CN101490598B - 反射光学系统、跟踪系统和全息投射系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学反射系统(10，11)，具有用于反射再现光波的反射元件(14，15)，入侧焦点(28)，撞击反射元件(14，15)的再现光波来自该入侧焦点，出侧焦点(26)，反射元件(14，15)反射的再现光波传播到该出侧焦点。本发明还涉及一种具有上述光学反射系统的追踪系统和全息投射系统，以及一种相应的全息投射方法。为了使上述光学反射系统(10，11)完成像差校正、追踪可见区和比现有技术大的再现，根据本发明的光学反射系统包含偏转元件(12，13)，该偏转元件具有光学可控的偏转特性，以及用于光学控制偏转元件(12，13)的偏转特性的偏转控制装置(42，43)，该偏转元件控制光学反射系统(10，11)的至少出侧焦点(26)的位置。

Description

反射光学系统、跟踪系统和全息投射系统及方法
技术领域
本发明涉及一种具有用于反射再现光波的反射元件、再现光波撞击反射元件时从中出来的入侧焦点和被反射元件反射的再现光波传播去往的出侧焦点的反射光学系统。本发明进一步涉及具有这种反射光学系统的跟踪系统和全息投射系统以及相应的全息投射方法。
背景技术
全息投射装置通过空间光调制装置调制充分相干光。由于光的干涉，在光调制器表面的前面、之上和后面的空间内产生再现场景的光学外观的物体光点。所有的物体光点的光全部以光波阵面的形式传播，使得一个或多个观察者观察这些三维场景形式的像光点。这意味着与立体视觉表现相反，全息再现实现了物体替代，不会发生公知的例如疲劳或眼疼、头疼等与立体视觉联系在一起的问题，这是因为，观察实际场景原则上与观察全息再现场景没有差别。
从申请人已申请的第DE 10 2005 023 743号专利申请中可以得知一种全息投射系统，其中瞳孔位于空间光调制器(spatial light modulator，简称SLM)的傅立叶平面内并用作空间滤波器，用于SLM提供的全息图的傅立叶变换的衍射级。该瞳孔由偏转元件或自适应镜投射到观察者平面的可见区；观察者可以从该可见区观察实际存在的物体或场景的放大的全息再现。换言之，可见区是例如使用观察者平面内的全息图的傅立叶变换(也可以是菲涅耳变换等)的衍射级像，观察者平面也就是观察者的眼睛位置所在的平面。自适应镜的大小决定再现的大小。例如，自适应反射镜的大小为约20英寸(对角线)。
同时，必须注意可见区越大，使用的SLM的分辨率必须越高。为了取得较大的可见区，SLM必须具有带来大衍射角的小像素孔，也就是像素间距必须很小，因此像素数目必须很多。
为了减小SLM的必要分辨率，可以将可见区的大小减小到例如眼睛的瞳孔的大小。因而如果观察者移动，则可见区必须被跟踪到观察者的眼睛。自适应镜必须将瞳孔投射到可见区。
从现有技术中可知所谓的自适应MEMS(微电动机械系统)镜。上述镜包括微镜阵列，该微镜能够进行倾斜或升高移动。这能够产生具有给定的调整范围内的任意曲率的表面。但是到目前为止，可用的该微镜阵列大小仅为1英寸左右(对角线)。难以制造全息投射系统中所需的大小例如为约20英寸(对角线)的自适应镜，这将需要大量可移动的面镜。
由于尺寸很大并且需要的衍射角很大，所以作为可控衍射光学元件(DOE)的电可寻址空间光调制器(EASLM)具有大量的小像素，因此技术上无法实现上述元件。假设像素间距例如为5μm，对角线为20英寸的SLM包含5×109(50亿)像素。这大概比目前的商用EASLM多十的三次方倍(一千倍)像素。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种全息投射系统中的反射光学系统，其可以实现比使用现有装置实现的再现更大的再现，并可进一步地校正像差和追踪可见区。
