相关申请
本申请要求2016年11月10日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0149565号韩国专利申请的优先权，在此通过援引将该专利申请整体并入本文。
背景技术：
1.技术领域
与本公开中的示例性实施例相一致的设备和方法涉及全息显示设备，并且更具体地涉及提供扩展观察窗口的全息显示设备。
2.背景技术
在相关领域中，眼镜式方法和非眼镜式方法被广泛用于实现3d图像。眼镜式方法的示例包括偏向眼镜式方法和光闸眼镜式方法，并且，非眼镜式方法的示例包括透镜方法和视差屏障方法。当使用这些使用双眼视差的方法时，存在对于可能实施的视点的数目的限制。另外，由于大脑感知的深度和眼睛的焦点之间的差异，这些方法使观察者感觉到疲劳。
最近，在相关领域中，全息3d图像显示方法已经逐步地获得了更多的关注，该方法提供全视差并且能够使大脑感知的深度与眼睛的焦点一致。根据现有技术的全息显示技术，当光被照射到其上记录有干涉图案(该干涉图案通过光和从原物体反射来的物光之间的干涉而获得)的全息图案上时，所述光被衍射并且原物体的图像被复现。当使用电流全息显示技术时，计算机生成的全息图像(cgh)——而不是通过将原物体直接暴露到而光获得的全息图案——作为电信号被提供到空间调光器。然后，空间调光器根据输入cgh信号形成全息图案并且衍射光，由此生成3d图像。然而，在现有技术的全息显示技术中，因为全息图像被聚焦在仅一个点上，所以用于观察所生成的3d图像的观察窗口是狭窄的。
技术实现要素：
示例性实施例可以解决至少以上问题和/或缺点和以上未描述的其它缺点。而且，示例性实施例不必须克服上述缺点，并且示例实施例可以不克服上述问题中的任一个。
根据示例性实施例的一方面，提供一种全息显示设备，其包括：光源，其被配置成提供光；空间调光器，其被配置成形成全息图案，并且根据全息图案调制来自光源的光，并且通过第0阶或者更高阶衍射生成多个全息图像；和光学系统，所述光学系统包括：空间滤光器，其被配置成允许在空间调光器中由第0阶或更高阶衍射生成的所述多个全息图像从中经过；和图像路径转换元件，其被配置成调节所述多个全息图像中的至少一个的光路，使得所述多个全息图像在光学系统的焦平面上彼此分隔开。
光学系统可以进一步包括布置在所述空间调光器与所述空间滤光器之间的第一透镜，以及和布置在所述空间滤光器与所述光学系统的焦平面之间的第二透镜。
图像路径转换元件可以被布置在第一透镜和第二透镜之间。
空间滤光器可以包括第一孔和多个第二孔，所述第一孔被配置成允许由第0阶衍射生产的第0阶全息图像从中经过，所述多个第二孔被配置成分别允许由第±1阶或更高阶衍射生成的多个高阶全息图像从中经过。
图像路径转换元件可以包括多个折射元件，其分别被布置在所述多个高阶全息图像的光路中。
所述多个折射元件可以被布置成使得全息图像的折射角随着更高阶全息图像的阶增大而增大。
所述多个折射元件可以分别被布置在所述多个第二孔中。
图像路径转换单元可以被配置成使得所述多个全息图像之间的中心间隔等于聚焦在光学系统的焦平面上的所述多个全息图像的光斑尺寸。
第二透镜可以使所述多个全息图像中的第一全息图像聚焦在焦平面上的第一位置处，并且可以使所述多个全息图像中的第二全息图像聚焦在焦平面上的第二位置处，第二位置不同于第一位置。
根据示例性实施例的另一方面，提供一种全息显示设备，其包括：光源，其被配置成提供光；空间调光器，其被配置成形成全息图案，根据全息图案调制来自光源的光，并生成全息图像；和光学系统，其包括：空间滤光器，其被配置成允许所述全息图像从中经过；和图像划分元件，其被配置成将所述全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在光学系统的焦平面上彼此分隔开。
该光学系统可以进一步包括布置在所述空间调光器与所述空间滤光器之间的第一透镜，和布置在所述空间滤光器与所述光学系统的焦平面之间的第二透镜。
图像划分元件可以包括用于通过衍射现象划分全息图像的衍射光栅和用于通过双折射现象划分全息图像的光束移位器中的至少一个。
图像划分元件可以被布置在空间滤光器和第二透镜之间或者布置在第二透镜和光学系统的焦平面之间。
图像划分元件可以被设置在第二透镜的表面上，并且可以与第二透镜一体形成。
