專利名稱：像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法和裝置的制作方法
像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法和裝置
本發(fā)明涉及一種考慮到重建過程中由像素形狀和像素透明度引起的 缺陷的像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法和裝置。
由DE 10 2004 063 838 Al號(hào)專利文件可知計(jì)算計(jì)算機(jī)生成視頻全息 圖的方法及相應(yīng)裝置，如

圖1所示，具有三維原目標(biāo)(original object) 1 的復(fù)數(shù)振幅值的目標(biāo)點(diǎn)被分配到平行虛擬目標(biāo)截面6、 7、 8的矩陣點(diǎn)2、 3、 4、 5,以便在給定矩陣的矩陣點(diǎn)中為每一個(gè)目標(biāo)截面6、 7、 8定義具有離 散振幅值的獨(dú)立目標(biāo)數(shù)據(jù)集，并且從目標(biāo)數(shù)據(jù)集中計(jì)算光調(diào)制器9的像素 矩陣的全息編碼。
對(duì)于處于距目標(biāo)截面6、 7、 8有限的距離D6、 D7、 D8并且與目標(biāo)截 面6、 7、 8平行的參考面10來說，波場(chǎng)的單獨(dú)二維分布形式的衍射圖由 每一個(gè)目標(biāo)截面6、 7、 8的每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算，對(duì)于位于參考面10 上、觀察者眼睛12附近的至少一個(gè)匯集虛擬觀察者窗口 11來說，計(jì)算出 所有目標(biāo)截面的波場(chǎng)，上述觀察者窗口 11的面積與全息圖13相比是減小 的。
為了定義虛擬觀察者窗口 11的匯集波場(chǎng)，將所有目標(biāo)截面6、 7、 8 的波場(chǎng)的經(jīng)計(jì)算的分布加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)集之內(nèi)。為了生成用于目標(biāo)1的普通 計(jì)算機(jī)生成全息圖13的全息數(shù)據(jù)集，將參考數(shù)據(jù)集變換成處于距參考面 10有限距離并且與參考面10平行、且與光調(diào)制器9的像素矩陣局部重合 的全息面14。
對(duì)于全息面14來說，還可以逐點(diǎn)計(jì)算要在單獨(dú)像素中實(shí)現(xiàn)的全息圖 的振幅和相位值。
典型地，具有m個(gè)像素行、每像素行n個(gè)像素的的編碼表面的二維光 調(diào)制器用來記錄計(jì)算機(jī)生成全息圖，其中像素不是點(diǎn)，但具有有限的范圍和特定的形狀以及一定的振幅透明度和相位透明度。
此外，當(dāng)描述光程的時(shí)候，通常的做法是使用與光調(diào)制器的編碼表面
相關(guān)聯(lián)的xyz坐標(biāo)系統(tǒng)，x通常指水平方向，y指垂直方向，z為垂直于編 碼表面的方向，其中，在編碼表面中，n個(gè)像素排列在x方向的像素行中 并且m個(gè)像素行排列在y方向。
由于制造過程，具有如圖2所示的編碼表面的光調(diào)制器要么是透射型 要么是反射型并且由或多或少被寬間隙分隔的具有有限范圍的像素矩陣 組成。就液晶調(diào)制器而言，編碼表面例如被薄電極網(wǎng)格交叉，網(wǎng)格表示以 直角交叉的電極矩陣，因此在電極間形成矩形區(qū)域，這就是相互間保持一 定距離(所謂的像素間距p)的所謂的像素。電極矩陣還被稱為象元間矩 陣(inter-pixel matrix)或間隙網(wǎng)格(gap grid)，由于其在像素間顯示出 間隙g。在電子控制器，尤其是具有技術(shù)編程裝置的計(jì)算機(jī)的幫助下電極 矩陣可以變換，以對(duì)它們的振幅以及/或者相位進(jìn)行像素編碼使得它們顯示 出一定的透明度或反射度。編碼后作為透射像素的像素讓入射波通過，而 編碼后作為反射像素的像素反射入射波。
