全息显示装置的制作方法

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。

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。

图5表示根据图3的显示装置，子全息图4被编码到空间光调制装置slm中。出于清楚的原因，仅表示一个子全息图4，但当然可以将多个子全息图编码到空间光调制装置的slm中，多个子全息图一起形成重构三维场景可以利用的全息图。在观察平面6中，例如在第0衍射级中设置虚拟可见区域5。然而，也可以选择不同的衍射级，例如第+1衍射级或第-1衍射级。在这种情况下，在观察平面6(尤其是在虚拟可见区域5)中形成对重构或重构的场景具有负面影响的衍射级光斑gas(第0gas)。更高衍射级的衍射级光斑(这里是第+1衍射级光斑(第+1gas)和第-1衍射级光斑(第-1gas))同样在观察平面6中形成，即在更高的衍射级(这里是第+1衍射级和第-1衍射级)中形成。

对于重构场景的观察者而言，他的眼睛位于虚拟可见区域5的中心，该衍射级光斑(第0gas)将导致在他的感知中扰动的背景叠加在重构的三维(3d)场景上，即场景的对比度降低。以这种方式，重构场景的质量降低或受到负面影响。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于表示二维和/或三维场景的显示装置，利用该显示装置可以实现高质量的重构场景。具体地，意图消除或减少观察平面中的衍射级光斑对重构场景的负面影响。

根据本发明，通过根据权利要求1的特征的全息显示装置实现本发明的目的。

根据本发明的全息显示装置旨在表示二维和/或三维场景。全息显示装置包括至少一个空间光调制装置和光学部件。至少一个空间光调制装置用于重构场景并用于在观察平面中生成至少一个虚拟可见区域。光学部件配置有彼此具有不同透明度的至少两个区域。透明度的值分别介于0和1之间。光学部件以使它提供至少部分地实施在虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的衍射级光斑的过滤的方式布置在显示装置中。以这种方式，可以减少或甚至完全滤除由光的调制误差导致的衍射级光斑，尤其是在至少一个虚拟可见区域的区域中。例如，可以通过在光学部件中设置灰度分布来实现用于虚拟可见区域的衍射级中的衍射级光斑的强度的减小。可以有利地通过具有高透明度的光学部件的一个区域来进行从所使用的衍射级完全滤除衍射级光斑。例如，该区域可以具有t≥0.8的透明度，透明度值0(零)意味着不透明或非透明，并且透明度值1意味着完全透明或完全光学透射。因此，光学部件的区域的透明度值越大，该区域的光学透射性越大。另一方面，光学部件的另一区域具有透明度值0(零)，因此被配置为不透明的。然后可以将光学部件的这个不透明区域有利地分配给要滤除的衍射级光斑，以使不透明区域的尺寸完全覆盖衍射级光斑并因此从观察平面中所得的衍射图案中完全滤除衍射级光斑。

因此，可以有利地设置为，光学部件包括透明区域和至少一个不透明区域，或者具有减少透射的至少一个区域。光学部件的至少一个不透明区域或者具有减少透射的至少一个区域有利地被配置为其尺寸明显小于光学部件的透明区域。在这种情况下，光学部件的至少一个不透明区域提供实施的在虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的衍射级光斑的至少部分地过滤。

从所使用的衍射级将衍射级光斑部分过滤可以例如利用光学部件中的至少一个不透明区域来实施，该至少一个不透明区域以使该不透明区域分配给衍射级光斑但不透明区域的尺寸仅覆盖衍射级光斑的一部分的方式配置在光学部件中。

作为可选方案，从所使用的衍射级将衍射级光斑部分过滤例如也可以利用在光学部件中具有大大降低的透明度的至少一个区域来实施，其中该区域以使不透明区域被分配给衍射级光斑并且覆盖该光斑的一部分区域的方式配置在光学部件中。

在这种情况下，透明区域应理解为基区，在基区内引入至少一个不透明区域。

在本发明的一些有利配置中，作为透明区域结合至少一个不透明区域的可选方案，或者除此之外，光学部件可以包括具有透明度梯度的区域，即灰度分布。例如，也可以使用该灰度分布以改变虚拟可见区域中的光强度的分布。例如，与眼睛瞳孔位于虚拟可见区域的中心或者在虚拟可见区域的相对边缘区域中相比，衍射级中的光强度的分布可以导致眼睛瞳孔位于虚拟可见区域的边缘区域中的观察者感知到优选三维场景的更暗的重构。在这种情况下，通过光学部件的透明度的灰度分布，可以通过使具有增加的亮度的虚拟可见区域的区域变暗来更均匀地产生光分布。

尤其地，在根据本发明的全息显示装置中，其被设计为投影显示装置或头戴式显示器(hmd)并且包括两级系统，可以设置为生成空间光调制装置的真实中间图像以及虚拟可见区域的真实中间图像。有利地，光学部件可以设置在所生成的至少一个虚拟可见区域的中间图像的平面中。

在其他从属权利要求中可以发现本发明的其他有利配置和改进。

有利地，可以设置为，光学部件的不透明区域或者具有减少透射的至少一个区域的尺寸配置为小于人眼的眼睛瞳孔，并且优选地对应于仅眼睛瞳孔尺寸的10％到40％。由于在衍射图案中形成的衍射级光斑通常被配置为其范围明显小于在日光条件下重构的优选三维场景的观察者的眼睛瞳孔的约2mm至约5mm的典型尺寸，并且利用光学部件的不透明区域或利用减小透射的至少一个区域至少部分地滤除该衍射级光斑，这种衍射级光斑的过滤对于观察者感知的优选三维场景没有扰动影响。因此，足够的光仍然通过瞳孔进入观察者的眼睛，以便他能够以高质量观察重构的场景。

