TW201107791A

TW201107791A - Three-dimensional light modulation arrangement for modulating a wave field having complex information

Info

Publication number: TW201107791A
Application number: TW099120396A
Authority: TW
Inventors: Gerald Fuetterer; Norbert Leister; Ralf Haeussler; Grigory Lazarev
Original assignee: Seereal Technologies Sa
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-03-01
Also published as: KR101871345B1; KR102125485B1; KR20180071424A; EP2446324A1; KR102278465B1; US11366426B2; WO2010149588A1; KR101720759B1; US12055890B2; CN102483604A; JP2012530951A; US20220326654A1; DE102009044910B4; CA2766697A1; US20190278225A1; DE102009044910A1; KR20120052239A; US10234821B2; KR20200075034A; US20120092735A1

Description

201107791 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】 [0001] 【先前技術】 ' _2] [0003] 負 ❹ 【發明内容】本發明係一種空間燈光調變器，其作用是調變具視頻全像圖資訊之光波場，尤其是物件光點應全像重建之三維場景的不連續複雜物件光點值。本發明特別適於用在全像重建系統，此種全像重建系統具有一位置控制裝置、一個眼睛偵測裝置、以及一個光學波追蹤裝置，當觀察者因觀察全像重建而動位置時，該光學波追蹤裝置會追蹤目前眼睛位置的傳播中的調變光波場的光學軸。例如 WO 2006/1 1 9760 A2有揭示這種全像重建系統。本發明的使用不受產生全像資訊之方法的影響，而且亦可用於能夠讓多位觀察者同時觀察全像重建視頻場景的 G 系統。為了重建具有視頻全像資訊的三維場景，一種已知的方法是以光波產生器產生一個會向空間燈光調變器發出相干光波的定向光波場。為了使光調變器易於控制，光調變器最好具有調變元件的正常結構，由於物件光點在一待重建之視頻場景中的空間配置的關係，該正常結構以一不連續的複雜全像圖值對一調變控制裝置進行編碼。在本發明中，所謂“編碼”是指對光調變器之調變單元目前的光學透射特性進行不連續的調整。編碼的結果是 099120396 表單編號A0101 第3頁/共66頁 0993364098-0 201107791 ，調變單元會對入射變，使多個經調變/到其上的相干光波場的分波進行調干涉將由—视頻广後發射出的光波透過建設性或破壞性器之後的場景的許鱿私述的在光程上位於空間燈光調變本發明所謂^連=物件光點重建。圖之調變場不連續Y複雜全像圖值含有將具有視頻全像裝置會對每一個具有螞所需的全像資訊。為此調變控制虛數部分）的調變_爲螞值成分（例如複數的實數部分及件之光傳播函赵％件進行編碼，以便影響每一個調變天傳統的光調變==及/或相位。位調變器，而且僅f、是作為振幅調變器，或是作為相也就是說，這種調〜個單一個真實光波值影響光波。資訊進行局邹改變僅經由其單元編碼對振幅或相位對視頻全像術而言，夠，同時還要容 “3變器必項具有真時及全彩的能每-個光調變器都體積的重建。笑韵都含有至少—η 件的調變場，其中每個具有正常鞔置之調變元元。通常調變i易是透過個調變元件都含有若干個調變單這種空間燈先調變器:空，燈先調參器（SLM)獲得實現單元。、有多個被稱為像性的單一的調變根據全像圖的重建原理，： 099120396 的不連續複雜物件光:變控制裝置會以場景之相應件光點之全像重建的所有為基礎’同時計算出參與-彩值。在編碼之前會對每變疋件的不連續複雜全像a 應之編碼值成分。每不連續複雜全像圖值形成才及相互校準使每-個調=調變元件的編碼值成分的計: 表單編號· 的所有調變單元共同^ 201107791 ，以實現調變單元預期的複雜局部光調變。例如，在編碼前，調變控制裝置會從具有到場景之景深資訊的視頻信號計算出複雜物件光點值。例如US 5416618提出的光調變器含有由多個疊在一起的空間燈光調變器場的組合。例如一個具有振幅-光調變單元的光調變器場及一個具有相位光調變單元的光調變器場疊在一起的組合，或是兩個具有同種類之光調變單元的光調變器場疊在一起（以光線傳播方向為準）的組合。由多個單一單元堆疊形成的調變元件能夠調變具有複雜全像圖值的傳播中的光波場。這種光調變器的缺點是，光調變器場的堆疊需進行大量的校準工作，才能實現完全對準的單元結構。如果以一個調變場經由一個含有多個調器單元的調變單元組實現複雜全像圖值，就不會有這個缺點，尤其是當這些調變單元是沿著光線傳播方向一個接一個排在一起〇因此本發明之光調變器含有至少一個調變場，這至少一個調變場具有正常結構化及可不連續編碼之調變單元，從光學作用及電氣控制來個，這些調變單元組成一個共同的調變元件。光調變器的調變元件係場狀配置，並對傳播中的光波場的相干光波進行空間結構化的調變。也就是說，每一個調變元件僅改變傳播中的光波場内的一個分波，其中該光波場目前入射到調變場上，且相應於調變元件目前的全像圖值。調變控制裝置為每一個調變單元提供配屬於調變元件之複雜物件掃瞄值的一個分離的數值成分。 099120396 表單編號A0101 第5頁/共66頁 0993364098-0 201107791 每一個調變元件都含有一個調變單元的組合，而且這些調變單元可以是相位調變單元，也可以是振幅調變單元。也就是說，視調變單元的構造方式及局部配置而定，每一個調變元件都可以為傳播中的光波場的一個分波以一個調變單元調變光波振幅及以另外一個調變單元調變光波相位，或是以所有的調變單元僅調變光波相位或光波振幅。登記人已在W0 2007/082707 A1中提出前面所述的以調變元件進行的空間燈光調變的基本原理，其中這些調變元件僅使用每一個調變元件都可以經由不同的數值部分彼此獨立調整的相位調變，例如所謂的雙相位編碼。上一段提及的專利揭示具有多個相位值的空間燈光調變器的一種有利的變化方式。複雜物件掃瞄值是兩個具有相同振幅大小及不同相位值的相位成分的和，並在同一個調變場的兩個相鄰相位調變單元内被編碼。也就是說，相位為Ψ及振幅a在0至1之間的每一個複雜物件掃瞄值都含有兩個具有一振幅單位量及相位值Ψ為+ /-acos a 的複雜相位成分的和。國際專利公告也有提及調變元件之調變單元的數量不必限制在兩個。相較於具有振幅調變之調變單元的光波調變，僅使用相位調變的空間燈光調變器具有明顯的優點。具有雙相位編碼的光調變器可以實現較高亮度的重建，這是因為每一個調相的調變單元都實現一最大透光性。雙相位編碼的另外一個優點是重建具有較佳的波長相關性，這使視頻場景的高品質彩色重建成為可能。雙相位編碼應使將一調變元件之相鄰調變單元編碼的相 099120396 表單編號A0101 第6頁/共66頁 0993364098-0 201107791 干光波場的分波I右相同的光學干涉# "^其中一個調變單元編碼的分波所有相位成分控同時可以透過複雜物件掃猫值的工啊S亥調變盟一但這是很難實現的， 70 調變場中是以彼* 為與調變元係組合的調變單元在而且此偏移會隨^間有—空間偏移的方式相鄰排列，

看到的全像圖種_從重建之物件光點的觀察者眼睛位置，調變單元應重W變’或如果是—個傅立葉全像圖相差）。調變單元^物件光點的位置會有光《(也稱為的相位差，這個相偽移會造成龍元件之調變單元之間從重建物件先點與t差會隨著從觀察者之眼晴位置或是圖種類而改變，门统之光學軸的角康位置看到的全像每-個調變元件细時視頻場景的重建質會變差，因此 „ 都需要修正。對具有如翁面所述之位f 控制裝置及限睛偵叮虬之位置 ,裝置的全像重建系統而言，因觀察、4改變而追料播中的調變波物，測

