專利名稱：具有光波跟蹤裝置的全息重建系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于場(chǎng)景的三維重建的全息重建系統(tǒng)，其具有承載全息編 碼的空間光調(diào)制器裝置和用于照明光調(diào)制器裝置的照明裝置。
本發(fā)明主要涉及借助于視頻全息圖序列的移動(dòng)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí) 的重建。全息圖處理器計(jì)算視頻全息圖并在空間光調(diào)制器裝置的單元結(jié)構(gòu) 上對(duì)其進(jìn)行編碼，當(dāng)用能夠產(chǎn)生干涉的光照明時(shí)，空間光調(diào)制器在空間上 用全息信息調(diào)制至少一個(gè)傳播的光波場(chǎng)。調(diào)制的光波場(chǎng)通過衍射光波的干 涉重建場(chǎng)景，然后朝眼睛位置傳播，使得一個(gè)或多個(gè)觀察者可以將重建的 物體光點(diǎn)看作場(chǎng)景的三維重建。這意味著，重建的物體光點(diǎn)以三維的方式 在眼睛位置的前方呈現(xiàn)場(chǎng)景的光學(xué)外觀。
背景技術(shù)：
與立體呈現(xiàn)相比，全息呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了物體替代，這就是公知的立體視學(xué) 存在的問題，例如視力疲勞和頭痛，為何不發(fā)生的原因，因?yàn)樵谟^看真實(shí) 的場(chǎng)景和全息重建的場(chǎng)景之間總體上無差別。觀察者的眼睛可以適應(yīng)于視 差不同的不同視頻全息圖的時(shí)分多路或空分多路呈現(xiàn)。
包含數(shù)百萬個(gè)調(diào)制器單元且用作視頻和TV裝置或投影機(jī)的屏幕的高
分辨率平面光調(diào)制器尤其例如適合作為光調(diào)制器裝置。合適的光調(diào)制器裝 置例如可以是所謂的硅基液晶(liquid crystal on silicon, LCoS)調(diào)制器，這 種調(diào)制器中，具有電子電路的光學(xué)調(diào)制器元件設(shè)置在基板或芯片上，透射 式LCD面板或電動(dòng)機(jī)械控制的微鏡系統(tǒng)，例如微電子機(jī)械系統(tǒng)(micro electro-mechanical systems, MEMS)，其包含機(jī)械元件、執(zhí)行器和設(shè)置在 基板或芯片上的電子電路的組合。
光調(diào)制器裝置實(shí)現(xiàn)較大的光衍射角，并實(shí)現(xiàn)較小的調(diào)制器單元中心之間的距離，即單元間距。
名稱為"視頻全息圖和用于重建視頻全息圖的裝置(Video hologram and device for reconstructing video holograms)，，的第WO 2004/044659號(hào)國(guó)際
申請(qǐng)公開了一種重建系統(tǒng)，其為空間光調(diào)制使用像用于電視和視頻圖像呈 現(xiàn)的具有傳統(tǒng)的分辨率的液晶顯示器(LCD)屏幕。重建系統(tǒng)包含設(shè)置在 照明裝置和光調(diào)制器之間的聚焦裝置，其使借助于與應(yīng)用于視頻全息術(shù)的 其它方案相比具有相對(duì)低的調(diào)制器分辨率的傳統(tǒng)液晶顯示器進(jìn)行全息重 建成為可能。具有大空間深度和良好分辨率的重建場(chǎng)景在通過位于觀察者 的眼睛位置附近的可見區(qū)的重建空間中是可見的。由液晶顯示屏的對(duì)角線 確定的視角可以用于全息重建。
當(dāng)在全息術(shù)中使用為傳統(tǒng)的圖像顯示而設(shè)計(jì)的光調(diào)制器時(shí)，不利的是 光調(diào)制器顯示對(duì)全息術(shù)來說太小的衍射角，這是因?yàn)檎{(diào)制器單元之間的典 型距離大約是200(am。這使得重建不可能用雙眼通過單一可見區(qū)同時(shí)看 見。對(duì)于這樣的受分辨率限制的小的可見區(qū)，現(xiàn)有技術(shù)的重建系統(tǒng)使分開 的可見區(qū)針對(duì)觀察者的每只眼睛順序地生成。這意味著，當(dāng)視頻全息圖激 活時(shí)，系統(tǒng)為視頻全息圖的一小部分周期交替地將用全息信息調(diào)制的波場(chǎng) 導(dǎo)向觀察者眼睛。這對(duì)光調(diào)制器裝置的工作速度提出了很高的要求。
根據(jù)第WO 2004/044659號(hào)專利文件的重建系統(tǒng)，進(jìn)而附加地公開了定 向和跟蹤多個(gè)可見區(qū)的位置的可能性。具體說，重建系統(tǒng)應(yīng)用移動(dòng)的反射 鏡或多個(gè)不同位置的光源實(shí)現(xiàn)了光源機(jī)械或電子橫向偏離系統(tǒng)光軸，用于 轉(zhuǎn)移生成可見區(qū)的光源圖像，以感知重建。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)，光源在空間 重新定位，使得可見區(qū)跟隨觀察者眼睛。
不足的是，在大的跟蹤范圍，當(dāng)光穿過聚焦裝置時(shí)發(fā)生的實(shí)質(zhì)像差負(fù) 面地影響了空間場(chǎng)景的重建。像差之所以發(fā)生是因?yàn)楣庖蕾囇劬Φ奈恢靡?不同角度穿過聚焦裝置重建場(chǎng)景。因?yàn)槲矬w光點(diǎn)通過衍射的部分光波的波 干涉重建，由于相位和運(yùn)行時(shí)間誤差，這樣的像差能引起從傳統(tǒng)的視頻圖 像顯示中不能知曉的類型的圖像誤差。例如，當(dāng)根據(jù)全息源信號(hào)計(jì)算全息 圖時(shí)，不同于預(yù)期的其它部分光波可以干涉并生成與原始的場(chǎng)景相比錯(cuò)位
6的物體光點(diǎn)或附加的物體光點(diǎn)。
在名稱為"用于三維場(chǎng)景的全息重建的裝置(Device for holographic reconstruction of three-dimensional scenes)"的第WO 2006/119920號(hào)國(guó)際公
