CN101681147B - 具有可控微单元排列的全息重建系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于场景的物体光点(OLP)的三维重建的全息重建系统，包含空间光调制器装置(SLM)，其调制具有至少一个视频全息图的照明装置(LQ1-LQ4)的能够生成干涉的光波，以及光学聚焦装置(LA)，其在观察者眼睛的至少一个眼睛位置(EPR，EPL)将具有重建物体光点(OLP)的调制光波聚焦。由系统控制器(SC)控制的光电偏转装置(DM)在至少一个眼睛位置将具有重建物体光点的调制光聚焦，并在眼睛位置变化时跟踪它们。根据本发明，光电偏转装置是具有由可独立控制微单元(DMC)组成的可变表面结构的可控光学衍射光栅。所述微单元在单元格中相互间隔地排列，在电控制信号的影响下，改变表面单元格的衍射光谱内的光学衍射效率。

Description

具有可控微单元排列的全息重建系统

技术领域

本发明涉及用于场景的三维重建的全息重建系统，其具有承载全息编码的空间光调制器装置和用于照明光调制器装置的照明装置。本发明主要涉及借助于视频全息图序列的移动场景的实时或近实时的重建。全息图信号处理器计算视频全息图并在空间光调制器装置的调制器单元结构上对其进行编码，当用能够产生干涉的照明装置照明时，空间光调制器在空间上用全息信息调制至少一个光波阵面。调制的光波阵面通过光波的干涉重建场景，然后朝眼睛位置传播，使得一个或多个观察者可以将重建的物体光点看作场景的三维重建。这意味着，重建的物体光点以三维的方式在眼睛位置的前方呈现场景的光学外观。在具有低分辨率的空间光调制器装置中的调制器单元和减少的计算视频全息图的计算负载的重建系统中，优选用聚焦装置将调制光波阵面减小至从数毫米到数厘米的可见区。调制波阵面的重建因此不能够被观察者的两个眼睛同时看见。因此可以向观察者眼睛提供在视差上有差异的不同视频全息图的时分多路或空分多路呈现。

具有数百万像素分辨率且用作视频和TV装置或投影机的屏幕的高分辨率平面光调制器尤其例如适合作为光调制器装置。它们实现更大的光衍射角和更小的调制器单元中心之间的距离，即调制器间距。

背景技术

名称为“视频全息图和用于重建视频全息图的装置(Video hologramand device for reconstructing video holograms)”的第WO 2004/044659号国际申请公开了一种重建系统，其为空间光调制使用像用于电视和视频设备的具有传统的分辨率的液晶显示器(LCD)面板。该重建系统包含设置在照明装置和光调制器装置之间的聚焦装置。传统液晶显示器的调制器分辨率对于视频全息图来说太低，视频全息图允许全息重建的场景以良好的分辨率在大视角和大空间深度在重建空间中对至少一个观察者可见，重建空间在空间光调制器和眼睛位置上的可见区之间延伸。

该光调制器的一个缺点是，尽管其调制器单元具有相对小的间距，它们的衍射角对用双眼观看重建的观察者来说仍然太小。

根据第WO 2004/044659号专利文件的重建系统，进而附加地公开了定向和跟踪多个可见区的位置的可能性。具体说，重建系统应用移动的反射镜或多个不同位置的光源实现了光源机械或电子横向偏离系统光轴，用于转移生成可见区的光源图像，以感知重建。当观察者移动时，光源在空间重新定位，使得可见区跟随观察者眼睛。

不足的是，在大的跟踪范围，当光穿过聚焦装置时发生的实质像差负面地影响了空间场景的重建。

在名称为“用于三维场景的全息重建的装置(Device for holographicreconstruction of three-dimensional scenes)”的第WO 2006/119920号国际公布文件中，申请人还公开了一种用于观察重建的装置，其应用至少一个在眼睛位置小于光调制器的调制表面的可见区。图1所示为该现有技术的系统的功能性原理。

能够生成干涉、排列成矩阵、并形成表面发射背光的光源LQ1...LQ8的阵列照明空间光调制器SLM的调制器表面，聚焦装置LA的阵列包含多个成像元件，如机械邻接的凸透镜。聚焦装置LA的阵列的各个成像元件分配给多个能生成干涉的光源，以产生共同照明调制器表面的照明单元束，其中每个照明单元只覆盖调制器表面的子区域。能够在照明单元生成干涉的光源借助可变换调制器矩阵SM被活化，以使得聚焦装置阵列的成像元件将其指定的光源成像到眼睛位置。各照明单元因此经过调制器表面的子区域传送部分光波，并且在被各子区域单独调制后，部分光波重叠以在眼睛位置EPR形成共用的可见区。