在本发明的一个有利的配置中，可以设置为，光学部件配置成可移动地可控制。

在总体和优选的情况下，用于过滤至少一个衍射级光斑的光学部件可以配置为可移动的。由于例如根据在虚拟可见区域中观察者的眼睛位置，仅一个衍射级中的衍射级光斑(例如仅在第0衍射级或第+1衍射级或第-1衍射级中的衍射级光斑)会导致扰动或影响，因此并非衍射图案中的所有衍射级光斑都需要通过光学部件至少部分地滤除，而是相应地仅用于重构的衍射级中的衍射级光斑需要滤除。

因此，可以以例如设置仅单个不透明或变黑的区域或具有减少透射的区域的方式配置用于过滤的光学元件。然后可以根据检测到的观察者的眼睛位置移位或移动具有该单个不透明或变黑的区域或具有减少透射的区域的光学部件，使得不透明或变黑的区域或具有减少透射的区域滤除衍射级的衍射级光斑中的一个，例如第0衍射级的衍射级光斑(也称为第0衍射级光斑)，或更高衍射级的另一衍射级光斑。

然而，还可以设置的是，光学部件包括多个透明区域和多个不透明区域，或者减少透射的多个区域，这些区域以使不同衍射级中的衍射级光斑被滤除的方式设置。

然而，这意味着，光学部件也可以配置成静止的，即不可移动的。为此，为了过滤第0衍射级和第±1衍射级中的衍射级光斑并且为了过滤超过第±2衍射级的所有更高衍射级，在本发明的可选有利配置中，光学部件可以包括多个不透明或变黑的区域，即阻光区域，或减少透射的多个区域，以及透明区域，即光学透射区域，该透明区域用作基区。通过设置多个不透明区域或多个减少透射的区域，该透明区域被划分为多个透明区域。

有利地，根据本发明可以设置为，光学部件以使预定的或确定的更高衍射级被完全滤除的方式配置。

在本发明的另一有利的配置中，可以设置为，光学部件被配置为薄膜或可主动转换的部件，优选地被配置为包括液晶层的部件。液晶层可以与至少一个偏振元件组合。此外，液晶层可以设置有电极布置，可以向电极布置施加电压以控制液晶层并相应地对准液晶。根据利用电极布置的液晶层的转换状态，偏振元件透射或阻挡入射光。

作为可选方案，可以有利地设置为，代替简单的阻光或不透明区域，或具有减少透射的区域以及完全透明的区域，用于过滤至少一个衍射级光斑的光学部件也可以包括限定的或者预定的灰度分布。

此外，代替灰度分布或除了灰度分布之外，用于过滤的光学部件还可以包括限定的或预定的相位分布。这意味着光学部件可以以包括限定的灰度分布和/或限定的相位分布的方式进行配置。

在这种情况下，可以以使预定光强度相应地从衍射级的较亮区域部分地滤除的方式设置光学部件中的灰度。利用灰度分布从衍射级滤除或意图滤除的光的量可以例如通过先前的模拟来确定，以使光学元件的灰度分布可以相应地限定并且可以相应地配置光学部件。

为了能够重构优选地三维的场景，可以将由至少一个子全息图组成的全息图编码到至少一个空间光调制装置中。将待重构的场景的物点分别编码在子全息图中，以使多个子全息图形成重构整个场景的全息图。

在一个具体情况下，也可以是全息显示装置处于开启状态但不表示场景或物点的情况。这意味着在空间光调制装置中没有编码子全息图或全息图，并且其照明完全是黑色或黑的。在这种情况下，将观察平面中的至少一个衍射级光斑滤除同样是有利的，以便给出完全黑色的表示。该情况同样旨在包括在本发明中。

此外，在本发明的一个尤其有利的配置中，可以设置为，全息图或每个子全息图包括棱镜函数，以便使观察平面中的虚拟可见区域移位。

例如，如果在空间光调制装置的相邻像素之间使用具有相位差π(pi)的棱镜函数，则虚拟可见区域在观察平面中出现半个衍射级的位移。具有实数值因子a的相邻像素之间的a*π的相位差相应地产生虚拟可见区域移动a倍的半个衍射级。衍射级的尺寸对应于d*λ/p，其中d是从虚拟可见区域到空间光调制装置或者存在空间光调制装置的成像的情况下的空间光调制装置的图像的距离，λ是光的波长，p是空间光调制装置或空间光调制装置的图像的像素间距。换句话说，空间光调制装置的相邻像素之间的a*π的相位差由棱镜函数提供，利用该差，虚拟可见区域可以移动a*1/2衍射级，其中a是实数值因子。

通过将棱镜函数(也可以被称为线性相位函数)选择性地添加至各个子全息图或者优选地在将所有子全息图加和之后的整体全息图或全息图，至少一个虚拟可见区域在观察平面中的位置可以移动或移位。然而，虚拟可见区域的这种位移仅在小的限定区域中进行。有利地，可以利用棱镜函数使虚拟可见区域在介于两个衍射级的两个衍射级光斑之间移位和排列。以这种方式，衍射级光斑可以相应地移位或移动到虚拟可见区域的边缘区域，使得对于虚拟可见区域的观察者眼睛瞳孔或者观察者而言存在较少的归因于衍射级光斑的扰动。

有利地，在本发明的另一配置中，可以设置为，对于提供彩色的待重构场景的情况，为所使用的每种波长或颜色设置限定的棱镜函数，不同波长或颜色的棱镜函数不同。

这是因为需要考虑到，对于不同的波长或颜色，衍射级也具有彼此不同的间距。将相同的棱镜函数添加或增加到子全息图或全息图也导致不同的波长或颜色的虚拟可见区域的不同位移。因此，根据本发明，在全息显示装置中，关于每种颜色或波长的不同棱镜函数被添加到或插入到子全息图或(整体)全息图中，以使所有三原色红色、绿色、蓝色(rgb)的虚拟可见区域在观察平面中移动到相同的位置，并且因此精确叠加。

