[发明专利]计算机生成全息图的编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对空间光调制器(SLM)上的三维物体的计算机生成全 息图(CGH)进行编码的方法，其中该物体的重建影像可以透过一个位于 观察者位置平面中的观察者视窗看见。CGH通过相位编码表示，因此利 用一个转换运算法来进行CGH控制值的迭代计算。三维物体的重建通过 让充分相干的光在光调制器、例如相位调制式SLM的可控制像素上衍射 产生。本发明进一步涉及一种包含有执行编码方法的机构的全息显示装 置。

在本申请中，所谓的“SLM”表示一种用于通过调制由一个或多个独立 光源所发出的光束来控制波场的强度(振幅)、色彩和/或相位的电子媒介。 该SLM包含有多个电子可控制像素，这些像素以规则的形态排列，并对 CGH进行编码。在本申请中，k个相邻像素合并构成一个有k个相位分子 的相位编码元件。在此，将说明二相编码以作为有k个分子的相位编码的 范例。然而，本发明的说明同样也适用于有大量分子的相位编码。在申请 中，所谓的“转换”应包括任何适合用以产生光波传播效果的转换。这包括 例如菲涅尔转换和傅里叶转换。

背景技术

三维物体在全息显示装置中的重建会受到重建误差的负面影响，该误 差例如根据所使用的显示部件、例如振幅或相位调制式SLM由其它衍射 级的干涉光或CGH编码方法所引起。修正或消除这样的影响可以改善全 息显示装置中的重建品质。

由本申请人申请的DE10 2004 063 838号尚未公开的专利申请中说明 了一种用来计算CGH的方法和用来在振幅调制式SLM上进行相同编码的 相应装置。利用合适的方法对CGH在振幅调制式SLM上进行计算和编码。 有可能利用这样的设计达到良好的CGH重建品质。和传统的全息影像相 反的是，经过编码的CGH是根据二维物体层、也就是三维物体的平行断 面的物体数据集所进行的全息影像数据集的计算以及利用例如电脑的电 子储存媒介中的电子装置储存的结果。物体数据集包含个别物体层中的多 个物体点的复相和振幅值，因此也就是该三维物体的整个物体信息。基于 物体数据集所计算的复数全息影像数据用于对SLM进行编码，它以电子 形式影响可以产生干涉的光的振幅和/或相位。因此三维物体可以根据这些 数据完全重建，并且可以从位于靠近观察者眼睛的观察者视窗中的适当透 视看到全息呈现。该三维物体可以是固定的物体或是真实或虚拟场景的一 连串活动影像。至于本发明切近该项专利申请时，将在以下对实施例的详 细说明中行解释说明。

另一个CGH的编码方法是采用结合相位调制式SLM的相位编码方 法，其中优选为二相编码方法。在此只在SLM中直接调制光的相位。二 相编码的原理是以复数值可以由两个具有固定振幅的相位值来表示为依 据。每个具有相位ψ且振幅介于0与1之间的复数值因此以两个具有绝对 值1和相位值ψ±acos a的复数的总和来表示。不过，还存在以每个复数值 的两个或更多个相位值来表示一组复数值的其他可能。所谓的“二相编码” 和“有k个分子的相位编码”在此以一般的意义来解释。

二相编码方法用于结合相位编码SLM表示相位值。如果可以将两个 一致且在SLM上的位置相同的相位值编码，则经过编码的CGH将可以达 到无错误的三维物体重建。然而实际上，相位值只能被写到SLM的一个 横排(或纵排)中的两个相邻的可控制像素上，使它们在位置上有所偏差。 如果使用两个以上的相位值来进行编码，则情况将类似于相位值数。这个 偏差会造成CGH重建时的误差。

不过，相位编码比起在振幅调制式SLM上进行振幅全息影像编码具 有许多优点。利用二相编码，可以达到更高的重建亮度，因为相位编码 SLM的像素具有最大的透光度。由于事实上物体在所使用的零阶衍射中 重建，二相编码方法的另一个优点是，它会显示出更有利的波长依存，而 这有利于彩色全息影像的呈现。然而，这种编码方法也有缺点，即全息重 建品质与例如振幅调制式SLM的巴克哈特(Burckhardt)编码方法比起来 较差。

因此，必须采取改善重建品质的措施才能充分利用二相编码方法的正 面优点。重建品质可以通过例如在进行CGH编码时利用迭代算法来改善。 从文献中可以得知多种普通迭代法。