空间光调制器制造技术

本文公开了一种硅上液晶空间光调制器，其包括光调制像素阵列和控制器。该阵列的每个光调制像素包括用于光调制的液晶。每个光调制像素与相应的触发器相关。控制器布置为接收图像的全息图。全息图包括多个全息图像素。每个全息图像素包括各自的n位全息图像素值。控制器进一步布置为根据全息图的相应全息图像素值驱动n光调制像素的相邻组的每个光调制像素。因此，在全息图和光调制像素之间存在一对n像素相关性。n光调制像素的每个相邻组的触发器串联连接以形成移位寄存器。在移位寄存器的操作期间，在至少n时钟周期的过程中，与n光调制像素的每个相邻组相关的n位全息图像素值被一次一位地提供给相邻组的每个光调制像素。次一位地提供给相邻组的每个光调制像素。次一位地提供给相邻组的每个光调制像素。

【技术实现步骤摘要】
空间光调制器


[0001]本公开涉及显示设备。具体而言，本公开涉及空间光调制器和相位调制器。更具体地，本公开涉及硅上液晶空间光调制器。本公开还涉及操作、驱动或控制空间光调制器的方法以及显示全息图的方法。本公开还涉及将光调制像素分配给全息图像素的方法以及在多个光调制像素比如硅上液晶空间光调制器的像素上显示全息图的方法。本公开还涉及根据波长来改变全息重建的尺寸并改变全息重建的分辨率的方法。本公开还涉及将第一颜色全息重建的尺寸与第二颜色全息重建的尺寸相匹配的方法。

技术介绍

[0002]从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或回放图像。
[0003]计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。例如，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
[0004]可以在布置为调制入射光的振幅和/或相位的空间光调制器上对计算机生成的全息图进行编码。可以使用电可寻址液晶或光学可寻址液晶来实现光调制。
[0005]空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个装置上是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射输出。
[0006]已知两种提供多色全息重建的方法：空间分离的颜色“SSC”和帧顺序的颜色“FSC”。这两种方法都与本公开兼容。
[0007]SSC的方法使用多个空间分离的光调制像素阵列—或者甚至多个不同的空间光调制器—来显示各自的多个全息图，每个与不同的单一颜色相关。多种单一颜色可以包括红色、绿色和蓝色。每个全息图产生相应的单色图像/全息再现。多个单色图像可以基本重合—例如，为了给出全色图像的外观。SSC方法的优点是图像可以非常明亮，因为所有三个全息重建可以同时形成。
[0008]FSC方法可以使用公共空间光调制器的所有像素来顺序显示三个单色全息图。单色重建足够快得循环进行(例如红色、绿色、蓝色、红色、绿色、蓝色等)，使得人类观察者从三个单色图像的整合中感知多色图像。FSC的优点是每种颜色都使用整个SLM。这意味着所产生的三个颜色图像的质量是最佳的，因为SLM的所有像素都用于每个颜色图像。
[0009]彩色全息投影仪的一个问题是衍射是全息过程的基础且衍射取决于波长。具体地，全息重建的大小取决于波长。在复合颜色方案中，这导致感知的复合颜色重建的质量降
低，因为存在两种失配：(1)单色全息重建的整体尺寸失配，以及(2)全息重建中图像像素位置之间的失配。专利技术人先前公开了一种解决这些失配的技术，包括对每个颜色通道使用不同长度的傅立叶路径—例如参见英国专利GB2547929。专利技术人先前还公开了另一种技术，用于使用显示设备的像素(本文称为“子像素”)组来表示每个全息图像素从而解决这些失配，其中每组的像素数量基于波长来选择—例如参见英国专利GB2569206。本公开基于后一种技术。

