DE69119960T2 - Verfahren zum Erzeugen synthetischer Hologramme - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen synthetischer Hologramme

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines computergenerierten Hologramms, das, in einem Flüssigkristall-Lichtmodulator dargestellt, zur optischen Informationsverarbeitung verwendet wird.
  • Holographie ist die Technik, dreidimensionale optische Bilder zum Aufzeichnen, und späteren Wiedergeben, von Amplituden- und Phasenverteilungen der Störung einer kohärenten Welle zu erzeugen. Ein Hologramm ist eine fotographische Aufzeichnung, die durch das Aufzeichnen der Interferenzerscheinungen zwischen von einem Objekt reflektierten Wellen und damit kohärenten Wellen, den Referenzstrahlen, vom selben Laser erzielt wird.
  • Ein computer-erzeugtes Hologramm ist eine optische Information über die digitalen Daten der oben genannten Amplituden- und Phasenverteilung einer kohärenten Wellenverteilung an einer Aufzeichnungsposition; es wird erzeugt durch eine auf der Wellenoptik basierende Computersimulation. Mit Hilfe eines Flüssigkristall- Lichtmodulators gibt ein solches computer-erzeugtes Hologramm ein optisches Abbild wieder. Das heißt, eine an jedem Pixel des Flüssigkristall-Lichtmodulators anliegende elektrische Spannung wird je nach den Daten des computer-erzeugten Hologramms so gesteuert, daß die Durchlässigkeit oder Reflexion der Pixel verändert wird.
  • In einer Schicht aus Flüssigkristallen verdrehter nematischer Art in einem räumlichen Lichtmodulator sind die längeren molekularen Achsen von Molekülen der Flüssigkristalle von der Einfallseite zur Ausgangsseite hin um 90º verdreht, und die Polarisation des einfallenden, linear polarisierten Lichtes dreht sich entlang den längeren molekularen Achsen der Flüssigkristallmoleküle. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Schicht aus Flüssigkristallmolekülen verringert sich die Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle, und die Verdrehung der Polarisationsrichtung verringert sich, so daß die Durchlässigkeit der Schicht aus Flüssigkristallmolekülen mit der angelegten elektrischen Spannung verändert wird. Die Durchlässigkeit wird auf diese Weise räumlich über ein Steuern der angelegten elektrischen Spannung moduliert.
  • Wird die Amplitudenkomponente des Auflichtes durch die Steuerung der angelegten elektrischen Spannung moduliert, dann variiert die Länge des optischen Weges des Durchlichtes oder Reflexionslichtes mit der Durchlässigkeit oder der Verdrehung der Flüssigkristallmoleküle entsprechend der angelegten elektrischen Spannung. Die unterschiedlichen Lichtwege der Pixel, die durch die Wellenlänge des Auflichtes geteilt werden, erzeugen ein Phasenverzerrung, und diese Phasenverzerrung variiert je nach angelegter elektrischer Spannung. Entsteht eine solche Phasenverzerrung bei der optischen Informationsverarbeitung in einem kohärenten optischen System, das sowohl die Amplitude als auch die Phase des Lichtes verarbeitet, dann bewirkt die Modulation der Amplitudenkomponente des Lichtes unweigerlich eine unerwünschte Veränderung der Phasenkomponente. Notwendige optische Informationsverarbeitung kann darum nicht mit Hilfe von Flüssigkristall Lichtmodulatoren erfolgen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines computer-generierten, mit Hilfe eines Flüssigkristall-Lichtmodulators dargestellten Hologramms vorzuschlagen, bei dem das computer-erzeugte Hologramm nicht durch Phasenverzerrung beeinträchtigt ist.
  • Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines computergenerierten Hologramms, das in einem Flüssigkristall-Lichtmodulator dargestellt wird, der eine Mehrzahl von Zellen aufweist, von denen jede eine Mehrzahl von Pixeln enthält, die zwischen einem durchlässigen und einem nichtdurchlässigen Zustand geschaltet werden können, wobei in jeder Zelle Amplituden- und Phaseninformation aufgezeichnet wird, in der die Amplitudenkomponente durch die Fläche einer zwischen zwei durchlässigen Pixeln gebildeten Öffnung und die Phasenkomponente durch die Verschiebung des Zentrums der Öffnung gegenüber dem Zentrum der Zelle dargestellt werden, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • (a) Berechnen der Amplitudenkomponente und der Phasen komponente für jede Zelle,
  • (b) Hinzuaddieren einer Phasenverzerrungskomponente zu der berechneten Phasen komponente durch Anwendung von vorher abgeleiteten experimentellen Daten zur Phasenverzerrung in einem Pixel, um eine Änderung in der optischen Länge zu kompensieren, wenn die die Öffnung bildenden Pixel geschaltet werden, und
  • (c) Ändern der Lage der Öffnung in jeder Zelle entsprechend dem Resultat des Hinzuaddierschrittes.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein computer-erzeugtes Hologramm mit einem Flüssig kristall-Lichtmodulator ohne Phasenverzerrung dargestellt werden kann.
  • Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung, die auf eine bevorzugte Ausführungsform und die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, verdeutlicht. Es zeigt:
  • Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkristall-Lichtmodulators und seines Steuerteiles;
  • Figur 2 eine schematische geschnittene Ansicht eines Pixels des Flüssigkristall-Lichtmodulators;
  • Figuren 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen Diagramme der Orientierungsveränderung der Moleküle von Flüssigkristallen entsprechend der angelegten Steuerspannung;
  • Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung der Durchlässigkeit im Vergleich zur angelegten elektrischen Spannung;
  • Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung der Phasenverzerrung gegenüber der angelegten elektrischen Spannung;
  • Figur 6 zeigt ein Diagramm eines computer-erzeugten Hologramms Typ Lohmann;
  • Figur 7 zeigt ein Diagramm eines computer-erzeugten Hologramms nach Beispiel 1 mit korrigierter Phasenverzerrung;
  • Figur 8 zeigt ein Diagramm eines computer-erzeugten Hologramms Typ Lee;
  • Figur 9 zeigt eine graphische Darstellung einer komplexen Transmissionsfunktion g(a,b) eines computer-erzeugten Hobgramms in einer komplexen Ebene;
  • Figur 10 zeigt eine graphische Darstellung einer komplexen Transmissionsfunktion g'(a,b) mit der Phasenverzerrung eines computer-erzeugten Hologramms;
  • Figur 11 zeigt ein Flußdiagramm der Erzeugung eines computer-generierten Hologramms nach Beispiel 2;
  • Figur 12 zeigt eine Draufsicht auf ein Objekt, das durch ein computererzeugtes Hologramm reproduziert werden soll;
  • Figur 13 zeigt eine Draufsicht auf ein reproduziertes Abbild des Originalobjektes nach Figur 12 ohne Korrektur der Phasenverzerrung;
  • Figur 14 zeigt eine Draufsicht auf ein computer-erzeugtes Hologramm nach Beispiel 2 des Originalobjektes der Figur 12;
  • Figur 15 zeigt eine Draufsicht auf ein mit Hilfe des computer-erzeugten Hologramms nach Figur 14 reproduziertes Abbild.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es wird begonnen mit der Beschreibung der Phasenverzerrung, die entsteht, wenn ein computer-generiertes Hologramm mit Hilfe eines Flüssigkristall-Lichtmodulators sichtbar gemacht wird.
  • In Figur 1 ist ein Beispiel für einen Flüssigkristall-Lichtmodulator und seinen Treiber dargestellt. Ein Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 besteht aus einer Mehrzahl von Zellen 21 wovon jede eine Mehrzahl von Pixeln 6 umfaßt, die als zweidimensionale Matrix angeordnet sind. Ein Treiber des Flüssigkristall-Lichtmodulators 1 besteht aus einem ersten Teil 2, der elektrische Signalspannungen zuführt, und einem zweiten Teil 3, der elektrische Pixelauswahlspannungen zuführt. Der erste Teil 2 und der zweite Teil 3 sind jeweils mit X-Elektrodenleitungen 4 und Y-Elektrodenleitungen 5 verbunden.