布文件中，申請(qǐng)人還公開了一種用于觀察重建的裝置，其應(yīng)用至少一個(gè)在 眼睛位置小于光調(diào)制器的調(diào)制表面的可見區(qū)。在該系統(tǒng)中，排列成矩陣的 能夠產(chǎn)生干涉的光源陣列照明調(diào)制器表面，聚焦裝置包含多個(gè)成像元件， 例如凸透鏡，其機(jī)械地鄰接從而形成聚焦裝置的平面陣列。聚焦裝置陣列 的每個(gè)成像元件分配給至少一個(gè)能夠產(chǎn)生干涉的光源，從而生成照明單元 的束，共同地照明調(diào)制表面，其中每個(gè)照明單元只穿過調(diào)制表面的子區(qū)。 照明單元中能夠產(chǎn)生干涉的光源設(shè)置成使得聚焦裝置陣列的成像元件將 分配的光源成像到眼睛位置。換句話說，每個(gè)照明單元將一部分光波傳送 通過調(diào)制表面的子區(qū)，并且通過單個(gè)子區(qū)獨(dú)立調(diào)制后，部分光波重疊，從 而形成共有的可見區(qū)。
根據(jù)公知的方案的延續(xù)，為了定向和跟蹤可見區(qū)的位置到改變的眼睛 位置，光源設(shè)計(jì)為平面背光，以及具有可以根據(jù)位置探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)的當(dāng)前 的眼睛位置變換到透明模式(例如所謂的LCD光閥陣列打開)的調(diào)制器單 元的附加的可控制的調(diào)制器矩陣，對(duì)于聚焦裝置陣列的每個(gè)成像元件，對(duì) 能夠產(chǎn)生干涉并通過成像元件聚焦到眼睛位置的光設(shè)置點(diǎn)狀出口 。這生成 了變換到透明模式的調(diào)制器單元的式樣。在眼睛位置橫向改變的情況下， 可見區(qū)的位置將進(jìn)行調(diào)整，其中系統(tǒng)控制器使變換到透明模式的調(diào)制器單 元的式樣相應(yīng)地橫向位移。在眼睛位置軸向改變的情況下，系統(tǒng)控制器將 調(diào)整變換到透明模式式樣的調(diào)制器單元之間的距離。上述公布文件還公開 了具有可離散地控制的點(diǎn)光源的可變換光源陣列的應(yīng)用，用于實(shí)現(xiàn)所述的 定向和跟蹤光波場(chǎng)的方法。
但是，可以看出，根據(jù)所述的方案通過調(diào)整光波場(chǎng)的傳播定向和跟蹤 可見區(qū)位置的方法顯示了幾個(gè)不足。另一方面，如果應(yīng)用附加的可變換的 調(diào)制器矩陣，只有一小部分光能可以貢獻(xiàn)于重建，而附加的可變換的調(diào)制 器矩陣吸收了光源陣列發(fā)出的大部分光。另一方面，可離散地變換的光源陣列或附加的可變換的調(diào)制器矩陣 是必須的，其必須顯示比光調(diào)制器高得多的分辨率。提供這樣的光源陣列 或這樣的可變換的調(diào)制器矩陣是非常復(fù)雜的。
兩種方案都具有進(jìn)一步的主要的不足，即背光的相干光以不同地傾斜 的透射角穿過聚焦裝置陣列的成像元件。取決于實(shí)際眼睛位置的透射角的 傾斜取決于觀察者位置，并導(dǎo)致了實(shí)質(zhì)像差，由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì)，這些像差 是非常難于補(bǔ)償?shù)?。而且，因?yàn)椴糠止獠ǔ虍?dāng)前眼睛位置的傳播方向也 不同，這些像差在各部分光波中變化。
除了上述方案之外，在名稱為"用于場(chǎng)景的全息重建的投射裝置和方
法 (Projection device and method for the holographic reconstruction of scenes)"的第WO2006/119760號(hào)國(guó)際公布文件中，申請(qǐng)人還公開了一種全 息投射系統(tǒng)，其將具有幾厘米對(duì)角線的微顯示器作為光調(diào)制器。與前述的 方案相似，該裝置生成針對(duì)眼睛位置的可見區(qū)。但是，與之前的方案相比， 其中光調(diào)制器形成了調(diào)制的波場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)出口，并且用于重建的最大視 角由光調(diào)制器的對(duì)角線確定，該方案實(shí)現(xiàn)了投射裝置。在該裝置中，聚焦 顯示屏確定最大視角，且附加的光學(xué)擴(kuò)展裝置擴(kuò)展波場(chǎng)，其用全息信息調(diào) 制到顯示屏的大小。第一成像裝置以放大的方式將在光調(diào)制器上編碼的視 頻全息圖成像到聚焦顯示屏，聚焦顯示屏將視頻全息圖的空間頻譜成像到 眼睛位置。該公布文件還公開了至少一個(gè)設(shè)置在所述裝置的內(nèi)部的可控制 的偏轉(zhuǎn)元件，該偏轉(zhuǎn)元件用于根據(jù)觀察者眼睛的實(shí)際位置跟蹤觀察者窗 口。這樣的偏轉(zhuǎn)元件可以是機(jī)械、電氣或光學(xué)元件。偏轉(zhuǎn)元件例如可以以 可控制的光學(xué)元件的形式設(shè)置在第一成像裝置的平面中，像棱鏡一樣偏轉(zhuǎn) 調(diào)制的波場(chǎng)。但是，將偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在顯示屏附近也是可能的。該偏轉(zhuǎn)元 件因而實(shí)現(xiàn)可連續(xù)控制的棱鏡的效果，可選地，還可以實(shí)現(xiàn)透鏡的效果。 觀察者窗口因此被橫向地跟蹤，可選地，觀察者窗口也可以被軸向地跟蹤。 但是，因?yàn)榭拷@示屏幕的偏轉(zhuǎn)元件用于偏轉(zhuǎn)己經(jīng)調(diào)制和放大的波場(chǎng)而不
破壞相位結(jié)構(gòu)和為場(chǎng)景的重建而設(shè)置干涉條件，所以實(shí)現(xiàn)所述目的的調(diào)制 器單元陣列必須具有在公布文件中不能找到的附加特征。
上述所有重建系統(tǒng)使用具有離散的單元結(jié)構(gòu)和相對(duì)低的單元分辨率的光調(diào)制器裝置用于全息應(yīng)用。 一方面，如總體上已經(jīng)公知的，離散的單 元結(jié)構(gòu)在衍射區(qū)間的其它衍射級(jí)中引起全息重建的周期性延續(xù)，使得可見 度會(huì)被破壞。另一方面，上述的相鄰調(diào)制器單元之間的距離導(dǎo)致相對(duì)小的 衍射角，使得實(shí)際上具有幾毫米到幾厘米的對(duì)角線的衍射級(jí)可以用于不千 擾的重建場(chǎng)景的可見度。因此，組合這樣的具有位置探測(cè)和跟蹤模塊的裝 置的系統(tǒng)控制器比較有意義。該模塊借助于波跟蹤裝置將調(diào)制的光波導(dǎo)向 當(dāng)前的眼睛位置，根據(jù)眼睛位置調(diào)整可見區(qū)的位置，并且每當(dāng)眼睛位置改 變時(shí)跟蹤光波場(chǎng)。
而且，光源需要機(jī)械地設(shè)置，或者，如果光源位置是電子控制的，需 要提供光源場(chǎng)的高空間分辨率。在此情況下，光源陣列必須包含多個(gè)用于 成像裝置陣列的每個(gè)成像元件的點(diǎn)光源。
