[发明专利]像素化光调制器中编码计算机生成全息图的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑到重建过程中由像素形状和像素透明度引起的 缺陷的像素化光调制器中编码计算机生成全息图的方法和装置。

背景技术

由DE 10 2004 063 838A1号专利文件可知计算计算机生成视频全息 图的方法及相应装置，如图1所示，具有三维原目标(original object)1 的复数振幅值的目标点被分配到平行虚拟目标截面6、7、8的矩阵点2、3、 4、5，以便在给定矩阵的矩阵点中为每一个目标截面6、7、8定义具有离 散振幅值的独立目标数据集，并且从目标数据集中计算光调制器9的像素 矩阵的全息编码。

对于处于距目标截面6、7、8有限的距离D6、D7、D8并且与目标截 面6、7、8平行的参考面10来说，波场的单独二维分布形式的衍射图由 每一个目标截面6、7、8的每一个目标数据集计算，对于位于参考面10 上、观察者眼睛12附近的至少一个汇集虚拟观察者窗口11来说，计算出 所有目标截面的波场，上述观察者窗口11的面积与全息图13相比是减小 的。

为了定义虚拟观察者窗口11的汇集波场，将所有目标截面6、7、8 的波场的经计算的分布加入参考数据集之内。为了生成用于目标1的普通 计算机生成全息图13的全息数据集，将参考数据集变换成处于距参考面 10有限距离并且与参考面10平行、且与光调制器9的像素矩阵局部重合 的全息面14。

对于全息面14来说，还可以逐点计算要在单独像素中实现的全息图 的振幅和相位值。

典型地，具有m个像素行、每像素行n个像素的的编码表面的二维光 调制器用来记录计算机生成全息图，其中像素不是点，但具有有限的范围 和特定的形状以及一定的振幅透明度和相位透明度。

此外，当描述光程的时候，通常的做法是使用与光调制器的编码表面 相关联的xyz坐标系统，x通常指水平方向，y指垂直方向，z为垂直于编 码表面的方向，其中，在编码表面中，n个像素排列在x方向的像素行中 并且m个像素行排列在y方向。

由于制造过程，具有如图2所示的编码表面的光调制器要么是透射型 要么是反射型并且由或多或少被宽间隙分隔的具有有限范围的像素矩阵 组成。就液晶调制器而言，编码表面例如被薄电极网格交叉，网格表示以 直角交叉的电极矩阵，因此在电极间形成矩形区域，这就是相互间保持一 定距离(所谓的像素间距p)的所谓的像素。电极矩阵还被称为象元间矩 阵(inter-pixel matrix)或间隙网格(gap grid)，由于其在像素间显示出 间隙g。在电子控制器，尤其是具有技术编程装置的计算机的帮助下电极 矩阵可以变换，以对它们的振幅以及/或者相位进行像素编码使得它们显示 出一定的透明度或反射度。编码后作为透射像素的像素让入射波通过，而 编码后作为反射像素的像素反射入射波。

编码表面的常见类型之间的区别如图2所示，图2a是透射型光调制 器9的编码表面的详图，图2b是反射型光调制器9’的编码表面的详图。 透射型光调制器9具有明显低于100％的填充系数，而反射型光调制器9’ 具有将近100％的填充系数，即，像素几乎无缝相连。然而，实际上反射 型光调制器通常具有低于100％的填充系数。

公知技术的一个问题是全息图的逐点计算及其在光调制器9，9’上在 有限范围的像素中的显示引起掺杂，并且由观察者观察到的原目标1的重 建表明了不精确的情况。

已经存在的缺陷是由建立在全息图的逐点计算与像素实际范围之间 的冲突基础上的、未被考虑的像素的实际范围引起的。

同样为人所知的是光调制器的矩形像素，给定统一的透明度或反射 比，如果用相干光照射它们，在傅立叶平面上显示出辛克 函数(sinc function)形式的振幅分布。

观察者窗口11平面以及全息面14中的复合光分布的计算仅对特定虚 拟网格的交叉点有效。如果复合分布在光调制器9，9’中出现，就有例如 矩形形状的像素以及显示出恒定振幅透明度和/或相位透明度的像素。在真 实光调制器的像素中复合全息图值的图示算术地是在x和y方向表示像素 范围的矩形函数的计算全息图的卷积(convolution)，如图2a所示。这个 数学上称为卷积的过程，在全息图13重建过程中在观察者窗口11的平面 上引起理想全息图的傅立叶变换，理想全息图逐点编码，乘以像素函数的 傅立叶变换的辛克函数，如图2所示，为矩形。有该缺陷的目标1的重建 因此被观察者感觉到。