  • In Figur 2 ist ein Abschnitt eines Pixel 6 des Flüssigkristall-Lichtmodulators 1 gezeigt. Eine erste transparente Elektrode 9 und eine zweite transparente Elektrode 10 werden auf ein erstes Glassubstrat 7 bzw. ein zweites Glassubstrat 13 aufgebracht. Flüssigkristalle der verdreht nematischen Art werden zwischen die beiden transparenten Elektroden 9, 10 eingefüllt, um eine Flüssig kristallmolekülschicht 14 zu bilden. Auf der zweiten transparenten Elektrode 10 wird für jedes Pixel 6 ein Schaltelement 11 gebildet, das mit einer X-Elektrodenleitung 4 und einer Y-Elektrodenleitung 5 verbunden wird. Ein Analysator 8 und ein Polarisator 12 sind außerhalb der Substrate 7, 13 im parallelen Nicol-Zustand angeordnet. Licht fällt auf der Seite des Polarisators 12 ein und tritt auf der Seite des Analysators 8 aus. Wie in Figur 2 schematisch dargestellt ist, sind elliptisch geformte Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet, daß ihre längeren Molekularachsen von der Einfallseite zur Austrittseite um 90º verdreht sind.
  • Der Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 wird auf die folgende Weise betätigt. Das auf den Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 auftreffende Licht wird vom Polarisator 12 in linear polarisiertes Licht in X&sub1;-Richtung umgewandelt, um in die Flüssigkristall molekülschicht 14 zu gelangen. Das linear polarisierte Auflicht besitzt die optische Rotationskraft, um die Polarisation entlang jeder längeren Molekülachse der Flüssigkristallmoleküle in der Schicht 14 zu drehen. Weil die Flüssigkristallmoleküle in der Schicht 14 um 90º verdreht sind, wird, wenn keine Treiberspannung an das Pixel 6 gelegt wird, das linear polarisierte Licht in X&sub1;-Richtung zu linear polarisiertem Licht in X&sub2;-Richtung auf der Austrittseite umgewandelt. Da andererseits der Analysator 8 und der Polarisator 12 im parallelen Nicol-Zustand angeordnet sind, wird das vom Pixel 6, dem keine elektrische Spannung zugeführt wird, ausgehende Licht vom Analysator 8 absorbiert.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Steuerung der Pixel 6 des Flüssigkristall- Lichtmodulator 1 erläutert. Um ein spezifiziertes Pixel aus der Anzahl der Pixel 6 zu steuern, führen der erste Teil 2 und der zweite Teil 3 dem Schaltelement 11 des spezifizierten Pixels über die entsprechende X- und Y-Elektrode 4 bzw. 5 ein Pixel- Auswahlsignal (nicht dargestellt) sowie eine (nicht dargestellte) Signalspannung VS zu.
  • Ist die Signalspannung gleich Null, verläuft die Polarisationsrichtung des Auflichtes senkrecht zu der des austretenden Lichtes, weil die Flüssigkristallmoleküle in der Schicht 14 um etwa 90º verdreht sind, wie dies in Figur 3(a) dargestellt ist. Wird die Signalspannung VS erhöht, verringert sich die Verdrehung der Polarisationsrichtung, siehe dazu Figur 3(b). Wird die maximale elektrische Spannung Vmax zugeführt, so verändert sich die Polarisationsrichtung des austretenden Lichtes so, daß sie parallel zu der des einfallenden Lichtes ist, wie es aus Figur 3(c) hervorgeht. Das heißt, das auf den Analysator 8 auftreffende Licht tritt aus und wird vom Analysator 8 nicht absorbiert.
  • In Figur 4 ist ein Beispiel für eine Beziehung der Durchlässigkeit T eines Flüssigkristall-Lichtmodulators 1 zur Signalspannung VS für eine Betätigung (nachfolgend V-T-Charakteristik genannt). Die Durchlässigkeit T kann räumlich für jede Zelle dadurch moduliert werden, daß die Stärke der einem Pixel 6 des Flüssigkristall-Lichtmodulators 1 zugeführte Signalspannung gesteuert wird.
