PL230164B1

PL230164B1 - Miniature, lens-free holographic projector of color images

Info

Publication number: PL230164B1
Application number: PL419368A
Authority: PL
Inventors: Michał Makowski; Marcin Bieda; Adam Kowalczyk; Jarosław Suszek
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-09-28
Also published as: PL419368A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest miniaturowy bezsoczewkowy holograficzny projektor obrazów barwnych, emitujący obraz barwny dwuwymiarowy.The subject of the invention is a miniature lensless holographic image projector that emits a two-dimensional color image.

Projektory holograficzne wykorzystują bezstratną fazową modulację światła, dzięki której uzyskuje się wyższą wydajność energetyczną procesu. Wykorzystują one dostępnie komercyjnie przestrzenne modulatory światła (ang. Spatial Light Modulator - SLM), umożliwiające modulację fazy odbijającego się od jego powierzchni światła bez znaczącej zmiany natężenia. Obraz na ekranie projekcyjnym formowany jest przez dyfrakcyjne kontrolowanie kierunku rozchodzenia się promieni światła, dzięki czemu do jasnych fragmentów wyświetlanego obrazu przekierowywana jest dyfrakcyjnie odpowiednio duża część mocy wiązki emitowanej przez laserowe źródło światła. Kontrola dyfrakcyjnego ugięcia biegu promieni odbywa się przez adresowanie modulatora SLM rozkładami fazowymi obliczanymi metodami holografii komputerowej.Holographic projectors use lossless phase modulation of light, which results in higher energy efficiency of the process. They use commercially available Spatial Light Modulators (SLMs), enabling modulation of the phase of light reflected from its surface without a significant change in intensity. The image on the projection screen is formed by diffraction control of the direction of propagation of light rays, thanks to which a sufficiently large part of the beam power emitted by the laser light source is diffractively redirected to the bright parts of the projected image. The control of the diffractive deflection of the rays is carried out by addressing the SLM modulator with phase distributions calculated by computer holography methods.

Z opisu patentowego EP3067754 znany jest projektor holograficzny wykorzystujący programowalny modulator SLM do reprodukcji obrazu. W rozwiązaniu tym wiązka światła z laserowego układu oświetlającego kierowana jest na ściankę boczną polaryzującego dzielnika wiązki. Wiązka odbita od pochylonej powierzchni dzielnika wiązki kierowana jest na modulator SLM, skąd po przekształceniu fazowym trafia na ekran umieszczony po przeciwnej stronie dzielnika wiązki. Projekcja animowana następuje w wyniku sekwencyjnego obliczania i wyświetlania na SLM hologramów typu kinoform, czyli takich, w których stan opóźnienia fazy światła jest reprezentowany z kwantyzacją umożliwiającą uzyskanie ponad 100 unikalnych poziomów.EP3067754 describes a holographic projector using a programmable SLM modulator for image reproduction. In this solution, the light beam from the laser illumination system is directed to the side wall of the polarizing beam splitter. The beam reflected from the inclined surface of the beam splitter is directed to the SLM modulator, from where, after phase transformation, it goes to the screen located on the opposite side of the beam splitter. The animated projection results from the sequential computation and display of kinoform holograms on the SLM, i.e. those in which the light phase delay state is represented with quantization allowing to obtain over 100 unique levels.

Z opisu patentowego US2008212040 znany jest projektor holograficzny z boczną konfiguracją układu oświetlającego modulator światła SLM, wykorzystujący przejście światła przez kostkę światłodzielącą lub pryzmat na zasadzie całkowitego wewnętrznego odbicia światła. W rozwiązaniu tym konieczna jest kolimacja wiązek za źródłem światła, oraz dwukrotne przejście przez pryzmat lub płytkę światłodzielącą.From the patent description US2008212040 a holographic projector with a lateral configuration of the lighting system of the SLM light modulator is known, using the passage of light through the light splitter or prism on the basis of total internal light reflection. In this solution, it is necessary to collimate the beams behind the light source, and to pass through the prism or the light splitting plate twice.

