[发明专利]用于全息投影的空间光调制器

说明书

本公开提供了一种空间光调制器，该空间光调制器被布置为显示包括全息图的光调制图案。空间光调制器包括具有多个像素的硅基液晶空间光调制器。全息图具有多个像素。空间光调制器包括硅背板。空间光调制器的每个像素包括光调制元件和相应的像素电路。每个像素电路嵌入在硅背板中。每个像素电路被布置为驱动对应的光调制元件。每个像素电路还被布置为将接收的全息图的像素值与光处理函数的对应像素值组合，使得光调制图案还包括光处理函数。光处理函数包括透镜函数和/或光栅函数。

技术领域

本公开涉及一种空间光调制器、一种全息投影仪、一种用于显示包括全息图的光调制图案的方法以及一种用于全息投影的方法。更具体地，本公开涉及一种硅基液晶空间光调制器以及一种用于驱动诸如硅基液晶空间光调制器的空间光调制器的方法。一些实施例涉及减少被流传输到用于全息投影的空间光调制器的数据量的方法和减小用于全息投影的空间光调制器的像素尺寸的方法。其他实施例涉及空间光调制器的硅背板以及将全息图像素映射到空间光调制器的光调制元件上的方法。进一步的实施例涉及一种包括全息投影仪的平视显示器。

背景技术

从物体散射的光包含振幅和相位信息。这种振幅和相位信息可以用一种叫做全息术的干涉技术在感光板或胶片上捕获。感光板或胶片上捕获的图案称为全息记录或全息图。全息图可用于形成物体的重建。全息图形成的物体的重建被称为全息重建。全息重建可以通过用合适的光照射全息图来形成。

计算机生成全息术可以数值模拟通过光干涉形成全息图的过程。可以使用数学变换来计算计算机生成全息图。数学变换可以基于傅里叶变换。数学变换可以是傅里叶变换或菲涅耳变换。通过对目标图像执行傅里叶变换计算的全息图可以被称为傅里叶变换全息图或傅里叶全息图。傅里叶全息图可以被认为是目标图像的傅里叶域或频域表示。使用菲涅耳变换计算的全息图可以称为菲涅耳全息图。

计算机生成全息图可以包括全息图值的阵列，该全息图值可以被称为全息图像素。每个全息图值可以是相位和/或振幅值。每个全息图值可以被约束(例如量化)为多个允许值之一。计算机生成全息图可以显示在显示设备上。允许值的选择可以基于将用于显示全息图的显示设备。多个允许值可以基于显示设备的能力。

显示设备可以是包括像素阵列的空间光调制器。空间光调制器可以是液晶设备，在这种情况下，每个像素是具有双折射的可单独寻址的液晶单元。每个像素可以根据相应的全息图像素来调制光的振幅和/或相位。每个像素包括光调制元件和被布置成驱动光调制元件的像素电路。显示的图案可以被认为是光调制图案。

全息重建可以通过用合适的光照射显示的图案来形成。入射光的振幅和/或相位根据光调制图案被进行空间调制。光被空间光调制器衍射。从显示设备发散出的复合光图案在重放平面干涉，以形成对应于目标图像的全息重建。如果全息图是傅里叶全息图，则重放平面在远场中(即离显示设备无限远)，但是可以使用透镜将重放平面带入近场中。为了方便起见，全息重建本身可以被称为图像。全息重建被投影到远离显示设备的平面上，因此该技术被称为全息投影。可以使用全息投影仪形成平视显示器，但是许多其他设备，例如头戴式显示器，可以使用根据本公开的全息投影仪作为图像源。

本公开涉及一种改善的用于全息投影的硅基液晶空间光调制器。

发明内容

根据本公开的全息图包括多个像素，例如，[x×y]个像素。如果全息图比显示设备具有更少的像素，全息图可以平铺在显示设备上。平铺使用显示设备的额外像素来显示全息图的至少一部分的重复。平铺使得在显示设备上显示平铺图案，其中平铺图案包括多个平铺块。平铺块是全息图中连续、相接的像素组。多个平铺块可以包括全息图的任何数量的完整平铺块和任何数量的部分平铺块。完整平铺块是完整的全息图。也就是说，完整平铺块是全息图的完整、相接的[x×y]像素组。部分平铺块是全息图的子集。也就是说，部分平铺块是全息图的连续、相接的[x×y]像素的子集。在一些实施例中，平铺用于填充显示设备。也就是说，平铺可以使用显示设备的所有像素来显示全息图。在一些实施例中，所有平铺块都是四边形的。在一些实施例中，所有平铺块都是矩形的。根据需要，每个平铺块可以具有任何大小或纵横比。