CN104769660A - 用于相干光的相位调制的可控设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备。其中可控设备包含：调制器矩阵(10)，调制器矩阵(10)具有多个液晶调制器单元，每个液晶调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值；所述调制器矩阵(10)的至少一个极性区，其包括至少一个液晶调制器单元；至少一个存储单元，用于存储所述液晶调制器单元的至少一对电压值，至少一对电压值中一个具有正极性且另一个具有负极性，其中所述电压值对对应于预定的相位值；以及控制单元，其用于选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单元适于根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。

Description

用于相干光的相位调制的可控设备

本发明涉及一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备。因此，该可控设备包含调制器矩阵，调制器矩阵具有多个液晶(LC)调制器单元，每个液晶(LC)调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值，并且所述调制器矩阵的至少一个极性区包括至少一个液晶调制器单元。

根据本发明，液晶显示器可以用作空间光调制器设备，因此，在本发明中，液晶显示器(LCD)用作空间光调制器设备或仅仅是空间光调制器(SLM)的同义词。调制器矩阵可以视为空间光调制器设备的一部分，空间光调制器设备适合于调制与空间光调制器设备相互作用的光，光的调制受调制器矩阵的多个液晶调制器单元的影响。液晶显示器通常是已知的，它们适合于调制如由显示器设备的背光照明单元发射以显示图像内容至一个或多个观察者的光分布的振幅或相位。此外，根据本发明的空间光调制器设备可以在透射、反射或透反射模式中操作。利用照明设备的空间光调制器设备是可能的，因为如在WO 2010/149583A1中进行说明的那样，其中照明设备从与观察者正看向空间光调制器设备的同一侧照明空间光调制器设备(前光照明设备)。

当驱动常规向列液晶显示器用于振幅调制时，必须避免直流(DC)电压，因为DC电压导致像图像残留和液晶材料的潜在化学降解作用的结果。因此，每个像素的驱动电压的符号或极性在预定时间间隔之后发生改变。对于介电耦合到施加场的向列液晶，液晶取向和相关的光学响应只取决于绝对电压，而不取决于电压的符号。因此，在理想的情况下，如果施加正电压和/或负电压(只要电压的绝对值不改变)，像素的光学响应是相同的。液晶显示器通常包括在一个基板上的公共电极和在第二基板上的像素电极。电压符号的反向可以例如通过在一定时间之后改变公共电极的电压等级来完成。作用于像素的电压是公共电极与像素电极的电压等级之间的相对电压。例如，像素电极电压等级可以固定到3V，但公共电极电压等级可以从第一时间帧的0V变成第二时间帧的6V。然后，施加到像素的电压从+3V变成-3V。

在液晶显示器调制光振幅的有源矩阵驱动的领域中，不同的反转方式是已知的。例如，在线或行反转的情况下，在第一时间帧，偶数像素线或行用正电压驱动且奇数线或行用负电压驱动。相比之下，在第二时间帧，偶数像素线或行用负电压驱动且奇数线或行用正电压驱动。此外，正和负驱动电压的棋盘图案在点反转方式中使用。

所述反转方式在振幅调制液晶显示器中使用，以便避免例如起因于不同时间帧的电压偏移的闪烁效应。然而，一般来说，在基于TFT的液晶显示器中的电容性串扰和泄漏电流仍然可能发生，并且可能导致附加的假象，例如在液晶显示器的不同区域中的亮度梯度。

关于相位调制液晶显示器，所述显示器存在于像激光光束整形的应用中。在过去，以LCoS为主的设备(硅基液晶)被开发用于相位调制，因为包含小横截面面积的空间光调制器足以用于激光应用。