裝Η測到的眼睛位置周时若千公厘的觀察者移2 差是有利的。若出⑽面提錢光程差會對在全像重建系統之前的觀察者在觀察全像重建:時的移動自由造成报大的限制。國際專利公告W0 2008/132206 Α1(名稱“顯示複雜資訊用的光調變器”）對上述問題提出一種解決方案。解決方案是在調變波場的光程上’也就是在調變波場之前及/或之後，設置一個由雙折射材料製成並與調變單元緊密接觸的結構化延遲層，這個延遲層使每一個調變元件的至少一個調變單元的經調變射出的分波的光程與穿過調變元件之其餘調變單元的光程產生一與角度位置有 099120396 表單編號Α0101 第7頁/共66頁 0993364098-0 201107791 關的適配。延遲層的厚度要使延遲層能夠透過光程長度的改變抵制每一個調變元件的調變單元之間與角度位置有關的光程改變，炎將這個光程改變至少抵消掉一部分。這個解決方案的缺'點是需要一個橫向結構非常精細且厚度很大的延遲層。 DE 2 058 418(名稱“測定位於光束之任意斷面之物件的位置的設備”）使用一個點狀光源及一片薩瓦爾板 (Savart-Platte)。薩凡爾板是由兩個雙折射單軸板狀晶體串接而成，這雨個晶體的丰斷面彼此垂直，其中這兩個晶體的光學軸及晶體表面之間的角度是相同的。這個專利指出，薩瓦爾板將從入口端射入的來源點狀光源的光束在輸出端分解成兩道彼此垂'直偏^的線性偏振子光束，而且這兩道子光束看起來好像是枣自兩個線性偏振虛光源，這兩個虚光源在入口端的平面上對稱於來源光源。此外，這個專利還指出，在虛光源以對稱方式被設置的平面上的每一個點’彼此垂直.偏振:丨的子光束之間不會出現任何光程差。在所有其他的點則會在子光束之間出現光程差。在本發明中所謂的薩瓦爾板一詞至少是指單一的雙折射板狀早軸晶體。同樣的’所謂的雙折射材料也不限於傳統的晶體（例如石英或方解石）’而是也可以是一種定向聚合物及/或具有適當的聚合物層及/或薄膜的材料。對本發明而言’調變單元的種類的並不重要。例如可以使用具有液晶單元或電濕潤單元的調變場。調變單元的作用是當波場的光波通過調變場或被調變場反射時，對光波進行調變。 099120396 表單編號Α0101 099： 201107791 具有相位調變單元的空間燈光調變器的一種替代方案是調變場内可以僅含有振幅調變單元，也就是每一個調變元件都含有多個振幅調變單元。這種用於具有兩個振幅調變單元（其中一個用於複數的實數部分，另外一個用於虛數部分）的編碼方式稱為基本編碼。另外一種用於具有 3個振幅調變單元的編碼方式稱為Bure khard編碼。 Ο 不論調變場内的調變單元的種類，具有多個相鄰調變單元的複雜調變元件都會因為與角度位置有關的調變單元之間的光程長度改變而產生一個相位誤差，導致重建品質大幅降低。本發明的目的是為空間燈光調變器（其複雜調變元件具有多個橫向位置發生偏移的調變單元）製造一種補償器，其作用是補償同一個調變元件之偏移調變單元之間的光程差。此外，這個補償至少要幾乎不會受用於調變之光波波長的變化的影響，例如因產生光波場之光源的溫度變化造成的光波波長改變。 ❹ 在全像重建中，從調變元件發出的經調變的分波的作用方式就如同這個分波是源自於單獨一個調變單元，而且這個調變單元可以用不連續複雜全像圖值調變。這種經過本發明之補償器處理的分波不能含有任何因光程差造成的相位誤差。本發明的光調變器具有至少一個調變場，且該至少一個調變場具有單一或不連續的可編碼調變單元。這些調變單元組合成調變元件。傳播中的具有全像資訊的光波場的相干光波可以被調變單元調變。以傳播中的光波場的傳播方向為準，調變場内每一個調變元件的調變單元都 099120396 是彼此相鄰排列，而且每一個調變元件都能夠以一個可表單編號A0101 第9頁/共66頁 0993364098-0 201107791 預先給定及/或不連續的複雜物件掃瞄值編碼，以便將空間配置的物件光點全像重建或全像顯示。為了避免前面提及的缺點，本發明的光調變器是將分波多工操作器配屬於調變場（ME)的調變單元，該分波多工操作器可以為每一個調變元件將經調變單元調變的分波透過反射或繞射在輸出端聚合成一個調變過的分波多工，以便使調變元件的調變過的分波多工基本上在一個共同的地點（也就是說基本上在空間中重疊）以基本上相同的傳播方向發射出去。在本發明中，所謂“分波多工操作器“或“將射出之分波空間多工的光學多工操作器”是指一種結構化的光學裝置，當基本上平行定向的入射分波從不同位置射入該光學裝置之入射面時，該光學裝置能夠在該光學裝置或構件單元的内部透過光波偏轉元件的結構將分波偏轉，使至少是特定的分波會從射出面的一個共同射出位置以同一個傳播方向離開該光學構件。一種有利的作法是將這種空間多工操作用的光學構件製作成扁平的光學板單元，並設置在盡可能靠近調變場的位置，且其表面結構具有光學光波偏轉元件，這些光波偏轉元件的形狀、大小及位置均與調變元件的調變單元完全一致，並且至少為一部分調變單元將光波射出位置移到光波入射位置的對面。透過以下方式可使每一個調變元件達到所希望的空間分波多工：至少為每一個調變元件的一部分調變單元配備光波偏轉元件，這些光波偏轉元件的内部有一條偏離調變場之系統轴的光學傳輸軸，因此每一個調變元件的調 099120396 表單編號A0101 第10頁/共66頁 0993364098-0 201107791 變單元的所有分波都會在前面提及的射出面上的共同射出位置以同一個傳播方向射出。這樣光學多工操作器就可以為每一個調變元件實現一個分離的光波射出立置。可以用結構化的扁平光學系統作為空間多工用的光學器材，例如含有立體全像圖、微稜鏡場及/或雙折射光學元件的薄膜裝置，且其結構與調變元件之調變單元的形狀、大小及位置均能適配。以偏振光柵作為射束復合器如果穿過不同調變單元的分光經過不同長度的光程，則為了達到可事先給定或所希望的光干涉，通常需要利用一個偏移相位修正穿過一調變軍元之馬:誨湘對於穿過另外一個調變單元之光線的光程差。這:樣就會!油現前面提及的因溫度變化造成穿過不同調變單元的分光的光程差 0 如第8圖所示，這可能是具有一對稱光線偏轉之裝置造成的。首先將來自一個調變單元的光線及在墩置的第二部分來自另外一個調變單元（像素）的光線分別偏轉半個調變單元間距（或稱為%素間距）。這些裝置需要兩個彼此轉開的薩瓦爾板，或是如第6圖或第7圖所示，以總共4個體光柵取代兩個體光柵，以及一個設置在兩個薩瓦爾板或兩個體光栅之間的偏振旋轉層。除了體光栅外，還有其他類型的光柵結構可供選擇，例如偏振光栅（Polarization Grating)，偏振光柵是作為繞射光栅使用，或是用於束射偏轉，其最大效能僅發生在其中一個第1級（僅發生在+ 1級或-1級），而其他已知的光栅通常是50%級在+ 1級，50%在-1級。 099120396 表單編號A0101 第11頁/共66頁 0993364098-0 201107791 偏振光栅的特性是，雖然偏振光柵會將線性偏振光線50% 偏轉到+ 1級，50%偏轉到-1級，但卻是將旋圓偏振光線 1 00%偏轉到其中的一個第1級。至於是偏振到那一個第1 級則是由該旋圓偏振光線是左旋圓偏振光線或右旋圓偏振光線決定。另外一種已知的光栅是消色差偏振光柵，這種光柵對不同的波長具有很高的繞射效率，文獻[1]對這種光栅有詳細的說明。本發明的另外一個目的是達到兩個相位像素與由最少數量之光柵結構形成的配置的組合，同時這兩個相位像素的光程是對稱的，因此對溫度及其他環境因素造成的厚度變化具有較大的容忍度。為達到這個目的，本發明不同於目前使用之方法的第一個地方是在兩個相位像素之出口使用結構化；1/4層（取代目前之方法使用的；I /2層）。透過；1/4層在兩個調變單元（像素）上不同的取向，在調變場或SLM之輸出端的線性偏振會被一調變元件（巨像素）的兩個相位像素中的一個相位像素調變為左旋圓偏振，以及被另外一個相位像素調變為右旋圓偏振。本發明不同於目前使用之方法的第二個地方是不使用體光栅，而是使用偏振光柵。偏振光柵會將來自兩個相位像素之不同的圓偏振光線偏轉到相反方向。接著來自兩個像素的光線會穿過一個襯墊（類似於體光栅堆疊中的一個元件）向彼此移動，但是在這種情況下是對稱的。由於兩道光線都被偏轉，因此本發明的另外一個優點是襯墊的厚度小於使用體光柵時的襯墊厚度。透過第二個偏振 099120396 表單編號A0101 第12頁/共66頁 0993364098-0 201107791 光柵，光線會再度被準直或是從兩個不同的傳播方向被偏轉到一個共同的傳播方向。和使用薩瓦爾板及體光栅堆疊一樣，起偏振器會使重疊之光線的組合產生一複數值。不過相較於薩瓦爾板或體光栅的配置，起偏振器的通流方向會轉動45度，也就是變成垂直或水平方向。這可以用Jones矩陣計算來描述。右旋圓偏振光線有一個Jones向量：

0) 左旋圓偏振光線有一個Jones向量：

如果來自兩個相位像素（調變單元）的光線之相位為(/) 1及屮2，則矩陣的總和為：

一個水平起偏振器的Jones向量為： η 〇) {ΰ ο ；雙相位編碼的目的一樣，通過起偏振器後會實現一個複數〆丨+ ,。如果是垂直起偏振器則是實現一個複數/丨。這個結果和使用體光柵、線性偏振光線及起偏振器（+45 099120396 表單編號Α0101 第13頁/共66頁 0993364098-0 201107791 度及-45度）獲得的結果一樣。光束組合應在彩色顯示器中產生，尤其是紅光、綠光及藍光。也可以使用如文獻[1 ]描述的消色差光柵。另外一種可能性是使用一種較簡單的光栅，此種光柵僅對一種波長優化，對其他的波長則會有繞射損失。未繞射的光線會被孔隙阻斷，因此不會對全像顯示器的觀察者造成干擾。透過孔隙也可以補償隨波長改變的偏轉角度，這在先前技術提出的解決方案中已被提及。第9圖顯示文獻[2]描述之屬於先前披術的偏振光柵的作用方式。第9圖顯示的是一種主動元件。但是本發明應使用的是被動元件。第10圖顯示在一體光柵内的光程（非對稱）。其中一個第一定向的；1/2板設置在像素P01之後，一個第二定向的λ /2板設置在像素Ρ02之後。第11圖顯示在一具有起偏振器之配置内的光程（對稱）。其中一個第f定向的又/4板設置在像素P01之後，一個第^定向的λ/4板設置在像素 Ρ02之後。第12圖顯示一個配置的例子：在兩個像素（可編碼的調變單元）Ρ1及Ρ2之後設有一個結構化λ/4層QWP，其中線性偏振光線（紅色箭頭）係從這兩個像素P1及Ρ2射出。圖式中的光學軸在像素Ρ1對SLM(調變場）射出之光線的偏振方向旋轉+ 45度’在像素Ρ2賜旋轉-45度，並經由其產生圓偏振光線（圖式中的紅色圓圈）。根據第12圖的實施例，第一偏個振光栅Pgl會根據光線的偏振將光線偏轉。在光線穿過具有適當厚度之襯塾DL(薄 099120396 表單編號A0101 第14頁/共66頁 0993364098-0 201107791 玻璃片或聚合物膜）並形成空間堆疊後，該光線會被第二個偏振光柵pg2朝反方向偏轉，這樣該光線就會從兩個像素平行射出。在偏振光柵Pg2之後設有一個線性偏振器 P〇l(可選擇〇度或90度的角度）。偏振光柵本身的一個特性是會改變圓偏振的旋轉方向，也就是從右旋圓偏振變成左旋圓偏振，反過來也是一樣（這在圖式中亦有繪出）。這個事實對於作為射束組合器使用是很有利的，因為允許在配置中使用兩個相同的光柵（光柵内的分子具有相同的定向）。圓偏振光線會被第一個光栅偏轉，因此其偏振的旋轉方向會改變’接著被第二個相同的光柵偏轉到相反方向。一前一後位於光程上這兩個相同的光柵可以形成所希望的平行位移。根據一種有利的實施方式，分波多工操作器具有至少一個偏振器及第一及第二偏轉澹Vgl，Vg2。偏振器可賦予通過第一調變單元1的光線一可預先給定的第一偏振。偏振器可賦予通過第二調變單元2的光線一可預先給定的第二偏振°在光線傳播方向上，第一偏轉層Vgl位於偏振器之後。在光線傳播方向上，第一偏轉層Vgl位於第一偏轉層Vg2之後，且二者相距一可預先給定的距離d。可預先給定的第一偏振可以是垂直於可預先給定的第二偏振。另外一種可行的方式是，可預先給定的第一偏振是圓偏振，且其旋轉方向與可預先給定的第二圓偏振的旋轉方向相反。如果光線已經過適當的結構化偏振，例如因為所使用之光源的特性而被結構化偏振，則原則上不需要 099120396 表單編號A0101 第15頁/共66頁 0993364098-0 201107791 使用偏振器。根據第7圖，第一偏轉層Vgl的光學特性是基本上不會將通過第一調變單元1的光線偏轉，但是會將通過第二調變單元2的光線偏轉一可預先給定的第一角度。第二偏轉層 Vg2的光學特性是基本上不會將通過第一調變單元1的光線偏轉，但是會將通過第二調變單元2的光線偏轉一可預先給定的第二角度。可預先給定的第二角度的大小基本上等於可預先給定的第一角度。根據第8圖，在光線傳播方向上，將第三及第四偏轉層 Vg3，Vg4設置在第二偏轉層Vg2之後，且分別與第二偏轉層Vg2間隔一可預先給定的距離。第三偏轉層Vg3的光學特性是會將通過第一調變單元1的光線偏轉一可預先給定的第三角度，但是基本上不會將通過第二調變單元2的 - 光線偏轉。第四偏轉層Vg4的光學特性是會將通過第一調 . 變單元1的光線偏轉一可預先給定的第四角度，但是基本上不會將通過第二調變單元2的光線偏轉。可預先給定的第三角度的大小基本上等於可預先給定的第四角度。