利用具有光学可控偏转特性的偏转元件和用于光学控制偏转元件的偏转特性以控制反射光学系统的至少出侧焦点的位置的偏转控制装置，达到上述目的。
此外，利用根据权利要求20的追踪系统、根据权利要求22的全息投射系统和根据权利要求23的全息投射方法达到上述目的。
本发明基于这样一个构想，即若反射光学系统为椭圆形，也就是反射表面被伸展得超出椭圆的圆周的一部分(如图2所示)，则在波阵面投射到可见区时可以避免像差。椭圆具有两个焦点F1和F2，此处也分别称为入侧焦点和出侧焦点，其特征在于来自F1并被椭圆反射的所有光线都穿过F2，反之亦然。这意味着，即使反射光学系统具有很大的孔，F1仍被几乎无任何像差地投射到F2上。如果瞳孔位于F1上，瞳孔将被投射到位于F2的可见区。如果瞳孔的尺寸和可见区的尺寸与椭圆的半轴相比较小，则该像几乎没有像差。由于瞳孔和可见区与观察者和反射光学系统之间的距离相比都较小，所以它们可以被看作点。可以基于瞳孔、可见区和反射光学系统的位置，也就是基于F1、F2和反射光学系统确定椭圆的半轴的长度和方向。如果瞳孔和可见区被设置在固定位置，则瞳孔可以几乎无像差地投射到可见区。但如果观察者移动，则必须改变椭圆的半轴的长度和方向。这对静态的面镜来说是不可能的。
本发明进一步基于这样一个构想，即除弯曲的基本镜之外，反射光学系统还包含光学可寻址的空间光调制器(optically addressable spatial lightmodulator，简称OASLM)。OASLM典型地包含LC(液晶，liquid crystal)层，其中LC分子的方向和光的调制被光学控制。该OASLM上产生可控衍射结构，基本镜的反射与可控衍射结构的光衍射的组合对应于所需的表面形状。作为替换，OASLM上产生可控的折射率变化，基本镜的反射与OASLM上以可控的折射率变化的光的折射对应于所需的表面形状。OASLM的折射率的变化会对相位和/或振幅的调制有影响。因为衍射效率高，调制相位是首选。
与静态的椭圆镜相比，这种自适应镜一个主要优点是其可控。如果观察者移动，则写入到OASLM的结构将改变使得瞳孔保持在焦点F1中，具有焦点F2的可见区保持在观察者眼睛的位置。可见区的位置由焦点F2确定，并且从反射光的方向看，还可以在焦点F2前面或后面延伸。可见区的横向延伸可以例如减小到眼睛瞳孔的大小。
基本镜为OASLM的效果提供支持。弯曲的基本镜和具有衍射结构的OASLM与折射率值增加的两个串联的透镜的效果相同。如果基本镜是弯曲成其为可见区的标准位置产生可见区内的瞳孔的像，则OASLM具有可控校正透镜的功能。该校正透镜一方面能够根据观察者的移动追踪可见区。另一方面，其还可以校正弯曲面镜的像，以便获得可见区内的瞳孔的无像差的像。
可以例如利用该光学可控的折射率变化产生OASLM上的可控衍射结构。该衍射结构例如被设计为使得瞳孔发出的光被OASLM衍射，并且使可见区处于所需位置。
与EASLM相比，OASLM的优点在于OASLM没有像素结构。这就是为什么无法分开扫描的连续的衍射结构可以显示在OASLM上。结果是可以避免衍射图案的周期性延续。但是，这仅在写入OASLM的结构中没有像素结构时才有可能实现。如果例如EASLM用于写入OASLM上，并且如果在EASLM的像素之间的过渡区不照射OASLM，则OASLM上的结构具有一些周期性并因而衍射图样具有周期性延续。为了防止上述周期性延续，写入OASLM的结构需要被连续地、不分开地扫描。这例如由EASLM投射到OASLM上的有限分辨率或由OASLM自身的有限分辨率支持。
