全息顯示裝置的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>攝影電影;光學(xué)設(shè)備的制造及其處理,應(yīng)用技術(shù)

專利名稱：全息顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生成三維圖像的全息顯示裝置，特別是涉及編碼計(jì)算
機(jī)生成視頻全息圖(CGHs)的顯示器。該顯示裝置生成三維全息重建。
2背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)生成視頻全息圖(CGHs)在一個(gè)或多個(gè)空間光調(diào)制器(SLMs) 中編碼；該SLMs可以包括電或光可控單元。該單元通過編碼相應(yīng)視頻全息圖的全息值調(diào)制光的振幅和減相位?？梢赃@樣計(jì)算CGH:例如，通過相干光追蹤，通過模擬由場景反射的光和參考光波之間的干涉，或者通過傅立葉變換或者菲涅耳變換。理想的SLM將能夠表示任意復(fù)值數(shù)
(complex-valuednumbers),即分別控制入射光波的振幅和相位的復(fù)值數(shù)。然而，典型的SLM僅控制一個(gè)性質(zhì)，要么是振幅，要么是相位，并且還有影響另一個(gè)性質(zhì)的不期望的副作用。存在調(diào)制光振幅或相位的不同的方法，例如電尋址液晶SLM (electrically addressed liquid crystal SLM)、光尋址液晶SLM ( optically addressed liquid crystal SLM )、磁光SLM
(magneto-optical SLM)、微鏡裝置(micro mirror device)或者聲光調(diào)帝lj 器(acousto-optic modulator)。光的調(diào)制可以是空間連續(xù)的或者是由單獨(dú)可尋址單元組成的，是一維或二維地排列的、二進(jìn)制的、多級的或連續(xù)的。
在本發(fā)明中，術(shù)語"編碼"表示將控制值提供給空間光調(diào)制器的區(qū)域以編碼全息圖以便從SLM重建3D場景的方式。就"SLM編碼全息圖"而言，意味著在SLM上編碼全息圖。
與純粹的自動(dòng)立體顯示裝置(auto-stereoscopic displays)不同，對于
視頻全息圖，觀察者看到三維場景的光波前的光學(xué)重建。3D場景在觀察者眼睛和空間光調(diào)制器(SLM)之間延伸的空間中重建，或者可能甚至是
在SLM后面重建。還可以用視頻全息圖編碼SLM使得觀察者看到在SLM 前面重建的三維場景的物體以及其它在SLM上面或者在SLM前面重建的物體。
空間光調(diào)制器的單元最好是被光穿過的透射單元，該單元的光線能夠至少在規(guī)定位置及超過空間相干長度幾毫米的位置產(chǎn)生干涉。這就至少允許一維全息重建具有足夠的分辨率。這種光將被稱為"充分相干光"。
為了確保充分的時(shí)間相干性，由光源發(fā)出的光的光譜必須限制在足夠窄的波長范圍內(nèi)，即必須是近單色光。高亮度LEDs的光譜帶寬足夠窄，能保證全息重建的時(shí)間相干性。SLM的衍射角與波長成比例，這表明只有單色光源能導(dǎo)致物點(diǎn)的清晰重建。加寬的光譜將導(dǎo)致物點(diǎn)變寬和物體重建模糊。激光光源的光譜可以認(rèn)為是單色的。LED的譜線寬度足夠窄有助于良好的重建。
空間相干性與光源的橫向延伸有關(guān)。傳統(tǒng)光源，像LEDs或者冷陰極熒光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamps (CCFLs))，如果它們通過足夠窄的孔徑發(fā)射，也可以滿足這樣的需要。來自激光光源的光可以認(rèn)為是從衍射極限內(nèi)的點(diǎn)光源發(fā)出的，且依賴于模型的純度而導(dǎo)致物體的清晰重建，即每一個(gè)物點(diǎn)都在衍射極限內(nèi)重建為一個(gè)點(diǎn)。
來自空間相干光源的光橫向延伸，并且引起重建物體模糊。模糊的總量由在特定位置重建的物點(diǎn)的變寬尺寸給出。為了使用用于全息重建的空間相干光源，必須在亮度和對有孔光源的橫向延伸進(jìn)行限制之間找到平衡。光源越小，其空間相干性越好。
如果從與線光源的縱向延伸成直角的位置觀察，可將線光源看作是點(diǎn) 光源。因此光波可以在那個(gè)方向相干地傳播，但在所有其它的方向不相干。
一般而言，全息圖通過在水平和垂直方向上的光波的相干重疊全息地重建場景。這樣的視頻全息圖稱為全視差全息圖(foil-parallax hologram)。在水平和垂直方向上可以觀看到具有運(yùn)動(dòng)視差的重建物體，就向?qū)嵨镆?樣。然而，大視角需要在SLM的水平和垂直方向都具有高分辨率。通常，通過限制到僅水平視差(horizontal-parallax-only (HPO))的全
息圖來降低對SLM的要求。全息重建僅發(fā)生在水平方向，而在垂直方向沒有全息重建。這導(dǎo)致重建物體具有水平運(yùn)動(dòng)視差。當(dāng)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)透視圖沒有改變。HPO全息圖在垂直方向需要的SLM的分辨率小于全視差全息圖需要的SLM的分辨率。還可能有僅垂直視差(vertical-parallax-only (VPO))全息圖，但不常見。全息重建僅發(fā)生在垂直方向，并且導(dǎo)致重建物體具有垂直運(yùn)動(dòng)視差。在水平方向沒有運(yùn)動(dòng)視差。用于左眼和右眼的不同透視圖必須分別產(chǎn)生。
3、相關(guān)技術(shù)說明
典型地，生成三維圖像的裝置缺乏緊湊性，S卩，它們需要復(fù)雜且龐大的光學(xué)系統(tǒng)(optical systems),這使得它們不能用于便攜式裝置或者手持式裝置，例如移動(dòng)電話。例如US 4,208,086號專利文件描述的一種生成大規(guī)模的三維圖像的裝置，該裝置的長度在米(metre)數(shù)量級。以參考引用的方式結(jié)合于此的WO 2004/044659 (US2006/0055994)號專利文件，描述了一種厚度超出十厘米的重建視頻三維圖像的裝置。因此，這些公知的裝置對于移動(dòng)電話或者其它便攜式或者手持式小型顯示裝置來說太厚了。
由申請人提交的WO 2004/044659 (US2006/0055994)號專利文件描述
了一種通過充分相干光的衍射重建三維場景的裝置；該裝置包括點(diǎn)光源或線光源、聚集光的透鏡和空間光調(diào)制器。與傳統(tǒng)的全息裝置不同，SLM以透射方式在至少一個(gè)"虛擬觀察者窗口"中重建3D場景(參見附錄I和附錄II對該術(shù)語或相關(guān)技術(shù)的描述)。每一個(gè)虛擬觀察者窗口位于觀察者的眼睛附近并且其大小受到限制，以便虛擬觀察者窗口位于單衍射級中，以便每只眼睛在平截頭形重建空間中看到完整的三維場景的重建，平截頭形重建空間在SLM表面和虛擬觀察者窗口之間延伸。為了能讓全息重建無干擾，虛擬觀察者窗口的大小必須不能超出重建的一個(gè)衍射級的周期性間隔。然而，其必須至少足夠大到使觀察者能夠通過窗口看到整個(gè)3D場景的重建。另一只眼睛可以通過相同的虛擬觀察者窗口觀看，或者分配給其第二個(gè)虛擬觀察者窗口，相應(yīng)地該第二個(gè)虛擬觀察者窗口由第二個(gè)光源產(chǎn) 生。這里，典型地相當(dāng)大的可見區(qū)(visibility region)限制在局部定位的虛擬觀察者窗口中。公知的解決方法以小型方式重建大面積是由傳統(tǒng)的
SLM表面的高分辨率引起的，將其減小到虛擬觀察者窗口的尺寸。這導(dǎo)
致這樣的結(jié)果在在使用合理的、大眾水平計(jì)算設(shè)備的情況下，因幾何學(xué)
上的理由而較小的衍射角和當(dāng)前的一代SLM的分辨率足以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量實(shí)
時(shí)全息重建。
然而，公知的生成三維圖像的方法顯示出體積龐大、笨重的缺點(diǎn)，且
由于SLM的大表面積，因此需要用昂貴的透鏡來聚集。結(jié)果，裝置將具有很厚的厚度及很大的重量。當(dāng)使用這樣的大透鏡時(shí)，由于邊緣處 (margins)(即棱(edges))的偏差，重建質(zhì)量明顯降低，這樣的事實(shí)呈現(xiàn)出其另一個(gè)缺點(diǎn)。使用包括透鏡狀陣列(lenticular array)的光源的改進(jìn) 在US 2006/250671號專利文件中公開，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此，盡管該公開用于大面積視頻全息圖的情況。
US2004/0223049號專利文件公開了生成三維圖像的移動(dòng)電話。然而，其所公開的三維圖像是用自動(dòng)立體顯示(autostereoscopy)生成的。用自動(dòng)立體顯示生成三維圖像的一個(gè)問題是典型地，觀察者感覺圖像在顯示裝置里面，而觀察者的眼睛趨于在顯示裝置的表面聚焦。在許多情況下，一段時(shí)間以后，觀察者眼睛聚焦的位置和觀察者感覺到的三維圖像的位置之間的不一致會(huì)導(dǎo)致觀察者不舒服。在三維圖像由全息術(shù)(holography) 生成的情況下，這個(gè)問題不會(huì)發(fā)生，或者明顯地減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面，是提供一種包含2D光源陣列中的光源、2D透鏡陣列中的透鏡、SLM和分束器的全息顯示裝置，在該裝置中，每個(gè)透鏡有m個(gè)光源，且該光源是m對一地對應(yīng)于透鏡，分束器將離開SLM的光線分成兩束，一束照明用于m只左眼的虛擬觀察者窗口，另一束照明用于 m只右眼的虛擬觀察者窗口。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，每個(gè)透鏡有一個(gè)光源，且該光源是一對一地對應(yīng)于透鏡，即，m=l。
全息顯示裝置可以具有發(fā)光二極管作為其光源。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，2D編碼同時(shí)在水平和垂直方向提供全息重建。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，2D 編碼不產(chǎn)生散光。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，可以具有垂直和水平聚焦以及垂直和水平運(yùn)動(dòng)視差的2D編碼。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是棱鏡陣列。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是垂直棱鏡的1D陣列。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器棱鏡陣列整合到SLM
中或直接在SLM上，作為反射的、衍射的或者全息的棱鏡陣列。全息顯
示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是另一個(gè)透鏡陣列。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是阻隔掩模。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器在SLM的后面。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器在SLM的前面。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，每一個(gè)光源通過其相關(guān) 的透鏡向觀察者平面成像。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，對于特定觀察者來說，光源陣列的間距和透鏡陣列的間距使得所有光源圖像在觀察者平面即，包含兩個(gè)VOWS的平面重合。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，存在附加場透鏡。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，為了提供充分的空間相干性，透鏡陣列的間距與典型的亞全息圖的尺寸相似。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，光源是小光源或者點(diǎn)光源。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，透鏡陣列是折射的、衍射的或者全息的。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，用于左眼和右眼的全息圖逐列交替。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，為了適應(yīng)立體圖減縮，分束器的間距與SLM的間距相同，或者是SLM的間距的整數(shù)倍，
或者分束器的間距略微不同于SLM的間距，或者略微不同于SLM的間距的整數(shù)倍。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是衍射光學(xué)元件。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，實(shí)施光源追蹤。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，棱鏡陣列在VOWL的
位置產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值，在VOWR的位置產(chǎn)生另一
個(gè)強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝
置中，VOW的高度小于或者等于與在SLM處衍射相關(guān)的垂直周期性間隔，且VOW的寬度小于或等于與在分束器處衍射相關(guān)的水平周期性間隔。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，VOWs的空間復(fù)用與2D 編碼相結(jié)合。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是另一個(gè)靜態(tài)的透鏡陣列。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，分束器是另一個(gè) 可變的透鏡陣列。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，為了提供足夠的空間相干性，透鏡陣列的間距與典型的亞全息圖的尺寸相似，g卩，在一到幾個(gè)毫米數(shù)量級。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，用于左眼和右眼的全息圖逐列交替。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，棱鏡陣列的間距足夠小，眼睛不能分辨棱鏡結(jié)構(gòu)，且棱鏡結(jié)構(gòu)不擾亂重建的圖像。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，使用布爾克哈特編碼。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，使用振幅編碼。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，使用相位編碼。
全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，VOWS的分隔由包括封裝液晶域的總成控制，使得電場控制每一個(gè)域的折射率和光偏轉(zhuǎn)角。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，VOWS的分隔由包括棱鏡陣列的結(jié)構(gòu)側(cè)上的液晶層的總成控制，使得電場控制液晶折射率和光偏轉(zhuǎn)角。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，VOWS的分隔由電潤濕棱鏡陣列控制。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，棱鏡陣列具有高填充因數(shù)，即接近100%。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，觀
察者距SLM的距離在20cm到4m之間。全息顯示裝置可以是這樣的裝置該裝置中，屏幕對角線在lcm到50英寸之間。全息顯示裝置可以用背光源和顯微透鏡陣列照明。顯微透鏡陣列可以在顯示裝置的小區(qū)域提供局部相干性，該區(qū)域是顯示裝置的編碼用于重建物體的特定點(diǎn)的重建的信息的唯一部分。顯示裝置可以包含反射偏振器。顯示裝置可以包含棱鏡的光薄膜。
本發(fā)明的另一方面，是提供包含使用上述顯示裝置的步驟的生成全息重建的方法。
就"SLM編碼全息圖"而言，意味著全息圖在SLM上編碼。

圖1是包括單個(gè)OASLM和單個(gè)OLED陣列的全息顯示裝置的圖解。
圖2是包括一對組件的全息顯示裝置的圖解，其中每一個(gè)組件包含單個(gè)OASLM和單個(gè)OLED陣列。
圖3是移動(dòng)三維顯示裝置的圖解。
圖4是根據(jù)公知技術(shù)的全息顯示裝置的圖解。
圖5是其中由單個(gè)OLEDs陣列控制兩個(gè)OASLMs的全息顯示裝置的圖解。
圖6A是全息顯示裝置的圖解。
圖6B是適合實(shí)現(xiàn)緊湊性的全息顯示裝置的圖解。
圖7是裝有布拉格過濾全息光學(xué)元件以減少與較高衍射級相關(guān)的問題的全息顯示裝置的組件的圖解。
圖8是裝有布拉格過濾全息光學(xué)元件以提高由OLED陣列發(fā)出的光準(zhǔn) 直的全息顯示裝置的組件的圖解。
圖9是全息顯示裝置的圖解。
圖10是裝有兩個(gè)用于連續(xù)編碼振幅和相位的EASLMs的全息顯示裝置的圖解。
圖11是包括單個(gè)EASLM的全息顯示裝置的圖解。圖12是按照一種實(shí)施方式的全息顯示裝置的一個(gè)具體實(shí)施例的圖解。
圖13是裝有兩個(gè)用于連續(xù)編碼振幅和相位的EASLMs的全息顯示裝置的圖解。
圖14是使用MathCad (RTM)得到的衍射模擬結(jié)果。
圖15是使用MathCad(RTM)得到的衍射模擬結(jié)果。
圖16是使用MathCad(RTM)得到的衍射模擬結(jié)果。
圖17是按照一種實(shí)施方式，在兩個(gè)EASLMS之間具有透鏡層的排列。
圖18是可以發(fā)生如光從一個(gè)EASLM傳播到第二個(gè)EASLM這樣的衍射過程的圖解。
圖19是兩個(gè)EASLMS的構(gòu)造圖解，光纖面板(fibre optic face plate) 位于兩個(gè)EASLMs之間。
圖20是光束控制元件(beam steering element)的圖解。
圖21是光束控制元件的圖解。
圖22是能夠三維視覺通信的系統(tǒng)的圖解。
圖23是將2D圖像內(nèi)容轉(zhuǎn)換成3D圖像內(nèi)容的方法的圖解。
圖24是按照一種實(shí)施方式的全息顯示組件的一個(gè)實(shí)施例的圖解。
圖25是包含2D光源陣列中的光源、2D透鏡陣列中的透鏡、SLM以及分束器的全息顯示裝置的示意圖。分束器將離開SLM的光線分為兩束，每一束分別照明用于左眼的虛擬觀察者窗口 (VOWL)和用于右眼的虛擬觀察者窗口 (VOWR)。
圖26是包含光源陣列的兩個(gè)光源、透鏡陣列的兩個(gè)透鏡、SLM以及分束器的全息顯示裝置的示意圖。分束器將離開SLM的光線分為兩束，每一束分別照明用于左眼的虛擬觀察者窗口 (VOWL)和用于右眼的虛擬觀察者窗口 (VOWR)。
圖27是棱鏡光束控制元件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在說明不同的實(shí)施方式。
A.紅外OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合
本實(shí)施方式提供了 OASLM和紅外光發(fā)射顯示裝置(infra red light emitting display)的緊湊結(jié)合，紅外光發(fā)射顯示裝置可以在OASLM上寫圖樣，這樣的結(jié)合在適宜的照明條件下能夠生成三維圖像。
OASLM包含感光器(photosensor)層和設(shè)置在傳導(dǎo)電極之間的液晶 (LC)層。當(dāng)電壓施加到電極時(shí)，入射在感光器層上的光圖樣(light pattern) 轉(zhuǎn)移到LC層用來調(diào)整讀光束(read beam)。在公知技術(shù)中，入射光圖樣由寫光束(write beam)提供，寫光束由電尋址空間光調(diào)制器(EASLM) 調(diào)整。EASLM由光源照明并且在OASLM上成像。通常，寫光束是非相干的以避免散斑圖樣(specklepatterns),而讀光束是相干的以能夠生成衍射圖樣。
OASLM相對于EASLM的優(yōu)點(diǎn)是OASLM可以具有連續(xù)的、非像素化的或者非圖樣化的結(jié)構(gòu)，而EASLM具有像素化結(jié)構(gòu)。像素在光的空間分布中產(chǎn)生銳邊緣這樣的銳邊緣對應(yīng)于高的空間頻率。高的空間頻率導(dǎo)致光遠(yuǎn)場內(nèi)的寬角衍射特征。因此EASLM在光遠(yuǎn)場將產(chǎn)生不期望的光衍射假象，必須使用公知技術(shù)，如空間過濾將其移除?？臻g過濾需要光處理程序中的附加步驟，這使得裝置更厚且導(dǎo)致光的浪費(fèi)。基于OASLM裝置的優(yōu)點(diǎn)是它們允許在OASLM中連續(xù)生成圖樣。連續(xù)的圖樣將在光束
傳播方向的橫向任何特定方向上趨向于較少的光學(xué)強(qiáng)度突變。因此較少的突變相對由EASLM裝置生成的像素邊緣來說具有較低的高空間頻率的集中度。對包含OASLM的裝置來說，較低集中度的高空間頻率可以使光學(xué) 處理比包含EASLM的裝置的光學(xué)處理更簡單且更有效。此外，不同于 EASLM， OASLM裝置可以是雙穩(wěn)態(tài)裝置。因此OASLM可以具有比 EASLM裝置更低的功率需求，可以延長便攜式裝置或手持式裝置的電池壽命。
在本實(shí)施方式中，描述了一種不需要成像光學(xué)器件的緊湊裝置。用紅外OLED顯示裝置寫OASLM。 OLED顯示裝置直接附屬于OASLM，從而形成沒有成像光學(xué)器件的緊湊裝置。為了組成OLED陣列，OLEDs可以是平鋪的。OASLM可以由多個(gè)較小的平鋪OASLMs組成。
OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合可以是透明的。透明的OLED 顯示裝置是公知的，例如在下面將要描述的"OLED材料"部分中所描述的那樣。在一個(gè)例子中，從與形成三維圖像的一側(cè)相對的一側(cè)照明OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合，可見光通過OLED和OASLM透射向觀察者。OLED顯示裝置最好發(fā)出寫OASLM紅外敏感感光器層的紅外光(IR)。因?yàn)槿祟惖难劬R光不敏感，觀察者將看不到任何源于IR寫光束的光。
在另一個(gè)例子中，OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合可以使得寫光束和讀光束在OASLM的相對側(cè)入射。在另一個(gè)例子中，OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合可以使得反射層出現(xiàn)在與OLED顯示裝置相對的 OASLM —側(cè)，使得三維圖像從OASLM的與OLED顯示裝置所在的一側(cè) 相同的一側(cè)可見，照明光源也同樣出現(xiàn)在OASLM與OLED顯示裝置相同的一側(cè)這是反射顯示裝置的例子。
實(shí)施方式包括紅外OLEDs陣列，紅外發(fā)射OLEDs允許由OASLM透射的可見光的振幅或相位或者振幅和相位的某些結(jié)合的空間分布控制，使得全息圖在OASLM內(nèi)生成。OASLM可以包含一對涂有兩層導(dǎo)電薄膜的間隔開的透明板，如US4,941,735號專利文件中所描述的，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。可以在一層導(dǎo)電薄膜上涂上連續(xù)的或不連續(xù)的光敏薄膜。雙穩(wěn)態(tài)鐵電液晶(ferroelectric liquid crystal),或者一些其它類型的
液晶可以限制在其它導(dǎo)電薄膜和光敏薄膜之間?？梢詫⒓せ铍妷菏┘咏o導(dǎo) 電薄膜。在OASLM中，在逐像素(pixel-by-pixd)的基礎(chǔ)上，光的寫光束可以編程或者激活光的讀光束的偏振。寫光束可以通過逐個(gè)地激活 OASLM的光敏區(qū)來編程OASLM。相應(yīng)編程的OASLM區(qū)域可以通過被寫光束激活而轉(zhuǎn)動(dòng)讀光束的偏振。
圖1中，公開了實(shí)施方式的一個(gè)例子。10是提供平面區(qū)照明的照明設(shè) 備，為了能夠引起三維圖像的生成，照明具有充分相干性。照明設(shè)備的一個(gè)例子公開在US2006/250671號專利文件中，其用于大面積的視頻全息圖的情況，其中一個(gè)例子復(fù)制在圖4中。如IO表示的這樣的設(shè)備可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈(cold cathode fluorescent lamps)或者白光發(fā)光二極管(white-light light emitting diodes)的形式發(fā)出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列。可選擇地，用于10的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件10-13可以是總計(jì)約幾厘米的厚度，或更少。盡管在使用有色光源時(shí)濾色器(colour filters)不是必須的，但元件11可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件12發(fā)出。元件12是透明基板上的紅外發(fā)射OLEDs陣列。該紅外發(fā)射OLEDs陣列使得每一個(gè)紅外發(fā)射 OLED發(fā)射的光與元件13的方向上來自唯一對應(yīng)的彩色像素的光平行且相干。元件13是OASLM。關(guān)于OASLM，紅外發(fā)射OLEDs陣列提供寫光束；由元件11透射的有色光束是讀光束。處在距包括緊湊全息圖生成器15的裝置一定距離的點(diǎn)14的位置的觀察者，在15的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。設(shè)置元件IO、 11、 12和13，使得其物理接觸，如固定的機(jī)械接觸，每一個(gè)形成結(jié)構(gòu)層使得整體是單個(gè)的整體物體。物理接觸可以是直接的?；蛘呷绻谙噜弻又g有涂有薄膜的薄的中間層，物理接觸也可以是間接的。物理接觸可以限制在確保相互準(zhǔn)確對齊或者配準(zhǔn)的的小范圍內(nèi)、或可以延伸到較大區(qū)域、或者是層的整個(gè)表面。物理接觸可以通過被粘結(jié)在一起的層來實(shí)現(xiàn)，例如通過使用光學(xué)透射粘合劑，以形成緊湊的全息圖生成器15，或者通過任何其它合適的處理(還是參見以下標(biāo)題為制造過程概述的部分)。
元件IO可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919,551號專利文件中己被公開，
15盡管其它是公知的。元件10可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué) 元件。一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反
射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振器在US 5,828,488 號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè)圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振片在US 6，181，395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件10可以包括可以被壓縮的聚焦系統(tǒng)，如透鏡狀陣列或者微透鏡陣列。元件10可以包括其它在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。
圖4是公知技術(shù)的側(cè)視圖，表示垂直聚焦系統(tǒng)1104的三個(gè)聚焦元件 1101、 1102、 1103以柱透鏡陣列的形式水平排列，該圖來自WO 2006/119920號專利文件，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。作為示例的水平線光源LS2的幾乎準(zhǔn)直光束(collimated beam)穿過照明單元的聚焦元件1102并且投向觀察者平面。根據(jù)圖4,多個(gè)線光源LSl5 LS2, LS3，一個(gè)在另一個(gè)上方地排列。每一個(gè)光源發(fā)出在垂直方向充分地空間相干并且在水平方向空間非相干的光。這樣的光通過光調(diào)制器SLM的透射單元 (transmissive cell)。該光只在垂直方向通過用全息圖編碼的光調(diào)制器 SLM的單元衍射。聚焦元件1102在觀察者平面OP內(nèi)以數(shù)個(gè)衍射級成像光源LS2，數(shù)個(gè)衍射級中只有一個(gè)是有用的。作為示例的由光源LS2發(fā)出的光束僅通過聚焦系統(tǒng)1104的聚集元件1102。在圖4中三束光束表示第一衍射級1105、零級1106和負(fù)一級1107。與單個(gè)點(diǎn)光源不同，線光源允許產(chǎn)生明顯較高的發(fā)光強(qiáng)度。為每一個(gè)要重建的3D場景部分使用具有已經(jīng)提高的效率且分配有一個(gè)線光源的若干全息區(qū)，提高有效的發(fā)光強(qiáng)度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，代替了激光和多個(gè)傳統(tǒng)光源，其例如在狹縫光闌(slot diaphragm)后面定位，還可以作為遮光器的一部分，生成充分相關(guān)光。
B.兩對OLED和OASLM結(jié)合的緊湊結(jié)合
在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩對緊湊結(jié)合的OLED陣列和OASLM的結(jié)合可以用來依次以緊湊的方式調(diào)制光的振幅和相位。因此，由振幅和相位組成的復(fù)數(shù)，可以在逐像素的基礎(chǔ)上在透射光中編碼。本實(shí)施方式包含IR-OLED陣列和OASLM的第一個(gè)緊湊結(jié)合對以及 IR-OLED陣列和OASLM的第二個(gè)緊湊結(jié)合對。
第一對調(diào)制透射光的振幅，第二對調(diào)制透射光的相位。作為選擇地，第一對調(diào)制透射光的相位，第二對調(diào)制透射光的振幅。每一個(gè)IR-OLED 陣列和OASLM的緊湊結(jié)合對可以是以上A部分所描述的。IR-OLED陣列和OASLM的兩個(gè)緊湊結(jié)合對由IR過濾器隔開，該IR過濾器對可見光是透明的并且吸收IR。
在第一個(gè)步驟中，第一個(gè)IR-OLED陣列在第一個(gè)OASLM中寫振幅調(diào)制的圖樣，在第二個(gè)步驟中，第二個(gè)IR-OLED陣列在第二個(gè)OASLM 中寫相位調(diào)制的圖樣。IR過濾器阻止IR從IR-OLED陣列和OASLM的第一個(gè)緊湊結(jié)合對泄漏到IR-OLED陣列和OASLM的第二個(gè)緊湊結(jié)合對。IR過濾器還阻止IR從IR-OLED陣列和OASLM的第二個(gè)緊湊結(jié)合對泄漏到IR-OLED陣列和OASLM的第一個(gè)緊湊結(jié)合對。然而，IR過濾器從IR-OLED陣列和OASLM的第一個(gè)緊湊結(jié)合對中透射可見光用來作為IR-OLED陣列和OASLM的第二個(gè)緊湊結(jié)合對中的讀光束。當(dāng)觀察者觀察由容納兩個(gè)緊湊結(jié)合對的裝置發(fā)出的光時(shí)，由于由第二個(gè)OASLM透射的光已經(jīng)對其振幅和對其相位進(jìn)行了調(diào)制，所以可以觀看到三維圖像。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是相位和振幅的調(diào)制有利于復(fù)數(shù)的表示。此外，OLED顯示裝置和OASLMs都可以具有高分辨率。因此，本實(shí)施方式可以用于生成全息圖，使得三維圖像可以被觀察者觀看到。
在圖2中，公開了實(shí)施方式的一個(gè)例子。20是提供平面區(qū)照明的照明設(shè)備，為了能夠引起三維圖像的生成，照明具有充分相干性。一個(gè)例子公開在US 2006/250671號專利文件中，其用于大面積的視頻全息圖的情況。如20表示的這樣的設(shè)備可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈或者白光發(fā)光二極管的形式發(fā)出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列?？蛇x擇地，20的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件20-23、 26-28可以是總計(jì)約幾厘米的厚度，或更少。盡管在使用有色光源時(shí)濾色器不是必須的，但元件21可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件22發(fā)出。元件22是透明基板上的紅外發(fā)射OLEDs陣列。該紅外發(fā)射OLEDs陣列使得每一個(gè)紅外發(fā)射OLED 發(fā)射的光與元件23的方向上來自唯一對應(yīng)的彩色像素的光平行且相干。元件23是OASLM。關(guān)于OASLM，紅外發(fā)射OLEDs陣列提供寫光束；由元件21透射的有色光束是讀光束。元件26是阻擋IR光但透射可見光的紅外過濾器，使得來自元件22的IR光不影響元件27。元件27是 OASLM。元件28是透明基板上的紅外發(fā)射OLEDs陣列。該紅外發(fā)射 OLEDs陣列使得每一個(gè)紅外發(fā)射OLED發(fā)射的光與元件27的方向上來自唯一對應(yīng)的彩色像素的光平行且相干。關(guān)于OASLM27，紅外發(fā)射OLEDs 陣列28提供寫光束；由元件26透射的有色光束是讀光束。對于透射光，元件23調(diào)制振幅，元件27調(diào)制相位?？蛇x擇地，元件27調(diào)制振幅，元件23調(diào)制相位。由于來自透明基板28上的紅外發(fā)射OLEDs陣列的光在元件26的方向發(fā)出，元件26可以吸收IR光，從而阻止了來自元件28的光尋址OASLM 23。這樣的兩個(gè)OLED陣列22和28在本質(zhì)上相反的方向發(fā)光的構(gòu)造，確保了兩個(gè)OASLMs 23和27可以放置的非常接近。 OASLMs 23和27非常接近能夠減少光學(xué)損耗的問題以及由光束發(fā)散引起的像素串?dāng)_問題當(dāng)OASLMs 23和27非常接近時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對有色光光束通過OASLMs不相重疊傳播的更好的近似。圖2中元件27和28的次序可以顛倒，但這并不是通過OASLMs 23和27實(shí)現(xiàn)有色光的光束之間的高透射和低串?dāng)_的目標(biāo)的最佳構(gòu)造。
元件20可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜: 這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919,551號專利文件中已被公開的，盡管其它是公知的。元件20可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué)元件。一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器--例如，這樣的偏振器在US
5,828,488號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè) 圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器---例如，這樣的偏振片在US 6,181,395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件20可以包括可以被壓縮的聚焦系統(tǒng)，如透鏡狀陣列或者微透鏡陣列。元件20 可以包括其它在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。
處在距包括緊湊全息圖生成器25的裝置一定距離的點(diǎn)24的位置的觀察者在25的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。設(shè)置元件20、 21、 22、 23、 26、 27和28使得相鄰元件物理接觸，如固定的機(jī)械接觸，每一個(gè)形成結(jié) 構(gòu)層使得整體是單個(gè)的整體物體。物理接觸可以是直接的?；蛘咴谙噜弻?之間有涂有薄膜的薄的中間層時(shí)，也可以是間接的。物理接觸可以限制在確保相互準(zhǔn)確對齊或者配準(zhǔn)的小范圍內(nèi)、或可以延伸到較大區(qū)域、或者是層的整個(gè)表面。物理接觸可以通過被粘結(jié)在一起的層來實(shí)現(xiàn)，例如通過使用光學(xué)透射粘合劑，以形成緊湊的全息圖生成器25，或者通過任何其它合適的處理(還是參見以下標(biāo)題為制造過程概述的部分)。
在圖2中，在理想的情況下，OLEDs 22和28的陣列發(fā)出充分準(zhǔn)直的光。然而，OLEDs會(huì)發(fā)出未充分準(zhǔn)直的光，如朗伯(g卩，完全散射) 分布中的光。OLED光發(fā)射未充分準(zhǔn)直時(shí)，OLEDs可以處在盡可能接近其相應(yīng)的OASLM的位置。這種情況下，就認(rèn)為入射在OASLM表面的強(qiáng)度將以入射角余弦的平方的形式近似地變化。光以45?；蛘?0。入射將導(dǎo)致各自的入射強(qiáng)度只有垂直入射光的一半或四分之一。因此假如OLEDs有足夠的空間間隔、且相對于可見光像素尺寸來說足夠地小、而且足夠接近 OASLM，幾何效應(yīng)將導(dǎo)致空間跨越OASLM所產(chǎn)生的勢差的明顯變化，甚至在極限情況下OLED光發(fā)射分布是朗伯分布。在OASLM上OLED 光垂直入射的點(diǎn)之間，入射紅外光強(qiáng)度可以不降至零，這會(huì)導(dǎo)致對比度減小，這可以在裝置中實(shí)現(xiàn)。但如果其簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，對比度的減小是可以接受的。
在圖2中，在理想的情況下，OLEDs 22和28的陣列發(fā)出充分準(zhǔn)直的光。然而，OLEDs會(huì)發(fā)出未充分準(zhǔn)直的光，如朗伯(即，完全散射)分布中的光。OLED光發(fā)射未充分準(zhǔn)直時(shí)，OLEDs的幾何光分布可以通過使用布拉格濾過器(Bragg filter)全息光學(xué)元件修正，例如US 5,153,670 號專利文件中描述的那樣，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。布拉格濾過器全息光學(xué)元件與沒有該元件相比，使得光準(zhǔn)直或者較好的準(zhǔn)直。布拉格濾過器全息光學(xué)元件的功能的例子如圖8所示。圖8中，80是OLED 陣列，81是包含布拉格平面，如布拉格平面84的全息光學(xué)元件布拉格濾過器，82是OALSM。 OLED陣列80中的單個(gè)OLED 83以85示意性所示的分布發(fā)射紅外光。由OLED陣列80發(fā)出的光線86，在全息光學(xué)元件 81中被散射，之后以近似垂直入射的方式入射到OASLM 82上。在這種方法中，可以實(shí)現(xiàn)入射到OASLM 82上的紅外光的改進(jìn)的準(zhǔn)直。
另一個(gè)實(shí)施方式在圖5中公開。57是提供平面區(qū)照明的照明設(shè)備，為了能夠引起三維圖像的生成，照明具有充分相干性。例子公開在US 2006/250671號專利文件中，用于大面積的視頻全息圖的情況。這樣的設(shè) 備可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈或者白光發(fā)光二極管的形式發(fā) 出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列50。可選擇地，57的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件57可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919，551號專利文件中已被公開，盡管其它是公知的。元件57可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué) 元件。一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器-…例如，這樣的偏振器在US 5,828,488 號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè)圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振片在US 6,181,395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件57可以包括其它
20在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。
元件57、 50-54可以是總計(jì)約幾厘米的厚度，或更少。盡管在使用有色光源時(shí)濾色器不是必須的，但元件51可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件52發(fā)出。元件52是透明基板上的紅外發(fā)射OLEDs陣列。該紅外發(fā)射OLEDs陣列使得對每一個(gè)彩色像素來說，包含兩類紅外發(fā)射OLED的唯一一對紅外發(fā)射OLED發(fā)射的光與元件53 的方向上來自其對應(yīng)的彩色像素的光平行且相干。第一類紅外發(fā)射OLED 發(fā)射第一波長的紅外光。第二類紅外發(fā)射OLED發(fā)射不同于第一波長的第二波長的紅外光。元件53是OASLM。元件54是另一個(gè)OASLM。關(guān)于 OASLMs，紅外發(fā)射OLEDs陣列提供寫光束；由元件51透射的有色光束是讀光束。OASLM 53被由OLED陣列52發(fā)出兩個(gè)紅外波長的第一波長控制。OASLM 53對由OLED陣列52發(fā)出的兩個(gè)紅外波長的第二波長不敏感，并且透射由OLED陣列52發(fā)出的兩個(gè)紅外波長的第二波長。OASLM 54被由OLED陣列52發(fā)出兩個(gè)紅外波長的第二波長控制。OASLM 54對由OLED陣列52發(fā)出的兩個(gè)紅外波長的第一波長不敏感，或者通過被 OASLM 53將其吸收以及/或者反射這樣的途徑阻止第一紅外波長的光到達(dá)OASLM 54，隨后其在別處吸收，使得對第一紅外波長不敏感的OASLM 54不必滿足必須是緊湊全息生成器55的要求?？蛇x擇地，可以用發(fā)出兩個(gè)不同波長的單一型OLED，兩個(gè)不同波長的相對強(qiáng)度取決于如跨越 OLED的電壓這樣的參數(shù)。兩個(gè)不同波長的發(fā)射可由時(shí)間復(fù)用控制。
對于透射光，元件53調(diào)制振幅，元件54調(diào)制相位?？蛇x擇地，元件 54調(diào)制振幅，元件53調(diào)制相位。這樣的OLED陣列52發(fā)出兩個(gè)不同波長的光的構(gòu)造，確保了兩個(gè)OASLMs 53和54可以放置的非常接近。 OASLMs 53和54非常接近能夠減少光學(xué)損耗的問題以及由光束發(fā)散引起的像素串?dāng)_問題當(dāng)OASLMs 53和54非常接近B寸，可以實(shí)現(xiàn)對有色光光束通過OASLMs不相重疊傳播的更好的近似。
處在距包括緊湊全息圖生成器55的裝置一定距離的點(diǎn)56的位置的觀察者在55的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。設(shè)置元件57、 50、 51、 52、 53和54使得相鄰元件物理接觸，如固定的機(jī)械接觸，每一個(gè)形成結(jié)構(gòu)層使得整體是單個(gè)的整體物體。物理接觸可以是直接的?；蛘咴谙噜弻又g 有涂有薄膜的薄的中間層時(shí)，也可以是間接的。物理接觸可以限制在確保相互準(zhǔn)確對齊或者配準(zhǔn)的的小范圍內(nèi)、或可以延伸到較大區(qū)域、或者是層的整個(gè)表面。物理接觸可以通過被粘結(jié)在一起的層來實(shí)現(xiàn)，例如通過使用
光學(xué)透射粘合劑，以形成緊湊的全息圖生成器55，或者通過任何其它合適
的處理(還是參見以下標(biāo)題為制造過程概述的部分)。
OASLM執(zhí)行振幅調(diào)制時(shí)，在典型的構(gòu)造中，入射的讀光束通過使光束穿過線性偏振片而得以線性偏振。振幅調(diào)制由施加電場中的液晶旋光控制，電場由光敏層產(chǎn)生，影響了光的偏振態(tài)。在這樣的裝置中，離開OASLM 的光通過另一個(gè)線性偏振片，能使強(qiáng)度減小，這是由光通過OASLM時(shí)偏振態(tài)的任何變化引起的。
OASLM執(zhí)行相位調(diào)制時(shí)，在典型的構(gòu)造中，入射的讀光束通過使光束穿過線性偏振片而得以線性偏振，除非它們已經(jīng)處于確定的線性偏振態(tài)。相位調(diào)制由施加電場的應(yīng)用控制，電場由光敏層產(chǎn)生，影響了光的相態(tài)。在用向列相液晶執(zhí)行相位調(diào)制的一個(gè)例子中，光軸方向固定在空間中，但雙折射是施加電壓的函數(shù)。在用鐵電液晶執(zhí)行相位調(diào)制的一個(gè)例子中，雙折射是固定的，但光軸的方向由施加電壓控制。在用任一種方法執(zhí)行相位調(diào)制時(shí)，輸出光束具有相對于輸入光束的相位差，即施加電壓的函數(shù)。可以執(zhí)行相位調(diào)制的液晶單元的例子是弗里德里克茲(Freedericksz)單元排列，該排列中，使用正介電各向異性的向列相液晶的反平行校直域，正如US 5,973，817號專利文件所描述的，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。
C. EASLM和緊湊光源的緊湊結(jié)合
本實(shí)施方式提供EASLM和充分相干的緊湊光源的緊湊結(jié)合，這樣的結(jié)合能夠在適宜的照明條件下生成三維圖像。
在本實(shí)施方式中，描述了不需要成像光學(xué)器件的EASLM和緊湊光源的緊湊結(jié)合。本實(shí)施方式提供光源、聚焦裝置、電尋址空間光調(diào)制器 (EASLM)以及可選擇的分束器元件的緊湊結(jié)合，該結(jié)合能夠在適宜的照明條件下生成三維圖像。圖11中，公開了實(shí)施方式的一個(gè)例子。110是提供平面區(qū)照明的照明設(shè)備，為了能夠引起三維圖像的生成，照明具有充分相干性。照明設(shè)備的
一個(gè)例子公開在US 2006/250671號專利文件中，其用于大面積的視頻全息圖的情況，其中一個(gè)例子復(fù)制在圖4中。如110表示的這樣的設(shè)備可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈或者白光發(fā)光二極管的形式發(fā)出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列?？蛇x擇地，用于110的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管可以是有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件110的厚度可以是幾厘米，或更少。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了提供充分相干的緊湊光源，元件110-113的厚度總計(jì)小于3cm。盡管在使用有色光源時(shí)濾色器不是必須的，但元件lll可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件112發(fā)出。元件112是EASLM。元件 113是可選擇的分束器元件。
處在距包括緊湊全息圖生成器115的裝置一定距離的點(diǎn)114的位置的觀察者在115的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。
元件110可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919,551號專利文件中已被公開，盡管其它是公知的。元件110可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué)元件。一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振器在US 5,828,488號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè) 圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器--例如，這樣的偏振器在US 6,181,395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件110可以包括其它在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。EASLM是這樣的SLM，其中的單元陣列中的每一個(gè)單元可以是電尋址的。每一個(gè)單元以某一方式，例如調(diào)制其透射的光的振幅，或者調(diào)制其透射的光的相位，或者調(diào)制器透射的光的振幅和相位的某一結(jié)合，作用于入射到其上的光。EASLM的例子在US 5,973,817號專利文件中給出，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此，該例子是相位調(diào)制EASLM。液晶 EASLM是EASLM的一個(gè)例子。磁光EASLM是EASLM的另一個(gè)例子。
設(shè)置元件110、 111、 112和113使得其物理接觸，如固定的機(jī)械接觸，每一個(gè)形成結(jié)構(gòu)層使得整體是單個(gè)的整體物體。
物理接觸可以是直接的?；蛘呷绻谙噜弻又g有涂有薄膜的薄的中間層，物理接觸也可以是間接的。物理接觸可以限制在確保相互準(zhǔn)確對齊或者配準(zhǔn)的的小范圍內(nèi)、或可以延伸到較大區(qū)域、或者是層的整個(gè)表面。物理接觸可以通過被粘結(jié)在一起的層來實(shí)現(xiàn)，例如通過使用光學(xué)透射粘合劑，以形成緊湊的全息圖生成器115，或者通過任何其它合適的處理(還是參見以下標(biāo)題為制造過程概述的部分)。
圖4是公知技術(shù)的側(cè)視圖，表示垂直聚焦系統(tǒng)1104的三個(gè)聚焦元件 1101、 1102、 1103以柱透鏡陣列的形式水平排列。作為示例的水平線光源 LS2的幾乎準(zhǔn)直光束穿過照明單元的聚焦元件1102并且投向觀察者平面 OP。根據(jù)圖4，多個(gè)線光源LS1,LS2，LS3，一個(gè)在另一個(gè)上方地排列。每一個(gè)光源發(fā)出在垂直方向充分相干并且在水平方向非相干的光。這樣的光通過光調(diào)制器SLM的透射單元。該光只在垂直方向通過用全息圖編碼的光調(diào)制器SLM的單元衍射。聚焦元件1102在觀察者平面OP內(nèi)以數(shù)個(gè)衍射級成像光源LS2，數(shù)個(gè)衍射級中只有一個(gè)是有用的。作為示例的由光源 LS2發(fā)出的光束僅通過聚焦系統(tǒng)1104的聚集元件1102。在圖4中三束光束表示第一衍射級1105、零級1106和負(fù)一級1107。與單個(gè)點(diǎn)光源不同，線光源允許產(chǎn)生明顯較高的發(fā)光強(qiáng)度。為每一個(gè)要重建的3D場景部分使用具有已經(jīng)提高的效率且分配有一個(gè)線光源的若干全息區(qū)，提高有效的發(fā) 光強(qiáng)度。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，代替了激光和多個(gè)傳統(tǒng)光源，其例如在狹縫光闌后面定位，還可以作為遮光器的一部分，生成充分相關(guān)光。通常，全息顯示裝置用于在虛擬觀察者窗口中重建波前。如果波前出現(xiàn)，那么，其由實(shí)物產(chǎn)生。當(dāng)觀察者的眼睛位于虛擬觀察者窗口中時(shí)，觀察者看到重建物體，該虛擬觀察者窗口可以是多個(gè)可能的虛擬觀察者窗口 (VOWS)中的一個(gè)。如圖6A所示，全息顯示裝置包含以下組件光源、
透鏡、SLM和可選的分束器。
為了便于制造可以顯示全息圖的SLM和緊湊光源的緊湊結(jié)合，單個(gè) 光源和圖6A中的單個(gè)透鏡可以分別用光源陣列和透鏡陣列(lens array或者lenticular array)代替，如圖6B所示。在圖6B中，光源照明SLM，透鏡使光源在觀察者平面內(nèi)成像。用全息圖編碼SLM且SLM調(diào)制正在入射的波前使得需要的波前可以在VOW中重建?？蛇x的分束器元件可以用于生成數(shù)個(gè)VOWs，例如，一個(gè)用于左眼的VOW和一個(gè)用于右眼的VOW。
如果使用光源陣列和透鏡陣列(lens array)或者透鏡狀陣列(lenticular array),陣列中的光源必須定位，使得光束通過透鏡陣列或者透鏡狀陣列的所有透鏡在VOW中重疊。
圖6B的設(shè)備有助于緊湊設(shè)計(jì)，可以用于緊湊全息顯示裝置。這樣的全息顯示裝置有利于移動(dòng)應(yīng)用，如，用于移動(dòng)電話或PDA中。典型地，這樣的全息顯示裝置的屏幕具有一英寸或幾英寸數(shù)量級對角線(screen diagonal)。全息亞顯示裝置的屏幕具有小至一厘米對角線。適當(dāng)?shù)慕M件在下面詳細(xì)說明。
1)光源/光源陣列
在簡單的例子中，可以使用固定的單個(gè)光源。如果觀察者移動(dòng)，為了在觀察者的新位置產(chǎn)生可以觀看到的圖像，可以追蹤該觀察者并調(diào)整顯示裝置。這里，要么沒有VOW的追蹤，要么使用SLM后面的光束控制元件執(zhí)行跟蹤。
可以通過由背光源照明的液晶顯示裝置(LCD)實(shí)現(xiàn)可配置的光源陣列。為了產(chǎn)生點(diǎn)或線光源陣列，僅將合適的像素轉(zhuǎn)換到透射狀態(tài)。這些光源的孔徑必須足夠小以保證充分空間相干性對物體進(jìn)行全息重建。點(diǎn)光源陣列可以與包含2D排列的透鏡的透鏡陣列結(jié)合使用。線光源陣列最好與包含平行排列的柱透鏡的透鏡狀陣列結(jié)合使用。
OLED顯示裝置最好用作光源陣列。作為自發(fā)射裝置，其比LCD更加緊湊且更加高效節(jié)能:LCD中大部分產(chǎn)生的光被例如濾色器這樣的元件吸收或者處于不在完全透射狀態(tài)的像素中。然而，即使考慮到OLED顯示裝置以比LCD顯示裝置更加高效節(jié)能的方式提供光的情況，LCDs也可以具有總體優(yōu)于OLED顯示裝置的成本優(yōu)勢。當(dāng)OLED顯示裝置用作光源陣列時(shí)，僅啟動(dòng)那些對在眼睛的位置生成VOW是必不可少的像素。OLED 顯示裝置可以具有像素的2D排列或者線光源的ID排列。每一個(gè)點(diǎn)光源的發(fā)射區(qū)或者每一個(gè)線光源的寬度必須足夠小，以保證充分空間相干性對物體進(jìn)行全息重建。此外，點(diǎn)光源陣列最好與包含2D排列的透鏡的透鏡陣列結(jié)合使用。線光源陣列最好與包含平行排列的柱透鏡的透鏡狀陣列結(jié) 合使用。
2)聚焦裝置單個(gè)透鏡、透鏡陣列或透鏡狀陣列
聚焦裝置將(單個(gè)或多個(gè))光源成像到觀察者平面。由于SLM與聚焦裝置非常接近，在SLM中編碼的信息的傅立葉變換在觀察者平面內(nèi)進(jìn) 行。聚焦裝置包含一個(gè)或數(shù)個(gè)聚焦元件。SLM的位置和聚焦裝置的位置可以交換。
對于EASLM和充分相干的緊湊光源的緊湊結(jié)合來說，具有薄的聚焦裝置是很必要的具有凸表面的傳統(tǒng)折射透鏡太厚了。取而代之的是，可以使用衍射或者全息透鏡。該衍射或者全息透鏡可以具有單個(gè)透鏡的功能、透鏡陣列的功能或透鏡狀陣列的功能。這樣的材料可以作為表面浮凸 (surface relief)的全息產(chǎn)品，由美國加利福尼亞州托蘭斯市物理光學(xué)公司 (Physical Optics Corporation, Torrance, CA， USA) {共應(yīng)。可選擇地，也可以使用透鏡陣列。透鏡陣列包含2D排列的透鏡，每一個(gè)透鏡指定到光源陣列的一個(gè)光源。在另一個(gè)選擇中，可以使用透鏡狀陣列。透鏡狀陣列包含1D排列的柱透鏡，每一個(gè)透鏡在光源陣列中具有對應(yīng)的光源。正如前面所提到的，如果使用光源陣列和透鏡陣列或者透鏡狀陣列，陣列中的光源必須定位，使得光束通過透鏡陣列或者透鏡狀陣列的所有透鏡在VOW
26中重疊。
通過透鏡陣列或透鏡狀陣列的透鏡的光對于相對于其它透鏡的其中
一個(gè)透鏡來說是不相干的。因此，在SLM上編碼的全息圖由亞全息圖組成，每一個(gè)亞全息圖對應(yīng)一個(gè)透鏡。每一個(gè)透鏡的孔徑必須足夠大，以確保重建物體有足夠的分辨率?？梢允褂每趶脚c全息圖中編碼區(qū)的典型尺寸近似的透鏡，例如已經(jīng)在US2006/0055994號專利文件中描述的。這意味著每個(gè)透鏡應(yīng)當(dāng)具有一毫米或者幾毫米數(shù)量級的口徑。
3) SLM
在SLM上編碼全息圖。通常，全息圖的編碼由復(fù)數(shù)的2D陣列組成。因此，理想的SLM應(yīng)當(dāng)能夠調(diào)制通過SLM的每一個(gè)像素的局部光束的振幅和相位。然而，典型的SLM能夠調(diào)制振幅或者相位并且不是獨(dú)立地調(diào) 制振幅和相位。
振幅調(diào)制SLM可以與迂回相位編碼(with detour-phase encoding),例如布爾克哈特編碼(Burckhardt encoding)結(jié)合使用。其缺點(diǎn)是需要用三個(gè)像素編碼一個(gè)復(fù)數(shù)，且重建的物體亮度低。
相位調(diào)制SLM引起較高亮度的重建。例如，所謂的2相編碼可以用于需要兩個(gè)像素編碼一個(gè)復(fù)數(shù)的情況。
盡管EASLMs具有銳利清晰的邊緣的特性，導(dǎo)致在它們的衍射圖樣中出現(xiàn)不需要的較高衍射級，但使用軟孔徑可以減少或消除該問題。軟孔徑是沒有銳利透射切斷的孔徑。軟孔徑透射功能的一個(gè)例子是具有高斯剖面 (Gaussian profile)的軟孔徑。高斯剖面在衍射系統(tǒng)中是有利的，這是公知的。原因在于存在這樣的數(shù)學(xué)結(jié)果高斯函數(shù)的傅立葉變換本身就是高斯函數(shù)。因此，與透射通過在透射剖面具有中尖銳切斷的孔徑的情況不同，除了橫向尺度參數(shù)以外，光束強(qiáng)度剖面函數(shù)未被衍射改變?？梢蕴峁└咚?透射剖面的片式陣列。當(dāng)這些片式陣列與EASLM孔徑對齊時(shí)，與在光束透射剖面中具有銳利切斷的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)將不存在較高衍射級，或者將明顯減少。高斯過濾器或者軟孔徑過濾器阻止了來自高空間頻率的衍射偽像。高斯過濾器或軟孔徑過濾器將用于左眼和右眼的虛擬觀察者窗口之間的串?dāng)_(crosstalk)減至最少。 4)分束器元件
將VOW限制在在SLM中編碼的信息的傅立葉變換的一個(gè)周期性間隔中。對于目前使用的最大分辨率的SLMs， VOW的尺寸是10mm數(shù)量級。在一些情況下，這對于在沒有追蹤的全息顯示裝置的應(yīng)用來說太小了。解決該問題的一個(gè)方法是VOWs的空間復(fù)用產(chǎn)生超過一個(gè)VOWs。在空間復(fù)用的情況下，VOWs從SLM上的不同位置同時(shí)產(chǎn)生。這可以通過分束器實(shí)現(xiàn)。例如，用V0W1的信息編碼SLM上的一組像素，用VOW2 的信息編碼SLM上的另一組像素。分束器分開了來自這兩組的光使得 V0W1禾卩VOW2在觀察者平面并置。較大的VOW可以通過VOW1和 VOW2的無縫平鋪產(chǎn)生。復(fù)用還可以用來產(chǎn)生用于左眼和右眼的VOWs。在那樣的情況下，不需要無縫并置且在一個(gè)或多個(gè)用于左眼的VOWs和一個(gè)或多個(gè)用于右眼的VOWs之間可以存在間隙。必須注意的是一個(gè)VOW 的較高衍射級在其它VOWs上沒有重疊。
分束器元件的簡單例子是US2004/223049號專利文件中描述的由在中間具有透明區(qū)的黑條(blackstripes)組成的視差柵格(parallaxbarrier), 在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。另一個(gè)例子是US2004/223049號專利文件中描述的透鏡片(lenticular sheet)。分束器元件的另一個(gè)例子是透鏡陣列和棱鏡掩膜(prism masks)。在緊湊全息顯示裝置中，典型地，期望存在分束器元件，原因在于典型的虛擬觀察者窗口的lOmm的尺寸僅對一只眼睛來說足夠大，這對于具有兩只相隔約10cm的眼睛的典型的觀察者來說是不令人滿意的。然而，作為空間復(fù)用的另一選擇，可以使用時(shí)間復(fù) 用(temporal multiplexing)。在缺少空間復(fù)用的情況下，并不是必須使用分束器元件。
空間復(fù)用還可以用于生成彩色全息重建。對于空間彩色復(fù)用來說，有用于每一個(gè)彩色成分紅、綠和藍(lán)的單獨(dú)的像素組。這些組在SLM上空間分隔，且同時(shí)用紅、綠和藍(lán)光照明。用適用于物體的各個(gè)彩色成分的全息圖編碼每一個(gè)組。每一個(gè)組重建其彩色成分的全息物體重建。5) 時(shí)間復(fù)用
在時(shí)間復(fù)用的情況下，從SLM上的同一位置相繼產(chǎn)生VOWs。這可以通過交替光源位置且同時(shí)再編碼SLM來實(shí)現(xiàn)。交替光源的位置必須是使得在觀察者平面上具有VOWs的無縫并置。如果時(shí)間復(fù)用足夠快，即對整個(gè)周期來說大于25 Hz，則眼睛將看到連續(xù)擴(kuò)大的VOW。
復(fù)用還可以用于產(chǎn)生用于左眼和右眼的VOWs。在那樣的情況下，不需要無縫并置并且在一個(gè)或多個(gè)用于左眼的VOWs和一個(gè)或多個(gè)用于右眼的VOWs之間存在間隙。該復(fù)用可以是空間的或者是時(shí)間的。
空間和時(shí)間的復(fù)用還可以相結(jié)合。例如，三個(gè)VOWs是空間復(fù)用以對一只眼睛產(chǎn)生擴(kuò)大的VOW。這個(gè)擴(kuò)大的VOW是時(shí)間復(fù)用以產(chǎn)生用于左眼的擴(kuò)大的VOW以及用于右眼的擴(kuò)大的VOW。
必須注意的是一個(gè)VOW的較高衍射級在其它VOWs中沒有重疊。
用于擴(kuò)大VOWs的復(fù)用最好與SLM的再編碼一起使用，原因在于，當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)，其提供具有連續(xù)變動(dòng)的視差的擴(kuò)大的VOW。為了簡單化，不具有再編碼的復(fù)用將在擴(kuò)大的VOW的不同部分提供重復(fù)的內(nèi)容。
時(shí)間復(fù)用還可以用于生成彩色全息重建。對于時(shí)間復(fù)用，三色成分的全息圖相繼在SLM上編碼。三個(gè)光源隨著在SLM上再編碼而同時(shí)轉(zhuǎn)換。如果整個(gè)周期重復(fù)得足夠快，即大于25Hz，則眼睛看到連續(xù)的彩色重建。
6) 處理不需要的較高衍射級
如果較大的VOW通過平鋪較小的VOWs產(chǎn)生，那么一個(gè)VOW的較高衍射級會(huì)導(dǎo)致在其它VOWs中有干擾串?dāng)_，除非采用了避免該問題的步驟。例如，如果每一個(gè)VOW處在在SLM中編碼的信息的傅立葉變換的零衍射級中，那么一個(gè)VOW的第一衍射級會(huì)與鄰近的VOW重疊。這樣的重疊會(huì)導(dǎo)致干擾的背景，如果不需要的圖像的強(qiáng)度超過所需圖像強(qiáng)度的 5%，那么該背景會(huì)變的特別透明。在那樣的情況下，需要抵償或者抑制較高的衍射級。
如果照明SLM的角保持恒定，可以使用靜態(tài)角過濾器。這就是如果
29全息顯示裝置不具有追蹤或者分束器元件，如光束控制元件處在SLM后面的位置的情況。靜態(tài)角過濾器可以是布拉格濾過器或者法布里-珀羅標(biāo) 準(zhǔn)具(Fabry Perot Etalon)。
在SLM引起包含不需要的衍射級的幾何光強(qiáng)度分布時(shí)，幾何光強(qiáng)度分布可以通過使用布拉格濾過器全息光學(xué)元件修正，如US 5,153,670號專利文件中描述的。布拉格濾過器全息光學(xué)元件引起的光強(qiáng)度分布不同于缺少該元件情況下的光強(qiáng)度分布。布拉格濾過器全息光學(xué)元件的功能的例子如圖7所示。在圖7中，70是SLM， 71是包含布拉格平面，如布拉格平面74的全息光學(xué)元件布拉格濾過器。SLM70中的單個(gè)單元73有助于如 75所示的衍射光強(qiáng)度分布。所示的光線76被SLM 70衍射，在全息光學(xué) 元件71中經(jīng)歷散射，隨后在不同于最初傳播方向的方向透射到70和71 之間。如果70和71之間的光線76傳播的方向?qū)?yīng)不需要的第一級衍射光，很明顯布拉格濾過器71已經(jīng)成功將光改變到不同的方向，這對可能干擾觀察者的不需要的光偽像來說是不利的，該觀察者典型地處在70的近似垂直方向。
用于抑制衍射級的可調(diào)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具在DE 10 2006 030 503 號專利申請中公開。所公開的是兩個(gè)共面的玻璃板之間的LC層用部分反射的涂層涂覆。在涂層上光束的每一個(gè)反射中，光束都部分反射且部分透射。透射的光束干涉，且它們之間的相位差決定干涉是建設(shè)性的還是破壞性的，如同在標(biāo)準(zhǔn)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具中一樣。對于特定的波長，干涉和透射隨著光束的入射角而變化。對于特定的光傳播方向，干涉可以通過改變LC的折射率來調(diào)整。折射率由施加到跨越LC層的電場控制。因此，可以調(diào)整角透射特征，而且如有需要的話，在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具總體限制內(nèi)，對于透射，或者反射來說，可以選擇衍射級。例如，如果法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具配置成零級最佳透射、一級最佳反射，仍然會(huì)有一些不需要的二級或較高級的透射。該裝置有利于在法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具總體限制內(nèi)，根據(jù)需要靜態(tài)或連續(xù)選擇透射或反射的特定衍射級。
空間過濾器可以用于選擇衍射級。這些空間過濾器可以處于SLM和 VOW之間的位置并且包含透明區(qū)和不透明區(qū)。這些空間過濾器可以用于透射所需要的衍射級同時(shí)阻止不需要的衍射級。這些空間過濾器可以是靜
態(tài)的或可配置的。例如，設(shè)置在SLM和VOW之間的EASLM可以作為
可配置空間過濾器。
7)眼睛追蹤
在EASLM和具有眼睛追蹤的充分相干緊湊光源的緊湊結(jié)合中，眼睛位置檢測器可以檢測觀察者眼睛的位置。然后一個(gè)或多個(gè)VOWs在眼睛位置被自動(dòng)定位使得觀察者能夠通過VOWs看到重建的物體。
然而，追蹤并不總是實(shí)用的，尤其對于便攜式裝置或者在手持式裝置中，原因在于用于該性能的所需附加設(shè)備以及電源要求的限制。沒有追蹤, 觀察者必須用手調(diào)整顯示裝置的位置。這是容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵趦?yōu)選實(shí)施例中，緊湊顯示裝置是可以包含在PDA或者移動(dòng)電話中的手持式裝置。由于PDA或移動(dòng)電話的使用者通常趨向于垂直注視顯示裝置，因此不需要額外努力使VOWs與眼睛對齊。公知的是為了達(dá)到最佳的觀看條件，手持裝置的使用者將趨于自動(dòng)朝向手上的裝置，正如WOOl/96941號專利文件所描述的例子一樣，其在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。因此，在這樣的裝置中，對使用者眼睛進(jìn)行追蹤以及包含例如掃描鏡的復(fù)雜且非緊湊的追蹤光學(xué)元件是沒有必要的。但是如果對設(shè)備和電源的額外要求不構(gòu) 成額外的負(fù)擔(dān)，眼睛追蹤可以用于這樣的裝置。
如果沒有追蹤，EASLM和充分相干緊湊光源的緊湊結(jié)合需要VOWs 足夠大以便簡化顯示裝置的調(diào)整。VOW的尺寸最好是眼睛瞳孔尺寸的數(shù) 倍。這可以通過使用具有小間距的SLM的單個(gè)大的VOW，或者通過使用具有大間距的SLM的多個(gè)小VOWs以平鋪的形式來實(shí)現(xiàn)。
VOWs的位置由光源陣列中的光源的位置確定。為了讓VOWs適于眼睛的位置，眼睛位置檢測器檢測眼睛的位置并且設(shè)置光源的位置。這一類的追蹤在US2006/055994和US2006/250671號專利文件中有描述。
可選擇地，當(dāng)光源在固定位置時(shí)，VOWs可以移動(dòng)。光源追蹤需要對來自光源的光的入射角的變化相對不敏感的SLM。如果光源為了移動(dòng) VOW的位置而移動(dòng)，那么就難以實(shí)現(xiàn)緊湊光源和SLM的緊湊結(jié)合，原因在于這樣的構(gòu)造意味著在緊湊結(jié)合中存在可能的不正常光傳播條件。在這樣的情況下，在顯示裝置中具有固定的光學(xué)路徑并且在顯示裝置中光束控制元件作為最后的光學(xué)組件是有利的。
圖20和21表示的是可以提供這些性質(zhì)的光束控制元件。該光束控制元件在顯示裝置的輸出處改變光束的角度。其可以具有用于x-和y-追蹤的可控棱鏡的光學(xué)性質(zhì)以及/或者用于z-追蹤的可控透鏡的光學(xué)性質(zhì)。例如，圖20和21的光束控制元件中的任一個(gè)，或兩個(gè)都可以在單個(gè)裝置中使用。光束控制元件是可控的衍射元件或可控的折射元件。可控的折射元件可以包含填充液晶的腔陣列，其嵌入具有各向同性線性電偶極極化易感傳感器的矩陣中。該腔具有棱鏡或者透鏡的形狀。電場的應(yīng)用控制了液晶的有效折射率，因此促進(jìn)了光束控制。電場可以因元件而異以產(chǎn)生因元件而異的光束控制性質(zhì)。電場施加在圖20所示的透明電極之間。液晶具有單軸折射性質(zhì)，并且可以選擇，使得垂直于其光軸的折射率等于基質(zhì)材料(host material)或者"矩陣"的折射率。其它構(gòu)造對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的?；|(zhì)材料具有各向同性的折射率。如果通過施加適當(dāng)?shù)碾妶觯?使液晶的光軸與圖20所示的z方向?qū)R，那么沿著z方向傳播的平面波在其通過光束控制元件時(shí)將不經(jīng)歷折射，原因在于其沒有經(jīng)歷任何垂直于其坡印亭矢量(Poynting vector)的折射率變化。然而，如果跨越電極施加電場，使得液晶的光軸垂直于z方向，沿z方向傳播的平行于光軸偏振的平面波在其通過光束控制元件時(shí)將經(jīng)歷最大折射，原因在于其經(jīng)歷系統(tǒng) 可以提供的沿著其偏振方向的最大可能的折射率變化。通過選擇適當(dāng)?shù)目?越基質(zhì)材料的電場，折射度可以在這兩種極端情況之間調(diào)整。
如果腔是棱鏡形而不是透鏡形的，則光束控制可以完成。光束控制的適合的棱鏡形狀表示在圖21中。如果通過施加適當(dāng)?shù)碾妶?，使液晶的?軸與圖21所示的z方向?qū)R，那么沿著z方向傳播的平面波在其通過光束控制元件時(shí)將不經(jīng)歷折射，原因在于其在偏振方向上沒有經(jīng)歷任何折射率變化。然而，如果跨越電極施加電場，使得液晶的光軸垂直于z方向，沿的z方向傳播的平行于光軸偏振的平面波在其通過光束控制元件時(shí)將經(jīng) 歷最大折射，原因在于其經(jīng)歷系統(tǒng)可以提供的垂直于其的坡印亭矢量的最
32大可能的折射率變化。通過選擇適當(dāng)?shù)目缭交|(zhì)材料的電場，折射度可以在這兩種極端情況之間調(diào)整。
8)例子
現(xiàn)在將描述EASLM和充分相干的緊湊光源的緊湊結(jié)合的例子，在適宜的照明條件下，該結(jié)合能夠生成三維圖像，該結(jié)合可以包含在PDA或移動(dòng)電話中。EASLM和充分相干的緊湊光源的緊湊結(jié)合包含作為光源陣列的OLED顯示裝置、EASLM以及透鏡陣列，如圖12所示。
根據(jù)VOW (圖12中以O(shè)W表示)所需要的位置，激活OLED顯示裝置中特定的像素。這些像素照明EASLM并且通過透鏡陣列成像到觀察者平面中。在OLED顯示裝置中透鏡陣列的每一個(gè)透鏡至少激活一個(gè)像素。由于圖中特定的尺寸，如果像素間距(pixel pitch)是20|im ，可以用400 的橫向增量追蹤VOW。該追蹤是準(zhǔn)連續(xù)的。
OLED像素是具有僅部分空間相干的光源。部分相干導(dǎo)致模糊的物點(diǎn) 重建。由于圖中特定的尺寸，如果像素寬度是20 pm，用100pm的橫向模糊重建距顯示裝置lOOmm距離的物點(diǎn)。這對于人類視覺系統(tǒng)的分辨率來說是足夠的。
通過透鏡陣列的不同透鏡的光之間沒有明顯的相干性。相干要求限于透鏡陣列的每一個(gè)單獨(dú)透鏡中。因此，重建物點(diǎn)的分辨率由透鏡陣列的間距決定。因此典型的透鏡間距將是1 mm數(shù)量級以確保對人類視覺系統(tǒng)來說足夠的分辨率。如果OLED間距是20,,這意味著透鏡間距與OLED 間距的比率是50:1。如果每個(gè)透鏡僅照明單個(gè)OLED,這意味著每502= 2,500個(gè)OLEDs中僅一個(gè)OLED將被照明。因此，該顯示裝置將是低功耗顯示裝置。在這里，全息顯示裝置和傳統(tǒng)的OLED顯示裝置的不同之處在于前者在觀察者的眼睛的位置聚光，而后者將光發(fā)射到2tt球面度。鑒于傳統(tǒng)OLED顯示裝置達(dá)到大約l，000 cd/n^的光亮度，發(fā)明人計(jì)算了本實(shí)施方式中的光亮度，在實(shí)際應(yīng)用中，照明的OLED應(yīng)該達(dá)到l，000cd/m2 的數(shù)倍的光亮度。
VOW限制在在SLM中編碼的信息的傅立葉光譜的一個(gè) 射級中。如果SLM的像素間距為10 |im且需要兩個(gè)像素編碼一個(gè)復(fù)數(shù)，即如果使用相位調(diào)制EASLM上的2-相編碼，則波長為500 nm處的VOW具有10 mm 的寬度。VOW可以通過空間或者時(shí)間復(fù)用由VOWs以平鋪的方式擴(kuò)大。在空間復(fù)用的情況下，需要附加光學(xué)元件，如分束器。
彩色全息重建可以通過時(shí)間復(fù)用來實(shí)現(xiàn)。彩色OLED顯示裝置的紅、綠和藍(lán)像素用具有適合于紅、綠和藍(lán)光波長的全息圖的SLM的同步再編碼相繼激活。
該顯示裝置可以包含檢測觀察者眼睛位置的眼睛位置檢測器。眼睛位置檢測器與控制OLED顯示裝置像素的激活的控制單元相連。
在SLM上編碼的全息圖的計(jì)算最好在外部編碼單元中進(jìn)行，原因在于其需要高的計(jì)算能力。然后顯示裝置數(shù)據(jù)發(fā)送到PDA或者移動(dòng)電話使之能夠顯示全息生成的三維圖像。
作為實(shí)際的例子，可以使用由日本三洋(RTM)愛普生(RTM)映像元器件株式會(huì)社生產(chǎn)的2.6英寸屏幕對角線的XGALCDEASLM。亞像素間距是17 pm。如果將其用于構(gòu)建RGB全息顯示裝置，隨著全息圖編碼的振幅調(diào)制，在距EASLM 0.4 m距離的位置，計(jì)算出觀察窗口橫跨1.3 mm。對于單色的情況，計(jì)算出的觀察窗口橫跨4mm。如果使用相同的構(gòu) 造，但用具有兩相編碼的相位調(diào)制實(shí)施，則計(jì)算出的觀察窗口橫跨6mm。如果使用相同的構(gòu)造，但用具有開諾式(Kino)形成編碼的相位調(diào)制實(shí)施，則計(jì)算出的觀察窗口橫跨12 mm。
存在其它高分辨率EASLM的例子。日本精工(RTM)愛普生(RTM)株式會(huì)社己經(jīng)發(fā)售單色EASLMs，例如像素間距為15 pm、 1.3英寸屏幕對角線面板的D4丄3D13U。該公司已經(jīng)發(fā)售相同面板系列的、屏幕對角線長度為0.9英寸、像素間距為10 !xm的D5: L3D09U-61G00面板。2006年 12月12日，該公司宣布發(fā)售相同面板系列的、屏幕對角線長度為0.7英寸、像素間距為8.5 )im的D5: L3D07U- 81G00面板。如果將1.3英寸的 D4:L3D13U用于構(gòu)建單色全息顯示裝置，以布爾克哈特振幅調(diào)制全息圖的編碼，在距EASLM0.4m距離的位置，計(jì)算出的VOW橫跨5.6 mm。D. —對EASLMs的緊湊結(jié)合
在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)EASLMs的結(jié)合可以用于以緊湊的方式依次調(diào)制光的振幅和相位。因此，由振幅和相位組成的復(fù)數(shù)，可以在逐像素的基礎(chǔ)上，在透射光中編碼。
本實(shí)施方式包含兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合。第一個(gè)EASLM調(diào)制透射光的振幅，第二個(gè)EASLM調(diào)制透射光的相位。作為選擇地，第一個(gè)EASLM 調(diào)制透射光的相位，第二個(gè)EASLM調(diào)制透射光的振幅。每一個(gè)EASLM 可以是以上C部分所描述的。除了這里所使用的兩個(gè)EASLMs以外，整個(gè)總成可以是C部分所描述的。兩個(gè)EASLMs的調(diào)制特征的其它相當(dāng)于促進(jìn)了振幅和相位的獨(dú)立調(diào)制的結(jié)合也是可能的。
在第一個(gè)步驟中，第一個(gè)EASLM用振幅調(diào)制的圖樣編碼。在第二個(gè) 步驟中，第二個(gè)EASLM用相位調(diào)制的圖樣編碼。因?yàn)橛傻诙€(gè)OASLM 透射的光的振幅和相位已經(jīng)被進(jìn)行了調(diào)制，所以當(dāng)觀察者觀看由容納兩個(gè) EASLMs的裝置所發(fā)出的光時(shí)，可以觀看到三維圖像。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是相位和振幅的調(diào)制促進(jìn)了復(fù)數(shù)的表示法。此外，EASLMs可以具有高分辨率。因此，本實(shí)施方式可以用于生成全息圖使得觀察者可以觀看到三維圖像。
在圖13中，公開了實(shí)施方式的一個(gè)例子。130是提供平面區(qū)照明的照明設(shè)備，為了能夠引起三維圖像的生成，平面區(qū)的照明具有充分相干性。照明設(shè)備的一個(gè)例子公開在US 2006/250671號專利文件中，用于大面積的視頻全息圖的情況，其中一個(gè)例子復(fù)制在圖4中。如130表示的這樣的設(shè)備可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈或者白光發(fā)光二極管的形式發(fā)出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列?？蛇x擇地，130的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管可以是有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，
35并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件130可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919,551號專利文件中已被公開，盡管其它是公知的。元件130可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué)元件。
一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振器在US 5,828,488 號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè)圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振片在US 6,181,395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件130可以包括可以被壓縮的聚焦系統(tǒng)，如透鏡狀陣列或者微透鏡陣列。元件130可以包括其它在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。
元件130的厚度可以是幾厘米，或更少。在優(yōu)選實(shí)施例中，為了提供充分相干的緊湊光源，元件130-134的厚度總計(jì)小于3 cm。盡管在使用有色光源時(shí)濾光器不是必須的，但元件131可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件132發(fā)出。元件132是EASLM。元件 133是EASLM。元件134是可選擇的分束器元件。對于透射光，元件132 調(diào)制振幅，元件133調(diào)制相位?？蛇x擇地，元件133調(diào)制振幅，元件132 調(diào)制相位。EASLMs 132和133非常接近能夠減少光學(xué)損耗的問題以及由光束發(fā)散引起的像素串?dāng)_問題當(dāng)EASLMs 132和133非常接近時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對有色光光束通過OASLMs不相重疊傳播的更好的近似。處在距包括緊湊全息圖生成器136的裝置一定距離的點(diǎn)135的位置的觀察者在136 的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。
設(shè)置元件130、 131、 132和134使得相鄰元件物理接觸，如固定的機(jī) 械接觸，每一個(gè)形成結(jié)構(gòu)層使得整體是單個(gè)的整體物體。物理接觸可以是直接的?；蛘咴谙噜弻又g有涂有薄膜的薄的中間層時(shí)，也可以是間接的。物理接觸可以限制在確保相互準(zhǔn)確對齊或者配準(zhǔn)的小范圍內(nèi)、或可以延伸到較大區(qū)域、或者是層的整個(gè)表面。物理接觸可以通過被粘結(jié)在一起的層來實(shí)現(xiàn)，例如通過使用光學(xué)透射粘合劑，以形成緊湊的全息圖生成器136, 或者通過任何其它合適的處理(還是參見以下標(biāo)題為制造過程概述的部分)。
EASLM執(zhí)行振幅調(diào)制時(shí)，在典型的構(gòu)造中，入射的讀光束通過使光束穿過線性偏振片而得以線性偏振。振幅調(diào)制由施加電場中的液晶旋光控制，影響了光的偏振態(tài)。在這樣的裝置中，離開EASLM的光通過另一個(gè) 線性偏振片，能使強(qiáng)度減小，這是由光通過EASLM時(shí)偏振態(tài)的任何變化引起的。
EASLM執(zhí)行相位調(diào)制時(shí)，在典型的構(gòu)造中，入射的讀光束通過使光束穿過線性偏振片而得以線性偏振，除非它們已經(jīng)處于確定的線性偏振態(tài)。相位調(diào)制由施加電場的應(yīng)用控制，影響了光的相態(tài)。在用向列相液晶執(zhí)行相位調(diào)制的一個(gè)例子中，光軸方向固定在空間中，但雙折射是施加電壓的函數(shù)。在用鐵電液晶執(zhí)行相位調(diào)制的一個(gè)例子中，雙折射是固定的，但光軸的方向由施加電壓控制。在用任一種方法執(zhí)行相位調(diào)制時(shí)，輸出光束具有相對于輸入光束的相位差，即施加電壓的函數(shù)?？梢詧?zhí)行相位調(diào)制的液晶單元的例子是弗里德里克茲單元排列，該排列中，使用正介電各向異性的向列相液晶的反平行校直域，正如US 5,973,817號專利文件所描述的。
在緊湊全息顯示裝置中使用的緊湊總成包含兩個(gè)以較小或者極小分隔相連接的EASLMs。在優(yōu)選實(shí)施例中，SLMs具有相同的像素?cái)?shù)目。由于兩個(gè)EASLMs距觀察者的距離是不相等的，所以兩個(gè)EASLMs的像素間距需要略微的不同(但大致是相同的)以抵償相對于觀察者不同距離的影響。通過第一個(gè)SLM的像素的光通過第二個(gè)SLM的相應(yīng)像素。因此，光由這兩個(gè)SLMs調(diào)制，并且可以實(shí)現(xiàn)振幅和相位的獨(dú)立復(fù)合調(diào)制。例如，第一個(gè)SLM是振幅調(diào)制，第二個(gè)SLM是相位調(diào)制。同樣，兩個(gè)SLMs共同促進(jìn)振幅和相位的獨(dú)立調(diào)制的調(diào)制特征的任何其它結(jié)合也是可能的。
必須注意的是己經(jīng)通過第一個(gè)SLM的像素的光僅通過第二個(gè)SLM的相應(yīng)像素。如果來自第一個(gè)SLM的光通過第二個(gè)SLM的不相應(yīng)的鄰近的像素，將發(fā)生串?dāng)_。該串?dāng)_會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。這里有四種對于減少像素間串?dāng)_問題的可行的方法。這些方法也可以應(yīng)用于B部分的實(shí)施方式，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
(1)第一個(gè)且最簡單的方法是用直接將兩個(gè)SLMs與對齊的像素連接或者粘合到一起。在引起光的發(fā)散傳播的第一個(gè)SLM的像素處將發(fā)生衍射。SLMs之間的間隔必須足夠小，例如保持在第二個(gè)SLM的相鄰像素之間的串?dāng)_可接受的水平。例如，對于10pm的像素間距，兩個(gè)EASLMs的間隔必須小于或等于10-100 pm數(shù)量級。這對于傳統(tǒng)制造的SLMs是很難達(dá)到的，原因在于玻璃罩(coverglass)的厚度是lmm數(shù)量級。相反，最好在一個(gè)步驟中制作夾層結(jié)構(gòu)，在SLMs之間僅有小的分隔層。制造過程概述的部分所列出的制作方法可以用于制造包括被較小或極小距離分隔的兩個(gè)EASLMs的裝置。
圖14表示在二維模型中，對于距10,寬的狹縫(slit)的不同距離計(jì)算的衍射的菲涅耳衍射曲線(Fresnel diffraction profiles),其中尺寸垂直于狹縫(z)，并且橫向至狹縫(x)。均勻照明的狹縫處在x軸上-5pm和 +5 pm之間的位置，z等于零微米。采用折射率為1.5的光透射介質(zhì)，該介質(zhì)可以代表會(huì)用于緊湊裝置中的介質(zhì)。采用真空波長為633 nm的紅光。綠光和藍(lán)光的波長小于紅光的波長，因此，紅光的計(jì)算代表了紅、綠和藍(lán) 三色的最強(qiáng)衍射效應(yīng)。使用由位于美國馬薩諸塞州尼德罕市的參數(shù)技術(shù)公司銷售的MathCad (RTM)軟件執(zhí)行計(jì)算。圖15表示保持集中在狹縫中心上的10 pm寬度以內(nèi)的強(qiáng)度的分?jǐn)?shù)，作為距狹縫距離的函數(shù)。在距狹縫 20,距離的位置，圖15表示大于90%的強(qiáng)度依然在10Mm狹縫寬度內(nèi)。因此，大約小于5%的像素強(qiáng)度將入射在該二維模型中的每一個(gè)鄰近像素上。該計(jì)算是在像素之間零邊界寬度的限制情況下進(jìn)行的。像素間實(shí)際的邊界寬度大于零，因此對于實(shí)際系統(tǒng)來說，串?dāng)_問題將比這里計(jì)算出來的要低。圖14中，菲涅耳衍射曲線接近狹縫，比如在距狹縫50pm的位置，還有點(diǎn)近似于狹縫處的頂帽(top-hat)型強(qiáng)度函數(shù)。因此，沒有寬的衍射特征接近狹縫。寬的衍射特征是top-hat函數(shù)的遠(yuǎn)場衍射函數(shù)的特征，是正弦平方函數(shù)，正如所屬技術(shù)領(lǐng)域公知的那樣。在圖14中對于距狹縫300 pm距離的位置的情況，觀察到寬衍射特征。這表示衍射效應(yīng)可以由放置的足夠接近的兩個(gè)EASLMs控制，兩個(gè)EASLMs放置的足夠近的一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是衍射曲線的函數(shù)形式從遠(yuǎn)場的特征改變成在包含靠近垂直于狹縫的軸的光方面更加有效的函數(shù)形式。該優(yōu)點(diǎn)是與全息術(shù)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員的想法相反的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員趨于認(rèn)為當(dāng)光通過小孔徑的SLM 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的、明顯的以及不可避免的衍射效應(yīng)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員沒有動(dòng)機(jī)將兩個(gè)SLMs放置的很近，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這樣會(huì)導(dǎo)致由衍射效應(yīng)產(chǎn)生的不可避免的且嚴(yán)重的關(guān)于像素串?dāng)_的問題。
圖16表示強(qiáng)度分布作為距狹縫距離的函數(shù)的等值線圖(contourpk)t)。等值線在對數(shù)尺度(logarithmic scale)而不是線性尺度上繪制。使用十個(gè) 總共包含100強(qiáng)度因子范圍的等值線。對于距狹縫大約50 pm內(nèi)的距離來說，10 ^m狹縫寬度的強(qiáng)度分布的大范圍限制是清晰的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以減小第一個(gè)EASLM中像素的孔徑面積以減少在第二個(gè)EASLM中的串?dāng)_問題。
(2)第二種方法是在兩個(gè)SLMs之間使用透鏡陣列，如圖17所示。透鏡的數(shù)量最好與每一個(gè)SLM中像素的數(shù)量相同。兩個(gè)SLMs的間距以及透鏡陣列的間距可以略微不同以抵償距觀察者距離的不同。每一個(gè)透鏡在第二個(gè)SLM的各個(gè)像素上成像第一個(gè)SLM的像素，如圖17中的光束171 所示。還有可以引起串?dāng)_的光穿過相鄰?fù)哥R照明，如光束172所示。如果其強(qiáng)度足夠低或者其方向非常不同，這可能會(huì)被忽略，使得其不能到達(dá)
vow。
為了以足夠的分辨率使像素成像，每一個(gè)透鏡的數(shù)值孔徑(NA)必須足夠大。例如，對于5 pm的分辨率需要NA 0.2。這意味著如果假定是幾何光學(xué)，如果SLM和透鏡陣列的間距是10 pm，那么透鏡陣列和每一個(gè)SLM之間的最大距離約為25 pm。
還可以對透鏡陣列的一個(gè)透鏡指定每一個(gè)SLM的多個(gè)像素。例如，第一個(gè)SLM的四個(gè)像素的組可以通過透鏡陣列的透鏡向第二個(gè)SLM的四個(gè)像素的組成像。這樣的透鏡陣列的透鏡的數(shù)目將是每一個(gè)SLM中的像
素?cái)?shù)目的四分之一。這允許透鏡的較高NA和成像的像素的較高分辨率。
(3) 第三個(gè)方法是盡可能多的減小第一個(gè)EASLM的像素的孔徑。從衍射的觀點(diǎn)出發(fā)，被第一個(gè)SLM的像素照明的第二個(gè)SLM的區(qū)域由第一個(gè)EASLM的像素的孔徑寬度D和衍射角決定，如圖18所示。圖18中， d是兩個(gè)EASLMs之間的距離，w是出現(xiàn)在零級最大值的任意一側(cè)的兩個(gè) 一級衍射最小值之間的距離。這是假設(shè)的弗勞恩霍夫衍射(Fmunhofer diffraction),或者弗勞恩霍夫衍射的合理的近似。
一方面，減少孔徑寬度D減少了照明區(qū)的中心部分的直接投影面積，如圖18中的虛線所示。另一方面，由于在弗勞恩霍夫衍射中衍射角與1/D 成比例，所以衍射角增加。這增加了第二個(gè)EASLM上照明區(qū)的寬度w。照明區(qū)的最寬度為w。在弗勞恩霍夫衍射方式中，D可以是確定的，使得其在特定間隔d處使用等式w = D + 2dA7D將w降至最小，該等式來源于弗勞恩霍夫衍射中兩個(gè)一級最小值之間的距離。
例如，如果X為0.5 pm， d為100pm且w為20|am，得到D的最小值為10pm。在這個(gè)例子中，盡管弗勞恩霍夫方式在這個(gè)例子中不是很好的近似值，但這個(gè)例子說明了使用EASLMs之間的距離以弗勞恩霍夫衍射方式控制衍射過程的原理。
(4) 第四種方法是使用光纖面板在第二個(gè)SLM的像素上成像第一個(gè) SLM的像素。光纖面板由2D排列的平行光纖組成。因此典型的光纖長度和面板的厚度是幾毫米，且跨越平板表面的對角線長度達(dá)到幾英寸。例如，光纖的間距可以是6 pm。具有這樣光纖間距的光纖面板由美國新澤西州巴靈敦的愛特蒙特光學(xué)有限公司(Edmund Optics Inc.)銷售。每一個(gè)光纖將光從其一個(gè)末端導(dǎo)向另一個(gè)末端。因此，面板一側(cè)的圖像轉(zhuǎn)移到另一側(cè)，具有高分辨率且沒有聚焦元件。
這樣的面板可以用作兩個(gè)SLMs之間的分隔層，如圖19所示。多模光纖優(yōu)于單模光纖，因?yàn)槎嗄９饫w具有比單模光纖更好的耦合效率 (couplingefficiency)。當(dāng)光纖的芯的折射率與液晶的折射率匹配時(shí)，耦合效率最佳，因?yàn)槠鋵⒎颇娣瓷鋼p耗降到最低。
在兩個(gè)SLMs之間沒有附加的玻璃罩。偏振器、電極和校直層直接附屬于光纖面板。這些層的每一層都非常薄，即，l-10^m數(shù)量級。因此，液晶(LC)層LC1和LC2緊鄰面板。已經(jīng)通過第一個(gè)SLM的像素的光被導(dǎo)向第二個(gè)SLM的各個(gè)像素。這將鄰近像素的串?dāng)_降至最低。面板將第一個(gè)SLM的輸出處的光分布轉(zhuǎn)移到第二個(gè)SLM的輸入處。平均而言，每一個(gè)像素至少應(yīng)當(dāng)有一個(gè)光纖。如果每一個(gè)像素少于一個(gè)光纖，平均而言，SLM分辨率將損失，這將導(dǎo)致顯示在全息顯示裝置中的圖像質(zhì)量的下降。
圖19中，第一個(gè)SLM調(diào)制振幅，第二個(gè)SLM調(diào)制相位。對于兩個(gè) EASLMs來說，其它促進(jìn)全復(fù)合調(diào)制的調(diào)制特征的結(jié)合也是可行的。
用于在全息圖中編碼振幅和相位信息的緊湊排列的例子在圖10中公開。104是提供平面區(qū)照明的照明設(shè)備，為了能夠引起三維圖像的生成，照明具有充分相干性。照明設(shè)備的一個(gè)例子公開在US 2006/250671號專利文件中，其用于大面積的視頻全息圖的情況。如104表示的這樣的儀器可以以白光光源陣列，例如冷陰極熒光燈或者白光發(fā)光二極管的形式發(fā)出入射到可以緊湊的聚焦系統(tǒng)的光，可以緊湊的聚焦系統(tǒng)例如是透鏡狀陣列或者微透鏡陣列IOO?？蛇x擇地，用于104的光源可以包含發(fā)出充分相干光的紅、綠和藍(lán)激光，或者紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管。然而，具有充分空間相干性的非激光光源(如發(fā)光二極管、OLEDs、冷陰極熒光燈)要好于激光光源。激光光源具有如下缺點(diǎn)例如，在全息重建中引起激光散斑、相對而言費(fèi)用較高，并且有對全息顯示裝置觀察者或者裝配全息顯示裝置的工作人員的眼睛有可能損害的安全問題。
元件104可以包括一個(gè)或兩個(gè)用來增加顯示裝置亮度的棱鏡光學(xué)薄膜這樣的薄膜例如在US 5,056,892和US 5,919,551號專利文件中已被公開，盡管其它是公知的。元件104可以包括偏振光學(xué)元件，或者一組偏振光學(xué)元件。一個(gè)例子是線性偏振片。另一個(gè)例子是透射一個(gè)線性偏振態(tài)并且反射正交的線性偏振態(tài)的反射偏振器…-例如，這樣的偏振器在US5，828，488號專利文件中描述，盡管其它是公知的。另一個(gè)例子是透射一個(gè) 圓形偏振態(tài)并且反射正交的圓形偏振態(tài)的反射偏振器--例如，這樣的偏振器在US 6,181,395號專利文件中描述，盡管其它是公知的。元件104可以包括其它在背光源技術(shù)領(lǐng)域公知的光學(xué)元件。
元件104、 100-103可以是總計(jì)約幾厘米的厚度，或更少。盡管在使用有色光源時(shí)濾光器不是必須的，但元件101可以包含濾色器陣列，使得有色光，如紅、綠和藍(lán)光的像素朝元件102發(fā)出。元件102是編碼相位信息的EASLM，例如弗里德里克茲單元。元件103是編碼振幅信息EASLM，例如傳統(tǒng)的市售液晶顯示裝置。在這里由107表示的元件102中的每一個(gè) 單元，與在這里由108表示的元件103中的相應(yīng)單元對齊。然而，盡管元件102和103中的單元具有相同的橫向距離或間距，但元件102中的單元小于元件103中的單元或者與元件103中的單元的尺寸相同，原因在于離開單元(light exiting cell) 107的光在進(jìn)入元件103中的進(jìn)入單元(entering cell) 108之前，典型地，會(huì)經(jīng)歷一些衍射。如圖10所示，編碼振幅和相位的順序可以顛倒。
處在距包括緊湊全息圖生成器105的裝置一定距離的點(diǎn)106的位置的觀察者在105的方向觀察時(shí)可以觀看到三維圖像。為了形成緊湊全息圖生成器105,設(shè)置元件104、 100、 101、 102和103為如上所述的物理接觸。
E.用于物體的全息重建的，包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合的大放大倍率三維圖像顯示裝置組件
用于物體的全息重建的，包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs緊湊結(jié)合的大放大倍率三維圖像顯示裝置組件，示于圖24。該裝置組件包括SLM和充分相干緊湊光源的緊湊結(jié)合(例如以上A、 B、 C和D部分的描述)，該結(jié)合能夠在適宜的照明條件下，生成在 VOW(圖24中的OW)中可觀察到的三維圖像，該裝置元件例如可以包含在PDA或者移動(dòng)電話中。SLM和充分相干緊湊光源的緊湊結(jié)合包含光源陣列、SLM和透鏡陣列，如圖24所示。圖24中的SLM包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合，或者
42一對結(jié)合的OLED及OASLM和EASLM的緊湊結(jié)合。
在一個(gè)簡單的例子中，可以如下形成光源陣列。單個(gè)光源例如單色 LED緊鄰孔徑陣列放置，使得孔徑被照明。如果孔徑是一維的狹縫陣列，由狹縫透射的光形成一維的光源陣列。如果孔徑是二維的圓形陣列，照明的圓形組形成二維的光源陣列。典型的孔徑寬度約為20 Hin。這樣的光源陣列適合于幫助生成用于一只眼睛的VW。
圖24中，光源陣列處在距透鏡陣列距離u的位置。光學(xué)陣列可以是圖1的元件10的光源，并且可選擇地，可以包括圖1的元件11。為了精確，光源陣列中的每一個(gè)光源處在距透鏡陣列中其對應(yīng)透鏡距離u的位置。在優(yōu)選實(shí)施例中，光源陣列平面和透鏡陣列平面是平行的。SLM可以放置在透鏡陣列的任何一側(cè)。VOW處在距透鏡陣列距離u的位置。透鏡陣列中的透鏡為由f=l/[l/u+ 1/v]給出焦距f的匯聚透鏡。在優(yōu)選實(shí)施例中， v在300mm到600mm范圍內(nèi)。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，v約為400mm。在優(yōu)選實(shí)施例中，u在10mm到30mm范圍內(nèi)。在更優(yōu)選的實(shí)施例中， u約為20mm。放大倍率因子M由v/u給出。M是由SLM調(diào)制的光源在 VOW中放大的因子。在優(yōu)選實(shí)施例中，M在10到60范圍內(nèi)。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，M約為20。為了達(dá)到這樣的具有良好全息圖質(zhì)量的放大因子，需要光源陣列和透鏡陣列準(zhǔn)確對齊。為了保持這樣的準(zhǔn)確對齊，且保持光源陣列和透鏡陣列之間的相等距離，需要裝置組件在組件的整個(gè)操作壽命中具有顯著的機(jī)械穩(wěn)定性。
VOW可以是可追蹤的或者不可追蹤的。如果VOW是可追蹤的，則依靠所需要的VOW的位置，激活光源陣列中的特定光源。激活的光源照明SLM并且通過透鏡陣列成像到觀察者平面。在光源陣列中為透鏡陣列的每一個(gè)透鏡至少激活一個(gè)光源。追蹤是準(zhǔn)連續(xù)的。如果u為20 mm且 v為400mm，如果像素間距是20iim ，則VOW可以用400 pm的橫向增量追蹤。該追蹤是準(zhǔn)連續(xù)的。如果u為20 mm且v為400 mm，f約為19mm。
光源陣列中的光源可以只具有部分空間相干性。部分相干性導(dǎo)致物點(diǎn) 的模糊重建。如果u為20mm且v為400mm，如果光源寬度為20 jim，在距顯示裝置100mm的位置的物點(diǎn)進(jìn)行重建就有100 pm的橫向拖尾。這對人類視覺系統(tǒng)的分辨率來說是足夠的。
在通過透鏡陣列的不同透鏡的光之間不必具有任何明顯的相干性。相干性要求限于透鏡陣列的每一個(gè)透鏡。因此，重建物點(diǎn)的分辨率由透鏡陣列的間距決定。典型的透鏡間距為lmm數(shù)量級，以確保對人類視覺系統(tǒng) 來說足夠的分辨率。
VOW限于在SLM中編碼的信息的傅立葉光譜的一個(gè)衍射級中。如果 SLM的像素間距為10 pm且需要兩個(gè)像素編碼一個(gè)復(fù)數(shù)，即如果使用在相位調(diào)制EASLM上的2-相編碼，則波長為500 nm處的VOW具有10 mm 的寬度。VOW可以由空間或時(shí)間復(fù)用通過VOWs以平鋪的方式擴(kuò)大。在空間復(fù)用的情況下，需要附加光學(xué)元件，如分束器。還可以用于本實(shí)施方式的其它復(fù)用的方法己在上述C部分描述。
彩色全息重建可以通過時(shí)間復(fù)用來實(shí)現(xiàn)。彩色OLED顯示裝置的紅、綠和藍(lán)像素用具有適合于紅、綠和藍(lán)光波長的全息圖的同時(shí)再編碼的SLM 相繼激活。
裝置組件形成一部分的顯示裝置可以包含檢測觀察者眼睛位置的眼睛位置檢測器。眼睛位置檢測器與在光源陣列中控制光源的激活的控制單元相連。
在SLM上編碼的全息圖的計(jì)算最好在外部編碼單元中進(jìn)行，原因在于其需要高的計(jì)算能力。然后顯示裝置數(shù)據(jù)發(fā)送到PDA或者移動(dòng)電話使之能夠顯示全息生成的三維圖像。
作為實(shí)際的例子，可以使用由日本三洋(RTM)愛普生(RTM)映像元器件株式會(huì)社生產(chǎn)的2.6英寸屏幕對角線的XGALCDEASLM。亞像素間距是17 )im。如果將其應(yīng)用于構(gòu)建RGB全息顯示裝置，隨著全息圖編碼的振幅調(diào)制，在距EASLM0.4m距離的位置，計(jì)算出觀察窗口橫跨1.3 mm。對于單色的情況，計(jì)算出的觀察窗口橫跨4mm。如果使用相同的構(gòu) 造，但用具有兩相編碼的相位調(diào)制實(shí)施，則計(jì)算出的觀察窗口橫跨6mm。如果使用相同的構(gòu)造，但用具有開諾式形成編碼的相位調(diào)制實(shí)施，則計(jì)算出的觀察窗口橫跨12mm。
存在其它高分辨率EASLM的例子。日本精工(RTM)愛普生(RTM)株式會(huì)社已經(jīng)發(fā)售單色EASLMs，例如像素間距為15 (im、 1.3英寸屏幕對角線面板的D4:L3D13U。該公司已經(jīng)發(fā)售相同面板系列的、屏幕對角線長度為0.9英寸、像素間距為10 (im的D5: L3D09U-61G00面板。2006年 12月12日，該公司宣布發(fā)售相同面板系列的、屏幕對角線長度為0.7英寸、像素間距為8.5 imi的D5: L3D07U- 81G00面板。如果將1.3英寸的 D4:L3D13U用于構(gòu)建單色全息顯示裝置，以布爾克哈特振幅調(diào)制全息圖的編碼，在距EASLM0.4m距離的位置，計(jì)算出的VW橫跨5.6 mm。
F.用于物體的全息重建的，包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合的三維圖像顯示裝置
一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合最好可以用于手持式三維顯示裝置，或者較大的三維顯示裝置，原因在于這樣的結(jié)合可以是非常緊湊的。該結(jié)合可以整合到例如移動(dòng)電話、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、汽車顯示裝置、計(jì)算機(jī)游戲裝置、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式電腦顯示裝置、臺式電腦監(jiān)視器或者小型電視顯示器中。這樣的三維顯示裝置最好僅用于單個(gè)使用者。該使用者處在總體上垂直于顯示裝置發(fā)光表面的位置并且在距顯示裝置一定距離的位置，該距離可以實(shí)現(xiàn)最佳觀看，例如大約500mm的距離。為了達(dá)到最佳觀看條件，公知的是手持式裝置的使用者將會(huì)自動(dòng)適應(yīng)手上的裝置，例如WO01/96941號專利文件描述的那樣。因此，在這樣的裝置中，對使用者眼睛的追蹤以及包含例如掃描鏡的復(fù)雜且非緊湊的追蹤光學(xué)元件是沒有必要的。但是如果設(shè)備和電源沒有構(gòu)成額外的負(fù)擔(dān)，眼睛追蹤也可以用于這樣的裝置。
用于物體的全息重建的，包括一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合的衛(wèi)星導(dǎo)航三維圖像顯示裝置的優(yōu)點(diǎn) 如下。駕駛員可以找到路線信息的三維圖像，例如在下一個(gè)十字路口的操縱，三維圖像信息比二維圖像信息更為可取，原因在于三維圖像信息與駕駛員在駕駛時(shí)的認(rèn)知更緊密地對應(yīng)。顯示裝置上的其它信息，如菜單命令符號，可以三維地顯示。顯示裝置上的一些或所有信息可以三維地顯示出來。
用于物體的全息重建的，包括一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合的車輛三維圖像顯示裝置的優(yōu)點(diǎn)如下。該裝置能夠在倒車操縱過程中或者當(dāng)試圖駕車穿過不比車輛寬很多的通道或者比車輛窄的通道時(shí)直接顯示三維信息，例如靠近車輛的物體接近車保險(xiǎn)杠(擋泥板)的三維圖像，例如墻。在通道比車輛窄時(shí)，三維圖像顯示裝置可以幫助駕駛員認(rèn)識到車輛將不能通過通道?？梢杂脕碜园惭b在車輛內(nèi)或車輛上的傳感器的信息構(gòu)建三維圖像。其它車輛信息也可以在顯示裝置上三維地顯示出來，例如速度、溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速，或者公知的在車輛中顯示的其它信息。衛(wèi)星導(dǎo)航信息可以在顯示裝置上三維地顯示出來。顯示裝置上的一些或所有信息可以三維地顯示出來。
輸出窗口的尺寸被傅立葉平面內(nèi)的衍射圖案的周期性間隔所限制。如果OLED顯示裝置，或者EASLM中的像素間距約為10 pm，對于波長500 nm的可見光來說，在距離500 mm處虛擬觀察者窗口 (VOW)寬度約為 10mm至U25mm，這取決于在SLM中用于全息圖的編碼。這對一只眼睛來說是足夠?qū)挼?。用于另一只眼睛的第二個(gè)VOW可以通過空間光調(diào)制器的內(nèi)容的空間或者時(shí)間復(fù)用來創(chuàng)建。在缺少追蹤時(shí)，為了看到最佳的三維圖像，觀察者必須朝向并且移動(dòng)裝置和/或觀察者本身，使得觀察者的眼睛在VOWs中并且處于距裝置最佳的距離。
調(diào)整顯示裝置的位置和朝向的過程可以通過平鋪多個(gè)VOWs輕松實(shí) 現(xiàn)。兩個(gè)或三個(gè)VOWs可以在x-和y-方向并列，以便可以通過VOW覆蓋較大的區(qū)域。平鋪可以通過空間或時(shí)間復(fù)用、或者通過空間和時(shí)間復(fù)用的結(jié)合來執(zhí)行。
在時(shí)間復(fù)用中，光按照時(shí)間順序投向VOWs。如果VOWs具有不同的內(nèi)容，空間光調(diào)制器必須再編碼。在空間復(fù)用中，用于不同的VOWs 的內(nèi)容在同一時(shí)間在空間光調(diào)制器中，但在空間光調(diào)制器的不同區(qū)域編碼。分束器可以將來自空間光調(diào)制器的不同區(qū)的光分到不同的VOWs?？?br> 46以使用空間和時(shí)間復(fù)用的結(jié)合。
典型的用于移動(dòng)電話或PDA的手持式三維顯示裝置的屏幕對角線尺寸的范圍從一英寸到幾英寸。全息亞顯示裝置可以具有小到1 cm的屏幕對角線。
三維圖像顯示裝置可以轉(zhuǎn)換成顯示二維圖像，例如通過對觀察者的兩只眼睛中的每一只眼睛顯示同樣的圖像。
包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs 的緊湊結(jié)合的三維圖像顯示裝置的實(shí)施方式示于圖3。圖3中的裝置是移動(dòng)電話30，可以用移動(dòng)電話30打電話，打電話時(shí)在在屏幕區(qū)31中顯示適當(dāng)?shù)嘏溆蓄愃蒲b置的另一方的三維視頻圖像。該移動(dòng)電話配有用于移動(dòng)通訊的天線32。在另一個(gè)實(shí)施例中，天線可以在移動(dòng)電話30的機(jī)體內(nèi)。移動(dòng)電話30配有兩個(gè)分別拍攝使用者的右眼和左眼視圖的攝像機(jī)33和34。右眼和左眼視圖包含立體圖像數(shù)據(jù)。移動(dòng)電話30配有用于數(shù)字、"*"和"#" 符號的按鍵35，按鍵36用于其它功能，例如屏幕菜單內(nèi)的移動(dòng)、退格或者開啟或關(guān)閉單元。按鍵上顯示的標(biāo)記如"ON" "OFF"或"2"，阻止了單元的顛倒使用，從而阻止了三維視頻通話中的雙方觀看到另一方顛倒。在使用中，觀察者的兩個(gè)眼睛以及兩個(gè)攝像機(jī)33和34最好是共面的，并且使用者的面部最好處在接近垂直于屏幕區(qū)域31的位置。這樣就確保了兩個(gè)攝像機(jī)33和34拍攝了包含觀察者眼睛的平面中的視差。觀察者頭部相對于顯示裝置的最佳觀看位置是預(yù)先確定的，使得兩個(gè)攝像機(jī)33和34在該位置得到觀察者頭部的最佳圖像質(zhì)量。在三維視頻通話中的對方也同樣如此，雙方可以參與具有最佳圖像質(zhì)量的雙向三維視頻通話。為了確保每一個(gè)觀察者在他們的面部位置精確地指向攝像機(jī)33和34，可能希望確保每一只眼睛的虛擬觀察者窗口不要比每一只眼睛大很多，原因在于如果這樣的話將限制觀察者對其攝像機(jī)方向的位置和方位誤差的范圍。通過將裝置指向要照相的物體，該裝置可以得到該物體的三維照片。可選擇地，可以引導(dǎo)使用者通過使用裝置屏幕上的小圖標(biāo)達(dá)到裝置的最佳方位。該裝置還可以實(shí)施眼睛追蹤。在這里所描述的裝置的格式和用途可以用于全息地、自動(dòng)立體地或者通過任何其他方法生成三維圖像的裝置。在雙向三維視頻通話過程中，攝像機(jī)33和34分別拍攝使用者的右眼和左眼。從這些視圖得到的數(shù)據(jù)用于在三維視頻通話中在對方持有的相應(yīng) 的裝置上構(gòu)建三維視頻圖像。如果自動(dòng)立體顯示地生成三維圖像，來自攝像機(jī)33和34的視圖可以直接用于在自動(dòng)立體顯示裝置中生成兩只眼睛的圖像。如果全息地生成三維圖像，應(yīng)當(dāng)例如通過使用計(jì)算機(jī)生成全息圖來處理包含來自攝像機(jī)33和34的視圖的數(shù)據(jù)，以使允許將全息數(shù)據(jù)適當(dāng)編碼到一個(gè)或兩個(gè)SLMs上。當(dāng)全息地生成三維圖像時(shí)，三維顯示裝置是全息顯示裝置。全息顯示裝置提供與自動(dòng)立體顯示裝置相反的、全深度的信息，即調(diào)節(jié)(眼睛聚焦)和視差。全息顯示裝置提供了物體的全息重建，即所有物體的全息重建對準(zhǔn)正確的深度。
這里所描述的手持式三維顯示裝置的應(yīng)用包括保持雙向三維視頻通話。另一個(gè)應(yīng)用包括用來顯示物體的三維視圖或者通話中對方的場景，例如，在購買之前瀏覽項(xiàng)目，或者檢查物體的損壞。另一個(gè)應(yīng)用包括可以確認(rèn)個(gè)人的身份，這可以通過三維景象得到幫助。識別在外表上非常相似的個(gè)人，例如雙胞胎，偽裝的人的能力，通過三維景象可以得到幫助。另一個(gè)應(yīng)用包括用視圖觀察個(gè)人，以取得進(jìn)一步的聯(lián)系，如在約會(huì)服務(wù)中，通過三維景象可以幫助得到?jīng)Q定。另一個(gè)應(yīng)用包括用三維視圖瀏覽成人內(nèi)容的行為，觀察者會(huì)更喜歡三維視圖甚于二維視圖。
不同的個(gè)人具有不同的雙眼間距。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有物體全息重建的三維顯示裝置具有能使顯示器的使用者改變投影左眼和右眼之間的虛擬觀察者窗口的距離的菜單選項(xiàng)。根據(jù)菜單選項(xiàng)的選擇，使用者按壓裝置鍵盤上的鍵，要么增加，要么減小虛擬觀察者窗口之間的間隔。如果當(dāng)注視顯示裝置且尋求觀看三維圖像時(shí)進(jìn)行這樣的操作，可以選擇虛擬觀察者窗口之間的間隔，這提供給觀察者他們能夠感受的最好的三維圖像。然后所選擇的距離可以儲(chǔ)存作為用戶偏好。如果不只一個(gè)人使用該裝置，多個(gè)使用者的用戶偏好可以儲(chǔ)存在裝置中。即使這樣的裝置有能力獨(dú)立地追蹤觀察者眼睛的位置，也可以應(yīng)用這樣的菜單選項(xiàng)，原因在于，與追蹤軟件相比，使用者更愿意在虛擬觀察者窗口之間選擇更精確的距離。一旦做出這樣的選擇，可以加速追蹤，因?yàn)樵谘劬χg的距離成為固定參數(shù)之
48后，對于觀察者眼睛來說，需要較少的精確位置確定。能夠在兩個(gè)虛擬觀察者窗口之間選擇優(yōu)選的距離，還提供超過自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，自動(dòng)立體顯示系統(tǒng)中左眼和右眼景象之間的距離趨于由裝置的硬件固定。
G. 包含一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合的2D投影機(jī)
除了如以上F部分描述的那樣，光投影到許多個(gè)VOWs中以外，來自裝置的光還可以投影在屏幕或墻或一些其它表面。因此，移動(dòng)電話或者 PDA或者一些其它裝置中的三維顯示裝置還可以用作口袋型投影機(jī) (pocket proj ector )。
提高質(zhì)量的全息投影可以通過使用調(diào)制入射光的振幅和相位的SLM 得到。因此，復(fù)值全息圖(complex-valuedhologram)可以在SLM上編碼，
這弓I起在屏幕或墻上重建較高質(zhì)量的圖像。
在前面章節(jié)描述的一對或兩對OLED和OASLM結(jié)合、或者一個(gè)或兩個(gè)EASLMs的緊湊結(jié)合可以用作投影機(jī)中的SLM。由于緊湊尺寸的結(jié)合，投影機(jī)也將是緊湊的。該投影機(jī)甚至可以是與移動(dòng)電話或者PDA或者一些其它裝置相同的裝置其可以在"三維顯示裝置"和"投影機(jī)"模式之間切換。
與傳統(tǒng)的2D投影機(jī)相比，全息2D投影機(jī)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)不需要投影透鏡且投影圖像在光學(xué)遠(yuǎn)場的所有距離聚焦。如WO2005/059881號專利文件所公開的公知技術(shù)的全息2D投影機(jī)，使用單個(gè)SLM，因此不能夠復(fù)合調(diào)制。這里所公開的全息2D投影機(jī)能夠復(fù)合調(diào)制并且因此具有較高的圖像質(zhì)量。
H. 使用一個(gè)或兩個(gè)紅外OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合的自動(dòng)立體顯示或全息顯示裝置
紅外OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合(如以上A部分描述) 還可以用于自動(dòng)立體顯示裝置(ASD)，特別是移動(dòng)電話或PDA中的手持式ASD。盡管對于典型的觀察者來說，ASD不會(huì)像觀看全息顯示裝置一樣舒適，但在一些情況下，與全息顯示裝置相比，ASD較便宜或者較易于制造或者易于提供圖像數(shù)據(jù)。ASD提供多個(gè)觀看區(qū)，借以每一個(gè)觀看區(qū)顯示3D場景的不同透視圖。如果觀察者的眼睛在不同的觀看區(qū)，就會(huì)看到自動(dòng)立體顯示的圖像。注意ASD和全息術(shù)(holography)之間的差別ASD 提供兩個(gè)平面圖像，而全息術(shù)提供3D場景中每一個(gè)物點(diǎn)的z-信息。
通常ASD基于顯示裝置上的觀看區(qū)的空間復(fù)用并且使用分束器元件，如透鏡、阻隔掩模(barrier masks)或者棱鏡掩膜(prism masks)。阻隔掩模還被稱為"視差柵格(parallax barriers)"。缺點(diǎn)是，對于ASD來說，每一個(gè)觀看區(qū)的分辨率典型地與觀察區(qū)的數(shù)量成反比降低。但該缺點(diǎn)可以通過ASD可以具有的如上所描述的優(yōu)點(diǎn)來補(bǔ)償。
紅外OLED顯示裝置和振幅調(diào)制OASLM的緊湊結(jié)合(如以上A部分描述)可以用作具有高分辨率的振幅調(diào)制顯示裝置。如果紅外OLED顯示裝置和振幅調(diào)制OASLM與分束器元件結(jié)合，可以構(gòu)成高分辨率ASD。由于空間復(fù)用，緊湊結(jié)合的高分辨率可以抵消分辨率的損失。
對于需要一個(gè)或多個(gè)附加的OASLM組件的ASD來說，使用一個(gè)或多個(gè)OLED陣列和一個(gè)或多個(gè)OASLMs的緊湊結(jié)合(如以上A和B部分描述)的優(yōu)點(diǎn)是無圖樣的OASLM。包含分束器和OLED陣列的ASD，由于有圖樣的OLED，如在分束器周期和OLED周期之間的莫爾效應(yīng)(Moire effects),可以具有偽像。相反，緊湊結(jié)合的OASLM上的信息是連續(xù)的僅有分束器周期，基于周期的偽像沒有出現(xiàn)。
ASD光源可以是一個(gè)或多個(gè)光源，例如LEDs、激光、OLEDs或者 CCELs。光源不需要相干。如果使用白光光源，如果ASD要顯示彩色圖像，將在光源與光發(fā)射顯示裝置和振幅調(diào)制OASLM的緊湊結(jié)合之間需要濾色器層，例如紅、綠和蘭光濾色器。
紅外OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合(如以上A部分描述) 也可以用于全息顯示裝置，最好是在移動(dòng)電話或PDA中的手持式顯示裝置。在這里，全息顯示裝置基于顯示裝置上觀看區(qū)的空間復(fù)用，并且使用分束器元件，如透鏡、阻隔掩?；蛘呃忡R掩膜。阻隔掩模還被稱為"視差柵格"。紅外OLED顯示裝置和OASLM的緊湊結(jié)合(如以上A部分描述)振幅調(diào)制顯示裝置。如果紅外OLED顯示裝置和振幅調(diào)制OASLM與分束器元件結(jié)合，可以構(gòu)成高分辨率全息顯示裝置。由于空間復(fù)用，緊湊結(jié)合的高分辨率可以抵消分辨率的損失。在另一個(gè)實(shí) 施方式中，兩對OLED陣列和OASLM的緊湊結(jié)合的結(jié)合可以用來依次以緊湊的方式調(diào)制光的振幅和相位，如B部分所描述。因此，由振幅和相位組成的復(fù)數(shù)，可以在逐像素的基礎(chǔ)上，在透射光中編碼。如果兩對紅外 OLED顯示裝置和調(diào)制振幅的OASLM的緊湊結(jié)合與分束器元件相結(jié)合，可以構(gòu)成高分辨率全息顯示裝置。由于空間復(fù)用，緊湊結(jié)合的高分辨率可以抵消分辨率的損失。具有分束器元件的全息顯示裝置可以提供多個(gè)觀看區(qū)，而每一個(gè)觀看區(qū)顯示3D景象的不同透視圖。如果觀察者的眼睛在不同的觀看區(qū)就會(huì)看到全息圖像。
I.三維通訊中所需的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
三維通訊中所需的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)如圖22所示。在圖22中，一方220 與另一方221進(jìn)行三維通訊。在構(gòu)建圖像中所用的攝像機(jī)數(shù)據(jù)可以用圖3 表示的移動(dòng)電話裝置30收集，或者通過某些具有類似功能的裝置收集。用于三維圖像顯示裝置的數(shù)據(jù)處理可以在一方220的裝置中執(zhí)行，其可以是移動(dòng)電話30或者類似的裝置，或者可以在另一方221的裝置中執(zhí)行，但最好是在設(shè)置在兩部移動(dòng)電話之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)(transmission network) 上的中間系統(tǒng)224中執(zhí)行。傳輸網(wǎng)絡(luò)包含第一連接(link) 222、中間系統(tǒng) 224以及第二連接223。兩條連接222和223可以是無線連接或者非無線連接。中間系統(tǒng)224可以包括用于執(zhí)行計(jì)算以能夠顯示三維圖像例如計(jì)算機(jī)生成的全息圖或者自動(dòng)立體顯示圖像的計(jì)算機(jī)。在兩部移動(dòng)電話之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)中使用計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算是更可取的，因?yàn)橛?jì)算將不會(huì)用盡移動(dòng)電話的電池電源，而是可以使用總電源。設(shè)置在傳輸網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)可以用于同時(shí)完成用于許多個(gè)三維視頻通話的圖像處理，可以例如通過減少未使用的計(jì)算機(jī)處理能力的總量來允許計(jì)算資源的更有效的利用。如果其移動(dòng) 電話或類似裝置所需的計(jì)算機(jī)能力減小，因?yàn)橛?jì)算機(jī)需要更少的的計(jì)算電路和內(nèi)存，并且所需的計(jì)算將通過設(shè)置在傳輸網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)完成，所以它們的重量將較小。最后，僅需要在設(shè)置在傳輸網(wǎng)絡(luò)上，而不是在移動(dòng)電話或者類似裝置上的計(jì)算機(jī)上安裝執(zhí)行計(jì)算的軟件。這將減少移動(dòng)電話的內(nèi)存要求、軟件盜版的范圍，并將提高對任何存在于軟件代碼中的商機(jī)密
的保護(hù)。盡管大部分三維圖像顯示裝置所需的計(jì)算可以通過中間系統(tǒng)224 完成，但一些圖像的計(jì)算可以在數(shù)據(jù)傳輸之前由使用者裝置完成。如果兩個(gè)攝像機(jī)圖像非常相似，如果兩個(gè)圖像作為第一圖像和差分圖像 (difference image)發(fā)送，其中差分圖像是兩個(gè)圖像之間的差分，則會(huì)有助于數(shù)據(jù)傳輸，原因在于，例如，差分圖像自身可以更加容易地利用數(shù)據(jù) 壓縮技術(shù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸。同樣地，三維圖像像是裝置可以執(zhí)行一些圖像計(jì)算，例如解壓縮壓縮的圖像數(shù)據(jù)。
在圖22的系統(tǒng)的一個(gè)例子中，形成一對立體圖像的第一圖像和第二圖像由使用者220的裝置通過連接222發(fā)送到中間裝置224。第二傳輸圖像可以是兩個(gè)立體圖像之間的差分圖像，原因在于差分圖像將典型地需要比完整圖像較少的數(shù)據(jù)。如果三維電話會(huì)話(telephone conversation)正在進(jìn)行，第一圖像本身可以表示為當(dāng)前圖像和較早的一個(gè)時(shí)間步長的圖像之間的差分。類似地，第二圖像可以表示為當(dāng)前圖像和較早的一個(gè)時(shí)間步長的圖像之間的差分。然后中間裝置224可以使用在2D和三維(3D)圖像之間轉(zhuǎn)換的計(jì)算程序從接收到的數(shù)據(jù)以其相應(yīng)的深度圖(d印thmap)計(jì)算二維(2D)圖像，這是本領(lǐng)域公知的。在彩色圖像的情況下，需要三原色的三成分2D圖像，連同它們對應(yīng)的深度圖。然后對應(yīng)于2D圖像和深度圖的數(shù)據(jù)可以通過連接223傳輸?shù)绞褂谜?21的裝置。使用者221的裝置基于接收到的2D圖像和深度圖，在其緊湊的三維顯示裝置中編碼全息圖。為了有效利用傳輸帶寬，在本系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以接受公知的壓縮程序，通過接收裝置完成相應(yīng)的解壓縮。如果使用較少的數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)壓縮的最有效量用于平衡完成數(shù)據(jù)壓縮或解壓縮的移動(dòng)裝置的電池所需的能量與所需要的帶寬的成本。
中間裝置224可以使用包含一組已知的3D圖形的庫，其可以試圖與其計(jì)算出的3D數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，或者可以使用包含一組已知的2D輪廓的庫，其可以與進(jìn)入的2D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。如果發(fā)現(xiàn)相對于公知形狀的良好匹配，就可以加快計(jì)算進(jìn)程，因?yàn)?D或3D可以相對于公知的圖形
52進(jìn)行表達(dá)?？梢蕴峁?D圖形庫，例如一組體育明星，如主要的網(wǎng)球選手
或足球選手的面部或身體圖形，以及所有或者部分主要的體育場所的圖
形，例如著名的網(wǎng)球場或著名的足球場。例如，人的面部的3D圖像可以表達(dá)為中間裝置224所使用的那樣，對面部表達(dá)加上變化，例如微笑或者皺眉，在頭發(fā)長度中加上變化，例如頭發(fā)可以長長或者剪去，因?yàn)榈玫搅?儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。如果連續(xù)出現(xiàn)一組差分，中間裝置224所使用的數(shù)據(jù)可以由中間裝置224更新，以清楚地表明中間裝置224所使用的數(shù)據(jù)已經(jīng)過時(shí)，例如，人的頭發(fā)長度已經(jīng)明顯且長期地發(fā)生改變。如果中間裝置224遇到其所使用的記錄中發(fā)現(xiàn)沒有很好的匹配的2D或3D圖像，其可以增加新的圖形到記錄組中。
J.將2D圖像內(nèi)容加速成3D圖像內(nèi)容的系統(tǒng)
安全、廣泛的采用三維顯示技術(shù)的一個(gè)難題是這樣的事實(shí)歷史上非常少的內(nèi)容以三維格式生成，目前大多數(shù)內(nèi)容仍然以二維格式生成。這在一定程度上是因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)所使用的圖像錄制設(shè)備仍然記錄二維圖像，沒有可以用于三維圖像顯示裝置中的數(shù)據(jù)。此外，目前觀察者需要3D內(nèi) 容或者獲得由2D內(nèi)容生成的3D內(nèi)容的機(jī)會(huì)有限。
顯然，需要一種支持從二維內(nèi)容生成三維內(nèi)容的系統(tǒng)。圖23中給出一個(gè)系統(tǒng)，但是其它系統(tǒng)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。在圖23 中，電視播放公司2300繼續(xù)播放二維電視圖像2304，即使三維顯示儀器存在于觀察者2302的家中。在本系統(tǒng)中，存在中間系統(tǒng)2301，其具有將 2D內(nèi)容轉(zhuǎn)換成3D內(nèi)容2305的能力。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程可以通過觀察者付費(fèi) 得以支持，或者可以通過其他方付費(fèi)得以支持，例如廣告客戶2303。在圖 23中，當(dāng)電視公司2300播放廣告客戶2303的廣告時(shí)，廣告客戶2303支付費(fèi)用2306到中間系統(tǒng)2301以使用公知的將2D內(nèi)容轉(zhuǎn)換到3D內(nèi)容的方法將2D內(nèi)容轉(zhuǎn)換成3D內(nèi)容。廣告客戶通過3D電視廣告呈現(xiàn)給觀察者2302而從中獲益，3D電視廣告比2D電視廣告更引人注目?？蛇x擇地，觀察者2302可以支付費(fèi)用到中間系統(tǒng)2301以將他所接收到的一些或全部電視播出節(jié)目轉(zhuǎn)換成3D格式。中間系統(tǒng)確保在合適的同步格式中提供3D 內(nèi)容，例如，確保如果2D圖像提供有其相應(yīng)的深度圖，那么在同步方式中提供兩個(gè)數(shù)據(jù)集，即3D顯示裝置對相應(yīng)的2D圖像使用深度圖，而不對非相應(yīng)的2D圖像使用深度圖。3D顯示裝置可以是全息顯示裝置、自動(dòng) 立體顯示裝置或者任何公知的3D顯示裝置。提供到3D顯示裝置的數(shù)據(jù) 應(yīng)當(dāng)適合于3D顯示裝置的類型。與上述類似的系統(tǒng)還可以用于由除了電視播放公司以外的供應(yīng)者，例如電影、錄影等的供應(yīng)商提供的內(nèi)容。
在可選擇的系統(tǒng)中，觀察者可以提供2D內(nèi)容到中間系統(tǒng)，支付費(fèi)用，作為回報(bào)而接收所提供的2D內(nèi)容的3D版本，所提供的2D內(nèi)容可以是，例如，家庭電影的MP3文件，或者其它視頻內(nèi)容或者圖像內(nèi)容，例如照片或圖片。
中間系統(tǒng)可以包括用于執(zhí)行計(jì)算以能夠顯示三維圖像，例如計(jì)算機(jī)生成全息圖或者自動(dòng)立體顯示圖像，的計(jì)算機(jī)。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中使用計(jì)算機(jī)，在2D內(nèi)容供應(yīng)商與希望觀看3D內(nèi)容的觀察者之間完成計(jì)算是可取的，因?yàn)檫@與在觀察者所處的位置中執(zhí)行這樣的過程相比更加有效率。計(jì)算機(jī) 設(shè)置在傳輸網(wǎng)絡(luò)上可以用于同時(shí)完成許多個(gè)2D到3D內(nèi)容轉(zhuǎn)換的圖像處理，這可以允許計(jì)算資源的更有效的利用，例如通過減少未使用的計(jì)算機(jī) 處理能力的總量。如果觀察者的3D顯示裝置對計(jì)算處理能力的需求降低，
因?yàn)橛?jì)算機(jī)需要更少的的計(jì)算電路和內(nèi)存，并且所需的計(jì)算將通過設(shè)置在傳輸網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)完成，其費(fèi)用將降低。最后，僅需要在設(shè)置在傳輸網(wǎng) 絡(luò)上，而不是在觀察者的3D顯示裝置上的計(jì)算機(jī)上安裝執(zhí)行計(jì)算的軟件。這將減少觀察者的3D顯示裝置的內(nèi)存需求、軟件盜版的范圍，并將提高對任何存在于軟件代碼中的商業(yè)機(jī)密的保護(hù)。盡管大部分三維圖像顯示裝置所需的計(jì)算可以通過中間系統(tǒng)完成，但一些圖像的計(jì)算可以通過3D顯示裝置完成。三維圖像顯示裝置可以執(zhí)行一些圖像計(jì)算，例如解壓縮壓縮的數(shù)據(jù)、或者從2D圖像生成空間調(diào)制器的全息編碼以及其相應(yīng)的深度圖。
在一個(gè)例子中，中間裝置可以從接收到的2D圖像，使用本技術(shù)領(lǐng)域公知的2D和3D圖像轉(zhuǎn)換的程序，計(jì)算對應(yīng)于特定的2D圖像的深度圖。在彩色圖像的情況下，需要三原色的三成分2D圖像，連同它們對應(yīng)的深度圖。然后對應(yīng)于2D圖像和深度圖的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)接^察者的3D顯示裝置。觀察者的3D顯示裝置基于接收到的2D圖像和深度圖，在其空間
54光調(diào)制器中編碼全息圖。為了有效利用傳輸帶寬，在本系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 可以接受公知的壓縮程序，通過接收裝置完成相應(yīng)的解壓縮。如果使用較少的數(shù)據(jù)壓縮，要使用的數(shù)據(jù)壓縮的最有效量平衡提供到3D顯示裝置的數(shù)據(jù)解壓縮功能的花費(fèi)與所需要的帶寬的花費(fèi)。
中間裝置可以使用包含一組已知的3D圖形的數(shù)據(jù)，其可以試圖與其計(jì)算出的3D數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，或者可以使用包含一組已知的2D輪廓，其可以與進(jìn)入的2D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。如果發(fā)現(xiàn)相對于公知形狀的良好匹配，就可以加快計(jì)算進(jìn)程，因?yàn)?D或3D圖像可以相對于公知的圖形進(jìn) 行表達(dá)。可以提供3D圖形庫，例如一組體育明星，如主要的網(wǎng)球選手或足球選手的面部或身體圖形，以及所有或者部分主要的體育場所的圖形，例如著名的網(wǎng)球場或著名的足球場。例如，人的面部的3D圖像可以表達(dá) 為中間裝置所使用的那樣，對面部表達(dá)加上變化，例如微笑或者皺眉，在頭發(fā)長度中加上變化，例如頭發(fā)可以長長或者剪去，因?yàn)榈玫搅藘?chǔ)存的數(shù) 據(jù)。如果連續(xù)出現(xiàn)一組差分，中間裝置所使用的數(shù)據(jù)可以由中間裝置更新，以清楚地表明中間裝置224所使用的數(shù)據(jù)已經(jīng)過時(shí)，例如，人的頭發(fā)長度已經(jīng)明顯且長期地發(fā)生改變。如果中間裝置遇到其所使用的記錄中發(fā)現(xiàn)沒有很好的匹配的2D或3D圖像，其可以增加新的計(jì)算的3D圖形到記錄組中。
