CN109154432B - 用于二维和/或三维物体的成像的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成二维和/或三维物体的装置。该装置包含用于对入射光进行调制的至少一个空间光调制器装置(SLM)以及光学系统。该光学系统被设计和设置成在平面中提供波场(IS1、IS2)的分割，其中提供波场的分割的平面与包含物点的平面不同。相邻的分段波场确实具有相互重叠。该装置还包含将光波耦合到具有向外耦合光栅(VG1、VG2)的扩束波导中的扫描装置(SM)。

Description

用于二维和/或三维物体的成像的装置

本发明涉及一种用于生成二维和/或三维物体的装置。具体地，本发明涉及全息二维(2D)和/或三维(3D)显示器以及涉及使用分段照明和/或分段成像的显示和成像应用产品。具体地，本发明涉及多个光源的组合。

全息显示装置需要足够发射相干光的光源或照明装置。照明装置或光源应该在稳定波长下实现高功率。这种照明装置或光源处于非常高的价格。

因此，能够组合若干光源(例如激光器)并且能够实现高清晰度(HD)全息显示产品的装置是特别有兴趣的。重要的标准或角色是光源的价格和总光功率，例如，如果移动车辆内的室外应用产品或抬头显示器(HUD)可以是预期的应用产品，则对于40英寸全息显示装置而言，总光功率可能超过每原色1W的值。另外，分段照明和/或分段成像将允许有效局部调光，该有效局部调光实现在三维物体空间中生成的图像的高动态范围(HDR)。并且，它还允许通过增加成像装置的(即，作为例如全息电视(TV)的显示装置的)总功率效率来进行有效功率管理。

局部调光实现高动态范围和高图像对比度。分段照明或扫描照明可以能够提供空间光调制器装置(SLM)的均匀照明，该空间光调制器装置用于图像生成或用于局部调光类型的照明。这种局部调光类型的照明是可以具有例如范围从0(零)到1(一)的强度值的强度分布，其中它被称为局部获得的最大强度值。例如，在二维(2D)显示装置中，必须被照明的空间光调制器装置相当于所生成的图像点的平面。在全息显示装置中，这两个平面是不相同的。全息显示装置需要不同的方法，特别是以便提供与分段照明相结合的高清晰度(HD)成像。

换句话说，基于单个光束(其具有例如1mm的直径)的扫描的局部调光可以用于高清二维显示装置。但是，使用这种方法以便照明生成三维(3D)全息场景的空间光调制器装置将导致所获得的图像的低分辨率。全息显示装置需要定制照明。

在WO 2003/081320 A1中公开了光从光导中出来的分段解耦。表示二维物体平面的这些解耦波场段被重定向到观察者的眼睛。该文献公开了使用光的分段照明或分段解耦的多个实施例。分段照明用于空间光调制器的平面，该空间光调制器的平面是观察者正在观察的平面。在这种特定情况下，只能部分地实现高清晰度观看体验。详细地，WO 2003/081320 A1的文献公开了一种光学装置，该光学装置包括具有至少两个主表面和边缘的透光基板。光学装置包含用于通过全内反射和位于基板中的至少一个部分反射表面将光耦合到基板中的另外的光学装置，其中该表面与基板的主表面不平行。耦合到基板中的光束在基板内具有相同的离轴角，并且将部分反射表面与两个不同的入射角相交。然而，使用这种装置不能提供和实现高清晰度(HD)分辨率。

因此，本发明的目的是提供为观察三维全息重建物体或场景的观察者实现高清晰度(HD)观看体验的装置。

此外，本发明的另外的目的是在装置中(特别是在用于重建和显示三维物体或场景的显示装置中)提供分段照明和/或分段成像。

为此，根据本发明，该目的通过以下所述的装置来实现。

根据本发明的目的通过用于使二维和/或三维物体或场景成像或生成二维和/或三维物体或场景的装置来实现。该装置包含至少一个空间光调制器装置和光学系统。至少一个空间光调制器装置被提供用于调制由照明装置发射的入射光。光学系统被设计和设置以使在平面中提供波场的分割，其中提供波场的分割的平面与存在物点或包含物点的平面不一致或不同。在该平面中，相邻的分段波场确实具有相互重叠。

本发明公开了一种用于分段照明和/或分段成像的通用解决方案，该解决方案为使用该装置的观察者实现高清晰度(HD)观看体验。该装置可以被设计为例如全息显示装置。相应地，全息显示装置可以被设计为例如全息电视、全息桌面监视器或全息移动显示装置，例如提供全息三维(3D)场景重建的膝上型移动计算机。本发明的重要特征是使用相邻波场段之间存在的重叠区或重叠区域。

为了在使用本发明的装置期间为观察者提供高清晰度观看体验，待组合的波场段的复值分布(即照明空间光调制器装置的波场的复值分布和/或由空间光调制器装置调制的波场的复值分布)可以被优化。本发明的教导可以有利地用于组合多个单独光源(例如，激光器或激光二极管)的实施例，用于使用局部调光的实施例。使用局部调光的这些实施例可以与高动态范围(HDR)成像结合。此外，通过使用在三维(3D)空间中生成虚拟或甚至真实物点的波场的时空分割，本发明的教导可以有利地用于跨越大视场(FOV)的成像装置。例如，在全息直视显示装置的前方生成的物点是真实物点。从观察者到显示装置看，在显示装置的后方生成虚拟图像点。头戴式显示装置(HMD)可能仅生成虚拟物点。然而，本文所描述的本发明也以有利的方式适用于它们。在两个相邻波场段之间存在的重叠区或区域的优化主要集中在所需的重叠区域的最小尺寸以及待在照明光束路径内和/或在成像光束路径内，或者换句话说，在照明装置和/或成像装置内组合的波场段的强度分布的优化。有利地，即使在使用分段波场的时空组合的情况下，也可以提供高清晰度(HD)观看体验。

光的分割已经用于照明应用产品和成像应用产品。多个装置(例如，作为照明装置中的背光单元(BLU))通过使用多个主光源提供均匀照明，这些主光源被组合以便提供所需的亮度。然而，直到现在，通过使用利用分段照明和/或分段成像的公知的现有技术装置在高清晰度图像分辨率下在空间中生成三维物体是不可能的。而且，这适用于全息显示装置、抬头显示装置(HUD)、头戴式显示装置(HMD)和其他投影型显示装置。换句话说，这适用于例如在照明光束路径中或在成像光束路径中，在平面中或在不是生成物点并且观察者正在观看以观察重建的物点或场景的平面的弯曲区域中使用光的分割的所有光学装置或光学显示装置。

相比于本文所讨论的应用产品和使用根据本发明的装置，即使在使用具有非常小的重叠的分段照明的情况下，也可以通过使用立体成像技术在高清晰度分辨率下成像非常小的深度范围。重叠可以是例如亚毫米范围。这也适用于整体成像或光场显示装置。例如，在头戴式显示装置(HMD)的成像单元中使用的现有技术分割不能提供高清晰度观看体验。

如果物体或场景的物点在距离空间光调制器装置(SLM)很远的距离(其可以是例如从空间光调制器装置到观察者的≥5％的距离)处生成，则不使用定义的重叠区或区域的分段照明或分段成像将显著降低观察者检测到的图像分辨率。这特别适用于全息显示装置、投影型显示装置(例如，头戴式显示装置(HMD))、整体成像显示装置或光场显示装置。

在照明应用产品和/或成像应用产品中，可以通过使用重叠区或区域来实现分割，该重叠区或区域可以具有取决于离散实施例的最小大小或尺寸。在组合波场段的情况下使用重叠的原理实现高清晰度分辨率(HD)。因此，该原理可以适用于多种照明方法和/或成像方法。重叠标准适用于整个物理成像过程，其包括空间光调制器装置的照明和在观察者眼睛的路上跟随该空间光调制器装置的成像光束路径。如果使用摄像机检测器平面而不是聚焦在物体平面上的观察者的眼睛，则这也相应地适用。因此，在照明空间光调制器装置的情况下或在例如通过使用全息头戴式显示器(HMD)同时使用分段波场生成宽视场(FOV)并将其呈现给观察者的情况下，使用重叠标准和强度分布的相关优化是特别有利。这适用于在空间中生成的三维物点以及适用于通过使用波场段生成的二维(2D)图像平面。

通过实现在各个段之间存在的重叠区或区域来利用光学装置的照明光束路径和/或成像光束路径中的波场分割的过程是有利的，以便获得高清晰度观看体验。

使用重叠的分割是多个主光源(例如，激光二极管或激光器)的有效组合的基础，以便提供具有非常高亮度(例如，大于1000cd/m²的亮度)的总波场，并且局部调光导致高动态范围成像(HDRI)。换句话说，照明光束路径和/或成像光束路径中的波场的分割可以与有效组合多个光源的方法相关。

点扩散函数(PSF)可以用于描述空间中的物点到观察者眼睛的视网膜上的转移。可以使用分割，其提供时间重叠区或区域和/或空间重叠区或区域并且导致人眼入瞳内的线性强度分布，该线性强度分布在入瞳的一侧具有最小值0(零)并且在入瞳的另一侧具有最大值1(一)。因此，在人眼入瞳中存在的强度分布是线性斜坡函数。实际的假设是，表示要成像到视网膜上的物点的相位分布

在人眼入瞳内是恒定的。在不失一般性的情况下，通过使用基于重叠的分段照明或基于重叠的分段成像来成像的可能物点可以被放置在无限远距离处。在不失一般性的情况下，也可以使用其他距离。

使用重叠和是线性斜坡函数的强度分布产生例如SR＝0.96的斯特列尔(Strehl)比。因此，可以提供产生高清晰度观看体验或至少非常接近高清观看体验的图像分辨率。这里，在人眼入瞳(其具有例如

的直径)内存在的强度斜坡从值0(零)到值1(一)。例如，对于入瞳直径而言，对于30cd/m²的亮度，可以假设平均值约为3.5mm，对于100cd/m²的亮度，可以假设平均值约为2.9mm，对于300cd/m²的亮度，可以假设平均值略大于2mm，以及对于1000cd/m²的亮度，可以假设平均值约为1.9mm。取决于离散应用产品，可以使用约2mm至3.5mm的入瞳直径以便设计旨在在物体空间内提供三维观看体验的根据本发明的装置。通常，大于入瞳直径的重叠区或区域的尺寸将产生增加的Strehl比值，即，例如，SR>0.98甚至SR>0.99。照明段和/或成像段的离散复值分布(即特别是在重叠区或区域内存在的复值分布)取决于离散应用产品，该产品可以是例如全息直视显示装置、全息膝上型移动计算机、全息头戴式显示装置、抬头显示装置或使用分段照明和/或分段成像的投影型显示装置。这些仅是示例。还有更多的应用领域。

因此，如果分割在平面中或在不是生成物点或观察者聚焦的平面的曲面中执行，则分段照明或分段成像或波场分割将不会导致高清晰度观看体验。在全息显示装置的情况下，从观察者正在观看显示面板的平面的方向上来看，可以在显示装置的前方生成真实物点并且可以在显示装置的后方生成虚拟物点。因此，通过调整现有技术方法来分割空间光调制器装置的照明不能导致高清晰度观看体验。

本发明的以下内容限定了本发明的进一步优选实施例和改进。

在本发明的第一优选实施例中，该装置可以被设计成提供至少一个光导元件，该至少一个光导元件包含光学系统，该光学系统以这样的方式设置在至少一个光导元件内，即提供定义的波场解耦。这种装置可以被设计为头戴式显示装置，该头戴式显示装置除了空间光调制器装置之外还包含至少一个用于分段光或波场解耦的光导元件。换句话说，对于头戴式显示装置而言，主要使用光导元件或波导。因此，根据本发明，光学系统可以设置在光导元件或波导内，以便使用相邻分段波场之间的重叠产生波场的分割。以这种方式，可以为头戴式显示装置或头盔式显示装置或任何其他近眼应用产品获得高清晰度观看体验。

在本发明的另外优选实施例中，可以提供的是，至少一个空间光调制器装置是自照明(发光)空间光调制器装置。空间光调制器装置(本文也称为SLM)可以被设计为OLED-SLM(有机发光二极管SLM)。因此，根据本发明的装置不需要用于照明空间光调制器的作为激光器或激光二极管的任何(附加)光源。包含这种自发光空间光调制器装置的装置可以有利地用于近眼应用产品，例如头戴式显示装置。光或波场的分割在成像光束路径中执行。换句话说，从光的传播方向上看，在此处投射的图像场景的角度段的分割发生在空间光调制器装置的后方，换句话说，例如，在所使用的光导光学系统内。

如果根据本发明的装置的空间光调制器装置不是自发光空间光调制器装置，则该装置可以包含具有至少一个光源的照明装置。照明装置用于照明空间光调制器装置。在该照明光束路径中，提供由至少一个光源发射的光或波场的分割。单个光源可以例如用于局部调光和/或高动态范围结合，其基于扫描和同步强度调制。优选地，在照明装置中提供用于发射波场以便生成波场段的至少两个单独光源，更优选地多个光源。这些单独光束或波场或波场段在照明光束路径中组合成单个组合光束或波场，以用于照明空间光调制器装置。因此，可以使用低成本光源，例如低成本激光器或低成本激光二极管。可以优选的是，至少两个光源被设计为彼此组合的激光二极管或发光二极管。使用若干激光二极管可以降低成本、可以增加亮度并且可以简化快速动态局部调光的实施。

