[发明专利]用于相干光的相位调制的可控设备

说明书

本发明涉及一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备。因此，该可控设备包含调制器矩阵，调制器矩阵具有多个液晶(LC)调制器单元，每个液晶(LC)调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值，并且所述调制器矩阵的至少一个极性区包括至少一个液晶调制器单元。

根据本发明，液晶显示器可以用作空间光调制器设备，因此，在本发明中，液晶显示器(LCD)用作空间光调制器设备或仅仅是空间光调制器(SLM)的同义词。调制器矩阵可以视为空间光调制器设备的一部分，空间光调制器设备适合于调制与空间光调制器设备相互作用的光，光的调制受调制器矩阵的多个液晶调制器单元的影响。液晶显示器通常是已知的，它们适合于调制如由显示器设备的背光照明单元发射以显示图像内容至一个或多个观察者的光分布的振幅或相位。此外，根据本发明的空间光调制器设备可以在透射、反射或透反射模式中操作。利用照明设备的空间光调制器设备是可能的，因为如在WO 2010/149583A1中进行说明的那样，其中照明设备从与观察者正看向空间光调制器设备的同一侧照明空间光调制器设备(前光照明设备)。

当驱动常规向列液晶显示器用于振幅调制时，必须避免直流(DC)电压，因为DC电压导致像图像残留和液晶材料的潜在化学降解作用的结果。因此，每个像素的驱动电压的符号或极性在预定时间间隔之后发生改变。对于介电耦合到施加场的向列液晶，液晶取向和相关的光学响应只取决于绝对电压，而不取决于电压的符号。因此，在理想的情况下，如果施加正电压和/或负电压(只要电压的绝对值不改变)，像素的光学响应是相同的。液晶显示器通常包括在一个基板上的公共电极和在第二基板上的像素电极。电压符号的反向可以例如通过在一定时间之后改变公共电极的电压等级来完成。作用于像素的电压是公共电极与像素电极的电压等级之间的相对电压。例如，像素电极电压等级可以固定到3V，但公共电极电压等级可以从第一时间帧的0V变成第二时间帧的6V。然后，施加到像素的电压从+3V变成-3V。

在液晶显示器调制光振幅的有源矩阵驱动的领域中，不同的反转方式是已知的。例如，在线或行反转的情况下，在第一时间帧，偶数像素线或行用正电压驱动且奇数线或行用负电压驱动。相比之下，在第二时间帧，偶数像素线或行用负电压驱动且奇数线或行用正电压驱动。此外，正和负驱动电压的棋盘图案在点反转方式中使用。

所述反转方式在振幅调制液晶显示器中使用，以便避免例如起因于不同时间帧的电压偏移的闪烁效应。然而，一般来说，在基于TFT的液晶显示器中的电容性串扰和泄漏电流仍然可能发生，并且可能导致附加的假象，例如在液晶显示器的不同区域中的亮度梯度。

关于相位调制液晶显示器，所述显示器存在于像激光光束整形的应用中。在过去，以LCoS为主的设备(硅基液晶)被开发用于相位调制，因为包含小横截面面积的空间光调制器足以用于激光应用。

然而，关于基于TFT的相位调制液晶显示器，即使应用上述讨论的线或行反转方式，电压偏移还可能导致不希望的相移。

在这样的相位调制液晶显示器中，例如透镜功能或棱镜功能可以通过一些数目的像素的相对相位分布进行编码。然后，相邻像素的相对相位调制比单个像素的绝对相位调制更重要。在相位显示中编码透镜功能的情况下，在同一方向所有像素的相位值的共同偏移类似于稍微改变透镜的绝对厚度，但保持透镜表面的形状固定。然后，透镜的聚焦功能不受偏移的影响。然而，如果由于可能的驱动电压偏移导致相邻像素获得不同方向的相位偏移，那么可以改变透镜的形状，这可能会降低它的聚焦能力。因此，线反转和点反转方式将改变相邻像素的相对相位，并且因此影响以相反的方式编码的透镜和棱镜功能。

例如，现有技术文献WO 2010/149588描述了用光束组合器组合来自相位SLM的两个相位像素与一个复合像素的光。其中，两个相位值编码为使得它们的总和产生复合值：