Z opisu patentowego patentu GB2438681 znany jest projektor holograficzny wykorzystujący holograficzne kształtowanie koherentnego frontu falowego do wytworzenia obrazu barwnego. W rozwiązaniu tym źródło światła laserowego generuje co najmniej dwie skolimowane wiązki światła o różnej długości fali. W innym rozwiązaniu, opisanym w patencie US9383591, do wytwarzania obrazu barwnego zastosowano trzy źródła światła laserowego formujące jednocześnie trzy składowe barwne obrazu na ekranie projekcyjnym, które postrzegane są przez ludzkie oko jako kolorowe.The patent specification GB2438681 describes a holographic projector that uses holographic shaping of a coherent wave front to produce a color image. In this solution, the laser light source generates at least two collimated light beams of different wavelength. In another solution, described in the patent US9383591, three laser light sources are used to produce a color image simultaneously forming three color components of the image on a projection screen, which are perceived by the human eye as colored.

Znane rozwiązania projekcji holograficznej oparte są na dodatkowych elementach refrakcyjnych kolimujących wiązki oświetleniowe, optycznych elementach orientujących polaryzację wiązki, a także na elementach powiększających kąt rozsyłu projekcji.Known solutions of holographic projection are based on additional refractive elements collimating the lighting beams, optical elements orienting the beam polarization, as well as on elements increasing the projection angle.

Obecność dodatkowych elementów powiększa straty światła na skutek zależnych od długości fali odbić fresnelowskich i absorpcji w objętości materiału. W celu zwiększenia kąta projekcji stosuje się zwykle układ soczewek kolimujących, co wpływa na komplikację układu optycznego i zwiększenie gabarytów projektora. Natomiast wstępna kolimacja wiązki powoduje silną widoczność zerowego rzędu ugięcia na ekranie projekcyjnym. Zasłonięcie pola świetlnego formującego zerowy rząd ugięcia wymaga zastosowania dodatkowych elementów optycznych komplikujących justowanie.The presence of additional elements increases the light loss due to the wavelength-dependent Fresnel reflections and the absorption in the material volume. In order to increase the projection angle, a system of collimating lenses is usually used, which complicates the optical system and increases the dimensions of the projector. On the other hand, the initial collimation of the beam causes a strong visibility of the zero-order deflection on the projection screen. Covering the light field forming a zero deflection order requires the use of additional optical elements that complicate the alignment.

Miniaturowy holograficzny projektor obrazów barwnych posiadający quasi-punktowe źródła światła w postaci trzech diod laserowych emitujących światło koher entne o kolorach podstawowych i polaryzacji liniowej, przestrzenny modulator światła, oraz element pryzmatyczny odbijający światło w kierunku przestrzennego modulatora światła z wykorzystaniem zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia, a którego powierzchnia dolna od strony przestrzennego modulatora światła jest równoległa do powierzchni czynnej modulatora, według wynalazku charakteryzuje się tym, że element pryzmatyczny składa się z trzech pryzmatów umieszczonych w torze optycznym źródeł światła, z których każdy jest zwrócony powierzchnią boczną do oddzielnej diody laserowej, a każdy pryzmat ma wypukłą powierzchnię boczną i wypukłą powierzchnię odbijającą, przy czym między powierzchnią dolną pryzmatów a powierzchnią czynną przestrzennego modulatora światła jest wprowadzona przezroczysta warstwa imersyjna o współczynniku załamania dopasowanym do współczynnika załamania szkła, z którego wykonany jest każdy pryzmat, przy czym każda dioda laserowa jest osadzona obrotowo w obudowie głowicy dookoła osi stożka emisji światła emitowanego w kierunku wypukłej powierzchni bocznej pryzmatu usytuowanego w jej torze optycznym.Miniature holographic color image projector with quasi-point light sources in the form of three laser diodes emitting coherent light with primary colors and linear polarization, a spatial light modulator, and a prismatic element reflecting light towards a spatial light modulator using the phenomenon of total internal reflection, and which The lower surface on the side of the spatial light modulator is parallel to the active surface of the modulator, according to the invention, the prismatic element consists of three prisms placed in the optical path of the light sources, each of which faces a separate laser diode with its side surface, and each prism has a convex side surface and a convex reflecting surface, a transparent immersion layer with a refractive index of doping is introduced between the bottom surface of the prisms and the active surface of the spatial light modulator equal to the refractive index of the glass from which each prism is made, each laser diode is rotatably mounted in the head housing around the axis of the light emission cone emitted towards the convex side surface of the prism situated in its optical path.