有利地是，可以提供的是，在生成波场段的照明光束路径和/或成像光束路径中提供波场的分割，其中相邻的波场段形成波场段之间的重叠区或区域。

根据本发明，可以提供的是，提供照明装置的单独光源以生成波场段。有利地是，可以提供照明装置的各个光源以生成相应的波场段。

优选地，可以提供的是，重叠波场段的波场彼此互不相干。相邻段的波场不会引起相干串扰。以这种方式，沿水平/竖直方向减小相干串扰。串扰减少或甚至消除的量取决于离散的实施例。例如，如果在全息显示装置的空间光调制器装置的复值平面内存在的照明段尺寸是例如仅3mm，则具有较大相互距离的子全息图是相互不相干的。因此，对于视网膜图像的优化，仅仅例如3mm的小局部子全息图区域必须被考虑。

波场可以是复值波场，其中复值波场的强度分布被调整，以使由重叠波场段生成的总强度分布是均匀强度分布。

在本发明的另外优选实施例中，可以提供的是，光学系统包含至少一个光栅(优选是体光栅)，或用于分割波场的反射层。

光栅可以被设计为一维光栅或沿着两个方向大体上是矩形的或者沿着两个方向大体上是六角形的光栅。

优选地是，用于照明至少一个空间光调制器装置的单独波场段可以在存在于时间帧内的幅度中单独地控制。

仍然可以提供的是，至少在限定的时间帧内，在待照射的空间光调制器装置的(整个)区域内或者在由空间光调制器装置待成像的整个区域内提供波场段的重叠。

在本发明的另外实施例中，可以提供的是，用于至少在限定的时间帧(其等于图像帧Δt的一部分)内照明空间光调制器装置的整个区域或者对空间光调制器装置的整个区域成像的波场段的重叠在时间扫描过程中执行。

在本发明的另外优选实施例中，可以提供的是，至少两个光源(优选地设计为激光二极管)彼此组合，其中分配给至少两个光源的至少一个布拉格(Bragg)谐振器镜元件为至少两个光源提供单个光谱输出波长，光谱输出波长不超过作为发射的激光线的相互差值的Δλ₀≤0.1nm的极限。例如，也可以使用其他衍射波长稳定装置或配置，例如，利特罗(Littrow)配置。

此外，可以提供的是，至少两个光源(例如优选地设计为激光二极管)彼此组合，其中分配给至少两个光源的至少一个布拉格谐振器镜元件为至少两个光源提供单个光谱输出波长，光谱输出波长不超过发射的光的谱线宽度的Δλ≤0.1nm的极限。

在本发明的另外有利实施例中，可以提供的是，扫描单元用于执行波场段的时空扫描。

仍然可以优选的是，光束整形元件用于将由单独控制的光源提供的入射波场转换为限定的复值波场段。

转换入射波场的光束整形元件可以被设计为旋转散射板或旋转散射箔或动态光束整形扩散器。

有利地是，根据本发明的装置提供高动态范围成像和/或高亮度成像。

可以优选的是，产生的强度分布在波场段的中心具有最大值并且在波场段的边缘处具有零值。

可以进一步优选的是，波场段内的相位分布是恒定的相位分布或连续的相位分布。

有利地是，空间光调制器装置的部分照明所需的光强度分布可以通过有源相位光栅或有源偏振光栅来生成。

此外，可以在根据本发明的装置内提供光谱转换。为此目的，可以在空间光调制器装置的入射平面处提供光谱转换层。对于光谱转换层的材料，可以使用量子点。

光谱转换层和用于初级光色的结构化滤色器阵列的组合可以用于执行光谱转换。使用初级光色的三重陷波滤波器也是可能的。

可以进一步优选的是，提供由单个光源或多个光源发射的不同色彩的空间分离。为了产生不同光谱分量的空间分离，提供光栅和微透镜阵列的组合。

本发明的目的仍然通过用于生成分段波场(或用于组合多个波场)的方法来实现，该方法包含：

-从光的传播方向上看，在至少一个空间光调制器装置的前方或后方生成至少两个波场，

-通过光学系统分割至少两个波场，并且

-生成相邻分段波场的重叠。

借助于根据本发明的这种方法，例如由多个光源生成的多个波场可以被组合。物体通过使用重叠波场段来生成。

有利地是，在使用相干光源的情况下，可以执行光谱转换以用于提供波场段的互不相干性。

对于有利地配置和改进本发明的教导和/或尽可能将上述实施例彼此组合，现在有多种可能性。在这点上，一方面参考以上公开的内容，并且另一方面参考下面借助于附图对本发明优选示例性实施例的说明。结合借助于附图对本发明的优选示例性实施例的说明，还以通用方式解释了教导的优选配置和改进。

在附图中：

图1示出了根据本发明的在三维图中检测器平面中的艾里分布(Airydistribution)；

图2示出了根据本发明的在仅使用人眼的入射孔的一半的情况下存在于人眼视网膜上的点扩散函数；

图3示出了在使用存在于人眼的入射孔中的恒定相位的情况下存在于人眼的视网膜上的点扩散函数；

图4示出了形成均匀总强度分布的三角形强度段的叠加；

图5示出了形成均匀总强度分布的锥形强度段的截头体的叠加；

图6示出了形成均匀总强度分布的矩形波场段的叠加；

图7在左侧示出了三个六角形波场段的叠加，并且在右侧示出了多个六角形波场段的叠加；

图8示出了提供均匀总强度分布的矩形波场段的强度分布；

图9示出了在三维等高线图中提供均匀总强度分布的矩形波场段的强度分布；

图10示出了作为黑白光栅图像提供均匀总强度分布的矩形波场段的强度分布；

图11示出了提供均匀总强度分布的六角形波场段的强度分布；

图12示出了在三维等高线图中提供均匀总强度分布的六角形波场段的强度分布；

图13示出了作为黑白光栅图像提供均匀总强度分布的六角形波场段的强度分布；

图14示出了黑白光栅图像中与图7有关的六角形强度分布的总和；

图15示出了使用波场分割的照明装置；

图16示出了包含发射三个原色RGB并提供波场段的三个光源的照明装置；

图17示出了从光源平面射出的五个高斯(Gaussian)激光束的空间强度分布的三维图；

图18示出了由五×五个高斯激光束生成的强度分布的三维图；

图19示出了由五×五个高斯激光束生成的强度分布的另一三维图；

图20示出了由沿着z方向传播的六个高斯激光束生成的强度分布的三维图；

图21示出了时间积分的强度分布的三维视图；

图22示出了根据本发明的使用波场分割的照明装置；

图23示出了根据本发明的装置的示例性实施例，该装置实现波场的分割和多个光源的组合；

图24以通用方式示出了没有重叠的五个波场段；

图25以通用方式示出了根据本发明的具有显著重叠的五个波场段；

图26以通用方式示出了光从光导中出来的分段解耦；

图27示出了三重陷波滤波器的光谱透射率；以及

图28示出了由衍射光栅和微透镜阵列的组合获得的不同光谱分量的空间分离。

如果提供的话，在各个附图和伴随的描述中，相同的附图标记表示相同的部件。在以下部分中，名称“在…的前方”和“后方”(例如，在空间光调制器装置的前方)意味着与光的传播方向有关看见的光。

图1示出了检测器平面中的艾里分布的三维图示。这种艾里分布是存在于人眼的视网膜上的点扩散函数。该图示的上部以网格型三维图示出了用于描述将空间中的物点转移到观察者的眼睛的视网膜上的点扩散函数。该图示的下部示出了该艾里分布的等高线图。在理想条件下，即如果不存在像差，则这是艾里分布。按照定义，该点扩散函数的Strehl比(SR)具有值1(一)。这意味着点扩散函数是可以获得的最佳情况。人眼入瞳中的强度分布可以被假设为是恒定的。此外，可以假设的是，表示待成像到视网膜上的物点的相位分布在人眼入瞳内是恒定的。这里，例如，待成像的可能物点被放置在无限远距离处。在不失一般性的情况下，可以使用该假设。

图2以图示示出了在仅使用人眼的入射孔的一半的情况下存在于人眼的视网膜上的点扩散函数。如图1所示，该图示的上部以网格型三维图示出了在使用人眼入瞳内的逐步强度分布的情况下用于描述将空间中的物点转移到观察者的眼睛的视网膜上的点扩散函数。该图示的下部示出了该分布的等高线图。人眼入瞳中的强度分布由阶梯函数描述，该阶梯函数对于人眼入瞳的一半具有值0(零)并且对于入瞳的相对半部具有值1(一)。可以假设的是，表示待成像到视网膜上的物点的相位分布在人眼入瞳内是恒定的。通过使用分段照明或分段成像方法成像的可能物点被放置在无限远距离处。在不失一般性的情况下，可以使用该假设。

更确切地说，图2表示在使用分段照明和/或分段成像的情况下的点扩散函数。用于照明或成像的波场片或段以左右布置组合，而没有重叠和间隙。可以假设的是，相邻波场片或段的相互相干性为0(零)。因此，波场片或段彼此不相干。然而，存在于观察者眼睛的视网膜上的强度分布不再是艾里分布。该点扩散函数的Strehl比(SR)仅具有0.87的值。点扩散函数的主要展宽垂直于存在于强度分布I(x,y)内的阶梯函数被引入，该强度分布I(x,y)表示待成像的物点并且存在于人眼入瞳内。尽管SR＝0.87的值对于多个光学系统是足够的，但是在人眼的视网膜上生成高清晰度(HD)图像是不够的。从图2中可以看出，可以为x-方向和/或y-方向引入Strehl比的方向值，以便描述通过使用没有重叠的波场片或段引入的点扩散函数的非对称展宽。因此，沿着y-方向可以获得大于75％的高清晰度观看体验。并且沿着x-方向仅可以产生大约一半的高清晰度观看体验。

图3以图示示出了在使用人眼的入射孔(其也被称为入瞳)中的恒定相位的情况下存在于人眼的视网膜上的点扩散函数。相应的强度分布是楔形强度分布。该楔形强度分布在入瞳的一侧具有0(零)的强度值，并且在人眼入瞳的相对侧具有最大强度值。

更确切地说，在图3中，上部以网格型三维图示出了在使用人眼入瞳内的线性强度分布的情况下用于描述将空间中的物点转移到观察者的眼睛的视网膜上的点扩散函数。该线性强度分布在入瞳的一侧具有最小值0(零)，并且在人眼入瞳的另一侧具有最大值1(一)。图3的下部示出了该分布的等高线图。存在于人眼入瞳中的强度分布现在是线性斜坡函数。可以假设的是，表示待成像到视网膜上的物点的相位分布

在人眼入瞳内是恒定的。通过使用基于重叠的分段照明或基于重叠的分段成像方法成像的可能物点被放置在无限远距离处。在不失一般性的情况下，可以使用该假设。

使用重叠和是线性斜坡函数的强度分布的过程产生SR＝0.96的Strehl比。因此，可以提供图像分辨率，该图像分辨率导致高清晰度观看体验或者至少非常接近高清晰度观看体验。存在于具有例如

的直径的人眼入瞳内的强度斜坡的值从0(零)到值1(一)。对于入瞳直径而言，对于30cd/m²的亮度，可以假设平均值约为3.5mm，对于100cd/m²的亮度，可以假设平均值约为2.9mm，对于300cd/m²的亮度，可以假设平均值略大于2mm，以及对于1000cd/m²的亮度，可以假设平均值约为1.9mm。取决于离散应用产品，可以使用约2mm至3.5mm的入瞳直径的值以便设计旨在在物体空间内提供三维观看体验的根据本发明的光学系统或装置。通常，大于入瞳直径的重叠区或区域的尺寸将产生增加的Strehl比值，即，例如，SR>0.98甚至SR>0.99。

图4以图示示出了形成均匀总强度的三角形强度段的叠加。该图示仅是可能与多个不同的二维强度分布有关的横截面。因此，图4示出了如何通过将嵌套波场段与放置在横向偏移位置的定制强度分布组合来产生均匀强度分布。图4的上点划线表示在限定区域上恒定的总强度分布。图4的下部示出了互不相干的波场段的强度分布。这些不相干的波场段具有线性过渡区，该过渡区是存在于邻近波场段之间的重叠区或区域。波场段的这种叠加可以用于使用分割来表示三维物体或场景的装置的照明装置或者成像装置。因此，这可以被称为使用空间光调制器装置(以下称为SLM)的分段照明的背光单元(BLU)或前照灯单元(FLU)，使用光学成像路径内的分割以便跨越呈现给观察者的整个视场(FOV)的抬头显示装置(HUD)或头戴式显示装置(HMD)。实际实现的条件是生成所有波场段的重叠，从而提供高度定义的观看体验。为了分割和提供高清晰度观看体验的目的，可以使用图4中所示的布置。多个波场段的叠加产生所需的强度分布。可能旨在最终获得可以通过平均强度值和不超过平均值的±10％的值的局部变化描述的强度分布。最终获得的强度分布可以被校准。并且，校准数据可以被使用并存储在查找表(LUT)中。这些存储的数据可以作为例如校正数据例如用于全息编码的三维场景或物体。图4中所示的横截面适用于不同的足迹。可以使用圆形强度分布(例如圆柱形锥形强度分布)以及矩形强度分布，或者例如方形锥形波场段或六角形锥形波场段。换句话说，存在可以具有如图4所示的三角形横截面的不同的强度分布，二维(2D)或甚至一维(1D)。因此，图4表示可以用于叠加的波场段的几种强度分布。例如，图11中所示的波场段的强度分布也具有三角形横截面。所示的横截面也可以表示一维分割。一维分割可以用于例如全息膝上型计算机的基于锯齿形光束路径的背光照明装置。例如，可以仅沿着一个维度或方向提供具有80.4度的入射角的锯齿形光束路径，该锯齿形光束路径示出了变形光束伸展因子为6，其中80.4度的入射角是与透明的平面平行的基板的表面法线的相对角度，该基板例如可以是约1毫米厚，并且是基于锯齿形光束路径的照明装置的核心部件。因此，图4中所示的波场分割可以代表基于锯齿形光束路径的照明装置。这也适用于仅沿一个维度使用波场分割的成像应用产品。

