CN111406236A - 全息图的照明 - Google Patents

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伊恩·雷德蒙
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Abstract

本文限定了光学器件(例如光学器件的阵列)，所述光学器件(例如光学器件的阵列)形成光束以产生从虚拟源点发出的准直的或发散的/会聚的光束从而对全息图进行照明。还描述了光束从前面对反射全息图进行照明，以及光束与全息光学元件(HOE)镜结合能够实现对反射全息图的后面照明的另一构造。

Description

全息图的照明
技术领域
本发明涉及照明系统，该照明系统包括光源和光学器件的紧凑阵列以形成较大光束来产生准直的、发散的或会聚的光束，从而对全息图进行照明。特别地，本发明涉及第一构造以及第二构造，第一构造为光束从前面对全息图进行照明，在第二构造中光束与全息光学元件(holographical optical element，HOE)镜结合能够实现对反射全息图的后面照明。
背景技术
在本领域中需要提供一种可以产生高质量图像的用于均匀地照亮显示全息图的紧凑且完备的方法。最常见的是，全息图照明系统采用在全息图的前面和上面的聚光灯，其必须放置在与全息图本身的尺寸相当或比全息图本身的尺寸大的相对大的距离处，因此在许多应用中是体积大、不美观并且不实用的。此外，这样的灯的照明通常不是均匀的，在其分布的中心较强。许多应用将受益于与全息图本身紧密集成的紧凑照明系统。示例将包括要安装在墙壁上的显示全息图，如没有明显的额外的单独照明的普通的绘画或照片，以及汽车刹车灯或尾灯，其中不存在用于外部照明的空间。
理想地，这样的紧凑照明系统还对杂散光，特别是其它典型光源(诸如天花板聚光灯)或用于环境照明的任何其它光源不敏感，这些光源靠近用于对全息图进行照明的主光源的方向进行发射并且导致不期望的二次图像。
尽管已经存在对全息图进行照明的先前方法，但是所有这些方法都具有特定困难。例如，涉及在透射几何结构中使用反射全息图的US 6,366,371 B1具有较差的效率和杂散光控制。
相关的背景专利是Dausman的DE 10 2007 022 247 A1和Ceres的US14/253,733，上述文献通过引用并入本文。
因此，本发明的至少一个方面的目的是消除或减轻上述问题中的至少一个或更多个。
本发明的另一目的是提供用于形成光束以产生准直的、发散的或会聚的光束从而对全息图进行照明的改进的设备和方法。
本发明的至少一个方面的又一目的是提供作为通用图形介质的改进的全息显示设备，其适于广告、技术和医学可视化、工业和消费者应用(例如海报、3D照片、汽车照明等)。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种紧凑的全息显示设备，该紧凑的全息显示设备包括光源和光学器件的阵列以形成可以是准直的、发散的或会聚的较大光束来对全息图进行照明。每个光源可以具有被构造成对来自该光源的光进行标称准直的相应光学器件。
来自源和光学器件的阵列的聚集光束可以被配置成通过调整各个光学器件相对于光源的偏移来产生准直的、发散的或会聚的整体光束。
根据本发明的另一方面，提供了一种从与观看者即观看全息图的人相同的一侧对反射全息图的光束照明。
根据本发明的另一方面，提供了一种能够实现反射全息图的后面(即观看者的相对侧)照明的光束与全息光学元件(HOE)镜的结合。
根据本发明的另一方面，提供了一种能够发射光以对全息图进行照明并形成结果全息图像的照明单元，其中该照明单元包括各个光源和相应光学器件的阵列以形成整体准直的、发散的或会聚的光束。
根据本发明的另一方面，提供了一种全息显示设备，该全息显示设备包括：
照明单元，其能够发射光以对全息图进行照明并且形成结果全息图像，其中，该照明单元包括各个光源和光学器件的阵列以形成整体准直的、发散的或会聚的光束。
该全息显示设备还可以包括：
至少一个镜，其能够反射来自光源的光；
其中，从镜反射的光能够从全息图表面形成全息图像。
根据本发明的另一方面，提供了一种全息显示设备，包括：
照明单元，其能够发射光以对全息图进行照明并且形成结果全息图像，其中，照明单元包括各个光源和光学器件的阵列以形成准直、发散或会聚的照明；
至少一个镜，其能够反射来自光源的光；