  • Die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen verändert sich jedoch, wenn die zugeführte elektrische Spannung VS bei der Modulation geändert wird, so daß sich der optische Weg des Durchlichtes oder Reflexionslichtes in einem Pixel entsprechend einer Änderung der zugeführten Spannung VS oder der Durchlässigkeit verändert. Die sich aus der Differenz der optischen Wege zwischen den Pixeln 6 ergebende Phasenverzerrung variiert je nach der Durchlässigkeit, wie aus Figur 5 hervorgeht. Bei der optischen Informationsverarbeitung in einem kohärenten optischen System müssen sowohl Amplitude als auch die Phase gesteuert werden. Wird jedoch ein computer-erzeugtes Hologramm verwendet, um ein Abbild wiederzugeben, so geht mit der Modulation der Amplitudenkomponente eine unerwünschte Veränderung der Phasenkomponente einher, wie dies aus Figur 5 hervorgeht.
  • Die unerwünschte Wirkung auf die Phasenkomponente kann durch erfindungsgemäße Verfahren korrigiert werden, was nachfolgend beschrieben wird.
  • Unter Hinweis auf Figur 6 wird ein erstes Beispiel für ein Verfahren zum Erzeugen eines computer-erzeugten Hologramms erläutert. Figur 6 zeigt den Aufbau eines computer-generierten Hologramms, das allgemein als Hologramm Typ Lohmann bekannt ist. Eine Zelle 21 besteht aus m x n (8 x 8 in diesem Beispiel) Pixeln 6 eines Flüssigkristall-Lichtmodulators 1. Mit 22 ist eine in einer Zelle 21 angeordnete Öffnung bezeichnet. Bei einer Zelle 21 ist die Durchlässigkeit der Pixel 6 in der Öffnung 22 gleich eins, wohingegen die der anderen Pixel 6, die kreuzweise schraffiert dargestellt sind, gleich Null ist. Die Amplitudenkomponente für eine Zelle 21 wird als Bereich der Öffnung 22 ausgedrückt. Da die Breite W einer Öffnung 22 als Konstante angenommen wird, wird die Amplitudenkomponente durch die Höhe A der Öffnung 22 ausgedrückt. Die Phasenkomponente ψ wird andererseits als eine Distanz ΔP der Mitte der Öffnung 22 von der Mitte einer Zelle 21 in horizontaler Richtung ausgedrückt. Die Phasenkomponente ψ wird also durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • ψ = 2π (ΔP/m) (1)
  • wobei -&pi; &le; &psi; < &pi; und m die Anzahl der Pixel bezeichnet, die dem Abstand zwischen der Mitte der Öffnung 22 und der Mitte der Zelle 21 entspricht. Der Abstand &Delta;P' wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
  • &Delta;P'=m&psi;/2&pi; (2)
  • Wie erläutert, besteht in einem computer-erzeugten Hologramm Typ Lohmann eine Zelle 21 aus einer Mehrzahl von Pixeln 6, und ein Pixel 6 in einem Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 wird so gesteuert, daß Licht vollständig durchgelassen oder reflektiert wird oder gar nicht. Die Amplitudenkomponente wird als Bereich einer Öffnung 22 in einer Zelle 21 ausgedrückt, während die Phasenkomponente durch die Verschiebung der Mitte der Öffnung 22 gegenüber der Mitte der Zelle 21 dargestellt wird und als Position der Zelle in einer Richtung ausgedrückt wird. Die Pixel 6 einer Öffnung 22 werden so gesteuert, daß sie Licht vollständig durchlassen.
  • Wird ein computer-erzeugtes Hologramm Typ Lohmann aufgebaut, indem &psi; verwendet wird, das lediglich aus der Berechnung der Wellenoptik erzielt wurde, und wird ein solches computer-generiertes Hologramm im Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 dargestellt, dann tritt die oben anhand der Figur 5 erläuterte Phasenverzerrung auf, weil die Durchlässigkeit der Pixel in einer Öffnung 22 bei Anlegen einer Signalspannung an die Pixel 6 zur Erzeugung der Durchlässigkeit eins moduliert wird.
