CN101802727B - 具有改进的重建品质的全息显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用允许斑点图样减少的装置用于三维场景的全息重建的显示器。斑点图样导致全息重建的粒化并且破坏了全息重建的品质。已经提出了解决该问题的各种装置，借此，根据本发明的基本思想，3D场景与其自身在观察者眼睛上时间地或空间地非相干叠加。场景的每个已重建物点的已调制波阵面在重建光束路径上相对于其自身移置，并且通过这些装置在观察者的眼睛上叠加。移置可以一维和二维地出现。每个物点根据所移置的波阵面的数量在观察者的眼睛上与其本身相乘。所有已重建物点倍增后，观察者的眼睛所平均的各个斑点图样也倍增。根据本发明，全息显示器中的斑点图样减少并且因此重建品质提高。

Description

具有改进的重建品质的全息显示装置

本发明涉及一种用于全息重建三维场景的显示装置，由于斑点图样(speckle patterns)的减少，所述显示器装置具有改进的重建品质。

本发明例如可应用于借助于相干激光，以实时或接近实时的处理方式生成、存储以及重建三维场景全息图的全息显示装置中。在重建空间中，这样的显示装置中的场景的重建可以通过可见区看到，该可见区也被称为观察者窗口。

重建场景的方法，其中重建可以通过观察者窗口看到，计算和编码场景全息图的例子已经在由申请人提交的较早文件中讨论过，例如(1)EP 1563 346 A2和(2)DE 10 2004 063 838 A1。

此外，这些文件描述了一种全息显示装置，在该全息显示装置中，实施上述用于全息图重建的方法。该重建方法将在下文中简要说明：

对于全息重建来说，通过软件的方式将三维场景切分为截面层，其中每个截面层包含该场景的多个物点。物点表现截面层以及所有截面层的总和(即三维场景)的特征。

基于物点计算通常为复值的二维布置的计算机生成的全息图(CGH)，其表示在光调制器装置上。光调制器装置包含用于调整具有已编码场景的复值的入射相干光的波阵面的规整排列的可控元件。借助于相干光以及由系统控制装置控制的重建装置，场景的重建在重建空间中生成。已重建物点的波阵面在观察者窗口中相干地叠加。观察者在该观察者窗口中从眼睛位置观看到重建空间中场景的最终重建，该重建空间在观察者窗口和调制器装置或屏幕之间延伸。

根据该方法的修改版本，场景的重建还可以通过从各个物点中计算各个CGHs，以及通过在光调制器装置上用这些亚全息图编码分开的区域而生成。亚全息图区域内复值的相位分布大体上对应于全息编码的透镜的功能，全息编码的透镜在其焦点重建单个物点。这样的透镜的焦距依赖于物点到光调制器装置或屏幕的轴向距离。

复值的绝对值(即振幅)在整个亚全息图中大约都是恒定的，并且其量值依赖于物点到屏幕或者光调制器装置的轴向距离以及物点的亮度。由于相干光穿过光调制器装置，所以在光调制器装置上编码的复透明度值(complex transparency value)改变光的振幅和/或相位。物点由已调制光重建。亚全息图之外，该物点在光调制器装置上具有“0”值，即，其仅由亚全息图表示。场景的总已编码全息图通过加和各个亚全息图的复值生成。

根据该方法的简化版本，例如根据某一标准将物点结合以形成物点群，其中每个群在相继过程中由一个CGH表示。在那样的情况下，它们的波阵面在观察者窗口中非相干地叠加并且在重建空间中生成场景的最终重建。

在由申请人提交的目前尚未公开的文件中结合一些计算以及显示选择对此进行了说明，例如，DE 10 2006 062 377和DE 10 2007 023 738专利文件。

为了观察三维场景的重建，观察者可以注视光调制器装置，场景的全息图在该调制器装置上直接编码，并且该光调制器装置充当屏幕。这被称为直视布置(direct-view arrangement)。可选择地，观察者也可以注视屏幕，在光调制器装置上编码的全息值的图像投射到该屏幕上。这被称为投射仪布置(projector arrangement)。

