用于全息或立體顯示器的光束發散和多種準直器制造技術

本發明專利技術涉及一種具有照明裝置、放大單元（VE）和光調制器（SLM）的全息顯示器，其中，照明裝置包括至少一個光源和光準直單元（LCU），光準直單元（LCU）設計成使其準直至少一個光源的光，并產生由光源發射的具有平面波可指定角度譜的光的光波場，從光的傳播方向看去，放大單元（VE）設置在光準直單元（LCU）的下游，其中，放大單元（VE）包括透射體積全息圖（VH），設計并設置該透射放大體積全息圖，使得由于光波場與體積全息圖（VH）的透射相互作用，實現光波場的失真擴展，從光傳播方向上看，光調制器（SLM）設置在失真放大單元（VE）的上游或下游。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于全息或立體顯示器的光束發散和多種準直器本專利技術涉及具有照明裝置、放大單元和光調制器的全息顯示器。該全息顯示器用于顯示二維和/或三維圖像信息。在實現具有大屏幕尺寸的全息顯示器時，存在兩個主要問題-如果大面積光調制器，例如具有24”對角線尺寸的光調制器，用于編碼全息圖，則必須使用足夠的相干光均勻照射該光調制器的大面積。-相反地，如果小的光調制器與投射布置進行組合，若其具有相同的24”屏幕尺寸，并且如果使用常規光學裝置，例如透鏡和反射鏡，則該裝置將深于lm。可以使用盡可能平坦的大的照明裝置解決第一個問題。只有使用不同于常規光學裝置以外的其他裝置放大照明裝置和/或光調制器，才可以解決第二個問題。例如，在W02006/119760A2號專利文獻中公開了一種全息投射顯示器。在該文獻中，具有小表面和高分辨率的光調制器借助于透鏡和反射鏡的布置以放大方式成像到作為屏幕的透鏡或凹透鏡上，并且在屏幕和位于屏幕的傅里葉平面內的視窗之間延伸的空間內重建，其中全息圖在該光調制器上編碼。鑒于全息圖在屏幕上的放大成像，該布置具有重建空間也得到放大的優勢，因而與常規全息布置相比，可以重建更大的物體。然而，隨之而來的缺陷是，該光學布置體積大，在軸向方向上特別長，因此，由于其深度大，很難用于全息桌面顯示。在US2007/252956A號專利文獻公開的一種投射顯示器中，通過相對較小的照明裝置照射小的光調制器，并且借助軸外設置的全息反射鏡元件將其以放大方式投射至屏幕上。該布置的優勢在于，由于傾斜的光學路徑，整個系統的軸向尺寸得以縮短。然而，該布置仍然體積過大，不能作為全息桌面顯示使用。W02002/082168A號專利文獻公開了一種結合一維和二維光柵用于光偏轉的平面投射顯示器。通過桿狀光柵在一個方向上導向視頻投射儀的虛像，之后通過板狀光柵在垂直于第一方向的第二方向上導向。在一個實施例中，光柵由玻片制成，玻片與顯不器表面呈45°成層狀連接，每個玻片在與入射方向呈直角的方向上對光進行偏轉。然而，光調制器的圖像因此增加而非放大，在法向方向上觀察板狀光柵表面的觀察者看到一個二維布置及相同的調制器圖像。即使利用該設置，也不能實現實際放大光調制器的編碼表面的全息投射顯不O在W02002/31405A號專利文獻中，例如由光調制器發射的具有矩形橫截面的準直光束在兩個垂直方向上擴展，由于其以小角度落在不像反射鏡一樣反射的一維表面上并且落在不同于反射鏡依次反射的二維表面上。通過平坦“掠過(grazing)”的入射實現二維擴展，并且表面具有這樣的質地，即，它們將光束反射至所需的方向，在這種情況下是垂直于入射的方向。這借助二維衍射光柵或全息表面光柵實現。在該布置中，的確放大了入射光波場的橫截面積，但并沒有提到光束被衍射光柵反射時的限定的振幅和相位調制，然而，所述這在三維場景的全息重建中是必需的。因此，本專利技術的目的在于提供一種具有照明裝置的全息顯示器，其具有盡可能大的面積同時具有盡可能小的深度，并且僅包含最低限度數量的主光源。本專利技術的另一目的在于，將盡可能小的全息編碼光調制器放大到足夠大的尺寸，而不顯著增加布置的深度。在任一情況下，由照明裝置發射的平面波的角度譜及其相干性將滿足物體的全息或混合全息及立體呈現的要求。根據本專利技術通過權利要求1所述的特征實現這些目的。其他優選實施例和本專利技術的外延在從屬權利要求中限定。根據本專利技術的全息顯示器包括照明裝置、放大單元和光調制器。該照明裝置包括至少一個光源和光準直單元。該光準直單元設計成使其校準由至少一個光源發射的光并產生由光源發射的具有平面波可指定角度譜的光的光波場。從光的傳播方向上看去，放大單元設置在光準直單元的下游。放大單元包括透射體積全息圖，設計并設置該透射體積全息圖，使得由于光波場與體積全息圖(VH)的透射相互作用，可以實現光波場的失真擴展。這里，優選可以在全息或立體或自動立體顯示器中為其自身使用各個光準直單元和放大單元。根據本專利技術，光準直單元和放大單元可以提供擴展的校準光波場用于這樣的顯示器，之后作為準直和放大模塊。在本專利技術范圍內，失真擴展具體地意味著在不提供中間光學圖像的情況下光束擴展或入射光束或光波場的放大。從光傳播方向上看去，用于編碼全息信息的光調制器可以設置在失真放大單元的上游或下游。來自光準直單元的光波場可以可指定的入射角到達體積全息圖，該入射角不應小于70°。此處，入射角涉及體積全息圖的表面法線，并且將體積全息圖前后的光學媒介的折射率差異考慮其中。選擇體積全息圖的厚度，使得光波場示出波矢量的角度分布，并且在至少一個方向上，光波場的波矢量的角度分布的最大偏離不超過1/20°。波矢量描述光波場的波傳播方向。在光調制器上兩個限定點之間的放大光波場的光束的光學路徑長度的差值將不超過以給定的光的相干長度在光調制器的編碼表面上的給定值。這意味著穿過光調制器給定子區域的兩個任意光束之間的光學路徑長度的差值將足夠小，使這些光束仍然能夠產生干涉，光調制器的給定子區域例如可以對應于子全息圖。在W02006/066919A1號專利文獻中給出子全息圖的定義。在此情況下，確保使用由此限定的所使用的光的干涉長度，在基于專利文獻W02006/066919A1的顯示中仍然可能存在建設性或破壞性的干涉，由此，可以使用顯示器向觀察者全息地呈現三維場景。放大單元可以包括設置在光傳播方向上更下游的另一體積全息圖，放大單元的體積全息圖設計并設置得使光可以向兩個不同方向偏轉，從光傳播的方向上看，光調制器設置在另一體積全息圖的上游或下游。根據該實施例，第一體積全息圖用于在第一方向上擴展或放大由光準直單元校準的光波場。設置在第一體積全息圖下游的另一(或第二)體積全息圖，用于在第二方向上擴展或放大已經通過第一體積全息圖在第一方向上放大的光波場。從而，例如，優選地，可以僅有一個主光源實質上均勻地照射大的面積或區域，其中放大單元優選地占用非常小的空間。可以將兩個體積全息圖設置為，在兩個實質上垂直的方向上，S卩，在每個方向上有不同的放大因數，使用限定的平面波的角度譜失真地擴展光波場。使用的體積全息圖優選為離軸體積全息圖，其中，物體光束和參考光束不在同一軸上。激光、激光二極管、LED或OLED可以作為光源。可以通過光束組合器將多光源的輻射或光組合并且注入普通光纖。如果僅使用單個光源，則可以將其光線通過光纖導入光準直單元。用于產生準直光波場的主準直透鏡可以設置在光離開光纖的出射點的下游。例如，該準直光波場可以用于照射立體顯示器。另外，主準直透鏡可以在光傳播方向上跟隨有體積全息圖形式的角度過濾器，選擇其厚度，使光波場示出波矢量的角度分布，并且在至少一個方向上光波場的波矢量的角度分布的最大偏離不超過例如1/20°的可指定值。這使得以下情形成為可能，即，將在至少一個方向上的平面波的角度譜限制為已經在光準直單元內的可指定角度范圍，并且在僅考慮所需的光束擴展或光束偏離效果的情況下，限定設置在光準直單元下游的體積全息圖的厚度。準直光波場可以照射光準直單元的第一微透鏡陣列。散射裝置可以設置在第一微透鏡陣列的焦平面上，光從該裝置傳播至緊處于散射裝置下游的第一孔徑光闌，其中第一孔徑光闌的孔可以具有不對稱的橫向范圍，以產生與各自橫向范圍相關的具有可指定相干性質的光波場的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.06 DE 102010031024.7;2010.10.29 DE 10201001.具有照明裝置、放大單元(VE)和光調制器(SLM)的全息顯示器，其特征在于，照明裝置包括至少一個光源和光準直單元(IXU)，光準直單元(IXU)設計成使其準直至少一個光源的光，并產生由光源發射的具有平面波可指定角度譜的光的光波場，從光的傳播方向看去，放大單元(VE)設置在光準直單元(IXU)的下游，其中，放大單元(VE)包括透射體積全息圖(VH)，設計并設置該透射放大體積全息圖，使得由于光波場與體積全息圖(VH)的透射相互作用，實現光波場的失真擴展，從光傳播方向上看，光調制器(SLM)設置在失真放大單元(VE)的上游或下游。2.根據權利要求1所述的全息顯示器，其特征在于，來自光準直單元(LCU)的光波場以可指定的入射角到達體積全息圖(VH)，該入射角不小于70°。3.根據權利要求1或2所述的全息顯示器，其特征在于，選擇體積全息圖的厚度，使光波場包括波矢量的角度分布，并在至少一個方向上，光波場的波矢量的角度分布的最大偏離不過超過1/20°的值。4.根據權利要求1至3中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，在光調制器的兩個限定點之間的放大的光波場(sWF)的光束的光路徑長度z U，y)的差值不超過以給定的光的相干長度光調制器(SLM)的編碼表面上的給定值。5.