例如，对于波长λ＝450nm的蓝光，0π的棱镜函数(即空间光调制装置的相邻像素之间的相位差为π)将虚拟可见区域移动半个(1/2)衍射级。衍射级光斑然后将位于虚拟可见区域的边缘区域。然而，对于波长λ＝532nm的绿光，从空间光调制装置的一个像素到下一个像素的相位步长需要是450/532π，以使绿光的虚拟可见区域移动到相同的位置并且与蓝光的虚拟可见区域配合或叠加。对于波长λ＝635nm的红光，需要使用450/635π的相位步长，以使红光的虚拟可见区域移动到观察平面中的相同位置并且与蓝光和绿光的虚拟可见区域叠加。如果不是这种情况，则观察者将在重构的优选三维场景内感知到白点，因为红色、绿色和蓝色点相对于彼此略微横向偏移。

对于同一波长或颜色的所有子全息图或全息图，棱镜函数是相同的。

然而，虚拟可见区域的位移总体导致所感知的优选三维场景的亮度改变。归因于空间光调制装置中每个单独像素的填充因子和振幅传输，在远场中形成从第0衍射级到较高衍射级减小的光的强度分布。总体上，对于相对于空间光调制装置居中布置的虚拟可见区域，场景的重构是最亮的，即，光的强度在中心区域中最高。如果通过将棱镜函数添加或插入到子全息图或全息图或其内来移动虚拟可见区域，则场景的重构会变得更暗。因此，可以有利地使用仅几个衍射级，例如2至3个衍射级。因此，虚拟可见区域可以仅在小的路径长度或距离上横向移动。然而，本发明并非旨在限制于特定数量的衍射级，虚拟可见区域可以移动越过这些衍射级。

以这种方式，通过限定写入空间光调制装置的全息图或至少一个子全息图的棱镜函数，可以根据场景观察者眼睛的新位置提供对观察平面中的至少一个虚拟可见区域的跟踪。相应地，根据本发明提出，仅在小区域上使用虚拟可见区域的位移用于观察者跟踪，例如在两到三个衍射级上。

以这种方式，可以使用或采用对至少一个虚拟可见区域的这种跟踪作为精细跟踪。

有利地，根据观察平面中观察者的位置，可以将至少一个虚拟可见区域的精细跟踪与至少一个虚拟可见区域的粗略跟踪相结合。因此，通过将棱镜函数添加到子全息图或(整体)全息图的虚拟可见区域的位移也可以与其他已知的观察者跟踪方法组合。例如，利用棱镜函数根据观察者相对于空间光调制装置的新位置跟踪虚拟可见区域可以用于精细跟踪，并且其他光学元件，例如可转换光栅，可以用于粗略跟踪。

此外，可以设置包括至少一个光源的照明装置，以及用于确定观察者眼睛的位置的位置检测系统。利用位置检测系统，可以确定优选三维场景的观察者的眼睛相对于空间光调制装置的位置。根据检测到的眼睛的位置，然后计算子全息图并且将子全息图加和以形成整体全息图或全息图。通过将棱镜函数优选地添加或插入到整体全息图或全息图中或其内，或者也可以添加或插入到各个子全息图中，然后虚拟可见区域的位置在观察平面中横向移位。

此外，根据本发明的另一有利的配置，可以设置为提供一种控制装置，利用该控制装置可以进行光源亮度的改变。

当虚拟可见区域在观察平面中移位的情况下，可以例如通过重新调节或调整至少一个光源的亮度来补偿重构亮度的改变。如果由位置检测系统相应地确定观察者的眼睛瞳孔位于对应于如相对于光学系统(例如场透镜)的焦点位置观看时的虚拟可见区域的中心区域的区域中，可以通过控制装置减小至少一个光源的亮度。然而，如果位置检测系统确定观察者的眼睛瞳孔位于如相对于光学系统的焦点位置观看时的虚拟可见区域的中心区域之外的区域中，则可以通过控制装置增加至少一个光源的亮度。

例如，在衍射级中重新分布光强度的另一可行方案可以在于降低空间光调制装置的像素填充因子，或者利用关于空间光调制装置的每个像素的振幅或相位的变迹函数来影响衍射级中的这种光分布。换句话说，有利的是，为至少一个空间光调制装置(尤其是像素)分配变迹分布器，利用该变迹分布器设置衍射级中的光强度的控制。变迹是一种光学过滤方法，其中通常减少或抑制表示较高衍射级的艾里图案的外环。然而，在本申请的上下文中，变迹总体旨在被理解为意指艾里图案的环中的光的相对强度被改变。这还包括其中艾里图案外环中的光强度增加的情况。传统上，变迹主要用于改善待重构场景的对比度。可以通过变迹函数tslm-像素(x，y)来执行像素的变迹。总体根据它们的用途来计算变迹函数并且在掩模、过滤器或变迹分布器中产生。

变迹分布器被设置为尽可能靠近空间光调制装置的光调制光学层。变迹分布器或者直接设置为空间光调制装置上的附加层，或者直接集成到空间光调制装置中。

例如，仅调制相位的空间光调制装置可以与仅使振幅变迹的变迹分布器组合，反之亦然。在一般的情况下，空间光调制装置和变迹分布器都可以用于复值调制。

通过空间光调制装置和变迹分布器的像素组合，利用变迹分布器中的对应规则计算的变迹函数引起入射光的调制，以使空间光调制装置的傅立叶平面(通常是观察平面)中的强度值非常接近或对应于那里设定的强度分布。变迹函数的另一参数可以是具有恒定振幅的相位函数。还可以利用用于确定变迹分布器的变迹函数的方法来优化与光调制相关的其他参数(这里未具体表明)。

空间光调制装置的像素振幅的余弦变迹具有例如下列效果：虽然衍射图案中的更高衍射级减小，但2至3个中心衍射级中的光分布变得更均匀。因此，作为变迹分布器的振幅分布非常适合用于使选定的衍射级中的光或光强度更均匀地呈现或分布。

例如，如果使用空间光调制装置的像素振幅的余弦变迹，则由于与矩形像素透射相比在第0衍射级和第±1衍射级中的更均匀的强度分布，可以有利地用在下列布置中，其中利用写入空间光调制装置的像素中的棱镜函数，虚拟可见区域可以在这三个衍射级内移动。