空间滤光器可以包括全息图像从中经过的孔，并且第一透镜被配置成使全息图像聚焦在所述孔上。
光学系统可以进一步包括被布置在空间调光器和空间滤光器之间的第一透镜。
图像划分元件可以是包括多个第二透镜的透镜阵列，所述透镜阵列布置在空间滤光器和光学系统的焦平面之间。
图像划分单元可以被配置成使得所述多个子全息图像之间的中心间隔等于聚焦在光学系统的焦平面上的所述多个子全息图像的光斑尺寸。
全息图像可以是由在空间调光器中的第0阶衍射生成的第0阶全息图像。
根据示例性实施例的另一方面，提供一种全息显示设备，其包括：光源，其被配置成提供光；空间调光器，其被配置成形成全息图案，根据全息图案调制来自光源的光，并生生成全息图像；和光学系统，其包括：图像划分元件，其被配置成将全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在光学系统的焦平面上彼此分隔开；和空间滤光器，其被配置成允许所述多个子全息图像从中经过。
图像划分元件可以包括用于通过衍射现象划分全息图像的衍射光栅、用于通过双折射现象划分全息图像的光束移位器和包括多个透镜元件的透镜阵列中的至少一个。
光学系统可以进一步包括被布置在空间调光器和空间滤光器之间透镜。
图像划分元件可以被布置在空间调光器和透镜之间或在透镜和空间滤光器之间。
空间滤光器可以被布置在光学系统的焦平面上。
空间滤光器可以包括多个孔，所述多个孔被布置成允许所述多个子全息图像中的第0阶子全息图像从中经过。
图像划分单元可以被配置成使得所述多个子全息图像之间的中心间隔等于聚焦在光学系统的焦平面上的所述多个子全息图像的光斑尺寸。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种光学系统，其包括：第一透镜，所述第一透镜被配置成使由第0阶或更高阶衍射生成的多个全息图像聚焦在第一焦平面上；空间滤光器，所述空间滤光器被布置在所述第一焦平面上并且被配置成允许所述多个全息图像从中经过；图像路径转换元件，所述图像路径转换元件被配置成调节所述多个全息图像中的至少一个的光路；和第二透镜，所述第二透镜被配置成在调节所述多个全息图像中的至少一个的光路后，使所述多个全息图像聚焦在第二焦平面上，所述多个全息图像在所述第二焦平面上彼此分隔开。
根据另一示例性实施例的方面，提供一光学系统，其包括：第一透镜，所述第一透镜被配置成使全息图像聚焦；空间滤光器，所述空间滤光器被配置成使所述全息图像经过；和图像划分元件，所述图像划分元件被配置成将所述全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在所述光学系统的焦平面上彼此分隔开。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种光学系统，其包括：图像划分元件，所述图像划分元件被配置成将全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在所述光学系统的焦平面上彼此分隔开；和空间滤光器，所述空间滤光器被配置成允许所述多个子全息图像从中经过。
附图说明
通过以下参考附图对示例性实施例的描述，这些和/或其它方面将变得明显且更易于理解，其中：
图1是示意性图示根据示例性实施例的全息显示设备的配置的示意图图；
图2是用于解释根据示例性实施例的经由离轴技术复现全息图像的原理的概念示意图；
图3至图5是示意性图示根据一个或多个示例性实施例的空间滤光器和图像路径转换元件之间的多种放置方式示例的示意图；
图6是图示根据示例性实施例的在光学系统的焦平面中形成多个全息图像的光斑的布置的示意图；
图7是示意性图示根据另一示例性实施例的全息显示设备的配置的示意图；
图8至图11是根据示例性实施例的针对图7中示出的全息显示设备的多种修改配置的示意图；
图12是示意性图示根据另一示例性实施例的全息显示设备的配置的示意图；并且
图13至图17是根据一个或多个示例性实施例的针对在图12中示出的全息显示设备的多种修改配置的示意图。
图18是图示根据示例性实施例的在全息显示设备中复现全息图像的方法的流程图。
具体实施方式
