阅读说明：本技术 一种大尺寸全息显示装置 (Large-size holographic display device ) 是由 刘娟 余爽 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本申请实施例公开一种大尺寸全息显示装置,包括光源单元、滤波单元、光束扩展单元、准直单元和显示面板,其中,滤波单元,用于将从光源单元出射的光束形成均匀发散的第一球面波；光束扩展单元,用于将第一球面波扩展为第二球面波,其中,第二球面波的照射面积大于所述第一球面波的照射面积；准直单元,用于将第二球面波准直为平行光束；显示面板,用于接收所述平行光束,并根据平行光束显示全息图像。本申请公开的全息显示装置利用准直单元产生大口径的平行光束,即实现了对大尺寸显示面板的再现光照射,又减小了再现系统的体积和重量。(The embodiment of the application discloses a large-size holographic display device, which comprises a light source unit, a filtering unit, a light beam expansion unit, a collimation unit and a display panel, wherein the filtering unit is used for forming a first spherical wave which is uniformly dispersed from a light beam emitted from the light source unit; the light beam expanding unit is used for expanding the first spherical wave into a second spherical wave, wherein the irradiation area of the second spherical wave is larger than that of the first spherical wave; the collimation unit is used for collimating the second spherical waves into parallel light beams; and the display panel is used for receiving the parallel light beams and displaying the holographic image according to the parallel light beams. The holographic display device disclosed by the application utilizes the collimation unit to generate the large-caliber parallel light beam, so that the reconstruction light irradiation of a large-size display panel is realized, and the volume and the weight of a reconstruction system are reduced.)

一种大尺寸全息显示装置

技术领域

本申请涉及显示领域，特别涉及一种大尺寸全息显示装置。

背景技术

传统的全息显示使用空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)进行光学调制，然而，SLM的面板尺寸受像素间距和像素数量的影响，使得三维显示场景的尺寸被限制在几毫米或几厘米。

为了重建大尺寸的三维场景，相关技术中有使用液晶显示器(LCD)面板代替SLM进行全息显示研究，然而，现有的LCD显示系统体积大且笨重，即使有较为紧凑的显示系统，再现像的尺寸仍然不满足观看需求；在全息显示的研究中，为了将整个大的LCD显示面板用平行光照亮，通常的方法是采用透镜扩束，或者采用高速扫描机制。在采用透镜扩束产生大口径的平行光时，需要将透镜进行叠加，这无疑增加了系统的体积和复杂度。

发明内容

本申请提供一种大尺寸全息显示装置，至少解决现有技术中存在的至少一个问题。

为解决上述问题，一方面，本申请实施例提供的一种大尺寸全息显示装置，其特征在于，该装置包括光源单元、滤波单元、光束扩展单元、准直单元和显示面板，其中，

滤波单元，用于将从光源单元出射的光束形成均匀发散的第一球面波；

光束扩展单元，用于将第一球面波扩展为第二球面波，其中，第二球面波的照射面积大于所述第一球面波的照射面积；

准直单元，用于将第二球面波准直为平行光束；

显示面板，用于接收所述平行光束，并根据平行光束显示全息图像。

可选地，滤波单元为空间滤波器阵列，光束扩展单元为光束扩展器阵列，准直单元为准直透镜阵列，其中，空间滤波器阵列、光束扩展器阵列和准直透镜阵列相互之间的器件一一对应。

可选地，光源单元包括光源和光源分束器，光源分束器用于将光源出射的光束分散为与空间滤波器阵列中器件数相同的光束。

可选地，滤波单元为单个空间滤波器，光束扩展单元为单个光束扩展器，准直单元包括单个准直透镜和分束镜阵列，针对分束镜阵列中的每个分束镜，用于将照射到其上的光束分为反射光束和透射光束，其中反射光束照射所述显示面板。

