用于全息或立体显示器的光束发散和多种准直器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有照明装置、放大单元（VE）和光调制器（SLM）的全息显示器，其中，照明装置包括至少一个光源和光准直单元（LCU），光准直单元（LCU）设计成使其准直至少一个光源的光，并产生由光源发射的具有平面波可指定角度谱的光的光波场，从光的传播方向看去，放大单元（VE）设置在光准直单元（LCU）的下游，其中，放大单元（VE）包括透射体积全息图（VH），设计并设置该透射放大体积全息图，使得由于光波场与体积全息图（VH）的透射相互作用，实现光波场的失真扩展，从光传播方向上看，光调制器（SLM）设置在失真放大单元（VE）的上游或下游。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于全息或立体显示器的光束发散和多种准直器本专利技术涉及具有照明装置、放大单元和光调制器的全息显示器。该全息显示器用于显示二维和/或三维图像信息。在实现具有大屏幕尺寸的全息显示器时，存在两个主要问题-如果大面积光调制器，例如具有24”对角线尺寸的光调制器，用于编码全息图，则必须使用足够的相干光均匀照射该光调制器的大面积。-相反地，如果小的光调制器与投射布置进行组合，若其具有相同的24”屏幕尺寸，并且如果使用常规光学装置，例如透镜和反射镜，则该装置将深于lm。可以使用尽可能平坦的大的照明装置解决第一个问题。只有使用不同于常规光学装置以外的其他装置放大照明装置和/或光调制器，才可以解决第二个问题。例如，在W02006/119760A2号专利文献中公开了一种全息投射显示器。在该文献中，具有小表面和高分辨率的光调制器借助于透镜和反射镜的布置以放大方式成像到作为屏幕的透镜或凹透镜上，并且在屏幕和位于屏幕的傅里叶平面内的视窗之间延伸的空间内重建，其中全息图在该光调制器上编码。鉴于全息图在屏幕上的放大成像，该布置具有重建空间也得到放大的优势，因而与常规全息布置相比，可以重建更大的物体。然而，随之而来的缺陷是，该光学布置体积大，在轴向方向上特别长，因此，由于其深度大，很难用于全息桌面显示。在US2007/252956A号专利文献公开的一种投射显示器中，通过相对较小的照明装置照射小的光调制器，并且借助轴外设置的全息反射镜元件将其以放大方式投射至屏幕上。该布置的优势在于，由于倾斜的光学路径，整个系统的轴向尺寸得以缩短。然而，该布置仍然体积过大，不能作为全息桌面显示使用。W02002/082168A号专利文献公开了一种结合一维和二维光栅用于光偏转的平面投射显示器。通过杆状光栅在一个方向上导向视频投射仪的虚像，之后通过板状光栅在垂直于第一方向的第二方向上导向。在一个实施例中，光栅由玻片制成，玻片与显不器表面呈45°成层状连接，每个玻片在与入射方向呈直角的方向上对光进行偏转。然而，光调制器的图像因此增加而非放大，在法向方向上观察板状光栅表面的观察者看到一个二维布置及相同的调制器图像。即使利用该设置，也不能实现实际放大光调制器的编码表面的全息投射显不O在W02002/31405A号专利文献中，例如由光调制器发射的具有矩形横截面的准直光束在两个垂直方向上扩展，由于其以小角度落在不像反射镜一样反射的一维表面上并且落在不同于反射镜依次反射的二维表面上。通过平坦“掠过(grazing)”的入射实现二维扩展，并且表面具有这样的质地，即，它们将光束反射至所需的方向，在这种情况下是垂直于入射的方向。这借助二维衍射光栅或全息表面光栅实现。在该布置中，的确放大了入射光波场的横截面积，但并没有提到光束被衍射光栅反射时的限定的振幅和相位调制，然而，所述这在三维场景的全息重建中是必需的。因此，本专利技术的目的在于提供一种具有照明装置的全息显示器，其具有尽可能大的面积同时具有尽可能小的深度，并且仅包含最低限度数量的主光源。本专利技术的另一目的在于，将尽可能小的全息编码光调制器放大到足够大的尺寸，而不显著增加布置的深度。在任一情况下，由照明装置发射的平面波的角度谱及其相干性将满足物体的全息或混合全息及立体呈现的要求。根据本专利技术通过权利要求1所述的特征实现这些目的。其他优选实施例和本专利技术的外延在从属权利要求中限定。根据本专利技术的全息显示器包括照明装置、放大单元和光调制器。该照明装置包括至少一个光源和光准直单元。该光准直单元设计成使其校准由至少一个光源发射的光并产生由光源发射的具有平面波可指定角度谱的光的光波场。从光的传播方向上看去，放大单元设置在光准直单元的下游。放大单元包括透射体积全息图，设计并设置该透射体积全息图，使得由于光波场与体积全息图(VH)的透射相互作用，可以实现光波场的失真扩展。