下文中，参考附图，将更详细地描述提供用于扩展的观察窗口的全息显示设备。在一些示例性实施例中，当经由离轴(off-axis)技术复现全息图像时，全息显示设备可以提供扩展的观察窗口。
贯穿全文，相同的附图标记指示相同的元件，并且在附图中，为了解释的清楚和方便，元件的尺寸可以被放大。以下描述的示例性实施例仅是示例性的，并且从示例性实施例出发的各种修改是可能的。在以下描述的层状结构中，表述“在……以上”或“在……上”可以不仅包括“以直接接触方式当即在……上”还包括“以非接触方式在……上”。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括相关的列出项目中的一项或多项中的任意的和所有的组合。
图1是示意性示出根据示例性实施例的全息显示设备100的配置的示意图。参考图1，根据示例性实施例的全息显示设备100可以包括：用于提供光的光源110，用于形成用于调制入射光以复现全息图像的全息图案的空间调光器120，以及用于使全息图像聚焦在空间上的光学系统130。
所述光源110可以包括激光器，其用于提供具有高的相干性的光到空间调光器120。然而，如果入射在空间调光器120上的光具有至少某一水平的空间相干性，因为光可以被空间调光器120充分衍射和调制，所以发光二极管(led)可以被用作光源110。除了led以外，可以使用任何其它光源，只要发出具有空间相干性的光。尽管为了描述的方便在图1中图示一个光源110，但是光源110也可以包括多个激光器或led的阵列。
根据由图像处理器140提供的全息图像数据信号，空间调光器120可以形成用于衍射和调制入射光的全息图案。在示例性实施例中，图像处理器可以包括在全息显示设备100中。在示例性实施例中，图像处理器可以不是全息显示设备100部件。空间调光器120可以使用用于执行相位调制的相位调制器、用于执行振幅调制的振幅调制器、和用于执行相位调制和振幅调制二者的复合调制器中的任一个。尽管图1中的空间调光器120是透射式空间调光器，但也可以使用反射式空间调光器。透射式空间调光器可以使用例如基于诸如gaas的化合物半导体的半导体调制器、或者液晶装置(lcd)。反射式空间调光器可以使用例如数字微镜装置(dmd)、硅上液晶(lcos)技术或者半导体调制器。
光学系统130可以使由空间调光器120衍射和调制的光聚焦，使得全息图像被复现在预定空间上。为此，为了将入射光聚焦在焦平面上，光学系统130可以包括第一透镜131和第二透镜132。另外，光学系统130可以被配置成扩展观察窗口(即用于观察全息图像的空间)。为此，光学系统130可以进一步包括：空间滤光器133，其被配置成允许由空间调光器120中的第0阶或更高阶衍射生成的多个全息图像经过；和图像路径转换元件134，用于调节所述多个全息图像中的一个或多个的光路，使得所述图像在光学系统130的焦平面上彼此分隔开来。第一透镜131可以被设置在空间调光器120和空间滤光器133之间，并且第二透镜132可以被设置在光学系统130的焦平面与空间滤光器133之间。
根据示例性实施例，在所述多个全息图像中的一个或多个的光路被调节之后，所述多个全息图像中的对应于第0阶衍射的全息图像可以被复现，其具有位于位置b处的焦点。并且，所述多个全息图像中的对应于更高阶的衍射的其它全息图像可以被复现，其具有分别位于位置a或c处的焦点。
以下将描述全息显示设备100的操作。图像处理器140可以生成全息图像数据信号并且提供所述全息图像数据信号到空间调光器120。全息图像数据信号可以是计算机生成的全息图像(cgh)信号，其被计算以在空间中复现目标全息图像。图像处理器可以根据待复现的全息图像形成全息图像数据信号。空间调光器120可以根据从图像处理器提供的全息图像数据信号在空间调光器120的表面上形成全息图案。空间调光器120形成全息图案的原理可以与例如显示器面板显示图像的原理相同。例如，全息图案可以被显示在空间调光器120上作为包括关于待复现的全息图像的信息的干涉图案。
同时地，光源110可以提供光到空间调光器120。通过由空间调光器120形成的全息图案，入射在空间调光器120上的光可以被衍射和干涉。然后，经衍射和经干涉的光可以被聚焦在光学系统130的焦平面上，并且可以在空间调光器120前面的预定空间中复现三维全息图像。待复现的全息图像的形状和深度可以根据由空间调光器120形成的全息图案确定。