然而，关于基于TFT的相位调制液晶显示器，即使应用上述讨论的线或行反转方式，电压偏移还可能导致不希望的相移。

在这样的相位调制液晶显示器中，例如透镜功能或棱镜功能可以通过一些数目的像素的相对相位分布进行编码。然后，相邻像素的相对相位调制比单个像素的绝对相位调制更重要。在相位显示中编码透镜功能的情况下，在同一方向所有像素的相位值的共同偏移类似于稍微改变透镜的绝对厚度，但保持透镜表面的形状固定。然后，透镜的聚焦功能不受偏移的影响。然而，如果由于可能的驱动电压偏移导致相邻像素获得不同方向的相位偏移，那么可以改变透镜的形状，这可能会降低它的聚焦能力。因此，线反转和点反转方式将改变相邻像素的相对相位，并且因此影响以相反的方式编码的透镜和棱镜功能。

例如，现有技术文献WO 2010/149588描述了用光束组合器组合来自相位SLM的两个相位像素与一个复合像素的光。其中，两个相位值编码为使得它们的总和产生复合值：

$\frac{1}{2}\exp \left(i{\mathrm{\φ}}_1\right)+\frac{1}{2}\exp \left(i{\mathrm{\φ}}_2\right)=\cos \left(\frac{{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2}{2}\right).\exp \left(i\frac{{\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2}{2}\right)$

其中振幅正比于两个相位值之差且相位正比于两个相位值的总和。

在线或点反转方式的情况下，DC偏移将第一像素的相位值移动到φ₁+Δφ，第二像素的相位值在相反的方向移动到φ₂-Δφ，其中做出简化的假设：两个像素的相移的绝对值是相同的。因此，振幅改变成对于复合值的像素，复合数据可以是例如在全息显示器上编码的一些重叠的透镜功能的结果。然而，在光束组合器中线或点反转方式的情况下，所述振幅变化对3D场景重建产生负面影响。

此外，同样的问题发生在由行反转方式驱动的用于调制相干光的相位的常规空间光调制器设备中。如果由于行反转期间的电压偏移或泄漏电流，相位偏移Δφ加上显示器矩阵的每第二行的标称相位值，则3D场景的重建是不正确的且噪音的，因为相邻像素之间的相对相位差是不正确的。这种现象在图1A和1B中示出：图1A示出了行反转方式驱动的空间光调制器设备的像素的期望的和理想的标称相位值。相比之下，图1B示出了行反转方式驱动的空间光调制器设备的像素的实际相位值，且相位偏移加到显示器矩阵的每第二行的标称相位值。如从图1B中可以看出，由于相邻像素之间的不正确的相对相位差，重建是不正确的。

因此，本发明的目的是提供并进一步开发克服或减少上述提到的问题中的至少一个的一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备，一种这种可控设备的校准方法，一种用于显示上述提到的类型的二维和/或三维图像内容或图像序列的显示器和方法。

关于用于相位调制的可控设备，本发明的目的通过权利要求1的教导解决。本发明的进一步优选实施例和改进在从属权利要求中限定。

根据一个实施例，提供了一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备，该可控设备包含：具有多个液晶调制器单元的调制器矩阵，每个液晶调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值，所述调制器矩阵的至少一个极性区包括至少一个液晶调制器单元；用于存储所述液晶调制器单元的至少一对电压值的至少一个存储单元，一对电压值中一个具有正极性且另一个具有负极性，其中所述电压值对对应于预定相位值；以及用于选择性地施加一对电压值到一个液晶调制器单元的控制单元，其中所述控制单元适于根据反转方式交替地施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。

因此，根据本发明的可控设备可以通过交替由极性区确定的可变的反转方式中的不同极性的电压来驱动。然而，在液晶调制器单元中的生成的相位值不依赖于所施加的电压的极性，因为在存储单元中存储的预定电压对，每个包含一个预定的正极性电压值和另一个预定的负极性电压值，每对在所述液晶调制器单元中产生同一个的不同的相位值。因此，相邻的液晶调制器单元之间的不同的相位值可以被应用，这不受电压极性的影响。因此，由于电压偏移或泄漏电流导致的相邻的液晶调制器单元之间的干扰或不想要的相位偏移可以减少或防止。