在名稱為"電潤(rùn)濕單元(Electrowetting cell)"的第WO2004/099847號(hào)
國(guó)際公布文件中可以獲知一種稱為的電潤(rùn)濕單元的可控制的光電單元。這 些單元利用毛細(xì)管效應(yīng)和電潤(rùn)濕效應(yīng)，應(yīng)用靜電勢(shì)調(diào)整液體的表面張力， 從而控制光折射行為。電潤(rùn)濕單元基本包含在電極之間用疏水性液體(例 如油)和水填充的電容器，其中電極中的一個(gè)涂覆有疏水性材料。未施加 電場(chǎng)時(shí)，油覆蓋涂覆的電極形成薄膜，當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，因?yàn)槭┘拥碾妶?chǎng)補(bǔ) 償了水表面偶極子的極化，所以水替代了油膜。該單元可以實(shí)現(xiàn)范圍在低 于一平方毫米到幾平方微米的表面區(qū)域的可電子控制的光學(xué)透鏡和棱鏡 元件。
根據(jù)名稱為"自動(dòng)立體顯示器(Autostereoscopic display )"的第 WO2004/075526號(hào)國(guó)際公布文件中的自動(dòng)立體圖像顯示裝置，水平地在多 個(gè)方向發(fā)出圖像光點(diǎn)而不用跟蹤裝置。該圖像顯示裝置具有背光，其發(fā)出 穿過圖像呈現(xiàn)裝置的圖像光點(diǎn)朝向光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件陣列傳播的具有可動(dòng)態(tài) 控制的偏轉(zhuǎn)行為的準(zhǔn)直光。光學(xué)元件具體是用作可控制的透鏡且實(shí)現(xiàn)可動(dòng) 態(tài)調(diào)整的光束控制器的電潤(rùn)濕單元。為了避免圖像呈現(xiàn)必須被跟蹤到觀察 者的當(dāng)前眼睛位置，系統(tǒng)控制器常常借助可控制的光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置陣列在視 頻圖像的每個(gè)周期內(nèi)調(diào)整光的出射角和圖像呈現(xiàn)裝置的圖像內(nèi)容。這樣， 使用空分多路和時(shí)分多路的方法，高達(dá)一百個(gè)發(fā)射方向用于每個(gè)視頻周期內(nèi)，所述發(fā)射方向并排水平地緊靠排列，從而形成圖像部分，使得每個(gè)觀 察者眼睛無需跟蹤即可看到視差不同的視頻圖像。然后光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置在并 排緊靠排列的多個(gè)圖像部分中篩選由圖像呈現(xiàn)裝置暫時(shí)不同地調(diào)制的光 束。該公布文件沒有公開任何的解釋系統(tǒng)控制器如何可以借助于光學(xué)偏轉(zhuǎn) 裝置陣列偏轉(zhuǎn)能夠產(chǎn)生干涉的調(diào)制波場(chǎng)的技術(shù)手段。
與本發(fā)明的主題相比，第WO2004/075526號(hào)國(guó)際公布文件涉及一種自 動(dòng)立體圖像顯示裝置，該裝置在觀察空間內(nèi)不像三維排列那樣以全息方式 重建物體光點(diǎn)。自動(dòng)立體圖像顯示裝置在調(diào)制器平面顯示二維圖像，而不 是重建的物體光點(diǎn)，所述二維圖像具有發(fā)光的圖像點(diǎn)的功能，其承載針對(duì) 觀察者兩只眼睛的多個(gè)圖像信息。該系統(tǒng)既不使用光衍射也不使用光干 涉?？蓜?dòng)態(tài)調(diào)整的光束控制器設(shè)計(jì)為以簡(jiǎn)單的方式偏轉(zhuǎn)非相干光的光束， 而對(duì)偏轉(zhuǎn)光束的相互干涉的條件沒有做出任何要求。彼此緊靠排列的光 束，尤其不能夠阻止寄生衍射級(jí)的光進(jìn)入。而且，電潤(rùn)濕單元的邊界區(qū)的 非線性透射行為會(huì)影響能夠產(chǎn)生干涉的調(diào)制光波的傳播，并且會(huì)實(shí)質(zhì)上破 壞重建系統(tǒng)的干涉行為，從而破壞重現(xiàn)的質(zhì)量。
該公布文件沒有公開任何的解釋系統(tǒng)控制器如何可以借助于光學(xué)偏 轉(zhuǎn)裝置陣列偏轉(zhuǎn)能夠產(chǎn)生干涉的調(diào)制波場(chǎng)及如何避開寄生衍射級(jí)影響的 技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有用于傳播的波場(chǎng)的波跟蹤裝置的全息 重建系統(tǒng)，全息重建時(shí)不需要可變換的調(diào)制器單元陣列或用于引導(dǎo)波場(chǎng)的 具有可離散地控制的點(diǎn)光源的可變換的光源陣列，從而避開了低發(fā)光效 率。光所穿過的光學(xué)組件的數(shù)目和系統(tǒng)對(duì)光學(xué)組件的需求將降低到最小， 使得調(diào)制波場(chǎng)的結(jié)構(gòu)普遍地保持恒定，而不用考慮觀察者的當(dāng)前眼睛位 置。光程使每個(gè)調(diào)制的波場(chǎng)有盡量少的通過時(shí)間，具有盡量少的相位誤差， 從而盡可能地校正波場(chǎng)傳播。而且，波跟蹤裝置的光學(xué)組件的光透射行為 將適應(yīng)于需要在波場(chǎng)產(chǎn)生干涉的嚴(yán)格條件，使得三維場(chǎng)景的物體光點(diǎn)在它 們?cè)趫?chǎng)景結(jié)構(gòu)的局部位置方面和它們應(yīng)盡可能地接近原物的光強(qiáng)度值方面無誤地重建。
本發(fā)明建立在根據(jù)第WO2006/119920號(hào)國(guó)際公布文件中的全息重建 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，該全息重建系統(tǒng)在眼睛位置采用與調(diào)制器表面區(qū)相比較小 的可見區(qū)，以觀察重建，其包含用于場(chǎng)景的物體光點(diǎn)的三維重建的具有調(diào) 制器單元的空間光調(diào)制器裝置，以調(diào)制能夠產(chǎn)生干涉并由具有至少一個(gè)視 頻全息圖的光源陣列發(fā)出的光。重建系統(tǒng)進(jìn)一步包含光學(xué)聚焦裝置，其將 由光源陣列發(fā)出的光成像給聚焦平面。具有用于再計(jì)算視頻全息圖的全息 處理器和具有眼睛探測(cè)器的系統(tǒng)控制器將具有重建的物體光點(diǎn)的調(diào)制的 波場(chǎng)導(dǎo)向觀察者眼睛的至少一個(gè)當(dāng)前位置，以與當(dāng)前的全息內(nèi)容相應(yīng)，并 且在當(dāng)前的眼睛位置改變時(shí)進(jìn)而進(jìn)行跟蹤。由于根據(jù)本專利申請(qǐng)的全息重 建系統(tǒng)針對(duì)觀察者的眼睛在視頻序列的單個(gè)視頻全息圖的周期中順序地 提供具有不同視差的全息內(nèi)容的波場(chǎng)，所以在本申請(qǐng)中眼睛位置應(yīng)理解為 光調(diào)制器裝置實(shí)際上被編碼所用于的當(dāng)前眼睛位置。