图5以图示示出了强度段的叠加，其中每个波场段对应于锥形体的截头体。所有波场段形成均匀总强度分布。所示的波场叠加仅是横截面，其可以与多个不同的二维强度分布有关。详细地，图5示出了如何通过将嵌套波场段与放置在横向偏移位置的定制强度分布组合来产生均匀强度分布。仅示出了如图4中的横截面。上点划线表示总强度分布，其在限定区域上是恒定的。术语限定区域指的是例如几个子全息图的尺寸，该尺寸达到整个SLM或显示屏尺寸。图5的下部示出了互不相干的波场段的强度分布。这些波场段具有平台和线性过渡区，该过渡区是存在于邻近或相邻波场段之间的重叠区或区域。这种叠加可以用于使用波场分割的照明装置或成像装置。所示的强度横截面适用于不同的足迹。换句话说，用于分割的波场段的几个强度分布可以具有相同的横截面。因此，可以使用平台型版本的圆形强度分布(例如圆柱形锥形强度分布、锥形截头体)以及矩形强度分布(例如等同于锥形体的截头锥的正方形或六角形形状的段)。通常，诸如高斯或余弦强度分布的强度分布也可以用于在成像和/或照明类型实施例内组合的波场段。波场段还可以描述可寻址图像强度分布，该可寻址图像强度分布与例如可以佩戴在观看二维(2D)和/或三维(3D)图像内容的观察者头部的投影型显示装置或投射型显示装置的图像空间的时序可寻址图像段有关。这可以是使用波场分割的全息显示装置或二维显示装置。该图中所示的横截面也可以表示一维分割。一维分割可以用于例如可适用于全息膝上型计算机的基于锯齿形光束路径的背光照明装置。例如，这意味着波场段可能具有约6mm的水平延伸和对应于显示装置的高度的竖直延伸。换句话说，可以沿着背光单元的一个维度使用一维分割，该背光单元例如在光导上且提供锯齿形传播的光。这里，假定从显示器背光单元的左侧到右侧的锯齿形。作为分段波场的一维表示的强度分布的解释也可以适用于成像应用产品或成像实施例，例如基于图像投影和分段解耦的头戴式显示装置。换句话说，基于存在于波场段之间的优化过渡区或区域的强度分布也可以被解释为基于图像投影的成像应用产品的代表性方法，其仅沿着一个维度或方向(例如水平方向)使用分段解耦或分段成像。在SLM的照明内使用的分割等同于在成像光束路径内的分割。因此，公开了一种适用于照明和成像的通用方法。使用定义的重叠的有效波场分割适用于将物点成像到人眼的视网膜上。因此，图1、2和3涉及该基本原理。

图6示出了形成均匀总强度的矩形波场段的叠加。因此，示出了组合波场段的俯视图，其具有方形的足迹。在这些足迹内存在定制的强度分布，其限定叠加的波场段的形状。可以使用具有方形足迹或矩形足迹的波场段以便产生均匀强度分布。该均匀强度分布可以通过将嵌套波场段与放置在横向偏移位置的定制强度分布组合来实现。在该俯视图中示出了四个组合波场段。优选的目标是获得以恒定强度分布为特征的重叠区或区域。这里，表示重叠区或区域的所示波场段的中心区域应该具有恒定的强度。四个方形基本段通过实线、短划线、点划线和通过点短划线来表示。这仅是多个组合段的一部分。例如，图6中所示的四个段中的每个可以是以边对边布置放在一起的一组波场段的一部分。从四组波场段出来的该组的俯视图看起来像四边形纸结构。这意味着组合四组波场段，它们中的每个看起来像四边形纸结构，如图6所示。这里，引入的偏移是沿着水平方向的半波场段宽度和沿着竖直方向的半波场段宽度。

图7在左侧示出了三个六角形波场段的叠加，并且在右侧示出了多个六角形波场段的叠加。图7左侧所示的布置指的是图6所示的实施例。左侧示出了具有六角形足迹的三个波场段的叠加。具有所有三个波场段的贡献的中心区域是三角形。所需的目标可以是获得以恒定强度分布为特征的重叠区或区域。因此，三角形在其整个维度内应该具有恒定的强度。这里，使用部分重叠布置的三个基本组合波场段通过使用实线、短划线和点划线来表示。这三个六角形波场段中的每个都是蜂窝状边缘对边缘布置的组成员。在图7的右侧，示出了多个这种波场段的叠加。这里，将三个蜂窝状、边缘对边缘布置的组放在一起。这三组以与该图左侧所示的相同的方式横向地移动。彼此嵌套的三组波场段通过实线、点划线和短划线来表示。波场段的正确横向放置必须被选择并且各个波场段的强度分布必须被优化以便获得所需的设计强度分布。波场段的正确横向放置通过照明的正确扫描获得，这也意味着使用扫描和光调制的正确时间同步，即，在正确的时间接通光源。这里，时间误差意味着横向误差。强度分布的优化通过在重叠的波场段的叠加期间使所获得的与平台型强度分布的差异最小化来执行，这将在下面进一步公开。

图8以俯视等高线图示出了矩形波场段的强度分布，该矩形波场段在与如图6中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度分布。所表示的波场段的足迹可以是矩形或正方形。换句话说，所使用的波场段可以成形为类矩形或正方形。

图9以三维等高线图示出了矩形波场段的强度分布，该矩形波场段在与如图6中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度分布。强度分布是如图8中所示的强度分布的三维图。该强度分布可以是矩形足迹和正方形足迹的基本强度分布。具有该强度分布并且如图6所示布置的波场段将产生恒定的总强度分布。这可以用作照明应用产品和/或成像应用产品中的基本光学功能。

在图10中，示出了矩形波场段的强度分布，该矩形波场段在与如图6中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度。该强度分布以黑白随机光栅示出。更确切地说，图10示出了以俯视图作为通过使用随机抖动获得的二元黑白图像在图8和9中所示的强度分布。该强度分布具有例如在其中心归一化为1(一)的值和在其边界区域为0(零)的强度值的最大强度。

图11以俯视等高线图示出了六角形波场段的强度分布，该六角形波场段在与图7中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度分布。这意味着三组蜂窝状边缘对边缘布置可以被使用，三组蜂窝状边缘对边缘布置被叠加以便通过使用重叠区或区域来形成所需的强度分布。所表示的波场段的足迹是六角形的。

在图12中，示出了六角形波场段的强度分布的三维等高线图。该六角形波场段在与如图7中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度分布。因此，图12示出了已经以俯视图，以三维等高线图在图11中所示的强度分布。也可以继续为六角形足迹定制这种基本的强度分布，以便例如适应于八角形或圆形的足迹。具有该强度分布并如图7所示布置的波场段将产生恒定的总强度分布。这可以用作照明应用产品和/或成像应用产品内的基本光学功能。

图13示出了六角形波场段的强度分布，该六角形波场段在与如图7中总体上所示的附加波场段叠加的情况下提供均匀总强度分布。该图示出了图11和图12中所示并且通过使用随机光栅获得的强度分布的黑白表示。换句话说，图11和12的强度分布被示为通过使用随机抖动获得的二元黑白图像。该强度分布具有在其中心归一化为1(一)的强度值和在其边界区域为0(零)的强度值的最大强度。

图14示出了作为通过使用随机二元(仅黑色和白色)光栅获得的黑灰色和白色图的类似于图7的嵌套六角形波场段的总强度分布。使用各个波场段的略微偏移以便显现总强度分布的生成。在没有偏移的情况下，获得未示出任何可见的分段结构的均匀强度分布。如图所示，各个六角形段具有六个子段。各个六角形段的六个段的强度分布以线性方式从六角形段的中心到边缘减小。通过使用如图7所示的嵌套六角形波场段的布置来获得该图案。引入了与理想六角形网格的略微横向偏差。与平均强度值1(一)的偏差在±2％的范围内。灰度级状分布表明，即使存在与理想六角形网格的略微横向偏差，也只存在小的强度变化。这里，仅为了可视化目的而引入段的非理想放置。因此，可以看出，总强度分布通过图7中所示的总体布置来产生。实际上，由于略微错位，也可以提供与波场段的叠加的理想网格的略微偏差。可以看出，略微的横向错位可以是可容忍的。如前所述，图14的所示图像是通过使用随机抖动获得的二元黑白图像。因此，获得表示灰度级状强度分布的二元黑白图像。

图15示出了根据本发明的设置在用于成像或生成二维和/或三维物体的装置中的照明装置。由两个光源(这里未示出)发射的两个光束B1和B2(例如激光束)在照明装置内从图的左侧传播到扫描镜元件SM上。光束B1和B2可以在相同的位置或点处击中扫描镜元件SM。因此，两个光束或波场的横截面可以是扫描镜元件SM的表面。扫描镜元件SM布置在前焦平面中或靠近准直单元CL(这里例如是准直透镜)的前焦平面。准直单元CL对光束进行准直或传播波场。设置在准直单元CL的孔内的两个小矩形段识别两个照明区域，这两个照明区域在此仅是准直单元的一部分，即，至少只要考虑固定时间。可以使用扫描镜元件SM以便提供在准直单元的整个孔内如图所示的这种照明区域。从光的传播方向看，在准直单元CL后方存在强度分布I(t,x,y,RGB)。术语t在此意味着引入了取决于离散时间t的动态强度分布。术语x和y表示所引用的平面的坐标，所引用的平面是准直单元CL的出射平面。准直光束或准直波场传播到体光栅VG1。例如，光束到体光栅VG1上的入射角可以是84.26度。这样的入射角将导致10x变形光束伸展因子。这通过存在于体光栅VG1的出射平面处的两个矩形段或区域来说明。体光栅VG1使光束重定向并且引入沿着水平方向伸展的变形光束。在体光栅VG1后方传播的光进入另一体光栅VG2。另一体光栅VG2也使光束或波场重定向并且引入沿着竖直方向伸展的变形光束。在该另一体光栅VG2的后方传播的光用于照明SLM。对于每个原色RGB(红色、绿色、蓝色)，必须使用定义的体光栅。这里显示的几何形状相当于三个体光栅，即每个原色两个。

换句话说，图15示出了可以用于实现通过使用波场段提供照明平面的过程的实施例。照明平面是另一体光栅VG2的出射平面。因此，示出了实现在照明平面中暂时提供照明区域的实施例。为了降低附图的复杂性或者为了方便起见，仅示出了两个主光源的组合。当然，可能的是，组合多于两个的光源，例如三个光源，每个光源发射不同波长的光。由两个光源产生的波场传播到扫描镜元件SM。通常，扫描镜元件SM可以用多个波场段照明，这些波场段可以通过使用光束来表示。这意味着，例如，M×N个光束可以在扫描镜元件SM的平面内重叠。因此，例如，可以通过诸如激光二极管(LD)的20x10光源的阵列产生20x10个光束。尽管在图15中仅示出了由光束B1和B2表示的两个波场，但是如所公开的那样可以组合多个波场。扫描镜元件SM布置在准直单元CL的前焦平面中。从扫描镜元件SM射出的光击中准直单元CL。两个小矩形段或区域限定存在于该平面中的波场段的足迹。在准直单元CL的后方存在准直波场。准直波场可以通过强度分布I(t,x,y,RGB)来描述，其中I是强度，t是时间，x和y是x-坐标和y-坐标。RGB标记所使用的红色、绿色和蓝色的原色，该红色、绿色和蓝色可以例如与波长445nm、520nm和645nm有关。对于在照明平面和/或成像平面中暂时提供照明区域，可以在限定的时间内存在间隙。快速扫描用于向观察者呈现均匀强度分布。提供扫描的速度越快，必须提供的波场段数就越少。如图所示，由强度分布I(t,x,y,RGB)描述的准直波场进入体光栅VG1，优选地是基于布拉格衍射的体光栅。入射角是例如沿着一个方向引入10的变形光束伸展因子的84.26度。例如，通过使用变形楔形照明装置，可以使用塑料材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))，以便避免在体光栅VG1上的大入射角所需的昂贵的抗反射涂层。因此，体光栅VG1可以附接到PMMA杆。在体光栅VG1的后方传播的光将以较大的入射角(例如84.26度)击中另一体光栅VG2，优选基于布拉格衍射的体光栅。因此，将沿着竖直方向引入十倍变形光束扩展。为了避免可能通过使用例如合理厚的PMMA板增加的重量，空气型楔形物可以用于照明装置的较大的第二部分。因此，在另一体光栅VG2的前方，可以使用抗反射涂层，该抗反射涂例如通过二十个介电层来形成。最后，在图15中所示的照明装置的出射平面处存在大量伸展的波场段。这里，表示两个变形伸展强度分布的两个得到的出射波场段用IS1和IS2标记。这两个波场段IS1和IS2照明在照明装置后的SLM。在扫描镜元件SM的二维扫描操作期间，组合的主光源(例如，一组单独控制的激光二极管)可以按时序和同步方案进行调制。对于要生成的也适用于红色、绿色和蓝色的原色的每个子帧的每个图像帧，可以提供理想的强度分布。这种局部调光也能够实现高动态范围(HDR)。扫描方法允许使用代表各个波场段的各种强度分布。因此，例如，可以使用从光源(例如激光二极管)发射的高斯分布。这意味着可能不需要附加波场整形。

图16示出了可以用于通过段实现时间照明的装置的实施例。该装置可以优选地设置在图15的体光栅VG1的前方。示出了可以在楔形照明装置的前方使用的准直单元CL。为了简单起见，仅示出了从光的传播方向上看在该准直单元CL后方传播的两个波场段。准直单元CL可以用于照明SLM的波场段的时间扫描。可以生成多个波场段。可以在衍射图案中产生的衍射级之间平衡光强度。

主光源pLS可以包含发射所需原色的三个激光二极管。这些单独的光源或激光二极管用R、G和B表示。原色RGB的光通过使用所谓的Y结(这里是YJ1和YJ2)来组合。光纤OF用于将光传输到平面，该平面用作包含所有原色RGB的组合主光源cpLS(RGB)。还可以使用增加数量的Y结以便提供更多数量的光源或激光器或激光二极管的组合。因此，诸如激光二极管的若干光源可以用于每个原色。从该组合的主光源平面cpLS(RGB)射出的光通过使用准直单元CL来进行准直。在该准直单元CL的后方，设置有光栅GR，例如有源型衍射光栅。光栅GR包含单独控制的电极或组型控制电极。该光栅GR可以是液晶(LC)光栅，其具有偏振相关的衍射效率并且使用面内旋转LC分子。光栅GR的出射平面设置在另一准直单元COL的前焦平面中。提供该另一准直单元COL以将入射波场转换为准直波场。光纤OF的末端也可以直接放置在光栅GR(优选有源型偏振相关的LC光栅)的前方。

图16中所示的这种设置可以提供可以横向扫描并且可以改变强度的波场段。两个交叉的LC光栅可以提供二维扫描。可以使用多个另外的光栅设置。例如，可以使用三个LC光栅，这三个LC光栅通过使用每个120度的电极线的相对旋转来堆叠。为了比较，可以使用具有180度的相对旋转的两个交叉光栅。除了这里使用的有源型衍射光束分离的主要任务之外，还可以将曲率添加到角度分布的波场段。这也可以用于补偿像差或角度相关的焦点校正。

图17中示出了从设置在z＝0(这是以mm为单位的z轴)光源平面射出的五个高斯光束的空间强度分布的模拟的三维图。组合光源被放置在z＝0处。扫描镜元件可以设置在z＝0处。如图所示，在扫描镜元件的该位置中存在最高强度。换句话说，在扫描镜处存在高强度，例如，如图15所示。这个示例涉及使用扫描镜元件SM的图15中所示的实施例。扫描镜元件可以以合理的快速方式在二维中改变从存在于光源平面中的光源射出的出射角。换句话说，扫描镜元件用于跨越准直单元或准直透镜的角度可接受范围，准直单元或准直透镜可以是照明装置的一部分。在参考一个图像帧的照明时间窗口内，例如，在几毫秒内，准直单元的出射平面必须设置有或必须包括SLM照明所需的强度分布。这里，在图17中，z是沿着照明装置的局部光轴的光的纵向传播长度。传播的纵向轴线或z方向由z轴表示。例如，在大约z＝400mm的传播距离处，可以设置准直单元，该准直单元可以具有f_CL＝400mm的焦距。从图15中可以看出，单个光束或波场由准直单元CL重定向，并在准直单元CL的后方彼此平行传播。因此，例如，单个光束或波场将改变z＝400mm处的传播方向。除了强度单独控制的单个光束或波场的重定向之外，存在的略微发散也可以通过准直来补偿。准直单元CL将局部球面相位项添加到单独的光束或波场。在图17中，所示的光或波场的整个传播长度约为500mm。这是所示的z轴的整个长度。可以看出，单独的光束或波场不会显著改变其光束直径。这是例如使用多个准直光束的时间扫描结合是用于照明SLM的二维光源阵列的一部分的单独的光源LD_ij(例如激光二极管)的时间控制和同步的强度调制的示例。

在图17中，各个光束的强度是相同的。这意味着五个光束被打开并因此具有相同的光学功率。可以沿两个方向扫描多个光束。因此，准直单元的整个出射平面可以被提供或填充所需的强度分布。在提供均匀强度分布而没有局部调光的情况下，所有光束具有相同的强度。这意味着在待均匀地照明SLM的入射平面内扫描具有相同强度的一束等距光束。对于任意的强度分布，可以组合各个光源(例如，激光二极管)的扫描和调制。例如，通过使用基于时间扫描的局部调光的实施，可以获得高动态范围和高亮度。换句话说，图像可以非常明亮并且它们可以显示高位深度，即，可以获得高亮度并且也可以获得小强度步长。这意味着高动态范围(HDR)图像重建。

图18示出了在设置在扫描镜元件后方约400mm处的准直单元的出射平面的后方约500mm处存在的强度分布的模拟的三维图。这里，示出了五×五个高斯光束。光束之间的网格间距是等距的。光束直径约为1mm。在该实施例中略大于6mm的网格间距显著大于该直径。换句话说，这里使用1mm直径的光束与6mm的光栅网格间距相结合。因此，存在于相邻光束之间的相互间隙为5mm。该强度分布可以存在于例如如图15所示的楔形照明装置的前方。如图15所示，使用体光栅(例如基于布拉格衍射的体光栅)实现具有十或二十的因子的两次变形光束伸展。因此，准直单元的后方约1mm的光束直径可以变形地伸展到在待照明的SLM的前方约10mm或甚至高达约20mm的光束直径。这也意味着由多个时间扫描和单独调制的光束引入的分段照明的过渡区符合大于约3mm的条件。在图18的这个示例的单个照明段(其例如是单个光束)内，如果在楔形照明装置内使用20的光束伸展因子，则最大强度与强度为零(0)之间的距离至少为5mm，或甚至更大。这里，SLM的入射平面用作参考平面。存在于准直单元的后方的平面在其用于照明装置(例如全息显示装置)的SLM的之前可以被伸展十倍或二十倍。相对较大的网格间距实现局部调光和高动态范围成像的高空间分辨率。这意味着局部调光具有高分辨率。与小光束直径和存在于光束之间的高相互间隙间距有关的条件是快速二维扫描，该快速二维扫描必须被应用以便为整个照明平面暂时提供所需的强度分布。也可以使用较小的光束直径(例如约0.8mm或更小)并且显著增加光源(例如激光二极管)的数量，该激光二极管例如在光源LD_ij的二维矩阵阵列式布置中使用。例如，定义诸如二维矩阵阵列式布置的激光二极管的各个光源LD的索引i和j可以各自从一到十。这意味着可以使用十×十个光源而不是五×五个光源。因此，可以使用更快的扫描和更快的强度调制，以便减少所使用的光源的数量。这也意味着单个光源可以用于时间扫描过程。

在图19中，示出了被放置在扫描镜元件的后方约400mm处的准直单元的出射平面的后方约500mm处存在的强度分布的模拟的三维图。如图18所示，示出了五×五个高斯光束。这里，光束之间的网格间距也是等距的。然而，光束直径约为1.5mm。单个光束之间的网格间距略小于4mm，大于光束直径。换句话说，1.5mm的光束直径与4mm的光栅网格间距相结合。因此，存在于相邻光束之间的相互间隙为2.5mm。图19中所示的这种强度分布可以存在于例如如图15所示的楔形照明装置的前方。如图15所示，使用诸如基于布拉格衍射的体光栅的体光栅引入了具有例如约十到二十的因子的变形光束伸展。因此，在准直单元的后方存在的1.5mm的光束直径可以被变形地伸展到在待照明的SLM的前方约15mm或高达约30mm的光束直径。这也意味着由多个时间扫描和单独调制的光束引入的分段照明的过渡区符合大于约3mm的条件。在单个照明段(其例如是单个光束)内，在使用照明装置内20的光束伸展因子的情况下，最大强度与强度为零(0)之间的距离至少约为8mm或甚至更大。然而，这里的要点是，存在于诸如图15中的变形照明装置或者甚至变形成像单元的前方的单个光束或波场段例如通过使用十的因子被伸展。因此，波场段(其可能包括从1到0的强度值)的相关过渡区足够大，即几毫米而不是一毫米。SLM的入射平面用作参考平面。准直单元的后方存在的平面在其用于照明装置(例如全息显示装置)的SLM之前伸展约十倍和二十倍。与图18中所示的强度分布相比，需要并使用降低的扫描速度。所使用的光源所需的强度调制速度也被降低。此外，局部调光的空间分辨率也被降低。离散实施例取决于离散应用产品。图19的这个示例表明对于参数变化而言存在很大空间，这些参数变化可以用于使光束组合装置的离散光学设计适应于离散显示装置产品。

图20中示出了由从放置在z＝0(其是以mm为单位的z轴)的光源平面出射的高斯光束生成的强度分布的模拟的三维图。例如，在z＝0处可以设置扫描镜元件。图15示出了示例，其中示出了扫描镜元件SM。扫描镜元件可以以合理的快速方式在两个维度上改变在光源平面中存在的光的角度。在参考一个图像帧的照明时间窗口内，例如，在几毫秒内，准直单元的出射平面必须被提供或填充SLM的照明所需的强度分布。这里，z是沿着照明装置的局部光轴的光的纵向传播长度。传播的纵向轴线或z方向通过z-轴来表示。例如，在约z＝400mm的传播距离处可以设置准直单元，该准直单元可以具有f_CL＝400mm的焦距。单个光束由准直单元重定向，并在准直单元的后方彼此平行传播。此外，例如，单个光束将改变z＝400mm处的传播方向。除了可以在强度上单独控制的单个光束或波场的重定向之外，如果存在的略微发散也可以通过准直来补偿。准直单元可以将局部球面相位项添加到各个光束或波场。所示的光的整个传播长度约为900mm。这是所示的z-轴的整个长度。可以看出，各个光束不会显著改变其光束直径。例如，这是使用多个准直光束的时间扫描结合诸如激光二极管的各个光源LD_ij的时间控制和同步强度调制的具体示例。这些光源可以是二维(2D)阵列光源的一部分，例如用于照明SLM的激光二极管。

在图20中，各个光束或波场的强度彼此不同，并且它们中的一些甚至可以完全关闭。通过使用基于时间扫描的局部调光的实施，可以获得所生成图像的高动态范围(HDR)和高亮度。因此，表示三维(3D)场景内的黑色区域的SLM的部分也可能不被照明。这也将消耗的光功率降低到实际需要的值。在提供均匀强度分布而没有局部调光的情况下，所有光束或波场具有相同的强度。在该特定状态下，所有光源(例如激光二极管)具有相同的光输出功率。并且，具有相同强度的一束等距光束在待均匀地照明的SLM的入射平面内扫描。但是，通过使用各个光束的不同强度的扫描对于装置(例如显示装置)的标准使用具有最高的概率。图20参照示出了在非强度调制光束的情况下的强度分布的图17。

图21示出了约在准直单元的出射平面的后方500mm处存在的时间积分的强度分布的模拟的三维图或视图。为了进一步说明，例如，指向图15。该图示出了可以通过使用动态引入的光的局部调光来提供任意的强度分布。这是可以照明单个SLM帧的时间积分的强度分布。积分时间可以是例如在毫秒范围内。尽管在单个光束之间存在的标称网格间距可以是固定的，但是可以获得任意的强度分布。这可以通过在扫描过程期间调制各个光源(例如激光器)来执行，该扫描过程在小于或等于照明SLM所需的时间帧的时间范围内发生。图21示出了使用多个准直光束的时间扫描结合各个光源LD_ij(例如激光器或激光二极管)的时间控制和同步强度调制的示例。这些光源可以是用于照明装置(例如全息显示装置)的SLM的二维(2D)阵列光源的一部分。

在图22中，示出了用于二维和/或三维物体的成像的装置的照明装置的通用实施例。可以使用这种照明装置以便实现通过使用波场段来提供照明平面的过程。该实施例实现在不使用角度扫描的情况下用波场段来空间提供或填充待照明的平面。与示出了由扫描镜元件SM提供的扫描能力的图15相比，在图22中提供了光束整形元件RSP。光束整形元件RSP在此设计为旋转散射板。当然，可以使用其他光束整形元件。为了降低绘图的复杂性，仅示出了两个主光源的组合。由光束B1和B2表示并由两个光源LD1和LD2产生的两个波场传播到旋转散射板RSP。旋转散射板RSP被安装在旋转马达RM上。

旋转散射板RSP可以由提供类似光学功能的不同光学元件替代。例如，光束整形扩散器可以用作光束整形元件并且可以用作散射板的替代物。这种光束整形扩散器可以提供顶帽强度分布或平顶强度分布。在使用单个光源的情况下，这可以是最佳光学功能。这意味着不使用通过使用待照射平面的分割来组合多个光源的过程。尽管这也可能是实用的，但是在本文公开的装置中，基于提供多光源组合能力的分段照明可能不是最佳的。可以使用平顶帽强度分布，该平顶帽强度分布在其延伸方向上大于准直单元的入射孔的尺寸，以便组合由诸如激光二极管的若干光源产生的光。但这对于提供局部调光和与局部调光过程相关的高动态范围成像而言效率不高。对于使用照明段的所需重叠的波场的嵌套分割，如例如图10和13所示的散射轮廓是优选的。所需重叠的离散参数取决于离散显示装置产品。作为示例，对于直视全息显示装置，该重叠可以与最大子全息图的尺寸一样大。因此，可以结合多个单独控制的光源(例如激光二极管)以最佳组合提供局部调光和高动态范围成像。

图22中的旋转散射板RSP的平面限定由准直单元CL准直的二次或延伸光源的平面。因此，二次光源的平面位于准直单元CL的前焦平面中。对于全息显示装置，可以优选的是在二级光源的平面中使用动态元件，这为该平面增加动态相位分布。这也意味着静态折射光束成形元件在该平面中的使用不是优选的。动态衍射结构或动态折射结构可以引入光束整形功能和动态随机相位函数，其存在于二级光源的平面内。因此，也可以通过使用两个分离的光学元件、动态相位板和静态折射光束整形元件来提供这两个功能。