此外，本发明的主要优点为其实现的再现比现有技术的再现大，因为也可以制造所需大小的投射显示装置。此外，如果使用本发明，则由于与现有技术相比产生所需的折射率变化所要求的计算负荷更低，故该反射光学系统的动态强度比没有任何静态组件的仅动态反射光学系统的动态强度低，借此同时提高灵活性。最后，降低了整个系统的复杂度。
在本发明的较佳实施例中，还提供偏转控制装置，以便光学控制用于控制入侧焦点的位置和/或校正像差的偏转元件的偏转特性。用该方法，可见区的追踪范围扩大，同时偏转元件需要的控制和计算强度较小，并且还可以校正光学路径中可能的像差。
最好是至少反射元件具有实质上为椭圆形弯曲的反射表面的效果。换言之，反射表面延伸超出椭圆的圆周的一部分。如上所述，其优点在于来自入侧焦点的入射光被反射光学系统几乎没有任何像差地反射到出侧焦点。椭圆曲率有两种特殊情况，圆形曲率和半径无限大的曲率；这情况之间的任何曲率都是可能的。通过选择曲率半径，可以预先选择焦点的位置。例如，如果在追踪系统中，用于空间过滤朝反射光学系统的反射元件传播的光波的瞳孔与观察者眼睛之间的距离在基本设置中很大，则可提供的椭圆形弯曲反射表面的曲率的半径也相当大。该曲率不一定要机械式地产生。还可以通过光学元件仅产生实质上椭圆形弯曲的反射表面的效果。反射光学系统的总体效果都由静态弯曲的反射元件的偏转特性和偏转元件的可控偏转特性的组合确定。
根据本发明的另一较佳实施例，反射元件至少部分设计为透明的。一方面，这包含仅反射元件的子区域或反射元件整体为透明的。另一方面，还包含反射元件例如仅在一个方向是透明的，或用于特定类型-也就是特定波长、偏振等的光时才是透明的。甚至这些选择中的多种组合起来也是可以的。
反射元件最好被并入偏转元件中。由此降低反射光学系统的空间大小。此外，因为制成后反射元件不需要与偏转元件并排，所以易于在装配过程中调整。
此外，偏转元件最好具有光学可控的衍射和/或折射结构。这使得改变偏转元件的衍射特性和折射特性以实现光波阵面所需形状成为可能。该偏转元件最好是设计为光学可寻址的空间光调制器的形式。根据较佳实施例，该空间光调制器包含具有透明电极的第一玻璃板，具有能通过光学控制改变方向的LC分子的LC层，光敏半导体层和第二玻璃板。根据另一较佳实施例，该光敏半导体层设计成至少部分透明。如上所述，对于反射元件，该部分透明可以对半导体层或部分半导体层透明，也可以包含对在某个方向上、对某些波长、偏振等的光透明。半导体层最好具有可受偏转控制装置影响而不受再现光波影响的带状结构。这些实施例代表防止半导体层受到再现光波影响的一些选择。在从反射光学系统的焦点方向看，例如反射元件置于半导体层后方时，需要提供对再现光波透明的半导体层，以使再现光波不被半导体层吸收。
根据较佳实施例，来自入侧焦点的再现光波撞击反射元件并被其反射，从而在出侧焦点前全息再现场景。
进一步地，偏转控制装置最好被设计为将偏转元件的偏转特性控制成从离开入侧焦点和出侧焦点的方向偏离。偏转控制装置还可以被设计为电可寻址空间光调制器，用于投射写入光到偏转元件上，或者被设计为强度可控制的扫描激光束，用于扫描偏转元件。根据再一实施例，偏转控制装置可以包含两个干涉的相干光源，其分别位于入侧焦点和出侧焦点并且其干涉图样适合于控制偏转元件的偏转特性。
反射光学系统也可以还包含分色层或反射元件具有分色特性，再现光波和偏转控制装置提供的写入光波长不同。此外，反射光学系统可以包含反射偏振过滤器，或者反射元件可以具有偏振过滤器的特性，再现光波和偏转控制装置提供的写入光偏振不同。这些实施例使得写入光或再现光波被过滤以防止半导体层和可见区有不良的相互影响。
但是，用于控制偏转元件的偏转特性的偏转控制装置最好提供在人眼可见的波长范围内的写入光。这使其不一定要过滤掉可见区的写入光。