光調(diào)制器裝置調(diào)制波場(chǎng)，使得其在當(dāng)前的眼睛位置的前方重建物體光 點(diǎn)，而不用考慮定向和跟蹤波場(chǎng)。
在本系統(tǒng)中，具有能夠產(chǎn)生干涉并設(shè)置成矩陣的光源的光源陣列照明 光調(diào)制器裝置，聚焦裝置包含多個(gè)成像元件，例如凸透鏡，其機(jī)械地鄰接 從而形成聚焦裝置的平面陣列。聚焦裝置陣列的每個(gè)成像元件分配有至少 一個(gè)能夠產(chǎn)生干涉的光源，從而生成照明單元的束，共同地照明光調(diào)制器 裝置，其中每個(gè)照明單元僅通過光調(diào)制器裝置的表面區(qū)的子區(qū)。
與從第WO 2006/119920號(hào)公布文件中得知的方案相比，根據(jù)本專利申 請(qǐng)的方案中，光源設(shè)置在照明單元中，使得能夠產(chǎn)生干涉的光通過實(shí)質(zhì)上 平行于成像元件的光軸的聚焦裝置陣列的成像元件。
根據(jù)本發(fā)明，重建系統(tǒng)在調(diào)制的波場(chǎng)的出口點(diǎn)，最好在光路中的光調(diào) 制器裝置的后面，包含光電偏轉(zhuǎn)裝置，光電偏轉(zhuǎn)裝置包含至少一個(gè)具有光 學(xué)單元的偏轉(zhuǎn)裝置的陣列，光學(xué)單元的光出口方向可以控制。
偏轉(zhuǎn)裝置陣列的可控制的光學(xué)單元最好具有與聚焦裝置陣列和光源 陣列相同的矩陣結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)光源和每個(gè)聚焦元件分配有至少一個(gè)可控制的光學(xué)單元。
這一條件用來確定由光源的陣列發(fā)出的光通過在聚焦裝置的陣列上 的成像元件，及確定可控制的光學(xué)單元平行于公共光軸并平行于光調(diào)制器 裝置的光軸。這防止了光誤差和傳播的波場(chǎng)的部分陰影。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，系統(tǒng)控制器基于由眼睛探測(cè)器交替地探測(cè)到 的位置信號(hào)控制偏轉(zhuǎn)裝置的陣列的光電偏轉(zhuǎn)裝置，其中由眼睛探測(cè)器這樣 交替地探測(cè)到的位置信號(hào)用作由活動(dòng)的視頻全息圖的內(nèi)容確定的眼睛位 置，從而交替地將調(diào)制的光波場(chǎng)定向至少一個(gè)觀察者的當(dāng)前的眼睛位置。
為了補(bǔ)償相位誤差，并在偏轉(zhuǎn)裝置陣列的相鄰的可控制的光學(xué)單元的 部分光波中獲得連續(xù)的相位，全息處理器在編碼光調(diào)制器裝置的調(diào)制器單 元時(shí)根據(jù)當(dāng)前的眼睛位置計(jì)算相應(yīng)的值校正并將其納入考慮。
從觀察者位置來看，偏轉(zhuǎn)裝置陣列最好設(shè)置成盡可能地靠近光調(diào)制器 裝置。這使重建的場(chǎng)景位于光系統(tǒng)出口的前方的固定位置成為可能。
偏轉(zhuǎn)裝置陣列的光電偏轉(zhuǎn)裝置例如實(shí)現(xiàn)可控制的光學(xué)棱鏡功能。這 樣，在幾毫秒的視頻全息圖的周期中，重建系統(tǒng)可以在調(diào)制的波場(chǎng)的方向 之間多次變換到觀察空間中的多個(gè)眼睛位置。借助于眼睛探測(cè)器，系統(tǒng)控 制器將傳播的波場(chǎng)的傳播方向調(diào)整到變化的眼睛位置。除了棱鏡功能，偏 轉(zhuǎn)裝置陣列還可以實(shí)現(xiàn)組合的棱鏡和透鏡功能，用于處理軸位置的變化。 這使得將出口側(cè)焦點(diǎn)和光波的方向都調(diào)整到當(dāng)前的眼睛位置成為可能。
從能夠產(chǎn)生干涉的光的生成直到偏轉(zhuǎn)裝置，該能夠產(chǎn)生干涉的光沿不 依賴于眼睛位置的靜態(tài)的光路而行。因而由光學(xué)元件引起的像差可以容易 地用電子的方法或用公知的光校正方法補(bǔ)償，電子的方法即是在編碼過程 中應(yīng)用校正值。
偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置為接近全息系統(tǒng)的出射光瞳尤其可取，這是因?yàn)閺墓庠?到第二成像裝置的整個(gè)成像系統(tǒng)都是靜態(tài)系統(tǒng)。這意味著， 一直該到成像 裝置的光路將始終恒定。這將光系統(tǒng)對(duì)這些部分的要求降級(jí)到最小，這是 因?yàn)榫劢寡b置的孔徑可以保持在最小值。
根據(jù)本發(fā)明的這些措施，實(shí)質(zhì)上降低了對(duì)使用的成像裝置的要求。而且，光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)部分的成像性能可以最佳地校正。進(jìn)一步地， 光調(diào)制器裝置的圖像在重現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)不移動(dòng)。這使得系統(tǒng)內(nèi)的圖像的位置不 依賴觀察者位置。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，可控制的偏轉(zhuǎn)裝置與聚焦裝置結(jié)合。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，可控制的偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)每個(gè)聚焦裝置的聚 焦元件都具有至少一個(gè)電潤(rùn)濕單元。
二維橫向波跟蹤(即水平和垂直于光軸)，例如通過具有位于光路中 的偏轉(zhuǎn)元件的兩個(gè)陣列平面實(shí)現(xiàn)，其中兩個(gè)陣列平面的偏轉(zhuǎn)元件的偏轉(zhuǎn)角 設(shè)置成彼此卯。。但是，也可以選擇地用偏轉(zhuǎn)角度可以在多個(gè)維度控制的 偏轉(zhuǎn)元件實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)元件陣列的每個(gè)偏轉(zhuǎn)元件離散地控制， 以單獨(dú)地調(diào)整光波的偏轉(zhuǎn)角。
