[发明专利]用于场景全息再现的投射装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于场景全息再现的投射装置，上述装置包含空间光调制器，具有至少两个投射装置的投射系统，以及具有至少一个生成充分相干光为光调制器上编码的全息图照明的光源的照明系统。本发明还涉及场景全息再现的方法。

背景技术

公知的3D显示器或3D投射装置及方法通常在立体效果上具有优势，产生立体影像的光在平面上反射或由平面发出。但是，全息技术中全息图反射或发出的光在场景的目标点干涉，从此处自然传播。全息再现表现目标替换。反之，具有非移动(静止)或移动特性的立体图不表现目标替换。立体应用中有两个平面图像，一个用于左眼，一个用于右眼，上述图像对应各个眼睛的位置。三维效果由两个图像的视差生成。公知的与立体视觉相伴的问题，例如疲劳、眼睛疼和头疼不会在全息图中发生，因为观看全息再现场景和自然场景的原理没有差别。

在全息技术中，静态和动态方法之间产生总体上的区别。静态全息技术中，全息媒介主要用于信息存储。因此，载有目标信息的光束使参考光束分层，记录摄影介质上的干涉图样。利用与参考光束相同或类似的光束再现上述静态目标信息。但是，因为上述再现的理想的空间特性，所以例如娱乐业或医药和军事装备制造商长久以来对利用动态全息技术实时表现移动场景感兴趣。大多数实例中使用所谓微显示器，就像他们也用于投射装置。微显示器例如是LCoS(liquid crystal on silicon，硅上液晶)，透射的LCD或MEMS(micro electro-mechanical systems，微电子机械系统)。由于它们的像素间距，也就是两个相邻像素中心的距离，比其他显示器小很多，所以实现了相对较大的衍射角。公知的采用微显示器的全息方法的主要缺点在于再现或再现场景的大小实质上由微显示器的大小限制。微显示器和类似的光调制器的大小为几英寸，虽然间距相对较小，但其具有衍射角还是很小，所以不能用双眼观看再现。例如仅5μm的极小间距造成500nm(绿-蓝)的入射波长λ形成0.1rad的衍射角。在50cm的观察者距离产生5cm的横向尺寸，从而不可能用双眼观看场景。

对于动态全息图、典型地计算机生成的全息图的三维表现全息再现装置包括，基于例如TFT，LCoS，MEMS，DMD(digital micro-mirror device，数字微镜技术)，OASLM(optically addressed spatial light modulator，光寻址空间光调制器)，EASLM(electronically addressed spatial light modulator，电寻址空间光调制器)，FLCD(ferro-electric liquid crystal display，铁电液晶显示器)技术的透射型或反射型光调制器。上述光调制器可以是一维或二维的设计。采用反射型光调制器的原因是与透射型显示器相比，其制造成本相对较低，用于高照明效率的大填充因数(fill factor)，转换延迟短，吸收产生的光损失很小。但是，必须忍受较小的空间尺寸。

公开号为WO03/060612的专利公开了一种分辨率为12μm的反射型LC显示器，其全息图的实时色彩再现的反射比达到90％。利用一个或多个LED通过场透镜(field lens)的准直光进行再现。利用该分辨率，可以在大约1m的距离观察约3cm宽的区域，不足以同时用双眼、也就是以三维方式观看再现的场景。此外，显示器尺寸小，仅使相当小的目标能够再现。

公开号为WO02/005503的专利公开了采用DMD芯片进行全息再现的全息3D投射装置。但即使光调制器的分辨率大、反射系数高、转换延迟小，由于与WO03/060612专利所述相同的原因，上述装置也只能再现小尺寸的场景，并且只能在很小的区域观看。另外，还在于再现空间由光调制器和可见区的尺寸确定。此外，DMD芯片因为其有限的相干，仅部分适合全息目标。

公开号为WO00/75699的专利公开了一种利用子全息图再现视频全息图的全息显示器。该方法也被称为拼砌(tiling)。将甚高速电可寻址空间光调制器(EASLM)中编码的子全息图持续投射到介质(intermediate)平面。该过程执行得很快，使得观察者将所有子全息图的再现感受成整个3D目标的单独再现。通过特别设计的照明和投射系统将子全息图排列于介质平面的矩阵结构中，例如包括受控与EASLM同步的、仅使对应的子全息图通过的、特别是屏蔽不用的衍射级的光阀。但是，其对用于再现子全息图的SLM的动态特性要求很高，平板型设计也难以实现。