全息图表面；
其中，从镜反射的光能够从全息图表面形成全息图像。
一般而言，本发明在于提供一种紧凑照明单元，该紧凑照明单元提供意在用于重现全息图像的光束。
在本发明中，用较小光源单元的阵列代替标准点或准直光源以产生执行相同功能的照明单元。该阵列实现了与标准照明单元相似的源亮度，但是具有更加紧凑的形式。
已经发现，通过提供更紧凑的照明单元，提供了以下技术优点：阵列使得能够产生低剖面光学器件，工业设计者随后可以使用该低剖面光学器件来使其全息照明系统的尺寸最小化。
因此，照明单元可以包括紧邻全息图的一个边缘布置的小光学单元的阵列。照明单元因此可以形成准直光并且形成大面积的准直参考光束。
因此，本发明的照明单元可以是紧凑的并且比现有技术中使用的系统小。本发明的照明单元的尺寸可以如图5a和图5b所示。常规光源的尺寸可以被描述为DxFLL，而根据本发明的阵列版本的尺寸可以被描述为DxFLA。在本发明中，FLA比FLL小得多，并且比例FLA：FLL小于约0.5:1；小于约0.25:1；小于约0.5:1；小于约0.1:1。
紧凑准直照明单元可以包括由激光器和/或LED形成的多个光源或光源的阵列。
全息显示设备还可以包括基板(例如玻璃基板)、附接至基板的全息图以及图像。
光学光源(即光学光单元)的阵列可以位于适当构造的全息图和基板的任何边缘。
在全息显示设备中，面向光源的阵列存在有用于形成照明光束的光学元件。该光学元件可以是凸透镜的形式。在替选实施方式中，元件可以是透射性或反射性的曲面镜或衍射光学器件。
照明单元可以被布置成形成发散的或会聚的光束，以表示在记录原始全息图时使用的参考光束。
此外，照明单元可以通过对光单元的紧密封装来被保持成小尺寸的，这可以通过使用形成为例如矩形、六边形或某个其它合适的嵌装形状的透镜元件来实现。
可以使用本发明的全息显示设备，其中反射全息图的光源包括单独的反射HOE或角度选择镜(例如WO 2010/076571，其通过引用并入本文)。还可以存在基板(例如玻璃基板)、全息图和形成的照明图像。
本发明还涉及使用准直阵列的多色照明。在该实施方式中，各个光源可以用于发射不同颜色的光，诸如从在一个封装中的不同的彩色LED发射不同颜色的光。每个LED封装对单个光学器件(透镜、镜等)进行照明。由于LED在空间上是分开的，因此每种颜色以不同的角度离开光学器件。分色镜(或HOE镜)可以用于通过选择性地调整不同颜色的反射的角度来确保多个波长是共线的。因此，光源的阵列可以发射彩色光，该彩色光可以被控制并且离开而到达分色镜(Dichroic Mirror)或HOE上。然后，光可以被反射以对全息图进行照明，从而产生多色图像。
本发明还涉及显示设备可以包括折反射准直元件的阵列的实施方式。折反射元件可以包括用于来自光源的光的折射、反射和全内反射(TIR)的表面的组合。因此，折反射元件可以使用折射、反射和TIR表面的组合形成光束。从阵列产生的光束可以如先前所描述的用于对全息图进行朝明。
本发明还涉及显示设备，根据本发明的另一实施方式，该显示设备包括抛物面镜(parabolic mirror)或通用反射器剖面的形式的用于形成准直光束的准直元件。在这些实施方式中，可以存在将光发射至可选地包括镜涂层的抛物面镜上的光源(例如LED或激光器)。可以形成可以在全息应用中使用的准直参考光束。可以存在抛物面镜的阵列，其中每个抛物面镜可选地具有位于其焦点中心处的光源(例如LED或激光器)。通常，每个抛物面镜可以包括镜涂层并且可以形成可以在全息应用使用的准直光束。
在替选实施方式中，显示设备可以包括用于产生从虚拟点源发散的光束的光学器件的阵列。通常，可以存在光学器件的阵列，每个光学器件包括偏移光源(例如LED)以产生从虚拟点源发散的光束。可以由显示设备对全息图进行照明。在一些实例中，用于对全息图进行照明的参考光束可以不需要准直光束，而是需要发散或会聚光束。元件的光学器件阵列可以被构造成产生看起来从虚拟源点发散的光束。
每个光源(例如LED)的位置可以相对于其局部光轴而偏离中心。折射光学元件的阵列或类似的光束形状可以利用本申请中讨论的其它类型的光学元件来实现。
因此，本发明涉及显示全息图，该显示全息图具有可以适用于广告或艺术显示的可广泛接受的成像介质。可替选地，所形成的全息图可以用于可以收取费用的任何其它商业目的。
本发明的全息图可以是透射或反射全息图。
