸。衍射级的该间距由公式D*λ/p给出，其中D是从虚拟可见区域到显示装置的距离，λ是光的波长，p是空间光调制装置的像素间距。对于使用不同波长的彩色显示器，例如红色、绿色和蓝色光的波长，通常以使其小于或等于最短波长(通常是蓝光的波长)的两个衍射级的间距的方式选择可见区域的尺寸。在其中产生空间光调制装置的真实或虚拟图像的全息投影显示器或全息头戴式显示器(HMD)中，从空间光调制装置到观察平面的距离采用从空间光调制装置的图像到观察平面的距离代替，其中重构场景的观察者位于观察平面中，并且采用空间光调制装置的图像的像素间距代替空间光调制装置的像素间距。虚拟可见区域(也可以称为虚拟观察窗口)的大小以这种方式向上限制。被加和以形成全息图或整体全息图并且被编码到空间光调制装置中的各个计算的子全息图可以被编码为对称的透镜函数。在这种情况下，则观察平面中的虚拟可见区域几乎居中地位于设置在显示装置中的场透镜的焦点周围。图1表示显示装置，其包括空间光调制装置SLM、包括至少一个光源3的照明装置2以及场透镜1。在这种情况下，第0衍射级(第0BO)和第+1以及第-1衍射级(第+1BO和第-1BO)示出了归因于空间光调制装置SLM的像素网格在场透镜1的焦平面中形成的衍射图案。在图1的该表示中，示出了没有全息图或子全息图被编码到空间光调制装置SLM中。在这种情况下，衍射图案的各个衍射级的强度取决于空间光调制装置SLM的填充因子和其他因素，例如像素孔的形状，例如矩形或圆形，或者也可以是像素透射分布，例如突然减小到零或朝向像素的边缘区域连续变暗。图2以示例的方式示出了当使用恒定的光相位(即所有相位调制像素的相位值相等)时，在一维上(例如水平地)当空间光调制装置的像素在该维度中的填充因子为85％的情况下，各个衍射级中振幅的图形化表示。可以看出，第0衍射级的光强度最大。各个衍射级中的光强度与所表示的振幅的平方成比例。然而，为了表示，对振幅进行选择，以便能够更好地可视化更高衍射级中的光分量。根据经验，在观察平面中形成所谓的衍射级光斑，其通常也被称为零级光斑，观察者可以在没有将全息图编码到空间光调制装置中的情况下，从观察平面观察与通过光源的成像来形成场透镜或光学系统的焦点的位置相同的位置处的重构场景。该衍射级光斑由例如空间光调制装置的调制误差引起。在这种情况下，由于相干性不足，一部分入射光未被调制，或者空间光调制装置具有与期望调制的系统偏差，例如仅旨在调制相位的空间光调制装置中的不期望的振幅调制，或相位调制的范围小于2π，或系统地过大或过小的相位值。如果使用的光学系统包括聚焦光学元件，例如图1中所示的场透镜1，则未调制的光或系统地未正确调制的光被聚焦到观察平面中所谓的衍射级光斑内。另外，还分别形成衍射级光斑的更高衍射级。如果虚拟可见区域相对于空间光调制装置居中地生成或者布置在观察平面中，则该衍射级光斑位于虚拟可见区域的中心。图3表示在理想情况下的根据图1的显示装置，其中在观察平面6中没有衍射级光斑。子全息图4被编码到空间光调制装置SLM中，场景的物点利用子全息图4重构。在这种情况下，在第0衍射级中设置虚拟可见区域5。图4示出了在空间光调制装置的矩形像素孔的情况下相应的第0衍射级、第+1衍射级和第-1衍射级的振幅的图形表示。在该示例中，编码到空间光调制装置中的子全息图包括透镜函数，其在空间光调制装置前方距离为250mm处生成物点，虚拟可见区域位于距离空间光调制装置1m处。对于在距离空间光调制装置的其他距离处的三维场景的物点，也将获得衍射级中的振幅的类似分布。在这种情况下，第0衍射级具有约15mm的范围。从所示振幅的振荡可以看出，其中设置虚拟可见区域的第0衍射级中的光的强度最大。在第+1衍射级和第-1衍射级中，强度降低但仍然足够高，使得在需要的情况下也可以至少部分地使用这些衍射级。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于表示二维和/或三维场景的全息显示装置，包括至少一个空间光调制装置和光学部件，其中：—所述至少一个空间光调制装置被设置用于重构场景并在观察平面中生成至少一个虚拟可见区域，—所述光学部件配置有彼此具有不同透明度的至少两个区域，所述透明度的值分别介于0和1之间，—所述光学部件以提供对所述虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的衍射级光斑实施至少部分地过滤的方式布置在所述显示装置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.24 EP 16185438.5;2016.10.18 EP 16194351.91.一种用于表示二维和/或三维场景的全息显示装置，包括至少一个空间光调制装置和光学部件，其中：—所述至少一个空间光调制装置被设置用于重构场景并在观察平面中生成至少一个虚拟可见区域，—所述光学部件配置有彼此具有不同透明度的至少两个区域，所述透明度的值分别介于0和1之间，—所述光学部件以提供对所述虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的衍射级光斑实施至少部分地过滤的方式布置在所述显示装置中。2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述光学部件包括透明区域和至少一个不透明区域，或至少一个减少透射的区域。3.根据权利要求2所述的显示装置，其中所述光学部件的所述至少一个不透明区域或所述至少一个减少透射的区域被配置为在尺寸上明显小于所述光学部件的所述透明区域。4.根据权利要求2或3所述的显示装置，其中所述光学部件的所述不透明区域或所述至少一个减少透射的区域在尺寸上配置为小于人眼的眼睛瞳孔，并且优选地对应于眼睛瞳孔尺寸的仅10％至40％。5.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件配置为可移动地可控制。6.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件包括以使不同衍射级中的衍射级光斑被滤除的方式设置的多个透明区域和多个不透明区域，或者多个减少透射的区域。7.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件以使确定的较高衍射级被完全滤除的方式配置。8.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件设置在所述至少一个虚拟可见区域的所生成的中间图像的平面中。9.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件配置为膜或可主动转换的部件，优选地配置为包括液晶层的部件。10.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中所述光学部件以使其具有预定的灰度分布和/或预定的相位分布的方式配置。11.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述灰度分布以使光强度分别从衍射级的较亮区域部分滤除的方式设定在所述光学部件中。12.根据前述权利要求之一所述的显示装置，其中由至少一个子全息图组成的全息图被编码在所述至少一个空间光调制装置中。13.根据权利要求12所述的显示装置，其中所述全息图或每个所述子全息图包括棱镜函数，以在所述观察平面中移位所述虚拟可见区域。14.根据权利要求11所述的显示装置，其中利用棱镜函数在所述空间光调制装置的相邻像素之间设置a*π的相位差，所述虚拟可见区域利用所述相位差可移位a*1/2衍射级，其中a是实数因子。15...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺伯特·莱斯特，拉尔夫·豪斯勒，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU