用于场景全息再现的投射装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于场景全息再现的装置和方法，利用光调制器（８）、具有至少两个投射装置（４，５，９）的投射系统（３）、以及生成充分相干光以便为在光调制器（８）上编码的全息图（２）照明的照明系统（１）。设置上述至少一个投射装置（４，５），使得第一投射装置（４）以放大的方式将光调制器（８）投射到第二投射装置（５）。第二投射装置（５）用于将光调制器（８）的空间频谱的平面（１０）投射到包含至少一个观测窗（１５）的观察者平面（６）。观测窗（１５）与空间频谱的一个衍射级对应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于场景全息再现的投射装置，上述装置包含空间光调制 器，具有至少两个投射装置的投射系统，以及具有至少一个生成充分相干光为光调制器上编码的全息图照明的光源的照明系统。本专利技术还涉及场景 全息再现的方法。
技术介绍
公知的3D显示器或3D投射装置及方法通常在立体效果上具有优势， 产生立体影像的光在平面上反射或由平面发出。但是，全息技术中全息图 反射或发出的光在场景的目标点干涉，从此处自然传播。全息再现表现目 标替换。反之，具有非移动(静止)或移动特性的立体图不表现目标替换。 立体应用中有两个平面图像， 一个用于左眼， 一个用于右眼，上述图像对 应各个眼睛的位置。三维效果由两个图像的视差生成。公知的与立体视觉 相伴的问题，例如疲劳、眼睛疼和头疼不会在全息图中发生，因为观看全 息再现场景和自然场景的原理没有差别。在全息技术中，静态和动态方法之间产生总体上的区别。静态全息技 术中，全息媒介主要用于信息存储。因此，载有目标信息的光束使参考光 束分层，记录摄影介质上的干涉图样。利用与参考光束相同或类似的光束 再现上述静态目标信息。但是，因为上述再现的理想的空间特性，所以例 如娱乐业或医药和军事装备制造商长久以来对利用动态全息技术实时表 现移动场景感兴趣。大多数实例中使用所谓微显示器，就像他们也用于投 射装置。微显示器例如是LCoS (liquid crystal on silicon,硅上液晶)，透 射的LCD或MEMS (micro electro-mechanical systems,微电子机械系统)。 由于它们的像素间距，也就是两个相邻像素中心的距离，比其他显示器小很多，所以实现了相对较大的衍射角。公知的采用微显示器的全息方法的 主要缺点在于再现或再现场景的大小实质上由微显示器的大小限制。微显 示器和类似的光调制器的大小为几英寸，虽然间距相对较小，但其具有衍射角还是很小，所以不能用双眼观看再现。例如仅5"m的极小间距造成 500nm (绿-蓝)的入射波长A形成O.lrad的衍射角。在50cm的观察者距 离产生5cm的横向尺寸，从而不可能用双眼观看场景。对于动态全息图、典型地计算机生成的全息图的三维表现全息再现装 置包括，基于例如TFT， LCoS， MEMS， DMD (digital micro-mirror device, 数字微镜技术)，OASLM (optically addressed spatial light modulator,光寻 址空间光调帝ij器)，EASLM (electronically addressed spatial light modulator, 电寻址空间光调制器)，FLCD (ferro-electric liquid crystal display,铁电液 晶显示器)技术的透射型或反射型光调制器。上述光调制器可以是一维或 二维的设计。采用反射型光调制器的原因是与透射型显示器相比，其制造 成本相对较低，用于高照明效率的大填充因数(fill factor),转换延迟短， 吸收产生的光损失很小。但是，必须忍受较小的空间尺寸。公开号为WO03/060612的专利公开了一种分辨率为12 u m的反射型 LC显示器，其全息图的实时色彩再现的反射比达到90%。利用一个或多 个LED通过场透镜(fieldlens)的准直光进行再现。利用该分辨率，可以在 大约lm的距离观察约3cm宽的区域，不足以同时用双眼、也就是以三维 方式观看再现的场景。