根据本发明的追踪系统最好包含位置控制装置，用于控制瞳孔位置或在反射光学系统的入侧焦点与瞳孔相同的像的位置。例如使用面镜等仅视觉上改变瞳孔位置也是可以的。改变瞳孔位置或瞳孔的像位置时，可以减小用于追踪出侧焦点所需的计算负荷和取得反射光学系统的动态特性的要求。因而，根据本发明的全息投射方法包含将瞳孔定位到反射光学系统的入侧焦点中。
附图说明
下面，基于实施例并参照附图详细说明本发明。
图1a、1b是表示根据本发明第一和第二实施例的反射光学系统的偏转元件和反射元件的设计的俯视图。
图2是表示根据本发明第二实施例的反射光学系统的偏转元件和反射元件的俯视图，由此显示出几何关系。
图3a、3b是表示根据本发明的第二实施例的带反射光学系统的追踪系统的俯视图，其中偏转控制装置的排列不同。
图4a-4d是表示根据本发明的第二实施例的带反射光学系统的追踪系统的简图的俯视图，其中眼睛位置不同。
具体实施方式
根据本发明的反射光学系统10、11包含偏转元件12、13和反射元件14、15。撞击反射元件14、15的光波被反射，它们的光学路径进一步地被偏转元件12、13改变。该偏转可以包括像差校正和光波传播方向的变化。
图1a是表示根据本发明第一实施例的反射光学系统10的偏转元件12和反射元件14的设计的俯视图，具有包括作为偏转元件12的衍射结构的光学可寻址空间光调制器(OASLM)和作为反射元件14的静态基本镜。基本镜14可以例如是具有反射面的金属镜。
从焦点看置于基本镜14前面的OASLM 12包含带透明电极的第一玻璃板16、形成OASLM12的衍射结构并具有LC分子的LC层18、透明的光敏半导体层20和作为基底的第二玻璃板22。根据本实施例，光敏半导体层20是透明的，再现光波可以通过它到达置于后面的反射元件14。一般来说，再现光波不得在半导体层被吸收，半导体层也不得受到再现光波的影响。此外，偏转控制装置提供的写入光对于可见区的观察者必须是不可见的。
图1b是表示根据本发明第二实施例反射光学系统11的偏转元件13和反射元件15的设计的俯视图，具有包括作为偏转元件13的衍射结构的光学可寻址空间光调制器(OASLM)，其中反射元件15以反射层的形式并入到上述OASLM中。
在第二实施例中，OASLM 13包含带透明电极的玻璃板17、形成OASLM13的衍射结构并具有LC分子的LC层19、感光性半导体层21和作为基底的玻璃板23。第二实施例中，反射元件15并入LC层19和半导体层21之间。
现参照图2说明根据本发明的反射光学系统中的几何关系，用于图1b所示的排列(也可以用于图1a所示的排列和其他任意作为替换的排列)。
反射元件15具有带两个焦点-入侧焦点28和出侧焦点26的椭圆形弯曲的反射表面。此外，反射光学系统11具有位于反射光学系统11中心并垂直于反射光学系统11或反射元件15的光学轴线32。依照反射光学系统11的形式和效果，从连接入侧焦点28和出侧焦点26的线段中点到反射元件15的反射面的距离形成椭圆的半短轴34。从入侧焦点28到半短轴34和从出侧焦点26到该半短轴的距离36是椭圆的偏心率。
利用偏转控制装置42、43(图3a、3b)控制偏转元件的光学可控偏转特性。光敏半导体层20、21与具有透明电极的第一玻璃板16、17之间有电场。如果利用偏转控制装置提供的写入光照射光敏半导体层20、21的一个区域，则电场局部改变。这又改变了LC层18、19中的LC分子的方向，因而也改变了局部的折射率。OASLM 12、13的折射率的变化可以影响相位或振幅的调制。由于衍射效率高，相位调制是首选。
一般来说，该改变可以是单稳态的或是双稳态的。在单稳态的情况下，只有照射半导体层，折射率的变化才有所表现。在双稳态的情况下，不再照射层后，折射率也将继续变化，直到施加到OASLM的电压将装置重置到其初始状态。
根据第一或第二实施例的反射光学系统10、11可以在追踪系统中使用，用于追踪出侧焦点的位置和/或用于校正系统中发生的像差，或者可以在相应的全息投射系统中使用。