一般而言，本发明在于提供显示全息图(即全息图)，该显示全息图可以是基本上完备的，提供可行的照明，并且可选地基本上对杂散光不敏感。
光源的电功率可以在总共大约10W至500W的范围内。
光源可以是任何适当的或合适的光源，并且可以是例如激光器或LED或其任何组合，包括每个例如红色、绿色和蓝色激光器或LED中的多个，或多于3种颜色。
本发明中的光源可以位于和/或定位在被照明的反射全息图的后面或基本后面(即，与观看图像的侧相对的侧)。这与光源被定位在全息图的前面的一般现有技术形成对比。因此，本发明涉及反射全息图，其中一个或多个光源位于和/或定位在所形成的全息图像的后面或前面。
一个或多个光源可以位于和/或定位在壳体或箱体内。因此，一个或多个光源可以基本上被封装在全息显示设备内，从而形成完备的设备。这与现有技术系统形成对比。在替选实施方式中，可以使用例如近距离镜将一个或多个光源定位在壳体的外部。
通常，所形成的全息图可以形成在壳体或箱体的内表面/内侧面上，然后可以从外部观看。因此，显示表面可以是基本透明的。
全息显示设备还可以包括光学器件，光学器件可以用于将发射的光重新引导或重新聚焦至用于形成的全息图的期望路径。
从照明阵列设备入射在全息图表面处的照明角度较高，通常为例如约50度至85度，或优选地为60度至85度，通常至少为约70度。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用如前述方面中的任一方面描述的全息显示设备来形成全息图像的方法。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：
图1a是根据现有技术的光源和相关联的光学器件的侧视图的表示；
图1b是图1a所示的光源和相关联的光学器件的前视图表示；
图2是如US 14/253,733中所描述的反射全息图的现有技术照明的表示；
图3a和图3b是根据本发明的实施方式的布置在全息图的底部并形成大面积的准直参考光束的小光学单元的阵列的侧视图表示和前视图表示；
图4是根据本发明的另一实施方式的用于反射全息图并包括HOE的准直光源的表示；
图5a和图5b是根据本发明的另一实施方式的在单个光学器件和准直照明阵列单元中使用的光源的表示；
图6是根据本发明的另一实施方式的使用准直阵列的多色照明的表示；
图7a和图7b是根据本发明的另一实施方式的使用折反射元件的阵列的低剖面准直光束的表示；
图8a和图8b是根据本发明的另一实施方式的抛物面镜或通用反射器剖面形式的用于形成准直光束的准直元件的表示；
图9是根据本发明的另一实施方式的用于产生从虚拟点源发散的光束的光学器件的阵列的表示；
图10a和图10b分别是根据现有技术的常规大照明系统和根据本发明的另一实施方式的利用阵列光学器件的紧凑版本的表示；
图11a、图11b和图11c示出了根据本发明的另一实施方式的紧密封装或嵌装在一起的光学元件的阵列；以及
图12a和图12b分别是使用常规大照明系统获得的强度均匀性以及根据本发明的另一实施方式的利用阵列光学器件的紧凑版本获得的强度均匀性的表示。
具体实施方式
一般而言，本发明的实施方式在于提供一种紧凑照明单元，该紧凑照明单元提供意在用于重现全息图像的参考光束。用较小光源单元的阵列代替标准光源，以在紧密接近全息图的较小封装中执行相同的功能。该阵列实现了与标准照明单元相似的光源亮度，但是具有更加紧凑的形式。
通过提供更紧凑的照明单元，提供了以下技术优点：阵列使得能够产生低剖面光学器件，工业设计者随后可以使用该低剖面光学器件来使其全息/照明系统的尺寸最小化。本发明人首先认识到下面讨论和举例说明的这样的技术优点。
图1a是反射全息图10的现有技术常规照明的侧视图表示。示出了光源12(例如激光器或LED)、基板14(例如玻璃基板)、大的照明单元16、镜或HOE 18和图像20。
图1b是图1a所示的表示的前视图，其示出了准直照明22。
图1a和图1b所示的照明设备的缺点在于使用的大的照明单元16。
图2是如US 14/253,733中描述的反射全息图的现有技术照明的表示。在图2中，示出了光源30(例如激光器或LED)、凹面镜或HOE(32)、HOE或角度选择镜34、全息图36和图像38。
在图2中，光源30以用于透射全息图的典型构造来定位。然而，添加了HOE 34以反射照明，使得光现在与反射图像全息图的原始参考光束匹配。这种构造具有如专利申请US14/253,733中详细描述的几个优点，该专利申请是先前的发明人的申请并通过引用并入本文。这样的布置具有一些优点诸如不易受可能降低图像38的对比度的环境照明的影响。