在這種情況下，尤其可能的是，光源陣列的所有光源和聚焦裝置陣列 的所有聚焦元件都設(shè)置在固定的位置，并彼此對(duì)準(zhǔn)。
為了補(bǔ)償眼睛位置的軸向運(yùn)動(dòng)，計(jì)算當(dāng)前視頻全息圖的計(jì)算機(jī)裝置除 了全息信息之外，還可以編碼透鏡函數(shù)。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置包含機(jī)械地鄰接的可控制的光學(xué) 元件，其結(jié)合了透鏡函數(shù)和棱鏡函數(shù)。位置探測(cè)系統(tǒng)借助于這些光學(xué)元件 控制透鏡函數(shù)的焦距，以軸向地定位可見區(qū)，并用可見區(qū)將波陣面橫向地 導(dǎo)向眼睛位置。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置包含組合的可控制的光學(xué)元 件，其結(jié)合了反射鏡組件和棱鏡組件。位置探測(cè)系統(tǒng)最好允許根據(jù)觀察者 眼睛的變化的位置，通過控制反射鏡組件的焦距迸行軸向跟蹤，并通過控 制棱鏡組件進(jìn)行光束的橫向跟蹤。
在另一實(shí)施例中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件與結(jié)合了固定棱鏡組件和可控制的棱 鏡組件的光學(xué)元件組合。
固定棱鏡組件可以實(shí)現(xiàn)光束到中心眼睛位置的偏轉(zhuǎn)，使得可控制的棱鏡組件僅需要提供小的角度，從而僅需要較低的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明的重建系統(tǒng)，還適合用于小的可見區(qū)，其中視差不同的獨(dú)立視頻全息圖為每個(gè)觀察者眼睛順序地提供重建。在該情況下，系統(tǒng)控制器與當(dāng)前編碼的視頻全息圖同步周期性地變換。
對(duì)于場(chǎng)景的色彩重建，彩色視頻全息圖可以順序地編碼?？赡馨l(fā)生的色散則可以通過控制偏轉(zhuǎn)裝置的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行補(bǔ)償。例如，可以控制棱鏡角，使其針對(duì)活動(dòng)的顏色實(shí)現(xiàn)需要的偏轉(zhuǎn)。
在另一實(shí)施例中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置具有消色差的元件的形態(tài)，使其對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)相同的偏轉(zhuǎn)角，以便重建彩色全息圖。


現(xiàn)在，將借助于附圖對(duì)本發(fā)明將進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中
圖l表示光調(diào)制器裝置、光源和聚焦裝置導(dǎo)向照明的根據(jù)第wo
2006/119920號(hào)國(guó)際公布文件的全息重建系統(tǒng)。
圖2表示根據(jù)圖1的全息重建系統(tǒng)，其通過移動(dòng)光源的位置將調(diào)制的光波導(dǎo)向眼睛位置。
圖3表示根據(jù)圖1的全息重現(xiàn)系統(tǒng)，表示光調(diào)制器SLM針對(duì)三維場(chǎng)景的單個(gè)物體光點(diǎn)OLP的編碼。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的具有偏轉(zhuǎn)裝置陣列的全息重建系統(tǒng)，其包含可控制的光學(xué)單元，用于根據(jù)本發(fā)明定向和跟蹤調(diào)制的光波陣面。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的全息重建系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制器借助于可控制的光學(xué)單元定向和跟蹤調(diào)制的光波陣面，而沒有之前已經(jīng)定向的能夠產(chǎn)生干涉的部分光波。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的全息重建系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在下列的實(shí)施例中，電子系統(tǒng)控制器SC直接在從視頻和TV技術(shù)得知的類型的大面積平面屏幕(例如LCD面板)上編碼視頻全息圖的序列，該
大面積平面屏幕直接作為觀察者的顯示屏幕，且其具有盡可能大的表面積，從而在觀察重建時(shí)獲得大視角。
圖l表示根據(jù)初期的已有技術(shù)方案的全息重建系統(tǒng)，其具有選擇的點(diǎn)
光源LQ1,LQ2和LQ3，其發(fā)出能夠產(chǎn)生干涉的光，這些點(diǎn)光源是光源陣列的一部分。光源陣列包含由于聚焦裝置LA陣列的每個(gè)成像元件的相應(yīng)點(diǎn)光源LQ1， LQ2或LQ3，其發(fā)出能夠產(chǎn)生干涉的光。聚焦裝置LA陣列的每個(gè)成像元件與相應(yīng)的點(diǎn)光源一起形成照明單元，用于照明空間光調(diào)制器SLM的調(diào)制器單元結(jié)構(gòu)。
不考慮調(diào)制器單元的分辨率，空間光調(diào)制器SLM可以用盡可能大的多個(gè)照明單元照明，從而實(shí)現(xiàn)重建的物體光點(diǎn)的高亮度。
在本實(shí)施例中，聚焦裝置陣列的成像元件是微透鏡陣列的微透鏡，其將相應(yīng)的光源成像到焦平面中的眼睛位置EP。相對(duì)于分配的微透鏡，調(diào)
整發(fā)出能夠產(chǎn)生干涉的光的光源的位置，使得發(fā)出能夠產(chǎn)生干涉的光的光源在眼睛位置EP與光源LQ1，LQ2和LQ重合。但是，成像元件可以是任何
類型的排列成陣列并實(shí)現(xiàn)凸透鏡功能的聚焦光學(xué)元件。成像元件具體還可以是全息光學(xué)元件。
系統(tǒng)控制器的全息處理器(未示出)用視頻全息圖的序列編碼空間光調(diào)制器SLM，使得調(diào)制的光波朝向眼睛位置傳播， 一個(gè)或多個(gè)觀察者可以從他們?cè)诳梢妳^(qū)的眼睛位置看到空間地重建的場(chǎng)景。