Korzystnym jest, jeżeli pomiędzy pryzmatami jest umieszczona cienka warstwa absorbera z materiału pochłaniającego światło.Preferably, a thin absorber layer of light-absorbent material is placed between the prisms.

PL 230 164 B1PL 230 164 B1

Korzystnym jest, jeżeli każda dioda laserowa jest osadzona w obudowie za pośrednictwem cylindrycznego mocowania wykonanego z czernionego aluminium.Preferably, each laser diode is embedded in the housing via a cylindrical mount made of blackened aluminum.

Korzystnym jest także, jeżeli krzywizna wypukłej powierzchni bocznej i wypukłej powierzchni odbijającej pryzmatów jest dobrana do danej długości fali światła emitowanego przez diody laserowe.It is also advantageous if the curvature of the convex side surface and the convex reflecting surface of the prisms is matched to the given wavelength of the light emitted by the laser diodes.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia miniaturyzację konstrukcji holograficznego projektora holograficznego w wyniku eliminacji soczewek kolimujących wiązki oświetlające oraz w wyniku zastosowania bocznego toru oświetlającego z pryzmatem posiadającym moce optyczne, co efektywnie oddala źródła światła bez konieczności fizycznego ich przemieszczania. Pozwala także na minimalizację strat światła w wyniku zastosowania imersyjnej warstwy na modulatorze SLM zmniejszającej odbicia fresnelowskie oraz w wyniku eliminacji płytek półfalowych lub ćwierćfalowych obracających polaryzację światła na rzecz fizycznego obrotu diod laserowych w celu regulacji orientacji polaryzacji oświetlenia.The solution according to the invention enables the miniaturization of the construction of a holographic holographic projector as a result of the elimination of lenses collimating the illumination beams and as a result of the use of a side illumination path with a prism having optical powers, which effectively moves away the light sources without having to physically move them. It also allows to minimize light losses as a result of applying an immersive layer on the SLM modulator that reduces fresnel reflections and as a result of the elimination of half-wave or quarter-wave plates rotating the light polarization in favor of the physical rotation of the laser diodes in order to adjust the orientation of the light polarization.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elementy głowicy projekcyjnej w widoku rozstrzelonym, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny głowicy projekcyjnej wraz z zaznaczonym biegiem wiązki światła, a fig. 3 przedstawia pryzmat w rzucie izometrycznym.The invention is illustrated by an exemplary embodiment in which Fig. 1 shows the elements of the projection head in an exploded view, Fig. 2 shows a longitudinal section of the projection head with the light beam path marked, and Fig. 3 shows the prism in isometric view.

Miniaturowy bezsoczewkowy holograficzny projektor obrazów barwnych został zrealizowany w przykładowym wykonaniu jako miniaturowa głowica projekcyjna.A miniature lensless holographic color image projector was realized in an exemplary embodiment as a miniature projection head.