包括多个透镜的微透镜布置也可以是在多个衍射级中产生这种均匀的光分布的可行方案。在这种情况下，微透镜布置以使微透镜布置中的一个透镜设置在空间光调制装置的每个像素前面的方式分配给空间光调制装置，以使这样的布置将像相位变迹一样起作用，并且以与空间光调制装置的较小填充因子类似的方式，产生在多个衍射级上光或光强度的更均匀的分布。

每个微透镜在短距离内产生焦点，该焦点小于像素的孔，因此以与具有减小的填充因子的像素类似的方式起作用。

如在专利文献wo2009/156191a1中所述的，类似方法和布置可类似地用于变迹。例如，在具有针对观察者的左眼和右眼的空分复用的全息图或者具有空分复用的颜色的光调制装置中，也可以为分配给左眼和右眼的像素或不同颜色的像素使用不同的变迹函数。然而，从专利文献wo2009/156191a1中，在其中存在寻求更高衍射级中强度降低的差异，而根据本发明，使用虚拟可见区域在观察平面中的几个衍射级的位移，然而，在这几个衍射级上，需要强度尽可能均匀地分布。

例如，可以将结构化的变迹分布器层和/或阻挡元件(优选地是消色差或高度消色差的阻挡层)设置为变迹分布器。变迹分布器可以是施加到像素上的微透镜状结构，或者变迹分布器(也称为变迹过滤器)也可以是吸收合金结构层。例如，微透镜状表面起伏分布可以从顶部向下应用到玻璃板上，该玻璃板在其顶部具有薄层，该层例如是通过uv固化的吸收性粘合剂。

因此，所使用的slm像素的振幅变迹分布器可以提供在第0衍射级中减小的光强度和在slm的较高衍射级中的增加的光强度。这可归因于在slm平面中存在的空间频率的减小。所产生的形状可以是例如贝塞尔(kaiser-bessel)窗口、高斯窗口或仅余弦函数。

对于tv(电视机)应用的例如约100μm的大像素，可以使用连续分布而并非意图呈现周期性光栅的印刷振幅结构。优选的是具有限定的像素间距的微透镜状结构以向下的面浸入吸收的着色剂中，该吸收的着色剂可以施加到镜子的基底上。微透镜状结构中的接触点是透明的并且具有几乎100％的反射率。这种结构的透镜之间的区域是暗的。这非常适用于中等大像素间距。

变迹分布器的另一种选择是使用吸收合金组合物，例如氧化铬。由这种组合物的局部厚度限定吸收。通过使用灰色光刻法(也称为灰色、灰度或半色调光刻)可以局部地减薄例如约200nm的中等厚度的层。例如，可以通过干法或湿法化学蚀刻平版灰色负透镜布置，其作为保护材料被构造到光致抗蚀剂(pr)中。还可以通过使用纳米压印光刻(nil)或传统的模塑工艺来生产这种保护结构。保护层的中心必须比外部区域更薄，以便产生更加透明的中心吸收材料，其可以是例如合金组合物或另一种吸收材料，例如铂黑(pt)或适度的固体吸收材料。

另一种选择可以是使用线栅状结构(线栅偏振器)。作为可选方案，吸收结构化过滤器可以布置在像素的前面。在功能相反的情况下，光具有限定的偏振态分布，可以通过使用偏振过滤器作为分析器来将偏振态分布转换为强度分布。

总之，可以说可以使用多种技术以提供可以在全息显示装置中使用的变迹分布器。

在本发明的一个有利配置中，变迹分布器可以配置为相位变迹分布器，至少一个空间光调制装置的每个像素被分配相位函数，相位函数被分成两个半部，使得两个半部分别形成一种类型的棱镜，两个棱镜相对于彼此镜像对称。利用这种变迹分布器可实现的效果是在中心第0衍射级中存在较少的光或较低的光强度。然而，在相邻的第-1衍射级和第+1衍射级中，与不使用变迹分布器的衍射图案相比，变迹分布器可以实现在那里具有更多光或更高的光强度的效果。

用于调整衍射级中的光强度的另一种可行方案是使用用于过滤的孔，该孔布置在虚拟可见区域的中间图像平面中或其附近，并且具有灰度分布。可以以使光强度从衍射级的较亮区域部分地滤除的方式调节孔的灰度分布，以便减小与衍射级的较暗区域的差异。这可以设置给多个衍射级。尤其地，可以以下列方式调整灰度分布：对对于本发明必不可少的衍射级(即对第0衍射级和第±1衍射级)实施衍射级中的光强度的这种调整。

用于调整衍射级中的光强度的各种可行方案也可以彼此组合。

优选地，根据本发明的全息显示装置可以设计为平视显示器、投影显示器或直视显示器。

尤其优选地，根据本发明的显示装置可以设计为头戴式显示器。

在头戴式显示器(hmd)中，空间光调制装置和光学系统相对于观察者的头部布置在固定的限定位置，因为头戴式显示器总体直接固定在观察者的头部上。因此，空间光调制装置相对于眼睛的位置是固定且不变的。然而，眼睛瞳孔的位置可以在眼内的几毫米的有限范围内变化。由于从头戴式显示器到观察者眼睛的距离相对较小，根据本发明的全息显示装置的位置检测系统可以高精度地检测或确立瞳孔在眼睛中的方位或位置。

有利地，在头戴式显示器中，还可以在观察平面中生成小的虚拟可见区域。虚拟可见区域可以仅略大于眼睛瞳孔的范围，虚拟可见区域可跟踪眼睛的瞳孔。例如，根据光状况，与约2mm-5mm的人眼的典型瞳孔尺寸相比，可以生成7mm大的虚拟可见区域。然而，在这种情况下，虚拟可见区域与眼睛运动的跟踪范围仅需要包括几毫米，即瞳孔从观察者眼睛的右手边缘区域到左手边缘区域的移动范围。