因此，应当指出的是，存储在存储单元中的正和负电压的绝对值对于不同的相位值可以是不同的。此外，液晶调制器单元可以理解为单个像素或多个像素。

在本发明的优选实施例中，存储单元适于存储不同的相位值或者具有不同的相位值的预定相位间隔的电压值对。因此，提前确定多个期望的或预定的相位值是可行的，例如根据期望的或预定的位深度，并且分配给每个不同的相位值一对正负电压值。此外，这些不同的相位值可以例如是具有预定相位间隔的等间隔的。优选的相位间隔可以是例如0到m·2π，其中m是实数。其中，不同的相位值可以分配给特定的液晶调制器单元或极性区。

在本发明的另一个实施例中，极性区的大小是根据包括可控设备的显示器类型提前预定的。通常，计算机显示器和观察者之间的距离与电视显示器和观察者之间的距离是不同的。因此，在电视显示器中，相同极性的电压被施加到液晶调制器单元所在的极性区的大小可以比计算机显示器或移动电话显示器等的大。这对于3D全息显示器来说尤其如此，如在WO 2006/066919A1中所公开的，其应用了子全息图，并且其中在调制器矩阵上这样的子全息图的大小和位置取决于观察者的眼睛的当前位置以及取决于这种子全息图用三维全息显示器所生成的对象点的位置。因此，极性区的大小和数目可以根据显示器类型进行优化，从而仍然呈现清晰的图像给观察者。因此，计算能力，必要的存储空间或诸如此类可以减小。

在本发明的另一个优选实施例中，控制单元进一步适于根据可控设备要生成的光分布和/或要显示的三维图像内容动态调整所述极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状。因此，根据实际的3D图像场景调整极性区和它们的位置是可行的，实际的3D图像场景依赖于调制器矩阵上的子全息图分布，根据实际观察者眼睛的位置和要显示的对象或3D场景。这一特征为显示器驱动提供了有效的反转方式，其中，计算能力、必要的存储空间，或诸如此类可以根据实际的图像内容动态减小。尽管如此，由于产生的相位值不依赖于电压极性，并且由于极性区的任意大小和位置的驱动方式，可以提供清晰且正确地重建3D图像场景。

根据另一个实施例，光分布或三维图像内容是由至少一个子全息图定义的，并且控制单元适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状，使得生成一个子全息图所在的不同的极性区之间的相交线的长度最短。其中，子全息图的最大大小对应如在经典全息中的调制器矩阵大小，在经典全息中的调制器矩阵大小由显示器尺寸来定义。因为相交线的长度是最短的，重建的3D图像场景的图像质量可进一步改善，因为子全息图是由最少数目的极性区生成的。特别是，控制单元进一步适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状使得一个子全息图在一个单个的极性区内生成。由此，可以想象，不同的子全息图通过调制器矩阵上的不同的极性区生成，尤其是以动态的方式。

根据本发明的另一个实施例，控制单元适于根据所述极性区的线反转方式、行反转方式、点反转方式、棋盘反转方式、任意图案反转方式和帧反转方式中的至少一种施加所述电压值对至所述液晶调制器单元。因此，根据这些反转方式布置和驱动所述极性区以便进一步增强生成的光分布或图像或3D场景的重建的质量是可行的。

在本发明的优选实施例中，所述一个相位值的所述一对电压值是根据电压值的极性、电压的绝对值、极性区的大小、液晶调制器单元或调制器矩阵中极性区的位置、以及标称相位值的时间帧中的至少一个针对单个液晶调制器单元或包括多个液晶调制器单元的一个极性区提前预定的。因此，预先为任意液晶调制器单元、极性区和驱动方式确定并存储——如在存储单元中——要生成的不同的相位值相应的正和负极性的电压值对。

根据进一步实施例，可控设备包含多个存储单元，用于选择性地存储正极性、负极性、液晶调制器单元和极性区中的至少一个的电压值。因此，各自的电压值可以存储在各个存储单元中，尤其是以查找表的形式。

