專利名稱：制造全息純色顯示器的方法和系統(tǒng)的制作方法
(下面六個(gè)共同未決的專利申請(qǐng)都轉(zhuǎn)讓給同一受讓人，它們分別是序列號(hào)為09／344，536的“涉及可逆全息記錄介質(zhì)的系統(tǒng)和方法”、序列號(hào)為09／344，595的“使用動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)的系統(tǒng)和方法”、序列號(hào)為09／337，033“制造全息純色顯示器的方法和系統(tǒng)”、序列號(hào)為09／344，594的“基于PLZT全息顯示的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴送受話器的方法和系統(tǒng)”、序列號(hào)為09／344，591的“用PLZT進(jìn)行背光和散射的方法和系統(tǒng)”以及序列號(hào)為09／340，324的“使用PLZT設(shè)備進(jìn)行光學(xué)波導(dǎo)信號(hào)控制和監(jiān)視的系統(tǒng)和方法”。上面的六個(gè)專利申請(qǐng)都與1998年10月29日遞交的序列號(hào)為09／182，075的“使用普通投影設(shè)備的35mm幻燈投影屏”有關(guān)，因此該申請(qǐng)被引入上述六個(gè)專利申請(qǐng)中作為參考。)顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力，目前受到由使用白光技術(shù)的傳統(tǒng)記錄全息圖得到的靜態(tài)圖像的限制。本發(fā)明提供一種制造動(dòng)態(tài)全息純色顯示器的方法。它基于新型PLZT記錄材料。該P(yáng)LZT全息材料為用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛組合物，它提供純色全息顯示。PLZT材料用作能提高顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像能力的非記憶性陶瓷顯示材料。
全息圖是由全息照相產(chǎn)生的三維圖像記錄，全息照相是一種把光干涉圖案顯像到介質(zhì)例如全息膠片上從而產(chǎn)生全息圖的方法。全息圖包括保存在介質(zhì)例如全息膠片中的光干涉圖案。當(dāng)全息圖被適當(dāng)?shù)卣丈鋾r(shí)，可產(chǎn)生隨觀察者改變觀察角度而變化的圖像。
如上所述，本發(fā)明基于新型PLZT記錄材料，它是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛組合物，是本專利申請(qǐng)的基礎(chǔ)。該P(yáng)LZT材料用作非記憶性陶瓷顯示材料，能提高顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力。
關(guān)于顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力，目前受到由使用白光技術(shù)的傳統(tǒng)記錄全息圖得到的靜態(tài)圖像的限制。該圖像在使用三個(gè)不同激光波長(zhǎng)的三工器(triplex)中記錄而生成全息圖，并能隨后用這些或其它波長(zhǎng)進(jìn)行重放。一般地，記錄激光器必須有相當(dāng)高的功率，由于成本、維護(hù)、尺寸或設(shè)備等原因?qū)τ谥胤挪粚?shí)用。因而，重放經(jīng)常采用與記錄時(shí)不同的激光器和波長(zhǎng)。因此，假定記錄介質(zhì)是理想的，沒(méi)有乳膠膨脹，由于波長(zhǎng)偏差引起的像差，即使靜態(tài)圖像也不是完美的表像。
為補(bǔ)償波長(zhǎng)偏差，記錄的幾何圖形有時(shí)在記錄時(shí)偏離一點(diǎn)，以把光柵參數(shù)調(diào)整到對(duì)重放波長(zhǎng)最佳的位置。這可導(dǎo)致增加另一些像差。而且，對(duì)于光柵還有可能使三色相互干涉，因?yàn)閷?duì)于多個(gè)波長(zhǎng)而言局部暴露使材料超出了其線性記錄區(qū)域。這可導(dǎo)致圖像各部分產(chǎn)生種種像差、散射、湮色或產(chǎn)生其它問(wèn)題。
因而對(duì)于動(dòng)態(tài)圖像，除了提供能瞄準(zhǔn)商業(yè)或消費(fèi)者市場(chǎng)的純色外別無(wú)選擇?？焖亠@示技術(shù)還必須能產(chǎn)生與必須提供的刷新一樣快的連續(xù)幀。用來(lái)根據(jù)信息產(chǎn)生深度的傳統(tǒng)光線跟蹤技術(shù)是很強(qiáng)的。因而，如果必須高速產(chǎn)生圖像，就缺少好的顯示技術(shù)和較高的能力來(lái)足夠快地處理圖像以顯示它們。本發(fā)明通過(guò)使用PLZT陶瓷顯示材料解決了這些問(wèn)題。