将可见区的位置定向和跟踪到改变的眼睛位置，是通过附加的具有调制器单元的变换调制器矩阵SM来实现的，变换调制器矩阵SM可以变换为透明状态，如通过所谓的LCD光阀矩阵。依靠由眼睛探测器EF检测到的当前的眼睛位置EPR或EPL，系统控制器SC为聚焦装置LA阵列的各成像元件打开用于能够产生干涉的光的点状光出口I或II，其通过成像元件聚焦到眼睛位置。这就产生了变换到透明模式的调制器单元的图样。在当前眼睛位置横向变化的情况下，可见区的位置将调整，其中系统控制器SC相应地横向移动变换到透明模式的调制器单元的图样。在眼睛位置纵向变化的情况下，系统控制器SC更改切换到透明模式的图样中的调制器单元间的距离。所述的公布的申请还公开具有可离散控制的点光源的可变换光源阵列的使用，用以实现所述定向和跟踪光波场的方法。

但是，可以看出，根据所述的方案通过调整光波场的传播定向和跟踪可见区位置的方法显示了一些缺点，如像差和大的光损耗。

在名称为“用于场景的全息重建的投射装置和方法(Projection deviceand method for the holographic reconstruction of scenes)”的第WO2006/119760号国际公布文件中，申请人还公开了一种全息投射系统，其将具有几厘米对角线的微显示器作为光调制器。该装置包含将能生成干涉的光在聚焦面成像从而为眼睛位置生成可见区的成像装置。第一成像装置以放大的方式使在光调制器上编码的视频全息图成像到聚焦显示屏上。显示屏在眼睛位置使视频全息图的空间频谱成像。因此当从可见区朝显示屏以大的视角观看时，可以看见光学放大的场景重建。因此可见区就是视频全息图的傅立叶平面中所使用的衍射级的图像。如之前所述的重建系统中，光调制器可以编码成使重建空间在第二成像装置后连续。

在公开号为WO 2006/119760的申请中公开的投射系统在一特定殊实施例中进一步包含一种用于定向和跟踪可见区位置的可控偏转装置，其实现机械、电学或光学定向和跟踪。该偏转装置像棱镜一样设置在第一成像装置附近并实际上取代空间频谱，或者设置在显示屏附近实现棱镜的功能或者可选择地实现透镜的功能，以横向或可选择地纵向跟踪可见区。

上述所有重建系统使用具有离散的单元结构和相对低的分辨率的光调制器装置用于全息应用。一方面，如总体上已经公知的，离散的调制器单元结构在衍射区间的其它衍射级中引起全息重建的周期性延续，使得可见度会被破坏。另一方面，上述的调制器单元结构的间距导致相对小的衍射角，使得实际上几毫米到几厘米的衍射级可以用于不干扰的重建场景的可见区。因此，组合这样的具有位置探测和跟踪模块的装置比较有意义。该模块借助于波跟踪装置将调制的光波导向当前的眼睛位置，根据眼睛位置调整可见区的位置，并且每当眼睛位置改变时跟踪可见区的位置。

作为一个实施例，在公开号为WO 2004/044659申请中说明的重建系统公开了用于定向和跟踪可见区位置而移动的光源的方法。具体地，该系统机械或电子地横向于系统光轴移动光源阵列中激活的光源。

上述的所有跟踪系统具有以下缺点：在大的跟踪范围中，成像装置的像差对空间场景的成像有干扰效应。像差的发生是因为光根据眼睛位置以不同角度穿过成像装置传送，以便重建场景。

而且，光源需要机械地设置，或者，如果光源位置是电子控制的，需要提供光源场的高空间分辨率。在此情况下，光源阵列必须包含多个用于成像装置阵列的每个成像元件的点光源。

在名称为“电润湿单元(Electrowetting cell)”的第WO2004/099847号国际公布文件中可以获知一种称为的电润湿单元的可控制的光电单元。这些单元利用毛细管效应和电润湿效应，应用静电势调整液体的表面张力，从而控制光折射行为。电润湿单元基本包含在电极之间用疏水性液体(例如油)和水填充的电容器，其中电极中的一个涂覆有疏水性材料。未施加电场时，油覆盖涂覆的电极形成薄膜，当施加电场时，因为施加的电场补偿了水表面偶极子的极化，所以水替代了油膜。该单元可以实现在小于一平方毫米的表面区域的电子控制的光学透镜和棱镜元件。

