[发明专利]视频全息图和用于重构视频全息图的装置

说明书

本发明是申请号为200810096741.9、申请日为2003年11月11日、发明名称为“视频全息图和用于重构视频全息图的装置”的申请的分案申请。而上述申请号为200810096741.9的申请又是基于申请日为2003年11月11日、申请号为200380103105.X(PCT/DE2003/003791)、发明名称为“视频全息图和用于重构视频全息图的装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种视频全息图以及一种包括有光学系统的用于重构视频全息图的装置，其包括至少一个光源、透镜以及由设置成矩阵或其它规则图案的单元组成的全息图承载介质，并且每一单元带有至少一个开口，所述开口的相位和幅度可以控制，以及位于该光源的图像面中的观察平面。

背景技术

从现有技术(Stephen A.Benton，Joel S.Kollin：Three dimensional display system，US5172251)中已知使用声光学调制器(AOM)重构视频全息图的装置。这种声光学调制器将电信号转换成为光波波阵面，使用偏转镜将其重组为视频帧，以形成二维全息区域。使用其他光学元件根据各个波阵面重构观察者可见的场景。所使用的光学装置，诸如透镜和偏转元件，具有所重构的场景的尺寸。由于它们较大的深度，这些元件体积较大并且沉重。难以将它们缩小，使得它们的应用范围受到限制。

通过所谓的“片铺方法(tiling method)”，使用计算机生成全息图(CGH)提供了产生大视频全息图的另一种可能。在该方法中，从WO00/75698A1和US6,437,919B1中已知，借助于光学系统组合具有小间距的小CGH。为此，在第一步骤中，将所需要的信息写入具有小间距的快速矩阵(通常是EASLM(可电子寻址空间光调制器))，然后这些矩阵被复制到适当的全息图介质上并被组合以形成大的视频全息图。通常，可光学寻址空间光调制器(OASLM)用作全息图介质。在第二步骤中，使用传输和反射中的相干光重建所组合的视频全息图。

在具有设置成矩阵或其它规则图案的可控制开口的CGH中，例如从WO01/95016A1中或者从Fukaya等人的“Eye-position tracking type electro-holographic display using liquid crystal devices”，Proceedings of EOS Topical Meeting on Diffractive Optics，1997中已知，利用小开口上的衍射来对场景编码。从开口出来的波阵面在它们到达观察者之前汇聚到三维场景的物点上。间距越小，于是在CGH中的开口越小，那么衍射角、即观察角就越大。相应地，使用这些扩大观察角的已知方法就可以提高分辨率。

如通常所已知的，在傅立叶全息图中，场景被重构为平面中全息图的直接傅立叶变换或逆傅立叶变换。以周期间隔周期性地继续该重构，所述周期间隔的范围反比于全息图中的间距。

如果傅立叶全息图的重构尺寸超过了周期间隔，则相邻的衍射级会交叠。随着分辨率逐渐降低，即随着开口间距的上升，重构的边缘将通过交叠更高衍射级而逐渐地变形。重构的可使用范围于是就渐渐地受限。

如果要得到更大的周期性间隔，并从而得到更大的观察角，全息图中所需要的间距就更加接近光波长。因此，CGH必须足够大，以能够重构大的场景。这两个条件要求具有大量开口的大CGH。然而，这在具有可控制开口形式的显示中并不可行(参见EP0992163B1)。具有可控制开口的CGH只有一到几英寸，并且间距还基本上大于1μm。

两个参数，间距和全息图尺寸，的特征就是作为全息图中开口数量的所谓的空间带宽积(SBP)。如果要产生具有50cm宽度的、带有可控制开口的CGH重构，使得观察者能够在1m的距离并以50cm宽的水平观察窗口观察场景，那么水平方向上的SBP大约为0.5＊10⁶。这对应于在CGH中1μm的距离有500,000个开口。假定纵横比为4∶3，那么在垂直方向上就需要375000个开口。相应地，如果考虑三色子象素，则CGH就包括3.75×10¹¹个开口。如果考虑到带有可控制开口的CGH通常只允许幅度受到影响，该数目就会变为三倍。利用所谓的迂回相位效应对相位进行编码，其要求每个采样点有至少三个等距离开口。具有如此大量可控制开口的SLM迄今为止还不为人知。