I.J 可以使偏振器具有一個延遲板，且該延遲板分為多個不同定向的區域。如果調變單元的作用方式是以偏振光線為基礎，或至少是不會因為使用偏振光線而受到不利影響，則這種作法是很有利的。否則就必須使用具有多個不同定向之區域的結構化偏振器，以便吸收每一個偏振方向的光線。但是這樣一定會有光損失。此處所謂的結構化偏振器是指偏振器具有第一空間區域及第二空間區域，這些區域會賦予與偏振器交互作用的光線一可預先給定偏振，其中第一空間區域配屬於第一類調變單元， 099120396 表單編號A0101 第16頁/共66頁 0993364098-0 201107791 第二空間區域配屬於第二類調變單元。可以將延遲板設計成λ/2板的型式，或是設計成lx+A/2板或1χ-λ/2板的型式，也就是說，延遲板具有一相對相位延遲；1/2。另外一種可行的方式是，偏振器具有一個第一定向的第一延遲板及一個第二定向的延遲板。第一及第二延遲板可以都是λ/2板。在這種情況下，具有第一定向的第一延遲板配屬於通過第一調變單元1的光線。具有第二定向的第二延遲板配屬於通過第一調變單元2的光線。根據第11圖及第12圖，第一偏轉層Pgl的光學特性是會將通過第一調變單元P01的光線朝第一方向偏轉一可預先給定的第一角度，以及將通過第二調變單元Ρβ的光線朝第二方向偏轉一可預先給定的第二角度。第二偏轉層Pg2的光學特性是會將通過第一調變單元P01的光線偏轉第二角度，以及將通過第二調變單元P02的光線偏轉第一角度。第一角度的大小基本上等於第二角度。同定向的區域。如果調變單元的作用方式是以偏振光線為基礎，或至少是不會因為使用偏振光線而受到不利影響，則這種作法是很有利的。否則就必須使用具有多個不同定向之區域的結構化圓偏振器。可以將延遲板設計成λ/4板的型式，或是設計成1χ+λ/4板或1χ-λ/4板的型式，也就是說，延遲板具有一相對相位延遲λ/4。另外一種可行的方式是，偏振器具有至少一個第一定向的第一延遲板及一個第二定向的延遲板。第一及第二延遲板型可以都是；I /4板。在這種情況下，具有第一定向的第一延遲板配屬於通過第一調變單元Ρ01的光線。具有第二定向的第二延遲板配屬於通過第一調變單元Ρ02的光線 099120396 表單編號Α0101 第Π買/共66頁 0993364098-0 201107791 偏轉層Vgl、Vg2、Vg3、Vg4、Pgl、pg2可以是具有全像圖及/或體光柵及/或布拉格光栅的層或是具有偏振光拇0 在光線傳播方向上，可以在偏轉層Vgl、Vg2、Vg3、Vg4 、Pgl、Pg2的後面設置一光學特性可預先給定之作為分析器的偏振器WGP Pol。本發明的所有實施方式都可以設置一個變跡構件APF，此構件可作用在調變元件ME之聚合光束的調變過的分波多工上。變跡構件有一個朞本上與所使用之光波的波長無關、且垂直於光線傳播方向的中性強度剖面。這種強度剖面可以具有一個能以分析法描述的變跡函數 ’例如餘弦函數、三角函數、或一種被稱.為513(^龍11、 Hamming、或Welch的變跡函數。具體而言，變跡構件 APF可以具有配屬於一調變元件ME的相應的變跡掩膜。這種變跡掩膜（例如第16圖左邊顯录的摘视圈）作用在該調變元件ME之聚合光束的調绫％的分波♦工上。例如，可以將變跡掩膜設置在作為分析器的儀振器WGP的後面，也就是第13圖中標示PC的位置。應用於彩色顯示時，可以使用構造相同的變跡構件APFC ，此構件可作用在調變元件ME之聚合光束的調變過的分波多工上。變跡構件APFC具有至少兩個基本上與所使用之光線的波長相關的強度剖面。如第16圖右邊的側視圖所示，這些強度剖面在一與光線傳播方向垂直的方向上相互橫向位移一可預先給定的值。這些強度剖面可以在光線傳播方向上依序設置在APFSR、APFSG、APFSB等單 099120396 表單編號A0101 第18頁/共66頁 0993364098-0 201107791 一層上。製造被動層文獻[1]及/或[2]中有關於主動可切換LCPG的描述。以紫外光照射可光化聚合材料的定向層可製造出主動可初換LCPG。這是使用兩個具有旋轉方向彼此相反之圓偏振的紫外光光源，且兩個光源彼此重疊。透過光源在其内彼此重疊的相對角度調整光柵常數。如果基板帶有相應的定向層，則可將一個可預先給定厚度（例如使用間隔珠）的LC層填充在基板之間。

經過校準後在基板上交聯，以使象转在其定向上的Lc材料亦可應用於其他領域。以被動LCPG作為光束聚合器是有利的◊因此建議使用聚合材料。 RGB用的光束聚合器根據所使用之光線的波長，可以觀察到兩種不同的效應 (a) :光栅的繞射效率通常會隨著波長而改變。這通常與光柵的厚度的關。 ·\ Ί J· ' "

(b) :光柵的繞射角通常也會著波長而改變。這與波長與光柵常數的關係有關。關於（a)繞射效率：先前技術[1]有描述一種特殊的偏振光柵，這種光柵在整個可見光範圍都具有很高的繞射效率。但是和前面所述一樣，這種光栅對紅光、綠光及藍光有不同的角度。先前技術也有描述一種對主動LCPG透過控制及部分校準場内的LC分子，以改變有效雙折射，使有效雙折射能夠 099120396 表單編號A0101 第19頁/共66頁 0993364098-0 201107791 選擇性的視所接通的電壓對不同的波長滿足d Δη p(V) = e i f 入/ 2的條件。這同樣可以提高繞射效率，但是並不會改變繞射角。這可在一具有顏色之時間性多工的全像顯示器内作為光束聚合器，其中光柵在接通電壓後會與正在顯示的顏色適配。主動光柵的前提包括光柵本身的控制，以及光柵與光源及SLM之控制的編碼。顏色空間多工的一種可能性是在像素化（條紋狀）的過程中，將不同的電壓接通至LC材料，然後將LC材料聚合出來。關於（b)繞射角：作為光束聚合器時很重要的一點要為紅光、緣光及藍光達到相同的繞射角。前面提及的方法都無法解決這個問題。一種達到相同之繞射角的方法是使一光栅周期内的空間多工與SLM的空間顏色多工適配。這種方法是在基板的定向層（參見“製造被動層” 一節）曝光時使用一個掩膜，這個掩膜以條紋狀方式大約遮蓋2/3的基板面積，等同於另外兩個顏色的顏色像素。曝光用的紫外光光源之間的角度要適配，以獲得一種顏色（RGB)的適當的光柵常數。以不同的掩膜及不同的角度重複這個方法3次。和可以使用多個重疊或多個前後串聯的光柵的布拉格光栅不同的是，這個方法會獲得3個不相重疊的相互錯接的光栅。可以將先前技術[1 ]對所有波長均達到很高的繞射效率的光柵結構的組合與這個對不同波長達到相同的繞射角的 099120396 表單編號A0101 第20頁/共66頁 0993364098-0 201107791 方法結合在一起。如果要對一個波長達到很高的繞射效率， e Ηι. β — X對其他波長、疋以另外一種方式過濾未繞射的光線（因此不會言光線到達觀察者的位置），則可以單獨使用這種方法化些樣就可以利用這些光線的射出位置、射出角、以這。及偏振數字例子先前技術之偏振光柵的層厚度與光栅常數的比一 — Μ關係有

一疋的限制。這個比例關係也與1(：的材料參數有關如LC材料的雙折射。例由於層厚度d必須滿足dAn=;i/2的條件（厶〇 =雙折射率差，光線的波長），因此可以計算出—最低容許光柵常數及一最大可達到的偏轉角度。根據文獻記載，實驗上已可實現約光柵常數。光柵常數的理論極限值大約是2/zm。偏轉角度在（2χ)5度的範圍。 f- ·- ' Ο 通常可以預期在先柵+襯墊光挪的:構造方式中，薩瓦爾板大約有1/2至1/3的厚度是由一種An相同的材料製成。偏振光柵本身的厚度僅有若干ym(通常是2至3# m)。像素間距為60从m時，襯墊的厚度大約在200至300 # m(光柵常數大約4至6;/m)。偏振光栅堆另外一種可能的方式是使用由多個前後排列在一起的偏振光柵堆’以取代前面提及的僅使用一個偏振光柵的方式。偏振光栅對於入射角非常敏感。 099120396 但是對具有固定總偏轉角度的被動光柵而言，可以將前表單編號A0101 第21頁/共66頁 0993364098-0 201107791 後連續的光柵在漸次傾斜的入射上最佳化。原則上這樣就可以提高偏轉角度及降低使用多個串接之偏振光柵的構造方式的總厚度。消色差繞射光束連結如前面所述’要將兩個相位移動像素（調變單元）結合成 —個產生複雜值的二次像素（調變元件），也就是說可以調變及/或改變與像素交互作用之光線的相位及振幅，有兩種解決方案，其中一種是折射（薩瓦爾板）解決方案，另外一種是繞射（體光柵）解決方案。

這種實施方式的内容是為折射解決方案描述一種消色差解決方案，前提是產生一時間連續的彩色顯示。第13圖顯示以兩個相位像素產生一複雜值像素。如第13 圖所示，以薩瓦爾板sp、一個結構:化半波長板（人/2)及一個偏振器WPG產生一個複雜值像素PC。第13圖圖並未繪出所產生之餘弦形變跡剖面的像素，而是將該像素繪成均勻透明的方式。正常軸及反常轴之間的淅射率差△

n〇e = 0.2，TM偏振光線的偏轉角度％『=7 384度薩瓦爾位移為◦. 1296 視板厚度而定）。第13圖是以真實的比例尺繪製。 ' 在雙折射材料内，反常光束是以相對於正常光束的一個角又傳播1_是當正常光束及反常光束從雙折射材料的射出面射出時，-土A、 — —者會被重新校準為彼此平行。因此一寺、的先線在雙折射材料的入射端會有-個偏轉，該偏轉的角度大,〗、3丄尺由雙折射的大小及雙折射材料之光學軸的定向決定，因此會產生表單編號A0101 099120396 在射出端則會有一個反方向的偏轉。個平行位移，其大小由雙折射材料的厚度 0993364098-0 第22頁/共66頁決定。這種情駐要是料在雙折射介㈣平面平行層〇第14圖顯示-時間連續顯示發生的色散問題。由於紅光及藍光波長的色散㈣⑴，因此薩瓦爾板SP會對橫向位移5造成一個誤差As。如果錢瓦爾板SP内出現綠光波長的TM偏振光束的設計角度’且該設計角度使光束位於餘弦形變跡剖面（圖式令未繪出）的中央，則藍光光束會出現-較大的角度，紅光光束會出現一較小的角度，因此變跡剖面的單面或雙面會出現一移動的薩瓦爾位置。時間連續純顯㈣問題在於，對兩種顏色（例如紅色及藍色）的單-複雜值像素的變跡據光鏡並非中心被照亮。一種簡單的解決方案是縮小變跡剖面的範圍，例如從填隙因數FF = 0· 8降低到填隙因數ff = 〇..6。這等同於將近 50%的透明面積被切割掉，或是透過吸收消除5〇%的光效能。此外，當填隙因數變小，對與取景窗相鄰之繞射級的抑制作用也會變小。：* ΐ:: 另外一種解決方案是來自於所使用之顏色的空間多工，也就是來自於彩色濾光鏡的空間結構化配置，這對一維編碼的3D物件是不會有問題的，例如對於ΗΡΟ全像圖 (ΗΡΟ=只用於水平視差）。這是一種實際可行的方法，但前提是需要有夠多的像素可供使用，以便3D重建明顯低於眼睛的辨識度上限。第15圖顯示的就是這種情況，也就是結合成相位像素的複雜值像素的空間多工。例如左邊第一道縫隙SIR具有一個紅色濾光鏡，其右邊的縫隙 SR2(在具有吸收作用之黑色缝隙SB旁邊）具有一個藍色濾光鏡，右邊下一個縫隙S3G(在具有吸收作用之黑色缝隙表單編號A0101 第23頁/共66頁 09 201107791 的旁邊）具有一個綠色遽光鏡’並且周期性的重複這個頃序。另外一種解決方案是以顏色選擇性變跡濾光鏡分佈取代所謂的“中性密度變跡剖面“，也就是取代作為灰值分佈的強度剖面或傳輸濾光鏡剖面。第16圖顯示的就是這種情況，也就是從一個灰值或“中性密度“變跡函數（左邊濾光鏡APF所示）過渡到一個橫向位移的顏色選擇性變跡函數（右邊濾光鏡APFC所示）。和彩色正片的層結構一樣，顏色選擇性過濾可以是由串接在一起的層來完成， .... ... .. 例如用於紅色的APFSR層、用於綠色的APFSG層、以及用於藍色的APFSB層。上述問題的解決方法與各光譜顏色之最大傳輸的位置有關。但是可以為所有顏色選擇相同大小的填隙因數。此外，可以進行變跡函數的顏色選擇性調變，以便使能源效率或對與VW相鄰之繞射級的抑制作用最佳化。第16圖顯示之強度分佈重4的光譜不同的橫向位移在全像重建中用全像直視裝置是看不到的’>因為這個位移可能小於10 V m。另外一種解決方案是使用至少兩種不同的雙折射材料SP1 及SP2，且這兩種材料具有不同的色散，也就是說一具有正常色散及反常色散。也就是說，薩瓦爾板是由SP1層及 SP2層所構成，例如第一層SP1具有用於藍色光譜線的最高折射辛及用於紅色光譜線的最低折射率，第二層SP1具有用於藍色光譜線的最低折射率及用於紅色光譜線的最高折射率。兩個板SP1及SP2的厚度比與折射率差與綠色光譜線的比 099120396 表單編號A0101 第24頁/共66頁 0993364098-0 例成正比。厚度的選擇要能夠使所有使用的光譜顏色的橫向位置偏差的平方降至最低。第17圖顯示由兩個板SP1 及SP2組成之經過消色差修正的薩瓦爾板。根據上述的實施方式，分波多工操作器具有至少一個偏振器及至少一種光學特性可預先給定的雙折射介質sp。偏振器可賦予通過第一調變單元P01的光線一個可預先給定的第一偏振。偏振器可賦予通過第二調變單元p〇2的光線一個可預先給定的第二偏振。在光線傳播方向上，雙折射介質SP係設置在偏振器及/或第一及第二調變單元 P01，P02之後。可預秦給定的第一偏振可以是垂直於可預先給定的第二偏振。