图3a表示根据本发明的第二实施例的带反射光学系统11的典型追踪系统，空间光调制器(SLM)形式的偏转控制装置42和全息再现装置38用于朝反射光学系统11发出再现光波。图3b表示与反射光学系统11有关的偏转控制装置43的另一排列。图3a和3b还表示置于傅立叶平面内和再现装置38的衍射级内并置于反射光学系统11的入侧焦点28内的瞳孔30，以及可见区24内的出侧焦点26。
图3a所示的追踪系统中，此处提供扫描激光束形式的写入光的偏转控制装置42被置于反射光学系统11的与焦点26、28相同的一侧。由于使用的是聚焦到OASLM13的半导体层21上并因而扫描该半导体层的扫描激光束，所以LC层19中的折射率变化在该实施例中是双稳态的。激光束的强度随移动被同步调制，使得半导体层21在所需的强度分布下暴露。仅在使用双稳态OASLM使衍射结构作为一个整体存在时本方法才是可能的。偏转控制装置42提供的写入光是波长范围为人眼不可见的光，使写入光不会被可见区24中的观察者看到。
根据图3a的追踪系统中，来自再现装置38的调制光波通过置于反射光学系统11的入侧焦点28中的瞳孔30朝向反射光学系统11传播。由于瞳孔30位于再现装置38的衍射级中，所以仅允许该衍射级的光通过。来自瞳孔30的光全息再现三维场景。反射光学系统11从入侧焦点28或瞳孔30将入射光反射到位于由眼睛位置探测装置(图中未示)探测的观察者的眼睛位置上的出侧焦点26或可见区24中。这样的话，观察者就可以观看全息再现场景。
如果反射光学系统11具有椭圆镜的效果，如果椭圆的入侧焦点28位于瞳孔30的中心并且如果椭圆的出侧焦点26位于眼睛位置，则几乎无像差的投射是有可能的。为了将对反射光学系统11的OASLM13的动态要求保持得尽可能低，形成反射元件15并配置再现装置38，使得于对于典型的观察者位置，瞳孔30和可见区24的与光学轴线32的距离相同。在也称为初始位置的该位置，反射光学系统11仅对反射元件15偏离理想椭圆形起校正作用和对由其他影响因素引起的像差起校正作用。
为了追踪可见区24到观察者眼睛的位置，偏转控制装置42将衍射结构写入到反射光学系统11的OASLM13，使反射元件15和LC层19的组合效果对应于追踪可见区24所需的椭圆曲率。由瞳孔30中央位于椭圆的入侧焦点28且可见区24位于观察者眼睛位置上的条件得到所需的椭圆曲率。
图4a-4d表示不同眼睛位置上根据本发明第二实施例具有反射光学系统11的追踪系统的简图。为了简化上述简图，仅表示对于理解追踪方法而言必要的组件。但是，总体的设计与图3a所示的相同，其表示如图1a所示的反射光学系统10的设计。
图4a是图3a所示的情形的简化图，具有入侧焦点28、出侧焦点26、反射光学系统11。位于瞳孔30中央的入侧焦点28和出侧焦点26都在初始位置，也就是它们的位置不受偏转元件的影响，并且它们距反射光学系统11的光学轴线32的距离36相同。如上所述，在该排列中，反射光学系统11仅对校正反射元件15偏离理想椭圆形和校正像差起作用。
图4b是观察者以垂直于光学轴线32的方向移动的情形的简图，如虚线的箭头所指。观察者的眼睛位置与光学轴线32的距离比其与中心在入侧焦点28上的瞳孔30的距离远。半短轴34′平行于光学轴线32。反射光学系统11必须补偿该运动并将出侧焦点26′调整到观察者的眼睛位置。这意味着必须通过偏转控制装置控制OASLM13以便可见区24中心的出侧焦点26′又位于变换后的观察者眼睛的位置。这是由改变上述LC层中的LC分子的方向引起的。一般说来，光的偏转角度取决于LC分子的方向或LC层的折射率。反射光学系统11的总体效果必须与以偏心率36′和半短轴34′为特征的改变的椭圆曲率一致。因为在这种情况下，半短轴34′不再位于光学轴线32上，需要OASLM13的分辨率更高以便至少部分抵消反射元件15的曲率或者限制追踪范围。