在优选实施例中，可控设备进一步包含照明单元，用于用照明单元发射的光照明空间光调制器设备。照明单元包含脉冲照明或预定的照明功能。这样的预定的照明功能可以实现为使得照明单元根据时间发射光使得空间光调制器设备的特定位置或区域被照明和/或使得照明单元根据时间发射具有可变强度的光。照明单元的脉冲照明或预定照明功能与空间光调制器设备的操作或与空间光调制器设备的反转方式同步。因此，照明单元可以控制为使得空间光调制器设备的液晶分子已经接近它们的最终取向或足够接近最终取向的取向——如在所需的位深度内——确定控制单元要施加的标称相位值的时间帧或脉冲照明的占空比期间仅照明空间光调制器设备。

关于显示器，上述提到的目的是通过根据权利要求11的教导解决的。因此，显示器包含空间光调制器设备和根据权利要求1到10之一所述的至少一个可控设备。显示器设计成使得二维图像内容和/或立体图像内容和/或立体多视点图像内容和/或全息图像内容是可显示的。

关于用于操作根据权利要求1到10之一所述的可控设备的方法，上述提到的目的是通过权利要求12的教导解决的。因此，控制单元选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中，所述控制单元根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。

总之，根据本发明的构思，校准相位调制空间光调制器设备是必要的，因为上述提到的关于相位调制空间光调制器设备的反转方式的问题。因此，提供了一种优选地根据权利要求1至10之一所述的具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控制设备的校准方法，其中所述可控设备包含布置在调制矩阵上用于调制穿过所述液晶调制器单元的光的相位的液晶调制器单元，该方法包含以下步骤：施加负和正极性电压至至少一个液晶调制器单元或包含多个液晶单元的至少一个极性区；测量所述液晶调制器单元或所述极性区的正和负电压的相移；分别根据所测量的正和负极性的相移产生一组施加的电压值；确定可以由解析函数或由多项式拟合进行拟合的所述组的相位间隔；针对在所述间隔内的相移值——优选等距的——确定正和负极性的电压值；以及存储从所述拟合的函数确定的正和负极性的所述电压值。

通过确定不同的相移值的所述施加的电压值组，优选是正和负极性的电压值组，防止当由液晶调制器单元生成所述不同的相移值和用反转方式驱动可控设备时，由于电压偏移、泄漏电流等导致的不希望的相位偏移是可行的。必须指出的是，在本发明中术语“相移值”和“相位值”同义使用并且描述液晶调制器单元调制的相干光的偏移的相位值。

特别是，相位间隔是φ₁-φ₁＝m·2π的相位范围，m是实数。这使得例如不同的相移值的相位范围为0到2π。此外，对于用于照明可控设备和/或空间光调制器设备的所有可取的光的波长，确定所述相位间隔中的所述相移值是合意的。

为了进一步控制和提高所得的相移，根据本发明的方法可以进一步包含为了校准精度的确定重新施加所存储的电压值的步骤。因此，如果必要可以重复校准过程。

根据另一个实施例，从所述拟合的函数确定的正和负极性的电压值被进一步分配给某一相移值。这使得能够如分配相移值至内插和/或测量的相移值。

根据优选实施例，校准方法——而且如上述所提到的，按照本发明的可控设备或相位调制空间光调制器设备的操作——进一步包含使空间光调制器设备的背光照明和相移测量传感器同步使得背光照明在液晶分子已接近在确定标称相位值所需的位深度内它们的最终取向的时间帧期间仅照明空间光调制器设备的步骤。因此，如果例如已达到标称相位值的98％、99.5％或99.99％，背光照明可以已经接通。因此，确保了校准主要在液晶分子已聚集在它们的最终取向的时间帧内完成。相移测量传感器可以包含使用基于强度的测量方法(例如光电二极管)和/或基于相位的干涉量度法(例如在CCD上空间光调制器的特维曼-格林或马赫-泽德干涉量度和成像(Twyman-Green or Mach-Zehnder interferometry andimaging))的传感器。关于基于强度的测量方法，相位调制空间光调制器设备置于两个正交偏光器之间。然后，测量产生的用来确定相移的强度。关于基于相位的干涉量度法，确定相位调制空间光调制器上的调制区和非调制区之间的相位差，例如通过产生的两个区域的干涉图的关联。