在這，討論和分辨相關(guān)技術(shù)對(duì)于本發(fā)明是有幫助的。對(duì)本領(lǐng)域的檢索找出以下專利參考文獻(xiàn)。仔細(xì)查看這些專利，容易把本發(fā)明同更早一些的技術(shù)分辨出。
美國(guó)專利5198920，描述SLM而不是全息顯示。此處沒(méi)有使用任何用于純色顯示器(常規(guī)的或相反)的東西。
美國(guó)專利5457356，是平板屏顯示器和方法(只有二維)。它根本就不是全息照相。它們使用常規(guī)材料，而本發(fā)明使用PLZT。并且，用的顏色方法是摻雜磷，這與本發(fā)明完全不同。
美國(guó)專利5424605，它是平板屏陰極射線管(CRT)顯示器并且不是全息照相。不涉及PLZT材料。顏色由磷激發(fā)，這與本發(fā)明完全不一樣。
美國(guó)專利5225821，它是有源矩陣平板屏顯示器而不是全息照相。該方法采用LCD，而沒(méi)有采用本發(fā)明所用的PLZT材料。
專利4158201，它涉及到PLZT平板屏二維顯示器。本申請(qǐng)是三維的且是全息照相。該專利沒(méi)有提到、暗示或教導(dǎo)顯示純色。僅有的參考價(jià)值是它對(duì)PLZT材料的使用。
美國(guó)專利4467325，該專利描述平板屏二維顯示器而不是三維全息照相顯示器。其材料不包括PLZT。另外，沒(méi)提到純色的顯現(xiàn)。
美國(guó)專利5660738，該參考文獻(xiàn)根本不涉及到本申請(qǐng)。該參考文獻(xiàn)不涉及二維或三維顯示。它用于IC制作而不是顯示技術(shù)。
美國(guó)專利4720706，該專利涉及二維平板屏而不是三維全息照相。其顯現(xiàn)純色的方法很不一樣。它使用光柵發(fā)射并混合多種波長(zhǎng)。而本申請(qǐng)使用PLZT基片和CGH網(wǎng)順序地顯示純色。
如在前面所參考的共同未決的名為“使用普通投影設(shè)備的35mm幻燈投影板”的專利申請(qǐng)中所描述的那樣，這種新型PLZT無(wú)機(jī)記錄材料是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛材料，是本申請(qǐng)的基礎(chǔ)，是一種壓電／光陶瓷材料?，F(xiàn)在，描述這種PLZT陶瓷材料的組成和性質(zhì)對(duì)理解本發(fā)明是有幫助的。
PLZT可用以下兩種方法制造。一種情況是用混合的氧化物(MO)而另一種情況是化學(xué)制造(CP)。本申請(qǐng)使用混合氧化物方法制造PLZT?；旌涎趸?MO)通過(guò)濕式混合鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鋯氧化物(ZrO2)和鈦氧化物(TiO2)的粉末，然后把該混合物烘干并鍛燒(高溫固體狀態(tài)化學(xué)反應(yīng))，接著研磨把顆粒尺寸減小到所需大小來(lái)制造。隨后對(duì)毛坯冷壓成形，接著可用熱壓從毛坯形成平板(wafer)。然后把由此制造的平板切割并磨光用作液體顯示器的顯示屏。磨光后的平板直徑可最大達(dá)到15cm，厚度從0．5mm到最大幾毫米。它具有均勻的顯微結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸控制在大約2-15μm。晶粒尺寸是重要的，因?yàn)樗档蛯?duì)如何關(guān)閉控制電場(chǎng)的限制，并因而限制像素大小。
雖然優(yōu)選鑭氧化物，應(yīng)該指出本發(fā)明不必局限于鑭氧化物。相反，鑭氧化物可用元素周期表中鑭系的其它元素的氧化物替代。這些元素包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力，目前受到由使用白光技術(shù)的傳統(tǒng)記錄全息圖得到的靜態(tài)圖像的限制。該圖像在使用三個(gè)不同激光波長(zhǎng)的三工器中記錄而生成全息圖，并能隨后用這些或其它波長(zhǎng)進(jìn)行重放。一般地，記錄激光必須有相當(dāng)高的功率，由于成本、維護(hù)、尺寸或設(shè)備等原因?qū)τ谥胤挪粚?shí)用。因而，重放經(jīng)常采用與記錄時(shí)不同的激光器和波長(zhǎng)。因此，假定記錄介質(zhì)是理想的，沒(méi)有乳膠膨脹，由于波長(zhǎng)偏差引起的像差，即使靜態(tài)圖像也不是完美的表像。
本發(fā)明基于新型PLZT記錄材料，PLZT是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛組合物，是本申請(qǐng)的基礎(chǔ)。在本發(fā)明中，PLZT材料用作非記憶性陶瓷顯示材料，能提高顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力。


