CN101543066A - 图像传送装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括被配置为提供光路的光源和定位在该光路中并被配置为调制该光源的空间光调制器。中继光学系统被配置为从该空间光调制器接收已调制光并将计算机生成图像投影到标称图像面。该光源被配置为使用平行光来照明该空间光调制器。

Description

图像传送装置
本申请要求于2007年1月30日提交的序列号60/898,168的美国临时申请的优先权，该申请的说明书在此以引用的方式纳入本说明书中。
技术领域
一种包括了在全息摄影术中所使用的类型的主动拼接系统(activetiling system)的图像传送装置。
背景技术
在投影式显示器中，诸如在演讲会场中所使用的投影式显示器中，使用漫射光源(例如大功率灯)来照明电寻址空间光调制器(EASLM)。投影光学系统被提供来将EASLM的图像聚焦到指定图像面，诸如投影屏或墙壁。可使用主动拼接TM系统将由一个或多个EASLM所形成的图像连续地传送到光寻址空间光调制器(OASLM)的不同子图像区域。主动拼接系统在美国专利第6,437,919号和美国专利第6,654,156号中被进一步描述，该两个申请的说明书在此以引用的方式纳入本说明书。
主动拼接系统可包括用漫射光照明的一个或多个EASLM。每个EASLM的多个图像利用复制光学系统形成，并被聚焦到单个主动拼接图像面。OASLM被放置在主动拼接图像面上，并且其子区域被有选择地感应，例如通过使用图案化OASLM电极或者通过使用光闸阵列(shutter array)顺序地将某些已复制图像分块。因此该主动拼接技术准许OASLM的子区域被连续地光寻址，从而允许构造具有非常高像素数的图像。该系统可用于立体成像，因其能够使OASLM用最终期望的立体图像的高度复杂的二进制傅立叶变换(FT)来写。该图像可通过适当的FT透镜或镜系统显示给观察者。
上述类型的设备要求每个EASLM的图像或多个图像聚焦到期望的焦平面上。因此，OASLM被准确定位在主动拼接图像面中，以在该主动拼接光学系统的焦深内。例如，如果主动拼接系统被配置为写6.6μm像素，则所得到的焦深仅仅为大约201μm。如果期望的OASLM像素尺寸减小，则焦深也将相应减少。
在被配置为显示非常大的立体图像的系统中，可平行使用许多主动拼接通道，从而使得在单个主动拼接图像面内生成大量的像素数。单个OASLM或多个OASLM将占据该图像面，但OASLM或多个OASLM的整个区域必须位于主动拼接通道的焦深(例如20μm)内。由此可见，主动拼接通道必须都相互对准从而生成共焦平面，并且可以看到这样的要求严格限制了该系统的设计和构造(以及相应的总体费用)。
附图说明
现在将仅以实例的形式，参考下列附图描述各种实施方案，其中：
图1图示了一种包括主动拼接系统的装置，
图2示出一种新颖的图像显示系统，
图3示出一种包括衍射阵列发生器的主动拼接系统，
图4示出一种被配置为提供平行光的装置，以及
图5图示了一种向OASLM写入信息的示例性方法。
具体实施方式
图1图示了一种装置，该装置包括被配置为生成动态全息图的主动拼接系统2。该装置包括主动拼接系统2、OASLM 4和重放光学系统6。
该主动拼接系统2包括光源8，该光源8例如是发散由氩激光器产生并穿过旋转漫射器(未示出)的光的光源。可布置该光源8，从而使其在从光束分离器10反射后射到EASLM 12上。主动拼接光学系统14被设置为将由EASLM 12所调制的光导向主动拼接(AT)图像面16。主动拼接光学系统14可包括凸准直透镜18和五乘五的微透镜阵列20。该微透镜阵列20被布置为二维网格，以使得EASLM的二十五个空间上分离的图像可复制到OASLM 4所位于其中的AT图像面16上。也可使用包括不同数目的透镜的不同阵列。
OASLM 4可包括夹在一对玻璃衬底之间的双稳态液晶光调制层和感光层(例如，诸如非晶硅或一些其他光电导体的光敏元件)。该玻璃衬底的内表面载有透明电极，该透明电极可由铟锡氧化物(ITO)层制成。也可在感光层和液晶层之间设置一种像素化金属镜(pixilated metalmirror)(或电介质堆叠镜)，以使得OASLM有感光面22和图像显示面24。当对电极施加适当电压时，任何射到感光面22上的光学图像都产生被写入(即被加载)到图像显示面24的液晶材料中的相等图像。
图案化电极可被成形为限定二十五个可以被独立施加电压的OASLM部分(对应于AT图像面上形成的二十五个复制图像)。在向这些部分中的一个施加适当电压时，仅该特定部分被敏化并将所接收的光学图像加载到它的感光面上。OASLM 4可被定位在AT图像面上，并且该子图像部分可因此顺序地并有选择地敏化(通过依次向每个图案化电极施加适当电压)，从而构造有非常大的像素数的图像。
在将该设备应用到立体成像时，最终所期望的立体图像的二进制傅立叶变换(FT)将被加载到OASLM 4。立体图像32然后通过重放光学系统6显示。重放光学系统6可包括相干重放照明源26，该相干重放照明源通过光束分离器28被导向OASLM 4的图像显示面。然后可使用合适的傅立叶变换(FT)透镜30或FT镜(未示出)根据从OASLM反射的光形成三维图像32。