Jak przedstawiono na fig. 1, 2, miniaturowa głowica projekcyjna posiada metalową obudowę 6, w której są zamontowane quasi-punktowe źródła światła w postaci trzech diod laserowych 1,2, 3 emitujących światło koherentne o kolorach podstawowych i polaryzacji liniowej, przestrzenny modulator światła 8, oraz element pryzmatyczny odbijający światło w kierunku przestrzennego modulatora światła 8 z wykorzystaniem zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia. Element pryzmatyczny składa się z trzech pryzmatów 7 umieszczonych w torze optycznym źródeł światła, z których każdy jest zwrócony powierzchnią boczną 12 do oddzielnej diody laserowej 1, 2, 3. Kształt pryzmatu 7 jest pokazany w powiększeniu na fig. 3. Powierzchnia 14 elementu pryzmatycznego, usytuowana od strony przestrzennego modulatora światła 8 jest równoległa do powierzchni czynnej modulatora 8. Pomiędzy pryzmatami 7 jest umieszczona cienka warstwa absorbera 11 z materiału pochłaniającego światło, eliminującego przesłuchy światła. Każda dioda laserowa 1, 2, 3 jest osadzona obrotowo w obudowie 6 głowicy dookoła osi stożka emisji światła 9 emitowanego w kierunku wypukłej powierzchni bocznej 12. Między powierzchnią dolną 14 elementu pryzmatycznego a powierzchnią czynną przestrzennego modulatora światła 8 jest wprowadzona przezroczysta warstwa imersyjna 10 o współczynniku załamania dopasowanym do współczynnika załamania szkła, z którego wykonany jest każdy pryzmat 7.As shown in Figs. 1, 2, the miniature projection head has a metal housing 6 in which there are mounted quasi-point light sources in the form of three laser diodes 1,2,3 emitting coherent light with basic colors and linear polarization, a spatial light modulator 8 , and a prismatic element reflecting light towards the spatial light modulator 8 using the phenomenon of total internal reflection. The prismatic element consists of three prisms 7 placed in the optical path of the light sources, each of which faces a side surface 12 towards a separate laser diode 1, 2, 3. The shape of the prism 7 is shown enlarged in Fig. 3. Surface 14 of the prismatic element, situated on the side of the spatial light modulator 8 is parallel to the active surface of the modulator 8. Between the prisms 7 is placed a thin layer of absorber 11 made of light-absorbing material, eliminating light crosstalk. Each laser diode 1, 2, 3 is rotatably mounted in the head housing 6 around the axis of the light emission cone 9 emitted towards the convex side surface 12. Between the bottom surface 14 of the prismatic element and the active surface of the spatial light modulator 8, a transparent immersion layer 10 with a factor of refraction adjusted to the refractive index of the glass from which each prism is made 7.

Miniaturowa głowica projekcyjna wykorzystuje jako źródła światła trzy diody laserowe 1, 2, 3 o mocach 80 mW (czerwona), 40 mW (zielona) i 50 mW (niebieska), umieszczone w mocowaniu 4 wykonanym z czernionego aluminium. Czernione aluminium pochłania przypadkowo odbite lub rozproszone promienie światła. Masa mocowania 4 jest połączona z obudową 6 głowicy na dużej powierzchni, przez co stanowi radiator odprowadzający nadmiarowe ciepło z urządzenia, a w szczególności z diod laserowych 1,2, 3 i przestrzennego modulatora światła 8.The miniature projection head uses as light sources three laser diodes 1, 2, 3 with the power of 80 mW (red), 40 mW (green) and 50 mW (blue), placed in the holder 4 made of blackened aluminum. Burnished aluminum absorbs randomly reflected or scattered light rays. The mass of the mount 4 is connected to the head housing 6 over a large area, thus constituting a heat sink that dissipates excess heat from the device, in particular from the laser diodes 1, 2, 3 and the spatial light modulator 8.

Diody laserowe 1, 2, 3, widoczne na fig. 1, są mocowane obrotowo względem osi emisji stożka światła 9, dzięki czemu realizowany jest obrót kierunku polaryzacji i ustalenie kierunku orientacji światła, bez znaczących strat energii w odróżnieniu od rotacji polaryzacji z użyciem płytki półfalowej lub ćwierćfalowej, kiedy to następują straty światła związane z absorpcją i odbiciami fresnelowskimi. Kierunek orientacji każdej diody utrzymywany jest przez śrubę mocującą 5. Światło emitowane z pierwszej diody 1 ma długość fali 445 nm i jest postrzegane jako niebieskie. Światło emitowane z drugiej diody 2 ma długość fali 635 nm i jest postrzegane jako czerwone. Światło emitowane z trzeciej diody 3 ma długość fali 532 nm i jest postrzegane jako zielone. Każdy stożek światła emitowany z diod laserowych 1, 2, 3 propaguje się wewnątrz obudowy 6 głowicy w powietrzu i trafia w pryzmat 7, którego zadaniem jest przekierowanie światła na powierzchnię przestrzennego modulatora światła 8 oraz bezstratne przepuszczenie światła odbitego od jego powierzchni czynnej. Do modulacji światła wykorzystano ciekłokrystaliczny przestrzenny modulator światła 8 typu SLM LCoS (ang. Liquid Crystal on Silicon). Do skierowania światła w kierunku prostopadłym do powierzchni modulatora SLM wykorzystano bezstratny efekt całkowitego wewnętrznego odbicia w specjalnie ukształtowanym pryzmacie 7.The laser diodes 1,2,3 shown in Fig. 1 are rotatably mounted with respect to the emission axis of the light cone 9, thereby rotating the direction of polarization and establishing the orientation of the light without significant energy loss, unlike rotation of the polarization using a half-wave plate or quarter-wave, with the loss of light due to absorption and fresnel reflections. The orientation direction of each diode is held by a mounting screw 5. The light emitted from the first diode 1 has a wavelength of 445 nm and is perceived as blue. The light emitted from the second diode 2 has a wavelength of 635 nm and is perceived as red. The light emitted from the third diode 3 has a wavelength of 532 nm and is perceived as green. Each cone of light emitted from the laser diodes 1, 2, 3 propagates inside the head housing 6 in the air and hits the prism 7, whose task is to redirect the light to the surface of the spatial light modulator 8 and lossless transmission of the light reflected from its active surface. A liquid crystal spatial light modulator 8 of SLM LCoS (Liquid Crystal on Silicon) type was used for light modulation. The lossless effect of total internal reflection in a specially shaped prism 7 was used to direct the light perpendicular to the surface of the SLM modulator.