因此，可以通过将棱镜函数添加或插入到子全息图或(整体)全息图中或其内来有利地执行虚拟可见区域在观察平面中的位移。然后，虚拟可见区域的这种位移将被视为或配置为精细跟踪。因此，不需要虚拟可见区域的粗略跟踪，因为观察者的头部或观察者自己不会相对于虚拟可见区域或相对于显示装置移动或改变到不同的位置。这消除了使用用于观察者跟踪的其他光学部件的需要，尤其是用于粗略跟踪的光学部件，例如基于液晶光栅(lcg)的衍射装置。因此，头戴式显示器在其结构上可以更紧凑地配置，因为省略用于粗略跟踪的光学元件对头戴式显示器的尺寸和重量具有实质性影响。此外，头戴式显示器可以更经济地生产，因为在显示装置或显示器中只有少量的部件。同样在这种情况下，在虚拟可见区域移位的情况下，可以例如利用控制装置通过相应地调整重构亮度来实施重构亮度的改变。

此外，本发明的目的还通过如权利要求26所述的方法实现。

根据本发明的用于表示二维和/或三维场景的方法以下列方式执行：

—至少一个空间光调制装置通过调制光来重构场景并在观察平面中生成至少一个虚拟可见区域，通过该虚拟可见区域可以观察重构场景，

—形成具有至少两个区域的光学部件，该至少两个区域具有不同的透明度，透明度的值分别介于0和1之间，以及

—利用该光学部件至少部分过滤在至少一个虚拟可见区域内的至少一个衍射级中的衍射级光斑。

有利地，可以设置为，由至少一个子全息图组成的全息图被编码到至少一个空间光调制装置中，棱镜函数被添加到全息图或子全息图，至少一个虚拟可见区域利用该棱镜函数在观察平面中被移位或跟踪。

可以为至少一个空间光调制装置分配变迹分布器，该变迹分布器将变迹函数应用于空间光调制装置的每个像素。

总体应该提到的是，利用棱镜函数的虚拟可见区域的位移不需要与衍射图案中衍射级光斑的减少或消除相关，而是也可以被视为独立的发明。这意味着根据本发明，仅减少或消除在全息显示装置中的衍射级光斑。可选地，根据本发明，利用全息显示装置中的棱镜函数仅移位虚拟可见区域。可选地，根据本发明，减少或消除衍射级光斑，此外，利用棱镜函数在全息显示装置中移位虚拟可见区域。

现在存在有利地配置本发明的教导和/或用于将上述示例性实施例或配置彼此组合的各种可行方案。为此，一方面，参考从属于独立权利要求的专利权利要求，另一方面参考借助于附图对本发明的优选示例性实施例的以下说明，其中总体还说明了该教导的优选配置。本发明原则上借助于所述的示例性实施例进行说明。

在图中：

图1示出了根据现有技术的全息显示装置结合衍射图案的表示的示意图，

图2示出了根据现有技术的衍射图案中的光强度分布的图形表示，其没有在空间光调制装置中编码全息图，

图3示出了根据图1的显示装置在利用包括全息图的空间光调制装置对光进行理想调制的情况下的示意图，

图4示出了利用根据图3的显示装置产生的衍射图案中的光强度分布的图形表示，

图5示出了根据图1的显示装置在利用包括全息图的空间光调制装置对光进行实际调制的情况下的示意图，

图6示出了根据本发明的全息显示装置的示意图，

图7示出了根据本发明的全息显示装置的另一种配置的示意图，

图8示出了根据本发明的全息显示装置的第三种配置的示意图，

图9示出了空间光调制装置的像素内的变迹函数的图形表示，

图10示出了根据本发明的衍射图案中的光强度分布的图形表示。

应简要提及的是，相同的元件/组件/部件在图中也具有相同的附图标记。

图6表示根据本发明的全息显示装置，其包括至少一个空间光调制装置slm和光学系统10。为了清楚起见，在这种情况下，光学系统10仅包括一个光学元件，该光学元件以透镜的形式配置，这里是场透镜，但光学系统10当然也可以包括多个光学元件。包含关于待重构的二维和/或三维场景的信息的全息图被编码到空间光调制装置slm中。在这种情况下，全息图可以由多个子全息图(至少一个子全息图)组成，子全息图分别包含与场景的物点有关的信息。当由包括至少一个光源3的照明装置2发射的光照射到空间光调制装置(下面将表示为slm)时，利用全息图的信息在振幅和相位上调制光，以使优选的三维场景可以在观察区域中重构和表示。出于清楚的原因，在图6中示出了在slm上的仅一个子全息图4。当光照射到slm并被调制时，该子全息图4然后重构物点op。

在slm的傅立叶平面中，在这种情况下也形成观察平面6，形成了衍射图案或由干涉光产生的干涉图案，除了主要的最大值之外，还有第0衍射级也表现出旁瓣，所谓的更高衍射级。由于光的调制误差，衍射级光斑在第0衍射级中形成，这对重构场景具有负面影响。衍射级光斑在较高的衍射级中重复。在观察平面6中，通常每个观察者的眼睛形成一个虚拟可见区域或一个虚拟观察窗口5，观察者可以通过该虚拟可见区域或虚拟观察窗口观看观察区域中的重构场景。虚拟可见区域5的范围大致对应于衍射级的范围。在生成之后，如果该虚拟可见区域5相对于slm居中布置，也就是说，虚拟可见区域5位于第0衍射级的范围内，则衍射级光斑位于虚拟可见区域5的中心区域，这在图5中表示。

为了减少或消除衍射级光斑gas在观察平面6中的扰动影响，现在采取措施以使虚拟可见区域5移动或移位。该位移沿观察平面6横向进行。此外，采取措施以仅进行从衍射级的一半到至多2到3个衍射级的范围的小位移。虚拟可见区域5的位移的尺寸取决于位移的目的。为了例如抵消或消除衍射级光斑在虚拟可见区域5中的影响，虚拟可见区域5的位移为衍射级的一半的范围就足够了。然而，如果虚拟可见区域5的这种位移用于观察者跟踪，在这种情况下尤其是对于精细跟踪，则取决于观察者眼睛的新位置，从1到3个衍射级的范围的位移会是有利的。