通常，限定二级光源的平面可以用多个波场段照明，这些波场段这里可以通过使用光束来表示。这意味着，例如M×N个光束可能在旋转散射面RSP或二次光源的平面内重叠。因此，例如，可以通过诸如激光二极管的20x10光源LD的阵列产生20x10个光束。尽管在图22中仅示出了由光束B1和B2表示的两个波场，但是如所公开的那样可以组合多个波场。从旋转散射板RSP射出的光击中下面的准直单元CL。准直单元CL上所示的两个小矩形区或区域表示存在于准直单元CL的该平面内的两个波场段的足迹(或形状)。准直单元CL对波场进行准直，以使准直波场存在于准直单元CL的后方。准直波场可以通过强度分布I(t,x,y,RGB)来描述，其中I是强度，t是时间，x和y是x-坐标和y-坐标。强度分布I(t,x,y,RGB)用作在准直单元CL的后方提供的参考。该强度分布将由背光单元伸展，该背光单元在光束路径内跟随。RGB标记红色、绿色和蓝色的原色，红色、绿色和蓝色例如可以与445nm、520nm和645nm的波长有关。

换句话说，图22示出了根据本发明的装置的照明装置。两个光源LD1和LD2(例如，激光器或激光二极管)发射两个光束B1和B2。两个光束B1和B2传播到旋转散射板RSP，旋转散射板RSP安装在旋转马达RM上。然后，光束可以在相同的位置或方位处击中旋转散射板RSP。因此，两个光束或波场的横截面可以位于旋转散射板RSP处。旋转散射板RSP可以设置在前焦平面中或靠近准直单元CL的前焦平面。准直单元CL通常对光束进行准直或传播波场。存在于准直单元的孔内的两个小矩形段表示是准直单元的一部分的照明区或区域。这里，仅考虑两个光束。旋转散射板RSP引入了入射在其上的主波场的再成形。可以使用多个光源以便用光或精确地用波场段填充或提供准直单元CL的整个孔。可以通过使用根据本发明的重叠过程来执行用光对准直单元CL的整个孔填充。

在准直单元CL的后方，存在强度分布I(t,x,y,RGB)。这里，t意味着引入动态强度分布，该动态强度分布取决于离散时间t。使用的多个光源在时间上被调制。每个光源可以具有其各自的时间相关的出射功率，该出射功率与由待被照明的SLM提供的内容同步。这里，x和y表示是准直单元CL的出射平面的对应平面的坐标。准直光束或准直波场然后传播到体光栅VG1。例如，到体光栅VG1上的入射角可以是84.26度。这导致10x变形光束伸展。体光栅VG1使光束或波场重定向，并且引入沿着水平方向的变形光束伸展。在体光栅VG1的后方传播的光进入另外的体光栅VG2。另外的体光栅VG2使光束或波场重定向，并且引入沿着垂直方向的变形光束伸展。在另外的体光栅VG2的后方传播的光用于照明SLM。对于每个原色RGB，应该使用定义的体光栅。图22中所示的几何形状相当于三个体光栅，即每个原色两个体光栅。

散射板SP增加波场的发散。效果是进一步传播到下一个光学元件(其是准直透镜CL)的波场将具有相互重叠。散射板被放置在准直透镜CL的前焦平面中。准直透镜CL对从散射板SP传播的光进行准直。在准直透镜CL的后方，与不同激光二极管LD1至LDN相关的波场具有所需的重叠。

图23示出了根据本发明的装置的照明装置的示例性实施例，其实现了诸如激光二极管的多个光源LD_ij的组合，其可以被布置为二维矩阵。附图标记LD1至LDN指的是布置在该图的左侧的N个数量的光源LD。与不同光源LD1至LDN相关的光束或波场通过使用不同的线(例如，点划线、双点短划线、点短划线、短划线和实线)来表示。为了为每个光源提供例如0.1nm的窄谱线宽度，可以在光束路径中的光源阵列之后提供体光栅BG-RM，例如以垂直入射反射工作的基于布拉格衍射的体光栅。谱线的宽度可以被称为Δλ。这里，例如，Δλ＝0.1nm。体光栅BG-RM用作光源腔的各个谐振器的出射镜。例如，分布式反馈激光二极管可以用作光源，其具有靠近限定所发射波长的谐振器的周期性结构。除了发射的辐射的窄线宽之外，光线的光谱位置固定在例如0.2nm的范围内。单个光线的光谱位置可以被称为Δλ₀。这里，例如，Δλ₀＝0.2nm。即使在诸如全息显示装置的装置内使用衍射元件的情况下，光谱稳定的实现也确保了传播到观察者眼睛的波场的角度稳定性。在全息显示装置中，衍射元件的使用实现了小的形状因子。

从各个光源出射的光传播到场透镜FL。该场透镜FL使光重定向到作为组合光源的平面的平面上，该组合光源是要沿光束路径进一步准直的二次光源。在该平面中布置有光束整形元件。这里，光束整形元件可以被设计为散射板SP。通过使用压电换能器PZT可以横向地移动散射板SP，其如图23所示，通过使用连接压电换能器PZT和散射板SP的双箭头。散射板SP是装置中的重要元件。若干功能通过该散射板或光束整形元件来提供。作为第一功能，散射板或光束整形元件使入射光束的发散角变宽。例如，照明散射板的单个高斯光束可以具有数值孔径NA的小值，该数值孔径NA由例如5°的小角度限定。因此，NA＝sin(5°/2)＝0.04的数值孔径非常小，但这仅是示例性值。在场透镜FL的后方，由若干光源LDN产生的光束略微会聚并且具有例如5°的收敛角。然后将光束略微聚焦到散射板SP上。在散射板SP的后方，由该单个光束产生的波场或光束的发散可以具有例如15°的发散角。发散的离散值取决于根据本发明的装置的离散实施例。应该指出的是，对于图23所示的示例，角展度通过使用散射板SP或光束整形元件来显著地增加。其效果是进一步传播到下一个光学元件(其可以是准直单元CL)的波场具有相互重叠。这进一步指出散射板SP或光束整形元件的一个功能是在最初由不同光源产生的波场之间产生限定的重叠。散射板或光束整形元件增加每个波场的角展度。散射板或光束整形元件可以布置在准直单元CL的前焦平面中。从图23中可以看出，准直单元CL对从散射板SP射出的光进行准直。在准直单元CL的后方，与不同光源LD1至LDN相关的波场具有所需的重叠。作为第二功能，散射板SP或光束整形元件引入光束整形。例如，高斯或椭圆形入射光束必须或可以被转换成具有如例如图10或13所示的强度分布的光束段或波场段。使用平顶光束整形是不利的。平顶强度分布与上述强度分布相反。平顶强度分布不能满足要求。散射板SP或光束整形元件具有相位轮廓或相位结构。散射板SP的相位轮廓被优化，以便将光源的光束轮廓转换成用于分段照明或分段成像的所需光束轮廓。这解释了散射板的一个功能是引入定制光束整形。增加角度发散并引入定制光束整形是可以在散射板SP或光束整形元件内组合的功能。这表明在根据本发明的装置中不能使用简单的标准散射板或光束整形元件。

形成主光源阵列的诸如激光二极管的多个光源可以例如被布置在与图6和7中所示的段的布置相关的矩形或六角形网格中。因此，用于主光源阵列的布置的网格类型限定了光束整形功能，该光束整形功能必须通过散射板SP或光束整形元件来提供。

散射板SP或光束整形元件的另一功能是在延伸或二次光源(其通过准直单元CL来进行准直)的平面内提供合理的快速动态相位变化。合理的快速动态相位变化意味着，例如，在照明SLM的单个帧所需的时间帧内存在至少十个以上的散射板型相位分布。使用如图22所示的旋转散射板或光束整形元件可以提供这一点。这意味着动态相位模式应该与散射板中的时间积分结合使用。例如，通过使用旋转马达或压电换能器，可以提供垂直于照明装置的光轴的散射板或光束整形元件的快速移动。要在待准直的光源的平面中提供的动态相位散射的范围至少为π，例如，Δφ_(dynamic)≥±π/2。可能存在离散应用产品，其中Δφ(dynamic)≥±π/4也可能是足够的。术语“相位散射”(其描述了在例如组合光源的平面内的准备)意味着具有高空间频率的相位随机化。

MEMS(微机电系统)活塞镜型阵列也可以用于反射照明装置。在反射中工作的动态散射板可以提供至少半个波长(其是例如640nm/2＝320nm，此处用于红色并且因此也是最长波长)的阶跃高度，以便实现Δφ_(dynamic)≥±π/2的所需的动态相位变化。

基于LC(液晶)的相位调制SLM(其可以用于待准直的二级光源的平面中，即作为散射板SP的替代)对于大多数显示应用产品而言可能不够快。安装在压电换能器上的薄箔可以同时提供快速随机相位调制和小形状因子。

在图24中，示出了用于头戴式显示装置(HMD)或抬头显示装置(HUD，例如用于汽车)的波场分割。在该图中，示出了五个波场段，这五个波场段不显示重叠或仅以通用的方式确实具有小重叠。这些波场段可以用于HMD或HUD，并且因此相当于呈现给观察者眼睛的视野的分割。通过使用五个分段波场来跨越整个视场。可以看出，水平视场H大于竖直视场V。数字1至5表示波场的不同区或区域。这些是可以用于成像应用产品或照明应用产品的通用段。关于对准公差可能存在小重叠。在这种情况下，虚拟图像段的若干像素可能重叠。存在的小重叠可以通过使用例如包含基于校准的校正值的查找表的数据来校准和补偿。这种小重叠可能足以避免虚拟图像场景内的间隙。但是，由于对准和公差问题导致的这种小重叠不足以提供高清晰度成像体验，例如，在利用光导和分段解耦的头戴式显示装置内。

与图24相比，图25示出了以通用的方式具有显著重叠的五个波场段。这样的波场段可以用于HMD或HUD，并且因此可以相当于呈现给观察者眼睛的视场的分割。如图所示，每个分段波场具有与相邻波场段的显著重叠。所示的这五个重叠区或区域可以相当于通过以时间顺序方式使用五个波场段或通过使用空间采样分割而生成的视场。水平视场H大于竖直视场V。如图25所示的这种图示可以是用于头戴式显示装置(HMD)或抬头显示装置(HUD)的视场的优选布局。数字1至5表示不同的重叠区或区域。图25中所示的波场段是通用波场段，其也可以用于成像应用产品或照明应用产品。通常，这些波场段可以表示在空间中成像的SLM的图像平面。在HMD或HUD中，五个波场段表示具有显著相互重叠的SLM的虚拟图像的五个段。这种基于显著相互重叠的通用波场分割特别有利于提供空间中的三维(3D)物体或场景的全息HMD或HUD以及立体HMD或HUD，其使用分段的波场解耦并且同时实现高清晰度观看体验。HMD或HUD的分割的这种通用布局可以扩展到二维情况。这意味着使用沿两个维度的基于重叠的分割。

图26以通用的方式示出了光从光导元件中出来的分段解耦。这种布置和光的解耦可以优选地用于HMD或HUD。例如，可以优选提供自发光SLM，例如基于OLED(有机发光二极管)的SLM。这种HMD通常包含至少一个光导元件LG或波导元件和光学系统OS。光学系统OS设置或布置在至少一个光导元件LG内以用于光的解耦。所示的图示仅是光导元件的一部分，并且将示出从光导元件中出来的光的解耦。三个波场段WF1、WF2和WF3在图26中被示出。这三个波场段WF1、WF2和WF3从光导元件LG中解耦出来并且具有彼此显著限定的重叠OL并且在提供或需要另外的波场段的情况下具有另外的相邻波场段WFN。这里，通过使用三个波场段WF1、WF2和WF3来跨越整个视场。使用的波场段的数量可以更大，例如，7或＞20。点短划线表示光轴OA，其可以是HMD的用户的眼睛的光轴。图26示出了使用从光导元件或波导元件中出来的波场的分段解耦的HMD的示意性俯视图。分段解耦基于传播到用户眼睛的入瞳的相邻波场段的显著相互重叠。可以看出，三个角度段WF1、WF2和WF3具有所需的和限定的相互重叠OL。可以以时间顺序的方式实现所需的相互重叠OL。这意味着波场段WF1、WF2和WF3以这种方式一个接一个地非常快速地生成，即重叠区或区域或重叠OL通过光学系统从波场段的所需方向到用户的眼睛产生。以这种方式，用户没有看见各个波场段之间的间隙，并且可以观察到具有高图像质量和高清晰度观看体验的重建的三维场景或物体。

供选择地，可以以使用解耦几何的空间复用的方式提供所需的限定的相互重叠。可以扩展该总体布局以实现二维情况，即，二维光平面。对于二维情况，这意味着使用基于重叠的分割和沿着两个维度或两个方向的基于重叠的分段解耦。光导元件在图26中仅作为透明基板的一部分示出。至少在光导元件的一个表面处提供光学系统OS，其产生最终呈现给用户眼睛的波场。这例如意味着投影单元设置在光导元件的入口侧。该投影单元(其可以被称为光学系统或成像光学器件或至少作为其的重要部分)提供表示最终由用户检测的二维或三维场景或物体的波场。

当然，可以增加从HMD内使用的光导元件中解耦出来的波场段的数量，例如增加到五个或七个波场段。

与直视显示装置或投影显示装置中的照明光束路径中的分割相比，在成像光束路径中执行HMD或HUD中的分割。

以下描述涉及本发明的通用实施例。

用于最初由主光源发射的全息成像的波场要满足重要的边界条件。例如，复值SLM(其可以以高空间分辨率调制相位和幅度，即，例如，在直视全息二维编码显示装置的情况下，在33μm寻址网格处)可以用于生成子全息图。在SLM平面中产生的子全息图操作为或充当为小衍射透镜。在仅相位SLM的情况下，子全息图可以通过所谓的菲涅耳(Fresnel)波带片来描述。充当为衍射透镜的小子全息图的焦距f限定了要产生的物点的纵向距离或z-距离。例如，如果在SLM中提供的具有正焦距f(其可以是例如f_SH＝300mm)的菲涅耳透镜用在设计波长处的平面波照明，则在SLM的前方在z＝300mm距离处生成焦点。该焦点是在三维(3D)空间中生成的物点。这只是简化的示例。