圖1是示意示出把PLZT記錄介質(zhì)用作非記憶性陶瓷顯示材料的方法的流程圖，該材料提高顯示真實(shí)純色紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力。
圖2示出陶瓷PLZT平板的“前視圖”。
圖3示出陶瓷PLZT平板的“后視圖”。
圖4為放大視圖，示出對(duì)應(yīng)于所施加的成極電場(chǎng)，單個(gè)材料顆粒中指針軸(index axis)的定向。
圖5為陶瓷PLZT顯示器的前視圖，示出使用多個(gè)紅、綠、藍(lán)(R、G、B)相聯(lián)(coherent)光源的三色重放。
使用非記憶性PLZT陶瓷顯示材料，有可能把動(dòng)態(tài)圖像播放到顯示屏上?？赏ㄟ^(guò)調(diào)制電極的設(shè)計(jì)或通過(guò)光柵把圖像寫(xiě)到顯示屏上而把顯示屏分成多個(gè)像素。在任意給定時(shí)間，有計(jì)算機(jī)生成全息圖(CGH)的幀或兩個(gè)相鄰幀的重疊。重放光束應(yīng)在幀完成時(shí)選通以避免重疊，除非后續(xù)的幀在圖像再現(xiàn)意義上非常相似?？蓪?duì)幀之間存在相似性進(jìn)行開(kāi)發(fā)以用于某些應(yīng)用中。
這里，如果首先定義一些貫穿于本發(fā)明討論中的纖維光學(xué)術(shù)語(yǔ)，對(duì)于描述本發(fā)明是有幫助的。
PLZT用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛材料，是一種壓電／光陶瓷材料?，F(xiàn)在描述這種PLZT陶瓷材料的組成和性質(zhì)對(duì)理解本發(fā)明是有幫助的。
糾正指在投影或構(gòu)造光學(xué)圖像時(shí)除去像差或圖像缺陷的過(guò)程。
選通指初始化并協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)通道的時(shí)間信號(hào)，通過(guò)是通過(guò)輸入／輸出(I／O)設(shè)備界面如鍵盤(pán)或打印機(jī)進(jìn)行。
部分CGH在顯示三維圖像時(shí)使用的術(shù)語(yǔ)，三維圖像通過(guò)顯示三維圖像連續(xù)深度的層來(lái)顯示，一次一層。
傅里葉區(qū)域顯示一種顯示技術(shù)，其中圖像設(shè)備實(shí)際上包含所需圖像區(qū)域的光學(xué)傅里葉變換以及把它轉(zhuǎn)化成所需立體圖像的輔助鏡片。
纖維光柵指用紫外光照射纖維時(shí)產(chǎn)生的，折射率沿纖維長(zhǎng)度的周期性變化。
RGB紅、綠、藍(lán)的字首組合詞。它是描述顏色的一種模式，是通過(guò)發(fā)射光來(lái)產(chǎn)生顏色(如在視頻監(jiān)視器上)，而不是通過(guò)吸收來(lái)產(chǎn)生(如紙上的墨)。眼睛中的三種視錐細(xì)胞分別對(duì)應(yīng)紅、綠和藍(lán)光。因此，可以通過(guò)混合這些可加原色的百分率得到任何所需顏色的顯示。
刷新顯示器重復(fù)數(shù)據(jù)的顯示或存儲(chǔ)以使它免于衰減或消失。
光線跟蹤在計(jì)算機(jī)圖形中的一種顯現(xiàn)三維物體的常規(guī)強(qiáng)化技術(shù)，它通過(guò)引入顏色和陰影的變化來(lái)進(jìn)行，陰影由投射到物體上的特定光線來(lái)產(chǎn)生。為生成光線跟蹤圖形，設(shè)計(jì)者從規(guī)定光源和光源強(qiáng)度著手。
顯現(xiàn)指在圖形中把輪廓圖轉(zhuǎn)換成完整的三維圖像。
本發(fā)明生成顏色重放的方法如下所述。用于三種(或更多)顏色的幀順序?qū)懭耄来斡眠m當(dāng)?shù)念伾x通，然后開(kāi)始用于下幅圖像的顏色分離幀。每個(gè)幀都是計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)以生成用特定顏色顯現(xiàn)的圖像，并用適當(dāng)?shù)摹凹m正”對(duì)該幀以實(shí)際重放波長(zhǎng)生成圖像。通過(guò)連續(xù)掃描對(duì)應(yīng)于給定深度的部分的由計(jì)算機(jī)生成的全息照片而獲得深度。
然后可采用各種設(shè)計(jì)選擇，例如，為每種顏色連續(xù)掃描所有深度，或者在給定深度用顏色交錯(cuò)掃描并顯示所有顏色。為實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)圖像生成，可用輔助鏡片從傅里葉區(qū)域顯示形成圖像，從而使所有的圖像操作可在傅里葉空間進(jìn)行。對(duì)于顏色顯示，由于一幅圖像至少需要3個(gè)幀，并且必須在60+Hz范圍或以更高的刷新速率生成幀以避免視覺(jué)問(wèn)題，能夠快速生成每個(gè)幀是很關(guān)鍵的。