根据名称为“自动立体显示器(Autostereoscopic display)”的第WO2004/075526号国际公布文件中的自动立体图像显示装置，水平地在多个方向发出图像光点而不用跟踪装置。该图像显示装置具有背光，其发出穿过图像呈现装置的图像光点朝向光学偏转元件阵列传播的具有可动态控制的偏转行为的准直光。光学元件具体是用作可控制的透镜且实现可动态调整的光束控制器的电润湿单元。为了避免图像呈现必须被跟踪到观察者的当前眼睛位置，系统控制器常常借助可控制的光学偏转装置阵列在视频图像的每个周期内调整光的出射角和图像呈现装置的图像内容。这样，使用空分多路和时分多路技术，高达一百个发射方向用于每个视频图像周期内，所述发射方向并排水平地紧靠排列并且具有图像部分的形式，使得每个观察者眼睛无需跟踪即可看到视差不同的视频图像。然后光学偏转装置在并排紧靠排列的多个图像部分中筛选由图像呈现装置暂时不同地调制的光束。该公布文件没有公开任何的解释系统控制器如何可以借助于光学偏转装置阵列偏转能够产生干涉的调制波场的技术手段。

与本发明的主题相比，第WO2004/075526号国际公布文件涉及一种自动立体图像显示装置，该装置在观察空间内不像三维排列那样以全息方式重建物体光点。自动立体图像显示装置在调制器平面显示二维图像，而不是重建的物体光点，所述二维图像具有发光的图像点的功能，其承载针对观察者两只眼睛的多个图像信息。引用文件并没有以任何方式提示，光衍射或光干涉对图像表现有任何有用功能。可动态调整的光束控制器设计为以简单的方式偏转非相干光的光束，而对偏转光束的相互干涉的条件没有做出任何要求。彼此紧靠排列的光束，尤其不能够阻止寄生衍射级的光进入。

而且，电润湿单元的边界区的非线性透射行为会影响能够产生干涉的调制光波的传播，并且会实质上破坏重建系统的干涉行为，从而破坏重现的质量。

该公布文件没有公开任何的解释系统控制器如何可以借助于光学偏转装置阵列偏转能够产生干涉的调制波场及如何避开寄生衍射级影响的技术手段。

发明内容

发明的目的是提供一种具有光电波跟踪装置的全息重建系统，调制光波沿普遍恒定的光路穿过该重建系统，独立于跟踪范围内观察者的当前眼睛位置，以使对系统的光学元件的要求最小化，在静态状态下，该重建系统的光路的大部分光路在重建之前都能被整合到光波传播的矫正中。在定向的过程中如果可能不会有光损耗，光波跟踪装置的光学元件的光学传输性能将适应需要生成干涉的严格的条件，使得三维场景的物体光点在它们在场景结构的局部位置方面和它们应尽可能地接近原物的光强度值方面无误地重建。具有光调制器装置的调制器单元结构的光波跟踪装置的的精确对准的需要将变得多余。

本发明基于用于场景的物体光点三维重建的全息重建系统，包含调制光波的空间光调制器装置，该调制光波能生成干涉，并由具有至少一个视频全息图的照明装置发射。

光学聚焦装置将光波为观察者眼睛的至少一个眼睛位置聚焦，系统控制器借助于光电偏转装置聚焦，将聚焦的调制光波导向至少一个眼睛位置，并在眼睛位置改变时相应地跟踪它们。光调制器装置调制光波以使它们在眼睛位置前重建物体光点，而不考虑光波的导向和跟踪。

根据本发明，光电偏转装置包含至少一个具有可控微单元的偏转装置阵列，所述阵列包含许多规则排列的电润湿单元，其已经公知，其具有可分立控制的光偏转。

如果偏转装置阵列中规则排列的电润湿单元只有几微米的单元间距，则微单元阵列的功能就像在相干照明下改变表面结构的可控衍射光栅。该衍射光栅可以通过系统控制器进行控制，作为振幅光栅结构或者优选作为将具有多个衍射级的周期性衍射光谱上的相干光进行衍射的相位光栅结构。在光学衍射光栅间，可控相位光栅具有这样的优点，即，其影响光的相位而不是光的振幅。因此在一个理想的相位光栅中，光的强度不会降低。理论上也就没有光损耗。