雙折射介質SP的光學特性是基本上不會將通過第一調變單元P01的光線偏轉，但是會將通過第三知變單元p02的光線在輸入端交界面偏轉一可預先給定的第一角度。通過第二調變單元P02的光線會在雙折射介質SP與輸入端交界面平面平行的輪出端交界崙上被偏轉一可預先給定的第二角度。第一角度的大小可以是基本上等於第二角度。因此通過第上調變單元P02的光線在穿過雙折射介質SP 後，會以帶有一個平行位移的方式從雙折射介質SP射出〇第6圖至第11圖、第12圖至第14圖、第17圖、第20圖及第21 圖中的偏轉層 Vgl、Vg2、Vg3、Vg4、Pgl、pg2、延遲板的光學特性及/或雙折射介質SP、SP1、SP2、SP3 、SV1、SV2的光學特性會使可能的光束偏轉發生在圖面的方向上。當然除此之外，上述元件的光學特性還有其他可能的配置方式，這些光學特性會使可能的光束偏轉表單編號A0101 第25頁/共66頁 0992 201107791 發生在離開圖面的方向上。在這種情況下，調變元件的調變過的分波多工在離開分波多工操作器時並不只是對一個方向（例如沿著一行調變單元）有橫向位移，而是對第一及第二方向均有橫向位移。如第17圖所示，在光線傳播方向上，可以在具有正常或反常色散之雙折射介質SP1的後面設置另外一個具有反常或正常色散之雙折射介質SP2，也就是一個具有相反色散的雙折射介質SP2。這兩種雙折射介質SP1及SP2的厚度比是可以預先給定的，而且最好是根據這兩種雙折射介質SP1及SP2對一可預先給定之波長的光線（例如綠光）的折射率差與對至少另外一種可預先給定之光線（例如紅光及藍光）的折射率差的比例決定二者的厚度比。同樣的，使用至少一種雙折射介質也可以產生如第8圖的光束聚合。第21圖顯示的就是這種情況。為此可以在光線傳播方向上，將另外一種雙折射介質SP3設置在雙折射介質SP1的後面。該另外一種雙折射介質SP3的光學特性是會將通過第一調變單元P01的光線在另外一種雙折射介質SP3的輸入端交界面上偏轉一可預先給定的第三角度，以及在與輸入端交界面平面平行的輸出端交界面上偏轉一可預先給定的第四角度。該另外一種雙折射介質SP3基本上不會將通過第二調變單元P02的光線偏轉。可預先給定的第三角度的大小可以是基本上等於可預先給定的第四角度。因此射入第一雙折射介質SP1的光束基本上是對從第二雙折射介質SP3射出的光束有一平行位移。在兩種雙折射介質SP1及SP3之間有一個；1/2層，通過這個λ/2 層的光線的偏振方向會被；1/2層偏轉90度。SP1及SP3的 099120396 表單編號Α0101 第26頁/共66頁 0993364098-0 201107791 光學軸（圖式中以雙箭頭表示）彼此垂直。在光線傳播方向上，可以將一個作為分析器的偏振器WGP 設置在雙折射介質SP、SP1、SP3之後，其中該偏振器 WGP之光學特性是可預先給定的。有許多不同的可能性可以將本發明的理論付諸實行，以及進一步改良。這些可能性在申請專利範圍第1項及其他之申請專利項目及以下配合圖式說明之本發明的有利的實施方式中均有說明。以下除了配合圖式說明本發明之有利的實施方式，還有關於對本發明之理論進行改良及相關實施方式的說明。由於調變場的每一個調變單元用的光學多工操作器都具有相同的結構，因此為了使圖面簡化起見，以下所有的圖式都只繪出調變場的一個單一的調變單元。基於同樣的理由，以下是以一個具有正常結構化調變單元的調變場為例說明光學多工操作器，其中每一個調變元件都含有兩個相鄰的調變單元。這種空間燈光調變器的一個典型代表是一種用於前面提及之雙相位編碼的空間相位調變器。但是一般而言，亦可對具有兩個以上的調變單元的調變元件進行這種結構化。以下的實施例亦可應用於振幅調變，但是需要為至少一個調變單元另外添加一個相位延遲光學層。使用偏離編碼時，兩個調變單元中的一個調變單元需要一個固定的相位延遲（7Γ/2)，如果是使用Burckhardt編碼，3個調變單元中的兩個調變單元需要2ττ/3及4ττ/3的延遲。第1圖的調變元件ME具有一個第一調變單元Ρ01及一個第二調變單元P02，具這兩個係彼此相鄰設置在調變單元調 099120396 表單編號A0101 第27頁/共66頁 0993364098-0 201107791 變場内一個相干光場LW將調變場中的調變元件ME照亮。-個調變控制單元⑶以-複雜全像圖值的—個相位成分將每-個調變單元Ρ(Π，PG2編碼，因此每—個調變單元P01，P02都朝方向D送出-個分離的經調變的分波 LWPeLWP2(二者具有平行的光學輪％或％)，以進行全像重建。根據本發明，在盡可能靠近調變元p(n， P02的位置有一個帶有光學多工操作器的場M。該光學多工操作器含有由光波偏轉元件Ul，U2構成的結構，其中光波偏轉元件Ul，U2在空間上配屬於調變單元ρ〇ι，p〇2 。光波偏轉元件U1 ’..U2各異:有:一個.光學軸，這兩個光學軸彼此偏離，且二者的指向使配屬於同一個調變元件的分波1^?1或1^?2在場Μ中被光學多工换作器會合成一個具有一共同光學轴a〇的經調變的共同分波Ewp的分波多工 0 根據本發明的一種有利的實施方式，具有光學多工操作器的場Μ含有一個由光學板堆疊成的光學板單元。這些光學板可以具有多個透明的聚合物層，士,這些聚合物層的光學特定（尤其是雙折射特性）是可以預先給定的。第2圖顯示這種光學板單元的第一種實施方式，這種光學板單元具有一個微棱鏡場ΡΑ，其作用是為每一個調變元件ME的調變單元Ρ01及ρ〇2提供一個微稜鏡，這個微稜鏡可以為調變單元P01及p〇2實現一相應的光學光波偏轉函數。同樣的’這個光學板單元也會將調變元件的分波 LWPi及LWP〆合到一個經調變的共同分波LWPg的分波多工。這可以透過在光學板單元的光程上另外設置一個立體全像圖BG(也稱為布拉格全像圖）獲得實現。這個立體 099120396 表早編號 A0101 第 28 頁/共 gg 頁 0993364098_0 201107791 全像圖BG的任務是防止傳播中的分波LWP1&LWP2會彼此交叉，以及使將調變元件之調變單元P01及P02調變的沒有光程差的方式對準方向D。立體全像圖 1 L· BG被編碼及/或描述的方式使其能夠將特定波長的光波校準到十分接近一個範圍很小的偏轉角度或射出角度。所謂特定波長的光波包括彩色重建所需的所有光波，例如紅光、綠光及藍光光波。第3圖顯示如第2圖之光學板單元的第二種實施方式。第一及第二種實施方式的區別在於相干光波場LW的入射角。根據第3圖的實施方式，相干光波場是以傾斜於光學軸的角度入射到空間燈光調變器及/或調變單元P01，P02，由於是傾斜入射的關係，因此可以使用第一繞射級進行重建。根據第2圖的實施方式，相干光波場是以平行於光學軸的方式入射到空間燈光調變器，因此可使用第0繞射級進行重建。第4圖顯示另外加上去的一個在兩個遠焦¥焦場系統L1及 L2之間有一多孔格光圈AP的望遠鏡濾波場TFA可以抑制不希望出現的光線成分，例如以光波場入射方向為準的第0 繞射級及/或未被利用之周期性區間内的相鄰空間繞射級。同時由於光學放大的關係，遠焦聚焦場系統L1及L2還可以提高調變場中調變元件ME的調變單元之間的填隙因數。第5圖顯示本發明的另外一種實施方式，其中一個調變光波分離器Pol可以將每一個調變元件的分波聚集在一起。空間多工用的光學多工操作器利用一個具有偏振元件S-pol及P-pol的板子組合及一個雙折射平板BP，其中偏振 099120396 表單編號A0101 第29頁/共66頁 0993364098-0 201107791 元件S-pol及P-pol的作用是賦予調變元件之調變單元 P01及P02的每一個分波一個特有的光偏振，雙折射平板 BP的作用是賦予調變元件的所有經調變的分波LWP1及 LWP2—個特有的適當的光學軸。如第6圖顯示的偏振光波分離器對全像重建選擇的波長的改變非常敏感。該偏振光波分離器會產生與所使用之光線的波長有關的橫向位移及改變光線的相位關係。第6圖及第7圖各以一個實施例說明如何製造如第8圖所示的自動補償光束分離器雙板。圖式中的Vgl及/或Vg2代表由體光柵構成的光束分離器。為了使調變單元1的分波TE及調變單元2的分波TM(分波 TE及TM的寬度均為a)在平面偏振光束分離後Vg2之後完全重疊，兩個平行光柵面的距離d必須是d = a/(2cos(7r/ 6))，也就是說每1//m的調變單元寬度分配到的距離d等於0·57735 y m 〇調變單元寬度為50/zm時，如果是使用0度/60度偏振光束分離器-幾何，則厚度d=28. 87从m，如果是使用薩瓦爾板，則要達到Δη=0.2，所需的最小厚度d = 385.8#in。如果偏振分波TE及TW的指向向量在偏振光束分離器之前是平行的，則在偏振分離器之後也是平行的。因此要達到射出光束的平行性是沒有間題的。但是光線波長的變化卻會造成間題。當調變單元寬度=30 ，偏振光束分離器-雙板厚度= 17.32μπι，波長變化 Α λ = lnm，會使兩個重疊的調變單元之間的相對相位產生約2 π /10的變化。為了解決這個問題，一種可能的方式是選擇一種繞射角較小的偏振光束分離器。 099120396 表單編號A0101 第30頁/共66頁 0993364098-0 如第6圖所示，一種可能的光束分離器偏轉幾何（具有偏振光束分離器Vgl，Vg2)是0度/48. 2度。在這種情況下 ’分波TE會被偏轉，但是分波TM不會被偏轉。第7圖顯示一個0度/41. 2度的偏振光束分離器（Vgl，Vg2)，這種偏振光束分離器不會將TE偏振的光線繞射，但是會將TM偏振的光線繞射或偏轉。調變單元寬度a = 50/zm及基於相鄰調變單元之間的串擾，調變單元與EW稜鏡平面（未在圖式中繪出）之最大容許距離Dmax=5xa=250从m，可以計算出0 w^arctanU/D^axharctanCO. 2) = 11. 3度。Δη = 〇· 2 ，薩瓦爾板大約是7. 4度。由於可能的光柵偏振光束分離器-幾何是一個行列，因此在11度的範圍會有可利用的角度。但因為必要的折射率變化太高，也就是說以11度作為偏振光束分離器-幾何是不太可能的。但或許實際上可以使用一種0度/33 557度丨的偏振光束分離號-幾何，其中必須有為RGB多說保留的折射辛變化。在波長穩定性Α λ =lnm的情況下，遠種幾何還能夠使聚集在一起的調變單元的相對相位位移△ φ <2 π / 20。有許多可能的方法可以補償漂移的重心波長的影響。其中一種可能的方法是使用兩個結合之調變單元形成的合成彳a號，以補償運轉中的相位移動β例如可以移動·— 個調變單元的相位，以達到一特定的強度額定值◊這樣就可以獲得需輸入之修正相位的值。也可以輸入一組相位移動，也就是至少進行3次相位移動的干涉測量’以測定結合之調變單元的相對相位（精度<2 表單編號Α0101 第31頁/共6δ頁 099Σ 201107791 ττ/512)。只有少數幾個光源的顯示器的一種可能性是，每一個波長及光源使用兩個具有不同光譜特徵曲線的二極體。根據對特徵曲線的認識’可以從二極體發出的信號以 <0. lnm精度測定波長。例如Coherent公司生產的波長測量儀WaveMateTM就是利用這個原理測量波長。在發生漂移的情況下，可以根據對重心波長的認識直接修正結在一起之調變單元的需要調整的相對相位。這要能夠將結合在一起之調變單元的相對相位調整到剩餘誤差<2π/256的程康。 . . ： . 以上提及的線上修正方法可以彼此組合’以提高測量精度，以及補償波長漂移的影響。與這些方法無關，也可以將雷射穩定化到△又<0. Inin的程度。第8圖顯示的實施例是一個補償的偏振光束分離器。這個實施例是以頭兩個光束分離器Vgl及Vg2(相當於第7圖的配置）將TM偏振的光線繞射，但是不將TE偏振的光線繞射，同時以另外兩個光束分離器Vg3及Vg4(相當於第6圖的配置）將TE偏振的光線繞射，但是本將TM偏振的光線繞射。在本實施例中，各光束分離器Vgl至Vg4之間的距離可以小於第6圖及第7圖之實施例的距離，因為僅需一半的光束偏移即可產生TE及/或TM偏振的光線。此外，第8圖還顯示如何補償波長漂移。( Δ λ) re 1 的補償是以對結合在一起之調變單元的影響均勻分佈為基礎。由於必要的延遲層（一個有結構化，另外一個是平面的，沒有結構化）的厚度大約只有1. 5 y m，因此即使是不能忽略設置在4個平面上的體光栅Vgl、Vg2、Vg3、 099120396 表單編號A0101 第32頁/共66頁 0993364098-0 201107791