根據權利要求1所述的全息顯示器，其特征在于，放大單元(VE)包括另一個體積全息圖(VH2)，從光傳播方向上看，其位于體積全息圖(VHl)的下游，設計并設置放大單元(VE)的體積全息圖(VH1，VH2 )，使光向兩個不同的方向偏轉，其中，從光傳播方向上看，光調制器(SLM)設置在該另一體積全息圖(VH2)的上游或下游。6.根據權利要求5所述的全息顯不器,其特征在于,光準直單兀(LCU)在光傳播方向上接著兩個體積全息圖(VH1， VH2)，使得其在兩個實質上垂直的方向上將具有平面波的限定角度譜的光波場失真擴展。7.根據權利要求5或6所述的全息顯示器，其特征在于，體積全息圖(VH)為離軸體積全息圖。8.根據權利要求1所述的全息顯示器，其特征在于，光源包括激光器、激光器二極管、LED 或 OLED。9.根據權利要求1至8中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，提供光束組合器用于將至少一個光源的光組合到普通光纖(OF)中。10.根據權利要求1至9中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，光準直單元(IXU)包括主準直透鏡(PCL)。11.根據權利要求1至10中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，主準直透鏡(pCL)在光傳播方向上跟隨有體積全息圖(VH)形式的角度過濾器，選擇其厚度使得光波場包括波矢量的角度分布，并且在至少一個方向上，光波場的波矢量的角度分布的最大偏離不超過1/20。的值。12.根據權利要求10所述的全息顯示器，其特征在于，光準直單元(LCU)包括由準直的光波場照射的第一微透鏡陣列(fMLA)。13.根據權利要求12所述的全息顯示器，其特征在于，散射裝置(sPS)設置在第一微透鏡陣列(fMLA)的焦平面上，光從該處傳播至緊處在其下游的第一孔徑光闌(AS)。14.根據權利要求13所述的全息顯示器，其特征在于，第一孔徑光闌(AS)的孔具有不對稱的橫向范圍，用于產生與各自橫向范圍相關的具有可指定相干性質的光波場的平面波的角度譜。15.根據權利要求14所述的全息顯示器，其特征在于，設置光準直單元(IXU)的第一孔徑光闌(AS)的孔尺寸，使得光波場的相干性質在兩個不同的方向上不同，在一個方向上輻射是不相干的，而在另一方向上是充分相干的。16.根據權利要求13所述的全息顯示器，其特征在于，第二微透鏡陣列(cMLA)設置在光傳播方向上第一孔徑光闌(AS)的下游，使得第一孔徑光闌的孔與第二微透鏡陣列(cMLA)的相應微透鏡的后焦點重合。17.根據權利要求16所述的全息顯示器，其特征在于，另外兩個孔徑光闌(AS1，AS2)設置在第一空間光闌(AS)和第二微透鏡陣列(cMLA)之間。18.根據權利要求16所述的全息顯示器，其特征在于，第二微透鏡陣列(cMLA)產生具有平面波的角度譜的分割的光波場，通過該分割的光波場，直接或在光波場橫向放大之后照射承載全息編碼的隨后的光調制器(SLM)。19.根據權利要求1至18中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，光調制器(SLM)為透射、反射或半透射型，和/或設計照明裝置尺寸，使得其實質上均勻地照射光調制器(SLM)的有效區域。20.根據權利要求1至 19中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，光準直單元(IXU)的至少一個參數是可變的，用于在至少一個體積全息圖(VH)下游產生光波場的平面波的可指定角度譜。21.根據權利要求1至20中的一項所述的全息顯示器，其特征在于，為了觀察顯示器的觀察者設計至少一個體積全息圖(VH)使其壓縮輻射或衍射級的干擾部分。22.根據權利要求5所述的全息顯示器，其特征在于，將體積全息圖(VH1，VH2)的其中一個設計為除了作為放大元件的發揮作用外，還具有物鏡的功能。23.根據權利要求1所述的全息顯示器，其特征在于，光準直單元(IXU)具有線性結構，其中，線具有至少兩個可以相互獨立開關的光源(LS)，并且在出射處具有至少兩個準直折射透鏡(CL)，并且這些線沿隨后設置的二維放大單元(VE)的邊緣并排設置，使得它們照射后者的整個表面。24.根據權利要求23所述的全息顯示器，其特征在于，提供楔形光波導裝置(LE)用于照射包括體積光柵(VG)的二維放大單元(VE)，其中，體積光柵(VG)附接至實質上垂直于其光入射表面的楔形光波導裝置(LE)的側面，并且用于放大由光準直單元(LCU)發射的分割的平面波場，并且將其引導至設置在更下游的光調制器(SLM)的表面。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杰拉爾德·菲特雷爾，
申請(專利權)人：視瑞爾技術公司，
類型：
國別省市：