在另一个实施例中，校准方法进一步包含在适于测量所述液晶调制器单元或所述极性区的相移的位置空间布置至少一个相移测量传感器的步骤。因此，根据要测量电压依赖相位响应的液晶调制器单元的位置或液晶调制器矩阵的极性区调节测量传感器是可行的。特别是，校准方法进一步包含根据施加到所述液晶调制器单元或所述极性区的反转方式同步相移测量传感器的步骤。

实施和继续本发明的教导的可行性有许多种。为此，一方面参考遵循权利要求1的从属权利要求，并且另一方面参考以下包括附图的具体实施方式。总之，本教导的优选实物形式和延续将结合具体实施方式和附图的描述进行说明。所述附图是示意性附图，其中

图1A示出了由行反转方式驱动的液晶调制器矩阵的期望的标称相位分布；

图1B示出了由行反转方式驱动的现有技术的液晶调制器矩阵的已经得到的噪音相位分布，其中发生了相位偏移；

图2A至2C示出了根据本发明用于校准可控设备的方法的示图；

图3示出了根据本发明实现可控设备的校准方法的时间帧的示图；

图4A和4B示出了根据本发明的可控设备，其中液晶调制器矩阵通过产生不同的相交线长度的不同的极性区生成相同的子全息图；

图5A和5B示出了根据本发明的液晶调制器矩阵的相位分布，其中液晶调制器矩阵是由帧反转方式驱动的。

在图2A至2C中描绘了提出的具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备的校准方法，其中所述可控设备包含布置在调制矩阵上用于调制穿过所述液晶调制器单元的光的相位的液晶调制器单元：

图2A示出了针对施加到例如液晶调制器单元的正、负极性的绝对电压值绘制的生成的相移值的图表。其中，虚线示出了正电压的相移值且点划线示出了负电压的相移值。如在图2A中可以看到，尽管绝对值|V₁|是相同的，但施加的+V_l和–V₁导致两个不同的相移值，差是相位偏移Δφ。因此，以反转方式施加的|V₁|会导致类似于图1A和1B由于相邻液晶调制器单元的不希望的相位偏移导致的噪音相位响应分布。

总之，图2A示出了根据本发明用于确定可控设备中空间光调制器设备的调制器矩阵10的至少一个液晶调制器单元的极性依赖非线性相位响应的测量结果。其中，极性依赖非线性相位响应可以理解为滞后曲线，例如由常规显示器驱动电子器件的数模转换器的非线性引起。

在下一步中，生成图2A的反曲线，如图2B所示。在图2B中，为了简化，仅示出了正极性的虚线。然而，根据所测量的正和负电压极性的相移确定一组施加电压值。

此外，对于正和负极性的测量曲线的反函数可以由多项式或解析函数来近似。其中，仅必须选择部分反函数用于多项式或解析拟合，部分反函数例如表示2π调制范围。优选的是，可以选择接近线性的曲线区域。如图2B示例性所示，选择相移间隔φ₂-φ₁＝2π对应于电压值V_l和V₂。

通常，对于φ₂-φ₁＝m·2π之间的等距相位范围——m为实数，利用预定的位深度(如导致256相移值的8位深度)，不同的相位值的所需要的正和负极性电压于是可以通过校准多项式或解析函数来计算，并分配给不同的相移值，并保存在存储单元中，例如查找表中。作为选择，多项式函数的系数或解析函数的参数可以存储在存储单元中且不同的相位值所需的正和负极性电压可以根据需要计算。

此外，在图2C中可以看到，可以实现第二测量结果用于校准的验证和它的精度的确定。随非等距电压值变化(未在在图2C中的x轴示出)绘制测量的相位值，应产生相移值的线性曲线。类似于图2B，为了简化，图2C中仅示出了正电压。

