[发明专利]用于跟踪使用者的组合光调制装置

说明书

本发明涉及用于具有观察者跟踪的全息或自动立体显示器的组合光调制器装置。在本发明的内容中，组合光调制器装置被理解为在多阶段过程中改变由一个或多个实或虚光源发出的光的特性和/或方向的装置。

这里，虚光源是仅仅好像是位于某个位置上的光源，即由于通过——典型静态的——例如镜子这样的成像装置和/或如孔径这样的聚束装置来操纵实光源的光而出现在那里的光源。

在本专利申请的内容中，全息显示器是用于三维图像数据的显示装置，其中将要显示的场景的三维物体数据以将要被重现的场景的衍射图的形式被编码。三维场景在较大的可见区域中的高品质重现需要很大的计算能力和高分辨率光调制器。

在文献DE 103 53 439 B4中，申请人由此提出了一种仅为较小的可见区域计算波前的方法，其中较小的可见区域的直径仅稍大于观察者眼睛的眼睛瞳孔的直径。因此，每个将要被重现的物点只需要在光调制器的较小区域特别是子全息图中被编码。

为此，由至少一个光源发出的足够的相干光照明至少一个光调制器并通过场透镜在至少一只观察者眼睛上成像。可以通过可选地打开至少一个与光调制器同步的其他光源同时将将相应的全息图或相应的子全息图写入光调制器来生成其他观察者眼睛的三维场景的重现。这里，色彩显示通过用于每个色彩成分的全息图信息的空间或时间交错（空分复用或时分复用）而成为可能。为了允许观察者在显示器前面自由移动，通过单独打开另外的光源而跟踪焦域至观察者眼睛。为此，一个或多个观察者的眼睛的坐标借助于位置检测系统而被连续确定。

这里，场景的重现可以通过重新计算衍射图来适应新观察者的位置。还可以通过时间交错（时分复用）来为多个观察者提供重现。

为了沿着光路提供观察者跟踪，聚焦单元的焦平面以及可见区域的大小优选另外地适应观察者的眼睛位置。

在具有观察者跟踪的自动立体显示器（ASD）中，在光调制器上被编码的不是衍射图，而是被直接写入的特定眼睛的场景视图。

观察者跟踪可以通过直接或间接的光源位移来实现。间接位移的公知示例是偏转镜。

观察者跟踪的许多其他方法是公知的。观察者跟踪例如可以通过修改用于全息图编码或用于立体显示的光调制器的前面或后面的光路来获得。除了机械方法之外，使用自适应光学系统来改变反射、衍射或折射性能的方法也是公知的。

此外，已知使用组合的跟踪方法，即利用静态但沿着光偏转装置的表面区域变化的光偏转功能的方法。

在由申请人递交的专利申请DE 10 2008 054 438 A1中，提出了电可控的流动单元（fluid cells）的矩阵用于观察者跟踪，其中流动单元具有附加的静态光偏转装置，然而，光偏转装置沿着矩阵的表面区域而变化，以便实现或至少支持场透镜的功能。这些光偏转装置例如可以包含折射元件，如棱镜或透镜，或者包含衍射元件，如体光栅或闪耀光栅，即被优化以用于某一波长的光栅。

由申请人递交的专利申请DE 10 2009 028 626 A1，其所公开的内容将全部通过参考引用的方式包括于此，它教导了使用可控的衍射光栅进行观察者跟踪。

这里，具有相同偏转方向的多个该种类的光栅还可以依次设置，以便实现更大的偏转角。这里，还可以依次设置至少两个可控的偏转光栅，它们以固定的角度转向彼此，以便获得二维偏转。通过改变写入的光栅周期，衍射光栅可以实现沿着偏转单元的表面区域的局部不同的偏转，以便实现或至少支持场透镜的功能。

在光栅周期可变以便设置所需的衍射角的可控的偏转光栅中，由于偏转光栅可以得到控制的空间分辨率而具有最小可设置的周期。如果周期例如使用网格状电极结构而被设置，则存在由制造工艺引起的电极的宽度和距离的限制。此外，例如偏转光栅的电杂散场或漫射或衍射组件引起了固定的相邻的相位值之间的相互作用（cross-talking）。它们还可以降低衍射效率并由此引起干扰漫射光或较高衍射级的光出现。

由于处于网格形状的衍射结构中，因此衍射角与衍射结构的周期性成反比例，单个衍射装置的可用的角度范围以及跟踪范围被可生产的电极间距限制。

然而，为了能够以各个视角舒适地观察三维场景，显示需要在可变的观察者距离上具有较大的跟踪范围。因此，尽管偏转元件的有限的衍射角，但是寻找到一种解决方案，其提供了大于用这种元件可获得的跟踪范围。

该目的根据本发明通过权利要求1的技术特征来解决。