在AT图像面中的OASLM 4被放置在AT光学系统的焦深内。AT系统被配置为向OASLM写入6.6μm的像素，其中与AT图像面关联的焦深仅为大约20μm。如果所需的OASLM像素尺寸减少(例如，如果AT光学系统被配置为提供更多量的缩小)以使得更大密度的信息可写入OASLM，则可发现焦深减少更多。随着所需的OASLM像素尺寸减少，可增加AT系统中所用光的发散度(即增加角θ)。
当显示非常大的立体图像时，装置中的浅焦深将导致许多主动拼接通道被平行使用，从而在公共AT图像面上产生极大数量的像素。单个OASLM或者多个已拼接的OASLM可以占据该公共AT图像面，以使得OASLM的整个面积(其可接近一平方米)位于AT光学系统的20μm焦深内。AT通道自身也可相互轴向对齐，从而产生共焦平面。AT系统的焦深因此对基于AT调制技术的立体图像系统的设计和构造形成了约束。使用相当高质量的光学器件所组成的系统的价格非常之高。
参考图2，示出了一种新颖的图像传送装置。参考图2所描述的装置中的器件与参考图1所描述的主动拼接系统中的器件，它们中的共同的器件被赋予了相同的参考数字。
该图像传送装置可使用平行光源50经由光束分离器10来照明EASLM 12。焦距为F1的第一透镜52和焦距为F2的第二透镜54作为中继光学系统(relay optics)并提供-F1/-F2的缩小(M)。在标称图像面56上，将存在缩小的EASLM 12图像。OASLM可放置在距标称图像面数毫米处，并仍产生所需的立体图像。
图3图示了一种主动拼接系统，并参考图2进行描述。图3的主动拼接系统可包括参考图2所描述的系统的所有器件，并且还可包括放置在中继光学系统的光瞳面内的衍射阵列发生器(DAG)60，该DAG 60由此构成一个傅立叶相关器。
该DAG 60可被配置为从单个输入光束产生五乘五的衍射级阵列，并从而在标称图像面56上产生该EASLM的一个二十五个图像或子图像的阵列。例如，该DAG 60可包括达曼光栅或不可分离的DAG。当然DAG可配置为产生包括不同尺寸的阵列的不同数量的图像或子图像。
使用平行光可增加主动拼接系统中OASLM布置的容差，从而使主动拼接系统有较大的“有效”焦深。因而使用本文中所公开的新颖的主动拼接系统的装置已经大大减少了设计限制。在使用多个EASLM将多个图像拼接到OASLM的动态全息成像应用中，在远离标称图像面拼接OASLM方面没有性能降低，正如图3中拼接的OASLM 62所示。
当EASLM被用平行光照明时，不会随着OASLM像素尺寸的减少(即随着主动拼接光学系统的缩小倍率增加)，导致照明辐射的发散增加。因而该新颖的主动拼接技术可以比之前认为可能的技术以更低成本得到更广泛地使用。
在一个实施方案中，可使用平行光照明(上述参考图3描述的类型的)AT光学系统。当OASLM平移通过一预定距离时，没有发生立体图像的可见图像性能降低。然而，当EASLM用漫射(即发散)光照明时，可容许的OASLM平移距离完全没有了。换言之，EASLM的漫射照明要求将OASLM定位在AT系统的焦平面的近距(例如201Am)内。然而，正如本文所述，使用平行光照明可允许OASLM定位的更大自由度。
图4示出被配置为提供平行光的装置。在一个实施方案中，布置激光器90来提供非常平行的光束。在一个实施方案中，激光器90包括Adlas激光器(Adlas laser)。该激光器90的输出在被准直透镜100准直之前穿过半波片92、偏振器94、声-光调制器96以及旋转漫射器98。该装置可进一步包括方形孔102。
图5图示了一种向OASLM写入信息的示例性方法。在操作110，CGH图像显示在空间光调制器上。在操作120，使用平行光来照明空间光调制器。在操作130，由空间光调制器产生的已调制光被导向标称图像面。
使用平行光来照明空间光调制器，产生了对OASLM放置到标称图像面所需的准确度的要求放宽的效果。在操作140，多个图像在标称图像面上形成。光寻址空间光调制器可定位在标称图像面内或其附近。在一个实施方案中，OASLM相对于标称图像面倾斜。
在一个实施方案中，公开了一种将图像写入OASLM的图像传送装置。该装置包括光源、定位在源自光源的光路上的空间光调制器以及被定位为从空间光调制器接收已调制光的中继光学系统。中继光学系统被布置为将空间光调制器的图像投射到标称图像面。光源被配置为用基本平行的光照明空间光调制器。
该图像传送装置可被配置为在标称图像面上生成由空间光调制器显示的计算机生成全息图(CGH)的图像。该装置提供具有相对较小的“可见”焦深的图像，并且当离该标称图像面一特定距离观看(例如大于20μm)时，该CGH图案对于眼睛变得不可识别(通过一移测显微镜观看)。
然而，已经发现OASLM实际可远离标称图像面平移许多毫米，同时该装置仍然重放立体图像而没有任何可觉察的性能降低。换言之，OASLM可远离标称图像面平移比预期距离更远的距离(多个数量级)，而对OASLM所重放的立体图像没有影响。