然而，执行相位调制和振幅调制中的至少一个的空间调光器120可以被配置成具有多个像素的阵列，并且因而所述多个像素的阵列可以用作栅格。因而，入射光可以不仅通过由空间调光器120形成的全息图案衍射和干涉，还可以通过被配置成具有空间调光器120的像素阵列的像素栅格衍射和干涉。另外，一些入射光可以不被全息图案衍射，而可以按原样通过空间调光器120。结果，多个栅格光斑可以出现在光学系统130的焦平面上，在该焦平面上全息图像被转换成点。所述多个栅格光斑可以起图像噪音的作用，其降低全息图像的品质并且使得观看全息图像不舒适。
根据示例性实施例，为了防止所述多个栅格光斑被观察者看见，可以经由离轴技术复现所述全息图像，使得全息图像的光斑被复现，同时避免所述多个栅格光斑。所述多个栅格光斑由于空间调光器120的内部结构而被生成而与全息图案无关，并且因而所述多个栅格光斑的位置总是固定的。然而，全息图像的光斑位置可以根据全息图案确定，并且因而全息图案可以被形成使得全息图像被复现在所述多个栅格光斑不存在的位置处。
例如，图2是用于解释根据示例性实施例的经由离轴技术复现全息图像的原理的概念示意图。参考图2，由于空间调光器120的像素栅格的第0阶衍射，在中心处生成一个栅格光斑n0，并且，由于空间调光器120的像素栅格的第±1阶和第±2阶衍射，多个栅格光斑n1和n2分别被生成在周围。在图2中，由l00指示的图像是由空间调光器120形成的全息图案的第0阶衍射生成的全息图像；由l01、l-01、l10和l-10指示的图像是由空间调光器120形成的全息图案的第±1阶衍射生成的全息图像；由l20和l-20指示的图像是由空间调光器120形成的全息图案的第±2阶衍射生成的全息图像。当在不考虑栅格光斑n0、n1和n2的情况下形成全息图案时，栅格光斑n0、n1和n2位于被复现的全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的中间点处。结果，栅格光斑n0、n1和n2的噪音图像和全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20可以同时被看到。
因此，全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20可以被形成，以防止观察者看见栅格光斑n0、n1和n2。例如，如在图2中所示，全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑可以在x方向上移动δx并且在y方向上移动δy。为了通过使用上述方法调节全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑位置，除了包括关于待复现的全息图像的信息的全息图案外，空间调光器120还可以进一步形成调节全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑位置的周期性衍射图案。入射光的行进方向由通过空间调光器120形成的周期性衍射图案偏转，因此，全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑位置可以偏离栅格光斑n0、n1和n2。当依照这一方式移动全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑位置时，由*指示的复共轭图像可以显示在基于栅格光斑n0、n1和n2的全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的对称位置处。
重新参考图1，空间滤光器133可以配置成阻挡栅格光斑n和复共轭图像，并且仅允许多个全息图像经过。由此，由栅格光斑n和复共轭图像产生的噪音图像是不可见的，或者是对观察者较不可见。例如，空间滤光器133可以包括多个孔，以用于允许多个全息图像经过。在示例性实施例中，空间滤光器133可以阻挡由于栅格光斑n产生的噪音图像。当空间滤光器133位于第一透镜131的焦平面上时，所述空间滤光器133的多个孔的位置可以与所述多个全息图像的光斑位置一致。