Jak przedstawiono na fig. 3, każdy pryzmat 7 ma wypukłą powierzchnię boczną 12 stanowiącą powierzchnię wejściową światła i wypukłą powierzchnię odbijającą 13 stanowiącą przeciwprostokątną pryzmatu 7. Powierzchnie te mają kształt wypukłych wycinków cylindrycznych o długości równej szerokości pryzmatu 7. Pryzmaty 7 są wykonane ze szkła BK-7. Wypukła powierzchnia wejścia światła i przeciwprostokątna wypukła powierzchnia odbijająca 13 skupiają światło, czyli posiadają moc optyczną.As shown in Fig. 3, each prism 7 has a convex side surface 12 representing the light entry surface and a convex reflecting surface 13 representing the hypotenuse of the prism 7. These surfaces have the shape of convex cylindrical sections with a length equal to the width of the prism 7. The prisms 7 are made of BK glass. -7. The convex light entry surface and the hypotenuse convex reflecting surface 13 concentrate the light, i.e. have optical power.

PL 230 164 B1PL 230 164 B1

Krzywizna wypukłej powierzchni bocznej 12 i wypukłej powierzchni odbijającej 13 pryzmatów 7 jest dobrana do danej długości fali światła emitowanego przez diody laserowe 1,2, 3. Przy zaprojektowanej odległości modulatora SLM od diody laserowej równej 20 mm, optymalne krzywizny powierzchni wejściowej pryzmatu 7 i przeciwprostokątnej wynoszą odpowiednio 6 mm i 70 mm, a kąt łamiący mieści się w przedziale 32-36 stopni. Kąt łamiący pryzmatu 7 jest dobrany do długości fali padającego światła tak, by wywołać efekt całkowitego wewnętrznego odbicia na wypukłej powierzchni odbijającej 13 dla całego pęku promieni emitowanych z odpowiedniej diody laserowej 1, 2, 3 i skupionych przez wypukłą powierzchnię boczną 12 pryzmatu 7, przy kącie nachylenia diod 1,2, 3 w stosunku to powierzchni czynnej modulatora SLM wynoszącym korzystnie 7 stopni. Przy takim doborze parametrów światło odbite od modulatora SLM w kierunku ekranu projekcyjnego przechodzi przez wypukłą powierzchnię odbijającą 13 z minimalnymi stratami światła.The curvature of the convex side surface 12 and the convex reflecting surface 13 of the prisms 7 is selected for the given wavelength of the light emitted by the laser diodes 1,2, 3. With the designed distance of the SLM modulator from the laser diode equal to 20 mm, the optimal curvature of the entrance surface of the prism 7 and the hypotenuse are 6 mm and 70 mm respectively, and the breaking angle is in the range of 32-36 degrees. The refracting angle of the prism 7 is adjusted to the wavelength of the incident light so as to cause the effect of total internal reflection on the convex reflecting surface 13 for the entire beam of rays emitted from the corresponding laser diode 1, 2, 3 and focused by the convex side surface 12 of the prism 7, at the angle inclination of the diodes 1, 2, 3 in relation to the active surface of the SLM modulator is preferably 7 degrees. With this selection of parameters, the light reflected from the SLM towards the projection screen passes through the convex reflecting surface 13 with minimal light loss.