Vg4的厚度（每個厚度均為⑺以約，slm及偏振器WGP之間的最終距離也會是DD<2a(適用於a在50/zm左右）。如果 a = 70ym ’則最終厚度])j)<a。如果8 = 20//111，則最終厚度 DD<3a ’因此對小的調變單元仍可使用沒有金屬線柵偏振片（Wire Grid polarizer)的偏振器。 Ο Ο 如第6圖所示，在調變單元2及體光栅Vgl之間有一個；1/2 板。如果入射到調變單元1，2的光線只有一個可預先給定的偏振，例如一個線性TE偏振，則需要設置一個；1/2 板。在這種情況下，通過調變單元2的光線會被λ /2板在其偏振旋轉90度，這樣通過調變單元1的光線就會被偏振成垂直於通過調變單元2的光線。如果八躲到調變單元1 ，2的光線已經被偏振成相變單元2 及體光柵Vgl之間設置；1/2板。換句話說就是通過調變單元1的光線被偏振成不同於（例如垂直於）通過調變單元2 的光線，也就是分成通過將體光柵Vgl偏轉之調變單元的光線及通過未將體光柵Vgl偏轉之另外一個調變單元的光線。這個實施例適合於第7、8、13、14及17圖的情況。角度幾何不必是<0. 5度^ 0. 1度的角度誤差是無關緊要的。如果D<a，則0.3度的角度誤差是無關緊要的，也就是說，即使是需要測量，以便補償所產生的效應，也可以有這樣的誤差。這樣做的理由是，當D<a，未被繞射的光線會被阻擋在變跡濾光鏡APF的平面上》但是採用由兩個相同幾何的體光栅構成的構件三明治的作法仍是必要的或是值得建議的。要重疊之波前的橫向偏移是不會造成問題的，因為變跡濾光鏡的填隙因數小於相位SLM的填隙因數，也就是說FFApD<FFsu。 099120396 表單編號A0101 第33頁/共66頁 0993364098-0 201107791 因此照亮面積的大小是固定不變的，而且是足夠均勻的被照亮且僅含有共同堆高疊的波前部分，也就是說，即使橫向偏移量達到5%也不會造成問題。換句話說，離開調變元件（ME)之分波現有的橫向偏移，可以被設置在調變元件（ME)之後的濾光鏡或光圈（例如傳輸特性可預先給定的變跡濾光鏡或光圈幾何可預先給定的孔徑光圈）補償。這種作法亦適用於第5圖至第7圖的實施例。以透鏡或棱鏡進行反射式光束聚集以下將描述反射式光束聚集的另外一種可能的方法，這種方法是以使用透鏡及/或稜鏡或雙凸透銳及/或棱鏡陣列為基礎。在第18圖的實施例中，光學系統100包括一個雙凸透鏡L 及一個棱鏡陣列P。雙凸透鏡L的一個透鏡102及稜鏡陣列 P的一個稜鏡104各分配到SLM的兩個像素（未在第18圖中繪出）。第18圖顯示來自兩個相互配合之像素的光束106 ，108、雙凸透鏡L的一個透鏡102及稜鏡陣列P的一個稜鏡104。像素間距為p，在透鏡102之前的一個光束106， . ii 108的直徑為a，雙凸透鏡及棱鏡陣列之間的距離為d。透鏡102將光束102，108分別聚焦，並將兩個光束106， 108聚集在一起。距離d略小於透族102的焦距，因此聚焦的光束110，112在稜鏡陣列P的平面上仍間隔一段很小的距離D。光束110，112到達棱鏡104不同的面。所選擇的稜鏡角會使在棱鏡之後的光束114基本上朝相同的方向前進。第18圖有繪出雙倍發散角2 0及雙倍光束收縮部分2w 〇這種配置並不能將兩個光束106，108精確的聚集在一起 099120396 表單編號A0101 第34頁/共66頁 0993364098-0 201107791 ，而是仍有一段剩餘距離D。但是這個剩餘距離])比原本的距離（也就是像素間距Ρ)小很多。因此光線到一繞射級邊緣的光程差也會小很多，同時重建品質也較佳。以下是一個數字例子，這個數字例子是根據下列簡化之假設：雙凸透L及稜鏡陣列Ρ之間的距離等於焦距f，也就是說d=f，以及光束是高斯光束。像素間距p = 5〇。光束間距應從p=50 縮小到D=p/10 = 5 yin。所選擇之光束收縮部分使D = 2w。以下的關係成立： Ο 0木w= λ / π (高斯光束的光束-參數乘精=高斯光束的發散及光束收部分的比） Α ：. a=2 0 木 f __ 1肩_ 1--¾ r . λ-,. d=2w : 如果利用這個配置將光束間距p從5〇縮小到5以m，則波長500nm的焦距為=0. 31mm。透鏡間距為〇. lmm時，透鏡半徑約為0.15mm。 ’ Ο 雙凸透鏡L及稜鏡陣列P都是可以製作成大尺寸及校準的光學元件。利用雙Λ透鏡L及稜鏡筆列ρ可以大幅縮小兩個光束106 ’ 108之間的距離，以提高重建品質。在第19圖的實施例中，光學系統1〇〇包括兩棱鏡陣列？1及 Ρ2，以及一個厚度為d的間隔玻璃g。第19圖顯示顯示來自相互配合之SLM像素（未繪出）兩個的光束1〇6，1〇8，這兩個光束在經過一未繪出的結構化延遲板後具有互相垂直的偏振。第一棱鏡陣列P1是由各向異性材料製成。第二稜鏡陣列 P2則是由雙折射材料製成。正常光束1〇8，112的偏振方 099120396 表單編號A0101 第35頁/共66頁 0993364098-0 201107791 向會不受偏轉的通過，但是反常光束1{)6，110的垂直偏振方向則會被偏轉。這種效應類似於〇CU i ty公司生產之 2D/3D顯示器使用的雙折射雙凸透鏡。所選擇的正常折射率與周圍材料的折射率相同。由於選擇不同的反常折射率’因此反常光束會被偏轉。由於位於下方的光束108到達平坦的交界面，因此在通過棱鏡陣列1"1沒有被偏轉。光束108在進入間隔玻璃G後改稱為光束112 ’光束112在棱鏡陣列P2也不會被偏轉，因為其偏振方向使其是正常光束。由於位於上方的光束106 是反常光束’因此在稜鏡陣列P1及棱鏡陣列P2都會被偏轉。這樣兩個光束丨〇6 ’ 108就會聚集成一個重疊光束 114 ’並以相同的方向離開光學系統。以下是像素間距P=50#m的一個數字例子。玻璃G的厚度 d = 5〇〇Mm。位於上方的光束106必須在棱鏡陣列P1被偏轉占=5. 7度。在角度很小的情況下： 5 = ( η 1 / n 2 -1) * α 其中α代表稜鏡角，^及^分別代襄聽鏡Ρ1及玻璃G周圍材料的折射率。典型值為n^l. 65，n2 = l. 5，也就是說折射率差為0. 15。因此可稜鏡角α=57度。

Ocuity公司生產的另外一種用途的雙折射雙凸透鏡的尺寸已經做到數英吋的程度。因此以現有可界得之稜鏡陣列、間隔玻璃及雙折射稜鏡陣列可以製造出大尺寸的三明治式結構’以建到光束聚合的目的。如第18圖所$ ’分波多工操作器可以具有透鏡裝置及稜鏡裝置。透鏡裝置能夠將通過第-調變單元的光線106聚焦在-個在光線傳播方向上位於透鏡裝置之後的平面的 099120396 表單威 AG1G1 第 36 錄66 f 201107791 第一區域。透攀裝置能夠將通過第二調變單元的光線108 t焦在該平面的第二區域。稜鏡裝置位於該平面上。稜娆I置能夠將被透鏡裝置聚焦在第一區域的光線偏轉到〜個可預先給定的第一方向，以及將被聚焦在第二區域的光線偏轉到一個可預先給定的第二方向。可預先給定的第一及第二方向基本上是一致的。第一區域與第二區域間隔一段距離。透鏡裝置具有一個雙凸透鏡L，稜鏡裝置具有一個棱鏡陣列P。 Ο 第19圖的分波多工操作器具有一個第—稜鏡裝置及一個第二棱鏡裝置。第一養鍊裝置能夠將通過笫一調變單元的光線106偏轉到第一方向。通過第二調變:單元的光線 108則不會被偏轉。在光線傳播方向上，第二棱鏡裝置位於第一稜鏡裝置之後，二者間隔的距離秦d。第二稜鏡裝置能夠將被第一棱鏡裝置偏轉的光線11〇偏轉到一個可預先給定的方向。未被偏轉的光線112不會被第二棱鏡裝置偏轉。

第二棱裝裝置的稜鏡陣列P2具有雙折射稜鏡元件。通過第一調變早元的光線106被偏振的方式使其可以被第一棱鏡裝置的雙折射棱鏡元件偏轉。通過第二調變單元的光線108被偏振的方式則使其不會被第二稜鏡裳置偏轉。第一棱裝裝置的棱鏡陣列P1具有雙折射稜鏡元件。這些稜鏡元件的配置方式使其僅被分配給通過第一調變單元的光線106，而不會被分配給通過第二調變單元的光線 108。第20圖顯示本發明的另外一個實施例。根據這個實施例，分波多工操作器具有至少兩種雙折射介質3¥1，SV2。 099120396 表單編號A0101 第37頁/共66頁 0993364098-0 201107791 在光線傳播方向上，在調變單元丨，2之前設有—種雙折射”貝SV1在調變單元丄，2之後則設有另外一種雙折射 ’I貝SV2雙折射介質svl，SV2g自具有可預先給定的光學特性。位於調變單Μ，2之前的雙折射介質SV1的光學特性會使第-部分的光線在第—調變單元丨的方向被偏轉一個可預先給定㈣―角度。第2_上方的點線代表化個刀光線的光束剖面’下方則示範性的繪出另外兩個光束。j Φ實際上要想像光束剖面是延伸到整個面。另外-部分光線沒有被偏轉。這—部分光線的光束剖面是以實現表示° 單元1，2之後的雙折射介質SV2 的光學特性會使另一部分的光線被偏轉一個可預先給定的第二角度，但是並不會使一部分的光線被偏轉。所謂兩種雙折射介質SV1，SV2的光學特性主要是指雙折射介質SV1，SV2之光學軸及/或主轴的定向。圖式中是以雙箭頭代表兩種雙折射介質SV1，SV2的光學軸，且二者的光學軸基本上是相同定向。另外一種可能的成置方式是，兩種雙折射介質SV1，SV2之光學轴的定向並非位於第2〇圖的圖面上。雖然苐一雙折射介質SV1之方向上的光線原則上可以是處於未被偏振的狀態，但是入射在第—雙折射介質SV1上的光線最好還是處於一種可預先給定的線性偏振狀態。第20圖的兩種雙折射介質SV1，SV2，以及第13、14、17 及21圖的雙折射介質SP，SP1，SP2及SP3，都具有基本上平面平行設置的交界面。 099120396 在第ZU圖的兩禋雙折射介質SV1 遲板