編碼表面的常見類型之間的區(qū)別如圖2所示，圖2a是透射型光調(diào)制 器9的編碼表面的詳圖，圖2b是反射型光調(diào)制器9'的編碼表面的詳圖。 透射型光調(diào)制器9具有明顯低于100%的填充系數(shù)，而反射型光調(diào)制器9' 具有將近100%的填充系數(shù)，g卩，像素幾乎無縫相連。然而，實(shí)際上反射 型光調(diào)制器通常具有低于100%的填充系數(shù)。
公知技術(shù)的一個(gè)問題是全息圖的逐點(diǎn)計(jì)算及其在光調(diào)制器9， 9'上在 有限范圍的像素中的顯示引起摻雜，并且由觀察者觀察到的原目標(biāo)1的重 建表明了不精確的情況。
已經(jīng)存在的缺陷是由建立在全息圖的逐點(diǎn)計(jì)算與像素實(shí)際范圍之間 的沖突基礎(chǔ)上的、未被考慮的像素的實(shí)際范圍引起的。
同樣為人所知的是光調(diào)制器的矩形像素，給定統(tǒng)一的透明度或反射
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比，如果用相干光照射它們，在傅立葉平面上顯示出 ' 辛克函數(shù)(sine function)形式的振幅分布。
觀察者窗口 U平面以及全息面14中的復(fù)合光分布的計(jì)算僅對(duì)特定虛 擬網(wǎng)格的交叉點(diǎn)有效。如果復(fù)合分布在光調(diào)制器9， 9'中出現(xiàn)，就有例如 矩形形狀的像素以及顯示出恒定振幅透明度和/或相位透明度的像素。在真 實(shí)光調(diào)制器的像素中復(fù)合全息圖值的圖示算術(shù)地是在x和y方向表示像素 范圍的矩形函數(shù)的計(jì)算全息圖的巻積(convolution)，如圖2a所示。這個(gè) 數(shù)學(xué)上稱為巻積的過程，在全息圖13重建過程中在觀察者窗口 11的平面 上引起理想全息圖的傅立葉變換，理想全息圖逐點(diǎn)編碼，乘以像素函數(shù)的 傅立葉變換的辛克函數(shù)，如圖2所示，為矩形。有該缺陷的目標(biāo)l的重建 因此被觀察者感覺到。
給定觀察者窗口的尺寸作為參考面IO上的觀察者的可見區(qū)域，例如， 該尺寸可以是眼睛瞳孔的尺寸。
一個(gè)問題是，在特定觀察者窗口 11中的復(fù)合波前以及觀察者窗口 11 和全息面13之間體積內(nèi)的三維目標(biāo)1的重建在光調(diào)制器9， 9'中被有限像 素范圍的影響所摻雜。例如，由于辛克函數(shù)的乘法疊加，在零衍射級(jí)中重 建后，觀察者窗口 11中的波前的振幅分布朝向邊緣的分布要小于理想點(diǎn) 像素的情況下。
復(fù)數(shù)通?？梢圆恢苯訉懭牍庹{(diào)制器，但例如只有振幅值或者只有相位 值。在合適的編碼方法的幫助下，復(fù)數(shù)用寫入光調(diào)制器的鄰近像素的多個(gè) 振幅或相位值表示。
例如，在伯克哈特(Burckhardt)編碼的情況下，復(fù)數(shù)由三個(gè)振幅值 表示。更一般地說，>^*]\4的復(fù)數(shù)由3!^*]^的振幅值表示。
如果一個(gè)復(fù)數(shù)值寫入到光調(diào)制器的k像素中，僅寫入值的傅立葉變換 的第1/k部分與復(fù)數(shù)值的傅立葉變換相一致。
假定3N * M個(gè)伯克哈特變量的陣列，在傅立葉變換之后將有3N * M 個(gè)復(fù)數(shù)值，僅其1/3，即，1^1*]^個(gè)復(fù)數(shù)值與3]^*]\4復(fù)全息值的傅立葉變
換相一致。由于在全息面中掃描，在觀察者平面將有傅立葉變換的周期性持續(xù)。 這個(gè)重復(fù)區(qū)域的1/k部分可以用來作為虛擬觀察者窗口。
在具有k相位值的相位編碼的情況下，例如，在迭代優(yōu)化的情況下， 虛擬觀察者窗口例如可以選擇位于傅立葉平面的1/k區(qū)域。
在本編碼方法的情況下，真實(shí)光調(diào)制器的像素中的全息值的表示再次 對(duì)應(yīng)于具有代表光調(diào)制器的單個(gè)像素的尺寸和透明度的函數(shù)的編碼全息 圖的巻積，即使復(fù)數(shù)由多個(gè)像素表示。