关于测量时间和根据反转方式施加的电压之间的关系，如何进一步实施根据本发明的校准方法存在着几种可行性：

首先，空间光调制器可以用激光光源连续照明(连续波操作(cw-operation))，而基于预定图案的反转方式被施加到液晶调制器单元。其中，照明和测量时间帧大于反转帧速率。然而，对电压极性的依赖性用这种方法很难测量。此外，也考虑到液晶分子为达到期望的标称相位值的整流过程。

以时间解析方式进行测量也是可行的，其中例如光检测是根据时间利用光电二极管进行的，并使用如示波器或适合的测量和文件系统进行分析。从这样的测量结果中，确定液晶具有他们的最终取向(即稳定级)的有效时间帧是可行的。时间t_on和t_off也可以用这样的测量结果确定。

第二，空间光调制器可以用激光光源以时间脉冲的方式进行照明，而基于预定图案的反转方式被施加到液晶调制器单元。因此，相移测量传感器仅可以测量具有相同极性的不同的极性区，这需要液晶调制器单元和传感器的精确空间布置。此外，脉冲照明或传感器必须与反转方式暂时同步。

这在以下棋盘反转方式中进行示例性说明：

极性区在每个奇数帧用负电压驱动。同步传感器，使得仅测量每个施加电压的负帧或传感器集成多个负帧。后一种情况可以由同步的数据获取或脉冲照明实现，脉冲照明仅在奇数帧接通。关于正电压，如上所说明的，仅测量偶数帧。因此，可以测量图2A所示的两条滞后曲线，这必须空间地(依赖于极性区)和暂时地(偶数帧或奇数帧)分配至液晶调制器单元。这些曲线可以进一步处理，如以上关于图2A-2C所说明的，以便提供空间光调制器的所需的精确的相位响应。

第三，空间光调制器可以以帧反转方式驱动。其中，液晶调制器矩阵的所有液晶调制器单元用不同帧的正或负极性交替驱动。因此，记录正帧的校准测量结果，并且也记录负帧的校准测量结果。因此，使用比帧持续时间短的测量传感器集成时间以避免在接通时间t_on和t_off期间测量是可行的。

第四，类似于第三种情况，如果脉冲照明与反转帧同步，使得可以记录正和负寻址帧的不同的校准测量结果，则正确的校准是可行的。同样地，如果照明时间比帧持续时间短，以避免在接通时间t_on和t_off期间测量，则是有利的。

在图3中示例性地示出了施加的电压和背光照明的标称相位值和接通时间之间的所述关系。其中，空间光调制器的背光照明和相移测量传感器同步，使得背光照明在液晶分子已接近确定标称相位值所需的位深度内它们的最终取向的时间帧期间仅照明空间光调制器。因此，背光照明在时间t_on之后接通，这对于在电场中液晶分子取向的调整是必要的，并且在时间t_off液晶分子返回到它们的初始位置之前切断。因此，只要背光接通，测量传感器久仅测量相位响应。应该指出的是，在电场中液晶分子取向的调整时间可取决于调制器矩阵上特定液晶调制器单元的位置。

总之，提前定义多个不同的极性区(根据预定的反转方式液晶调制器矩阵上极性区的详细大小、形状和位置)并测量在图2A中所讨论的根据正极性和负极性的多个绝对电压值的相应的相位响应是可行的。由此获得的相位响应可以进一步处理，如图2B和2C中所讨论的。

关于本发明的具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备，以上讨论的校准可以根据包括可控设备的显示器类型实现。因此，根据预定的反转方式液晶调制器矩阵上的极性区的大小、形状和位置可以适合于显示器类型，例如大尺寸的家用电视(TV)显示器或适合大小的桌面监视器。

此外，提前测量和校准多种不同的反转方式——它们相应的极性区的大小、形状和位置不同——是可行的。因此，然后，可控设备的控制单元可以根据要生成的光分布或要显示的三维图像内容动态地调整反转方式和相应的极性区，特别是液晶调制器矩阵上它们的大小、它们的位置以及它们的形状。

