CN101443693B - 形成图像的方法及图像投影设备 - Google Patents
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Abstract
一种形成图像的方法，其包括提供用于将各相移传递给不同的入射波阵面的设备，其中该相移在重放场中产生图像并且使零级光线在位于该重放场和该设备之间的区域中聚焦。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻挡来自呈现各相移的设备的重放场(replay field)的零级光线以通过衍射来成像的方法，以及涉及一种使用衍射技术对图像进行投影的方法。
背景技术
因许多原因，使用穿过开诺全息照片(kinoform)及穿过模拟动态开诺全息照片的空间光调制器的光线的图像投影是关注的焦点。这种成像的优点之一在于：由于用于照射开诺全息照片的许多光到达了重放场，所以该技术可以是非常高效的。
在这个专利文件中，为了简单起见，相位分布的图案将被称作全息图，但不限制于此。所论述的技术应用在二维视频投影系统，但是也不限于此。在一个系统中，通过像素化传感器(pixellated sensor)来拾取目标图像数据，进而从数据中实时恢复相位信息，该相位信息被应用到适当的设备，该设备然后由例如激光来照射以产生表示目标图像的重放场。在另一系统，从以预先记录的形式存储相位信息的存储介质来读取这种相位信息。在又一系统中，相位信息为计算机产生的(例如，没有任何“真实”目标图像)。
然而，相位重现设备(例如像素化空间光调制器)的难点在于：它们具有公知的零级光线问题。这种零级光线可以被当作“噪声”，并且包含例如镜面反射光线以及没有被空间光调制器上的图案所折射的其它光线。
发明内容
在修改应用于SLM的数据的情况下，构建了本发明的一些实施例，以使重放场设置在除了导致零级光线会聚的区域之外的位置处。
在提供一种物理手段以使重放场设置在导致零级光线会聚的区域之外的位置处的情况下，构建其它实施例。这种物理手段可以例如包括使SLM基板成形或提供另外的衍射装置(例如SLM中的附加层或另外的SLM)。
根据本发明的第一方面，提供一种形成图像的方法，包括：提供用于将各相移传递给入射波阵面(wavefront)的不同区域的设备，其中该相移在重放场中产生图像并且使零级光线在位于该重放场和该设备之间的区域中聚焦。
该方法可以包括阻挡该零级光线，使其不能通过该区域而到达该重放场。
该方法包括提供对应于各相移的成像数据，所述各相移如果受到准直入射光束的作用将在大致上设置在傅立叶透镜的焦平面中的重放场中提供图像，该傅立叶透镜设置在该设备的出射路径中；以及对该成像数据进行处理，以使该重放场设置在该焦平面之外。
该方法可以包括提供的所述设备具有基板，该基板成形为使成像光线在零级聚焦区域之外形成重放场。
该设备为透射性的，并且该方法还包括改变将要显示在该设备上的相移，以考虑通过设备基板而将各不同的相移传递给经过该设备基板的光线。
该方法包括：提供用于显示成像相移的第一设备，以及提供用于传递球形特性至离开该第一设备的衍射光线的第二设备。
根据本发明的第二方面，提供一种在实现相位信息分布的设备的重放场中形成图像的方法，该方法包括：使该相位信息将球形特征传递给图像表示相位信息；使用准直光线照射该设备；以及将来自该设备的零级光线聚焦在聚焦区域，从而该球形特征使该重放场位于该聚焦区域之外。
该方法可以包括将相位信息敷设在该设备上。
该设备可以为空间光调制器。
空间光调制器可以被电标注。
空间光调制器可以是LCOS SLM。
空间光调制器可以包括存储器，其保持表示球形特征信息的数据。
空间光调制器可以是反射型的。
根据本发明的第三方面，提供一种投影图像的方法，该方法包括：将数据写入空间光调制器；使用准直光线照射该空间光调制器，以使该空间光调制器提供一般准直的输出光束；将该输出光束提供给会聚透镜，以使未被该SLM衍射的零级光线在第一位置处聚焦。其中写入该SLM的数据包括图像数据，写入该空间光调制器的数据进一步包括使该图像形成在该第一位置之外的数据。