技术实现思路

[0010]本公开的各方面在所附独立权利要求中定义。
[0011]本文公开了一种硅上液晶空间光调制器，其包括光调制像素阵列和控制器。该阵列的每个光调制像素包括用于光调制的液晶。每个光调制像素与相应的触发器(flip
‑
flop)相关。控制器布置为接收图像的全息图。全息图包括多个全息图像素。每个全息图像素包括各自的n位全息图像素值。全息图像素值确定施加到光调制像素的液晶单元的电压。全息图像素值代表灰度级。灰度级是光调制值，比如在实施例中是作用于接收光的相位延迟或相位调制值，例如π/2。多个相位延迟值形成相位延迟分布或阵列。为了避免疑问，相位延迟分布代表全息图。简而言之，可以说相位延迟分布就是全息图。控制器进一步布置为根据全息图的相应全息图像素值驱动n光调制像素的相邻组的每个光调制像素。因此，在全息图和光调制像素之间存在一对n像素相关性。n光调制像素的每个相邻组的触发器串联连接以形成移位寄存器。在移位寄存器的操作期间，在至少n时钟周期的过程中，与n光调制像素的每个相邻组相关的n位全息图像素值被一次一位地提供给相邻组的每个光调制像素。例如，在2n时钟周期的过程中，或者在n时钟周期的另一整数倍上，n位全息图像素值可以被一次一位地提供给相邻组的光调制像素。
[0012]硅上液晶空间光调制器具有数字背板。控制器布置成接收全息图像素值的数字表示，并使用数字脉冲驱动液晶。每个数字脉冲可以与例如4或5V的电压相关。通过数字驱动每个像素，如本文公开，像素驱动器可以收缩，从而实现更小的像素。液晶驱动信号是使用移位寄存器分布在像素组中的位模式。每组像素(其中每个像素在本文被称为“子像素”)与用于显示的全息图的相应像素值相关。术语“子像素”用于反映每组子像素对应于用于显示的全息图的一个像素。实际上，液晶电压存储在子像素组之下—例如在对应于子像素组的硅背板的子区域中。
[0013]本文公开的方法减轻了与硅上液晶空间光调制器相关的波长相关衍射角。硅背板不是由单个可寻址像素构成，而是由小得多的子像素构成。子像素组可以通过编程进行分组，以创建“常规”像素，然后用于显示每个全息图像素值。子像素的分组可以由波长和期望的衍射角来确定。
[0014]每个光调制像素还可以与相应的一位内存相关。控制器可以布置为在移位寄存器操作之前为相邻组中的每个光调制像素提供相应n位全息图像素值的不同位。
[0015]在第一步骤，代表全息图像素值的n位数被提供给子像素组。每个子像素接收n位中的一个相应位。移位寄存器然后在所有子像素周围循环n位数中的位。在第一步骤，每组子像素可以同时接收它们的全息图像素值。值得注意的是，每个像素仅使用一位内存会显著影响尺寸，并有助于允许每个全息图像素的子像素的概念。在操作移位寄存器之前，可以
使用任何数量的不同电子配置以在适当的时间选择性地将位模式下载到每组子像素。
[0016]可以操作移位寄存器，使得每个光调制像素的液晶响应对应于相应n位全息图像素值的RMS电压。子像素由高速时钟足够快地驱动，使得液晶以本领域技术人员熟悉的方式响应RMS电压。在一些实施例中，移位寄存器的时钟以大于25KHz操作，比如大于50KHz。移位寄存器可以在序列中循环，直到根据任何预定的显示方案提供下一位模式。在一些实施例中，位模式可以提供零和至少3伏之间的任何电压，例如零和5伏之间。
[0017]n值可以取决于波长，并且控制器可以布置成基于与全息图相关的波长来选择n。n值可能随着波长而增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅上液晶空间光调制器，包括：光调制像素的阵列，每个光调制像素包括液晶，其中每个光调制像素与相应的触发器相关；控制器，其布置为：接收图像的全息图，其中全息图包括多个全息图像素，每个包括各自的n位全息图像素值；以及根据全息图的相应全息图像素值驱动n光调制像素的相邻组的每个光调制像素，使得在全息图和光调制像素之间存在一对n像素相关性，其中n光调制像素的每个相邻组的触发器串联连接以形成移位寄存器，使得在移位寄存器的操作期间，在至少n时钟周期的过程中，与n光调制像素的每个相邻组相关的n位全息图像素值被一次一位地提供给相邻组的每个光调制像素。2.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，每个光调制像素还与相应的一位内存相关，并且所述控制器布置为在移位寄存器的操作之前向相邻组的每个光调制像素提供相应n位全息图像素值的不同位。3.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，所述移位寄存器被操作成使得每个光调制像素的液晶响应对应于相应n位全息图像素值的RMS电压。4.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，n取决于波长，并且所述控制器布置成基于与全息图相关的波长来选择n。5.如权利要求4所述的硅上液晶空间光调制器，其中，n随波长增加。6.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，每个触发器包括第一输出“Q”和第二输出“Q
‑
bar”，其中第一输出与第二输出相反，并且所述控制器布置为使用触发器的第一输出驱动每个相邻组的每个光调制像素至少n时钟周期，然后使用触发器的第二输出驱动每个相邻组的每个光调制像素至少n时钟周期，以便实现帧反转。7.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，每个相邻组像素形成基本正方形阵列或基本矩形阵列。8.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，其中，所述移位寄存器的时钟以大于25KHz操作，比如大于50KHz。9.如权利要求1所述的硅上液晶空间光调制器，包括至少10000
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【专利技术属性】
技术研发人员：J克里斯马斯，
申请(专利权)人：杜尔利塔斯有限公司，
类型：发明
国别省市：