例如，根据使用的波长，存在于SLM中的约33μm的像素间距在零衍射级与1度范围内的第一衍射级中的一个之间产生衍射角。然而，这对于全息显示装置来说是不够的。因此，应该在全息显示装置的SLM的前方或后方使用场镜。该场镜具有焦距f_FL，其可以在具有例如811mm(32“)的显示对角线的台式全息显示装置的情况下是例如f_FL＝600mm。因此，物点的距离由于透镜方程而改变，如果使用薄透镜则可以应用该透镜方程。这描述如下：

1/f_OP＝1/f_SH+1/f_FL， (1)

其中f_SH是可以具有例如仅5mm的直径的小衍射透镜型子全息图的焦距，f_FL是场镜的焦距，并且f_OP是可以是局部子全息透镜和全局场透镜的两个组合透镜的焦距。符号OP是物点，其可以在距离z_OP＝f_OP处生成。对于f_SH和f_FL的示例性给定值，可以获得例如z_OP＝f_OP＝200mm的物点距离。换句话说，全局使用的场透镜的光学折射功率或光学衍射功率或光学聚焦功率可以添加到局部使用的子全息图的光学衍射功率。如果提供衍射子全息透镜的焦度，则场透镜产生减小的有效焦距。在该示例中，得到的实际物点位于在包含子全息图的SLM的前方约200mm。这同样适用于子全息图的负焦距。如果子全息图的目的是产生在SLM的后方提供的虚拟物点，则必须使用焦距f_SH的负值。如果再次使用约300mm的焦距，但是带有负号，则可以获得位于在SLM的后方约600mm的虚拟物点。场透镜的焦度将从子全息图形成的光集中到发散波场。因此，等式(1)可以应用于子全息图的正焦度和负焦度。

用于照明子全息图的另一个重要的边界条件是平面波的角谱的所需限制。例如，用于照明包含子全息图的SLM平面的平面波的角谱应该保持显著小于1/60度。因此，可以避免在空间中产生的物点的可见拖尾。

可以以时间顺序的过程提供待照明和/或成像的平面的分割。例如，这样的过程可以使用单组波场段的扫描。或者，它可以立即执行，这可以通过使用定制扩散、均匀化或光束整形来实现。这可以参考图15中所示的实施例以及参考例如图17、18和20中所示的强度分布。

在图23中，示出了定制扩散的实施。因此，可以并行使用若干互不相干的光束，并且可以立即照明SLM。诸如所使用的激光二极管的光源的不同调制提供了SLM的照明的局部调光。

具有波场段的照明平面和/或成像平面的时间填充或提供提供了使用各种强度分布的能力。这导致这样的事实，即在扫描期间或者供选择地，波场段的光强度调制的固定角度或横向切换可以例如通过以同步方式调制诸如激光二极管的光源来应用，其可以用于均化所获得的平均强度分布。这参考图21中所示的强度分布。

例如，可以通过使用光学元件来应用光的固定角度切换，该光学元件在ON和OFF状态下提供不同固定角度的寻址。例如，可以通过使用光学元件来应用光的固定横向切换，该光学元件在ON和OFF状态下提供不同横向偏移光束路径的寻址。对于光的角度切换，例如可以使用液晶(LC)分散的基于布拉格衍射的体光栅，其可以通过应用例如40V的电压来接通或断开。这导致LC取向的变化，并且因此导致折射率调制的变化，该折射率调制的变化相当于体光栅的衍射效率的变化。这可以通过小于1％的散射损失来实现。

优选的强度分布取决于离散的实施例，即，以时间顺序或以准静态模式使用的波场段的离散形状。

对于波场的时间顺序分割，可以使用各种强度分布，因为可以应用于在扫描操作期间寻址的离散位置的强度调制的附加参数。换句话说，通过使用较小的光束直径进行扫描可以提供局部调光的高分辨率。然而，应该以时间或空间过程提供重叠区或区域。重叠区或区域应该足够大以便提供高清晰度(HD)观看体验。换句话说，在照明例如复值SLM的波段的扫描过程中，强度过渡区(从I_max＝1到I_min＝0)应该与仅约3mm的人眼入瞳近似一样大。该边界条件适用于基于静态扫描的照明方法(同时若干波场段)和基于动态扫描的照明方法。尽管可以使用扫描来增加照明的动态强度范围(或位深度)，但是必须满足重叠标准。

通过示例的方式，放置在z＝3m的观察者距离处的直视全息显示装置可以在显示装置的前方1.5m处产生物点。由观察者检测到的平均亮度为100cd/m²，因此导致入瞳的直径仅为2.9mm。这意味着使用圆形子全息图是足够的，该子全息图的直径仅为2.9mm。在所使用的子全息图的圆形区域内，必须存在波场段的强度分布的过渡区，该过渡区从I_max＝1到I_min＝0。强度分布的这种梯度是实用的。较大的梯度增加所得的点扩散函数，该点扩散函数表示图像形成，以不再能够获得高清晰度观看体验的方式。这也参考图1、2和3公开。

优选的强度分布在波场段的中心具有最大值，并且在波场段的边缘具有0(零)的值。此外，优选的是，沿着从波场段的中心到其边缘的方向，强度分布是连续的。这意味着优选避免强度分布中的阶跃。

描述了示例性实施例：

用于照明应用产品和/或成像应用产品的波场段的通用复值曲线取决于离散实施例，因此的波场段的形状和重叠波场段的布置。因此，可以关于离散应用产品和离散实施例优化相位分布和幅度分布。

可以为要组合的波场段提供的相位分布的实用方法是使用恒定的相位分布或连续的并且仅具有合理的小梯度(即，避免相位阶跃，例如

)的相位分布。相位轮廓中的较小阶跃也可以是有效的或实用的。在不失一般性的情况下，可以假设恒定的相位分布和互不相干的波场段。

强度分布应该提供要组合的波场段的恒定的总和或至少略微变化的总和。例如，可以根据重叠条件组合矩形或方形波场段，如例如图6或7所示。可以看出，存在例如平行于图11中所示的强度分布的x-轴和y-轴的一维截面，其类似于例如图4中所示的一维截面。

关于二维分布，它取决于波场段的形状和将各个波场段组合在一起的方法。图9和10中所示的特殊的锥形分布是用于此的示例。这里，优选的是，在波场段的中心提供分布的最大值(其是例如1(一)的值)，并且在波场段的边缘处提供0(零)的强度值，并且分布的函数是连续的，即不存在阶跃。

从图9中可以看出，若干函数(例如以其西格玛(sigma)值定制的高斯函数，即通过改变全宽半最大延伸的值来定制)可以在过程中用于接近理想值，该理想值导致组合的波场段的恒定总强度。换句话说，代替使用如图9所示的理想强度分布，例如，可以使用定制的高斯函数作为实际近似。可以使用显示轴对称分布的多个定制的圆形分布。这样的圆形分布也可以改变，以便更接近矩形足迹、方形足迹或六角形足迹。这意味着可以改变在叠加内使用的波场段的轴对称性，其发生在用这些波场段照明的SLM的入射平面中。换句话说，波场段的形状可以根据要求定制。

将例如高斯函数改变为例如图9中所示的函数也可以通过使用不同的参数沿不同的方向执行。这意味着高斯函数的sigma值对于不同的方向是不同的。例如，对于方形波场段，定制的高斯函数的sigma值σ(0°)可以与σ(90°)相同，但可以与σ(45°)不同。这里，σ(0°)是与x-轴平行的方向，并且σ(90°)是与y-轴平行的方向。这也适用于可以被选择为例如类余弦函数的其它函数，其可以像这样定制和优化以便获得足够恒定的总强度分布。因此，例如10％的局部但固定的变化可以被容易地补偿。为此，可以将校准与查找表(LUT)结合使用。

与矩形波场段相比，如图7所示的六角形波场段需要不同的强度分布，以便提供恒定且均匀的总强度。波场段的理想强度分布取决于波场段的足迹(或形状)以及用于将所有波场段放在一起成为组合波场的网格。可以使用通用过程以便产生所需的强度分布。

可以选择初始强度分布I_k(x,y)，其可以被称为起始强度分布。这里，k是迭代的索引，其可以是例如1或2(k∈Ν)。该强度分布I_k(x,y)可以遵循使用亮中心和在波场段的边缘处变迹减小到值0(零)的通用过程。标准分布可以使用线性下降的强度分布。

然后，可以将具有初始或起始强度分布I_k(x,y)的波场段相加，以便形成初始总强度分布Σ_ij(I_k(x,y))。第一次迭代步骤的总强度分布是Σ_ij(I₁(x,y))。第k次迭代步骤的总强度分布是Σ_ij(I_k(x,y))。索引i和j是相加以便填充或完成用于作为例如全息显示装置的背光单元(BLU)的照明应用产品的平面或者用于例如在HMD或全息HMD中同时符合重叠条件填充或完成用于成像应用产品的平面的各个波场段。这里，i,j∈Ν。索引i和j可以类似地用于寻址彼此横向移位的矩阵或矩阵集。索引i和j是必须被相加并且必须产生均匀的总强度分布的波场段。

为了简单起见，可以假设由索引i和j标识的所有波场段的恒定相位分布

应该提供的恒定强度分布或者甚至应该可以生成为波场段的总和的任意强度分布的差异被计算。预期的设计或目标强度分布可以被称为Σ_ij(I_T(x,y))。通过使用由索引i和j表示的所有波场段来生成总和。这类似于添加由索引i和j标识的矩阵的元素。在第k次迭代中获得的强度Σ_ij(I_k(x,y))与目标强度分布Σ_ij(I_T(x,y))的偏差由下式给出：

ΔΣ_kT＝Σ_ij(I_k(x,y))-Σ_ij(I_T(x,y))。 (2)

可以使用是两个强度分布之间的偏差的这种差异以便形成校正值强度分布。该校正值类型强度分布用作要添加到初始强度分布的附加偏移。换句话说，这种δ型分布示出了存在太高强度的区域以及存在太低强度的区域。必须减去太高的值，并且必须加上太低的值。这意味着各个波场段的初始强度分布可以在产生强度峰值的区域中增加，并且可以在产生太低强度值的区域中减小。因此，获得最终强度分布。这指出只有一个短迭代，即只使用一个差异分布。

例如，索引t可以用于标记局部重叠的波场段的数量。对于使用矩形或方形波场段的图6所示的布置，t的值为4。并且对于使用六角形波场段的图7所示的布置，t的值为3。

由等式(2)给出的差ΔΣ_kT可以除以t，例如，在使用如图6所示的矩形波场段的情况下，差ΔΣ_kT可以除以4。可以从初始强度分布中减去所获得的强度分布以获得校正轮廓：

I_k+1(x,y)＝I_k(x,y)-ΔΣ_kT/t。 (3)

离散过程取决于离散应用产品和最终应该获得的校正水平。对于全息三维显示装置，例如±5％的强度变化可以是可接受的。变化可以通过例如使用考虑可能仍然存在的小强度变化的子全息图的编码的查找表(LUT)来校准和校正。这适用于照明应用产品以及成像应用产品。这意味着可以针对照明SLM的平面或针对在诸如全息HMD的装置内呈现给观察者的视场(FOV)执行强度轮廓或强度分布的优化。

为了校正波场段的强度轮廓或强度分布，考虑仅与单个波场段有关的区域可以是足够的。可以立即校正整个强度分布。对于使用在待优化的整个平面中恒定的目标强度分布I_T(x,y)的情况，即I_T(x,y)在整个平面内具有例如1的值，则仅优化波场布置的一个单波场段以进行求和是足够的。这种优化的强度分布(其可以是复值的，但其是例如结合恒定相位的强度分布)可以用于待彼此组合的所有波场段。在提供合理的更大数量的波场段和仅沿着待优化的平面略微变化的目标强度分布I_T(x,y)的情况下，单个优化的强度轮廓或优化的强度分布可以用于波场段。可以通过使用校正因子乘以要优化的平面中存在的每个波场段来完全校正波场段。在提供少量波场段和显示沿着待优化的平面的强局部变化的目标强度分布I_T(x,y)的情况下，应该优化整个平面。这意味着可以针对待优化的平面中存在的每个波场段获得单独优化的强度轮廓或强度分布。可以如已经上面所述执行优化。

例如，如图7中所示的六角形波场段的优化可以如上所述进行，以便提供恒定且均匀的总强度分布或甚至通常是复值的任意强度分布。通常，可以通过使用对称操作来优化强度轮廓或强度分布。这意味着仅在波场段的一部分内存在的强度轮廓或强度分布被优化并且然后被复制或倍增，以便用优化的强度分布填充或提供整个波场段。为此，它参考图8中所示的强度分布。一个象限(例如，Q1(未示出))可以通过旋转围绕旋转轴的象限Q1获得的强度轮廓或强度分布来优化并然后转移到其他三个象限Q2、Q3和Q4(未示出)，该旋转轴位于波场段的中心，即在是波场段局部坐标系的中心点的x_tile＝0和y_tile＝0处。

如果波场段在图7的左侧如图所示布置，则即使引入与理想六角形网格间距的小横向偏差，在中心具有最大值的六角形锥形强度分布(其在波场段的边缘处线性地减小到0(零)的值)具有与平均强度值相比小于5％的变化的总强度分布。波场段的精确的强度分布和精确横向放置将导致精确恒定的强度分布。因此，对于多种应用产品，可以优选使用这种类型的波场段。这意味着可能不需要从其他强度分布开始，这些强度分布必须通过应用所公开和描述的过程进一步优化。这表明分割的六角形网格间距导致用于波场段的强度轮廓或强度分布的复杂性降低。