根据本发明的第四方面，提供一种投影图像的方法，该方法包括：将数据写入空间光调制器；使用光线照射该空间光调制器，以使该空间光调制器提供输出光束；将该输出光束提供给傅立叶透镜，以使未被该SLM衍射的光线大致在该傅立叶透镜的焦点处聚焦。其中写入该空间光调制器的数据包括从目标图像恢复的相位数据，改变该图像数据，从而与傅立叶透镜相呼应地，使该输出光束的图像内容在该傅立叶透镜的焦点之外形成重放场。
根据本发明的第五方面，提供一种用于阻挡来自重放场的零级光线的方法，包括：提供带有相位分布的像素化设备，在被照射时，该像素化设备将经由傅立叶透镜而在重放平面提供全息图像，并且其相位分布使该重放平面设置在该傅立叶透镜的焦点之外；以及提供用于阻止来自该傅立叶透镜的焦点的光线使该光线不能到达该重放平面的设备。
阻止来自傅立叶透镜焦点的光线到达重放平面的设备可以包括光阻挡块。阻止来自傅立叶透镜焦点的光线到达重放平面的设备可以包括平面镜。
附图说明
将通过例子描述本发明的实施例以帮助理解本发明。还将参考附图，在附图中：
图1示出投影系统的第一实施例；以及
图2示出投影系统的第二实施例。
具体实施方式
参考图1，光投影系统10具有设置在第一准直透镜14的焦点处的激光器12，以将准直激光光束15提供给位于硅空间光调制器20上的液晶上，该硅空间光调制器20配置为纯相位非二进制像素化SLM(phase-onlynon-binary pixellated SLM)。该光束的光线在SLM20处被反射，并且出射光束16进入设置为拦截出射光束16的傅立叶透镜60。光阻挡块(lightblock)48设置在透镜60的傅立叶平面中，屏幕70设置在光阻挡块之外，以形成如将在后面描述的重放场。
可以使用运行公知算法的处理器50，从感测目标图像(未示出)的传感器52得到此后被称为“图像数据”40的相位数据。图像数据为相位数据的空间分布的代表，在将相应的相移施加给合适光束时，该相位数据将经由合适的光学设备重现大致上对应于重放场中的目标图像的二维图像。在本实施例中，光束为准直光束15，该光学设备包括傅立叶透镜60。
在这个实施例中，将图像数据40输入给另外的处理模块(processingblock)52，所述处理模块52用于改变图像数据40以将改变后的图像数据41提供给SLM20。这样以使SLM20额外地提供透镜效应(lensing effect)。例如在EP-A-14662148中，描述了对用作透镜的SLM的使用。在这个实施例中，将用于透镜的数据保持在存储器53中。在这里获得的透镜效应将提供球形特征(spherical characteristic)。从而，提供给SLM20的像素或相位部件的数据可以被认为具有两种分量：图像数据分量和透镜数据分量。
如前面所提及到的，图像数据分量的作用通常为：当由准直光束15照射时在傅立叶透镜60的焦平面处提供重放场。然而，提供球形特征的透镜数据分量的作用被认为类似于使这样的光线发散：否则，该光线将在焦平面处形成图像。该作用将重放场从透镜60处进一步放置到屏幕70处，使重放场一般排列在当不存在球形透镜分量时重放场将处在的位置的后边或旁边。
没有被SLM20衍射的零级光线将通过傅立叶透镜60连续会聚至焦点或者大致在傅立叶透镜60的焦平面45处。
为了确保已经被聚焦在位置45处的零级光线不到达成像平面，光阻挡块48在位置45处或周围形成阻障(barrier)，在图1中，由光阻挡块48提供。在一个实施例中，光阻挡块为在其上带有黑点的透明滑动片。该滑动片可以靠经验调整，以找到阻挡零级光线的最佳位置。再者，可以靠经验确定光点的大小。
转到图2，第二投影系统120一般类似于实施例的10来操作。来自激光器12的光线通过透镜130被聚焦在反射设备140(这里为平面镜)上，但在其它实施例中也可使用棱镜，其中，该反射设备以与激光器的光学系统的轴成45°而设置。然后，光线被反射至焦点在反射设备处的透镜160，以将准直光线提供给SLM20。正如在图1的实施例，SLM20为反射性的，并且其情况与图1中的情况类似。因此，零级光线返回到反射设备，而在设置于反射设备之外的成像平面170处提供成像信息。