總體上，通過應(yīng)用場(chǎng)透鏡可以支持重合。在簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，盡管這被省略，但相對(duì)于透鏡移動(dòng)光源的位置，使得聚焦裝置陣列LA的成像元件將光源LQ1 ... LQ3成像到共有焦點(diǎn)中的眼睛位置EP。
圖2表示跟蹤調(diào)制的部分光波到當(dāng)前眼睛位置而不用根據(jù)本發(fā)明的裝置的可能性。機(jī)械地移動(dòng)各個(gè)光源LQ1,LQ2和LQ3的位置，使得聚焦裝置LA陣列的成像元件將光源成像到改變的觀察者位置EP。
如果成像元件是透鏡，則成像性質(zhì)常常僅可為一個(gè)光源位置相對(duì)于微透鏡優(yōu)化。如果光源的角度和微透鏡的中心改變，則將出現(xiàn)像差，其負(fù)面影響全息圖的重建。
圖3也表示跟蹤調(diào)制的光波到當(dāng)前的眼睛位置而不用本發(fā)明的裝置的 例子。與圖2相比，圖3表示具有更多數(shù)量的光源的光源陣列，其形成了平
面背光，上述包含調(diào)制器單元的附加的可變換的調(diào)制器矩陣SM可以變換 到透明模式(所謂的LCD光閥陣列)。依賴由眼睛探測(cè)器EF探測(cè)的當(dāng)前眼 睛位置，調(diào)制器矩陣SM為聚焦裝置LA陣列的各成像元件打開用于能夠產(chǎn) 生干涉的光的點(diǎn)狀光出口I或II，其通過成像元件分別聚焦到右眼位置 EPR或左眼位置EPL。這生成了在調(diào)制器矩陣SM上變換到透明模式的調(diào)制 器單元的式樣。系統(tǒng)控制器SC為聚焦裝置LA陣列的各成像元件僅打開一 個(gè)對(duì)應(yīng)于當(dāng)前的眼睛位置的光出口I或II，全息處理器為每個(gè)物體光點(diǎn)僅 編碼調(diào)制器單元結(jié)構(gòu)的子區(qū)。
這保證了在使用的衍射級(jí)中，僅有來自開口I的調(diào)制光傳播到當(dāng)前的 眼睛位置EPR，用于重建單個(gè)物體光點(diǎn)OLP，其在此作為例子。之后通過 再編碼空間光調(diào)制器并變換到開口II向眼睛位置EPL提供重建。
圖4表示具有有本發(fā)明裝置的波跟蹤裝置的重建系統(tǒng)。在該實(shí)施例中， 可控制的光電偏轉(zhuǎn)裝置陣列DM以具有光學(xué)單元DMC的微棱鏡陣列的形 式(例如，以已有技術(shù)的電潤(rùn)濕單元的形式)位于光調(diào)制器SLM上，其中 光學(xué)單元DMC的光出口方向可以控制，其中由電場(chǎng)控制的棱鏡將調(diào)制的光 波定向到眼睛位置。
在上述的系統(tǒng)中，從每個(gè)光源LQ到相應(yīng)的聚焦元件的光路與在光調(diào) 制器上的通路始終相同，而不用考慮實(shí)際的眼睛位置。但是，針對(duì)聚焦裝 置LA陣列的每個(gè)成像元件的光路不同，使得每個(gè)透鏡必須單獨(dú)地優(yōu)化。 這可以通過使用全息光學(xué)元件代替折射的微透鏡陣列以特別優(yōu)選的方式 完成。
在此情況下，由系統(tǒng)控制器在可控制的光學(xué)單元DMC中設(shè)置、并跟蹤 部分光波的偏轉(zhuǎn)裝置DM陣列的棱鏡具有相同的角度。這將允許僅應(yīng)用少 數(shù)參數(shù)即可簡(jiǎn)單定位棱鏡陣列。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的跟蹤調(diào)制的部分波場(chǎng)到觀察者眼睛的另一實(shí)現(xiàn)方式。
此處聚焦裝置LA陣列的所有成像元件用與相對(duì)與成像元件中心位置
相同的光源照明?？梢詰?yīng)用相同的成像元件的矩陣。不同的是，偏轉(zhuǎn)裝置
DM陣列的每個(gè)棱鏡可以以各自的角度設(shè)置。在此情況下，場(chǎng)透鏡的功能 整合到偏轉(zhuǎn)裝置DM陣列中。
但是，這需要偏轉(zhuǎn)裝置DM陣列中的每個(gè)可控制的光學(xué)單元DMC離散定位。
在另一實(shí)施例中，可以應(yīng)用包含固定和可變的棱鏡項(xiàng)的組合的偏轉(zhuǎn)裝 置的陣列。具體說，固定棱鏡項(xiàng)可以采用場(chǎng)透鏡的功能，即，將所有成像 元件的光導(dǎo)向觀察者的中心眼睛位置，而可變的棱鏡項(xiàng)對(duì)所有僅在平均眼 睛距離上橫向跟蹤的棱鏡來說相同，盡管與用于軸向跟蹤的棱鏡不同，但 也僅比圖4中示出的有較小的變化。
當(dāng)結(jié)合偏轉(zhuǎn)裝置DM陣列與聚焦裝置LA陣列時(shí)，可以將聚焦裝置LA 陣列的每個(gè)成像元件分配給偏轉(zhuǎn)裝置DM陣列的一個(gè)棱鏡，但這不是必需 的，例如如圖中所示。
其它結(jié)合也是可能的，例如將透鏡陣列的每個(gè)透鏡分配給多個(gè)較小的 棱鏡，或者透鏡和棱鏡完全不以任何固定的方式分配。
在另一實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)裝置是根據(jù)電潤(rùn)濕單元的原理的液體棱鏡陣 列，根據(jù)一實(shí)施例，每個(gè)液體棱鏡包含用光學(xué)上透明的液體填充的中空體。 液體的表面具有特定的與中空體的壁接觸的接觸角。中空體中的液體的接 觸角對(duì)給定的暫時(shí)不變的幾何形狀、材料和條件是恒量，借助于楊氏方程 式(Young's equation)可以求得接觸角。如果例如在電介質(zhì)系統(tǒng)中在液體 和中空體的壁中的一個(gè)之間施加電場(chǎng)，或者在中空體的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁之 間施加電場(chǎng)，平衡條件將改變，液體的表面和中空體的側(cè)壁之間的接觸角 也將因此改變。電潤(rùn)濕效應(yīng)可以借助李普曼方程式(Lippmann's equation) 說明。接觸角和液體表面的形狀通過改變一個(gè)或多個(gè)電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，從而 根據(jù)反射學(xué)定律相應(yīng)改變透射光束的偏轉(zhuǎn)。
例如，中空體可以是圓柱形的，且具有矩形的基底，使得相對(duì)的側(cè)壁形成電容器的電極對(duì)。最好是由親水性材料制成的電絕緣層設(shè)置在電極和 電接地的液體之間。如果關(guān)閉電容器，液體將具有幾乎球形的表面，這就 是只有局部受限的光束可以根據(jù)表面的局部曲率偏轉(zhuǎn)的原因。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)用于延長(zhǎng)的光波的棱鏡功能時(shí)，液體棱鏡的恒定的棱鏡角需要 穿過光束的整個(gè)直徑。為了實(shí)現(xiàn)此目的，通過用某一電壓控制相對(duì)的電極， 彼此獨(dú)立地調(diào)整相對(duì)電極的接觸角。例如可以選擇控制電壓，使得兩個(gè)相