在具有多个衍射级的周期性衍射光谱中的相干光的衍射带来如下事实；该光电偏转装置的出射光波场的衍射角度不能被连续地控制。当通过控制电场改变可控微单元的棱镜角时，出射光波的各个衍射级的衍射效率将改变。这就意味着强度分布与由光栅方程确定的角度相关。棱镜角的变化，也就是在受控制电场影响的可控微单元中棱镜的表面倾斜度，与各个衍射级中的衍射效率的变化相对应；也就是光波只在离散的方向传播，在这些方向强度能够变化。

尽管在这样的可控微单元的光栅结构中角度离散变换，这也能用于根据本发明的重建系统中，以连续控制能够生成干涉的出射光波场的偏转角。为此，系统控制器借助于控制电场实现这样的棱镜角：具有最大的衍射效率的光栅衍射级处于最接近于当前眼睛位置的目标方向上，并且改变偏转装置的相干照明的入射角度，以使该光栅衍射级从目标方向的偏离得到补偿，能够生成干涉的出射光波场被导向所需的眼睛位置。

连续跟踪的另一选择是，借助于位于光路中的离散相位偏移装置，使邻接的微单元的相位传输行为被连续地改变，邻接的可控微单元联合形成一个复杂的单元，用以增加光栅中的微单元的间隔。光栅的变化间隔使实现不同的偏转角度成为可能。

电润湿单元的一个缺点是，当偏转角上升时，它们的透射率减少，因为光的更大部分被散射。如果光以斜角落在具有不同折射率的光介质上，它们将只传送一部分光。如果入射角大于全反射角，将根部没有任何光被传送。当棱镜角增加时，有更多的扩散光在微单元上出现，由于多重反射而打乱了它们的功能，从而对全息重建有不利影响。根据本发明，微单元的侧壁被设定成像所谓的光阱(light traps)一样吸收反射的扩散光。

在本发明的一特定实施例中，可变化的微单元的侧壁是疏水且电绝缘的。疏水层以其表面粗糙度提供必要的润湿性能。用作涂覆在侧壁上的材料可以优选是吸收型的。实现吸收的进一步特征是在侧面上涂覆一层很薄的疏水层，也就是只有照明波长λ的分数。允许作为实例的不具有所需的润湿性能的吸收材料位于电极和疏水层之间。后者的实施例具有额外的优点，可防止如多孔塑料材料产生的不充分的电绝缘性。

电润湿单元的进一步的缺点是，它们的功能具有不容忽视的温度依赖性。光学材料的折射率依赖于其温度，即n＝n(T)。例如，油所具有的折射率的变化必须予以考虑并加以补偿。微单元在温度上的变化带来了填充微单元的材料的折射率n的变化。这导致经过单元的光的光路的变化。因此，微单元的温度变化影响光传播的相位性能和角度。折射率的变化对应于在光栅各单元表面上所实现的相位函数的梯度变化。

如果偏转装置阵列被控制成为实现所需追踪角度的衍射级使衍射效率最大化，则例如温度变化几度就会导致各个衍射级的衍射效率的改变，使得其它不在所需跟踪方向的衍射级表现为增加的强度，这将导致对理想全息重建的干扰。

为了补偿这种缺点，根据本发明的重建系统包含以下技术手段：

-检测温度的变化和造成的相位变化，即光路长度模数2π的变化，并将其修正，

-测量温度T和/或温度分布T(x，y)，以借助于修正表、例如函数n(T)的已知曲线，实现对单元阵列中的材料的折射率变化的补偿，

-借助于位于偏转装置阵列平面中的温度传感器，利用光学扫描或光学成像红外(IR)传感器测量温度和/或温度分布，以便能够实现对实际排列的函数T(x，y)的足够测量精度。

整合在面板中的传感器可以轻易地例如以电阻器的形式实现，其在要考虑的温度范围内具有足够高的函数R(T)梯度。

作为测量温度或温度分布的另一选择，也可能优选测量由温度变化导致的光路长度的变化，即相位

的变化，并基于这些测量值，影响要控制的棱镜角的修正。

光波阵面可以例如优选借助于光波阵面传感器测量，进而检查重建的质量。光波阵面可以向侧旁引导出光路，以使测量和评估能够在操作时进行。

作为测量温度或温度分布的另一选择，进一步可能优选地测量由温度变化导致的光路长度的变化，即通过强度分布的变化引起的相位变化。这意味着由摄像机检测的适当选择的强度分布，用于重建函数的主动监测。