尽管在所示实施例中，SLM20为反射性设备，但可替换地，也可提供使用透射调制器的这种设置。在该设备为透射性的情况下，该基板可以具有不同厚度和/或光密度的区域，这些将在被透射的光线上施加不同相移。这可以通过改变将在该设备上显示的相移而得到解释，以考虑通过设备基板而将各不同相移传递给经由该设备基板的光线。
在上述实施例中，“透镜”数据通过外部处理器来施加。然而，在其它实施例中，使用具有板上处理的SLM，并且本地到SLM或者集成有SLM的存储器保持透镜数据。
存在大量其它实施例。例如，在一个实施例系列中，通过重叠液晶层的层来提供标准透镜图案。
在上面实施例中，通过寻址(addressing)部件和照亮SLM自身的像素，来提供相位分布。可替换地，可能使用写入SLM的数据而将数据写入OASLM，然后照亮OASLM，以提供产生图像的光线。在一个实施例中，LCOSSLM具有输出端光学设备(fan-out optics)，并且来自LCOS SLM的数据被用于敷设(tile)显示在OASLM上。
所述实施例在视频图像投影领域。然而，本发明不限于此。
Claims (5)
1.一种投影二维图像的方法，该方法包括：
将对应于目标图像的相位数据的空间分布写入到空间光调制器（20）；
利用准直光线照射该空间光调制器（20），以使该空间光调制器（20）提供输出光束（16）；
将该输出光束（16）提供给傅里叶透镜（60），以经由该傅里叶透镜（60）在屏幕（70）上的重放场中重现大致上对应于该目标图像的二维图像；
其特征在于，
改变写入到该空间光调制器（20）的数据，使得该空间光调制器（20）额外地提供透镜效应，并且使得与该 傅里叶透镜相呼应，该输出光束（16）的图像内容在该 傅里叶透镜的焦点之外于该屏幕上形成重放场；而不改变所述数据，该重放场会大致上位于该 傅里叶透镜的焦平面中；
通过该傅里叶透镜（60）将镜面反射光线以及没有被该空间光调制器（20）上的图案所影响的其它光线大致上聚焦在该 傅里叶透镜的焦点处；以及
阻挡所述镜面反射光线以及没有被该空间光调制器（20）上的图案所影响的其它光线，使其不能达到该屏幕上的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使相位信息将球形特征传递给图像表示相位信息，并将表示球形特征信息的数据保持在存储器中。
3.根据前述任一权利要求所述的方法，其中该空间光调制器（20）为反射型的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该空间光调制器（20）为硅空间光调制器上的纯相位像素化液晶。
5.一种图像投影设备，包括：
纯相位像素化LCOS空间光调制器（20），被配置用以显示全息图，该空间光调制器（20）被配置用以显示对应于目标图像的相位数据的空间分布；
照射源，用于利用准直光线照射该空间光调制器（20），从而形成在不同区域具有不同相移的输出光束（16）；以及
傅里叶透镜（60）；
布置为使得该输出光束（16）被提供给该傅里叶透镜（60），以在屏幕（70）上的重放场中重现大致上对应于目标图像的二维图像；
该设备还包括装置，用于改变写入到该空间光调制器（20）的数据，使得该空间光调制器（20）额外地提供透镜效应，并且使得与该 傅里叶透镜相呼应，该输出光束（16）的图像内容在该 傅里叶透镜的焦点之外于该屏幕上形成重放场；而不改变所述数据，该重放场会大致上位于该 傅里叶透镜的焦平面中；以及
阻挡块（48），大致上设置在该 傅里叶透镜的焦平面中的区域内，用于阻挡镜面反射光线以及没有被该空间光调制器（20）上的图案所影响的其它光线，使其不能达到该屏幕上的图像。
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