為了對(duì)三維物體成像，幀可以用三維快速傅里葉變換(FFT)進(jìn)行操作，計(jì)算機(jī)對(duì)此非常適合。借助該技術(shù)可以提高高速生成深度信息的能力。還指出，通過(guò)用空間頻率而不是用深度進(jìn)行掃描，也可用其它的掃描方式。
圖1的流程圖描述使用PLZT陶瓷顯示介質(zhì)的方法。
可以看出，本方法在100開(kāi)始，然后在101用非記憶性PLZT顯示介質(zhì)來(lái)顯示純色，把動(dòng)態(tài)圖像播放到顯示屏上。在102，通過(guò)調(diào)制電極的設(shè)計(jì)或用光柵把圖像寫(xiě)到顯示屏上而把顯示屏分成多個(gè)像素。接著本方法要求生成計(jì)算機(jī)生成的全息照片幀或兩個(gè)相鄰幀的重疊。在103提出問(wèn)題用戶是否希望生成顏色重放 如答案是否定的，本方法就轉(zhuǎn)到圖1的110結(jié)束。
如果對(duì)104的回答是肯定的，本方法繼續(xù)進(jìn)行到圖1的105。用于三種顏色的幀順序?qū)懭?，依次用適當(dāng)?shù)念伾x通，然后開(kāi)始用于下幅圖像的顏色分離幀。每個(gè)幀都是計(jì)算機(jī)生成的全息圖，以在107生成用特定顏色顯現(xiàn)的圖像。在108進(jìn)行適當(dāng)?shù)募m正，并且對(duì)該幀以實(shí)際重放波長(zhǎng)生成圖像。在109可采用各種設(shè)計(jì)選擇，例如，為每種顏色連續(xù)掃描所有深度或者在給定深度用顏色交錯(cuò)掃描，然后顯示所有顏色。然后本方法在110結(jié)束。
如圖1所示，描述了為全息純色顯示而使用PLZT陶瓷顯示介質(zhì)的方法的流程圖和概要。
圖2示出陶瓷PLZT平板200的“前視圖”，在光電導(dǎo)層203上有透明銦錫氧化物(ITO)電極201。還示出另一電極204。圖3示出平板300的“后視圖”，具有透明ITO電極301和另一電極302。
圖4示出平板陶瓷材料400，并示出401的放大視圖402，在403中示出對(duì)應(yīng)于所施加的成極電場(chǎng)，單個(gè)材料顆粒中的指針軸的定向。
圖5為陶瓷PLZT顯示器的前視圖，示出使用多個(gè)紅505、綠506、藍(lán)507(R、G、B)相聯(lián)光源的三色重放。圖5示出陶瓷PLZT平板500的“前視圖”，在光電導(dǎo)層503上具有透明銦錫氧化物(ITO)電極501。還示出另一電極504。
權(quán)利要求
1．一種基于計(jì)算機(jī)的全息純色圖像顯示系統(tǒng)，其中包括用作非記憶性陶瓷顯示器的永久性全息記錄介質(zhì)裝置；把所述圖像制成動(dòng)態(tài)的裝置；以及一種裝置，通過(guò)該裝置所述全息記錄介質(zhì)提供純色紅、綠、藍(lán)(RGB)圖像顯示。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述全息記錄介質(zhì)基于PLZT。
3．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述PLZT全息記錄介質(zhì)提供動(dòng)態(tài)、快速、刷新的所述純色(RGB)圖像顯示。
4．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，對(duì)所述PLZT顯示介質(zhì)的使用有利于把動(dòng)態(tài)圖像播放到所述介質(zhì)上。
5．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，用于三種或更多顏色的幀順序?qū)懭耄来斡眠m當(dāng)?shù)念伾x通，然后開(kāi)始用于下幅圖像的顏色分離幀，其中每個(gè)幀都是生成用特定顏色顯現(xiàn)的圖像并對(duì)該幀以實(shí)際重放波長(zhǎng)生成圖像的計(jì)算機(jī)生成的全息圖。
6．如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)連續(xù)掃描對(duì)應(yīng)于給定深度的部分的計(jì)算機(jī)生成的全息圖而得到深度。
7．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)對(duì)每種顏色連續(xù)掃描所有深度以用顏色交織，并在給定深度顯示所有顏色，可以采用多種設(shè)計(jì)選擇。