  • Um bei diesem Beispiel eine solche Phasenverzerrung zu korrigieren, wird eine weitere Phasenverzerrung, &Phi;, die in den Pixeln 6 aufgrund der Änderung des optischen Weges des Durch- oder Reflexionslichtes entsteht, zur Phasenkomponente &psi; hinzugefügt. Das heißt, der Abstand &Delta;P für die Phasenkomponente wird wie folgt berechnet:
  • &Delta;P=m (&psi; + &Phi;) / 2&pi; (3)
  • Wie in Figur 5 dargestellt, ist die Phasenverzerrung &Phi; gleich &pi;/2. Die Position der Pixel zur Anzeige der Phasenkomponente wird so entsprechend dem korrigierten Abstand &Delta;P der Gleichung (3) verändert.
  • Bei Verwendung eines solchen computer-erzeugten Hologramms für einen Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 kann die durch die Phasenverzerrung in den Pixeln verursachte Verschlechterung bei der bildlichen Wiedergabe des computer-generierten Hologramms vermieden werden. Eine gute Verarbeitung von kohärenter holographisch-optischer Information kann auf diese Weise verwirklicht werden.
  • Bezugnehmend auf die Figuren 7 bis 14 wird nachfolgend ein Verfahren zum Erzeugen eines computer-generierten Hologramms beschrieben, das im allgemeinen als Hologramm Typ Lee bezeichnet wird.
  • In Figur 8 ist die Struktur eines computer-erzeugten Hologramms Typ Lee dargestellt, bei der eine Zelle 31 aus horizontalen Anordnungen 31 besteht. Eine Anordnung 31 weist vier Pixel, 32, 33, 34 und 35, in horizontaler Richtung auf sowie Amplitude und Phasenkomponente eines computer-erzeugten Hologramms Typ Lee, wie sie in der Gleichung (4) ausgedrückt werden.
  • g = (a&sub1; + b&sub1;) + i(b&sub1; + b&sub2;) (4)
  • wobei g eine komplexe Transmissionsfunktion des computer-erzeugten Hobgramms Typ Lee in einem kohärenten optischen System ist, a&sub1; das positive Realteil von g, a&sub2; das negative Realteil von g, b&sub1; das positive Imaginärteil von g und b&sub2; das negative Imaginärteil von g ist.
  • Das heißt, a&sub1; ist die Amplitudenkomponente bei Phase &psi; = 0; a&sub2; ist die Amplitudenkomponente bei Phase &psi; = &pi;; b&sub1; ist die Amplitudenkomponente bei Phase &psi; = &pi;/2 und b&sub2; ist die Amplitudenkomponete bei Phase &psi; = 3&pi;/2. Dann wird die Darstellung dieses computer-erzeugten Hologramms Typ Lee mit dem Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 erzeugt, indem die Amplitudendurchlässigkeit entsprechend der Amplitudenkomponente für jedes Pixel 32 - 35, die der Phasenkomponente &psi; zugeordnet sind (= 0, 2/&pi;, &pi;, 3&pi;/2) moduliert wird, wie im Zusammenhang mit Figur 9 noch erläutert wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist eine Zelle für ein computer-erzeugtes Hologramm Typ Lee aus einer linearen Anordnung 31 von Pixeln zusammengesetzt. Ein Pixel 6 in einem Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 wird so gesteuert, daß seine Durchlässigkeit eine Abstufung anzeigt. Die Positionen der Pixel in einer Anordnung 31 stellen die Phasenkomponente dar, während die Amplitudenkomponente als die Durchlässigkeit der Pixel ausgedrückt wird, das heißt als Amplitudendurchlässigkeit Ta&sub1;, Ta&sub2;, Tb&sub1; und Tb&sub2;, die als die Projektionen der komplexen Transmissionsfunktion zu den Achsen a&sub1;, a&sub2;, b&sub1; und b&sub2; definiert sind, wie dies später im Zusammenhang mit Figur 9 dargestellt wird.