观察者的眼睛位置由位置探测器通过公知的方法检测，所述位置探测器通过软件装置与存储装置、计算单元以及系统控制器装置连接。存储装置还以查找表的形式主控在数据记录中计算CGH所必需的物点的信息。

确定显示装置前的观察者窗口的尺寸；典型地，其与眼睛瞳孔一样大。从波动光学的视点来看，观察者窗口由在光调制器装置上编码的全息图的直接的或反傅立叶变换(Fourier transform)或菲涅耳变换(Fresneltransform)形成，或者由重建空间的平面内的光调制器装置上编码的波阵面的图像形成。观察者窗口仅包含场景的周期性重建的单个衍射级。平面可以是聚焦装置的焦平面，或者光源的成像平面。全息图或波阵面从场景中计算，使得在充当可见区的一个衍射级中，防止观察者眼睛之间出现的串扰，典型地，当利用光调制器时，这样的串扰会出现在重建中。与用于避免较高衍射级的布置或方法结合，场景可以在多路过程中对观察者的左眼和右眼连续地呈现而没有任何串扰。此外，只有这样，为多个人提供的多路过程才成为可能。

调制入射光的相位和/或振幅的空间光调制器，例如LCD、LCoS等的像素用来呈现全息图以及生成场景的复值波阵面。为了能够呈现移动的场景，光调制器装置的刷新率必须足够高。

由于激光的相干性，当利用激光照亮光调制器时，在观察者平面内出现干扰图样(也被称为斑点图样(speckle patterns)或者粒状图样)。斑点可以描述为类似粒状的干涉图样，其由具有统计上不规则分布的相位差的多个光波的干涉生成。在观察者观察场景重建的过程中，其干扰观察者，并且引起空间噪音。

通常可以通过观察者眼睛中场景重建的时间和/或空间平均来减少斑点图样。观察者眼睛总是将呈现给其的具有不同的斑点图样的多个重建进行平均，这导致已重建场景的光滑轮廓。

例如，根据DE 195 41 071 A1号专利文件，当检查全息图的真实性时，为了时间平均粒状或斑点图样，将转动的玻璃板放入光径中。以与用于记录的检测器的频率相匹配的频率转动该玻璃板。因此，斑点图样不在作为干扰效应出现。

然而，这样的方法仅能用于减少二维的平面斑点图样，其中，散射板必须设置在斑点图样的平面内。该方法的缺点是损失了太多的光，因为散射板在光径上。此外，应当避免将机械转动的组件用在设计全息显示装置中。

减少斑点图样的另一种公知的方法是用给定数量的不同随机相位计算场景，并且在光调制器装置上一个接一个地快节奏呈现最终的全息图。然而，因为存在大量的全息图计算，计算量实质上增加。此外，用来呈现全息图的光调制器装置必须具有非常快的刷新率。

本发明的目的是，利用简单的装置并且在不用太费工夫的情况下，在具有观察者窗口的全息显示装置中实现基于用于减少斑点图样的平均过程的方法。产生相干光的光源装置以及如今商业化的光调制器装置应当用于此目的。并不是必需要利用快速转换的光调制器装置。

为了减少斑点图样的本发明利用了基于通过观察者眼睛平均三维场景的多个重建的方法，其已经由申请人进行了说明。这些方法基于这样的事实：三维场景由单个物体组成，并且在单个物点上，它们的斑点图样影响的重建在观察者眼睛上叠加。这些内容在上述已有技术中进行过说明。

基于这些方法，根据本发明的目的通过下述实现：在全息显示装置的重建光束路径中提供用于时间地或空间地移置物点的已调制波阵面的装置，所述装置用于使每个物点的重建倍增并且在至少一个观察者的眼睛上非相干地叠加已移置的已调制波阵面。因此观察者眼睛感知到斑点图样减少的最终的重建。