在全息圖的重建中，在觀察者窗口，逐個(gè)目標(biāo)點(diǎn)編碼的理想全息圖的 傅立葉變換與像素形狀和透明度的傅立葉變換相乘，例如，與辛克函數(shù)相 乘。
因此再一次覺察到目標(biāo)的重建有缺陷。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種像素化光調(diào)制器上編碼計(jì)算機(jī)生 成全息圖的方法和裝置，上述方法和裝置能普遍消除由光調(diào)制器的真實(shí)像 素范圍引起的全息圖重建的摻雜。
本發(fā)明的目的由權(quán)利要求1和權(quán)利要求2的特征來解決。根據(jù)像素化 光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法，具有三維原目標(biāo)的復(fù)數(shù)振幅值 的目標(biāo)點(diǎn)被分配到平行虛擬目標(biāo)截面的矩陣點(diǎn)，使得對(duì)每一個(gè)目標(biāo)截面來 說，單獨(dú)的目標(biāo)數(shù)據(jù)集由矩陣點(diǎn)的離散振幅值定義，并且光調(diào)制器的像素 矩陣的全息編碼由目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算得到，
對(duì)處于距目標(biāo)截面有限距離并且與目標(biāo)截面平行的參考面來說，以波
場(chǎng)的單獨(dú)二維分布的形式由每一個(gè)目標(biāo)截面的每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算衍
射圖，為至少一個(gè)位于參考面上、在觀察者眼睛附近并且窗口區(qū)域相對(duì)于
全息圖是減小的匯集觀察者窗口計(jì)算所有目標(biāo)截面的波場(chǎng)，并且對(duì)觀察者
窗口的匯集波場(chǎng)的描述來說，所有用來窗口匯集波場(chǎng)的目標(biāo)截面的經(jīng)計(jì)算
的復(fù)合波場(chǎng)加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)集之內(nèi)，參考數(shù)據(jù)集變換成處于距參考面有限距 離并且與參考面平行且與光調(diào)制器的像素矩陣局部重合的全息面，用于目
標(biāo)的普通計(jì)算機(jī)生成全息圖的全息數(shù)據(jù)集的生成。 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征部分自目標(biāo)截面計(jì)算出的觀察者窗口中的波前，在被乘法運(yùn)算修正的波前 變換成全息面并且以全息圖的振幅分布以及相位分布的形式在光調(diào)制器 的像素中編碼之前，與像素形狀和像素透明度的逆變換相乘。本文件中的 逆變換理解為變換的倒數(shù)。
因此參考面和全息面之間的變換關(guān)系可以是傅立葉變換。
在這種情況下，辛克函數(shù)用作傅立葉變換用于具有矩形形狀和統(tǒng)一振 幅透明度和相位透明度的像素的乘法運(yùn)算。
在光調(diào)制器的各個(gè)編碼表面中不同于矩形形狀或其它透明度變化程 度的其它像素結(jié)構(gòu)或像素形狀的情況下，可以使用不同于辛克函數(shù)的變換 進(jìn)行乘法運(yùn)算。
該方法在像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的裝置中實(shí)現(xiàn)，裝 置包含具有處理單元的計(jì)算機(jī)和用于在觀察者窗口中存儲(chǔ)經(jīng)目標(biāo)截面計(jì) 算得到的波前的至少一個(gè)記憶單元以及管理器，以及與光調(diào)制器相連接并 且通過像素將計(jì)算出的全息圖的振幅和相位分布逐像素地寫入到光調(diào)制 器的編碼表面的輸出單元，根據(jù)權(quán)利要求的特征部分，處理單元
-包含用于存儲(chǔ)編碼表面中含有的像素的傅立葉變換的第二記憶單元