现在通过向子全息图4或(整体)全息图中或其内添加或插入棱镜函数来执行虚拟可见区域5的位移。如果将棱镜函数添加到子全息图中，则设置在slm上的形成全息图的所有子全息图需要设置有棱镜函数。棱镜函数在空间光调制装置的相邻像素之间产生a*π的相位差，以使观察平面中的虚拟可见区域可以移动或移位a*1/2衍射级，a是实数因子。例如，如果使用空间光调制装置的相邻像素之间具有π(pi)的相位差的棱镜函数，则观察平面中的虚拟可见区域移动半个衍射级。因此，具有实数因子a的相邻像素之间的a*π的相位差相应地导致虚拟可见区域移动a倍的半个衍射级。衍射级的大小对应于d*λ/p，其中d是从虚拟可见区域到空间光调制装置或者是当存在空间光调制装置的成像时的空间光调制装置的图像的距离，λ是光的波长，p是空间光调制装置或空间光调制装置的图像的像素间距。对于同一波长或颜色的所有子全息图，棱镜函数是相同的。然而，优选将棱镜函数添加到全息图或整体全息图中，因为这减少了计算工作量。利用棱镜函数，虚拟可见区域5因此可以移位。以这种方式，虚拟可见区域5相对于衍射级光斑gas的相对位置由此改变，如图6所示。例如，虚拟可见区域5可以以使衍射级光斑gas完全位于虚拟可见区域5的边缘区域上的方式移位。这意味着虚拟可见区域5利用棱镜函数在两个衍射级光斑之间移位和排列，这里在图6中在第+1衍射级的衍射级光斑(第+1gas)和第0衍射级的衍射级光斑(第0gas)之间移位，以使这些衍射级光斑分别位于虚拟可见区域5的边缘区域，因此它们已从虚拟可见区域5的中心区域移除。作为这种程序的结果，对于观察者眼睛瞳孔而言存在明显更少的归因于虚拟可见区域5中的衍射级光斑的扰动或负面影响。

然而，如果将棱镜函数添加或插入到分配给slm的固定位置的子全息图4中或其内，则不仅虚拟可见区域5的位置移位到观察平面6中的虚拟可见区域5’的新位置，而且由子全息图4重构的物点op的位置也移位到op'，如图6所示。然而，在大多数情况下，不希望物点的这种位移。因为以这种方式，所观察到的重构场景总是存在相同的视角。物点op到物点op'的这种位移可以通过同样地位移或移动slm上的子全息图4来校正。例如，可以以使移位后的虚拟可见区域投影通过要生成的处于限定的正确位置处的物点到达slm的方式几何地确定子全息图的新位置。这意味着来自移位的虚拟可见区域5'的边缘的线被绘制到物点op到达slm的位置，然后与slm的交点表征并形成子全息图的新位置，为了更好的区分，用4'表示，如图6中的虚线所示。子全息图的移位位置对应于位置固定的优选三维场景。这意味着，通过虚拟可见区域的位移，观察者将从略微修改的视角观察优选的三维场景。换句话说，观察者将通过虚拟可见区域的位移围绕优选三维场景移动一点或小距离。

然而，由于子全息图在slm上的位移，不同视角的这种效果在特定情况下也可能是不期望的。

例如，当存在位于电视机前面希望看到相同节目的多个观察者的情况下，有利地是，可以从相同的视角分别被每个观察者感知优选的三维场景，而不管在电视机前的观察者的相应的位置如何。在这种情况下，可以避免子全息图在slm上的移位。仅实施将棱镜函数添加或插入到子全息图或(整体)全息图中或其内。在这种情况下，还优选的是，在所有的子全息图已经被加和以形成该(整体)全息图之后将棱镜函数添加到(整体)全息图。该过程实现的优点是，与将棱镜函数添加到每个单独的子全息图然后将这些子全息图加和以形成(整体)全息图的情况相比，该过程仅需要很少的计算量。为了说明，图6至图8分别表示了仅单个子全息图。然而，关于本发明的当前考虑也旨在相应地应用于整体全息图，整体全息图作为优选三维场景的物点的许多子全息图的总和。

关于彩色重构的优选三维场景，应该指出的是，对于每种原色rgb(红色、绿色、蓝色)或所用的每种波长，将不同的棱镜函数添加或插入到子全息图或(整体)全息图中，以使所有颜色或波长的各个虚拟可见区域移位或移动到观察平面中的相同位置，并且因此精确地叠加。

根据图7，用于利用棱镜函数移动虚拟可见区域以减少或消除衍射级光斑在第0衍射级中的不利影响及其在更高衍射级中的重复的可选实施方案在于通过适当的措施减少或滤除衍射级光斑。在这种情况下，显示装置可以配置为两级系统，其尤其适用于投影显示器或头戴式显示器。利用显示装置的这种设置，首先利用光学系统10(在该情况下尤其利用光学系统10的光学元件11)在中间图像平面7中生成slm的真实中间图像以及虚拟可见区域。光学部件8布置在该中间图像平面7中。光学部件8以使它包括至少两个区域81和82的方式配置。光学部件8的至少两个区域81和82具有彼此不同的透明度，透明度的值分别介于0和1之间。尤其地，图7中的光学部件8包括透明或光学透射区域81和至少一个不透明区域82。透明区域81用作光学部件8的基区，至少一个不透明区域82被引入该基区。这意味着至少一个不透明区域82被配置为在其尺寸上明显小于透明区域81。光学部件8的不透明区域82的范围或尺寸被配置为小于人类眼睛的眼睛瞳孔。优选地，不透明区域82的尺寸仅为眼睛瞳孔尺寸的10％至40％。光学部件8可以形成为透明膜，以使它在衍射级光斑及其周期性重复的位置处不透明或变黑，但在其他位置或在其他区域中透射光的方式对其进行配置，如图7所示。根据图7，分别滤除第0衍射级和第±1衍射级中的衍射级光斑，以及超过第二衍射级的更高衍射级。