根据本发明的优选实施例，每个物点的重建的倍增在两个垂直的方向至少执行两次。

根据本发明接下来的用于移置(displacement)和叠加的装置通常是独立的装置；然而，为了实现本发明的目的，还可以将它们部分地结合使用。根据本发明，它们可以使已重建物点与其本身空间地或时间地移置和叠加。

本发明的实施例中，以下在全息显示装置的重建光束路径中移置已调制波阵面或已重建物点的方法是可能的：

本发明的第一实施例中，提供反射镜，其设置在与光调制器装置的光轴成特定角度的位置，并且其可以横向移动并且可以沿光轴移动。

第一实施例的另一物理形态中，在平行于光调制器装置的平面的平面内提供棱镜矩阵，其中所述棱镜矩阵可以沿光调制器装置的光轴移动并且可以横向移动。

本发明的第二实施例中，在平行于光调制器装置的平面内提供变化可控的棱镜对，其中棱镜的折射角以高的转换频率在至少两个值之间顺序地变化。因此每个物点的已调制波阵面可以导向观察者眼睛同时相对于其自身移置至少一次，即，横向偏离，然后在观察者眼睛上叠加。第二实施例的另一物理形态中，在矩阵中的规则布置中提供可控棱镜对用于移置已调制波阵面，其中棱镜的折射角以非常高的转换频率在至少两个值之间顺序地变化。

本发明的第三实施例中，显示器为全息投射显示器，其中在傅立叶平面内中心设置变化可控的棱镜，该傅立叶平面同时是光重建系统的前焦平面。

本发明的第四实施例中，紧邻光调制器装置提供菱形棱镜的矩阵与偏振转换器的结合。在另一物理形态中，菱形棱镜的两个矩阵和两个偏振转换器的结合紧邻光调制器装置设置，用于已调制波阵面的二维移置。

本发明的第五实施例中，接着光调制器装置的是由双折射材料制成的第一光学组件与偏振转换器的结合，其后方设置有由双折射材料制成的第二光学组件。双折射材料最好是两部分的设计。

偏振转换器可以是法拉第盒形式的有源装置，或者是λ/2波片形式的无源装置。

本发明的第六实施例中，在重建光束路径上为平行于初始传播方向的已调制波阵面的横向一维移置提供两个布拉格光栅与间隔物的结合，其中间隔物在两个布拉格光栅之间。

在另一物理形态中，物点的已调制波阵面通过结合布拉格光栅和间隔物以及附加的90°偏振转换器经历相继的二维移置。

在再一物理形态中，布拉格光栅与45°起偏振器结合使用从而将每个已重建物点的已调制波阵面分为两个垂直的分量并且同时对它们进行一维相互移置。

在又一物理形态中，每个已调制波阵面经历二维移置，其中将至少一个布拉格光栅写入用于一个方向的体积全息图，并且将至少一个布拉格光栅写入用于另一个方向的体积全息图。

在另一物理形态中，将具有写入到体积全息图中的布拉格光栅的两个体积全息图相互联系地布置，使得对于每个二维倍增的物点来说，生成最终的图样，其中总是两个邻近的物点叠加使得它们显示出垂直的偏振p和s，以便它们可以相互非相干地重建。

这样做时，对于在一个方向的物点的倍增至少需要一个布拉格光栅。

本发明的第七实施例中，为每种色彩提供两个布拉格光栅与间隔物的结合，从而实现具有三原色RGB的场景的彩色重建。在本实施例的物理形态中，将布拉格光栅与间隔物的结合写入体积全息图，使得体积全息图始终对每个方向和每种色彩都包括两个布拉格光栅，从而实现具有三原色RGB的场景的彩色重建。