  • In Figur 9 ist ein Vektor einer komplexen Transmissionsfunktion g in einer komplexen Ebene dargestellt. Die als g(a,b) ausgedrückte komplexe Transmissionsfunktion wird in zwei Achsen, a&sub1;-Achse (&psi; = 0) und b&sub1;-Achse (&psi; = &pi;/2) zerlegt, und die Komponenten, Ta&sub1; und Ta&sub2;, entlang der beiden Achsen werden als Amplitudendurchlässigkeit entsprechend a&sub1; bzw. a&sub2; in Figur 8 definiert.
  • Wird ein computer-erzeugtes Hologramm Type Lee unter Verwendung der komplexen Transmissionsfunktion g aufgebaut, die lediglich auf der Berechnung der Wellenoptik basiert, und wird ein solches computer-erzeugtes Hologramm im Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 dargestellt, dann entsteht die weiter oben im Zusammenhang mit Figur 5 erläuterte Phasenverzerrung wegen der Durchlässigkeitsmodulation der Öffnungen 32 bis 35, wie im Beispiel 1 Da die Durchlässigkeit bei einem computer-erzeugten Hologramm Typ Lee so gesteuert wird, daß eine Abstufung entsteht, verändert sich mit der Abstufung auch die Phasenverzerrung In Figur 10 ist die komplexe Transmissionsfunktion g'(a,b) mit den Phasenverzerrungen &Phi;a&sub1; und &Phi;b&sub1; dargestellt, die bei dem Durchgang durch Flüssigkristall moleküle entstehen.
  • Figur 11 stellt ein Flußdiagramm zur Berechnung der komplexen Transmissionsfunktion g'(a,b) für den Aufbau eines computer-erzeugten Hologramms dar. In einem ersten Schritt wird eine komplexe Transmissionsfunktion g(a,b) von einer gewünschten Abbildung G(x,y) errechnet (Schritt S1), die von dem computererzeugten Hologramm wiederzugeben ist:
  • g(a,b) = G(x,y) exp (-2&pi;i(ax + by)) dxdy (5)
  • Dann wird g(a,b) entwickelt
  • g(a,b) = (a&sub1; + a&sub2;) + i(b&sub1; + b&sub2;) (6)
  • wobei
  • a&sub1; = g(a,b) cos &psi;, wenn cos &psi; > 0(7)
  • a&sub1; = 0 ansonsten
  • a&sub2; = g(a,b) cos &psi; - a&sub1;
  • b&sub1; = g(a,b) sin &psi;, wenn sin &psi; > 0
  • b&sub1; = 0 ansonsten
  • und
  • b&sub2; = g(a,b) sin &psi; - b&sub1;
  • Als nächstes werden die Amplitudendurchlässigkeitsfaktoren Ta&sub1;, Ta&sub2;, Tb&sub1; und Tb&sub2; für die Pixel 32, 33, 34 und 35 in einer Zelle (Anordnung) 31 aus der komplexen Transmissionsfunktion mit Hilfe des in Figur 11 (Schritt S2) dargestellten Verfahrens errechnet.
  • Danach werden die Phasenverzerrungen &Phi;a&sub1;, &Phi;a&sub2;, &Phi;b&sub1; und &Phi;b&sub2; der Pixel 32, 33, 34 und 35 in einer Zelle (Anordnung) 31 aus der Phasenverzerrungsfunktion P (V, &Phi;) im Vergleich zur angelegten Spannung VS, siehe Figur 5, errechnet, welche Funktion beispielsweise durch eine polynomale Entwicklung erzielt wird. Als nächstes wird auf der Basis des in Figur 11 (Schritt S3) dargestellten Verfahrens mit den errechneten Phasenverzerrungen eine komplexe Transmissionsfunktion g'(a,b) einschließlich der Phasenverzerrung errechnet.
  • Dann wird entschieden, ob die Differenz zwischen g'(a,b) und g(a,b) ausreichend gering ist oder nicht (Schritt S4). Es wird beispielsweise entschieden ob
  • g(a,b) - g'(a,b) / g(a,b) &le; K (8)
  • ist, wobei K beispielsweise als 0,1 angenommen wird.
