[发明专利]使用参数继承的迭代相位恢复

说明书

技术领域

本公开涉及图像投影领域。本文公开的各实施例一般涉及一种恢复相位信息的迭代方法和用于形成2D视频图像的投影仪。更具体地，本文公开的各实施例一般涉及用于从2D强度分布序列(如2D视频图像序列)中的每一2D强度分布中实时地恢复相位信息的经修改的Gerchberg-Saxton算法。

背景技术

从物体散射的光包含了振幅和相位信息。这一振幅和相位信息可例如通过公知干涉技术在光敏平板上捕捉，以形成包括干涉条纹的全息记录(即，“全息图”)。“全息图”可通过用合适的光照亮它来被重构，以形成表示原始物体的全息重构(即，图像)。

已经发现，具备可接受质量的全息重构可以从仅包含与原始物体有关的相位信息的“全息图”中形成。这样的全息记录可被称为纯相位全息图或相息图(kinoform)。

术语“全息图”因此涉及如下记录：该记录包含与该物体有关的信息并且可被用来形成表示该物体的重构。全息图可包含频率(即，傅立叶)域中与该物体有关的信息。

计算机生成的全息术是一种用数字来模拟干涉过程的技术，它可以使用傅立叶技术例如来产生计算机生成的纯相位全息图。该计算机生成的纯相位全息图可被用来产生表示物体的全息重构。

已经提出了将全息技术用于二维图像投影系统中。该系统可以接受2D图像帧的时间序列作为输入。该输入可被转换成对应全息图(例如，纯相位全息图)的实时序列，其中每一全息图对应于一个图像帧。全息图可被实时地重构在屏幕上以产生表示该输入的2D投影。因此，可提供一种使用计算机生成的全息图的序列来对图像帧的序列进行投影的实时2D视频投影仪。

经由纯相位全息图对视频图像进行投影的优点是经由计算方法来控制许多图像属性——例如，所投影图像的高宽比、分辨率、对比度以及动态范围——的能力。纯相位全息图的进一步优点是没有光学能量会经由振幅调制而失去。

计算机生成的纯相位全息图可以被“像素化”。即，纯相位全息图可被表示在分立相位元素的阵列上。每一分立元素可被称为“像素”。每一像素可担当诸如调相元件等调光元件。计算机生成的纯相位全息图因此可被表示在调相元件的阵列上，如硅上液晶(LCOS)空间光调制器(SLM)。LCOS可以是反射性的，意味着经调制的光从LCOS中以反射输出。

每一调相元件(即，像素)可变化状态以向入射在该调相元件上的光提供可控制的相位延迟。调相元件的阵列(如，LCOS SLM)因此可表示(即“显示”)通过计算确定的相位延迟分布。如果入射在调相元件阵列上的光是相干的，则该光将用全息信息(即，全息图)来调制。全息信息可以在频率(即傅立叶)域中。

或者，相位延迟分布可被记录在相息图上。词语“相息图”可被一般地用来指纯相位全息记录(即，全息图)。

相位延迟分布可被应用于入射光波(通过例如照射LCOS SLM)并被重构。重构在空间中的位置可通过使用光学傅立叶变换透镜来控制，以形成空间域中的全息重构(即，“图像”)。

计算机生成的全息图可以用多种方式来计算得到，包括使用诸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用来从空间域(如2D图像)中的振幅信息导出傅立叶域中的相位信息。即，与该物体相关的相位信息可从空间域中的纯强度(即，振幅)信息中“恢复”。因此，物体在傅立叶域中的纯相位全息表示可被计算得到。

全息重构可通过照亮傅立叶域全息图并使用傅立叶变换透镜执行光学傅立叶变换来形成，例如以在回应区处(如屏幕上)形成图像(全息重构)。

图1示出了根据本公开的使用反射SLM(如LCOS)来在重放区位置处产生全息重构的示例。

光源(110)，例如激光或激光二极管，被部署以经由准直透镜(111)照射SLM(140)。准直透镜使得光的一般平面的波前变成入射在SLM上。波前的方向稍微偏离法线(即，与真正垂直于透明层的平面偏离2或3度)。这一安排使得来自光源的光反射离开SLM的镜背面，并且与调相层交互以形成出射波前(112)。出射波前(112)被应用于焦点处于屏幕(125)处的包括傅立叶变换透镜(120)的光学器件。

傅立叶变换透镜从SLM接收(经调相的)光并执行频率-空间变换以在屏幕(125)处在空间域中产生全息重构。

在这一过程中，来自光源的光一般均匀地分布在SLM(140)上以及调相层(调相元件阵列)上。从调相层出射的光可被分布在屏幕上。屏幕的特定图像区域与任一个调相元件之间没有对应关系。