因此尽管图像不是空间光调制器所显示的图像的可识别的可见副本，但是该图像可被提供为包含着使立体图像被OASLM生成所需的信息。当替代地使用漫射照明时，由中继光学系统所中继的图像超过焦点的一定距离，例如201μm，但是焦点的损失也导致立体图像的损失。OASLM可定位在中继光学系统的标称图像面上或附近的任意位置。设计容差可从微米放宽到毫米。
在一个实施方案中，该中继光学系统包括复制装置，以使得可在标称图像面上提供空间光调制器装置(例如EASLM)的多个图像。复制装置可包括定位在中继光学系统的光瞳面上的衍射阵列发生器(DAG)。提供的复制装置(尤其是DAG)可使空间光调制器的两个或更多个图像由中继光学系统形成。例如，可使用在整个标称图像面上提供五乘五阵列的复制图像的DAG。
在一个实施方案中，复制装置被并入到主动拼接(AT)系统中，其中该复制图像被导向OASLM。OASLM的各部分可被依次敏化(例如，通过使用图案化OASLM电极或光闸)，从而根据空间光调制器上显示的多个连续图像在OASLM上构造诸如CGH之类的高像素数图像。图像的照度可用相干光束写入OASLM，其中该光接着被一个光学系统操作。该光学系统可被配置为在生成立体(即三维)图像时提供光的傅立叶变换。
空间光调制器可以是电寻址的。换言之，空间光调制器的元件可连接至允许产生高速动态图像的电路并由该电路寻址。在典型的EASLM情况下，所显示的CGH因而可有每毫米零到七十七线对的空间频率。CGH图像也可包括更大的CGH图像的一部分。
在一个实施方案中，空间光调制器包括液晶空间光调制器。例如，可使用具有薄膜晶体管(TFT)有源背板的液晶电寻址空间光调制器(EASLM)。也可使用许多替代类型的EASLM，诸如数字微型小设备(DMD)。
该空间光调制器可被配置为以反射模式运行。可替代地，该空间光调制器可以以透射模式运行。因此可使用反射式或透射式的空间光调制器实施不同的光学配置。在一个实施方案中，平行光源包括激光器。使用激光器能够提供高光功率，如果需要大量的图像复制的话，这是非常重要的。
在另一实施方案中，全息显示设备包括图像传送装置和光寻址空间光调制器，其中光寻址空间光调制器被定位在标称图像面内或在其附近。图像传送装置可将图像写入OASLM，该OASLM定位在该图像传送装置的标称图像面的一定范围内(例如数毫米)，而非在该装置的焦深内。
全息显示设备可包括单个OASLM或多个拼接的OASLM。在一个实施方案中，图像通过多个图像传送装置写入OASLM。该OASLM可相对于图像传送装置的标称图像面倾斜，而对从OASLM所重放的立体图像质量没有任何影响。
本文中所述的主动拼接装置和其他实施方案可被配置为明显地降低OASLM相对于标称图像面定位的容差。通过包括多通道AT系统，这些通道不需要相互轴向对准以使彼此在特定距离(诸如20μm)内。而且，例如OASLM可远离标称图像面超过+/-10μm来安装，而非在+/-10μm范围内。相应地，OASLM产生更少的机械应变，减少了立体图像失真的可能性。
本文中所使用的术语“光”可被认为包括所有紫外线(UV)辐射、可见光辐射和红外辐射。而且，各种光学器件可认为能够产生各种波长或波长范围的光。
尽管上述实例主要涉及被配置为在全息主动拼接系统中所使用的装置，但是本领域的普通技术人员将认识到这些实施方案也可被应用到许多替代性应用中。
以上描述的该系统可使用执行一些或全部操作的专用处理器系统、微控制器、可编程逻辑设备或微处理器。上述一些操作可用软件实现，其它操作可用硬件实现。
为了方便起见，这些操作被描述为许多相互联系的功能块或不同的软件模块。然而，这不是必须的，并且可能存在这样的情况，这些功能块或模块被等效地集成到界限模糊的单个逻辑设备、程序或操作中。无论如何，所述功能块和软件模块或灵活性接口特征可在硬件或软件中通过自身实现、或与其他操作运行相结合来实现。
在优选实施方案中已描述和说明了本发明的原则，很显而易见的是，可在不偏离这些原则的情况下对这些实施方案的配置和细节进行修改。我们要求保护在以下权利要求书的精神和范围内的所有修改和变化。

Claims (28)

1.一种装置，包括：
被配置为提供光路的光源；
定位在该光路上并被配置为对该光源进行调制的空间光调制器；以及
中继光学系统，其被配置为从该空间光调制器接收已调制光，并将计算机生成图像投影到标称图像面，其中该光源被配置为使用平行光来照明该空间光调制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述中继光学系统另外包括复制组件，该复制组件被配置为将该计算机生成图像作为多个图像复制到大致定位在该标称图像面的光寻址空间光调制器上。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述复制组件包括定位在该中继光学系统的光瞳面的衍射阵列发生器DAG。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述中继光学系统包括定位在所述复制组件一侧的第一透镜和定位在所述复制组件的与第一透镜相对的一侧的第二透镜。