用以监测重建质量的强度的分布也可以通过具有很低的衍射效率的光栅从SLM后面的平面向侧旁分离。在投射型排列中，侧旁分离可以例如借助于共面板来完成。该修正可以包含有迭代过程。方程的系统矛盾可以通过一组附加引用的变量、例如

和/或Ii(x，y，)来消除。

测量发生在各微单元和由相干光照明的系统内的调制器单元之间的相对相位的直接和简单的方式是，评估由被考虑的点发射的一个和多个球面波的干涉。

由邻接点发射并被相干地叠加的球面波在共有重叠区域生成干涉图样。该图样，如条纹图样能够直接地被评估，其中条纹位置被测量，并得出相对迟滞。使用阈值定义和边界检测的方法，该位置可以很容易地求得。条纹的位置可选择地借助于傅立叶变换(载波频率法)求得。例如相位

(i＝1...5)的附加引入，即相位偏移干涉的使用，可允许不确定度＜2π/200的测量，即光路长度差的测量不确定度＜λ/200。

多个点之间的相对相位，即如除了给定为零值的要测量的点之外的所有点，可以在重建的图像序列间被测量。摄像机可以同步记录得出的强度分布。在相位偏移干涉中，图像序列也有可能位于引入的相位偏移之间。

在非常短的时间周期内，充分数量的点的相对相位可以例如被测量，以使相位修正能被执行，这例如因温度变化可能是有必要的。将相对相位位置整合到区域上产生了整个被考率的平面的相位分布，即除了通常可以被忽略的恒定部分之外。具有用于分离部分波的装置的全息显示器因此其自身可以被用作干涉计，其可以用于检测波阵面的变化。这种测量相位分布的方法一般对具有相位偏移单元元件的系统有利，该系统可以例如用于图像生成。

微单元的进一步的问题是其性能对外加电压的依赖性。接触角和棱镜角取决于外加电压或电压差。评估表明液体单元的角度范围至少应该用10比特，即2¹⁰＝1024的值控制。因而外部干涉电场的影响必须保持在最低限度。这根据本发明的进一步特征实现，其中微单元被静电屏蔽。这优选由在面板的顶面和底面上的涂层来完成，该涂层适用于电荷放电而同时又足够透明。其可以例如是光刻涂层。用于控制微单元的邻接的电极必须相互间绝缘，其中用作屏蔽的电极位于它们之间，该电极例如带有V＝0的电势。

用于二维偏转的微单元特别依赖于外加电压差。因为棱镜楔角依赖于电压差，由控制电极产生的场在微单元的单元边界附近叠加，这就实现了二维(2D)偏转。

在二维偏转时，串扰减少，因为携带固定电势、例如0V电势的附加电极位于控制电极之间。

在具有高表面能的材料内，直接或间接可控的电极(图4：Uij  (x，y))在用于二维偏转的电极之间的引入，提供了实现更平面的界面朝向单元边缘区域的可能。在角落部分可以形成接触角，其允许有针对性的对边缘曲率或毛细现象的对抗。

由于制造过程中的原因，液体单元会具有不能忽视的相位波动。填充具有液体组件的电润湿单元阵列，比例如只含有液晶的相位调制光调制器更容易在填充水平上产生波动。相位的波动或各单元间的相位偏移对物体的重建具有不利影响。具有两种光介质的各个微单元的不均匀填充，导致光经过单元时的不规则光路。这意味着微单元的各个组件的填充量的波动对应于通过单元传播的光的相位的波动。不均匀填充的单元的偏转场实现了相位的不规则变化。

因而重建系统包含检测相位波动，即在单个单元中体现光路长度模数2π的技术手段，并在全息图编码时考虑它们。

为了补偿相位误差，相位偏移元件附加地位于实现附加相位偏移的光路上，以使光路长度被修正。

在高变换频率的情况下，电润湿单元可以表现为本征谐振，并通常表现为界面振荡。这意味着在高变换频率的情况下会发生具有高振幅的界面振荡，并且在一个时间平均值单元只能实现一个限定的相位峰(phasewedge)。