意向将借助若干实施例对本发明进行详细说明，图2-8是俯视图，其中：

图1是单个物点在眼睛的视网膜上的两个衍射图像的叠加的图示；

图2是表示重建空间中两个已重建物点的示意图，并且该示意图引入了确定斑点图样尺寸的参数；

图3a、图3b表示用a)可移动反射镜，以及b)可移动棱镜移置已调制波阵面的第一实施例；

图4a、图4b表示用变化可控的棱镜对(prism pair)移置已调制波阵面的第二实施例；

图5表示设置在傅立叶平面内的可控棱镜的第三实施例；

图6a、图6b表示a)具有菱形透镜矩阵与偏振转换器的结合以及b)具有两个菱形透镜矩阵以及两个偏振转换器的结合的第四实施例；

图7表示由双折射材料制成的两部分元件与偏振转换器结合的第五实施例；

图8表示具有被间隔物(spacer)分开的两个布拉格光栅(Bragggratings)的第六实施例；以及

图9a、图9b表示布拉格光栅的顺序结合的第六实施例的两个物理形态的a)俯视图和b)侧视图。

根据本发明的全息显示装置可以以直视显示器或者投射显示器的形式实现。

用于减少斑点图样的本发明基于这样的总体思想：已重建场景与其自身非相干地叠加。由于场景由多个物点组成，因此所有已重建物点必然与其自身叠加。为此，所有的已重建光点，以及因此它们的衍射图像首先通过在时分多路或空分多路过程中移置它们的已调制波阵面而倍增，然后在观察者眼睛中非相干地叠加，而不改变场景的图像内容。

每个已重建物点都具有明显的斑点图样。叠加的数量越大，由观察者眼睛平均出的各个斑点图样越精细，因此可感知的减少就更为明显。场景重建所必需的物理和软件装置是系统控制装置(图中未示出)的一部分或者与系统控制装置一起工作。

图1是以两个衍射图像的最大值和最小值移置已重建物点的结果的图示。这两个衍射图像非相干地叠加，并且它们的最大值显示出一定的偏离，使得斑点图样明显平滑。

斑点图样的统计学特征由确定斑点图样的尺寸的相关长度(correlation length)δ_SP决定。对于重建空间中场景的某一截面层，其仅依赖于观察者眼睛瞳孔的直径D_p以及由充当光源装置的激光发出的光的波长λ。

其可以借助于以下等式(1)确定：

$\left(1\right),{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{SP}}\≈2.4\mathrm{\λ}\frac{S}{D_P}$

其中，D_p是眼睛瞳孔的直径，λ是波长，并且S’＝f’+z’是在眼睛视网膜上具有物点OP1、OP2的图像的截面层的图像宽度(image width)。

当已重建物点OP倍增时，如果它们在视网膜上的倍增的图像OP’之间的距离至少与相关长度δ_SP一样大，则已重建物点OPn的斑点图样的标准偏差将通过因子√2来减小。对于所有物点OPn的二维移置来说，斑点图样的标准偏差将减半。

图2表示为了说明连接方式的几何和光学关系。

字母Y表示重建空间PK中物点OP1和OP2之间物平面内的横向距离，字母Y’表示图像平面内这些物点的图像之间的距离。重建空间PK从光调制器装置SLM延伸到目镜(eye lens)L；并且物点OP1和OP2位于距目镜L距离为d的位置。这里的目镜L的直径同时形成观察者窗口OW。

距离Y和Y’的关系如等式(2)所示：

$\left(2\right),Y=\frac{Y^{\′}}{\mathrm{\β}}$

其中β是再现比例(reproduction scale)，其由等式(3)给出：

(3)β＝-f/z＝-z’/f’

其中f是焦距，z是物体宽度，并且f’和z’是在图像侧对应的参数。

从这些等式中可以得出，斑点图样的可见尺寸越小，观察者和已重建场景之间的距离就越小。因为在重建空间PK中所有截面层具有相同数量的矩阵点(matrix dots)，物点OPn可以位于其中，各个物点OPn之间的距离与观察者眼睛的距离呈比例关系变化。这意味着可见斑点图样还与观察者眼睛的距离呈比例关系变化。因此每个截面层中的斑点图样以相同的尺寸被观察者感知到。