这也意味着对于多个应用产品来说，交错波场段的六角形网格类型可以是优选的。在使用例如相比于六角锥形函数更接近高斯函数的强度分布的情况下，也可以使用六角形网格类型以用于定位要以嵌套方式组合的波场段。这意味着波场段的六角形放置也可以应用于例如具有圆形足迹(或形状)而不是六角形足迹(或形状)的波场段。

如已经公开的，图14示出了嵌套的六角形波场段的总强度分布。每个六角形波场段的六个波场段的强度分布以线性方式从波场段的中心到边缘减小。所示的图案是通过使用如图11所示的嵌套的六角形波场段的布置来获得。引入与理想六角形网格的略微横向偏差。与平均强度值1(一)的偏差在±5％的范围内。即使引入用于放置波场段的理想六角形网格的略微横向偏差，也仅存在小的强度变化，例如，由于略微的错位。

靠近波场段之间的线性过渡区可以是优选的。因此，放大的高斯型或余弦型强度分布是优选的并且可以是实用的。可以提供具有平均强度值I₀和在照明SLM的平面内存在的与其高达±5％甚至高达±10％的偏差的强度分布。可以校准这种强度分布或具有甚至更大变化的甚至强度分布，以便生成存储在查找表(LUT)中并且用于将子全息图编码到SLM中的校正数据。

以下说明主要涉及扫描照明和光的局部调光：

可以使用光的局部调光来增加由观察者检测到的三维场景或物体的整体图像对比度。更具体地，局部调光增加了可以呈现给观察者眼睛的动态范围。

旨在在高亮度和高动态范围(HDR)显示装置内使用局部调光。为此目的，可以使用基于激光的实施例。产生的光谱转换动机是基于由显示装置的照明装置发射的光的相干特性的降低。通过使用所公开的光谱转换方法，可以将完全不相干光呈现给观察者。

光谱转换(其特别是可以用于二维(2D)显示装置、立体2D显示装置、投影显示装置或立体投影显示装置)的有利特征是实现显著更高的帧速率和/或显著功率节省的能力，这对移动设备特别重要。

例如，来自默克(Merck)公司的高折射率液晶(LC)E44对于红色波长650nm而言具有普通折射率n_o＝1.5225和额外的普通折射率n_e＝1.772，其可以用于提供宽的色域。因此，可以通过使用d＝1.31μm的单元厚度来提供0和1之间的透射调制。对于405nm的波长，E44具有普通折射率n_o＝1.5598和额外的普通折射率n_e＝1.9023。因此，可以通过使用略小于d＝0.6μm的单元厚度来提供0和1之间的透射调制。因子1.31²/0.6²＝4.77定义了可以作为增加的帧速率获得的因子。也可以提供接近5的该因子以减少显示面板的能量损失而不改变初始帧速率。这表明对于诸如电视的标准型二维显示装置也使用光谱转换是非常有吸引力的。

甚至更短波长的使用取决于显示装置中使用的光学部件的整体光谱透射率以及在暴露例如紫外线(UV)时液晶(LC)的长期化学稳定性。

DE 102007049029 A1的文献公开了一种使用光谱滤波器的定制特性的光谱转换。该方法可以进一步发展为使用根据本发明的显示应用产品的光谱转换的实施例。在以下部分中描述和解释这种布置或过程。无论是使用前照灯单元还是背光单元，该装置或设备的入射平面都包含抗反射涂层，该抗反射涂层为用于激发染料或量子点(QD)材料的波长提供最大透射率。可以在SLM的平面(其可以例如通过使用LC材料形成)的前方或后方提供装置中的第一表面，该第一表面为激发波长提供高透射率。提供第二表面，该第二表面反射激发波长。因此，路径长度加倍，其中路径长度存在于光谱转换材料内。同时，朝向用户空间的电介质多层涂层显示出所产生波长的高透射率。可以另外使用QD材料和介电层型滤波器的结构。

换句话说，可以通过使用特殊设计的介质滤波器叠层来获得激发波长的路径长度加倍并且允许仅将产生的波长发射到用户空间。这些介电层型滤波器叠层可以通过使用标准涂层技术制造。

在提供关于所使用的光谱转换材料的高度的非常小的像素的情况下，光谱转换材料可以嵌入在二维网格内，这避免了所产生的光谱转换信号的串扰和空间拖尾。

用于例如在局部调光方法中激发QD材料的特定光谱发射的不同颜色的空间分离可以通过使用光栅和微透镜阵列的组合来获得。这意味着，例如不同的UV波长将照明图案化QD-矩阵的不同部分。QD-矩阵可以包含例如具有不同光谱发射的三种QD-材料。还可以获得不同的光谱吸收。

通常，可以使用诸如基于布拉格衍射的体光栅的复用体光栅的衍射效率的光谱和角度特性，以便获得不同的光谱或角度分离的部件(即光束或波段)的图案化空间分离。

因此，诸如UV激光器的单个光源可以用于提供三个局部调光波场，其以不同角度进入复用体光栅几何形状。例如，可以提供第一扫描单元，其使用楔形背光单元(BLU)并且从SLM或显示装置的底线扫描。另外，可以提供第二扫描单元，其也使用楔形背光单元，但是从SLM或显示装置的顶部扫描。此外，可以提供第三扫描单元，其也使用楔形背光单元，但是例如从SLM或显示装置的左侧扫描。所有三个扫描单元可以使用相同的主光源，例如UV激光器，即相同的UV波长。

除了使用复用体光栅(例如基于复用布拉格衍射的体光栅)的衍射效率的光谱和/或角度特性之外，还可以考虑体光栅的偏振选择性。因此，可以通过使用基于用于基于扫描的局部调光的光的正交偏振状态的分离的分离来复用不同的扫描几何形状。

然而，还可以提供诸如偏振滤波器或偏振光栅的偏振元件，以便局部地阻挡光的偏振状态。因此，使用偏振光栅(例如，聚合偏振光栅)也可以被考虑以便提供滤色器更换的能力。

局部调光和扫描照明的示例和实施例：

局部调光可以用于增加动态范围，该动态范围可以由三维场景或物体的观察者识别。因此，必须实现一种照明装置，该照明装置能够提供背光单元的段的局部寻址以便在时间上和/或空间上照明SLM的区域。这种照明装置可以用于扫描照明、局部调光或两种过程。

例如在图15中示出了显示可以被选择以便实施照明装置的局部调光和/或扫描操作的基本原理的装置。

在两倍因子10x变形光束伸展装置的前方提供部分照明的实施。具有限定的角度差的两个光束B1和B2被扫描镜元件SM反射。扫描镜元件SM和准直单元CL的距离等于准直单元CL的焦距。从准直单元CL的前焦点射出的光在该准直单元CL的后方进行准直。因此，光束B1和B2彼此平行。强度分布I(t,x,y,RGB)可以被定义为局部调光的要求。如已经公开的，t是时间，x和y是准直单元CL的出射平面的坐标，以及RGB表示使用的不同颜色。

诸如扇出激光束的光束的二维扫描是有效且实用的，并且可以以合理的低成本实现。如果将机械应力施加到诸如全息显示装置的装置上，则照明SLM的强度分布的略微重叠可以降低看见间隙的风险。

例如，MEMS或声光调制器(AOM)可以用具有略微角度差的若干光束或波场照明。因此，可以并行扫描诸如激光束的多个光束。这意味着扫描单元不得跨越该区域的整个角度范围，例如，准直单元的16：9形状的出射平面。沿着一部分(其例如仅1/4甚至更少)扫描是足够的。

平行使用的光束越多，必须并行提供的时间调制光束就越多，以便将扫描单元照明为角度间隔的射线束。这些不同的射线束需要单独的强度调制。它们最初可以通过将主光源的光束分成所需的多个光束来产生。

对于每个主波长使用诸如激光器的单个主光源确保对于具有相同波长的每种颜色具有射线束。例如，使用一组蓝色光源承受波长不匹配的风险，波长不匹配由于时间变化也可以是动态的。如果使用多个不同的主光源，则必须确保Δλ≤0.1nm的光谱偏移的最大值。然而，优选为每个原色提供单个主光源。

SLM的均匀照明相当于实现存在于准直单元的出射平面处的平顶矩形强度分布。单个光束或波场的实际强度分布可以接近锥形体的截头体。重叠区或区域以这样的方式设计，即如果重叠区或区域与相邻的重叠区或区域叠加，则可以实现1的和值。

为了将衍射效应保持在实际范围内，应该限制形成沿两个方向扫描的射线束的单个光束的直径。例如图18和20中使用的光束直径是实用的。这些光束直径例如通过使用x0.2的因子更进一步的减小是不实用的。离散值取决于所使用的离散实施例。

可以通过使用单个二维扫描MEMS镜元件来实现提供局部调光的分段照明的实际布置。MEMS镜元件可以布置在准直单元的前焦平面中。光束(其例如具有高斯强度轮廓或分布)可以进行二维扫描，以便在时间上填充准直单元的孔的所需部分，其可以是例如具有纵横比为16：9的正方形区域。

如果提供360Hz的帧速率和时序RBG操作，则调光型操作或扫描型操作的一个帧仅为1/360s。此外，仅使用单个帧的一部分来照明SLM。这意味着例如仅提供1/1000s以提供所需的特征。这进一步意味着必须提供kHz操作频率和并行操作。

例如，快速扫描镜使用扁平线圈，该扁平线圈平行于镜定向并且被集成在镜结构内，位于高场强镜的顶部。这种磁致动器原理比静电方法更快。由于使用磁体，因此需要更多的体积，例如，几立方毫米(mm³)多。

可以通过使用声学光学调制器(AOM)来获得更快的扫描，该声学光学调制器具有附接在诸如石英板或蓝宝石板的例如压电换能器(PZT)的一侧处并且产生诸如布拉格光栅的光栅的移动的压电换能器。

由于存在于孔处的衍射效应，在准直单元的出口处，即在诸如基于体光栅的楔形变形光束伸展的光束伸展的前方提供像素型SLM不是优选的。如果在准直单元的出射平面内实现幅度调制，则优选平滑分布。这例如可以通过使用光学寻址的SLM(OASLM)来实现。换句话说，可以通过使用光学寻址的SLM来获得平滑强度分布，其提供局部调光区域。第四波长可以用于沿着光学寻址SLM扫描并且沿着光束路径进一步阻挡。第四波长不用作成像波长。它仅用于光学地寻址OASLM。因此，例如，为此可以使用近红外波长。

在诸如全息显示装置的装置中减少数量的有源元件降低了制造装置的成本。因此，利用单个MEMS镜元件的扫描(其通过使用多个时间调制光束照明)可以是最实用的过程。

如果需要的话，可以提供另外的光束整形元件以将高斯型光束轮廓或分布改变为平顶分布或锥形体分布。通常，包括相位分布和幅度分布的光束整形可以以这样的方式在装置中实现，即最终获得的复值轮廓或分布可以在以局部调光的方案照明的SLM的入射平面内被优化。

可以使用多个调制器(例如基于MEMS的调制器、基于光纤的调制器、基于AOM的调制器或甚至基于LC的调制器)以便提供形成二维扫描光束的单个光束的时间调制。这还包括基于光纤的调制器，例如，马赫曾德(Mach-Zehnder)型调制器，其可以在kHz范围内提供幅度调制和相位调制。

可以使用另外的过程来提供与例如相位SLM或复值SLM或SLM夹结合的全息编码。因此，在装置中的光束扩展之前，可以提供对应于局部调光帧的所需强度轮廓或分布的强度分布。

例如，复值SLM(其例如在透射或反射中工作)可以布置在透镜(其是例如平凸透镜)的前方。傅立叶(Fourier)平面(其是该透镜的后焦平面)包含跨越在第0衍射级和其他衍射级之间的区域。可以切割该区域以阻挡干扰光。任意强度轮廓或分布可以例如通过使用迭代傅立叶变换算法(IFTA)在该区域中编码，该迭代傅立叶变换算法足够快以用于该局部调光强度轮廓或分布的实时编码。还可以使用预计算，具有用于分布的值的查找表，或者“将从全息视频传递的值作为局部调光型元数据”以用于局部调光强度分布的编码。

代替使用用于编码局部调光强度分布的傅立叶平面，可以使用更接近SLM的平面的平面，其中可以对放置在一个平面中的物点进行编码。编码还可以在不同平面中生成物点，以便补偿由于变形光束伸展引起的深度变化。换句话说，编码必须考虑诸如显示装置之类的装置的整个设计。

在图16中，示出了提供扫描和调制的部分照明的基于光栅的实施。另一种方法可以是使用相位光栅或偏振光栅，其可以至少沿一个维度产生任意衍射功能。可以提供有源型相位光栅以跨越光的足够角度范围。因此，可以生成平面波的限定角谱，其可以用于扫描照明或用于条纹型局部调光。另一光栅或第二光栅可以设置在与一个光栅或第一光栅的交叉配置中，以便寻址光的第二角度定向。相位光栅可以产生单个光栅周期的不同衍射级，或者它也可以表示不同光栅周期的叠加。因此，如果实现具有有源型相位光栅的二维局部调光，则可以提供宽的设计自由度。

对应于单个扫描镜元件的使用，有源型光栅也可以用射线束照明，这些射线束在一个或两个维度或方向上具有角度差。

优选使用诸如激光束的光束，其不显示互相干性。为此，可以提供相干性准备。对此的一种解决方案可以是对所使用的射线束使用延迟线。这和例如两个以折射或反射工作的交叉阶跃/阶梯型实施例的使用已经进行了描述。以合理的低成本提供这一点的实施例可以提供将主光源分成通过提供例如3x4＝12个光纤的光纤束所需的多个光束。各个光纤应该引入光程长度，光程长度从光纤到光纤不同。光程差应该大于所使用的主光源的相干长度，其例如是10mm。偏振回收允许在此使用不保持偏振的光纤。