對(duì)的接觸角均為90。。在此情情況下，沒有棱鏡效應(yīng)，即，液體棱鏡功能
作為共面元件。還有其它控制電壓對(duì)，例如使得兩個(gè)相對(duì)的接觸角的量不
同，但是其總和是180。。在此情況下，元件功能類似棱鏡。電極最好可以 成對(duì)地變換，使得在x方向和y方向上均可以實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，從而可以在這些方 向上跟蹤可見區(qū)到觀察者。
根據(jù)一個(gè)可選的實(shí)施例，電潤(rùn)濕液體棱鏡還可以包含用多種不相混溶 的光學(xué)上透明的液體填充的中空體。折射率在液體間的分界面改變，使得 透射的光被偏轉(zhuǎn)。使用多種(最好為兩種)液體的優(yōu)點(diǎn)是，液體是密封的。 這意味著，中空體完全地封閉并完全地用液體填充。另外，通過選擇具有 合適密度的液體，可以防止重力問題。這意味著，如果兩種液體具有大約 相同的密度，如果棱鏡的位置改變，或者在搖晃或震動(dòng)等的情形下，由于 重力，它們?cè)谥锌阵w的排列將不會(huì)改變或僅可忽略不計(jì)地改變。進(jìn)一歩地， 中空體的基底沒有必要一定是矩形的，其還可以是六角形或八角形。還可 能的是，這樣的液體棱鏡串聯(lián)連接，即，在光傳播的方向上觀察，多個(gè)液 體棱鏡一個(gè)位于另一個(gè)的后面。
由于根據(jù)本發(fā)明的裝置，可見區(qū)的位置可以調(diào)整到當(dāng)前的眼睛位置。 根據(jù)觀察者眼睛的當(dāng)前位置改變光調(diào)制器上的編碼，使得重建看上去水平 地和/或垂直地位移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度。具體說，提供固定在觀察者前 方的空間的重建變得可能，其允許在觀察者移動(dòng)時(shí)對(duì)觀察者透視的實(shí)際調(diào) 整，或者允許以擴(kuò)大的觀察者透視改變進(jìn)行重建。將后者定義為這樣一種 類型的重建其中場(chǎng)景的角度和位置的改變大于觀察者的角度和位置的改 變。在重建系統(tǒng)中由場(chǎng)曲率引起的相位誤差最好可以通過光調(diào)制器SLM 補(bǔ)償。這樣的相位誤差可以通過附加的相位移動(dòng)補(bǔ)償。而且，通過合適的
編碼，還可以降低慧形像差(coma)和像散。失真例如可以通過選擇光調(diào) 制器的其它像素，即通過在考慮失真的范圍確定的調(diào)制器單元位置上編碼 全息值進(jìn)行補(bǔ)償。用相似的方式，整個(gè)重建系統(tǒng)的像差通過光調(diào)制器中的 這樣的校正計(jì)算的方式補(bǔ)償?？傮w上，通過校正光調(diào)制器的編碼，成像裝 置的全部或任何像差可以減少或得到補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的重建系統(tǒng)，允許觀察者眼睛的位置改變，用于具有小尺 寸的空間光調(diào)制器的全息重建，且能夠容易地看到大的三維場(chǎng)景。因?yàn)樵?重建系統(tǒng)的一大部分中，調(diào)制波場(chǎng)的傳播方向是靜態(tài)的，并與觀察者的改 變的位置無關(guān)，所以可以以簡(jiǎn)單和合算的方式(即通過光學(xué)設(shè)計(jì)和通過空 間光調(diào)制器上的視頻全息圖的充分編碼)應(yīng)用公知的措施，以校正光學(xué)誤 差。二維和三維場(chǎng)景可以同時(shí)顯示，或一個(gè)接一個(gè)地顯示。進(jìn)一步地，重 建系統(tǒng)對(duì)光學(xué)組件的制造精度和像差要求相對(duì)較低。光學(xué)誤差可以用光調(diào) 制器的軟件合算地校正，第二，僅通過大成像裝置的小區(qū)域才需要低的波 陣面失真。
在光源相對(duì)于聚焦裝置LA陣列的固定排列中，每個(gè)成像元件僅需要
一個(gè)光源。
總體上，還可以使用二次光源，使得一個(gè)或多個(gè)光源的光首先聚焦到 共有焦點(diǎn)，然后該焦點(diǎn)作為二次光源，照明透鏡。這優(yōu)選地用于增加照明 的發(fā)光強(qiáng)度。
波場(chǎng)的固定導(dǎo)件最好便于使用空間過濾器，以用于抑制光調(diào)制器的較 高的衍射級(jí)。
用于跟蹤可見區(qū)到改變的眼睛位置的本方案允許提供具有很大程度 上靜態(tài)的、并與觀察者眼睛的運(yùn)動(dòng)無關(guān)的波傳播的全息顯示器。這樣可以 以簡(jiǎn)單和合算的方式(即通過光學(xué)設(shè)計(jì)和通過空間光調(diào)制器上的全息圖的 充分編碼)應(yīng)用公知的校正光學(xué)誤差的措施。
19
權(quán)利要求
1.一種具有用于調(diào)制的波場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)出口的全息重建系統(tǒng)，包含(a)光學(xué)聚焦裝置(LA)，其用能夠產(chǎn)生干涉的光波將光源(LQ1…LQ4)成像到位于眼睛位置(EP)前方的可見區(qū)中，(b)空間光調(diào)制器裝置(SLM)，其包含調(diào)制器單元，該調(diào)制器單元用于以視頻全息圖調(diào)制波場(chǎng)，并用于全息重建場(chǎng)景的物體光點(diǎn)(OLP)，(c)具有全息處理器和眼睛探測(cè)器(EF)的系統(tǒng)控制器(SC)，該全息處理器用于用再計(jì)算視頻全息圖，該系統(tǒng)控制器將光波導(dǎo)向至少一個(gè)當(dāng)前的眼睛位置，并在眼睛位置改變時(shí)相應(yīng)地跟蹤光波，其中光學(xué)聚焦裝置(LA)包含具有多個(gè)聚集元件的聚焦裝置的陣列，每個(gè)光源(LQ1…LQ4)分配給至少一個(gè)聚焦元件，從而形成照明單元束，共同地照明光調(diào)制器裝置(SLM)，其特征在于-重建系統(tǒng)進(jìn)一步包含光電偏轉(zhuǎn)裝置(DM)，其位于系統(tǒng)出口，包含至少一個(gè)具有可控制的光學(xué)單元(DMC)的偏轉(zhuǎn)裝置陣列，光學(xué)單元(DMC)的光出口方向可以控制，使得每個(gè)光源和每個(gè)聚焦裝置分配給至少一個(gè)可控制的光學(xué)單元(DMC)，-系統(tǒng)控制器(SC)基于由眼睛探測(cè)器(EF)交替地探測(cè)到的位置信號(hào)控制光電偏轉(zhuǎn)裝置(DM)，其中由眼睛探測(cè)器這樣交替地探測(cè)到的位置信號(hào)用作由活動(dòng)的視頻全息圖的內(nèi)容確定的眼睛位置，從而交替地將能夠產(chǎn)生干涉的聚焦的調(diào)制光波導(dǎo)向至少一個(gè)眼睛位置(EP)，以及-全息處理器校正相位誤差，并通過根據(jù)光調(diào)制器裝置的調(diào)制器單元的編碼的方式設(shè)置偏轉(zhuǎn)的傳播光波場(chǎng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，偏轉(zhuǎn)裝置陣列 