图像路径转换元件134用于使通过第二透镜132聚焦在光学系统130的焦平面上的多个全息图像分开，而不使所述多个全息图像集中到一个点。例如，图像路径转换元件134可以包括多个折射元件，所述多个折射元件折射入射光以倾斜地改变光的路径。尽管图1的示例示出图像路径转换元件134被放置在空间滤光器133和第二透镜132之间，但是图像路径转换器元件134的位置不限于此。例如，图像路径转换元件134可以被放置在所述多个全息图像的光路中的、在第一透镜131和第二透镜132之间的任何位置处。
例如，图3至图5示意性示出空间滤光器133和图像路径转换元件134之间的放置关系的各种示例。
参考图3，空间滤光器133可以包括：第一孔133a，其用于通过由第0阶衍射生成的第0阶全息图像；和多个第二孔133b，其用于通过由第±1阶或更高阶衍射生成的多个高阶全息图像。图像路径转换元件134可以包括多个折射元件134a，其分别放置在所述多个第二孔133b中。非折射性元件可以被设置在第一孔133a中。因此，图像路径转换元件134可以改变较高阶全息图像的光路，以使其在远离第0阶全息图像的光路的方向上移动，而不改变第0阶全息图像的光路。
参考图4，图像路径转换元件134可以包括多个折射元件134a，所述多个折射元件134a被布置成在第一透镜131和空间滤光器133之间分别面对多个第二孔133b。可替选地，如在图1中所示，多个折射元件134a可以被布置成在空间滤光器133和第二透镜132之间分别面对多个第二孔133b。因此，尽管所述多个折射元件134a可以分别被布置在多个较高阶全息图像的光路上而不受特别限制，但是有利的是，所述多个折射元件134a被定位在空间滤光器133的第二孔133b的附近，以便有效地分离所述多个全息图像。
参考图5，多个第一和第二折射元件134a和134b可以被布置成使得全息图像的折射角度随着全息图像的阶位增大而增大。例如，空间滤光器133可以包括：第一孔133a，其用于通过由第0阶衍射生成的第0阶全息图像；多个第二孔133b，其用于分别通过由第±1阶衍射生成的第1阶全息图像；和多个第三孔133c，其用于分别通过由第±2阶衍射生成的第2阶全息图像。图像路径转换元件134可以包括：多个第一折射元件134a，它们被布置在第二孔133b的附近，用以改变第1阶全息图像的行进方向；和多个第二折射元件134b，它们被布置在第三孔133c的附近。在此，由第二折射元件134b中的每一个引起的入射光的折射角可以大于由第一折射元件134a中的每一个引起的入射光的折射角。例如，第二折射元件134b可以包括具有比第一折射元件134a的折射率高的折射率的材料。可替选地，第二折射元件134b可以包括具有比第一折射元件134a的倾斜角大的倾斜角的棱镜。因此，图像路径转换元件134可以改变多个全息图像的光路，使得所述多个全息图像远离彼此。
图6示出在光学系统130的焦平面中形成的多个全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑的布置。参考图6，通过图像路径转换元件134分开的所述多个全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20的光斑可以被布置成彼此相邻但不彼此重叠。为此，图像路径转换元件134可以使所述多个全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20之间的中心间隔d等于形成在光学系统130的焦平面中的全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20中的每一个的光斑尺寸r。
因此，因为所述多个全息图像l00、l01、l-01、l10、l-10、l20和l-20被同时复现在光学系统130的焦平面中的不同位置处，所以用于观察全息图像的空间——即全息显示设备100的观察窗口——被拓宽。结果，观察者可以在更宽的区域中观察全息图像。
图7是示意性示出根据另一示例性实施例的全息显示设备200的配置的示意图。参考图7，根据该示例性实施例的全息显示设备200可以包括用于提供光的光源110，用于形成用于调制入射光以复现全息图像的全息图案的空间调光器120，以及用于使全息图像聚焦在空间上的光学系统130。