这里，优选可以在全息或立体或自动立体显示器中为其自身使用各个光准直单元和放大单元。根据本专利技术，光准直单元和放大单元可以提供扩展的校准光波场用于这样的显示器，之后作为准直和放大模块。在本专利技术范围内，失真扩展具体地意味着在不提供中间光学图像的情况下光束扩展或入射光束或光波场的放大。从光传播方向上看去，用于编码全息信息的光调制器可以设置在失真放大单元的上游或下游。来自光准直单元的光波场可以可指定的入射角到达体积全息图，该入射角不应小于70°。此处，入射角涉及体积全息图的表面法线，并且将体积全息图前后的光学媒介的折射率差异考虑其中。选择体积全息图的厚度，使得光波场示出波矢量的角度分布，并且在至少一个方向上，光波场的波矢量的角度分布的最大偏离不超过1/20°。波矢量描述光波场的波传播方向。在光调制器上两个限定点之间的放大光波场的光束的光学路径长度的差值将不超过以给定的光的相干长度在光调制器的编码表面上的给定值。这意味着穿过光调制器给定子区域的两个任意光束之间的光学路径长度的差值将足够小，使这些光束仍然能够产生干涉，光调制器的给定子区域例如可以对应于子全息图。在W02006/066919A1号专利文献中给出子全息图的定义。在此情况下，确保使用由此限定的所使用的光的干涉长度，在基于专利文献W02006/066919A1的显示中仍然可能存在建设性或破坏性的干涉，由此，可以使用显示器向观察者全息地呈现三维场景。放大单元可以包括设置在光传播方向上更下游的另一体积全息图，放大单元的体积全息图设计并设置得使光可以向两个不同方向偏转，从光传播的方向上看，光调制器设置在另一体积全息图的上游或下游。根据该实施例，第一体积全息图用于在第一方向上扩展或放大由光准直单元校准的光波场。设置在第一体积全息图下游的另一(或第二)体积全息图，用于在第二方向上扩展或放大已经通过第一体积全息图在第一方向上放大的光波场。从而，例如，优选地，可以仅有一个主光源实质上均匀地照射大的面积或区域，其中放大单元优选地占用非常小的空间。可以将两个体积全息图设置为，在两个实质上垂直的方向上，S卩，在每个方向上有不同的放大因数，使用限定的平面波的角度谱失真地扩展光波场。使用的体积全息图优选为离轴体积全息图，其中，物体光束和参考光束不在同一轴上。激光、激光二极管、LED或OLED可以作为光源。可以通过光束组合器将多光源的辐射或光组合并且注入普通光纤。如果仅使用单个光源，则可以将其光线通过光纤导入光准直单元。用于产生准直光波场的主准直透镜可以设置在光离开光纤的出射点的下游。例如，该准直光波场可以用于照射立体显示器。另外，主准直透镜可以在光传播方向上跟随有体积全息图形式的角度过滤器，选择其厚度，使光波场示出波矢量的角度分布，并且在至少一个方向上光波场的波矢量的角度分布的最大偏离不超过例如1/20°的可指定值。这使得以下情形成为可能，即，将在至少一个方向上的平面波的角度谱限制为已经在光准直单元内的可指定角度范围，并且在仅考虑所需的光束扩展或光束偏离效果的情况下，限定设置在光准直单元下游的体积全息图的厚度。准直光波场可以照射光准直单元的第一微透镜阵列。散射装置可以设置在第一微透镜阵列的焦平面上，光从该装置传播至紧处于散射装置下游的第一孔径光阑，其中第一孔径光阑的孔可以具有不对称的横向范围，以产生与各自横向范围相关的具有可指定相干性质的光波场的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.06 DE 102010031024.7;2010.10.29 DE 10201001.具有照明装置、放大单元(VE)和光调制器(SLM)的全息显示器，其特征在于，照明装置包括至少一个光源和光准直单元(IXU)，光准直单元(IXU)设计成使其准直至少一个光源的光，并产生由光源发射的具有平面波可指定角度谱的光的光波场，从光的传播方向看去，放大单元(VE)设置在光准直单元(IXU)的下游，其中，放大单元(VE)包括透射体积全息图(VH)，设计并设置该透射放大体积全息图，使得由于光波场与体积全息图(VH)的透射相互作用，实现光波场的失真扩展，从光传播方向上看，光调制器(SLM)设置在失真放大单元(VE)的上游或下游。2.根据权利要求1所述的全息显示器，其特征在于，来自光准直单元(LCU)的光波场以可指定的入射角到达体积全息图(VH)，该入射角不小于70°。3.根据权利要求1或2所述的全息显示器，其特征在于，选择体积全息图的厚度，使光波场包括波矢量的角度分布，并在至少一个方向上，光波场的波矢量的角度分布的最大偏离不过超过1/20°的值。4.