图1a、图1b和图2中所示的图示出了用于对全息板进行照明，进而从全息板生成图像的光源和相关联的光学器件。在两种情况下，照明模块的尺寸至少扩展到全息板的完全尺寸，其中光源和准直光学器件分别定位在全息板的顶部和底部。这具有许多缺点。
与图1a、图1b和图2中所示的照明技术相比，本发明的实施方式涉及使用从光源的阵列(即多个光源)得到的准直照明。这提供了特定的技术优点，例如与US 14/253,733相比减小了照明单元的体积。
已经发现，使用大面积LED芯片和准直器的常规照明产生了朝向全息图的边缘显著下降的强度分布。本发明解决了这个问题。通过利用较小光源的分布式阵列，已经发现可以产生具有对全息图的更均匀的照明的更紧凑系统，并且因此提高了最终全息图像的质量。
本申请的发明人寻求找到用于对全息图像板的照明的理想光源，并且已经发现期望光源可以优选地具有以下特性中的至少一个或更多个：
·光源的波长应当匹配或尽可能地匹配全息记录激光器的波长；
·光源的光谱带宽应当比全息图的光谱带宽小或与全息图的光谱带宽近似地匹配；以及
·来自光源的光束应当优选地被配置成与用于记录全息图的参考光束几何形状匹配，并具有优良的光束质量(准直或集光率)以产生高分辨率重建全息图像。
在下文中，将描述根据本发明的实施方式的适用于对全息板进行照明的紧凑光源。
图3a和图3b是根据本发明的实施方式的布置在全息图的底部并形成大面积准直参考光束的小光学子单元的阵列的表示。每个子单元包括光源和准直光学器件。图3a是示出了用于反射全息图的准直光源的产生的侧视图，图3b是示出了用于反射全息图的准直光源的产生的前视图。
特别地，图3a示出了紧凑准直照明单元形式的照明单元100，照明单元100包括光源的阵列，即至少两个或更多个光源或者多个光源。紧凑子单元110的尺寸通常可以在5mm至50mm的范围内，但是不限于该范围。通常，针对最大光学效率来使用阵列中的子单元的紧密封装。
紧凑准直照明单元100可以包括由激光器和/或LED形成的多个光源或者光源的阵列。图3a还示出了基板102(例如玻璃基板)和图像106，如果全息图104由膜制成则全息图104被安装在该基板102上。来自紧凑光源110的光从基板102反射，以形成全息图104和图像106。
图3b示出了可以存在子单元110的阵列，以形成用于全息图104的准直照明。来自子单元110的光被示为以准直照明112发射。
因此，图3a和图3b示出了本发明，并且示出了存在位于全息图104和基板102的底部/下侧处的光学单元110的阵列。光从光源的阵列100发射至基板102上以形成全息图104和图像106。
照明单元100可以在覆盖从约400nm至640nm的可见光谱的波长下工作。子单元110具有形成大面积光束112的功能。
通过参照图3a和用于紧凑准直照明单元100的轮廓框118，可以看出，与图1a和图1b所示的常规系统中所示的尺寸相比，这种紧凑准直照明单元具有减小的尺寸。
图3b示出了在光源110的每一个上方存在用于形成准直照明112的光学元件120。在该实施方式中，光学元件120是凸透镜的形式。
光学子单元110每个均能够对来自源诸如LED或激光器的光进行准直。准直可以利用透镜实现，但也可以利用反射器实现。准直度(或光束质量)等同于或优于利用图1a和图1b所示的单个源/大准直光学器件所实现的准直度。
形成光阵列的光学照明单元100和相关联的子单元110也可以被布置成形成整体发散或会聚的光束，以表示在记录原始全息图时使用的参考光束。这可以通过将单元内的光源的偏移布置成使得输出角度在子单元之间逐渐变化来完成。
可以使用形成为矩形、六边形或某个其它合适的嵌装形状的透镜元件来实现光子单元110的紧密封装。
图4是根据本发明的另一实施方式的用于反射全息图并包括HOE的准直光源的表示。在图4中，存在紧凑准直照明单元210，其包括如先前图3a和图3b描述的激光器和/或LED的阵列。在该实施方式中，存在单独的反射HOE或角度选择镜212，如US 14/253,733中所描述的。还存在基板214(例如玻璃基板)、全息图216和形成的照明图像218。