除了薄膜之外，光学部件8还可以配置为可主动转换的元件。例如，光学部件8可以配置为液晶层。在这种情况下，液晶层可以与至少一个偏振元件组合。根据利用电极布置转换的液晶层的状态，偏振元件阻挡或透射入射光。用于控制液晶层的电极布置的电极的形状可以例如对应于意图在透明和不透明之间转换的区域。

除了在这些衍射级中重复衍射级光斑之外，光学部件8还可以以使其还透射多个衍射级的光的方式配置。此外，在必要的情况下，也可以完全滤除尤其是更高的衍射级。

在衍射级光斑及其在各个衍射级中的重复减少或滤除之后，在利用光学系统10在中间图像平面7成像之后，在虚拟可见区域5中滤除的衍射级光斑的位置处的光消失。换句话说，在虚拟可见区域5中形成没有光到达的仅小的区域9。对于中间图像平面7到观察平面6的这种成像，在图7中设置了光学系统10的光学元件111，其在此表示为透镜。然而，由于过滤的衍射级光斑的尺寸总体上比人眼瞳孔的典型尺寸小得多，因此虚拟可见区域5中的这种光缺失对于观察区域中的观察者感知的优选三维场景不具有扰动效果。

为了不完全滤除在至少一个衍射级中的衍射级光斑，而仅仅为了衰减其强度，光学部件也可以具有灰度分布。该灰度分布以下列方式配置，即使得其在衍射级光斑的区域中具有较深的灰度值并且因此透射较少的光，或者衰减该区域中的强度。在其中没有衍射级光斑或者由此不会直接影响它们的强度的衍射级的其他区域中，可以指定明亮或更亮的预定灰度值，以使仍然有足够的光透过光学部件并且可以到达观察者的眼睛。

换句话说，在一些情况下，有利地是，光学部件另外包括具有透明度梯度(即灰度分布)的区域。可以例如使用该灰度分布，其可以仅设置在光学部件的特定区域或多个区域中，或者可选地在光学部件的整个区域中，从而改变虚拟可见区域中的光强度的分布。例如，在衍射级中的光强度的分布可以具有这样的效果：与眼睛瞳孔位于虚拟可见区域的中心或相对边缘区域相比，眼睛瞳孔位于虚拟可见区域的边缘区域中的观察者将感知到优选三维场景的更暗的重构。在这种情况下，通过光学部件的透明度的灰度分布，可以通过虚拟可见区域的较高亮度变暗的区域来更均匀地形成或产生光分布。

图8表示根据图7的全息显示装置。除了从至少一个衍射级减少或滤除衍射级光斑的措施之外，还可以采用通过向子全息图或(整体)全息图添加棱镜函数来使虚拟可见区域5移位的措施。在图8中，虚拟可见区域5移位半个衍射级的范围，以便将其跟踪到观察者的移位眼睛位置。该示例示出虚拟可见区域5的位移为半个衍射级。然而，通过选择合适的棱镜函数，虚拟可见区域也可以在观察平面6中连续移位。在根据图8的示例中，虚拟可见区域5的位移可以在这里表示的三个衍射级的范围内发生，即在第0衍射级和第±1衍射级内，它们通过光学部件8过滤传输。

代替利用不透明区域或减少透射的区域对衍射级光斑进行过滤，来自衍射级光斑的光例如也可以被偏转，以使它不会到达观察平面。然后，虚拟可见区域的中间图像平面中的光学部件可以配置有如下区域，该区域虽然是透明的，但它具有棱镜形式的相位函数。然后优选地使来自该区域的光以使其横向行进通过用于将虚拟可见区域的中间图像成像到观察平面或虚拟可见区域自身中的光学系统(例如透镜或透镜系统)的方式偏转，并且因此有利地不会到达观察平面中的虚拟可见区域。然而，与利用不透明区域对衍射级光斑过滤相比，这种布置更复杂。

在过滤第0衍射级中的衍射级光斑及其在更高衍射级的重复之后，虚拟可见区域可以选择性地居中布置，即相对于光学系统10的焦点对称，或者通过向子全息图或(整体)全息图添加棱镜函数而布置成在一个或另一个横向方向上移位。在虚拟可见区域5在观察平面6中的所有位置中，这里借助于眼睛12来表示的观察者可以观察到具有高质量的优选三维场景的重构。

虚拟可见区域的位移优选地在小区域上进行，例如在2至3个衍射级的范围。此外，虚拟可见区域的位移可以用作或用于观察者跟踪。

对于观察者跟踪，利用位置检测系统确定观察者眼睛的当前位置。根据检测到的眼睛位置，然后计算子全息图并将子全息图加和以形成全息图或整体全息图。通过将棱镜函数添加或插入到优选地(整体)全息图或者可选地单个子全息图中或其内，在slm中对全息图进行编码，在充分相干的光入射到slm上并且通过slm调制之后，观察平面6中的虚拟可见区域的位置相应地移位。

为了计算棱镜函数，考虑到实数因子a倍的1/2衍射级的位移对应于slm的相邻像素之间的a*π的相位差。相邻像素之间的相位差的符号确定虚拟可见区域的位移是在一个方向上横向地发生还是在另一个方向上横向发生。

因此衍射级的尺寸可以确定为bo＝d*λ/p，其中d是从虚拟可见区域到slm或slm的图像的距离，λ是光的波长，p是slm或slm的图像的像素间距。

可以根据虚拟可见区域的期望位置相对于衍射级的尺寸来计算相邻像素之间的相位差。例如，如果衍射级是bo＝15mm大，并且虚拟可见区域相对于第0衍射级的中心旨在移位5mm，即衍射级的1/3，则给出在slm的相邻像素之间具有2/3π的相位差的棱镜函数。第一像素将例如接收相位值0(零)，第二像素相位值为2/3π，第三像素相位值为4/3π，第四像素相位值为0(6/3π取2π)。将这些相位值添加到计算的全息图的相位中。