光学系统130可以包括第一透镜131和第二透镜132，以使由空间调光器120衍射和调制的光聚焦到光学系统130的焦平面上。并且，光学系统130可以进一步包括：空间滤光器133，其被配置成使由空间调光器120中第0阶衍射生成的第0阶全息图像经过；和衍射光栅135，其被配置成将第0阶全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在光学系统130的焦平面上彼此分隔开。例如，衍射光栅135可以通过衍射将一个第0阶全息图像分成多个子全息图像。
第一透镜131可以被设置在空间调光器120和空间滤光器133之间。空间滤光器133可以被设置在第一透镜131的焦平面上。因而，在空间调光器120中被衍射和调制的光可以被聚焦在空间滤光器133上。空间滤光器133可以仅包括一个孔133a，其仅允许第0阶全息图像l00经过，并且阻挡包括栅格光斑n在内的所有其它图像。孔133a可以被形成在第0阶全息图像l00的光斑位置处。因而，第一透镜131可以使第0阶全息图像l00聚焦在孔133a处。
衍射光栅135可以被设置在空间滤光器133和第二透镜132之间。因而，已经经过空间滤光器133的第0阶全息图像l00可以被衍射光栅135分成多个子全息图像。然后，所述多个子全息图像可以被第二透镜132聚焦在光学系统130的焦平面上。利用如参考图6描述的相同原理，衍射光栅135可以被配置成使得所述多个子全息图像之间的中心间隔等于聚焦在光学系统130的焦平面上的多个子全息图像的光斑尺寸。例如，由衍射光栅135分开的多个子全息图像的行进方向可以由衍射光栅135的衍射图案确定，并且，聚焦在光学系统130的焦平面上的所述多个子全息图像的光斑尺寸和位置可以通过调节衍射光栅135在空间滤光器133和第二透镜132之间的位置来调节。
图8-11是根据一个或多个示例性实施例的在图7中示出的全息显示设备200的各种修改配置的示意图。
参考图8，衍射光栅135可以不被设置在空间滤光器133和第二透镜132之间，而是被设置在光学系统130的焦平面与第二透镜132之间。即，衍射光栅135可以沿着光路设置在第二透镜132的后方。衍射光栅135可以把由第二透镜132聚焦在光学系统130的焦平面上的第0阶全息图像分成多个子全息图像。尽管未在图8中示出，但是，除了设置在光学系统130的焦平面与第二透镜132之间的衍射光栅135之外，还可以进一步在空间滤光器133和第二透镜132之间设置一衍射光栅。在该情形中，两个衍射光栅可以被配置成共同将第0阶全息图像分成多个子全息图像。
参考图9，衍射光栅135可以被设置在第二透镜132的表面上并与第二透镜132一体形成。例如，通过在第二透镜132的表面上形成衍射图案，衍射光栅135和第二透镜132可以彼此一体地被制造。尽管图9示出衍射光栅135被设置在第二透镜132的入射表面上的示例，但本发明的构思不限于此。例如，衍射光栅135可以被设置在第二透镜132的出射表面上。另外，衍射光栅135可以被设置在第二透镜132的入射表面和出射表面二者之上。
参考图10，光学系统130可以包括光束移位器(beamdisplacer)136来替代衍射光栅135。例如，光束移位器136可以利用双折射现象将一个第0阶全息图像分成多个子全息图像。参考图7-9所提供的衍射光栅135的描述可以应用于光束移位器136。例如，光束移位器136可以被设置在空间滤光器133和第二透镜132之间，或者可以被设置在光学系统130的焦平面与第二透镜132之间。可替选地，两个光束移位器136可以被分别设置在空间滤光器133和第二透镜132之间以及在光学系统130的焦平面与第二透镜132之间。另外，光束移位器136可以与第二透镜132一体形成在第二透镜132的表面上。
参考图11，光学系统130可以包括空间滤光器133，其被配置成使由空间调光器120中的第0阶衍射生成的第0阶全息图像经过；第一透镜131，其设置在空间调光器120和空间滤光器133之间；和透镜阵列137，其包括被设置在光学系统130的焦平面和空间滤光器133之间的多个第二透镜132。透镜阵列137可以把已经经过空间滤光器133的第0阶全息图像分成多个子全息图像，并且还可以使所述多个子全息图像聚焦在光学系统130的焦平面上。例如，第0阶全息图像可以由布置在透镜阵列137中的多个第二透镜132划分。尽管图11示出了所述多个第二透镜132仅在高度方向上被布置的示例，但是本发明的构思不限于此。例如，所述多个第二透镜132可以二维地布置在高度方向上和宽度方向上。