因此，图4中形成的准直光是使用与图3a和图3b中描述的类似的紧凑准直照明单元形成的。因此，与由诸如图1a和图1b中所示的现有技术中发现的单个光源或大准直光学器件所实现的相比，这样的设备具有与先前描述的相同的相应技术优点，例如减小的尺寸和等同的准直度(或光束质量)。
图5a和图5b是基于阵列光学器件和单个光学器件以产生用于全息图的参考光束照明的准直光束的照明系统的表示。特别地，图5a示出了用于形成准直照明单元312的光源310的阵列(即N×子单元)诸如激光器和/或LED的阵列。与图5a相比，在图5b中，存在单个准直器314。
在图5a中，存在多个光源310(即，光源310的阵列)。在光源310上方存在一系列用于形成准直光的光学元件316。
附图有助于说明基于阵列的方法如何能够实现与常规的单个光学系统具有等同的光束质量的准直光束。参照图5b和等式1，准直光束的质量被定义为光束宽度(D)和光束的发散角度(q)的正弦的乘积，因此光束质量为D×sin(q)。参照图5a，阵列的单个光学子单元的光束质量为d×sin(q)，其中d是子单元的宽度。由于阵列的总宽度包括(N)个单元(d)的宽度，那么(N×d＝D)，从而产生等同于D×sin(q)的单个光学器件情况的阵列的光束质量。通过选择用于子单元光学器件中的LED芯片的尺寸(l)和光学器件的焦距(FLA)，已经发现，可以匹配由使用较大的LED芯片尺寸(L)和准直器焦距(FLL)的常规照明器实现的准直角度(q)。准直角度(q)的等同通过确保芯片尺寸与光学焦距的比率在两种情况下相同即[(l/FLA)＝(L/FLL)]来实现。
Figure BDA0002457823300000101
等式1
因此，这示出了如通过上述光束质量定义所定义的，使用由本发明提出的光源的阵列提供了与单个光学系统的准直光束等同的准直光束。
本发明人还发现，可以确保由该阵列收集的总光通量等同于或高于大LED芯片常规单个源选项的总光通量。因此，与准直度相结合，阵列的有效亮度可以匹配单个LED/光学器件的有效亮度或优于单个LED/光学器件的有效亮度。这通过下面图10a和图10b的详细描述来说明。
本发明中的光学器件阵列的设计可以包括以下内容：
可以通过诸如注射成型的技术来复制单个集成的多光学透镜/光学器件；
通过光学挡板控制各个光单元之间的杂散光；以及
使强度分布中的任何“栅格”图案最小化。
理想地，不需要将透镜阵列中的部件主动地对准。因此，可以实现将LED芯片放置在单个PCB上以及制造透镜阵列的容限，以使得部件能够卡入到位。
图6是根据本发明的另一实施方式的使用准直阵列的多色照明的表示。特别地，图6示出了用于使用不同的彩色LED实现多波长照明的一种构造。分色镜(或HOE镜)用于确保多波长共线。
在图6的图中，存在子单元410的阵列，在子单元410的阵列中光被控制并离开而到达分色镜或HOE 412上。镜412以不同的角度布置，使得不同颜色的光成为共线的。然后，光被反射至全息图416上，然后被全息图416反射以形成图像418。
图7a和图7b是根据本发明的另一实施方式的使用折反射元件的阵列的低剖面准直光束的表示。特别地，图7a示出了LED或激光器形式的光源510。在光源510上方定位有平面镜形式的镜涂层512，镜涂层512将光向下反射回具有镜涂层520的凹表面514。如图7a所示，使用折射光学器件和反射光学器件的组合形成准直光束516，更一般地，折射光学器件和反射光学器件的组合被称为折反射光学器件(http://www.luxeonstar.com/assets/downloads/carclo-guide.pdf)。
如图7a所示，在例如区域518处发生全内反射(TIR)。
图7b示出其中存在用于形成准直光束552的折反射光学器件550的阵列的实施方式。如上所描述的，准直光束可以在全息应用使用。
图8a和图8b是根据本发明的另一实施方式的抛物面镜或通用反射器剖面的形式的用于形成准直光束的准直元件的表示。图8a示出了光源610(例如，LED或激光器)将光发射至包括镜涂层614的抛物面镜612上。如图8a所示，这形成了准直光束616。如上所描述的，光束616可以在全息应用中使用。
图8b示出了抛物面镜650的阵列，其中每个抛物面镜650具有位于其焦点中心处的光源610(例如LED或激光器)。类似于图8a，每个抛物面镜652包括镜涂层654并且形成可以在全息应用中使用的准直光束656。