K.觀察者窗口的空間復(fù)用和2D編碼
本實(shí)施方式涉及與2D編碼結(jié)合使用的全息顯示裝置的虛擬觀察者窗口 (VOWs)的空間復(fù)用。另外，全息顯示裝置可以是A、 B、 C或D部分所描述的，或者可以是任何公知的全息顯示裝置。
公知的是多個(gè)VOWs，例如一個(gè)用于左眼的VOW和一個(gè)用于右眼的VOW，可以通過空間或時(shí)間的復(fù)用產(chǎn)生。對于空間復(fù)用來說，兩個(gè) VOWs在同一時(shí)間產(chǎn)生并且被分束器分隔，與自動(dòng)立體顯示裝置類似，正如WO 2006/027228號專利文獻(xiàn)描述的那樣，在這里其以參考引用的方式結(jié)合于此。對于時(shí)間復(fù)用，VOW按時(shí)間順序產(chǎn)生。
然而，公知的全息顯示系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)。對于空間復(fù)用來說，已經(jīng)使用照明系統(tǒng)，其在水平方向空間相干且基于水平線光源和透鏡狀陣列，
例如來源于WO 2006/027228號專利文件的圖4所示的公知技術(shù)。其具有這樣的優(yōu)點(diǎn)可以使用來自自動(dòng)立體顯示裝置的公知技術(shù)。
然而，存在不可能在水平方向全息重建這樣的缺點(diǎn)。而是使用所謂的 ID編碼，使得全息重建以及移動(dòng)視差僅在垂直方向。因此，垂直聚焦點(diǎn) 在重建物體的平面上，而水平聚焦點(diǎn)在SLM的平面上。這樣的散光降低了空間視覺的質(zhì)量，即，其降低了由觀察者感覺到的全息重建的質(zhì)量。同樣地，時(shí)間復(fù)用系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于它們需要快速的SLMs，這在所有顯示尺寸中尚不能得到，即使能得到也會(huì)過分昂貴。
僅2D編碼在水平和垂直方向同時(shí)提供全息重建，因此2D編碼不產(chǎn) 生散光，散光降低了空間視覺的質(zhì)量，艮卩，其降低了由觀察者感覺到的全息重建的質(zhì)量。因此本實(shí)施方式的物體結(jié)合2D編碼實(shí)現(xiàn)了 VOWs的空間復(fù)用。
在本實(shí)施方式中，將水平和垂直的局部空間相干的照明與將光分離成用于左眼VOW和用于左眼VOW的光束的分束器相結(jié)合。因此，分束器處的衍射要有所考慮。分束器可以是棱鏡陣列，第二個(gè)透鏡陣列(例如靜態(tài)陣列，或者可變陣列，如圖20所示)或者阻隔掩膜。
本實(shí)施方式的一個(gè)例子表示在圖25中。圖25是包含2D光源陣列的光源、2D透鏡陣列的透鏡、SLM和分束器的全息顯示裝置的示意圖。分束器將離開SLM的光分成兩束，每一束分別照明用于左眼的虛擬觀察者窗口 (VOWL)和用于右眼的虛擬觀察者窗口 (VOWR)。在本例子中，光源的數(shù)量是一個(gè)或多個(gè)；透鏡的數(shù)量等于光源的數(shù)量。
在本例子中，分束器在SLM后面。分束器和SLM的位置還可以交換。
本實(shí)施方式的一個(gè)例子以平面圖表示在圖26中，其中棱鏡陣列用作分束器。照明包含n個(gè)元件2D光源陣列(LSl,LS2,…LSn)和n個(gè)元件 2D透鏡陣列(Ll， L2， ... Ln),它們中只有兩個(gè)光源兩個(gè)透鏡表示在圖 26中。每一個(gè)光源通過與其相關(guān)的透鏡成像到觀察者平面。光源陣列的間距和透鏡陣列的間距使得所有光源圖像在觀察者平面即，包含兩個(gè)VOWs的平面重疊。圖26中，左眼VOW (VOWL)和右眼VOW (VOWR)在圖中未示出，因?yàn)樗鼈冊O(shè)置在圖的外面，在圖的右邊?？梢栽黾痈郊拥膱?透鏡。為了提供足夠的空間相干，透鏡陣列的間距與典型的亞全息圖的尺寸相同，即一到幾個(gè)毫米數(shù)量級。照明在每一個(gè)透鏡中水平地和垂直地空間相干，因?yàn)楣庠葱?，或者使用的是點(diǎn)光源或者作為2D透鏡陣列。透鏡陣列可以是折射的、衍射的或者全息的。
在本例子中，分束器是垂直棱鏡的1D陣列。在棱鏡一個(gè)斜面上入射的光折射到左眼VOW (VOWL)，在棱鏡的另一個(gè)斜面上入射的光折射到右眼VOW (VOWR)。源自相同LS和相同透鏡的光線在穿過分束器之后依然相干。因此，具有垂直和水平聚焦以及垂直和水平移動(dòng)視差的2D編碼是可能的。
在SLM上用2D編碼編碼全息圖。用于左眼和右眼的全息圖逐列交替，即存在用左眼和右眼全息信息編碼的交替列。在每一個(gè)棱鏡下最好存在具有左眼全息圖信息的列和具有右眼全息圖信息的列?？蛇x擇地，還可以在每一個(gè)棱鏡的斜面下存在全息圖的兩個(gè)或多個(gè)列，例如，用于VOWL的三列后面接著是用于VOWR的三列。為了適應(yīng)立體圖減縮，分束器的間距可以與SLM的間距相同，或者是SLM的間距的整數(shù)倍(例如兩倍或三倍)，或者分束器的間距可以略小于SLM的間距，或者略小于SLM間距的整數(shù)倍(例如兩倍或三倍)。
來自具有左眼全息圖的列的光重建用于左眼的物體并且照明左眼
VOW (VOWL);來自具有右眼全息圖的列的光重建用于右眼的物體并且照明右眼VOW (VOWR)。因此，每一只眼睛感知到適當(dāng)?shù)脑佻F(xiàn)。如果棱鏡陣列的間距足夠小，眼睛不能分辨棱鏡結(jié)構(gòu)，且棱鏡結(jié)構(gòu)不擾亂重建的圖像。每一只眼睛看到具有完全聚焦和完全運(yùn)動(dòng)視差的再現(xiàn)，且沒有散光。
當(dāng)用相干光照明分束器時(shí)，分束器的位置將存在衍射?？梢哉J(rèn)為分束器是產(chǎn)生多個(gè)衍射級的衍射光柵(diffraction grating)。傾斜棱鏡斜面具有閃耀光柵(blazed grating)的效果。在閃耀光柵的位置，最大強(qiáng)度指向特定衍射級。在棱鏡陣列處，一個(gè)最大強(qiáng)度從棱鏡的一個(gè)斜面指向VOWL的位置處的衍射級，另一個(gè)最大強(qiáng)度從棱鏡的另一個(gè)斜面指向VOWR的位置處的另一個(gè)衍射級。為了更加精確，將強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)中的最大值移動(dòng)到這些位置，而衍射級在固定位置。棱鏡陣列在VOWL的位置產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值，在VOWR的位置產(chǎn)生另一個(gè)強(qiáng) 度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值。其它衍射級的強(qiáng)度較小(即正弦平方函數(shù)最大值窄)且不會(huì)導(dǎo)致干擾的串?dāng)_，因?yàn)槔忡R陣列的填充因子大，例如接近 100%。
為了為兩個(gè)觀察者提供VOWs，或者為不止兩個(gè)觀察者提供VOWs，通過使用更加復(fù)雜的棱鏡陣列(例如，具有相同的頂角但不對稱度不同的兩類棱鏡，彼此相鄰、接著放置)，可以產(chǎn)生更多的VOWs，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。然而，不能用靜態(tài)棱鏡陣列單獨(dú)地追蹤觀察者。
在另一個(gè)例子中，每個(gè)透鏡可以使用超過一個(gè)光源。每個(gè)透鏡附加的光源可以用于產(chǎn)生附加觀察者的附加VOWs。這在WO 2004/044659 (US2006/0055994)號專利文件中描述，用于對于m個(gè)觀察者、一個(gè)透鏡和m個(gè)光源的情況。在該另一個(gè)例子中，使用每個(gè)透鏡的m個(gè)光源和雙重空間復(fù)用產(chǎn)生用于m個(gè)觀察者的m個(gè)左VOWs和m個(gè)右VOWs。每個(gè)透鏡的m個(gè)光源是m對一的對應(yīng)于每一個(gè)透鏡，這里的m是整數(shù)。
這里有本實(shí)施方式的一個(gè)例子。使用20英寸屏幕對角線，用以下參數(shù)觀察者距離2m，垂直方向像素間距69 pm，水平方向像素間距207 pm，使用布爾克哈特編碼，光波長為633nm。布爾克哈特編碼在垂直方向具有 69pm的亞像素間距，VOW的高度為6 mm (垂直周期)。忽略立體圖減縮，垂直棱鏡陣列的間距是414 pm，即，每一個(gè)全棱鏡下有兩列SLM。因此，觀察者平面內(nèi)的水平周期為3 mm。這也是VOW的寬度。該寬度小于約4mm的直徑的最佳眼睛瞳孔。在另一個(gè)相似的例子中，如果SLM 具有小于50jim的間距，VOW將具有25mm的寬度。
如果成年人具有65mm的眼睛間隔(作為典型)，棱鏡必須使光偏轉(zhuǎn) ± 32.5 mm，此處光相交平面包含VOWs。為了更加精確，強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值必須偏轉(zhuǎn)士 32.5 mm。這對2 m觀察者距離來說對應(yīng)于士 0.93°角。對于棱鏡折光率n: 1.5來說，合適的棱鏡角是士 1.86。。棱鏡角定義為基板和棱鏡的斜邊之間的角。
對于3 mm的觀察者平面的水平周期來說，另一只眼睛處在約21衍射級(即65mm除以3mm)的距離。因此VOWL中和VOWR中由與其它VOW有關(guān)的較高衍射級引起的串?dāng)_可忽略。
為了實(shí)施追蹤，追蹤的最簡單方法是光源追蹤，即適應(yīng)光源位置。如果SLM和棱鏡陣列不在相同平面，在SLM像素和棱鏡之間將存在由視差引起的干擾的相對橫向偏移。這會(huì)導(dǎo)致干擾的串?dāng)_。上述例子中所述的20 英寸屏幕對角線的像素可以在垂直于由每一個(gè)棱鏡的尖端所描述的軸的方向上具有70%的填充因子，即像素尺寸為每側(cè)145 pm活躍區(qū)和31 pm 非活躍邊緣。如果棱鏡陣列的結(jié)構(gòu)區(qū)朝向SLM，則棱鏡陣列和SLM之間的分隔可以是約1 mm。沒有串?dāng)_的水平追蹤范圍將是士31 ^rn/ 1 mm* 2 m = ±62mm。如果容許小的串?dāng)_，該追蹤范圍將更大。該追蹤范圍不大，但其足以允許一些追蹤的發(fā)生，使得觀察者的眼睛將被較少的限制。
最好通過將棱鏡陣列整合到SLM中，或者直接設(shè)置在SLM上(作為折射、衍射或者全息棱鏡陣列)，可以避免SLM和棱鏡陣列之間的視差。這對產(chǎn)品來說將是專用組件?？蛇x擇的是棱鏡陣列的橫向機(jī)械運(yùn)動(dòng)，盡管其不是優(yōu)選的，因?yàn)橐苿?dòng)機(jī)械部件將會(huì)使儀器復(fù)雜化。
另一個(gè)關(guān)鍵問題是由棱鏡角給定的VOWs的固定間隔。對于具有非標(biāo) 準(zhǔn)眼睛間隔的觀察者或者對于z追蹤，這會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜化。作為一種解決方案，可以使用包括包絡(luò)液晶域的總成，例如圖21所示。然后電場可以控制折射率并因此控制偏轉(zhuǎn)角。該解決方案可以納入到棱鏡陣列中，以接連地分別提供可變的偏轉(zhuǎn)和固定的偏轉(zhuǎn)。在另一個(gè)解決方案中，棱鏡陣列的結(jié)構(gòu)側(cè)會(huì)被液晶層覆蓋。然后電場會(huì)控制折射率并因此控制偏轉(zhuǎn)角。如果 VOWs所具有的寬度對于具有不同眼睛間隔的觀察者和z追蹤來說有足夠
的容差，則可變的偏轉(zhuǎn)總成是非必要的。
更復(fù)雜的解決方案是使用可控的棱鏡陣列，例如，電濕潤棱鏡陣列(圖
5927所示)或者填充液晶的棱鏡(圖21所示)。在圖27中，具有棱鏡元件 159的層包含電極1517、 1518和填充有兩種分隔的液體1519、 1520的腔。
每一種液體填充腔的一個(gè)棱鏡形部分。
例如，液體可以是油和水。液體1519、 1520之間的分界面的斜率依賴于施加到電極1517、 1518的電壓。如果液體具有不同的折射率，光束將經(jīng)歷取決于施加到電極1517、 1518的電壓的偏移。因此棱鏡元件159 作為可控的光束控制元件。對于申請人的需要為觀察者眼睛追蹤VOWs 的實(shí)施方式的電子全息術(shù)的方法來說，這是重要的特征。由申請人提交的專利申請DE 102007024237.0和DE 102007024236.2,描述了用棱鏡元件為觀察者眼睛追蹤VOWs，在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。
這里有一個(gè)用于緊湊的手持式裝置的實(shí)施方式的例子。日本精工 (RTM)愛普生(RTM)株式會(huì)社已經(jīng)發(fā)售單色EASLMs，例如1.3英寸屏幕對角線面板的D4:L3D13U。一個(gè)例子已使用D4:L3D13U LCD面板作為 SLM進(jìn)行了說明。其具有HDTV分辨率(1920乘1080像素)、15(xm像素間距和28.8 mm乘16.2 mm的面板區(qū)。該面板通常用于2D圖像投影顯示裝置。
該例子適合于633 nm的波場且50 cm的觀察者距離的情況。迂回相位編碼(布爾克哈特編碼)用于這樣的振幅調(diào)制SLM:需要三個(gè)像素編碼一個(gè)復(fù)數(shù)。這三個(gè)相關(guān)的像素垂直地排列。如果棱鏡陣列分束器整合在 SLM中，則棱鏡陣列的間距是30 pm。如果在SLM和棱鏡陣列之間存在間隔，則棱鏡陣列的間距略微不同，以解決立體圖的減縮。
VOW的高度由3 * 15 pn = 45 pm的間距決定以編碼一個(gè)復(fù)數(shù)，且其值是7.0 mm。 VOW的寬度由棱鏡陣列的30 pm間距決定，且其值是10.6 mm。這兩個(gè)值都大于眼睛瞳孔。因此，如果VOWs位于眼睛的位置，每一只眼睛都可以看到全息重建。全息重建來自于2D編碼全息圖，因此其沒有1D編碼所固有的散光，如前面所描述。這確?？臻g視覺的高質(zhì)量和深度影像的高質(zhì)量。
眼睛間隔為65mm時(shí)，棱鏡必須使光偏轉(zhuǎn)士32.5 mm。為了更加精確，包絡(luò)正弦平方強(qiáng)度函數(shù)的強(qiáng)度最大值必須偏轉(zhuǎn)士 32.5 mm。這對0.5 m觀察者距離來說對應(yīng)于±3.72°角。對于棱鏡折光率n- 1.5來說，合適的棱鏡角是±7.44°。棱鏡角定義為基板和棱鏡的斜邊之間的角。
對于10.6 mm的觀察者平面內(nèi)的水平周期，另一只眼睛在約6衍射級 (即65 mm除以10.6 mm)的距離。因此由較高衍射級引起的串?dāng)_可以忽略，因?yàn)槔忡R陣列具有高的填充因子，即接近100%。
這里有一個(gè)用于大的顯示裝置的實(shí)施方式的例子。全息顯示裝置可以設(shè)計(jì)成使用具有50 |im像素間距和20英寸屏幕對角線的相位調(diào)制SLM。對于作為TV的應(yīng)用，對角線可能約為40英寸。該設(shè)計(jì)的觀察者距離為2 m，波長為633 nm。
SLM的兩個(gè)相位調(diào)制像素用來編碼一個(gè)復(fù)數(shù)。這兩個(gè)相關(guān)的像素垂直地排列且對應(yīng)的垂直間距是2 * 50 100 nm。對應(yīng)整合在SLM中的棱鏡陣列，棱鏡陣列的水平間距也是2 * 50 pm = 100 |im，因?yàn)槊總€(gè)棱鏡包含兩個(gè)斜面，且每個(gè)斜面用于SLM的一列。12.7 mm的VOW的最終寬度和高度大于眼睛瞳孔。因此，如果VOW位于眼睛處，則每一只眼睛都能夠看到全息重建。全息重建來自于2D編碼全息圖，因此其沒有1D編碼所固有的散光。這確?？臻g視覺的高質(zhì)量和深度影像的高質(zhì)量。
眼睛間隔為65mm時(shí)，棱鏡必須使光偏轉(zhuǎn)i 32.5 mm。為了更加精確，強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)中的最大值必須偏轉(zhuǎn)士 32.5 mm。這對2 m觀察者距離來說對應(yīng)于士 0.93。角。對于棱鏡折光率n = 1.5來說，合適的棱鏡角是 ±1.86°。棱鏡角定義為基板和棱鏡的斜邊之間的角。
上述例子是觀察者距SLM 50 cm和2 m距離的情況。更普遍地，實(shí) 施方式可以應(yīng)用于觀察者距SLM的距離在20cm到4m之間的情況。屏幕對角線可以在lcm (例如對于移動(dòng)電話亞顯示裝置)到50英寸(例如大尺寸的電視機(jī))之間。
激光光源
RGB固態(tài)激光光源，例如，基于GalnAs或者GalnAsN的材料，可以
適于緊湊全息顯示裝置的光源，因?yàn)樗鼈兊木o湊性和它們的高度光方向
61性。這樣的光源包括由美國加利福尼亞州新光商事(Novalux) (RTM)株式會(huì)社生產(chǎn)的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。這樣的光源可以作為單個(gè) 激光或者激光陣列提供，盡管每一個(gè)光源可以用于通過使用衍射光學(xué)元件用來產(chǎn)生多個(gè)光束。光束可以通過多模光纖，因?yàn)槿绻麑τ谠诰o湊全息裝置中使用來說相干性太高，這樣可以減小相干階數(shù)，而不導(dǎo)致不需要的偽像，例如激光散斑圖樣。激光光源陣列可以是一維或者二維的。
OLED材料
紅外發(fā)射OLED材料已經(jīng)公開。例如，Del Carlo等人已經(jīng)從基于茈二酰亞胺摻雜三-(8-羥基喹啉)鋁(peiylenediimide- doped tris(8-quinolinolato) aluminium )的OLED材料說明了電致發(fā)光 (electroluminescence),如《Applied Physics Letters》第88巻，071117 (2006) 所報(bào)道的那樣。說明了 805 nm波長的電致發(fā)光。Domercq等人在《Phys ChemB》第108巻，8647-8651 (2004)中報(bào)道了近紅外發(fā)射OLED材料。
OLED材料在透明基板上的制備已經(jīng)公開。例如，在US7，098，591號專利文件中，OLED材料在透明的氧化銦錫電極(indium tin oxide electrodes)上制備。電極在透明基板上制備，透明基板可以是硼硅酸鹽玻璃(borosilicate glass)。這些組件可以與具有透明基板的OLED裝置合成一體?？梢允褂蒙漕l磁控濺射(radio frequency magnetron sputtering)工具將氧化銦錫層濺射到基板上?？梢允褂冒趸熀脱趸a的氧化銦錫的耙(target)濺射。氧化銦錫層可以在可見范圍內(nèi)具有約85%的光透射。為了避免會(huì)降低OLED材料的性能的局部增強(qiáng)電場的產(chǎn)生，氧化銦錫可以是光滑的。均方根粗糙度(root mean square roughness)最好小于約2nm。一層或多層功能有機(jī)層可以沉積在圖樣化電極的表面。典型的有機(jī)層的厚度在2nm到200nm之間。為了形成有機(jī)層兩側(cè)的陽極和陰極，導(dǎo)電層可以設(shè)計(jì)到有機(jī)層上。裝置可以用玻璃層密封，以保護(hù)活性層受到環(huán)境的破壞。
制造過程概述
以下說明制造圖2所示的裝置的過程的概述，但本過程的許多變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
在制造圖2所示的裝置的過程中，選擇透明基板。這樣的基板可以是
剛性基板，例如約200pm厚的硼硅酸鹽玻璃薄板，或者可以是柔性基板，例如聚合物基板，例如聚碳酸酯、丙烯酸、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等基板。在玻璃上制備透明電極，正如前面章節(jié)所描述的那樣。紅外發(fā)射OLED材料沉積在玻璃上，在透明電極的相反側(cè)裝配電接點(diǎn)，正如前面章節(jié)所描述的，使得像素化的OLED紅外光發(fā)射是可能的。玻璃基板可以具有用于OLED像素材料的凹口?？梢詫R-OLED材料印在、噴涂在基板上，或者溶液化處理在基板上。然后將包覆層，也是電絕緣層，沉積在OLED像素層上。這樣的包覆層可以是無機(jī)絕緣層，例如二氧化硅、氮化硅，或者碳化硅，或者其可以是聚合層，例如環(huán)氧樹脂(epoxy)。對于無機(jī)絕緣層，可以通過噴涂或者化學(xué)氣相沉積來完成沉積，對于聚合層，可以通過印刷或者涂覆來完成沉積。包覆層，也是電絕緣層，可以具有幾微米的或者小于十微米的厚度。然后包覆層被OASLM的光敏層涂覆。光敏層在紅外光中敏感，在可見光中透明，并且可以具有幾微米的厚度。這樣的光學(xué)性質(zhì)可以通過吸收紅外光的染料提供。然后OASLM通過沉積液晶層完成，該液晶層容納在兩個(gè)導(dǎo)電層之間。液晶層可以配置成用于振幅調(diào)制或者用于相位調(diào)制，典型的液晶層具有幾微米的厚度。然后將紅外濾過層沉積在裝置上。這可以是其中具有紅外吸收顏料的聚合物膜的形式，或者可以是無機(jī)層，例如噴涂或者化學(xué)氣相沉積生成的其中具有紅外吸收成分的二氧化硅膜。
兩個(gè)OASLM裝置之間的層必須足夠厚，以確保存在于一個(gè)OASLM 中的電場不會(huì)影響其它OASLM的性能。紅外濾過層可以足夠厚以實(shí)現(xiàn)該目的。然而，如果紅外濾過層不夠厚，層的厚度可以這樣增加例如，通過使用光學(xué)膠粘劑將OASLM裝置粘接到一片足夠厚的玻璃上，或者通過沉積另外的光透明層，如前面描述的無機(jī)層或者聚合物層。然而OASLM 裝置必須不能離的很遠(yuǎn)而使光衍射效應(yīng)不利地導(dǎo)致像素串?dāng)_。例如，如果像素寬度是10微米，那么OASLM層最好相距小于100微米。配置一個(gè) OASLM中的LC層以執(zhí)行振幅調(diào)制；配置另一個(gè)OASLM中的LC層以執(zhí)行相位調(diào)制。
裝置的剩余部分可以用前面概述的對每一個(gè)OASLM和OLED層的方法制備?？蛇x擇地，裝置的剩余部分可以作為之后粘接到裝置第一部分上面的單獨(dú)的單元制備，例如使用例如存在于OASLM層之間以確保足夠間隔的玻璃層，其中存在于每一個(gè)OASLM中的電場不影響另一個(gè)OASLM 操作。裝置的剩余部分通過在裝置的第一部分上沉積另一種材料制備，這樣可以具有這樣的優(yōu)點(diǎn)將的第二個(gè)OLED層的像素與第一個(gè)OLED層的像素精確對齊很方便。
作為對鄰近OASLM且具有足夠厚度的分隔層的替代，還可以使用涂覆導(dǎo)電透明電極，例如氧化銦錫的薄分隔層。該電極起到兩個(gè)液晶層的共有電極的作用。此外，作為導(dǎo)電電極，其是等勢面。因此，其屏蔽了電場并且阻止電場從一個(gè)OASLM向其它OASLM泄漏。
