[发明专利]全息图像显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于以全息方式显示图像的方法和设备。

背景技术

先前已经描述了用于以全息方式显示图像的技术(见，例如，WO2005/059660、WO2006/134398、WO2006/134404、WO2007/031797、WO2007/085874、WO2007/110688，其全部内容通过引用合并于此)。这些技术具有广泛应用，包括例如，在诸如数字摄像机、移动电话、便携式媒体播放器、膝上型计算机等手持电池供电设备中。然而，在这些和其他应用中，通常需要增加操作效率。

可以在EP1702243A；EP1498766；以及Palima D.和Daria V.R.的“Holographic projection of arbitrary light patterns with a suppressedzero-order beam”，2007，Vol46，No20，Applied Optics中找到现有技术。

本发明将描述能够实现效率实质增加的技术，具体地，利用与二相空间光调制器不同的所谓多相空间光调制器(即，与其中像素仅具有两个相位延迟值之一的二元器件相对，该SLM对于像素具有多于两个的不同可选相位延迟值)。尽管在被数字电路驱动时需要将这些器件量化为多个离散的相位延迟值，但多相位SLM包括连续相位SLM。

先前已经描述了高效地计算全息图以在SLM上显示以便再现期望图像(同上)的技术，广义地被称作OSPR(单步相位获取)型过程。后续给出示例过程的细节。下文中给出了示例过程，但是本领域技术人员将理解，本文后续描述的用于增加效率的方案不限于用于计算全息图以在SLM上显示从而再现图像(这里包括视频的帧)的任何具体方法，尽管采用OSPR型过程是有利的。

图1示出了并入全息图像投影模块12以投影显示图像14的消费电子设备10的示例。显示图像14包括多个以全息方式产生的子图像，其中的每一个子图像具有与显示图像14相同的空间范围，并且被连续地快速显示以便给出显示图像的外观。

可以使用OSPR型过程来产生每个全息子帧，其中，广义而言，通过显示多个全息图(其中的每一个在重放场中空间交叠)来显示图像。在被单独观看时，由于例如图像数据的全息变换的相位量化添加了噪声，多个全息图中的每一个将出现相对噪声。然而，当被快速连续查看时，在观察者眼中，重放场图像被平均以给出噪声图像的印象。为了至少部分消除该噪声，连续时间子帧中的噪声可以是伪随机的(实质上独立的)，或者子帧中的噪声依赖于一个或多个先前子帧中的噪声，或者可以采用组合。

图2示出了用于图1的全息投影模块的示例光学系统。参照图2，激光二极管20(例如，以532nm)经由反射镜23向空间光调制器(SLM)24(例如，像素化液晶调制器)提供实质上准直的光22。(如图所示，SLM是反射SLM，也可以采用透射SLM)。SLM 24利用全息图对光22进行相位调制，并且优选地将相位调制后的光提供给缩倍(demagnifying)光学系统26。在所示实施例中，光学系统26包括：一对透镜(L3、L4)28、30，相应焦距为f₃、f₄，其中，f₄＜f₃，空间间隔为距离f₃+f₄。光学系统26通过发散形成显示图像的光来增加投影全息图像(重放场R)的大小；有效地减小调制器的像素大小，因此增加了衍射角。透镜L₁和L₂形成扩束对，对来自光源的光束进行扩展使得覆盖调制器的整个表面；根据光束22和SLM 24的相对大小，可以省略该扩束对。可以包括空间滤波器以衰减显示图像的不期望部分，例如，零阶非衍射斑或重复的一阶衍射斑(共轭)图像，根据用于显示图像的全息图是如何产生的，可能看起来像显示图像的倒置版本。然而，对于要实践的空间滤波，期望在显示图像和要衰减的重放场的一部分之间的重放场中存在一定空间分离。

适合的二相SLM的示例是由CRL Opto(Forth Dimension DisplaysLimited，英国，苏格兰)制造的SXGA(1280×1024)反射二相调制铁电液晶SLM。由于其快速切换时间，铁电液晶SLM是有利的；二相器件是适宜的，但是也可以采用具有三个或更多量化相位的器件(在本领域中，被称作多相SLM)。二元量化产生共轭图像，而多于二相的使用则抑制共轭图像(见，WO 2005/059660)。