图4c也表示观察者以垂直于光学轴线32的方向移动的情形。但是，在该情况下，入侧焦点28″被移动到与出侧焦点26″到光学轴线32的距离相同，如虚线箭头所示，其再次处于观察者眼睛位置，所以半短轴34″与光学轴线32重合。此外，利用位置控制装置(图中未示)使瞳孔30中央位于变换后的入侧焦点28″。瞳孔30不一定要实际移动，但是必须达到移动的效果。例如，位置控制装置可以是旋转镜和静态椭圆镜的组合。反射光学系统11的整体效果必须与以偏心率36″和半短轴34″为特征的改变的椭圆曲率一致。入侧焦点28″和出侧焦点26″相对于光学轴线32的这种对称性排列，需要OASLM13的分辨率比图4b所示的不对称排列低，因为仅需增大或减小反射元件15的椭圆曲率。
图4d表示观察者垂直于反射光学系统11移动，并且瞳孔30处于固定的位置的情形。因而，必须控制OASLM13使得入侧焦点28″′的位置保持在瞳孔30中央，而出侧焦点26″′的位置适应新的观察者位置，也就是出侧焦点26″′移动到观察者眼睛的位置。在该情况下垂直于椭圆反射表面的假想延长线的半短轴34″′不再平行于光学轴线32。基于偏心率36″′、半短轴34″′长度及半短轴与光学轴线32的角度40确定用于追踪出侧焦点26″′到观察者眼睛位置的OASLM13上的所需衍射结构。这种使观察者与反射光学系统11的距离小于瞳孔30到反射光学系统11的距离的排列同时具有为观察者放大场景的光学效果。
上面已说明具有根据第二实施例的反射光学系统的追踪系统与方法。但是可以使用根据第一实施例或其他实施例的反射光学系统作为替换。现在将在下面说明实施本发明的其他选择；但是这不应解释为将本发明限制为这些示例。对于所属技术领域的技术人员而言，显而易见的是也可以将几个实施例相结合。
与在OASLM上使用衍射结构的衍射光调制相似，通过上述实施例的说明，其他实施例中还可以例如使偏转元件具有折射结构或衍射与折射结构的组合，而后可以通过折射率变换使折射光学调制用于OASLM。
虽然上述实施例中反射元件具有带两个焦点的椭圆形的弯曲的反射表面，但是反射元件也可以例如包含多个部分，特别是例如菲涅耳透镜，其中许多焦点相互接近，表现为一个焦点。
如以上实施例所述，没有反射元件的机械曲率，还可以例如通过平的全息光学元件(HOE)、静态衍射光学元件(DOE)或折射率变换，仅产生弯曲的反射元件的效果。反射元件和HOE、DOE和折射率变换的机械曲率的组合也是可以的。
在另一实施例中，从焦点看，反射元件还可以整合到半导体层和基板之间或位于基板后面。如另一实施例，还必须确保再现光波不在半导体层被吸收，也就是半导体层必须不能仅被偏转控制装置的写入光影响，写入光无法被可见区的观察者察觉。为了达到这些目的，反射元件可以例如在一些方面，例如仅在部分区域、仅在一个方向、仅对选择的波长、仅对某些偏振或其以上的组合，至少部分透明。反射元件还可以在两个方向反射或至少部分反射。作为替换，这些功能可以通过一个或多个附加层或元件实现。从背离反射光学系统的焦点的方向写入半导体层，也就是偏转控制装置43被置于背离反射光学系统的焦点的侧面(图3b)也是可能的。根据特定实施例，再现光波和写入光应当具有相关的特性，例如偏振或波长不同。还可以通过选择写入光的某个入射角防止写入光被可见区中的观察者观测到。
半导体层还可以具有带状结构，其可以仅被写入光影响，而不被再现光波影响，也就是说再现光波和写入光具有不同的能量级，并且仅写入光的能量级能够影响半导体层。
作为利用单个扫描激光束的替换，可以使用多个扫描激光束，其中每一个都仅写入OASLM的一小部分。如果仅一个扫描激光束用于写入，则其必须满足更高的要求，因为它必须同时具有十分小的焦点和十分大的扫描范围。