可以通過上述步驟或者相似步驟構(gòu)建的裝置結(jié)構(gòu)的例子在圖9中給出。在使用中，用來自面909的充分相干可見光輻射照明圖9中的裝置結(jié) 構(gòu)910，使得在點(diǎn)911處距裝置一定距離的觀察者可以觀看三維圖像，該觀察者未在圖中表示，該距離相對于裝置成比例。裝置中從90到卯8的層不必相互成比例。層90是基板層，例如玻璃層。層91是OLED底板層，其提供電力到OLEDs，并且其可以是完全或者部分透明的。層92是紅外發(fā)射OLEDs陣列。層93是用于至少部分紅外光準(zhǔn)直的布拉格濾過器全息元件。在一些實(shí)施方式中層93可以省略。層94是電絕緣層。層95是 OASLM光傳感器和電極層。層96是用于可見光束的振幅調(diào)制的液晶層。層97是分隔層，特別是薄的分隔層。層98是透明電極層。層99是線性偏振器層。層卯0是透射可見光但阻止來自O(shè)LED陣列92和906的紅外光的紅外濾過器層。層901是用于可見光束的相位調(diào)制的液晶層。層902 是分隔層，特別是薄的分隔層。層903是OASLM光傳感器和電極層。層 904是電絕緣層。層905是用于至少部分紅外光準(zhǔn)直的布拉格濾過器全息元件。在一些實(shí)施方式中，層905可以省略。層906是紅外發(fā)射OLEDs 陣列。層907是OLED底板層，其提供電力到OLEDs，且其可以是完全或部分透明的。層908是平面的覆蓋材料，例如玻璃。在制造中，可以通過以基板層90開始并且依次沉積每一層直到加上最后的層908來構(gòu)造裝置910。這樣的步驟具有有助于在高精度制造的情況下對齊結(jié)構(gòu)層的優(yōu)點(diǎn)。可選擇地，可以將層制成兩個(gè)或多個(gè)部分并以足夠的準(zhǔn)直度粘接在一起。
對于裝置的制造，非常重要的是將不需要的雙折射，例如不需要的應(yīng) 力雙折射，保持到最小。應(yīng)力雙折射引起光的線性或圓形偏振態(tài)變成光的橢圓形偏振態(tài)。在具有理想的線性或圓形偏振態(tài)的裝置中出現(xiàn)光的橢圓形偏振態(tài)將減小對比度和色彩保真度，并且將因此降低裝置的性能。
實(shí)施方式
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是對于上述實(shí)施例中的OASLMs來說，需要在可見光范圍內(nèi)透明但在紅外光中吸收的光敏層。在可選擇的實(shí) 施方式中，光敏層可以是圖樣化的以具有透射可見光，如紅、綠和藍(lán)光束的透明間隙(gaps),以及對來自O(shè)LEDs的光敏感的非透明區(qū)。在這樣的情況下，光敏材料不需要對可見光透明。此外，寫光束不一定是紅外光。在一個(gè)實(shí)施方式中，寫光束可以由非基色顯示色，如黃光發(fā)射OLEDs產(chǎn) 生。因此兩個(gè)OASLMs之間的濾過器需要對黃色具有強(qiáng)吸收，以阻擋黃光，但出于生產(chǎn)功能光顯示器的目的，在其它光波長處依舊具有足夠的透射。在另一個(gè)實(shí)施方式中，寫光束可以由紫外放射OLEDs產(chǎn)生。因此兩個(gè)OASLMs之間的濾過器需要對紫外光具有強(qiáng)吸收，以阻擋紫外光，但出于生產(chǎn)功能光顯示器的目的，在其它可見光波長處依舊具有足夠的透射。紫外發(fā)射OLED材料由Qiu等人發(fā)表在《Applied Physics Letters》第 79期，2276 (2001)中以及Wong等人發(fā)表在《Org. Lett.》第7 (23)期，5131 (2005)中。此外，盡管強(qiáng)調(diào)了使用OLED材料，但使用其它發(fā)光二極管材料，或者其它顯示裝置技術(shù)例如表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示技術(shù)也是可以的。
盡管這里所公開的實(shí)施方式強(qiáng)調(diào)了空間光調(diào)制器中的振幅和相位的連續(xù)編碼，但對本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說應(yīng)當(dāng)理解的是振幅和相位的兩個(gè)不恒等的結(jié)合，即通過乘以任何實(shí)數(shù)，但不是任何復(fù)數(shù)(除實(shí)數(shù)以外)
而相等的非相關(guān)的兩個(gè)結(jié)合的連續(xù)加權(quán)編碼，原則上都可以用來編碼全息圖像素。原因在于，像素的可能的全息編碼的向量空間在向量空間意義上通過振幅和相位的任意兩個(gè)不恒等的結(jié)合，即任何通過乘以任何實(shí)數(shù)，但不是任何復(fù)數(shù)(除實(shí)數(shù)以外)而相等的非相關(guān)的兩個(gè)結(jié)合跨越。
這里的附圖中，所示的相對尺寸不一定成比例。
在不背離本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明不同的變更和替換對本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說將是顯而易見的，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不能被不適當(dāng)?shù)叵拗圃?這里所描述的實(shí)施例和實(shí)施方式中。
附錄I
技術(shù)簡介
以下章節(jié)作為用于實(shí)施本發(fā)明的一些系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的說明。在傳統(tǒng)全息術(shù)中，觀察者可以看到物體(可以是變化的景象)的全息
重建；然而他距全息圖的距離并不相關(guān)。在一個(gè)典型的光學(xué)排列中，重建發(fā)生在照明全息圖的光源的圖像平面上或者圖像平面附近，因此重建發(fā)生在全息圖的傅立葉平面上。因此，重建具有與重建的真實(shí)世界物體相同的遠(yuǎn)場光分布。
一個(gè)早期的系統(tǒng)(在WO 2004/044659和US 2006/0055994號專利文件中描述)確定了非常不同的排列，其中重建的物體根本不在全息圖的傅立葉平面上或者傅立葉平面附近。相反，虛擬觀察者窗口區(qū)在全息圖的傅立葉平面上；只有觀察者的眼睛在這個(gè)位置，才可以看到正確的重建。全息圖在LCD (或者其它類空間光調(diào)制器)上編碼和照明使得虛擬觀察者窗口成為全息圖的傅立葉變換(因此其是直接在眼睛上成像的傅立葉變換); 然后重建的物體是全息圖的菲涅耳變換，因?yàn)槠洳辉谕哥R的焦平面中。其卻通過近場光分布(用球形波前建模，與遠(yuǎn)場分布的平面波前相反)確定。
該重建可以出現(xiàn)在虛擬觀察者窗口 (其在前面描述過，在全息圖的傅立葉平面中)和LCD之間的任何地方或者甚至出現(xiàn)在LCD的背后作為虛擬物體。
該方法存在幾種結(jié)果。首先，全息視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們面對的基本限制是LCD(或者其它類光調(diào)制器)的像素間距。目標(biāo)是能夠用以合理的花
66費(fèi)購買的具有像素間距的LCDs實(shí)現(xiàn)大的全息重建。但在過去這是不可能的，原因如下。在傅立葉平面內(nèi)的鄰近衍射級之間的周期性間隔由XD// 給定，人是照明光的波長，D是全息面到傅立葉平面的距離，p是LCD的像素間距。但在傳統(tǒng)的全息顯示裝置中，重建物體在傅立葉平面內(nèi)。因此，重建物體必須保持小于周期性間隔；如果其較大，則其邊緣將從鄰近衍射級開始模糊重建。這導(dǎo)致非常小的重建物體-典型地只橫跨幾cm，即使對于昂貴的、專業(yè)的小間距顯示裝置也是如此。但是用本方法，虛擬觀察者窗口 (其在上面描述過，位于全息圖的傅立葉平面中)僅需要與眼睛瞳孔一樣大。結(jié)果，即使具有中等間距尺寸的LCDs也可以使用。并且由于重建物體能夠完全填滿虛擬觀察者窗口和全息圖之間平截頭，其實(shí)際上可以非常大，艮卩，比周期性間隔大很多。此外，使用OASLM時(shí)，就沒有像素化(pixelation)，因此沒有周期，這樣，保持虛擬觀察者窗口小于周期性間隔的限制就不再適用。
還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其在一個(gè)變型中展開。當(dāng)計(jì)算全息圖時(shí)，以人們對重建物體的知識開始-如，您可以具有賽車的3D圖像文件。該文件將描述從許多不同觀看位置中看到的物體是什么樣的。在傳統(tǒng)的全息術(shù)中，生成賽車的重建所需要的全息圖在計(jì)算密集型過程中從3D圖像文件直接得到。但是虛擬觀察者窗口的方法能提供不同的且計(jì)算更加有效的技術(shù)。以重建物體的一個(gè)平面開始，我們可以計(jì)算虛擬觀察者窗口，因?yàn)槠涫俏矬w 的菲涅耳變換。然后我們對所有物體平面執(zhí)行該方法，加和結(jié)果以產(chǎn)生累積的菲涅耳變換；這確定了跨越虛擬觀察者窗口的波場。然后我們計(jì)算全息圖作為該虛擬觀察者窗口的傅立葉變換。由于虛擬觀察者窗口包含物體的所有信息，所以僅單平面虛擬觀察者窗口必須變換成全息圖且不是多平面物體。如果從虛擬觀察者窗口到全息面沒有單變換步驟，但有像迭代傅立葉變換運(yùn)算法則這樣的迭代變換，這是非常有利的。每一個(gè)迭代步驟僅包含虛擬觀察者窗口的單傅立葉變換而不是每個(gè)物體平面一個(gè)，結(jié)果是計(jì) 算強(qiáng)度明顯減少。
虛擬觀察者窗口的方法的另一個(gè)有趣的結(jié)果是所有重建特定物點(diǎn)所需要的信息包含在全息圖的相對小的部分中；這與傳統(tǒng)全息圖截然不同，傳統(tǒng)全息圖中重建特定物點(diǎn)的信息跨越整個(gè)全息圖分布。由于我們需要將信息編碼到全息圖的充分小的部分，意味著我們需要處理和編碼的信息總量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)全息圖。這進(jìn)而意味著傳統(tǒng)計(jì)算裝置(例如價(jià)格和性能適用
于批量上市銷售的裝置的傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理器(DSP))甚至可以用于
實(shí)時(shí)視頻全息術(shù)。
然而，存在一些不需要的結(jié)果。首先，距全息圖的觀看距離很重要-
全息圖以這樣的方式編碼和照明僅當(dāng)眼睛處在全息圖的傅立葉平面時(shí)才能看到最佳重建；而在標(biāo)準(zhǔn)的全息圖中，觀看距離并不重要。但是，有多種技術(shù)用于減小Z靈敏度或者圍繞減小Z靈敏度的設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中，全息重建的Z靈敏度通常不是極端的。
還有，由于以這樣的方式編碼和照明全息圖僅在精確且小的觀看位
置(即精確地確定Z，如上所述，而不確定X和Y坐標(biāo))可以看到最佳全息重建，所以需要眼睛追蹤。由于具有Z靈敏度，因此存在多種用于減小X、 Y靈敏度或者圍繞減小X、 Y靈敏度的設(shè)計(jì)的技術(shù)。例如，由于像素間距(將隨著LCD制造業(yè)的進(jìn)步)減小，虛擬觀察者窗口尺寸將增大。此外，更加有效的編碼技術(shù)(像開諾式編碼(Kinoform encoding))有助于將周期性間隔的更大部分作為虛擬觀察者窗口使用，因此增加了虛擬觀察者窗口。
上文所述假設(shè)我們正處理傅立葉全息圖。虛擬觀察者窗口在全息圖的傅立葉平面內(nèi)，即，在光源的圖像平面內(nèi)。作為優(yōu)勢，未衍射光在所謂的 DC點(diǎn)(DC-spot)聚焦。該技術(shù)還可以用于虛擬觀察者窗口不在光源的圖像平面內(nèi)的菲涅耳全息圖。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，未衍射的光作為干擾背景是不可見的。需要注意的另一點(diǎn)是術(shù)語變換應(yīng)當(dāng)解釋為包括與描述光傳播的變換相等或近似的任何數(shù)學(xué)或計(jì)算技術(shù)。變換僅僅只是物理過程的逼近，通過麥克斯韋波動(dòng)方程更加精確地定義；菲涅耳和傅立葉變換是二階逼近，但具有這樣的優(yōu)點(diǎn)(a)由于它們是與微分相對的代數(shù)，可以以計(jì) 算有效方法的方式處理它們，(b)它們可以在光學(xué)系統(tǒng)中精確實(shí)施。
進(jìn)一步的詳細(xì)介紹在美國專利申請US 2006-0138711和US2006-0139710以及US 2006-0250671中給出，這些內(nèi)容在這里以參考引用的方式結(jié)合于此。Appendix II 附錄II本發(fā)明所使用的術(shù)語匯編計(jì)算機(jī)生成全息圖計(jì)算機(jī)生成全息圖CGH是從場景計(jì)算的全息圖。CGH可以包含表示重建場景所需要的代表光波的振幅和相位的復(fù)值數(shù)。例如CGH可以通過相干光追蹤來計(jì)算、通過場景和參考波之間的干涉的模擬來計(jì)算，或者通過傅立葉變換或菲涅耳變換來計(jì)算。編碼編碼是向空間光調(diào)制器(例如，其構(gòu)成單元，或者連續(xù)的SLM，如 OASLM的鄰近區(qū))提供視頻全息圖的控制值的程序。通常，全息圖包含表示振幅和相位的復(fù)值數(shù)。編碼區(qū)編碼區(qū)是視頻全息圖的典型的空間限制區(qū)，該區(qū)編碼單個(gè)場景點(diǎn)的全息圖信息?？臻g限制可以由突然的截?cái)嗷蛘哂赏ㄟ^虛擬觀察者窗口到視頻全息圖的傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的平穩(wěn)過渡來實(shí)現(xiàn)。傅立葉變換傅立葉變換用于計(jì)算在光調(diào)制器的遠(yuǎn)場中的光傳播。波前由平面波描述。傅立葉平面傅立葉平面包含空間光調(diào)制器上的光分布的傅立葉變換。沒有任何聚焦透鏡，傅立葉平面無限大。如果聚焦透鏡在光程中接近空間光調(diào)制器，則傅立葉平面等于包含光源圖像的平面。菲涅爾變換69菲涅爾變換用于計(jì)算空間光調(diào)制器的近場中的光傳播。波前由球形波描述。光波的相位因子包含二次依賴于橫向坐標(biāo)的項(xiàng)。平截頭虛擬平截頭在虛擬觀察者窗口和SLM之間重建，且在SLM后面延伸。場景在該平截頭中重建。重建的場景的尺寸被該平截頭限制，而不是被 SLM的周期性間隔限制。成像光學(xué)器件成像光學(xué)器件是一個(gè)或多個(gè)用來形成光源的圖像的光學(xué)組件，例如透鏡、透鏡狀陣列，或者微透鏡陣列。在這里參考沒有成像光學(xué)有機(jī)的情況，即意味著在構(gòu)建全息重建過程中，沒有用成像光學(xué)器件在處在傅立葉平面和這里所描述的一個(gè)或兩個(gè)SLMs之間的平面形成一個(gè)或兩個(gè)SLMs的圖像。光系統(tǒng)光系統(tǒng)可以包括像激光這樣的相干光源或者像LED這樣的部分相干光源。部分相干光源的時(shí)間和空間的相干必須足以有助于良好的場景重建，S卩，光譜線寬和發(fā)射表面的橫向擴(kuò)張必須足夠小。虛擬觀察者窗口 (vow)虛擬觀察者窗口是在觀察者平面中的虛擬窗口，通過其能看到重建的3D物體。VOW是全息圖的傅立葉變換并且位于一個(gè)周期性間隔中以避免可見物體的多重重建。VOW的尺寸必須至少是眼睛瞳孔的尺寸。如果至少一個(gè)VOW位于具有觀察者追蹤系統(tǒng)的觀察者眼睛的位置，VOW可以遠(yuǎn)小于觀察者移動(dòng)的橫向范圍。這有助于使用具有適中分辨率、因此周期性間隔小的SLM?？梢詫OW設(shè)想成鎖眼，通過其可以看到3D物體，要么每只眼睛一個(gè)VOW，要么兩只眼睛一個(gè)VOW。周期性間隔如果CGH在由單獨(dú)可尋址單元組成的SLM中顯示，則抽樣CGH。該抽樣導(dǎo)致衍射圖樣的周期性重復(fù)。周期性間隔是^D/p， ^是波場，D是全息圖到傅立葉平面的距離，p是SLM單元的間距。然而OASLMs不具有抽樣，因此沒有衍射圖樣的周期性重復(fù)；重復(fù)實(shí)際被有效抑制。重建用全息圖編碼的照明的空間光調(diào)制器重建原始光分布。該光分布用于計(jì)算全息圖。理想地，觀察者將不會(huì)從原始光分布中分辨出重建光分布。在大多數(shù)全息顯示裝置中重建場景的光分布。但是在我們的顯示裝置中，在虛擬觀察者窗口中重建光分布。場景要重建的場景是真實(shí)的或者是計(jì)算機(jī)生成的三維光分布。作為特殊的例子，其還可以是二維光分布。場景可以構(gòu)成排列在空間中的不同的固定的或移動(dòng)的物體?？臻g光調(diào)制器(SLM)SLM用來調(diào)制入射光的波前。理想的SLM將能夠表示任意復(fù)合值數(shù) 值，即分別控制光波的振幅和相位。然而，傳統(tǒng)的SLM僅控制一個(gè)性質(zhì)，要么是振幅、要么是相位，而且還有還影響另一個(gè)性質(zhì)的不需要的副作用。
權(quán)利要求
1、一種全息顯示裝置，其包含在2D光源陣列的光源、2D透鏡陣列的透鏡、SLM以及分束器，在該裝置中，每個(gè)透鏡有m個(gè)光源，且該光源是m對一的對應(yīng)于透鏡，分束器將離開SLM的光線分成兩束，一束照明用于m只左眼的虛擬觀察者窗口，另一束照明用于m只右眼的虛擬觀察者窗口。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息顯示裝置，其特征在于，每一個(gè)透鏡有一個(gè)光源，且該光源是一對一的對應(yīng)于透鏡，即，m=l。
3、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于， 2D-編碼同時(shí)在水平和垂直方向提供全息重建。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的全息顯示裝置，其特征在于，2D-編碼不產(chǎn)生散光。
5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的全息顯示裝置，其特征在于，2D-編碼可以具有垂直和水平聚焦以及垂直或水平移動(dòng)視差。
6、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器是棱鏡陣列。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器是垂直棱鏡的1D陣列。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器棱鏡陣列整合到SLM中或直接在SLM上，作為折射、衍射或者全息棱鏡陣列。
9、根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器是另一個(gè)透鏡陣列。
10、根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器是阻隔掩模。
11、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器在SLM后面。
12、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器在SLM前面。
13、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，每一個(gè)光源通過其相關(guān)聯(lián)的透鏡向觀察者平面成像。
14、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，對于特定的觀察者，光源陣列的間距和透鏡陣列的間距使得所有光源圖像在觀察者平面即包含兩個(gè)VOWs的平面中重疊。
15、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，存在附加場透鏡。
16、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，為了提供充分的空間相干，透鏡陣列的間距與典型的亞全息圖的大小相似。
17、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，光源為小光源，或者為點(diǎn)光源。
18、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，透鏡陣列是折射的、衍射的或者全息的。
19、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，用于左眼和右眼的全息圖逐列交替。
20、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，為了適應(yīng)立體圖縮減，分束器的間距與SLM的間距相同，或者是其整數(shù) 倍，或者分束器的間距與SLM的間距略微不同，或者略微不同于SLM間距的整數(shù)倍。
21、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，分束器是衍射光學(xué)元件。
22、根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，實(shí)施光源追蹤。
23、根據(jù)權(quán)利要求6-8中的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的全息顯示裝置，其特征在于，棱鏡陣列在VOWL的位置產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值并且在VOWR的位置產(chǎn)生另一個(gè)強(qiáng)度包絡(luò)正弦平方函數(shù)最大值。
24、根據(jù)權(quán)利要求6-8和23中的任意一項(xiàng)所述的全息顯示裝置，其特征在于，VOW的高度小于或者等于與在SLM處衍射相關(guān)的垂直周期性間隔，且VOW的寬度小于或等于與在分束器處衍射相關(guān)的水平周期性間隔。
25、一種生成全息重建的方法，包含使用權(quán)利要求1到24中的任意一項(xiàng)所述的顯示裝置的步驟。
全文摘要
一種包含2D光源陣列中的光源(L51、L52……)、2D透鏡陣列中的透鏡(L1、L2……)、空間光調(diào)制器(SLM)和分束器的全息顯示裝置，在該裝置中，每個(gè)透鏡有m個(gè)光源，且該光源是m對一地對應(yīng)于透鏡，分束器將離開SLM的光線分成兩束，一束照明用于m只左眼的虛擬觀察者窗口(VOWL)，另一束照明用于m只右眼的虛擬觀察者窗口(VOWR)。在一個(gè)例子中，m＝1。優(yōu)點(diǎn)是2D編碼具有垂直和水平聚焦以及垂直和水平移動(dòng)視差。
文檔編號G03H1/02GK101568889SQ200780047940
公開日2009年10月28日申請日期2007年10月26日優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者拉爾夫·郝斯勒申請人:視瑞爾技術(shù)公司

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