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一透镜具有第一焦距，所述第二透镜具有第二焦距，并且其中所述中继光学系统被配置为对应于第一焦距和第二焦距的比例提供该计算机生成图像的缩小图像。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述空间光调制器包括电寻址空间光调制器EASLM。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述平行光源包括激光器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述平行光源进一步包括旋转漫射器。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被配置为接收已调制光的光寻址空间光调制器OASLM，其中所述OASLM相对于该标称图像面倾斜。
10.一种方法，包括：
在空间光调制器上显示计算机生成全息图像；
使用平行光来照明该空间光调制器；
调制该平行光；以及
将该已调制光导向大致定位在标称图像面的光寻址空间光调制器OASLM。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述已调制光复制为形成在该标称图像面上的多个图像。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述OASLM相对于该标称图像面倾斜。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括使用相干光来照明该OASLM以形成三维图像。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述空间光调制器以反射模式运行。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述空间光调制器以透射模式运行。
16.一种用于生成计算机生成全息图像CGH的系统，包括：
用于在空间光调制器上显示CGH的装置；
用于使用平行光来照明该空间光调制器的装置；
用于调制该平行光的装置；
用于将该已调制光导向大致定位在该标称图像面的图像显示器上的装置；以及
用于从所述图像显示器反射光以形成三维图像的装置。
17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：
用于将所述已调制光聚焦到定位在所述标称图像面的一毫米或数毫米外的所述图像显示器的装置。
18.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：
用于无关于所述图像显示器的像素密度而保持所述系统的焦深不变的装置。
19.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：
用于无关于所述图像显示器相对于该标称图像面的倾斜角度而保持所述系统的焦深不变的装置。
20.根据权利要求19所述的系统，其中该用于使用平行光来照明该空间光调制器的装置，包括：
激光器，
偏振器；以及
旋转漫射器。
21.一种具有在其上存储有指令的计算机可读介质，其中当所述指令被至少一个装置执行时，它们可运行用于：
在空间光调制器上显示计算机生成全息图像；
使用平行光来照明该空间光调制器；
调制所述平行光；并且
将已调制光导向大致定位在标称图像面的光寻址空间光调制器OASLM。
22.根据权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述指令可进一步运行用于：
使用读出光来照明该OASLM以形成三维图像。
23.根据权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述空间光调制器是电寻址空间光调制器。
24.根据权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述平行光包括激光。
25.根据权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述指令被进一步运行用于：
将所述已调制光衍射进子图像的阵列；以及
将该子图像的每一个导向该OASLM。
26.根据权利要求25所述的计算机可读介质，其中所述已调制光被衍射阵列发生器DAG衍射，所述子图像被中继光学系统导向，并且其中所述DAG被定位在该中继光学系统的光瞳面上。
27.根据权利要求26所述的计算机可读介质，其中所述中继光学系统的焦深被无关于该OASLM相对于该标称图像面的倾斜角度而保持不变。
28.根据权利要求27所述的计算机可读介质，其中所述焦深为一毫米或数毫米。
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