以及
-包含乘法運(yùn)算單元，該乘法運(yùn)算單元包含將由兩個(gè)記憶單元讀出并 因此而分配的數(shù)值相結(jié)合使得為觀察者窗口計(jì)算出的匯集波前與編碼表 面的傅立葉逆變換相乘的乘法運(yùn)算裝置。
第二記憶單元也可以用于包含在編碼表面像素的傅立葉逆變換的即 刻存儲(chǔ)，使得用于逆變換形成的裝置可以在乘法運(yùn)算單元中被省略。然而， 在逆變換被寫入第二記憶單元中以前，在處理單元中提供用于其形成的裝 置。
本發(fā)明將通過如下實(shí)施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)描述
圖1為表示用計(jì)算機(jī)30生成全息圖的三維目標(biāo)的重建的方法的示意
圖，圖2是光調(diào)制器中編碼表面細(xì)節(jié)的示意圖，即
圖2a所示為填充系數(shù)(fill factor)低于100%的透射型光調(diào)制器 (transmissive light modulator)， 以及
圖2b所示為填充系數(shù)約為100%的反射型光調(diào)制器(reflective light modulator)，
圖3為表示生成裝置的簡(jiǎn)化框圖，即經(jīng)改良的計(jì)算機(jī)生成全息圖的計(jì) 算和編碼，
圖4所示為應(yīng)用示例，具有任意相位的目標(biāo)函數(shù)的振幅，其坐標(biāo)在任 意單元中給出，
圖5所示為給定觀察者窗口中波前的理想振幅分布，上述分布基于具 有圖4所示的振幅和任意相位的目標(biāo)函數(shù)通過菲涅耳變換(Fresnel transformation (FrT))計(jì)算，
圖6所示為在全息圖中經(jīng)逐點(diǎn)計(jì)算得到的振幅分布，該分布用于在光 調(diào)制器中基于圖5所示的波前通過傅立葉變換(Fourier transformation (FT))編碼，
圖7是圖6中400到410范圍的放大圖，由于像素形狀，單獨(dú)的振幅 值不能用點(diǎn)表示，但振幅橫跨像素范圍分布，假定填充系數(shù)為100%，
圖8所示為在可見區(qū)從圖7所示全息圖中重建波前的實(shí)際振幅分布， 振幅分布通過傅立葉逆變換(Fourierbacktransformation)計(jì)算，其與真實(shí) 全息圖的重建相同，
圖9是圖8所示分布值與圖5所示相應(yīng)分布值的商的圖，圖中的曲線 與辛克函數(shù)(sine fbnction (sin x/x))的中心部分一致，
圖10所示為根據(jù)圖8，基于觀察者窗口中的實(shí)際波前的重建目標(biāo)，正 如由觀察者觀察得到的，
圖11所示為根據(jù)圖9得到的辛克函數(shù)的反函數(shù)，根據(jù)圖5，在其變換 成全息面之前，在觀察者窗口中與理想振幅分布相乘，
圖12所示為圖5的振幅分布與根據(jù)圖11的像素(辛克函數(shù)的反函數(shù)(1/sincfUnction))的逆傅立葉變換的乘法運(yùn)算的結(jié)果，
圖13所示為經(jīng)修正的全息圖的振幅分布，其表示根據(jù)圖12，經(jīng)修正 的波前的傅立葉變換到全息面的結(jié)果，
圖14所示為經(jīng)修正的全息圖的重建視圖，該視圖與原目標(biāo)一致并且 由觀察者在觀察者窗口觀察到，
圖15所示為當(dāng)使用伯克哈特編碼方法時(shí)，寫入光調(diào)制器的全息值變 換的描述和它們?cè)谔摂M觀察者平面中的周期性持續(xù)，
圖16a示意性表示具有正方形振幅透明度的像素的傅立葉變換的水平 截面的俯視圖，如同具有突出觀察者窗口的灰階視圖，
圖16b所示為具有矩形振幅透明度的像素的傅立葉變換的水平截面 圖，如同辛克函數(shù)的細(xì)節(jié)圖，其中觀察者窗口為伯克哈特編碼方法表示， 以及
圖17所示為伯克哈特編碼的各自矯正函數(shù)圖，如同圖16所示的函數(shù) 的右手邊三分之一部分函數(shù)的反函數(shù)。