基于这样的思想，图3到图9是移置并且倍增以及叠加场景的已重建物点的可能的物理装置的图示，根据本发明，这样的装置对于通过平均的方法减少斑点图样来说是必需的。

激光用作光源装置，并且这些激光用相干光照亮光调制器装置。各个组件由系统控制装置(图中未示出)控制。

为了保持附图的简单并且易于理解，图中仅示出一个物点的波阵面的移置，用其代表场景的所有已重建物点OPn。所示的波阵面以箭头的形式表示移置的方向。使用相同的标号时，除另有说明外，它们表示通常具有相同功能的组件。

图3a和图3b表示根据本发明的第一实施例机械移置已重建物点的已调制波阵面的两个布置。

参照图3a，最好以与光调制器装置SLM的光轴呈45°的固定角度设置反射镜。其使所有已调制波阵面横向地偏离原始传播方向90°。该反射镜，以及波阵面可以被一维(横向地或者沿光调制器装置SLM的光轴)移置，或者二维移置，即在两个垂直的方向上。附图中，这由双箭头和表示从反射镜反射后的光束路径的虚线表示。反射镜的两个其它可能的位置由粗的方块点表示。

然而，该反射镜还可以与光调制器装置SLM呈任何其它角度设置，这依赖于观察者的眼睛位置或者依赖于全息显示装置的其它组件。

参照图3b，在与光调制器装置SLM的平面平行的平面内设置棱镜的矩阵。该棱镜矩阵可以被一维和二维移置，如垂直和水平的双箭头所示。利用单个棱镜的例子详细说明沿光轴的棱镜矩阵的移置。棱镜所移置的位置，以及波阵面所移置的位置由虚线表示。波阵面偏离初始传播方向朝向观察者眼睛(图中未示出)偏转。单个棱镜设置在规则的图样中使得所有棱镜的棱镜楔(prism wedges)在每一行面向相同的方向。

在这里，其它的物理形态也是可能的，即反射镜(图3中)和棱镜矩阵的结合，以实现移置。例如可以使棱镜矩阵附于反射镜以便它们形成紧凑的光学单元。

通过图3a和图3b所示的布置，场景的每个已重建物点的波阵面相继移置并且与其自身叠加。生成两倍(一维)或者四倍(二维)数量的各个已重建物点并且将其在眼睛的视网膜上叠加。如果已重建物点的波阵面在一个或两个方向上不仅被移置一次，而是若干次，还可以生成更多的移置。图3a中多个移置由指向观察者眼睛的多个箭头表示。

参照图4a和图4b，第二实施例描述了已调制波阵面的光学作用下的移置。

在平行于光调制器装置SLM的平面内设置变化可控的棱镜对，并且已重建物点的已调制波阵面射向该棱镜对。传播的方向如箭头所示。当波阵面穿过棱镜时发生折射，使其转向与初始传播方向平行的方向。两个棱镜的折射角以两个值之间的高转换频率顺序转换，这两个值就是根据图4a的值以及根据图4b的值。这里的移置使得已重建物点翻倍，并在观察者眼睛的视网膜上与其本身叠加；该移置对场景的所有物点都这样生成。该图示出了一维移置的例子。

可以通过设计棱镜实现已调制波阵面的二维移置，使得它们具有二维折射形状，或者通过利用两个垂直定向的相同设计的棱镜对来实现已调制波阵面的二维移置。

利用规则排列的矩阵、变化可控的棱镜对的矩阵来代替单个可控棱镜对用以实现移置也落入本发明的范围内。

本发明的第三实施例中，在光变换系统的傅立叶平面内中心设置可控棱镜，该光变换系统最好用在投射显示器中。

如图5所示，平行定向的激光照亮光调制器装置SLM。紧接着的光学变换系统将已调制波阵面变换到傅立叶平面FE内，该平面同时也是光重建系统的前焦平面。以高的转换频率相继操作在傅立叶平面FE中心设置的可控棱镜，因此以非常快的节奏移置已调制波阵面。由于已移置的波阵面，所以光重建系统对每个物点重建两次，具有不同的斑点图样。通过在观察者眼睛的视网膜上叠加波阵面，眼睛可以平均出不同的斑点图样。