，該延遲板是一種又/ 2板。延遲板會將通過調變單第38頁/共66頁 M 表單編號A0101 201107791 兀1 2的光線的偏振方向旋轉90度。在光線傳播方向上，士… 之前的光圈裝置ΒΑ，其Π設置在第一雙折射介質，、作用疋將未被偏轉的光線部分遮擋二調變單元2的方說，光圈襞置BA且士《積基本上和調變單有早—的光圈B，且光圈B的橫斷面面位使其能夠將每或2的橫斷面面積相同。光圈B的定入射光線照到。❾Γ二調鮮元2遮蓋住，使其免於被 Ο 變單元2。為了簡1 就可以防止未被偏轉的光線通過調化圖面起見，第2〇圖是將各個袓件以合離方式單獨㈣n 職件以刀的社構，…際上這些組件可以形成三明治式料構，也錢Μ彼此直機謂對第20圖的配置方 ' : 單元1，2及-個_观有利的作法是將調變 20圖中繪出的偏轉-稜族單元裝跡濾光鏡）之間的距 Μ 4置或變更小的程度。第2。圖：之裝置的相應距離 0圖的裝置對於寬帶光譜及窄帶〇光線的光束聚集都特別有利。透過第20圖的裝置可以實現對稱的光束分割及光束聚集，這樣-方面可以縮小光學波長的偏差’及/或另一方面可以應用重叠的波前（也就是組合的波前）。這樣就可以使光調變器出口處的兩個重疊的調變單元1，2的繞射圖具有相同的強度分佈及相位分佈（包括偏振狀態的正交性）。將這種光調變器用於全像顯示時，這一點對優良的全像圖重建是很重要的。同樣的，降低裝置中通過兩個相鄰調變單元1，2之光線的串擾對於優良的全像圖重建也是很重要的。第22圖顯示另外一種實施例，這種實施例可以實現和第 099120396 0993364098-0 表單編號Α0101 第39頁/共66頁 201107791 20圖之實施例相同的功能。第20圖的實施例是使用反射構件’也就是兩種雙折射介ySV;[，SV2 ◊第22圖的實施例則是使用繞射構件，也就是構成體光栅形式的偏轉層

Vgl ’ Vg2 ’ Vg3，Vg4。在光線傳播方向上’偏轉層，Vg2位於調變單元i，2之前。在光線傳播方向上，偏轉層Vg3，Vg4位於調變單元1，2之後。未被光圈遮擋且入射到第一偏轉層Vgi的光線是未偏振的，但是各偏振部分都具有均勻的分佈，或具有一可預先給定的偏振狀態，例如被線性偏振。第一偏轉層Vgl能夠將光線分割成兩個分光束。其中一個分光束基本上不會被偏轉，而且是被線性偏振，例如具有一個TE偏振（在第22圖中以；點線標示）。另外一個分光束會被偏轉一可預先給定的角度，而且同樣也是被線性偏振，例如具有一個TM偏振（在第22圖中以虛線標不）。第二偏轉層Vg2與第一偏轉層Vgl平行，第二偏轉層Vg2 不會將未被偏轉的光線偏轉，但是會將被偏轉一可預先給定的角度的光線偏轉另外一個角度。這兩個偏轉角度基本上是一樣大的，也就是60度。未被偏轉的光線會在其偏振方向上被位於第二偏轉層Vg2之後的結構化延遲板 (λ/2板）旋轉90度。同樣的，通過調變單元1，2的光線也具有基本上相同的偏振狀態。調變單元1，2能夠改變與其交互作用之光線的相位。在調變單元1，2及第三偏轉層Vg3之間設有另外一個結構化延遲板（λ/2板），其作用是將通過調變單元2之光線的偏振方向旋轉90度。光線入射到第三偏轉層Vg3，第三偏轉 099120396 層Vg3不會將通過調變單元2的光線偏轉表單煸號A0101 第40頁/共66頁，但是會將通過 0993364098-0 調變單元1的光線偏轉一可預先給定的角度。第四偏轉層 Vg4與第二偏轉層Vg3平行，第四偏轉層vg4不會將未被第二偏轉層Vg3偏轉的光線偏轉，但是會將被第三偏轉層 Vg3偏轉一可預先給定的角度的光線偏轉另外一個角度。這兩個偏轉角度基本上是一樣大的。這樣通過兩個調變單元1，2的光束就會被聚集在一起，並以基本上相同的方向傳播出去。如果兩個調變單元1，2實現基本上相同的相位，則兩個分光束的光學波長基本上是相同的。有些調變單元1，2或SLM不必以預先給定的輸入偏振工作。在這種情況下，可以不必在調變單元平面之設設置結構化延遲板，同時可以用一個未結構化的延遲板（也就疋未結構化的半波長板）取代直接接在調變單元平面正之後的第二結構化延遲板。一對RGB(紅綠藍）顯示而言，也就是對使痛本同波長的光線顯示而言，可以在每一個偏轉層乂&1至^4内對與光線的各個波長適配的3種不同的體先柵交錯曝光。當然第22圖的裝置也可以補充行狀、列狀'或矩陣狀排列的組件，也就是第22圖中的組件也可以重複設置在圖面上方及/或下方，或甚至是圖面之外（可與第2〇圖比較）。以光線傳播方向為準，以上圖式中的分波多工操作器通常是直接設置在調變場之調變單元之後。但是也可以將圖式中的分波多工操作器設置在其他位置。例如可以在調變場及分波多工操作器之間設置另外一個光學構件。因此以光線傳播方向為準，可以將如圖式中及/或申請專利範圍主張之分波多工操作器設置在另外一個光學構件之後。例如這另外一個光學構件可以是一個照明單元，表單編號A0101 第41頁/共66頁 201107791 例如 DE 1 0 2009 028 或 984.4 TW 099120342 描述的照明單元。因此輸入耦合到這個照明單元的光線可以基本上垂直於其表面（平行於調變場的表面）射出，並傳播到一個反射式調變場。在來自照明單元的光線被調變場的調變單元調變及反射後（例如在調變場的一個反射層被反射）後，調變過的光線會以基本上沒有偏轉的方式通過照明單元，然後入射到分波多工操作器。分波多工操作器係設置在照明卓元背對調變場的那一面上。為了讓在調變場被反射及調變的光線可以不受阻礙的通過照明裝置’在照明裝置及調變場之間有設置一拇應的薄膜，其作用是將每次通過的光線的偏振方向旋轉一個角度（例如 45度）。最後要特別指出的是，以上提及的所有實施例僅是用來說明本發明主張權利的理論，但是本發明的内容並不受這些實施例的限制。引用文獻： [1] Chulwoo Oh and Michale J. Escuti: Achromatic polarization gratings as highly efficient thin-film polarizing beamsplitters for broadband light, Proc. SPIE, Vol.6682, 668211， 2007.

[2] Kim. Et. al: Wide angle nonraechanical beam steering using thin liquid crystal polarization gratings, Proc. SPIE, Vol.7093, 709302， 2008. 【實施方式】 099120396 第42頁/共66頁表單編號A0101 201107791 [0004] [0005] 【圖式簡單說明】第1圖：本發明之空間燈光調變器的一個細部斷面圖。第2圖：對射出的調變過的分波進行光學多工的光學多工操作器的第一種實施方式，此種實施方式具有微棱鏡場及體光柵。第3圖：對射出的調變過的分波進行光學多工的光學多工操作器的第二種實施方式，此種實施方式具有微稜鏡場 ❹ 及體光柵，且使用的是繞射光線。第4圖：對射出的調變過的分波進行光學多工的光學多工操作器的第三種實施方式，此種實施方式使用的是繞射光線，並以帶有孔眼光圈的空間濾波器濾出未繞射的光線。第5圖：對射出的調變過的分波進行光學多工的光學多工操作器的第四種實施方式，此種實施方式具有一個偏振光波分離器。 ❹ 第6圖至第8圖：各顯示一種具有偏振光束分離器的光學多工實施方式，其中該偏振光束分離器會隨光波波長的改變被補償。第9圖：先前技術[2]之偏振光柵的作用方式。第10圖：在體光柵（非對稱）内的光束路徑。第11圖：在偏振光柵配置（非對稱）内的光束路徑。第12圖：本發明的一個實施例。第13圖及第14圖：各顯示本發明的另外一個實施例。第15圖：由複雜值像素結合成之相位像素的空間多工。 099120396 第16圖：左邊是一個“中性密度“變跡函數，右邊是一表單編號A0101 第43頁/共66頁 0993364098-0 201107791 個橫向移動的顏色選擇變跡函數。第17圖至第22圖：各顯示本發明的另外一個實施例。 [0006] 【主要元件符號說明】 SLM空間燈光調變器 Μ E調變元件 Ρ01第一個調變單元 Ρ02第二個調變單元 LW相干光場 CU調變控制單元 LWPn 9分波 U _ Z Μ光學多工操作器的場 ΙΠ-U2光波偏轉元件 Π1 n9平行的光學轴 a01 、 a02 Λ 共同光學軸 a0 PA微棱鏡場 BG立體全像圖 L1-L2遠焦聚焦場系統 AP多孔格光圈 TFA望遠鏡濾波場 Pol調變光波分離器 S-pol、P-pol偏振元件 BP雙折射平板 Vgl第一偏轉層 Vg2第二偏轉層 Vg3第三偏轉層 099120396 Vg4第四偏轉層表單編號A0101 第44頁/共66頁 0993364098-0 201107791 TE調變單元1的分波 ΤΜ調變單元2的分波 L雙凸透鏡 Ρ棱鏡陣列 Ρ1 第一稜鏡陣列 Ρ2 第二棱鏡陣列 G 間隔玻璃 SV1、SV2 雙折射介質 Ο 099120396 表單編號A0101 第45頁/共66頁 0993364098-0