的可控制光學(xué)單元與聚焦裝置陣列和光源陣列具有相同的矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)控制器借 助于偏轉(zhuǎn)裝置陣列的可控制光學(xué)單元實(shí)現(xiàn)可控制的光學(xué)棱鏡功能，用于橫向定向調(diào)制的聚焦光波場(chǎng)，其在場(chǎng)景重建之前在近軸的基本位置導(dǎo)向當(dāng)前眼睛位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)控制器借助于偏轉(zhuǎn)裝置的可控制的光學(xué)單元實(shí)現(xiàn)可控制的光學(xué)棱鏡功能和透鏡功 能，以使焦平面軸向地調(diào)整到當(dāng)前的眼睛位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，偏轉(zhuǎn)裝置包含 至少兩個(gè)具有可控制的光學(xué)單元的陣列平面，用于在一個(gè)陣列平面實(shí)現(xiàn)透 鏡功能，在另一平面實(shí)現(xiàn)棱鏡功能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)控制器控 制一個(gè)偏轉(zhuǎn)元件陣列的可控制的光學(xué)單元，使其實(shí)現(xiàn)不同的棱鏡角，用于 在當(dāng)前的眼睛位置前方實(shí)現(xiàn)來自偏轉(zhuǎn)裝置的偏轉(zhuǎn)元件的光波的重合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，用于針對(duì)觀察者的兩只眼睛 的具有視頻全息圖的順序編碼的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)控制器與當(dāng)前編 碼的視頻全息圖同步，周期性地變換偏轉(zhuǎn)裝置，以用于不同的眼睛位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置 包含機(jī)械地連接的可控制光學(xué)元件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，眼睛探測(cè)器控 制可控制的光學(xué)單元的焦距，以用于軸向跟蹤，并根據(jù)當(dāng)前的眼睛位置控 制棱鏡功能，以用于光波的橫向跟蹤。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個(gè)偏 轉(zhuǎn)裝置陣列位于光路中，其中兩個(gè)陣列平面的偏轉(zhuǎn)元件的偏轉(zhuǎn)角彼此設(shè)置 為90°，用于實(shí)現(xiàn)二維的橫向波跟蹤。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，偏轉(zhuǎn)元件是 電潤(rùn)濕單元。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的全息重建系統(tǒng)，用于以視頻呈現(xiàn)的基色 的順序的單色視頻全息圖進(jìn)行彩色重建，其特征在于，系統(tǒng)控制器電潤(rùn)濕 單元設(shè)置在兩個(gè)平面上，用于通過改變偏轉(zhuǎn)角補(bǔ)償視頻全息圖間的色散，用于以順序的視頻全息圖進(jìn)行彩色重建。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的全息重建系統(tǒng)，用于以彩色視頻全息圖進(jìn)行彩色重建，其特征在于，光路上的兩個(gè)電潤(rùn)濕單元連續(xù)設(shè)置，并具有折射率不同的材料，從而實(shí)現(xiàn)消色差的光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息重建系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件包含組合的光學(xué)元件，其具有固定的棱鏡組件和可控制的棱鏡組件，使得可控制的棱鏡組件僅需要實(shí)現(xiàn)較小的偏轉(zhuǎn)角，從而僅需要較低的控制電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有空間光調(diào)制裝置的全息重建系統(tǒng)，用至少一個(gè)視頻全息圖調(diào)制來自光源(LQ1-LQ4)的干涉光波，其包含光學(xué)聚焦裝置(LA)和可控制的光電偏轉(zhuǎn)裝置(DM)，光學(xué)聚焦裝置(LA)針對(duì)觀察者的眼睛，用重建的物體光點(diǎn)(OPL)為至少一個(gè)眼睛位置(EP)聚焦調(diào)制的光波，可控制的光電偏轉(zhuǎn)裝置(DM)用重建的光點(diǎn)將聚焦的調(diào)制光波導(dǎo)向至少一個(gè)眼睛位置，以減少像差。所述重建系統(tǒng)在聚焦元件的場(chǎng)中具有光學(xué)聚焦裝置，其中每個(gè)聚焦元件提供有至少一個(gè)可干涉的光源。光電偏轉(zhuǎn)裝置位于光學(xué)聚焦裝置之后的干涉光波的光路中，并具有至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)元件的場(chǎng)，該場(chǎng)針對(duì)每個(gè)聚焦元件具有至少一個(gè)可獨(dú)立控制的光電偏轉(zhuǎn)元件。
文檔編號(hào)G03H1/22GK101681146SQ200880017100
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者伯·克羅爾, 史蒂芬·瑞切特, 杰拉爾德·菲特雷爾, 諾伯特·萊斯特, 阿明·史威特納 申請(qǐng)人:視瑞爾技術(shù)公司