[發明專利]全息圖計算的方法

有效

• 申請號: 201980037350.6
• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN112236725B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: N.科林斯;J.克里斯馬斯
• 申請（專利權）人: 杜爾利塔斯有限公司
• 主分類號: G03H1/08
• 分類號: G03H1/08;G03H1/22
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳堯劍

一種計算具有振幅和相位分量的全息圖的方法。該方法包括(i)接收包括代表振幅的多個數據值的輸入圖像。該方法然后包括(ii)將隨機相位值分配給多個數據值中的每個數據值以形成復數數據集。該方法然后包括(iii)對復數數據集進行逆傅立葉變換。該方法然后包括(iv)將變換的復數數據集中的每個復數數據值(X1,X2)約束為多個可允許復數數據值(GL1?GL8)之一，以形成全息圖，每個可允許復數數據值包括振幅調制值和相位調制值。如上所述，多個可允許復數數據值的相位調制值(GL1?GL8)基本跨越至少3π/2，并且可允許復數數據值中的至少一個具有基本為零的振幅調制值(GL8)和基本為零的相位調制值。

技術領域

本公開涉及計算全息圖的方法和布置為計算全息圖的全息引擎。更具體地，本公開涉及一種全復數全息圖的計算機生成方法和布置為計算全復數全息圖的全息計算引擎。本公開還涉及一種用于計算包括振幅和相位值的2D陣列的全息圖的算法以及布置成計算包括全復數全息圖數據值的2D陣列的全息圖的全息圖引擎。一些實施例涉及布置為使用所生成的全息圖來形成全息重建的全息投影儀。一些其他實施例涉及包括全息投影儀的平視顯示器、頭戴式顯示器或近眼設備。

背景技術

從物體散射的光包含振幅和相位信息。可以通過眾所周知的干涉技術在例如感光板上捕獲該振幅和相位信息，以形成包括干涉條紋的全息記錄或“全息圖”。可以通過用合適的光照射來重建全息圖，以形成代表原始物體的二維或三維全息重建或回放圖像。

計算機生成的全息術可以在數值上模擬干涉過程。可以通過基于數學變換比如菲涅耳或傅立葉變換的技術來計算計算機生成的全息圖“CGH”。這些類型的全息圖可被稱為菲涅耳或傅立葉變換全息圖。傅立葉全息圖可被認為是物體的傅立葉域表示或物體的頻域表示。例如，還可以通過相干射線追蹤或點云技術來計算CGH。

可以在布置為調制入射光的振幅和/或相位的空間光調制器“SLM”上對CGH進行編碼。例如，可以使用電可尋址液晶、光學可尋址液晶或微鏡來實現光調制。

SLM可包括多個單獨可尋址像素，其也可以稱為單元或元素。光調制方案可以是二元、多級或連續的。可替代地，設備可以是連續的(即不包括像素)，因此光調制可以在整個設備上是連續的。SLM可以是反射性的，這意味著調制光以反射從SLM輸出。SLM可以同樣是透射性的，這意味著調制光以透射從SLM輸出。

可以使用本文描述的技術來提供用于成像的全息投影儀。例如，這種投影儀已經應用于平視顯示器“HUD”和頭戴式顯示器“HMD”，其包括近眼設備。

本文公開了用于光的復數調制的改進的顯示設備和計算復數全息圖的改進方法。

發明內容

提供了一種全息投影儀，其包括顯示設備和顯示驅動器。顯示設備包括光調制像素陣列。每個光調制像素是可操作成調制振幅和相位的包含液晶的單元。顯示驅動器布置為驅動顯示設備以通過以從各自具有振幅調制值和相位調制值的多個復數調制水平中選擇的相應復數調制水平獨立地驅動每個光調制像素來顯示全息圖。多個復數調制水平包括基本跨越至少3π/2可選地為2π的相位調制值。復數調制水平中的至少一個具有基本為零的振幅調制值和基本為零的相位調制值。

每個像素都是可單獨尋址的，并且能夠調制接收光的振幅和相位。具體地，每個像素可以選擇性地衰減接收光的振幅并且選擇性地時間延遲接收光以引入受控的相位延遲。每個像素配置為接收光，例如相干光的平面波的一部分，并輸出對回放平面處的圖像有貢獻的調制光。因此，每個像素都可以控制其輸出的調制光的振幅和相位。像素陣列包括以行和列布置的多個像素，它們共同提供相位和振幅分布。顯示在像素陣列上的相位和振幅分布是全息圖，可以通過照射對其進行重建，以在與像素陣列空間分離的回放平面處形成全息重建或圖像。