  • Ist die Differenz klein genug, wird das ursprüngliche g(a,b) als endgültiger Wert angenommen (Schritt S5). Wird entschieden, daß die Differenz nicht klein genug ist, wird g'(a,b) als Basis g(a,b) eingesetzt (Schritt S6), und der Ablauffluß kehrt zu Schritt S2 zurück, um anschließend ähnliche Berechnungen durchzuführen.
  • Obgleich dies in Figur 11 nicht dargestellt ist, kann eine geeignete Gewichtsfunktion zur Beschleunigung der Konversion und zur weiteren Verringerung von g(a,b) - g'(a,b) verwendet werden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel für die Reproduktion einer Abbildung dargestellt. In Figur 12 ist ein gewünschtermaßen wiederzugebendes Bild G(x,y), d.h. der Buchstabe "F" gezeigt.
  • Wird die Phasenverzerrung für ein computer-erzeugtes Hologramm nicht korrigiert, wird, wie in Figur 13 dargestellt, mit einem Flüssigkristall-Lichtmodulator 1 ein verzerrtes Abbild produziert.
  • In Figur 14 ist ein computer-erzeugtes Hologramm dargestellt, bei dem die Phasenverzerrung mit Hilfe des oben erläuterten Verfahrens korrigiert wurde. Die Größe eines Punktes zeigt die Durchlässigkeit eines Pixels an. In Figur 15 ist eine Wiedergabe eines Bildes dargestellt, wie es mit diesem computer-erzeugten Hologramm erzielt wird, wobei der Wert von K im Konvergenzzustand (8) als 0,1 angenommen wird. Es wird deutlich, daß die Wirkung der Phasenverzerrung in hohem Maße kompensiert wird.
  • Bei den oben beschriebenen Beispielen wird ein normalerweise schwarzer Flüssigkristall-Lichtmodulator für die Sichtanzeige von computer-erzeugten Hologrammen verwendet. Das heißt, daß der Modulator normalerweise das einfallende Licht abschattet. Für einen normalerweise weißen Flüssig kristall-Lichtmodulator können computer-erzeugte Hologramme jedoch in ähnlicher Weise eingesetzt werden.
  • Es ist auch möglich, in ähnlicher Weise ein computer-erzeugtes Hologramm für einen Reflexionstyp-Flüssigkristall-Lichtmodulator zu erzeugen. In diesem Fall wird die aufgrund des Reflexionslichtes entstehende Phasenverzerrung berücksichtigt. Bei dem anhand des Beispiels 2 beschriebenen Verfahren wird dann beispielsweise der Reflexionsfaktor anstelle des Durchlässigkeitsfaktors verwendet.

Claims (1)

1. Verfahren zum Erzeugen eines computer-generierten Hologramms, das in einem Flüssigkristall-Lichtmodulator dargestellt wird, der eine Mehrzahl von Zellen (21) aufweist, von denen jede eine Mehrzahl von Pixeln enthält, die zwischen einem durchlässigen und einem nichtdurchlässigen Zustand geschaltet werden können, wobei in jeder Zelle Amplituden- und Phaseninformation aufgezeichnet wird, in der die Amplitudenkomponente durch die Fläche einer zwischen zwei durchlässigen Pixeln gebildeten Öffnung (22) und die Phasenkomponente durch die Verschiebung des Zentrums der Öffnung gegenüber dem Zentrum der Zelle dargestellt werden;
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
(a) Berechnen der Amplitudenkomponente und der Phasenkomponente für jede Zelle,
(b) Hinzuaddieren einer Phasenverzerrungskomponente zu der berechneten Phasenkomponente durch Anwendung von vorher abgeleiteten experimenten Daten zur Phasenverzerrung in einem Pixel, um eine Änderung in der optischen Länge zu kompensieren, wenn die die Öffnung bildenden Pixel geschaltet werden, und
(c) Ändern der Lage der Öffnung in jeder Zelle entsprechend dem Resultat des Hinzuaddierschrittes.
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