此外，显示器尺寸小，仅使相当小的目标能够再现。公开号为WO02/005503的专利公开了采用DMD芯片进行全息再现的 全息3D投射装置。但即使光调制器的分辨率大、反射系数高、转换延迟 小，由于与WO03/060612专利所述相同的原因，上述装置也只能再现小 尺寸的场景，并且只能在很小的区域观看。另外，还在于再现空间由光调 制器和可见区的尺寸确定。此外，DMD芯片因为其有限的相干，仅部分 适合全息目标。公开号为WO00/75699的专利公开了一种利用子全息图再现视频全息 图的全息显示器。该方法也被称为拼砌(tiling)。将甚高速电可寻址空间光调制器(EASLM)中编码的子全息图持续投射到介质(intermediate)平面。该 过程执行得很快，使得观察者将所有子全息图的再现感受成整个3D目标 的单独再现。通过特别设计的照明和投射系统将子全息图排列于介质平面 的矩阵结构中，例如包括受控与EASLM同步的、仅使对应的子全息图通 过的、特别是屏蔽不用的衍射级的光阀。但是，其对用于再现子全息图的 SLM的动态特性要求很高，平板型设计也难以实现。上述解决方法普遍具有以下主要缺陷。再现的空间范围由用于全息再 现的光调制器的小尺寸限制。WOOO/75699所述的拼砌方法允许再现较大 的场景，但其需要较深的显示装置。由于使用的像素数目增加，用于全息 图生成的计算负载和数据传输率的要求巨大，使得实时再现很困难。采用 连续拼砌方法时，如从WOOO/75699中所知道的，对使用的SLM的动态 特性要很高。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供用于二维和三维场景全息再现的投射装 置，其避开上述现有技术的解决方案表现出的问题，在大的再现空间中再 现和表现任何尺寸的场景，从而可以利用少量的光学元件以简便、便宜的 方式高质量地再现大的移动场景。利用场景全息再现的投射装置达到上述目的，在该装置中，由充分相 干光照射并载有编码的全息图的光调制器，能以光学放大的方式投射。根据本专利技术，投射装置除包含光调制器和发出充分相干光的照明装置 外，最好还包含含有第一和第二投射装置的投射系统。光调制器是小的空 间光调制器，这就是为什么以下将其称为微SLM。放大微SLM并通过第 一投射装置将其投射到第二投射装置，通过第二投射装置将微SLM的空 间频谱(傅立叶谱)投射到观测窗。观测窗因而是全息图的傅立叶平面采用 的衍射级的投射。为了使第一投射装置能够将整个微SLM投射到第二投 射装置，第一投射装置必须覆盖需要的衍射级的所有分布。这通过在第一 投射装置的平面中聚焦微SLM调制的光完成，其中生成空间频谱。为此， 可以利用在从波传播的方向看去的微SLM的后方会聚的波照明微SLM。因而空间频谱的平面包括微SLM和第一投射装置的傅立叶平面。第二投 射装置和观测窗确定锥台状再现空间。向一个或多个观察者显示再现场 景，最好是再现的三维场景。再现空间继续到达第二投射装置后面的任何 范围。因此观察者可以通过大的再现空间中的观测窗观看再现的场景。在 本文件中，术语"充分相干光"表示能够为三维场景再现产生干涉的光。根据本专利技术的上述投射装置因而仅包括很少的用于全息再现的光学 元件。与公知的光学装置相比，对光学元件的质量要求很小。这确保了投 射装置是便宜、简单而紧凑的设计，其中可以使用小的光调制器，例如先 前在投射装置中使用的微SLM。微SLM的有限尺寸也限制了像素数目。 这极大地减少了计算全息图需要的时间，从而可以使用市售的计算机装 置。在本专利技术的较佳实施例中，可以将空间频率滤波器置于光调制器的空 间频谱平面中。在像素的微SLM中编码的一维或二维全息图产生傅立叶平面中的空 间频谱的周期性再现，其中像素以本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于场景全息再现的投射装置，其特征在于由充分相干光照射并载有编码的全息图（２）的光调制器（８）能以光学放大的方式投射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿明史威特纳，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]