W przykładowym wykonaniu pryzmatu 7, przedstawionym na fig. 3, ścianka boczna ma wysokość 7,6 mm, wypukła powierzchnia boczna 12 akceptująca światło z diody laserowej ma wysokość 5 mm, a pozostała płaska część ścianki bocznej pryzmatu 7 usytuowana od strony podstawy jest nieaktywna optycznie i ma wysokość 2,6 mm. Aktywna część ma promień krzywizny mieszczący się w zakresie 5-8 mm, dla zaprojektowanej odległości dioda-pryzmat w przedziale 5-8 mm, co przekłada się na zakres mocy optycznej w zakresie 65-104 D (ogniskowa z zakresu 9,6-15,4 mm), przy założeniu współczynnika załamania szkła równego 1,52 dla szkła BK-7 dla długości fali 520 nm. Przeciwprostokątna powierzchnia odbijająca 13 ma promień krzywizny z zakresu 60-100 mm, co przy współczynniku załamania szkła równym 1,52 przekłada się na moc optyczną z zakresu 5,2-8,7 D (ogniskowa z zakresu 116-192 mm).In the exemplary embodiment of the prism 7 shown in Fig. 3, the side wall has a height of 7.6 mm, the convex side surface 12 that accepts light from the laser diode is 5 mm high, and the remaining flat part of the side wall of the prism 7 located on the base side is optically inactive. and has a height of 2.6 mm. The active part has a radius of curvature in the range of 5-8 mm, for the designed diode-prism distance in the range of 5-8 mm, which translates into the optical power range in the range of 65-104 D (focal length in the range 9.6-15, 4 mm), assuming the glass refractive index of 1.52 for BK-7 glass for a wavelength of 520 nm. The hypotenuse reflecting surface 13 has a radius of curvature in the range of 60-100 mm, which, with a glass refractive index of 1.52, translates into an optical power in the range of 5.2-8.7 D (focal length in the range of 116-192 mm).