衍射光栅135、光束移位器136和透镜阵列137均将一个第0阶全息图像划分成多个子全息图像，并且因而可以被称为“图像划分元件”。如上所述，图像划分元件可以将第0阶全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在光学系统130的焦平面上彼此分隔开。例如，图像划分元件可以被配置成使得所述多个子全息图像之间的中心间隔等于聚焦在光学系统130的焦平面上的所述多个子全息图像的光斑尺寸。特别地，透镜阵列137可以同时起到图像划分元件的作用和第二透镜132的作用。
图12是示意性示出根据另一示例性实施例的全息显示设备300的配置的示意图。参考图12，根据该示例性实施例的全息显示设备300可以包括：用于提供光的光源110，用于形成用于调制入射光以复现全息图像的全息图案的空间调光器120，和用于使全息图像聚焦在空间上的光学系统130。
光学系统130可以包括衍射光栅135，其被配置成将全息图像分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在所述光学系统130的焦平面上彼此分隔开。所述光学系统130还包括空间滤光器133，所述空间滤光器被配置成允许所述多个子全息图像从中经过。另外，光学系统130可以进一步包括布置在空间调光器120和空间滤光器133之间的透镜131。该透镜131被配置成使全息图像聚焦在空间滤光器133上。为此，空间滤光器133可以被设置在透镜131的焦平面上，或者可以定位成沿着光的行进方向在透镜131的焦平面的稍微的前面。
因为衍射光栅135被设置在空间调光器120和空间滤光器133之间，所以图12中所示的全息显示设备300的衍射光栅135不仅可以将第0阶全息图像分成多个图像，还可以把更高阶的全息图像和栅格光斑分成多个图像。空间滤光器133可以被配置成仅使得通过划分第0阶全息图像所获得的多个第0阶子全息图像经过。例如，空间滤光器133可以包括与多个第0阶子全息图像的光斑位置一致的多个孔133a。因而，通过划分更高阶全息图像所形成的其余子图像和栅格光斑可以被空间滤光器133阻挡。
衍射光栅135可以被设置在空间调光器120和透镜131之间。透镜131使由衍射光栅135划分的多个子图像聚焦在空间滤光器133上。特别地，透镜131可以被配置成使得通过划分第0阶全息图像所获得的多个第0阶子全息图像聚焦在空间滤光器133的多个孔133a的位置处。
因为光学系统130仅包括一个透镜131，所以光学系统130的焦平面可以与透镜131的焦平面一致。因而，空间滤光器133可以位于光学系统130的焦平面上，或者可以沿着光的行进方向位于光学系统130的焦平面的稍微的前面。然后，观察者可以将其眼睛放置在所述空间滤光器133的多个孔133a中的一个上以观看全息图像。在该情形中，聚焦在空间滤光器133的多个孔133a上或稍微地超过空间滤光器133的多个孔133a的所述多个子全息图像的光斑尺寸可以等于所述多个子全息图像之间的中心间隔。
图13-17是根据一个或多个示例性实施例的对于图12中所示的全息显示设备300的多种修改配置的示意图。
参考图13，衍射光栅135可以不被设置在空间调光器120和透镜131之间，而是设置在透镜131与空间滤光器133之间。即，衍射光栅135可以沿着光路设置在透镜131后方。因而，衍射光栅135可以把由透镜131聚焦的全息图像分成多个子全息图像。尽管未在图13中示出，但除了设置在透镜131与空间滤光器133之间的衍射光栅135之外，还可以进一步在空间调光器120和透镜131之间设置衍射光栅。在该情形中，两个衍射光栅可以被配置成共同地将全息图像分成多个子全息图像。
参考图14，光学系统130可以包括光束移位器136来替代衍射光栅135。例如，光束移位器136可以通过双折射现象将全息图像分成多个子全息图像。上文所提供的针对衍射光栅135的描述可以被应用到光束移位器136。例如，光束移位器136可以被设置在透镜131和空间滤光器133之间，或者可以被设置在空间调光器120与透镜131之间。可替选地，两个光束移位器136可以被分别设置在透镜131和空间滤光器133之间以及在空间调光器120与透镜131之间。