根據(jù)像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法，具有三維原目 標(biāo)l的復(fù)合振幅值的目標(biāo)點(diǎn)被分配到平行虛擬目標(biāo)截面6、 7、 8的矩陣點(diǎn) 2、 3、 4、 5，如圖1所示，使得對(duì)每一個(gè)目標(biāo)截面6、 7、 8來說，單獨(dú)的 目標(biāo)數(shù)據(jù)集由矩陣的矩陣點(diǎn)中的離散振幅值定義，并且光調(diào)制器9的像素 矩陣的全息編碼由圖像數(shù)據(jù)集計(jì)算得到，
對(duì)處于距目標(biāo)截面6、 7、 8有限距離并且與目標(biāo)截面6、 7、 8平行的 參考面10來說，以波場(chǎng)的單獨(dú)二維分布的形式由每一個(gè)目標(biāo)截面6、 7、 8 的每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算衍射圖，為至少一個(gè)位于參考面10、在觀察者眼 睛12附近并且窗口區(qū)域相對(duì)于全息圖13是減小的匯集觀察者窗口 11計(jì) 算所有目標(biāo)截面的波場(chǎng)，并且對(duì)觀察者窗口 11的匯集波場(chǎng)的描述來說， 所有目標(biāo)截面6、 7、 8的波場(chǎng)的計(jì)算分布加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)集之內(nèi)，參考數(shù)據(jù) 集變換成處于距參考面10有限距離并且與參考面10平行且與光調(diào)制器9 的像素矩陣局部重合的全息面14，用于目標(biāo)1的普通計(jì)算機(jī)生成全息圖 13的全息數(shù)據(jù)集的生成。根據(jù)本發(fā)明，從目標(biāo)截面6、 7、 8計(jì)算得到的觀察者窗口 11中的波 前在波前被乘法運(yùn)算修正之前與像素形狀和像素透明度的逆變換相乘，變 換成全息面14并且以全息圖13的振幅分布以及/或者相位分布的形式在光 調(diào)制器9的像素中編碼。
可以指定對(duì)具有矩形像素和恒定振幅及相位透明度的光調(diào)制器9進(jìn)行 矯正。于是逆變換為辛克函數(shù)的反函數(shù)。然而，也可以對(duì)具有其它像素形 狀和像素透明度值的光調(diào)制器進(jìn)行矯正。如果是那樣的話，必須使用實(shí)際 像素形狀和透明度的相應(yīng)逆變換。
因此，在參考面IO和全息面14之間可以有除了上面提到的傅立葉變 換以外的變換關(guān)系。
圖3中以簡(jiǎn)化框圖的形式說明像素化光調(diào)制器9中編碼計(jì)算機(jī)生成全 息圖的裝置21，該裝置包含具有處理單元15的計(jì)算機(jī)和用于在觀察者窗 口 11中存儲(chǔ)經(jīng)目標(biāo)截面6、 7、 8計(jì)算得到的波前的至少一個(gè)記憶單元16 以及管理器17，以及與光調(diào)制器9相連接并且通過像素將計(jì)算出的全息圖 的振幅和相位分布逐像素地寫入到光調(diào)制器9的編碼表面的輸出單元18， 處理單元15
-包含用于存儲(chǔ)編碼表面中含有的像素的傅立葉變換的第二記憶單元 19以及
-包含乘法運(yùn)算單元20，該乘法運(yùn)算單元20包含將由管理器17從兩 個(gè)記憶單元16、 19讀出并因此而分配的數(shù)值相結(jié)合使得為觀察者窗口 11 計(jì)算出的波前與編碼表面的傅立葉逆變換相乘的乘法運(yùn)算裝置 (multiplicationmeans)(圖中未表示)。
第二記憶單元19也可以用于包含在編碼表面像素的傅立葉逆變換的 即刻存儲(chǔ)，使得用于傅立葉逆變換的形成的裝置可以在乘法運(yùn)算單元20 中被省略。然而，在傅立葉逆變換被寫入第二記憶單元19中以前，在處 理單元15中提供用于其形成的裝置。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法通過一維計(jì)算以每個(gè)復(fù)數(shù)值一個(gè)像素的編碼 的例子作為進(jìn)行模擬，如圖4-13所示圖4所示為恒定振幅和任意相位的一維目標(biāo)函數(shù)r的曲線。坐標(biāo)以任 意單位標(biāo)記。