图9是根据本发明的另一实施方式的用于产生从虚拟点源发散的光束的光学器件的阵列的表示。在图9中，示出了虚拟点源710。如图9所示，存在光学器件712的阵列，每个光学器件包括偏移光源714(例如LED)以产生从虚拟点源710发散的光束。存在形成的全息图716。
在图9所示的实施方式中，在一些情况下，用于对全息图进行照明的参考光束可能不需要准直光束，而是需要发散或会聚光束。元件714的光学器件阵列可以被构造成产生看起来从虚拟源点710发散的光束718。
每个光源714(例如LED)的位置相对于其局部光轴而偏离中心。图9所示的示例使用折射光学元件712的阵列，然而可以利用本申请中讨论的其他类型的光学元件来实现类似的光束形状。
图10a详细示出了根据现有技术的常规准直照明单元的示例。图10b详细示出了根据本发明的基于具有减小的体积的光学器件的阵列的等效的照明系统。
在图10a中存在反射全息图810的现有技术常规照明的表示。左手侧是常规准直照明单元的侧视图，右手侧是常规准直照明单元的前视图。示出了单个大面积光源812(例如激光器或LED)、基板814(例如玻璃基板)、大的照明单元816、镜或HOE 818和图像820。
在图10b中，左手侧是侧视图，右手侧是前视图。通过参照图10b和用于紧凑准直照明单元900的轮廓框918，可以看出，与图1a和图1b所示的常规系统中所示的尺寸相比，紧凑准直照明单元900具有减小的尺寸。
在图10b的右手侧，示出了在光源910中的每一个的上方存在用于形成准直照明912的光学元件920。在该实施方式中，光学元件920是凸透镜的形式。
通过参照图10b，下面的细节说明了与单个光学照明器相比光学器件阵列如何能够更紧凑并且产生更高亮度的光束。这里详细描述的全息图的尺寸是200mm宽乘以120mm高，并且由参考光束以70度的入射角对全息图进行照明。应当理解，任何照明系统的体积将与被照明的全息图的面积成比例。
在这个示例中，基于图10a的常规照明单元的体积约为200mm×120mm×40mm，而图10b的紧凑阵列版本的体积约为200mm×25mm×40mm，几乎是常规系统的体积的1/5。
还可以将图10a和图10b中所示的两个照明系统的强度进行比较，以示出基于阵列的方法可以被设计成产生等同的或更高的光强度。
为了比较，假设两个系统均具有10mm2的总LED发射面积，波长为635nm；即，在常规系统中具有单个10mm2的LED芯片，并且等效阵列(2行的10)包括20倍的0.5mm2的较小面积LED芯片。
因此，例如，可以假设来自图10a和图10b中所示的每个构造的总LED输出通量是等同的并且等于大约700流明。通过图10a所示的常规系统中的焦距FLL为120mm的单个反射器并且还通过在每个单独的光学透镜元件的焦距FLA为大约25mm的情况下的图10b所示的阵列方法，可以实现最终光束中1.6度扩展的等效准直。
两个系统的光学建模示出了在图10a所示的标准系统中收集了总输出LED通量的大约11.4％，而对于根据本发明的图10b所示的基于阵列的方法收集了大约15％。这转化为对于标准系统10a的35000尼特的最终照明强度和对于根据本发明的图10b中所示的基于阵列的照明器的更高的42000尼特的最终照明强度。
图11a、图11b和图11c是根据本发明的紧密地封装在一起的分别为六边形、菱形和正方形的各个光学元件的示例。这些形状的紧密封装不会在光学元件之间产生间隙。如果存在间隙，则会在照明光束的强度分布中存在暗带，这将降低全息图像的质量。
特别地，图11a示出了紧密封装在一起的在不同的光学元件1010之间没有间隙的六边形光学元件1010。在六边形光学元件1010的中心存在LED芯片1012。
图11b示出了紧密封装在一起的在不同的光学元件1020之间没有间隙的菱形光学元件1020。在菱形光学元件1020的中心存在LED芯片1022。
图11c示出了紧密封装在一起的在不同的光学元件1030之间没有间隙的正方形光学元件1030。在正方形光学元件1030的中心存在LED芯片1032。
图12a是根据现有技术的单个大光学系统1100的参考照明光束上的强度均匀性的示例。显示的边缘处的强度可以下降至光束中心处的强度的50％或低于光束中心处的强度。这是由来自LED的辐射图和由光学器件引起的光束的渐晕造成的。