特别是，如果3D场景根据观察者的眼睛位置和要重建的对象利用子全息图20呈现，则控制单元可以根据3D场景的图像内容调整反转方式和相应的具有不同的大小、形状和位置的极性区。

因此，多个子全息图20也可以是超定位的，其中，单个子全息图20可以通过不同的极性区来生成。

根据本发明，控制单元调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状，使得生成一个子全息图20所在的不同极性区之间的相交线30的长度最短。因此，由于所讨论的相位偏移导致的图像质量退化——如当呈现特定3D场景时仍然可以动态发生——可以进一步降低。

在本发明的优选实施例中，控制单元进一步适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状，使得一个子全息图20在一个单个极性区内生成。因此，可以防止由于相位偏移导致的假象。

这些场景在图4A和4B中进行了描绘：图4A示出了液晶调制器矩阵10上的细棋盘图案反转方式，而图4B显示了粗粒棋盘图案反转方式。其中，也示出了将子全息图20划分成区域的相交线30(粗黑线)，在该区域中正和负电压在一个帧内施加。如果相交线30的长度总和最短，则潜在的误差也最小。在最好的情况下，子全息图20不分割成如图4B中左上负极性区所示的那样。

需要指出的是，子全息图20可以具有与空间光调制器尺寸相同的尺寸(如在经典的全息图中那样)或小于空间光调制器的尺寸(如在视瑞尔观察窗全息图(SeeReal viewing window hologtaphy)中那样)。子全息图20根据要编码的3D场景在空间光调制器上具有不同的大小和位置；它们可以在不丢失信息的情况下重叠。

最小化相交线长度30可以导致根据本发明具有用于生成光分布的空间调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备中的帧反转方式。帧反转作为用于相位调制液晶显示器的驱动方式当相位偏移Δφ仍然是动态发生同时呈现特定的3D场景时是有用的。然而，必须指出的是，帧反转需要根据正帧和负帧单独校准每个液晶调制器单元。因此，对于相同的相位值，不同的正和负极性电压对被分配给每个液晶调制器单元。

作为一示例，图5A和5B示出了根据本发明的可控设备，它是利用帧反转方式驱动。图5A示出了偶数帧的相位分布且图5B示出了奇数帧的相位分布，其中仍可发生的所有帧的相位偏移Δφ被加到液晶调制器单元中。然而，在此示例性情况下，相邻像素之间的相位差被正确地再次发生并且由于相同的极性，液晶调制器单元的相位偏移是相同的。因此，3D场景重建不包含假象，因为实际相位值与标称相位值的偏差被减小或最小化。

然而，如果液晶调制器单元在液晶调制器矩阵10上它们的电压相位响应方面存在局部差异，则所述差异没有被考虑且然而可以导致进一步的相位偏移Δφ。因此，根据液晶调制器矩阵10和/或液晶调制单元，定义和校准以上所讨论或图4B中所示的较小的极性区——考虑了液晶调制单元之间的局部差异——是值得推荐的。

关于在WO 2010/149588中公开的光束组合器，也可以应用帧反转：类似于在背景技术部分中的讨论，如果相位偏移Δφ仍然出现，则第一像素的相位移动到φ₁+Δφ，第二像素的相位在相同的方向移位到φ₂+Δφ。因此，帧反转方式的振幅是不变的，即然而，相位值变成然而，对于组成几个重叠透镜功能的一部分的相邻复合像素，然后，每个复合像素的相移再次等于透镜功能的相位偏移，且在这种情况下，不影响全息图的3D场景重建。

总之，必须指出的是，已经描述了上述实施例，如关于3D场景重建中的相位调制液晶显示器所描述的。然而，本发明的可控制设备也可以应用在光学镊子中或通常也用于像差校正。此外，可控设备可以用在使用计算机生成的全息图的动态全息的一般应用中，例如全息投影、数字全息、无掩模光刻、光学滤波、分束和整形、全息存储、全息记录和安全系统，相移和相干波前调制和像差校正，以及激光脉冲调制或者用于如WO2006/116965中描述的计算机生成的全息图(CGH)。