然而，基于自由空间传播的实施例也可以以紧凑的形式实现，其结合了相干准备和光束或射线的调制。实现相干准备的一种方法是使用光谱转换。

关于使用激光器作为用于二维成像的光源，有利的是实现用于产生不相干照明的光谱转换。这提供了散斑图案的消除，该散斑图案可以由观看所示的场景或物体的内容的观察者识别。代替将例如电子束扫描和指引到在阴极射线管(CRT)内的RGB发射结构化荧光掩模上，诸如激光束的光束可以被扫描并被指引到提供光谱转换的平面上。可以实现若干实施例。

最简单和直接的过程可以是使用具有短波长的光源，例如405nm、365nm、355nm或更小的波长。例如，可以以合理的低成本获得在这些波长下工作的激光器。不推荐使用更短的波长，因为吸收损失，其可能存在于所使用的光学部件中。使用红外(IR)波长以用于例如通过使用双光子过程扫描并且转换成可见光谱不够节能。

转换平面可以形成为非结构化或结构化平面。结构化光谱转换平面可以等效地形成滤色器图案，该滤色器图案被放置在待照射的SLM的入射平面上。优选使用量子点(QD’s)代替经典荧光材料。这是基于量子点可以仅在半高全宽(FWHM)下提供例如15nm的光谱宽度的事实。仅需要低技术努力的过程可以是提供非结构化光谱转换层和用于待照明的SLM的结构化滤色器。

三重陷波滤波器涂层可以用于仅为三个原色提供确定的光谱透射率。图27示出了三重陷波滤波器的光谱透射率。图27指出了未通过三重陷波滤波器传输的光谱范围也可以用于光谱转换。例如，405nm的波长可以用于激发针对450nm发射而优化的量子点。490nm的波长可以用于激发针对520nm发射而优化的量子点。并且，570nm的波长可以用于激发针对647nm波长的发射而优化的量子点。这意味着可以使用可见光谱中的谱线，其被转换成可见光谱中的其他谱线。

使用量子点的发展是吸收和发射的定制光谱。这意味着只有很小的光谱带宽才能产生小的光谱发射。因此，可以使用三种不同的波长以产生三种不同的颜色，这三种颜色被选择性地发射。因此，可选实施例是包含三个光谱分离扫描部分的扫描单元。三个光谱分离波场的组合可以通过提供一组二向色滤光片或包含定制涂层的X-立方体来执行。

同颜色的空间分离可以通过提供光栅和微透镜阵列的组合来获得。这在图28中示意性地示出。图28示出了诸如基于复用布拉格衍射的体光栅的体光栅VG和具有SLM的组合RGB像素的间距的微透镜阵列ML的组合可以如何被利用以便获得不同光谱分量的空间分离。体光栅VG设置在透明基板S上。包含体光栅VG的透明基板S在光束路径中跟随微透镜阵列ML。并且，微透镜阵列ML跟随滤色器阵列CF。从图28中可以看出，体光栅VG对各个彩色光束RGB产生不同的偏转角，并且将这些彩色光束RGB指引到微透镜阵列ML的各个透镜上。微透镜阵列ML的透镜将各个彩色光束RGB聚焦在滤色器阵列CF的对应部分上，即聚焦在滤色器阵列CF的对应滤色器(红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器)上。

尽管图28示出了可以如何提供滤色器阵列CF的光谱分配照明，其例如布置在待照明的SLM的入射平面中，但是该实施例也可以用于照明结构化量子点阵列。

体光栅VG也可以具有聚焦功能。折射微透镜阵列可以由衍射微透镜阵列(其是例如基于布拉格衍射的体光栅)代替。然而，由于已建立的技术，微透镜阵列的对准可以是优选的。

可以通过使用例如仅三个短波长来获得更高的帧速率。这是SLM的通用过程，其不限于提供局部调光(其例如可以是基于扫描照明)的高动态范围。换句话说，这可以显著加快二维(2D)或二维(2D)立体显示装置的帧速率。

例如，405nm的波长可以用于通过使用边缘照明配置或甚至局部调光过程来照明SLM。如果假设液晶(LC)在λ＝650nm(其可以用于提供红色原色的宽色域)具有普通折射率n_o＝1.5225和额外的普通折射率n_e＝1.772，则折射率之间的差是Δn＝n_e-n_o＝0.2495。因此，具有π的相位差的调制需要1.3μm的厚度。对于405nm的波长，色散公式为Δn＝n_e-n_o＝1.9023-1.5598＝0.3425。因此，对于405nm的波长，π的调制仅需要0.561μm的液晶厚度。与650nm的波长相比，这是2.3倍。如果例如ECB(电子代码本)模式用于调制液晶，这将导致5.3倍，这可以获得以增加帧速率。还可以保持初始帧速率固定并将电压降低5.3倍。这也是重要的优点，以便减少SLM本身内的电力损失。然而，该过程也可以同时用于更高的帧速率和更低的电压。例如，帧速率可以增加>2倍。并且，同时电压可以减小>2倍。

宽参数范围可以适应于光谱转换。这特别适用于使用相干光源的局部调光照明。

还可以修改提供局部调光的扫描，以便实现非扫描成像。这意味着，例如，可以实现单光束扫描、使用一组光束的扫描、线扫描或强度分布在要用局部调光的强度分布照明的图像SLM的入射平面上的成像。可以调整多个投影仪设计，以便利用非扫描操作实现局部调光，例如在图23中可以看到。单个主光源可以被分成待单独调制的m x n个二级光源或扩展光源。或者，可以使用一组光源、光源阵列、光源型自发光显示装置、SLM、DMD或LCoS型SLM(硅上液晶)。还可以使用光源阵列并且实现这些光源阵列的扫描，换句话说，使用光源SLM的时间平铺。

虽然基于衍射光学系统的变形光束伸展可以提供具有平面波的角谱的紧凑准直照明，例如，小于1/120度或甚至单个平面，弯曲或任意形状的波，包含至少两个体光栅的基于楔形的背光单元的一个体光栅可以通过使用非球面镜元件或反射自由形式表面来代替。这不能像基于两个体光栅的准直楔形背光单元那样紧凑，但仍然对于例如应用基于扫描的局部调光是实用的。

可以在投影显示装置内实现散斑减少的实施，以便避免使用显示尺寸移动的散射箔，该散射箔例如用在电视显示装置内。对于每个光束或二次光源而言，实施谱γ₁₂和互相干性|μ12|减小可以是有利的，该二次光源可以是具有例如圆形形状且最好没有点光源的横向延伸光源。不相干的波场段被成像到照明图像SLM的背光单元的出射平面上。

可以提供实现不同光程长度的光纤阵列，以减少单个光源、多个光源或所使用的光源阵列的时间相干性。在另一种方法中，可以使用两个透射或反射的阶梯型光学元件，它们交叉并且布置在望远镜或4-f装置内。

例如通过使用定制阵列型光学器件的不同光程长度的补偿可以被使用。这种定制阵列型光学器件(其也可以通过使用光学元件阵列形成)可以实现为有源部件。有源部件与扫描同步，以便提供不同光程长度的最佳补偿。例如，作为光源的激光二极管阵列，例如竖直腔表面发射激光器(VCSEL)，可以设置有微透镜阵列。微透镜阵列提供准直的单独修改，以便补偿到待照明的SLM的不同光程长度。这意味着阵列的每个激光二极管包含优化的校正元件。校正元件可以仅实现为相位元件或者实现为复值光学元件。这意味着可以使用相位校正和优化的切趾轮廓。可以针对单独扫描区域的中心优化校正，该单独扫描区域由单个光束或波场段寻址并且通过使用局部调光放置在待照明的SLM的入射平面内。除了固定的校正之外，还可以实现动态校正。例如，可以提供可变形的镜元件。使用微透镜也是一种选择，微透镜通过使用例如类似音圈的布置沿其光轴移动。动态元件可以形成为光学元件阵列或形成为单个元件。可以将校正元件阵列动态地寻址为单个阵列型元件。或者，可以单独动态地寻址阵列的各个元素。一个边界条件是合理的快速波前形成，其必须遵循扫描过程。然而，使用的波场段越多，各个波场段所需的调制就越慢。还可以使用一组基于交叉液晶的有源型光栅或有源型偏振光栅来校正在扫描操作期间可能需要的局部光程长度相关的像差。

在全息显示装置中使用的局部调光的另一边界条件是避免在小于观察者眼睛的数值孔径的数值孔径处的子全息图的部分照明，从而降低所示的三维物体的空间分辨率。因此，全息显示装置的局部调光优选地实现为逐帧操作。到显示装置的照明装置的出射平面(其可以是待照明的SLM的入射平面)上的第一强度分布的图像可以提供这种帧型局部调光。

虽然已经示出和描述了本发明的特定元件、实施例和应用，但是应当理解的是，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下特别是鉴于前述教导进行修改。

Claims (32)

1.一种用于生成包括物点的二维和/或三维物体的装置，包含：

-至少一个空间光调制器装置，所述至少一个空间光调制器装置用于对入射光进行调制，

-光学系统，所述光学系统被设计和设置成在平面中提供波场的分割，其中提供所述波场的所述分割的所述平面与包含所述物体的所述物点的平面不同，其中相邻的分段波场确实具有相互重叠。

2.根据权利要求1所述的装置，其中提供至少一个光导元件，所述至少一个光导元件与所述光学系统组合。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述光学系统以这种方式设置在所述至少一个光导元件内，即提供定义的波场解耦，或者所述光学系统至少设置在所述光导元件的一个表面处。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中所述至少一个空间光调制器装置是自发光空间光调制器装置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中提供具有至少一个光源的照明装置。

6.根据权利要求1或5所述的装置，其中在照明光束路径和/或成像光束路径中提供所述波场的所述分割，由此生成波场段，其中相邻的波场段形成在所述波场段之间的重叠区域。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述照明装置包含发射波场以便生成波场段的至少两个单独光源。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述照明装置的各个光源设置为生成对应的波场段。

9.根据权利要求1所述的装置，其中重叠波场段的所述波场彼此互不相干。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述波场是复值波场，其中所述复值波场的强度分布被调整，以使由所述重叠波场段生成的总强度分布是均匀强度分布。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包含用于所述波场的所述分割的至少一个光栅或反射层。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述光栅被设计为一维光栅或者被设计为沿两个方向矩形的光栅或沿两个方向六角形的光栅。

13.根据权利要求1所述的装置，其中用于照明所述至少一个空间光调制器装置的各个波场段以在时间帧内存在的幅度被单独地控制。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述波场段的所述重叠至少在限定的时间帧内在待照明的所述空间光调制器装置的区域内或在由所述空间光调制器装置成像的整个区域内生成。

15.根据权利要求14所述的装置，其中至少在限定的时间帧内照明所述空间光调制器装置的整个区域或对所述空间光调制器装置的整个区域成像而生成的所述波场段的所述重叠在时间扫描过程中执行，所述限定的时间帧相当于图像帧Δt的一部分。

16.根据权利要求5所述的装置，其中至少两个光源被设计为彼此组合的激光器或发光二极管。

17.根据权利要求16所述的装置，其中至少两个光源彼此组合，其中分配给所述至少两个光源的至少一个布拉格谐振器镜元件或衍射波长稳定配置为所述至少两个光源提供单个光谱输出波长，所述光谱输出波长不超过作为发射的光源线的相互差值的Δλ₀≤0.1nm的极限。

18.根据权利要求16所述的装置，其中至少两个光源彼此组合，其中分配给所述至少两个光源的至少一个布拉格谐振器镜元件为所述至少两个光源提供单个光谱输出波长，所述光谱输出波长不超过所发射的光的光谱线宽的Δλ≤0.1nm的极限。

19.根据权利要求17或18所述的装置，其中所述光源被设计为激光二极管。

20.根据权利要求1所述的装置，其中扫描单元提供用于执行波场段的时空扫描。

21.根据权利要求1所述的装置，其中光束整形元件提供用于将由单独控制的光源提供的入射波场转换为限定的复值波场段。

22.根据权利要求21所述的装置，其中转换入射波场的所述光束整形元件被设计为旋转散射板或旋转散射箔或动态光束整形扩散器。

23.根据权利要求1所述的装置，其中提供高动态范围成像和/或高亮度成像。

24.根据权利要求1所述的装置，其中生成强度分布，所述强度分布在波场段的中心具有最大值并且在所述波场段的边缘处具有零值，其中所述强度分布从所述波场段的中心到边缘是连续的。

25.根据权利要求1所述的装置，其中波场段内的相位分布是恒定相位分布或连续相位分布。

26.根据权利要求1所述的装置，其中所述空间光调制器装置的部分照明所需的光强度分布通过有源相位光栅或有源偏振光栅来生成。

27.根据权利要求1所述的装置，其中光谱转换层设置在所述空间光调制器装置的入射平面处。

28.根据权利要求27所述的装置，其中量子点用作所述光谱转换层的材料。

29.根据权利要求27或28所述的装置，其中所述光谱转换层和用于初级光色的结构化滤色器阵列，或者用于初级光色的三重陷波滤波器的组合提供用于执行光谱转换。

30.根据权利要求1所述的装置，其中光栅和微透镜阵列提供用于生成不同光谱分量的空间分离。

31.一种用于在显示装置中生成分段波场的方法，包含：

-从光的传播方向上看，在至少一个空间光调制器装置的前方或后方生成至少两个波场，

-通过光学系统在平面中分割所述至少两个波场，所述平面与包含要显示的物体的产生的物点的平面不同，并且

-生成与相邻的分段波场的重叠。

32.根据权利要求31所述的方法，其中在使用相干光源的情况下，执行光谱转换以用于提供所述波场段的互不相干性。

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