圖5所示為給定觀察者窗口 11中波場(chǎng)的理想振幅分布，其基于上述
一維目標(biāo)函數(shù)l'，通過菲涅耳變換(FrT)計(jì)算。
圖6所示為光調(diào)制器平面中全息圖中的振幅分布，上述分布基于圖5 所示的波前通過傅立葉變換(FT)計(jì)算。
圖7是圖6的細(xì)節(jié)放大圖，該圖表示在光調(diào)制器上編碼全息圖以后， 由于像素形狀，單獨(dú)的振幅值不是點(diǎn)，但橫跨有限的像素范圍分布。該圖 表示實(shí)際編碼，假定填充系數(shù)為100%。
圖8所示為觀察者窗口 11中由圖7所示的編碼全息圖的傅立葉逆變 換產(chǎn)生的波前的實(shí)際振幅分布。其表示了根據(jù)公知的技術(shù)方案進(jìn)行計(jì)算和 編碼的真實(shí)全息圖的重建，但對(duì)于像素形狀未進(jìn)行矯正。
圖9是圖8所示波場(chǎng)的分布值與圖5所示分布的相應(yīng)值的商的圖。乍 看之下這兩個(gè)分部沒有明顯的區(qū)別。然而，結(jié)果是商是與辛克函數(shù)一致的 矩形函數(shù)的零衍射級(jí)(0-th diffraction order)的截面。如果用較高的衍射 級(jí)代替零衍射級(jí)用來重建，也可以用這樣的方法。然而，如果是那樣的話， 不是辛克函數(shù)的中心部分或者其反函數(shù)的中心部分應(yīng)當(dāng)用于矯正，而是分 布在較向外的截面應(yīng)當(dāng)用于矯正。
圖10所示為基于圖8所示觀察者窗口 11中真實(shí)波前的重建目標(biāo)，與 理想波前相比，上述波前在其邊緣處正變得衰減，重建目標(biāo)代表由該效應(yīng) 引起的摻雜并且該效應(yīng)在本發(fā)明方法的幫助下得到消除。
圖11所示為反辛克函數(shù)的中心部分，在其變換成全息圖之前，根據(jù) 圖2a和圖2b,為了消除由像素范圍引起的錯(cuò)誤，其與觀察者窗口 11中的 理想波場(chǎng)的振幅分布相乘。
圖12所示為圖5所示的理想波場(chǎng)的振幅分布與根據(jù)圖11所示的反辛 克函數(shù)(1/sinc)的選取部分的本發(fā)明乘法運(yùn)算的結(jié)果。
圖13表示圖12的傅立葉變換，B卩，經(jīng)修正的全息圖的振幅分布。圖14所示為由觀察者觀察到并且對(duì)像素形狀和像素透明度進(jìn)行了矯
正的重建r，，上述重建r'與原目標(biāo)r一致。
在觀察者窗口 ii中重建的過程中，盡管像素的范圍有限，但根據(jù)本
發(fā)明在光調(diào)制器9， 9'上經(jīng)修正的全息圖的編碼，將產(chǎn)生如圖5所示的值，
即，理想波前。因此如果觀察者眼睛位于給定的觀察者窗口 11，將可以觀
察到圖14所示的理想重建目標(biāo)r'而不是圖io所示的有摻雜的重建目標(biāo)。
在光調(diào)制器編碼表面中的其它像素結(jié)構(gòu)和其它像素形狀或者其它透 明度變化程度的情況下，例如，如果像素從理想矩形偏離或者如果它們不 規(guī)則排列，它們的傅立葉變換就不同于辛克函數(shù)。不同于辛克函數(shù)的這樣 的變換或者其反函數(shù)將用于本發(fā)明全息圖的矯正。
本方法還可以用于如果光調(diào)制器中的復(fù)合全息值未在一個(gè)像素中編 碼、但相位和振幅對(duì)每一個(gè)復(fù)數(shù)值在多個(gè)像素中編碼的情況。
圖15至17表示伯克哈特編碼(Burckhardt encoding)圖例，復(fù)數(shù)值
由三個(gè)鄰近像素的振幅透明性表示。為了簡(jiǎn)單起見，僅顯示一維部分。
圖15表示參考面10的中心、虛擬的觀察者平面、寫入光調(diào)制器9或 9'中的伯克哈特變量的變換，并且朝向邊緣，它們周期性持續(xù)。其中，1/3 的變換充當(dāng)虛擬觀察者窗口 11。該三分之一在水平方向中心之外。
為了矯正缺陷，必須與像素形狀的逆變換部分與位于虛擬觀察者窗口 11中的透明度相乘。