可选地，分束镜阵列沿反射光束方向的正投影无缝隙，且分束镜阵列中的多个分束镜沿反射光束方向无重叠。

可选地，沿从单个准直透镜出射光束方向，分束镜阵列中的多个分束镜的反射率和透射率的比例依次提升，使得多个分束镜的反射光束的光强差值在预设范围之内。

可选地，分束镜的反射率为透射率为

其中N为分束镜阵列中分束镜的数量，i为沿光束照射方向的分束镜的序号，i为正整数。

可选地，分束镜阵列中沿光束照射方向的最后一个分束镜为反射镜。

可选地，分束镜阵列中的多个分束镜平行设置。

可选地，分束镜阵列中的分束镜包括半反半透膜透镜、板式分束器、正方块式分束器、平面型衍射光栅、平面型超颖材料微结构、平面型二维材料结构、平面型微纳光学元件、平面型衍射光学元件中的任意一种。

本申请公开的大尺寸全息显示装置，包括光源单元、滤波单元、光束扩展单元、准直单元和显示面板，其中，滤波单元，用于将从光源单元出射的光束形成均匀发散的第一球面波；光束扩展单元，用于将第一球面波扩展为第二球面波，其中，第二球面波的照射面积大于所述第一球面波的照射面积；准直单元，用于将第二球面波准直为平行光束；显示面板，用于接收所述平行光束，并根据平行光束显示全息图像。本申请公开的全息显示装置利用准直单元产生大口径的平行光束，即实现了对大尺寸显示面板的再现光照射，又减小了再现系统的体积和重量。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本申请的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本申请进行任何限制，在附图中：

图1为本申请实施例中的大尺寸全息显示装置示意图；

图2为本申请实施例中另一大尺寸全息显示装置结构图；

图3为本申请实施例中大尺寸全息显示装置中的准直透镜阵列的结构示意图；

图4为本申请实施例中大尺寸全息显示装置中的准直透镜阵列的另一结构示图；

图5为本申请实施例中另一大尺寸全息显示装置结构图；

图6为本申请实施例中分束镜阵列的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请实施例提供的一种大尺寸全息显示装置，如图1所示，包括光源单元、滤波单元、光束扩展单元、准直单元和显示面板，其中，滤波单元，用于将从光源单元出射的光束形成均匀发散的第一球面波；光束扩展单元，用于将第一球面波扩展为第二球面波，其中，第二球面波的照射面积大于第一球面波的照射面积；准直单元，用于将第二球面波准直为平行光束；所示显示面板，用于接收该平行光束，并根据该平行光束显示全息图像。

可选地，光源单元包括激光光源。

激光光源出射的激光经过滤波单元后，被均匀发散成第一球面波，第一球面波经过光束扩展单元后被扩展为第二球面波，其中，第二球面波的照射面积大于第一球面波。可以理解的是，照射面积与最后显示面板的面积近似，这样能够扩大光束的照射面积能够更好的全面照射大尺寸的显示面板。

第二球面波经过准直单元后被准直为平行光束，以便于更好的照射显示面板形成全息图像。显示面板需要加载预先制作好的全息图，根据上述平行光束进行波前再现，最终形成再现全息图像。

本申请实施例中的大尺寸全息显示装置，利用准直单元产生大口径的平行光束，即实现了对大尺寸显示面板的再现光照射，又减小了再现系统的体积和重量，便于后续大尺寸全息显示系统的集成化与商业化。

上述滤波单元、光束扩展单元和准直单元可以分别为空间滤波器阵列、光束扩展器真累和准直透镜阵列，如图2，本申请一实施例的大尺寸显示装置的结构图，其中，所述空间滤波器阵列、所述光束扩展器阵列和所述准直透镜阵列相互之间的器件一一对应。

该实施例中的准直透镜使用的是较为轻薄的菲涅尔透镜(如图3和图4所示)，当然也可以是其他具有准直功能的体积较小的透镜或光学元件，只要满足本申请的需求均在该实施例所保护的范围之内，本领域技术人员可以根据实际情况自由选择，本申请不做具体限制。

在本申请实施例中，光源单元包括光源和光源分束器，光源分束器是位于光源的出射光方向设置，优选地，该光源分束器用于将光源出射的光束分散为与空间滤波器阵列中器件数相同的光束。