图3b、图4a、图4b和图5所利用的可控棱镜例如是液体棱镜(liquidprisms)，其包含两种不相溶的液体，它们的光折射行为可以通过提供电压来改变。

图6a和图6b所示为本发明的第四实施例。光调制器装置SLM与菱形棱镜矩阵以及有源或无源的偏振转换器PU结合使用。单个菱形棱镜将每个波阵面分为显示出垂直偏振p-pol、s-pol的两个部分，如图6a所示。该单个菱形棱镜是多个规则排列的棱镜矩阵中的一个，其由指向矩阵的箭头表示。设置在光调制器装置SLM和棱镜矩阵之间的偏振转换器PU可以设定为某一角度。例如，设定为45°角，其将已调制波阵面分为尺寸相同的两部分，借此相对于横向初始传播方向一维移置所有已重建光点。

在另一个实施例中(图中未示出)，为了在一个方向相继移置波阵面并且叠加物点，菱形棱镜例如可以周期性地转换90°。

为了实现如图6b所示的二维移置，提供两次棱镜矩阵和偏振转换器PU的结合。必须注意的是设置在偏振转换器PU后方的第二棱镜矩阵，从光传播的方向上看，转动了90°。偏振转换器PU将电场转动45°。这样的布置允许已调制波阵面被相继地被分成四个具有相同亮度值的相同部分，然后在视网膜上叠加。

用叠加物点的本方法实现的图样如图6b所示，其由图中的箭头所指示。

λ/2波片(λ/2plate)可以用作无源偏振转换器PU，法拉第盒(Faradaycell)可以用作有源偏振转换器。

本发明的第五实施例中，物点的替换通常通过利用双折射效应实现。双折射材料中，两个光轴依赖于方向定向，以便如果材料设置在光束路径上的某一位置时，当射束或者波阵面穿过该材料时，可以通过折射将该射束或波阵面分为两个部分。

参照图7，来自光调制器装置SLM的已调制波阵面因此落入由双折射材料制成的第一光学组件中。材料的定向用双箭头表示。以s-pol和p-pol表示的两个不同偏振的波阵面平行离开双折射材料。为了在不同方向，例如，垂直于前者的方向移置两个波阵面，将λ/2波片或者另外的偏振转换器PU设置在由双折射材料制成的第二光学组件的前方。λ/2波片将两个波阵面的偏振转动45°，以便它们都能以这样的角度进入第二材料。在其穿过第二材料之后，在四个方向移置物点的波阵面，并且该物点的波阵面在视网膜上相应地叠加四次。这四个不同的方向在图7中以非立体的方式通过箭头表示。视网膜上邻近的波阵面显示出垂直偏振并且不会相互干扰，但是它们非相干地叠加。

本发明的第六实施例中，在全息显示装置的重建光束路径中提供布拉格光栅用于移置已调制波阵面。它们显示出与双折射材料相似的行为。当通过曝光全息记录媒介(holographic recording medium)产生布拉格光栅时，通过选择某一入射角以及激光的波长，这些光栅结构的角度和波长可以有多种选择。由于这些特征，布拉格光栅非常适合以确定的方式移置波阵面并且非常适合使已重建物点倍增。

图8表示具有60°/0°和0°/60°的光栅几何形状(grating geometry)的布拉格光栅BG的总体设计，例如，间隔物AH设置在光栅结构之间。激光的入射波阵面的60°的偏转在具有这样布置的布拉格光栅BG中实现。这里的布拉格光栅BG可以对一个偏振方向具有100％的衍射效率并且对垂直组件具有0％的衍射效率。