如图7和图8中的示例所示，用于过滤第0衍射级和第±1衍射级中的衍射级光斑以及过滤超过第2衍射级的所有更高衍射级的光学元件8在那里配置为包括多个黑化的阻光区域和透明的光学透射区域的膜，该膜被细分为多个区域，在这种情况下，光学透射区域如已经提到的那样被视为基区，在该基区中引入多个不透明区域。在图7和图8所示的示例性实施例中，光学部件8相对于全息显示装置中的slm布置在固定位置。

然而，在一般情况下，可以设置移动的可控光学部件来过滤或减少至少一个衍射级中的衍射级光斑。例如，由于取决于观察者的眼睛相对于slm或slm的中间图像的位置，只有第0衍射级或第+1衍射级或第-1衍射级中的衍射级光斑导致虚拟可见区域中的扰动，因此并非这些衍射级的所有三个衍射级光斑都需要被光学部件滤除，而是它们中相应地仅只有一个衍射级光斑需要被光学部件滤除。这意味着仅需要滤除位于虚拟可见区域中的衍射级光斑。因此，优选地仅需要以使除了透明区域之外仅存在一个单独的不透明区域的方式配置光学部件。然后，根据检测到的观察者的眼睛位置，以使不透明区域滤除衍射级光斑之一(第0衍射级光斑或另一更高级的衍射级光斑)移位具有该单个不透明区域的光学部件。

然而，虚拟可见区域的位移通常会导致感知的优选三维场景的亮度的改变，其不对应于真实亮度。归因于slm的填充因子以及slm中各个像素的振幅传输，在远场中形成朝向更高衍射级减小的强度分布。这意味着如果虚拟可见区域居中地布置，即相对于slm处于中心，则重构将是最亮的。然而，如果通过将棱镜函数添加到观察平面中的不同位置来移动虚拟可见区域，则重构的强度变暗。由于这个原因，仅有利地可以使用几个衍射级，例如2到3个衍射级，可以在该范围内提供虚拟可见区。因此，虚拟可见区域可以仅在观察平面中横向地移动很小的距离或范围。

通过在子全息图或(整体)全息图中设置棱镜函数来移动虚拟可见区域也可以与已知的观察者跟踪方法相结合。所提出的利用棱镜函数跟踪虚拟可见区域的解决方案可以例如不仅用于消除虚拟可见区域中的衍射级光斑，而且还尤其适合于虚拟可见区域的精细跟踪。对于虚拟可见区域的粗略跟踪，可以使用光学元件，例如可转换光栅。

一个示例是与约2mm-5mm的人眼的典型瞳孔尺寸(取决于光状况)相比的7mm大的虚拟可见区域或观察窗口。

通过将棱镜函数添加到子全息图或(整体)全息图以及与虚拟可见区域的位移相结合来改变重构亮度可以例如通过控制和重新调整照明装置2(尤其是至少一个光源3)的亮度来补偿。因此，如果由位置检测系统确定待观察的优选三维场景的观察者的眼睛瞳孔位于对应于如相对于光学系统的焦点位置所看到的虚拟可见区域的中心位置的区域中，则可以利用控制装置13通过光强度适配来减小至少一个光源3的亮度。然而，如果位置检测系统确定眼睛瞳孔位于如相对于光学系统的焦点位置所看到的虚拟可见区域的中心位置之外的区域中，那么根据虚拟可见区域中眼睛瞳孔的该位置利用控制装置13增加至少一个光源3的亮度。

作为可选方案，也可以通过降低slm的像素的填充因子来实现衍射级中的光强度的重新分布。此外，衍射级中的光强度的重新分布也可以通过变迹分布器来实施，该变迹分布器包括影响slm的每个像素中的振幅或相位的变迹函数。

虽然产生像素振幅的余弦变迹的变迹分布器导致例如较高的衍射级减小，但衍射图案中的2至3个中心衍射级(即第0衍射级和第±1衍射级)的光分布会更均匀地分布。

例如，包括多个透镜的微透镜布置(每个像素前面布置一个透镜)将像相位变迹一样起作用，并且类似于slm的较小填充因子，将导致在衍射图案中光在多个衍射级上的分布。

例如，图9表示进行相位变迹的变迹分布器。对于变迹，提供了细分为两个半部的棱镜函数。该棱镜函数被分配给slm的每个像素。在这种情况下，以使slm的每个像素的棱镜函数的左手和右手部分形成所谓的镜像对称布置的棱镜的方式配置棱镜函数。从图9中可以看出，利用这种变迹分布器，中心衍射级(即第0衍射级)中的光强度因此将减小。然而，在较高的衍射级中，例如在第±1衍射级中，光强度通过光的重新分布而增加。

图10类似于图4以图形表示示出了由于图9中所示的相位变迹的三个衍射级(第0衍射级(第0bo)、第+1衍射级(第+1bo)和第-1衍射级(第+1bo))中的振幅分布。各个衍射级中的光的强度分布与所示振幅的平方成比例。图4和图10的比较示出，较少的光被引导到图10中的第0衍射级，但是更多的光被引导到第-1衍射级和第+1衍射级。结果，与根据图4的在slm中没有提供这种变迹分布器的显示装置相比，当观察者的眼睛在第-1衍射级、第0衍射级和第+1衍射级之间移动时，观察者所感知的优选三维场景的重构中的亮度变化降低。

调整各个衍射级中光强度的另一种可选的可行方案可以是使用孔进行过滤。为此，这种孔具有灰度分布。以使光强度从衍射级的较亮部分(例如从第0衍射级)部分滤除的方式调整孔的灰度分布，以减小与衍射级的较暗部分(即更高的衍射级，例如第±1衍射级)的差异。

用于调整各个衍射级中的光强度的各种可行方案也可以彼此组合。

例如，可以执行根据图9和图10的变迹，并且另外，至少一个光源3的亮度可以由控制装置13根据检测到的眼睛位置进行调整。

本发明并非意在限制于这里表示的示例性实施例。示例性实施例的组合也是可行的。总之，应该更具体地指出，上述示例性实施例仅用于描述所要求保护的教导，而并非将其限制于示例性实施例。