圖16a以俯視圖示意性表示具有作為灰階圖示的恒定透明度的正方形 像素的傅立葉變換。這里的傅立葉變換是兩個(gè)函數(shù)sinc(aw)和sinc(a，y)與 固定因子a的乘積。
圖15所示的矩形框指的是在伯克哈特編碼的情況下，虛擬觀察者窗 口 ll在傅立葉平面中的位置。
圖16b所示為在傅立葉平面y-0的位置的一維水平截面中的圖，與圖 9所示的圖類似。在本圖中，虛擬觀察者窗口 ll再一次表示為一個(gè)框。
圖17所示為用作矯正的圖16b中的截面的反函數(shù)。只有位于虛擬觀察者窗口 11中的函數(shù)的那個(gè)部分用作矯正。
圖16b和17中所示的矯正在截面15視圖的幫助下必須應(yīng)用到虛擬觀 察者窗口 11的整個(gè)區(qū)域。
即使使用振幅或相位編碼方法，在全息圖分成振幅和相位值之前，復(fù) 數(shù)值的矯正就可以更適宜地發(fā)生在虛擬觀察者窗口 11中。
使用伯克哈特編碼方法的例子說明的步驟在這里還可以用于其它編 碼方法，比如相位編碼方法。所述的重建矯正還可以與申請(qǐng)人在DE10 2006 003 741 Al號(hào)專利文件中公開的相位編碼方法的迭代優(yōu)化相結(jié)合。這樣， 例如，在迭代之前，僅僅有必要執(zhí)行一次矯正。這就是說，為迭代僅產(chǎn)生 修改的設(shè)定點(diǎn)值；迭代過程本身將保持不變。
正如上面所描述的例子，除了像素形狀和透明度以外，代表一個(gè)復(fù)數(shù) 值的像素的數(shù)量和排列，S卩，編碼方法，對(duì)于確定矯正函數(shù)來說必須也是 已知的。
同樣地，上面所描述的方法還可以用于參考面和全息面之間除了傅立 葉變換以外的變換關(guān)系的情況。
附圖標(biāo)記說明
1 第一目標(biāo) 1' 第二目標(biāo) 1" 重建
2 第一矩陣點(diǎn)
3 第二矩陣點(diǎn)
4 第三矩陣點(diǎn)
6 第一截面
7 第二截面
8 第三截面
9 透射型光調(diào)制器9' 反射型光調(diào)制器
10 參考面
11 觀察者窗口
12 眼睛
13 全息圖
14 全息面
15 處理單元
16 第一記憶單元
17 管理器
18 輸出單元
19 第二記憶單元
20 乘法運(yùn)算單元
21 裝置
權(quán)利要求
1、像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的方法-具有三維原目標(biāo)(1，1’)的復(fù)數(shù)振幅值的目標(biāo)點(diǎn)被分配到平行虛擬目標(biāo)截面(6、7、8)的矩陣點(diǎn)(2、3、4、5)，使得對(duì)每一個(gè)目標(biāo)截面(6、7、8)來說，單獨(dú)的目標(biāo)數(shù)據(jù)集由矩陣點(diǎn)的離散振幅值定義，并且光調(diào)制器(9，9’)的像素矩陣的全息編碼由目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算得到，-對(duì)于處于距目標(biāo)截面(6、7、8)有限的距離并且與目標(biāo)截面(6、7、8)平行的參考面(10)來說，波場(chǎng)的單獨(dú)二維分布形式的衍射圖由每一個(gè)目標(biāo)截面(6、7、8)的每一個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)集計(jì)算得到，-為位于參考面(10)上、觀察者眼睛(12)附近并且窗口區(qū)域相對(duì)于全息圖(13)是減小的至少一個(gè)共有的觀察者窗口(11)計(jì)算出所有目標(biāo)截面的波場(chǎng)，以及-對(duì)共有觀察者窗口(11)的匯集波場(chǎng)的描述來說，將所有目標(biāo)截面(6、7、8)的經(jīng)計(jì)算的復(fù)合波場(chǎng)加入?yún)⒖紨?shù)據(jù)集之內(nèi)，參考數(shù)據(jù)集變換成處于距參考面(10)有限距離并且與參考面(10)平行且與光調(diào)制器(9，9’)的像素矩陣局部重合的全息面(14)，用于目標(biāo)(1，1’)的普通計(jì)算機(jī)生成全息圖(13)的全息數(shù)據(jù)集的生成，其特征在于由目標(biāo)截面(6、7、8)計(jì)算得到的觀察者窗口(11)中的波前，在該波前被乘法運(yùn)算修正之前與像素形狀和像素透明度的逆變換相乘，變換成全息面(14)并且以全息圖的振幅以及/或者相位分布的形式在光調(diào)制器(9，9’)的像素中編碼。