被分散后的光束分别照射空间滤波器阵列中的每个空间滤波器，经过每个空间滤波器后的光束照射光束扩展器阵列中的每个光束扩展器，然后，出射光束再分别经过准直透镜阵列中的每个准直透镜，最后再照射到显示面板中。

可以理解的，本申请实施例中的“阵列”表明器件数至少为两个。

本申请实施例中，准直透镜阵列可以是依次设置的多个准直透镜，如图3所示的准直透镜阵列示意图，也可以是矩阵式设置的多个准直透镜，如图4所示准直透镜阵列的示意图。优选的，多个准直透镜之间紧密设置，从而使得出射的光束紧密拼接，同时可以有效的降低全息显示装置的尺寸。相同的，空间滤波器阵列与光束扩展器阵列的排列方式与准直透镜的器件需要一一对应，即空间滤波器阵列、光束扩展器阵列和准直透镜阵列均为依次设置，或者均为矩阵式设置。

本申请还公开另一实施例的全息显示装置的结构图，如图5所示。该实施例中，滤波器单元为单个空间滤波器，光束扩展单元为单个光束扩展器，准直单元包括单个准直透镜和分束镜阵列，针对分束镜阵列中的每个分束镜，用于将照射到其上的光束分为反射光束和透射光束，其中反射光束照射所述显示面板。本领域技术人员可以根据上述描述，将显示面板设置在合理的位置。

光源单元包括激光光源，从激光光源出射的光束经过单个空间滤波器后，被均匀发散为第一球面波，第一球面波经过光束扩展单元后被扩展为第二球面波，然后第二球面波经过准直中的单个准直透镜被准直为平行光束，该平行光束经过分束镜阵列后，反射光束为大面积的平行光束照射到显示面板上。

在该实施例中，只使用了分束镜这一阵列，极大的降低了显示装置的体系和复杂度。

另外，该实施例中的分束镜阵列沿反射光束方向的正投影无缝隙，且该分束镜阵列中的多个分束镜沿该反射光束方向无重叠。也就是说，通过分束镜阵列后的反射光束是光强均匀的平行光束，如图6所示，可以通过设置和调整分束镜阵列中的多个分束镜角度，以保证经过分束镜阵列的反射光束是平行光束，优选地，分束镜阵列中的多个分束镜平行设置。

进一步的，沿从单个准直透镜出射光束方向，该分束镜阵列中的多个分束镜的反射率和透射率的比例依次提升，使得多个分束镜的反射光束的光强差值在预设范围之内。该预设范围可以是本领域技术人员根据经验设置，只需要保证每个分束镜的反射光束光强近似相等。

优选地，每个分束镜的反射光束光强相等，该实施例提供一种方法，即每个分束镜的反射率为

透射率为

其中N为分束镜阵列中分束镜的数量，所述i为沿光束照射方向的分束镜的序号，i为正整数。

如图6所示，沿从单个准直透镜出射光束方向(即附图中的初始入射光)分束镜依次设置，以分束镜个数为10，初始入射光强为100举例，分束镜的编号依次为1、2、3……10。第一个分束镜的的反射率为十分之一，透射率为十分之九，相应的，反射光强为10，透射光强为90；第二个分束镜的反射率为九分之一，透射率为九分之八，相应的，反射光强为10，透射光强为80；第三个分束镜的反射率为八分之一，透射率为八分之七，相应的，反射光强为10，透射光强为70……以此类推，最终得到每个分束镜的反射光强均为10。

这样，使得照射到显示面板的平行光束的光强均匀，保证更好的显示效果。

另外，分束镜阵列中最后一个分束镜的反射率为100％，透射率为0，即该分束镜为反射镜。

需要强调的是，本申请实施例中的分束镜阵列中的分束镜包括半反半透膜透镜、板式分束器、正方块式分束器中的任意一种，也可以是平面外观的衍射光栅、超颖材料微结构、二维材料结构、微纳光学元件、衍射光学元件等能够灵活地调整光束的能量比率的任意一种光学元件。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。