间隔物AH的厚度以及光栅几何形状(衍射角)决定与入射波阵面相对于其初始传播方向的入射波阵面的各个横向移置。

对于光栅几何形状，例如45°的偏振矢量，将会存在具有相同亮度值的两个最终波阵面。第二光栅具有与第一光栅相同的几何形状，因此仅使一个波阵面衍射，而另一波阵面穿过光栅而不受影响。波阵面平行离开第二布拉格光栅BG，从而实现一维移置。

还可以想到布拉格光栅BG的最佳偏振光束分离几何形状的其它结合，例如衍射角为45°/0°或者30°/0°，或者奇数角度。

间隔物AH可以例如是厚度达到200mm的箔(foil)片、塑料片或者玻璃片。

图9a和图9b表示用布拉格光栅二维移置已调制波阵面的技术方案的视图。通常，二维移置可以通过布拉格光栅的相继结合或者通过将多个布拉格光栅写入全息记录媒介中实现。后者也被称为体积全息图(volumehologram)。

图9a是表示包含两个布拉格光栅BG的体积全息图的侧视图。来自光调制器装置SLM且包含两个偏振组件s和p的已调制激光落到布拉格光栅BG上。

选择布拉格光栅BG使得偏振分量p的已调制波阵面在穿过时被分为两个向量p。这两个组件p具有相同的偏振，但是在平面内两个方向上对称地传播。

第二体积全息图(图中未示出)还包含两个布拉格光栅。在穿过第二体积全息图的过程中，另一偏振向量s同样地被分为在另一平面内具有同一偏振并且与前者垂直的两个向量s。

图9中所示的体积全息图的p向量和s向量(视图A)是对称的并且相对光轴是镜像反转的(mirror-inverted)。

设置两个体积全息图使得当初始已调制波阵面穿过这两个体积全息图之后它们的传播方向不变。

图9b表示图9a的体积全息图的正视图。图中还省略了第二体积全息图和间隔物的图示。

包含在两个体积全息图中的布拉格光栅BG生成在视网膜上二维倍增的物点的最终图样，其由图9b中的箭头所指示。在该图样中，两个叠加的物点始终具有相同的偏振s和p。因为叠加的邻近物点是不同偏振的，它们将非相干地重建。观察者眼睛再次感知具有减少的斑点图样的场景的最终重建。

本发明的第七实施例中，利用布拉格光栅彩色重建由三原色RGB(红、绿、蓝)组成的场景。为了对每种色彩实现已重建物点的倍增，例如，如图8所示，在重建光束路径中对每种色彩利用布拉格光栅与间隔物的结合。

第七实施例的另一种物理形态中，场景的彩色重建还可以在对于每种色彩包含多个布拉格光栅的体积全息图中实现。通常，这里的布拉格光栅的数量依赖于所需要的物点的波阵面与其自身叠加的数量。叠加的数量越大，观察者眼睛所平均出的各个斑点图样就越精细。

参照图9a和图9b以及相关的说明，如果生成场景的彩色重建，体积全息图必须对每种色彩和两个方向中的每个方向包含两个布拉格光栅。这使得总共需要2x 2x 3＝12个布拉格光栅以实现彩色重建。

由于布拉格光栅的高角度敏感性，所以当实现本发明时，必须以非常小的角度范围发出激光。这可以通过以下实现：

a)在光调制器装置的后方，但在物镜(field lens)的前方(从光传播的方向上看)设置影响移置的装置，该装置例如可以是菲涅耳透镜或者衍射光学元件DOE，或者

b)将影响移置的装置空间地分为足够数量的单个布拉格光栅，其中布拉格光栅的几何形状随已调制波阵面的位置而变化。

具体说，根据本发明所利用的借助布拉格光栅将场景的所有重建物点与其本身相乘的布置不需要显示装置中的任何有源组件。对于技术和经济可行性，布拉格光栅是上述所有装置中最有效的装置。它们最大的优势是它们不必要机械地移动，它们不需要任何电子控制，并且它们可以作为无源元件制造。

