[发明专利]一种用于实时计算视频全息图的分析方法

说明书

本发明涉及一种用于为全息显示装置实时计算视频全息图的分析方 法。

这样的全息显示装置实质上基于以下原理：亚全息图由要重建的场景 的每个物点一起形成，并且整个全息图借助于至少一个光调制装置由亚全 息图叠加形成，在光调制装置上将被分成物点的场景编码成整个全息图， 并且场景可以作为重建从位于视频全息图的重建的一个周期性区间内的 可见区看到。大体上，此原理是主要重建将由物体发射到一个或多个可见 区的波阵面。具体地，这样的装置基于这样的原理：重建单个物点仅需要 亚全息图作为在光调制装置上编码的整个全息图的子集。全息显示装置包 含至少一个屏幕装置(screen means)。屏幕装置是编码场景的全息图的光 调制器本身，或者是在光调制器上编码的场景的全息图或波阵面成像到其 上的光学元件，如透镜或反射镜。

申请人提出的其他文件中已说明了可见区中屏幕装置的定义和相应 的场景再现的原理。第WO 2004/044659号和第WO 2006/027228号专利 文件中，光调制器本身形成了屏幕装置。在名称为“用于场景的全息重建 的投射装置和方法”的WO 2006/119760号专利文件中，屏幕装置是光 调制器上编码的全息图成像到其上的光学元件。在名称为“用于场景的全 息重建的投射装置”的DE1 0 2006 004 300号德国专利文件中，屏幕装置是 在光调制器上编码的场景的波阵面成像到其上的光学元件。在申请人提交 的WO 2006/066919号专利文件中，公开了用于计算视频全息图的方法。

“可见区域”是限定的区域，观察者通过可见区域可以足够清晰地看到 场景的整个重建。在可见区域内，波场干涉使得重建的场景对观察者变得 可见。可见区域位于或靠近观察者的眼睛。可见区域可以在x，y和z方 向上移动，在公知的位置检测和追踪系统的帮助下，将可见区域跟踪到实 际的观察者位置。可以应用两个可见区域，每个可见区域用于一只眼睛。 总体上，可见区域的更复杂的设置也是可能的。也可以编码视频全息图， 使得单个对象或整个场景对于观察者来说看起来处于光调制器之后。

在本申请文件中，术语“光调制装置”或“SLM”指通过转换 (switching)、选通(gating)或调制由一个或多个独立光源发出的光束的 方式来控制光的强度、色彩和/或相位的装置。全息显示装置典型地包含通 过调节穿过显示面板的光的振幅和/或相位重建物点的可控像素矩阵。光调 制装置包含这样的矩阵。光调制装置可以例如是声光调制器(acousto-optic  modulator)AOM或连续型调制器。通过振幅调制的方式进行全息图重建 的一个实施例可以利用液晶显示器(LCD)。本发明还涉及用于将充分相 干光调制成波阵面或调制成光波轮廓的另外的可控装置。

术语“像素”指光调制器的可控全息像素，其表示全息点的离散值并且 被离散地寻址和控制。每个像素表示全息图的全息点。就LC显示器来说， 像素是可离散控制的显示器像素。就DMD(数字微镜装置(Digital  Micro-mirror Device))来说，例如DLP(数字光处理器(Digital Light  Processor))，像素是可离散控制的微镜或这种微镜的小组群。就连续的空 间光调制装置来说，像素是表示全息点的虚构区。就彩色显示来说，典型 地将像素再分为多个表示基色(primary colours)的子像素。

术语“变换(transformation)”应理解为包括任何与变换相同或近似的 数学或者计算技术。数学意义上的变换仅仅是物理过程的逼近，其可以通 过麦克斯韦(Maxwellian)波动方程更加精确地描述。像菲涅耳(Fresnel) 变换或者以傅立叶(Fourier)变换著称的变换的特殊群的变换描述二阶逼 近。变换通常用代数或者非微分方程表示，因此可以应用公知的计算工具 进行有效且高性能地处理。此外，可以利用光学系统对它们进行精密地模 仿。

申请人提交的WO 2006/066919号专利文件，公开了一种用于计算 视频全息图的方法。其总体上包括以下步骤：将场景分割成平行于光调制 器的平面的剖面，将这些剖面变换到可见区域，并在可见区域将其相加。 然后，将相加后的结果变换回设置有光调制器的全息图平面中，从而确定 视频全息图的复全息值。