W miniaturowej głowicy projekcyjnej światło dociera do modulatora SLM z kierunku równoległego do jego powierzchni, przez co urządzenie ma znacznie zmniejszone wymiary w kierunku propagacji wiązki wyjściowej. Wypukła powierzchnia boczna 12 pryzmatu 7 skupia promienie światła, przez co efektywnie oddala źródło światła od modulatora SLM. Efekt całkowitego wewnętrznego odbicia zachodzi na przeciwprostokątnej pryzmatu 7, to jest na wypukłej powierzchni odbijającej 13 dodatkowo kolimującej wiązkę. Dzięki wykorzystaniu tych cech światło skierowane poprzez pryzmat 7 w stronę modulatora SLM jest skolimowane w wystarczającym stopniu dla uzyskania dużej wydajności dyfrakcyjnej modulacji. Światło padające na modulator SLM przechodzi przez przezroczystą warstwę imersyjną 10 o współczynniku załamania dopasowanym do współczynnika załamania szkła BK-7, z którego wykonano pryzmat 7, z akceptowalnym niedopasowaniem współczynników załamania na poziomie 0,02 lub 1,3%. Dzięki temu minimalizuje się straty światła w wyniku wstecznych odbić fresnelowskich na granicy ośrodków szkło-powietrze i powietrze-modulator SLM. Światło przechodzące przez jeden z pryzmatów 7 nie przedostaje się do sąsiednich pryzmatów 7, gdyż jest absorbowane przez warstwy absorbera 11. Światło docierające do modulatora SLM jest przezeń modulowane co do fazy, przy czym amplituda (natężenie) pozostaje niezmienione. Modulator SLM jest zaadresowany rozkładem fazowym będącym iloczynem iterowanego hologramu Fouriera obrazu wejściowego (wejściowej klatki animacji) oraz fazy soczewki skupiającej o ogniskowej gwarantującej skupienie się światła i uformowanie obrazu w ustalonej odległości. Światło odbite od SLM niosące obraz przechodzi ponownie przez pryzmat, ulega ugięciu (refrakcji) i dociera do ekranu, tworząc na nim monochromatyczny obraz. Użycie trzech opisanych torów optycznych, jednego dla światła czerwonego, jednego dla światła zielonego i jednego dla światła niebieskiego, pozwala na utworzenie na ekranie nakładających się na siebie obrazów monochromatycznych w kolorach podstawowych, które w wyniku superpozycji tworzą obraz barwny. Wynalazek umożliwia tworzenie na ekranie projekcyjnym obrazów barwnych bez wykorzystywania podziału czasowego, czyli z tempem odświeżania obrazu równym tempu odświeżania zawartości na przestrzennym modulatorze światła SLM.In a miniature projection head, light reaches the SLM modulator from the direction parallel to its surface, so that the device has significantly reduced dimensions in the direction of propagation of the output beam. The convex side surface 12 of the prism 7 focuses the light rays and thus effectively distances the light source from the SLM modulator. The effect of total internal reflection takes place on the hypotenuse of the prism 7, i.e. on the convex reflecting surface 13 additionally collimating the beam. By using these features, the light directed through the prism 7 towards the SLM modulator is sufficiently collimated to obtain a high modulation diffraction efficiency. The light incident on the SLM modulator passes through a transparent immersion layer 10 with a refractive index matched to the refractive index of the BK-7 glass from which the prism 7 is made, with an acceptable refractive index mismatch of 0.02 or 1.3%. Thanks to this, light losses due to fresnel reflections at the interface between glass-air and air-SLM modulator are minimized. The light passing through one of the prisms 7 does not penetrate into the adjacent prisms 7 because it is absorbed by the absorber 11 layers. The light reaching the SLM modulator is phase-modulated by it, the amplitude (intensity) remaining unchanged. The SLM modulator is addressed with a phase distribution which is the product of the iterated Fourier hologram of the input image (the input animation frame) and the phase of the focusing lens with a focal length ensuring the focus of light and the formation of the image at a fixed distance. The light reflected from the SLM carrying the image passes through the prism again, is bent (refracted) and reaches the screen, creating a monochrome image on it. The use of the three optical paths described, one for red light, one for green light, and one for blue light, makes it possible to create on the screen overlapping monochrome images in primary colors, which by superposition create a color image. The invention enables the creation of color images on the projection screen without the use of time division, i.e. with the image refresh rate equal to the content refresh rate on the SLM spatial light modulator.

Claims

1. Miniature holographic color image projector with quasi-point light sources in the form of three laser diodes (1, 2, 3) emitting coherent light with primary colors and linear polarization, spatial light modulator (8), and a prismatic element reflecting light in the spatial direction of the light modulator (8) using the phenomenon of total internal reflection, and the bottom surface of which on the side of the spatial light modulator (8) is parallel to the active surface of the modulator, characterized in that the prismatic element consists of three prisms (7) placed

PL230 164B1 in the optical path of light sources, each of which faces a side surface (12) to a separate laser diode (1, 2, 3), and each prism (7) has a convex side surface (12) and a convex reflecting surface (13) , wherein a transparent immersion layer (10) is inserted between the lower surface (14) of the prisms (7) and the active surface of the spatial light modulator (8) with a refractive index matched to the refractive index of the glass from which each prism (7) is made, with each laser diode (1, 2, 3) is rotatably mounted in the head housing (6) about the axis of the light emission cone (9) emitted towards the convex side surface (12) of the prism (7) situated in its optical path.

2. The projector according to claim A method according to claim 1, characterized in that a thin absorber layer (11) made of light-absorbing material is placed between the prisms (7).

3. The projector according to claim The method of claim 1, characterized in that each laser diode (1, 2, 3) is embedded in the housing (6) via a cylindrical mount (4) made of blackened aluminum.

4. The projector according to claim The method of claim 1, characterized in that the curvature of the convex side surface (12) and the convex reflecting surface (13) of the prisms (7) is selected for a given wavelength of the light emitted by the laser diodes (1, 2, 3).