通过使用合适的控制脉冲U(t)或U₁(t)或U₂(t)，可以减少振荡。脉冲曲线最好不选择具有斜坡函数的形式，而是引起对谐振的最大抑制。优化的脉冲形状是材料特定的，其能用模型或依靠经验求得。而且，I(t)也可以选择成使其具有合适的值，或者可以对其给予限制。

温度依赖性可以存储在修正表中，并用于根据温度修正脉冲形状。

而且，电润湿单元会显示老化效应，例如由化学反应导致的老化。在考察的层＜500nm厚度时，疏水塑料材料轻微渗透。如聚四氟乙烯，当与油接触时就表现为膨胀状态。相应地电绝缘性减小，并依赖变换频率使能量损耗增加，即促使液体单元平面产热。

出于降低成本和简化制造过程的原因，更适合使用金属电极，如用铜制造的金属电极。然而与水和/或油的接触导致了这些电极的腐蚀。同时，扩散到其中的离子如金属离子，改变了其化学势，因而也改变了电润湿单元的功能。

在电极上沉积电绝缘层用作扩散锁定层(diffusion-locking layer)，减少能量损耗和防止会在电极和电润湿单元的液体之间发生的氧化过程。

多孔疏水塑料涂层的缺点可以通过不使用这些塑料材料而规避。可以例如在等离子体处理工艺中形成疏水表面性能。也可以例如借助于改良的蚀刻工艺在氧化硅上形成疏水表面，所述表面不会表现出塑料涂层的缺陷。

在优选实施例中，系统控制器通过组合多个微单元形成可控相位栅格来改变能在衍射光谱中邻接的衍射级间生成干涉的光波的偏转，以便通过降低周期区间来控制衍射级间的偏转值。

附图说明

图1表示从国际公开号为WO 2006/119920获知的全息重建系统，其不用根据本发明的装置跟踪能够生成干涉的光波场。

图2表示根据国际公开号为WO 2006/119920的全息重建系统，其使用具有衍射微单元结构的偏转装置DM阵列代替变换矩阵SM，以跟踪能够生成干涉的光波场。

图3表示单个微单元的结构，其中，二维偏转的串扰减少，因为携带固定电势、例如V＝0的附加电极位于控制电极之间。

图4表示微单元中可控电极的引入，所述电极用于在单元的边缘区域内也实现平面界面。

具体实施方式

图2表示根据本发明用于场景的物体光点的三维重建的全息重建系统。该系统包含：

-空间光调制器装置SLM，其调制能够生成干涉的调制光波，并由具有至少一个视频全息图的照明装置LQ1到LQ4发射，

-透镜阵列形式的光学聚焦装置LA，其在观察者眼睛的至少一个眼睛位置EP_R或EP_L将具有重建物体光点OLP(一实施例显示在图中)的调制光波聚焦。

在图2中，要重建的场景示意性地只以单个光点OLP表示。

系统控制器SC控制光电偏转装置DM，光电偏转装置DM将具有重建物体光点的聚焦的调制光波导向至少一个眼睛位置EP_R或EP_L，并在眼睛位置变化时相应地跟踪它们。

根据本发明，可控光电偏转装置DM为具有可电子寻址的微单元DMC的偏转装置阵列，其优选位于系统的光出口，即在光路中的光调制器SLM之后。

偏转装置阵列具有有周期结构的单元格，使得可独立控制的微单元在相干照明下实现具有可变表面结构的可控衍射光栅的功能。借助于电控制信号，系统控制器SC能够改变表面结构的衍射光谱内衍射级中的光学衍射行为。偏转装置阵列优选作为相位光栅操作，以便在定向调制波场时使光损耗最小。

在一实施例中，偏转装置阵列包含具有填充有透光液体的中空体的电润湿单元。液体的表面具有特定的与中空体的壁接触的接触角。中空体中的液体的接触角对给定的暂时不变的几何形状、材料和条件是恒量，借助于杨氏方程式(Young’s equation)可以求得接触角。如果例如在电介质系统中在液体和中空体的壁中的一个之间施加电场，或者在中空体的两个相对的侧壁之间施加电场，平衡条件将改变，液体的表面和中空体的侧壁之间的接触角也将因此改变。电润湿效应可以借助李普曼方程式(Lippmann’s equation)说明。接触角和液体表面的形状通过改变一个或多个电场进行调整，从而根据反射学定律相应改变透射光束的偏转。