Claims (16)

1.一种用于重建场景的全息显示装置，其中场景通过软件方式分为物点，全息显示装置具有

系统控制装置，用于计算场景的计算机生成的全息图(CGH)以及在光调制器装置上编码计算机生成的全息图(CGH)，

光源装置，用于用相干光照亮光调制器装置，以及

重建装置，用于将已调制波阵面形式的光变换进入观察者窗口，至少一个观察者眼睛从观察者窗口观看物点的全息重建，该全息重建由已调制波阵面在观察者窗口和光调制器装置之间延伸的重建空间中生成，并且该全息重建在观察者窗口中叠加，其特征在于，

重建光束路径包含用于时间地或空间地移置由在重建空间中重建的每个物点(OPn)的光调制装置发出的已调制波阵面的装置，使得重建装置使由该移置产生的每个已重建物点(OP)与其自身叠加，并且使每个物点的已叠加的重建与其自身在观察者窗口非相干地叠加。

2.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，每个物点(OPn)的重建的倍增在两个垂直方向至少执行两次。

3.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，提供反射镜，其设置在与光调制器装置(SLM)的光轴成一定角度的位置，并且其可以横向移动并且可以沿光轴移动。

4.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，在平行于光调制器装置(SLM)的平面内提供棱镜矩阵，其中所述棱镜矩阵可以沿光调制器装置(SLM)的光轴移动并且可以横向移动。

5.根据权利要求1所述的全息显示装置，其是投射显示器，其特征在于，在傅立叶平面(FE)内中心设置变化可控的棱镜，该傅立叶平面同时是重建装置的前焦平面。

6.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，将菱形棱镜的矩阵与偏振转换器(PU)的结合分配到光调制器装置(SLM)。

7.根据权利要求6所述的全息显示装置，其特征在于，为二维移置提供菱形棱镜的两个矩阵和两个偏振转换器(PU)的结合。

8.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，接着光调制器装置(SLM)的是由双折射材料制成的第一光学组件与偏振转换器(PU)的结合，其后方设置有由双折射材料制成的第二光学组件。

9.根据权利要求6或8所述的全息显示装置，其特征在于，偏振转换器(PU)是有源或无源元件。

10.根据权利要求1所述的全息显示装置，其特征在于，在重建光束路径上为已调制波阵面的一维移置提供两个布拉格光栅(BG)与间隔物(AH)的结合，其中间隔物在两个布拉格光栅之间，每个布拉格光栅具有确定的光栅几何形状。

11.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，两个布拉格光栅(BG)和间隔物(AH)的结合还包含90°偏振转换器(PU)从而实现已调制波阵面的顺序二维移置。

12.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，两个布拉格光栅(BG)与45°起偏振器结合使用，从而将每个已重建物点(OPn)的已调制波阵面分为两个垂直的向量并且同时对它们进行相互一维移置。

13.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，对于物点(OPn)的已调制波阵面的二维移置，对一个方向将至少一个布拉格光栅(BG)写入体积全息图，并且对另一个方向将至少一个布拉格光栅(BG)写入体积全息图。

14.根据权利要求13所述的全息显示装置，其特征在于，将具有写入到体积全息图中的布拉格光栅(BG)的两个体积全息图相互联系地布置，使得对于每个二维倍增的物点来说，生成最终的图样，其中始终使两个邻近的物点叠加使得它们显示出垂直的偏振p和s，以便它们可以相互非相干地重建。

15.根据权利要求10所述的全息显示装置，其特征在于，对每种色彩提供两个布拉格光栅(BG)与间隔物(AH)的结合，从而实现具有三原色RGB的场景的彩色重建。

16.根据权利要求15所述的全息显示装置，其特征在于，将两个布拉格光栅(BG)与间隔物(AH)的结合写入体积全息图，使得体积全息图始终对每个方向和每种色彩包括两个布拉格光栅(BG)，从而实现具有三原色RGB的场景的彩色重建。

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