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于參考面(10)和全息面 (14)之間的變換關(guān)系是傅立葉變換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于對(duì)于具有矩形形狀和統(tǒng) 一透明度的像素，辛克函數(shù)用作傅立葉變換。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，如果不同于矩形像素 形狀，在光調(diào)制器(9， 9')的各個(gè)編碼表面中具有其它復(fù)合像素結(jié)構(gòu)或者形狀，可以使用不同于辛克函數(shù)的變換進(jìn)行乘法運(yùn)算。
5、 像素化光調(diào)制器中編碼計(jì)算機(jī)生成全息圖的裝置，該裝置包含具 有處理單元(15)的計(jì)算機(jī)和用于在觀察者窗口 (11)中存儲(chǔ)波前的至少 一個(gè)記憶單元(16)，上述波前由目標(biāo)截面(6、 7、 8)計(jì)算得到，該裝置 還包含管理器(17)以及與光調(diào)制器(9， 9，)相連接并且通過像素將計(jì) 算出的全息圖的振幅和/或相位分布逐像素地寫入到光調(diào)制器的編碼表面 的輸出單元(18)，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述處理單 元(15)-包含用于存儲(chǔ)編碼表面中含有的像素的變換的第二記憶單元(19) 以及一包含乘法運(yùn)算單元(20)，該乘法運(yùn)算單元(20)包含將由管理器 (17)從兩個(gè)記憶單元(16， 19)讀出并因此而分配的數(shù)值相結(jié)合使得偉 觀察者窗口(ll)計(jì)算出的波前與編碼表面的逆變換相乘的乘法運(yùn)算裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，用來即刻存儲(chǔ)像素逆 變換的第二記憶單元(19)包含在編碼表面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，裝置用于在逆變 換被寫入第二記憶單元(19)中以前在處理單元(15)中產(chǎn)生逆變換。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5到7所述的裝置，其特征在于，包含在編碼表面 的像素的傅立葉變換或逆傅立葉變換存儲(chǔ)在第二記憶單元(19)中。
全文摘要
本發(fā)明的目的是很大程度上消除全息圖重建中逐點(diǎn)計(jì)算產(chǎn)生的錯(cuò)誤，該錯(cuò)誤是由上述全息圖編碼到有限范圍的像素引起的。本發(fā)明的目的通過以下方法實(shí)現(xiàn)將由目標(biāo)截面(6、7、8)計(jì)算得到的普通波前，在被乘法運(yùn)算修正的波前變換成全息面(14)并且以全息圖的振幅分布以及/或者相位分布的形式在光調(diào)制器(9，91)的像素中編碼之前，與像素形狀和像素透明度的逆變換相乘。本方法在包含用于提供傅立葉變換或者傅立葉逆變換的附加記憶單元以及乘法運(yùn)算單元的相應(yīng)裝置中實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G03H1/22GK101606107SQ200780033358
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月9日
發(fā)明者諾伯特·萊斯特 申請(qǐng)人:視瑞爾技術(shù)公司