8．如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，用輔助鏡片獲得快速動(dòng)態(tài)圖像生成，用來(lái)從傅里葉區(qū)域顯示形成圖像，并且所有的圖像操作可在傅里葉空間進(jìn)行。
9．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述PLZT全息介質(zhì)由包括鉛、鑭、鋯和鈦的金屬氧化物的混合物得到。
10．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述金屬氧化物是鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鈦氧化物(TiO2)和鋯氧化物(ZrO2)。
11．如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，鑭氧化物可用元素周期表中“鑭系”的任何其它元素的氧化物替代，這些元素包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
12．一種使用動(dòng)態(tài)全息純色顯示器的方法，其中包括以下步驟提供用作非記憶性陶瓷顯示器的永久性全息記錄介質(zhì)裝置；提供把所述圖像制作成動(dòng)態(tài)的裝置；以及用所述全息記錄介質(zhì)生成純色紅、綠、藍(lán)(RGB)圖像顯示器。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中還包括以下步驟把PLZT用作所述記錄介質(zhì)。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其中還包括以下步驟用所述PLZT全息記錄介質(zhì)提供動(dòng)態(tài)、快速、刷新的并且為所述純色(RGB)的圖像顯示。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其中還包括以下步驟使用所述PLZT顯示介質(zhì)，有利于把動(dòng)態(tài)圖像播放到所述記錄介質(zhì)上。
16．如權(quán)利要求14所述的方法，其中還包括以下步驟把用于三種或更多顏色的幀順序?qū)懭耄⒁来斡眠m當(dāng)?shù)念伾x通；開(kāi)始用于下幅圖像的顏色分離幀；提供的每個(gè)幀都是計(jì)算機(jī)生成的全息圖，并是用特定顏色顯現(xiàn)的圖像；以及對(duì)該幀以實(shí)際重放波長(zhǎng)生成所述圖像。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括以下步驟通過(guò)連續(xù)掃描對(duì)應(yīng)于所述給定深度的部分的計(jì)算機(jī)生成的全息照片而獲得給定深度。
18．如權(quán)利要求17所述的方法，其中還包括以下步驟對(duì)每個(gè)顏色連續(xù)掃描所有深度以用顏色交織，并在給定深度顯示所有顏色，從而作出設(shè)計(jì)選擇。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其中還包括以下步驟使用輔助鏡片獲得快速動(dòng)態(tài)圖像生成，把它用于從傅里葉區(qū)域顯示制作圖像，并且所有的圖像操作都在傅里葉空間進(jìn)行。
20．如權(quán)利要求13所述的方法，其中還包括以下步驟從包括鉛、鑭、鋯和鈦的金屬氧化物的混合物得到所述PLZT全息介質(zhì)。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其中還包括以下步驟所述金屬氧化物是鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鈦氧化物(TiO2)和鋯氧化物(ZrO2)。
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其中還包括以下步驟鑭氧化物可用元素周期表中“鑭系”的任何其它元素的氧化物替代，這些元素包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
全文摘要
本發(fā)明基于一種新型PLZT記錄材料,PLZT是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛組合物。在本發(fā)明中,PLZT材料用作非記憶性陶瓷顯示材料,能提高顯示真實(shí)純色:紅、綠、藍(lán)(RGB)三維全息圖像的能力。
文檔編號(hào)G03H1/26GK1281210SQ0011860
公開(kāi)日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者德尼斯·J·克卡斯, 喬恩·A·赫勞克 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司