Claims (19)

1.具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备，其特征在于，其包含：

调制器矩阵(10)，其具有多个液晶调制器单元，每个液晶调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值；

所述调制器矩阵(10)的至少一个极性区，其包括至少一个液晶调制器单元；

至少一个存储单元，其用于存储所述液晶调制器单元的至少一对电压值，至少一对电压值中一个具有正极性且另一个具有负极性，其中所述电压值对对应于预定的相位值；以及

控制单元，其用于选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单元适于根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。

2.根据权利要求1所述的可控设备，其特征在于，存储单元适于存储用于不同的相位值或具有不同的相位值的预定的相位间隔的电压值对。

3.根据权利要求1或2所述的可控设备，其特征在于，极性区的大小是根据显示器类型提前预定的，可控设备包括在显示器中。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，控制单元进一步适于根据要生成的光分布动态调整所述极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，要生成的光分布是由至少一个子全息图(20)定义的且控制单元适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状使得生成一个子全息图(20)所在的不同的极性区之间的相交线(30)的长度最短。

6.根据权利要求5所述的可控设备，其特征在于，可控单元进一步适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状使得一个子全息图(20)在一个单个的极性区内生成。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，控制单元适于根据所述极性区的线反转方式、行反转方式、点反转方式、棋盘反转方式、任意图案的反转方式以及帧反转方式中的至少一种施加所述电压值对至所述液晶调制器单元。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，一个相位值的所述一对电压值根据电压值的极性、电压的绝对值、极性区的大小、液晶调制器单元或调制器矩阵(10)中极性区的位置、以及标称相位值的时间帧中的至少一个针对单个液晶调制器单元或包括多个液晶调制器单元的一个极性区提前预定。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，包含多个存储单元，用于选择性地存储至少一个正极性、负极性、液晶调制器单元和极性区的电压值。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，进一步包含照明单元，用于用光照明空间光调制器设备，照明单元包含脉冲照明或预定照明功能，其中照明单元的脉冲照明或预定照明功能与空间光调制器设备的操作或与空间光调制器设备的反转方式同步。

11.包含根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备的显示器，其特征在于，显示器设计为使得可呈现二维图像内容和/或立体图像内容和/或立体多视点图像内容和/或全息图像内容。

12.操作根据权利要求1至10之一所述的可控设备的方法，其特征在于，控制单元选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单元根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。

13.具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备的校准方法，其中，所述可控设备包含布置在调制器矩阵上用于调制通过所述液晶调制器单元的光的相位的液晶调制器单元，其包含以下步骤：

施加正和负极性电压至至少一个液晶调制器单元或包含多个液晶单元的至少一个极性区；

测量所述液晶调制器单元或所述极性区的正和负电压的相移；

分别根据测量的正和负极性的相移生成一组施加电压值；

确定相位间隔，在该相位间隔中，所述组可以通过解析函数或多项式拟合进行拟合；

针对在所述间隔内的相移值——优选等距——确定正和负极性的电压值；以及

存储从所述拟合的函数确定的正和负极性的所述电压值。

14.根据权利要求13所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，相位间隔是φ₂-φ₁＝m·2π的相位范围，m是实数。

15.根据权利要求13或14所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，进一步包含为了校准精度的确定重新施加存储的电压值的步骤。

16.根据权利要求13或15所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，从所述拟合的函数确定的正和负极性的电压值进一步被分配给某些相移值。

17.根据权利要求13到16中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，进一步包含同步空间光调制器设备的背光照明和相移测量传感器使得在液晶分子已经接近确定标称相位值所需的位深度内它们的最终取向的时间帧期间背光照明仅照明空间光调制器设备的步骤。

18.根据权利要求13至17中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，进一步包含在适合测量所述液晶调制器单元或所述极性区的相移的位置空间布置至少一个相移测量传感器的步骤。

19.根据权利要求13至18中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，进一步包含根据施加到所述液晶调制器单元或所述极性区的反转方式同步相移测量传感器的步骤。