[发明专利]全息显示器和全息图像形成方法

说明书

公开了一种全息显示器以及由所述全息显示器执行的形成全息图像的方法。全息显示器包括电可寻址空间光调制器(EASLM)；在EASLM上布置的衍射光学元件(DOE)掩模阵列；以及控制器，被配置为操作全息显示器以形成全息图像，其中，所述控制器还被配置为：寻址EASLM，以通过打开对应的EASLM像素来对形成全息图像体素集合所需的DOE掩模阵列进行背光照明。

技术领域

本公开涉及全息图像的形成，并且更具体地，涉及一种全息显示器和一种由全息显示器执行的形成全息图像的方法。

背景技术

三维(3D)全息图像(全息图)的形成在许多应用领域中具有巨大潜力，例如电信、医学、娱乐、军事装备等。然而，使用该技术的大面积实现方式存在许多问题。

由于在电可寻址空间光调制器(EASLM)上显示的数字全息图再现所需的高质量光学系统，当前可用的全息显示器有很大的尺寸。这增加了全息图像的尺寸，并使全息图像几乎不可能集成到可穿戴智能设备(手表、电话、平板电脑等)中。

当前的全息显示器无法提供足够的小像素(＜1μm)密度来确保在有效的相干和非相干空间光调制器(SLM)上显示的全息图的足够宽的视场，例如，激光背光和液晶显示器(LCD)、数字微镜设备(DMD)、硅基液晶(LCoS)有机发光二极管(OLED)显示器(有机发光二极管、有机LED)、μ发光二极管(μ-LED)等。

此外，当使用当前广泛使用的非相干SLM(基于智能手机、智能手表、电视机等)播放具有良好3D对象深度的全息图时，光可寻址空间光调制器(OASLM)技术用于将不相干的光分布转换为相位分布(相位全息图)，然后将相位分布重建为相干光源。

由于获得所需视场所需要的高分辨率，数字全息图操作需要处理器上非常高的操作负载以及许多资源(功率、时间、存储容量、存储速度等)，并且全息图像、分辨率和视场越大，操作负载就越大。

在根据相关技术的基于LCD技术的当前可用的大中型(至少1英寸)尺寸的显示设备中，像素尺寸通常为40μm至300μm。在这种显示器中，需要特殊的相干光源(激光)来背光照明。这种解决方案几乎不适用于数字全息，这是由于其分辨率低且视场狭窄以及全息图操作所需的高操作负载(引起独立设备的独立操作时间的减少和电池寿命的减少)，并且需要使用相干背光用于带宽和全息图的记录和再现。

当前可用的微型显示器(小于1英寸)中的像素尺寸通常为3μm至40μm。为了在这些显示器中重建全息图，需要特殊的相干光源(光纤输出的激光或LED)。与大中型显示器不同，这些显示器缺乏可扩展性。微型显示器通常基于LCD、LCoS或DMD技术，并且由于屏幕尺寸小、分辨率不足、全息图操作所需的高操作负载(引起独立设备的更短的自主操作时间和更短的电池寿命)、更大的存储容量和更宽的带宽、以及需要使用相干背光进行全息图记录和回放而适合应用于数字全息。

当前可用显示器的主要问题是视场(FoV)小。视角与2·arcsin(λ/2)成比例，其中λ是光的波长，p是SLM像素尺寸。在像素尺寸为3μm至250μm的当前显示器的情况下，视角约为5°±0.06°。为了提供30°的视角，需要约1μm或更小的像素尺寸，这在当前技术水平上对于消费者而言是不可用的。为了实现具有宽视角的全息显示设备，像素尺寸应减小几倍，并且要处理、存储和发送的数据量应增加几倍。

此外，全息显示器通常可以在3D模式下操作，并且不可以切换到二维(2D)模式。

在US 8400695 B2中公开的小型全息显示器包括在OASLM上记录数字全息图的OLED阵列(OLED微显示器)，其中OLED微显示器和OASLM形成相邻的层。根据在OLED微显示器上的光强度调制，在OASLM上对相位全息图进行编码，然后在用背光照射OASLM时重建全息图。因此，OASLM由OLED阵列控制。该显示器的缺点是显示全息图所需的大量计算机生成的全息图(CGH)数据及其复杂的设计。此外，相关领域中的设备可能不会在2D和3D模式之间切换。