例如，中空体可以是圆柱形的，且具有矩形的基底，使得相对的侧壁形成电容器的电极对。最好是由亲水性材料制成的电绝缘层设置在电极和电接地的液体之间。如果关闭电容器，液体将具有几乎球形的表面，这就是只有局部受限的光束可以根据表面的局部曲率偏转的原因。

当实现用于延长的光束的棱镜功能时，电润湿单元的恒定的棱镜角需要穿过光束的整个直径。为了实现此目的，通过用某一电压控制相对的电极，彼此独立地调整相对电极的接触角。可以选择控制电压，使得两个相对的接触角均为90°。在此情情况下，没有棱镜效应，即，电润湿单元功能作为共面元件。还有其它控制电压对，例如使得两个相对的接触角的量不同，但是其总和是180°。在此情况下，元件功能类似棱镜。电极最好可以成对地变换，使得在x方向和y方向上均可以实现偏转，从而可以二维地跟踪可见区到观察者。

根据一个可选的实施例，电润湿单元还可以包含用多种不相混溶的光学上透明的液体填充的中空体。折射率在液体间的分界面改变，使得透射的光被偏转。使用多种(最好为两种)液体的优点是，液体是密封的。这意味着，单元主体完全地封闭并完全地用液体填充。另外，通过选择具有合适密度的液体，可以防止重力问题。这意味着，如果两种液体具有大约相同的密度，如果电润湿单元移动，或者在摇晃或震动等的情形下，由于重力，液体在单元主体中的排列将不会改变或仅可忽略不计地改变。进一步地，单元主体的基底没有必要一定是矩形的，其还可以是六角形或八角形。还可能的是，这样的液体单元串联连接，即，在光传播的方向上观察，多个液体单元一个位于另一个的后面。

Claims (11)

1.用于场景的物体光点的三维重建的全息重建系统，包含：

-具有至少一个视频全息图的空间光调制器装置，所述空间光调制器调制光波，所述光波能够生成干涉，并且所述光波由照明装置发射，

-光学聚焦装置，其在观察者眼睛的至少一个眼睛位置将光波聚焦，以及

-光电偏转装置，其被系统控制器控制，用以将具有重建物体光点的聚焦的调制光波导向至少一个眼睛位置，并在眼睛位置变化时相应地跟踪它们，

其特征在于，可控光电偏转装置是具有可电子寻址的微单元的偏转装置阵列，该偏转装置阵列在单元格中具有周期性结构，使得可独立控制的微单元在相干照明下实现具有可变表面结构的可控衍射光栅的功能，系统控制器在表面结构的衍射光谱的衍射级内改变光衍射行为。

2.根据权利要求1所述的全息重建系统，其特征在于，偏转装置阵列作为相位光栅进行操作，以便在定向调制光波场时使光损耗最小。

3.根据权利要求1所述的全息重建系统，其特征在于，系统控制器在偏转装置阵列的可电子寻址的微单元中控制棱镜角，以使得偏转装置阵列的光栅衍射光谱内具有最大衍射效率的光栅衍射级位于最接近于当前眼睛位置的目标方向上，并且系统控制器改变照明装置的入射角，以使该光栅衍射级从目标方向的偏离最小，并且使得能够生成干涉的出射光波场被导向所需的眼睛位置。

4.根据权利要求3所述的全息重建系统，其特征在于，控制单元移动光源以补偿该光栅衍射级从所需目标方向的偏离。

5.根据权利要求1所述的全息重建系统，其特征在于，借助于位于光路中的离散相位偏移装置，使邻接的微单元的相位传输行为被连续地改变，并且邻接的可控微单元联合形成一个复杂的单元，用以增加光栅中的微单元的间隔。

6.如权利要求1所述的全息重建系统，其特征在于，光学偏转装置阵列包含电润湿单元。

7.根据权利要求6所述的全息重建系统，其特征在于，电润湿单元的侧壁被设定成可以吸收反射的扩散光。

8.根据权利要求6所述的全息重建系统，其特征在于，电润湿单元的侧壁为疏水性和电绝缘的。

9.根据权利要求6所述的全息重建系统，其特征在于，包含用于在电润湿单元之间静电屏蔽的装置。

10.根据权利要求6所述的全息重建系统，其特征在于，包含用作电润湿单元的盖的透明传导装置。

11.根据权利要求6所述的全息重建系统，其特征在于，包含用于对电润湿单元进行温度补偿的装置。

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