根据权利要求1至3中的一项所述的全息显示器，其特征在于，在光调制器的两个限定点之间的放大的光波场(sWF)的光束的光路径长度z U，y)的差值不超过以给定的光的相干长度光调制器(SLM)的编码表面上的给定值。5.根据权利要求1所述的全息显示器，其特征在于，放大单元(VE)包括另一个体积全息图(VH2)，从光传播方向上看，其位于体积全息图(VHl)的下游，设计并设置放大单元(VE)的体积全息图(VH1，VH2 )，使光向两个不同的方向偏转，其中，从光传播方向上看，光调制器(SLM)设置在该另一体积全息图(VH2)的上游或下游。6.根据权利要求5所述的全息显不器,其特征在于,光准直单兀(LCU)在光传播方向上接着两个体积全息图(VH1， VH2)，使得其在两个实质上垂直的方向上将具有平面波的限定角度谱的光波场失真扩展。7.根据权利要求5或6所述的全息显示器，其特征在于，体积全息图(VH)为离轴体积全息图。8.根据权利要求1所述的全息显示器，其特征在于，光源包括激光器、激光器二极管、LED 或 OLED。9.根据权利要求1至8中的一项所述的全息显示器，其特征在于，提供光束组合器用于将至少一个光源的光组合到普通光纤(OF)中。10.根据权利要求1至9中的一项所述的全息显示器，其特征在于，光准直单元(IXU)包括主准直透镜(PCL)。11.根据权利要求1至10中的一项所述的全息显示器，其特征在于，主准直透镜(pCL)在光传播方向上跟随有体积全息图(VH)形式的角度过滤器，选择其厚度使得光波场包括波矢量的角度分布，并且在至少一个方向上，光波场的波矢量的角度分布的最大偏离不超过1/20。的值。12.根据权利要求10所述的全息显示器，其特征在于，光准直单元(LCU)包括由准直的光波场照射的第一微透镜阵列(fMLA)。13.根据权利要求12所述的全息显示器，其特征在于，散射装置(sPS)设置在第一微透镜阵列(fMLA)的焦平面上，光从该处传播至紧处在其下游的第一孔径光阑(AS)。14.根据权利要求13所述的全息显示器，其特征在于，第一孔径光阑(AS)的孔具有不对称的横向范围，用于产生与各自横向范围相关的具有可指定相干性质的光波场的平面波的角度谱。15.根据权利要求14所述的全息显示器，其特征在于，设置光准直单元(IXU)的第一孔径光阑(AS)的孔尺寸，使得光波场的相干性质在两个不同的方向上不同，在一个方向上辐射是不相干的，而在另一方向上是充分相干的。16.根据权利要求13所述的全息显示器，其特征在于，第二微透镜阵列(cMLA)设置在光传播方向上第一孔径光阑(AS)的下游，使得第一孔径光阑的孔与第二微透镜阵列(cMLA)的相应微透镜的后焦点重合。17.根据权利要求16所述的全息显示器，其特征在于，另外两个孔径光阑(AS1，AS2)设置在第一空间光阑(AS)和第二微透镜阵列(cMLA)之间。18.根据权利要求16所述的全息显示器，其特征在于，第二微透镜阵列(cMLA)产生具有平面波的角度谱的分割的光波场，通过该分割的光波场，直接或在光波场横向放大之后照射承载全息编码的随后的光调制器(SLM)。19.根据权利要求1至18中的一项所述的全息显示器，其特征在于，光调制器(SLM)为透射、反射或半透射型，和/或设计照明装置尺寸，使得其实质上均匀地照射光调制器(SLM)的有效区域。20.根据权利要求1至 19中的一项所述的全息显示器，其特征在于，光准直单元(IXU)的至少一个参数是可变的，用于在至少一个体积全息图(VH)下游产生光波场的平面波的可指定角度谱。21.根据权利要求1至20中的一项所述的全息显示器，其特征在于，为了观察显示器的观察者设计至少一个体积全息图(VH)使其压缩辐射或衍射级的干扰部分。22.根据权利要求5所述的全息显示器，其特征在于，将体积全息图(VH1，VH2)的其中一个设计为除了作为放大元件的发挥作用外，还具有物镜的功能。23.根据权利要求1所述的全息显示器，其特征在于，光准直单元(IXU)具有线性结构，其中，线具有至少两个可以相互独立开关的光源(LS)，并且在出射处具有至少两个准直折射透镜(CL)，并且这些线沿随后设置的二维放大单元(VE)的边缘并排设置，使得它们照射后者的整个表面。24.根据权利要求23所述的全息显示器，其特征在于，提供楔形光波导装置(LE)用于照射包括体积光栅(VG)的二维放大单元(VE)，其中，体积光栅(VG)附接至实质上垂直于其光入射表面的楔形光波导装置(LE)的侧面，并且用于放大由光准直单元(LCU)发射的分割的平面波场，并且将其引导至设置在更下游的光调制器(SLM)的表面。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德·菲特雷尔，
申请(专利权)人：视瑞尔技术公司，
类型：
国别省市：