参考图15，光学系统130可以包括衍射光栅135和光束移位器136两者。在该情形中，衍射光栅135和光束移位器136可以被配置成共同地将全息图像分成多个子全息图像。尽管图15示出衍射光栅135被设置在空间调光器120和透镜131之间并且光束转换器136被设置在透镜131和空间滤光器133之间的示例，但是本发明的构思不限于此。例如，衍射光栅135的位置和光束移位器136的位置可以互换。
参考图16，衍射光栅135可以被设置在透镜131的表面上并且与透镜131一体形成。例如，通过在透镜131的表面上形成衍射图案，可以将衍射光栅135和透镜131彼此一体地制造。尽管图16示出衍射光栅135被设置在透镜131的入射表面上的示例，但是本发明的构思不限于此。例如，衍射光栅135可以被设置在透镜131的出射表面上。另外，衍射光栅135可以被设置在透镜131的入射表面和出射表面二者之上。作为衍射光栅135的替代，光束移位器136可以与透镜131一体形成。可替选地，衍射光栅135可以被一体地形成在透镜131的入射表面上，并且光束移位器136可以被一体地形成在透镜131的出射表面上，或者，光束移位器136可以被形成在透镜131的入射表面上，并且衍射光栅135可以被一体地形成在透镜131的出射表面上。
参考图17，光学系统130可以包括透镜阵列137，其包括多个透镜131；和空间滤光器133，其位于透镜阵列137的焦平面上。在该情形中，透镜阵列137可以同时执行将全息图像分成多个子全息图像的图像划分元件的作用以及聚焦全息图像的透镜的作用。空间滤光器133可以包括多个孔133a，其被布置成仅使由透镜阵列137划分的多个子全息图像中的通过划分第0阶全息图像获得的第0阶子全息图像经过。另外，透镜阵列可以被设置以替代衍射光栅135或光束移位器136。例如，包括多个透镜元件的透镜阵列可以被设置在透镜131和空间滤光器133之间。
图18是示出根据示例性实施例的在全息显示设备中复现全息图像的示例性方法的流程图。例如，在s210中，光源可以提供光到空间调光器。在s220中，来自光源的光可以根据形成在空间调光器上的全息图案而被调制，以通过第0阶或更高阶衍射生成多个全息图像。在s230中，由第0阶或更高阶衍射生成的多个全息图像可以经过空间滤光器。在s240中，所述多个全息图像中的至少一个的光路可以被调节，使得所述多个全息图像可以在光学系统的焦平面上彼此分隔开。在步骤s250中，在所述多个全息图像中的所述至少一个的光路被调节后，所述多个全息图像被聚焦在焦平面上的不同位置处。因此，可以提供扩展的观察窗口用于观看所述多个全息图像。
在另一示例性实施例中，全息图像可以被划分成多个子全息图像，使得所述多个子全息图像在焦平面上彼此分隔开。全息图像可以通过衍射现象、通过双折射现象划分全息图像的光束移位器、和包括多个透镜元件的透镜阵列来划分。
这里描述的元件或部件可以使用硬件部件、软件部件或其组合来实施。例如，硬件部件可以包括处理装置。处理装置，诸如图像处理器或控制器，可以使用一个或多个通用或专用计算机来实施，所述通用或专用计算机诸如例如处理器、控制器和alu、dsp、微型计算机、fpga、plu、微型处理器或者能够以限定方式响应或执行指令的任何其它装置。处理装置可以运行操作系统(os)和在os上运行的一个或多个软件应用。处理装置也可以响应于软件的执行而读取存储、操纵、处理和创建数据。为了简化的目的，处理装置的描述使用单数；然而，本领域的普通技术人员应理解的是，处理装置可以包括多个处理元件和多个类型的处理元件。例如，处理装置可以包括多个处理器或一个处理器和控制器。另外，不同的处理配置是可能的，诸如并行处理器。
尽管如上文所述的用于提供扩展观察窗口的全息显示设备已经结合附图所示的示例性实施例被示出和描述，但本领域的普通技术人员应理解，可以从这些实施例出发做出多种修改和等同实施方式。因此，所公开的示例性实施例应被认为是说明性的而不是限制性的。实施方式的范围将在所附权利要求中，并且其等同范围中的所有差异应被理解为被包括在示例性实施方式中。