此外，用于将衍射结构写入偏转元件的偏转控制装置可以具有电子可寻址空间光调制器(EASLM)的形式。
此外，也可以通过暴露在两个相干光源干涉产生的干涉图样中以控制OASLM，相干光源例如可以使用光缆或分光器连接并且置于入侧焦点和出侧焦点。半导体层上的该干涉图样产生OASLM中的折射率变换。这种方法的工作原理与光敏膜的全息暴露相似。在随后用光源扫描的过程中，OASLM中暴露的全息图在入侧焦点再现，光源在出侧焦点再现。
作为替换或除了瞳孔的(可能是虚拟的)位置变换，反射光学系统或其一部分可以进行移动，例如倾斜或转动，以便到达出侧焦点的位置、到达观察者眼睛的位置和到达瞳孔上的入侧焦点的位置。该移动还可以仅虚拟地产生，也就是通过其他可控反射元件产生。
即使在观察者垂直地朝向或远离反射光学系统移动的情况下，入侧焦点的位置也可以是受控的，使得半短轴与反射光学系统的光学轴线重合，并且使用光学辅助装置使瞳孔的位置至少虚拟地适应出侧焦点的位置。此外，可以控制入侧焦点的位置垂直于反射光学系统以便为观察者放大或缩小全息再现场景。
根据其他实施例，再现装置可以例如包含光学元件的系统。
此外，还可以使所需的衍射结构随后被写入OASLM，以便随后分别为一个或多个观察者的眼睛产生可见区。为了显示彩色的全息再现，连续产生表示单原色的部分再现，对应于特定波长的衍射结构被连续写入OASLM。
概括说来，本发明提供了一种反射光学系统，其一方面能够校正系统中产生的像差，另一方面能够将可见区跟踪到他/他们的实际眼睛位置的同时，允许全息再现场景的观察者在特定范围移动。此外，本发明可以完成比现有技术的解决方案更大的全息场景再现，而减小对系统的光学组件的要求。
商业上可以以多种方式使用根据本发明的解决方案。他们可以用于私人和工业上的应用，例如在娱乐业、汽车工业、医疗行业中显示三维场景。

Claims (19)

1.用于投射全息再现场景的全息投射系统，包含
再现光源装置，该再现光源装置用于产生再现光波，
至少一个空间光调制器形式的全息再现装置(38)，用于调制再现光波和朝瞳孔(30)发出调制的再现光波，该瞳孔位于空间光调制器(38)的傅立叶平面以过滤调制的再现光波，以及还包含
光学反射系统(10，11)，该光学反射系统具有
反射元件(14，15)，该反射元件用于反射由瞳孔(30)过滤的调制的再现光波，上述元件具有椭圆形弯曲的反射表面，该表面具有位于瞳孔(30)中的入侧焦点(28)和出侧焦点(26)，再现光波碰撞反射元件(14，15)时来自该入侧焦点，再现光波从反射元件(14，15)反射后传播到该出侧焦点，场景在出侧焦点前全息再现，
偏转元件(12，13)，该偏转元件具有光学可控的偏转特性，
眼睛位置探测装置，该眼睛位置探测装置用于探测观察者眼睛的位置，以及
偏转控制装置，该偏转控制装置用于光学控制偏转元件(12，13)的偏转特性，以便将出侧焦点(26)的位置控制到由眼睛位置探测装置探测的观察者眼睛的位置。
2.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于该偏转控制装置用于光学控制偏转元件(12，13)的偏转特性以控制入侧焦点(28)的位置。
3.根据权利要求1或2所述的全息投射系统，其特征在于该偏转控制装置用于光学控制偏转元件(12，13)的偏转特性以校正像差。
4.根据权利要求1或2所述的全息投射系统，其特征在于反射元件(14，15)至少部分透明。
5.根据权利要求1或2所述的全息投射系统，其特征在于反射元件(15)被并入偏转元件(13)中。
6.根据权利要求1或2所述的全息投射系统，其特征在于偏转元件(12，13)具有光学可控的衍射和/或折射结构。