相比之下，图12b包括根据本发明的照明子单元1200的阵列。每个照明子单元1200的亮度可以通过例如分别地改变阵列的每个LED的驱动电流来调整。以这种方式，可以将与光束中心相比的光束的边缘处的强度下降最小化至小于5％。其结果是当以更均匀强度的光束被照明时的改善的全息图像。这是优于现有技术的显著改进。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施方式，但是应当理解，与所描述的实施方式的偏离仍然可以落入本发明的范围内。例如，可以使用任何合适类型的光源或多个光源来形成全息图像。此外，可以使用任何合适类型的反射表面(例如，镜)。

Claims (15)

1.一种全息显示设备，包括：
照明单元，其能够发射光以对全息图进行照明并且形成结果全息图像，其中，所述照明单元包括各个子单元的阵列，每个子单元包括光源和相应光学器件，所述照明单元形成整体准直的、发散的或会聚的光束。
2.根据权利要求1所述的全息显示设备，其中，所述照明单元包括较小照明子单元的阵列，每个较小照明子单元包括光源和相应光学器件以控制其整体输出光束形状(例如准直的)，并且其中，所述较小子单元“被紧密封装”或被嵌装在阵列中使得它们之间不存在(或存在可忽略的)间隙。
3.根据权利要求2所述的全息显示设备，其中，所述较小照明子单元的阵列具有包括正方形、矩形或六边形的结构的周期性结构。
4.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述照明单元包括被布置在全息图的一个边缘处的子单元的阵列。
5.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述照明单元形成被用作用于反射或透射全息图的光源的光束。
6.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述照明单元是紧凑的，并且包括多个光学元件或光学元件的阵列以及由激光器和/或LED形成的多个光源或光源的阵列。
7.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述光源的阵列以大约400nm至700nm的波长工作。
8.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，靠近所述光源的阵列处定位有光学元件(例如透镜)，所述光学元件(例如透镜)用于形成准直的(或发散的或会聚的)照明，并且其中，所述光学元件是透镜或曲面镜的形式。
9.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述准直照明单元用于反射全息图，并且包括单独的反射HOE或角度选择镜使得所述反射全息图可选地从后面，即从与观看所述图像的侧相对的侧被照明。
10.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，形成多色照明，其中，所述各个光源发射不同颜色的光，诸如从不同的彩色LED发射不同颜色的光；并且其中，使用分色镜(或HOE镜)以确保来自每个照明子单元的多波长在朝向全息图被反射以形成结果全息图像时是共线的。
11.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述显示设备包括使用折反射元件的阵列的低剖面准直光束，并且其中，所述折反射元件包括凸反射表面，并且在所述凸反射表面上方定位有将光向下反射回所述凸反射表面的镜，并且其中，所述折反射元件使用折射光学器件和反射光学器件的组合来形成准直光束。
12.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述显示设备包括抛物面镜的阵列或通用反射器剖面以形成准直光束。
13.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，所述显示设备包括用于产生从虚拟点源发散的整体光束的光学器件的阵列。
14.根据任一项前述权利要求所述的全息显示设备，其中，存在光学器件的阵列，所述光学器件的阵列中的每个光学器件均包括用于产生从虚拟点源发散的整体光束的偏移光源(例如LED)。
15.根据权利要求14中任一项所述的全息显示设备，其中，每个光源(例如LED)的位置相对于其局部光轴而偏离中心，以便产生与所述照明单元成一定角度来传播的整体光束。
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