[发明专利]具有切趾装置的全息直视显示器

说明书

本发明涉及一种全息直视显示器，该显示器包含至少一个具有用于衍射光的调制器单元矩阵以及切趾掩模阵列的可控空间光调制器。此外，本发明涉及一种求得切趾掩模的切趾函数的迭代过程。本发明的应用领域包括会具有大的显示区域和/或小的结构深度的光电显示装置，例如用于PC、TV、移动电话或其它具有显示信息功能的电器的直视显示器。

可控空间光调制器(SLM)的调制器单元矩阵包含起可主动切换的调制器区域和在中间(划分条、单元边界)的非主动区域。这两个区域的面积比被称为填充因子。非主动区域形成固定的光栅结构，在该位置，光发生衍射。如果用相干或者部分相干光照明空间光调制器，则衍射光将显示出特有的多束干涉效应。空间光调制器的衍射远场与空间光调制器的复振幅透射或复振幅反射的傅里叶变换一致。非主动区域是预先确定的并且对每一类SLM具有特有的特点。在这些区域，衍射导致较高衍射级的发生，其会导致光学系统的功能性和质量的损害。

如果它们在全息重建的实际图像上重叠，那么较高衍射级可以以噪声增加、孪生像的形式或者例如通过在产生于远场的SLM的图像点周围的亮点例如对光学系统的功能性产生不利的影响。现有技术领域公知的用于消除由SLM矩阵的调制器单元产生的较高衍射级的有效装置是空间过滤器，其放置在接着SLM的光学系统的中间焦点位置。空间过滤器仅透射需要的衍射级，而所有其它的衍射级由设计为孔眼掩模的空间过滤器阻隔。这样的过滤器布置的缺点是中间图像或者中间焦点必须在光路上接着SLM而产生。首先，这样大大增加了光学系统的结构深度。其次，随后的光学系统(透镜或者反射镜)的孔径(有效开度)必须和SLM的孔径差不多一样大。这限制了这样的空间过滤器对相对小的SLM的适用性并且因此限制了其对投射式显示器的适用性。

切趾是一种用于在爱里圆斑(Airy disc)的外环的重叠处进行光学过滤方法，其中爱里圆斑的外环表示较高衍射级。采用该方法的优点例如是成像系统中在损失成像系统的分辨率的情况下改进图像对比度，因为例如在光路的出口孔径处放置特殊的梯度过滤器。

借助于切趾函数t_SLM-像素(x，y)可以实现调制器单元的切趾。切趾函数总体上是根据它们的实际使用而计算的，并且例如在掩模或者过滤器中实现。此外，可以分析地说明的多个公知的切趾函数在文献中进行了讨论。除了余弦或者三角函数以外，还存在例如名为布莱克曼(Blackman)、海明(Hamming)或者韦尔奇(Welch)函数的公知切趾函数。这些切趾函数为一般的切趾任务提供了解决方案。

由本申请人递交的DE 10 2006 030 535 A1号专利文件描述了在投射显示器中在具有像素矩阵的空间光调制器中对切趾函数的使用。像素矩阵的切趾在这里只能通过照明空间光调制器的光的各自调制实现。为此，用适当的函数调制平面相干照明波，该函数的周期与调制器的像素结构相匹配。

在用于生成全息重建的全息直视显示器中，用充分相干光照明可控光调制器并且可控光调制器在远场中为每一只眼睛生成单独的可见区(也称为观察者窗口)。较高衍射级的强度可以发散到邻近的可见区并且因此在观看重建时妨碍观察者。迄今为止，还没有用于在这些可见区中降低较高衍射级串扰的基于切趾的公知解决方案。

众所周知，要想变得有效，切趾必须满足由实际所使用的调制器装置所给出的边界条件。

综上所述，现有技术存在以下不足：

对于真实的全息重建的生成，也就是亮度值描述的尽可能真实的话，就需要较高衍射级在至少一个特定的区域内明确地降低。这些区域位于观察者平面内的确定的位置。具体说，应该有可能尤其大大地降低落入其它眼睛中的那些衍射级。

传统的切趾函数没有实现的另一个应用是，在除了零级衍射以外的至少一个衍射级中相对发光强度相对于所有其它衍射级增加。

本发明的目的是通过切趾降低由包含可控调制器单元矩阵的全息直视显示器的可控空间光调制器的远场中的调制器单元引起的较高衍射级，其中光调制器是不允许空间过滤器过滤的光学系统的组件。

这些问题将借助于切趾掩模阵列消除。光调制器还将允许在衍射的相干光的不同衍射级中单独规定强度分布。

同时，还将尽可能消除由调制器单元的设计引起的其它干扰效应，从而改进光学系统的成像质量。

此外，在切趾掩模中，在整个调制器单元中为连续的轮廓提供切趾函数或者是用各个步骤的离散值实现切趾函数将是可能的。

此外，总体上将修改公知的切趾函数使得这些修改对不同的应用都是有效的并且是技术上可行的。

由此仅将全息直视显示器的透射率降低到很小的程度。