7.根据权利要求1或2所述的全息投射系统，其特征在于偏转元件(12，13)为光学可寻址空间光调制器。
8.根据权利要求7所述的全息投射系统，其特征在于光学可寻址空间光调制器(12，13)包含
第一玻璃板(16，17)，该第一玻璃板具有透明电极，
LC层(18，19)，该LC层包含可通过光学控制改变方向的LC(液晶)分子，
光敏半导体层(20，21)，以及
第二玻璃板(22，23)。
9.根据权利要求8所述的全息投射系统，其特征在于光敏半导体层(20)至少部分透明。
10.根据权利要求8或9所述的全息投射系统，其特征在于光敏半导体层(20，21)表现出可受偏转控制装置影响的带状结构。
11.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于，用于控制偏转元件(12，13)的偏转特性的偏转控制装置置于背离光学反射系统的入侧焦点(28)以及出侧焦点(26)的侧面。
12.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于偏转控制装置包含两个干涉的相干光源，光源分别置于入侧焦点(28)和出侧焦点(26)，并且光源的干涉图样适合于控制偏转元件(12，13)的偏转特性。
13.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于偏转控制装置被设计为电子可寻址空间光调制器的形式，用于将写入光投射到偏转元件(12，13)。
14.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于偏转控制装置为强度可控的扫描激光束，用于扫描偏转元件(12，13)。
15.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于反射光学系统(10，11)包含分色层且/或反射元件(14，15)具有分色特性，其中偏转控制装置提供的再现光波和写入光波长不同。
16.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于反射光学系统(10，11)包含反射偏振过滤器和/或反射元件(14，15)具有偏振过滤器的特性，其中偏转控制装置提供的再现光波和写入光偏振不同。
17.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于用于控制偏转元件(12，13)的偏转特性的偏转控制装置提供在人眼不可见的波长范围内的写入光。
18.根据权利要求1所述的全息投射系统，其特征在于包含位置控制装置，该位置控制装置用于将瞳孔(30)或瞳孔(30)的正像的位置控制在反射光学系统(10，11)的入侧焦点(28)上。
19.用于投射全息再现场景的全息投射方法，包含以下步骤
通过空间光调制器(38)形式的全息再现装置产生调制的再现光波，
将光学反射系统的椭圆形弯曲的反射表面的入侧焦点(28)和被置于空间光调制器的傅立叶平面中的瞳孔彼此相对定位，
利用瞳孔(30)过滤朝反射光学系统(10，11)传播的调制的再现光波，
对来自反射光学系统(10，11)的椭圆形弯曲的反射表面的过滤、调制过的再现光波进行反射，并在反射光学系统(10，11)的椭圆形弯曲的反射表面的出侧焦点(26)前面产生场景的全息再现，
光学控制光学反射系统(10，11)的偏转元件(12，13)的偏转特性以将光学反射系统(10，11)的椭圆形弯曲的反射表面的出侧焦点(26)控制到由眼睛位置探测装置探测的观察者眼睛的位置上。
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