Claims

201107791 七、申請專利範圍： 1 . 一種光調變器，具有至少一個調變場，該至少一個調變場具有不連續的可編碼調變單元（P01，P02)。調變單元 (P01，P02)組合成調變元件（ME)，其中以傳播中的光波場（LW)的傳播方向為準，調變場（ME)内每一個調變元件 (ME)的調變單元（P01，P02)都是彼此相鄰排列，而且每一個調變元件（ME)都能夠以一個可預先給定的不連續的複雜物件掃瞄值編碼，以便將空間配置的物件光點全像重建，其特徵為：分波多工操作器配屬於調變場（ME)的該調變單元（P01，P02)，該分波多工操作器可以為每一個調變元件（ME)將經該調變單元（P01，P02)調變的分波透過反射或繞射在輸出端聚合成一個調變過的分波多工，以便使該調變元件（ME)的調變過的分波多工基本上在一個共同的地點以基本上相同的傳播方向發射出去。 2 .如申請專利範圍第1項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器含有至少一個立體全像圖。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器含有雙折射的光學成分。 4 .如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器具有偏振層，其作用是賦予從調變元件（ME)的每一個調變單元（P01，P02)射出的分波一個特有的光極性。 5.如申請專利範圍第1項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器具有一平面平行光學板，該光學板具有結構化立體全像圖元件，其中立體全像圖被結構化為調變元件（ME) 099120396 表單編號A0101 第46頁/共66頁 0993364098-0 201107791 6 . Ο 8 . 〇 ίο 099120396 的調變單元（PQ1，PQ2)被分配到不同的立體全像圖元件 ’這些立體全像圖元件使平面平行光學板内的光學傳輸軸向彼此傾斜’ 24樣相同調變元件（ME)的調變單元（P(H， P02)的調變過的光波元件就會從—個共同位置離開平面平行光學板。如申明專利範圍第1項的光調變器，其特徵為：每一個調變凡件（ME)都具有至少一個調變單元（pQ1，p()2)，其作用是對分波的相位及/或振幅進行不連續制。如申請專利範圍第3項的光調變器，其特徵為：單一調變元件（ME)的調變單元（P01，P02)是以排成行或列的方式組合’其中在調變元件（ME)的調變單元<'Ρ〇1，P〇2)上設有濾膜條紋，其作用是賦予調變元件（ME)的，一個調變單元（P01 ’ P02)對光傳輸的一個特有的極性及/或偏振。如申請專利範圍第1項至第7項中任一項的光調變器，其特徵為：可透過賦予通過一個調變單元（P01，P02)之分波一個可預先給定的相位移，以抵消通過不同調變單元 (P01，P02)之分波的相位差。如申請專利範圍第1項至第8項中任一項的光調變器，其特徵為：透過設置在調變元件（ME)之後的濾光鏡或光圈，例如傳輸特性可預先給定的變跡濾光鏡或光圈幾何可預先給定的孔徑光圈，可以抵消離開調變元件（ME)的分波的橫向位移。如申請專利範圍第1項至第9項中仕一項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器具有至少一個偏振器及第一及第二偏轉層（Vgl ’Vg2)，偏振器可賦予通過第一調變單元 (1)的光線一可預先給定的第一偏振，以及可賦予通過第表單編號A0101 第47頁/共66頁 0993364098-0 201107791 二調變單元（2)的光線一可預先給定的第二偏振，其中可預先給定的第一偏振是一線性偏振且垂直於可預先給定的第二線性偏振，或是可預先給定的第一偏振是一圓偏振且其旋轉方向與可預先給定的第二圓偏振相反，在光線傳播方向上，第一偏轉層（Vgl)位於偏振器之後，同時在光線傳播方向上，第一偏轉層（Vgl)位於第一偏轉層（Vg2)之後，且二者相距一可預先給定的距離（d)。 11 .如申請專利範圍第10項的光調變器，其特徵為：第一偏轉層（Vgl)的光學特性是基本上不會將通過第一調變單元 # (1) 的光線偏轉，但是會將通過第二調變單元（2)的光線偏轉一可預先給定的第一角度。 12 .如申請專利範圍第10項或第11項的光調變器，其特徵為 :第二偏轉層（Vg2)的光學特性是基本上不會將通過第一 - 調變單元（1)的光線偏轉，但是會將通過第二調變單元 (2) 的光線偏轉一可預先給定的第二角度，其中可預先給定的第二角度的大小基本上等於可預先給定的第一角度。 13 .如申請專利範圍第10項至第12項中任一項的光調變器， γ U 其特徵為：在光線傳播方向上，第三及第四偏轉層（Vg3 ，Vg4)位於第二偏轉層（Vg2)之後，且分別與第二偏轉層 (Vg2)間隔一可預先給定的距離，第三偏轉層（Vg3)的光學特性是會將通過第一調變單元（1)的光線偏轉一可預先給定的第三角度，但是基本上不會將通過第二調變單元 (2)的光線偏轉。第四偏轉層（Vg4)的光學特性是會將通過第一調變單元（1)的光線偏轉一可預先給定的第四角度，但是基本上不會將通過第二調變單元（2)的光線偏轉，其中可預先給定的第三角度的大小基本上等於可預先給定 099120396 表單編號A0101 第48頁/共66頁 0993364098-0 201107791 的第四角度。 14 .如申請專利範圍第10項至第13項中任一項的光調變器，其特徵為：偏振器具有一個最好是製作成λ/2板的延遲板，且該延遲板分為多個不同定向的區域，或是偏振器具有一個最好是製作成又/ 2板的第一延遲板及一個第二延遲板，其中第一延遲板具有第一定向，第二延遲板具有第二定向，其中具有第一定向的第一延遲板配屬於通過第一調變單元（1)的光線，具有第二定向的第二延遲板配屬於通過第一調變單元（2)的光線。 ^ 15 .如申請專利範圍第10項的光調變器，其特徵為：第一偏轉層（Pgl)的光學特性是會將通過第一調變單元（Ρ01)的光線朝第一方向偏轉一可預先給定的第一角度，以及將通過 . 第二調變單元（P02)的光線朝第二方向偏轉一可預先給定的第二角度。 16 .如申請專利範圍第10項或第15項的光調變器，其特徵為 :第二偏轉層（Pg2)的光學特性是會將通過第一調變單元 (P01)的光線偏轉第二角度，以及將通過第二調變單元 Ο (P02)的光線偏轉第一角度，其中第一角度的大小基本上等於第二角度。 17 .如申請專利範圍第15項或第16項的光調變器，其特徵為 :偏振器具有一個最好是製作成又/4板的延遲板，且該延遲板分為多個不同定向的區域，或是偏振器具有一個最好是製作成；I /4板的第一延遲板及一個第二延遲板，其中第一延遲板具有第一定向，第二延遲板具有第二定向，其中具有第一定向的第一延遲板配屬於通過第一調變單元 (P01)的光線，具有第二定向的第二延遲板配屬於通過第 099120396 表單編號A0101 第49頁/共66頁 0993364098-0 201107791 18 . 19 · 20 . 21 . 22 一調變單元（P02)的光線。如申請專利範圍第10項至第17項中任一項的光調變器，其特徵為：偏轉層（Vgl，Vg2，Vg3，Vg4，Pgl，Pg2) 是具有全像圖及/或體光栅及/或布拉格光柵的層或是具有偏振光栅。如申請專利範圍第1 0項至第18項中任一項的光調變裝置，其特徵為：分波多工操作器具有至少一個偏振器及至少一種光學特性可預先給定之雙折射介質（SP)，其中偏振器可賦予通過第一調變單元（P01)的光線一個可預先給定的第一偏振，以及賦予通過第二調變單元（P02) 的光線一個可預先給定的第二偏振，其中可預先給定的第一偏振可以是垂直於可預先給定的第二偏振，同時在光線傳播方向上，雙折射介質（SP)係設置在偏振器及/或第一及第二調變單元（P01，P02)之後。如申請專利範圍第19項的光調變器，其特徵為：雙折射介質（SP)的光學特性是基本上不會將通過第一調變單元 (P01)的光線偏轉，但是會將通過第二調變單元（P02)的光線偏轉一可預先給定的角度。如申請專利範圍第20項的光調變器，其特徵為：雙折射介質（SP)會將通過第二調變單元（P02)的光線在雙折射介質 (SP)的輸入端;交界面上偏轉一可預先給定的第一角度，以及在與輸入端交界面平面平行的輸出端交界面上偏轉一可預先給定的第二角度，其中以帶有一平行位移之方式射出之光線的可預先給定的第二角度的大小可以是基本上等於可預先給定的第一角度。如申請專利範圍第19項至第21項中任一項的光調變器， 099120396 表單編號A0101 第50頁/共66頁 0993364098-0 201107791 其特徵為：在光線傳播方向上，在具有正常或反常色散之雙折射介質（SP1)的後面設置另外一個具有反常或正常色散之雙折射介質（SP2)，這兩種雙折射介質（SP1，SP2) 的厚度比是可以預先給定的，而且最好是根據這兩種雙折射介質（SP1，SP2)對至少兩種可預先給定之波長的光線（例如綠光）的折射率差的比例決定二者的厚度比。 23.如申請專利範圍第19項至第22項中任一項的光調變器，其特徵為：在光線傳播方向上，將另外一種雙折射介質 (SP3)設置在雙折射介質（SP)的後面，其中另外一種雙折 J 射介質（SP3)的光學特隹是會將通過第一調變單元（ροι) 的光線在另外一種雙折射介質、(S；P3)的輸入端交界面上偏轉一可預先給定的第三角度，以及在與輸入端交界面平面平行的輸出端交界面上偏轉一可預先給定的第四角度，其中另外一種雙折射介質（SP3)基本上不會將通過第二調變單元（P02)的光線偏轉，其中。可預先給定的第三角度的大小可以是基本上等於可以帶有一平行位移之方式射出之、光線的可預先給定的第三角度的大小可以是基本上等於可預先給定的第茜角度。 1 24 .如申請專利範圍第10項至第23項中任一項的光調變器，其特徵為：在光線傳播方向上，將一個作為分析器的偏振器（ffGP，P〇l)設置在雙折射介質（SP ; SP1，SP2，SP3) 或偏轉層（Vgl ’ Vg2 ’ v§3 ’ ’ Pgl，Pg2)之後。 25 ·如申請專利範圍第1項至第24項中任一項的光調變器，其特徵為：分波多說操作器含有至少兩種雙折射介質（SV1 ，SV2)，在光線傳播方向上，在調變單元（1，2)的前面及後面各設有一種光學特性可預先給定的雙折射介質 0993364098-0 099120396 表單編號A0101 第51頁/共66頁 201107791 (SVl，SV2)，其中設置在調變單元（1，2)之前的雙折射介質（SV1)的光學特性會將第一部分的光線朝第一調變單元（10的方向偏轉一可預先給定的第一角度，但是不會將另外一部分的光線偏轉，其中置在調變單元之後的雙折射介質（SV2)的光學特性會將另外一部分的光線偏轉一可預先給定的第二角度，但是不會將第一部分的光線偏轉。 26 .如申請專利範圍第25項的光調變器，其特徵為：該至少兩種雙折射介質（SV1，SV2)具有基本上平面平行的交界面，及/或在兩種雙折射介質（SV1，SV2)之間設有一個延遲板，而且最好是；I/2的延遲板。 27 .如申請專利範圍第25項或第26項的光調變器，其特徵為 :在光線傳播方向上，在第一雙折射介質（SV1)之前設有一個光圈裝置，其作用是將未被偏轉的光線部分遮擋住，以免這些光線朝第二調變單元（2)的方向傳播。 28 .如申請專利範圍第1項至第27項中任一項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器具有一個透鏡裝置及一個棱鏡裝置，其中透鏡裝置能夠將通過第一調變單元的光線（106) 聚焦在一個在光線傳播方向上位於透鏡裝置之後的平面的第一區域，以及能夠將通過第二調變單元的光線（108)聚焦在該平面的第二區域，其中稜鏡裝置能夠將聚焦在第一區域的光線偏轉到一個可預先給定的第一方向，以及將聚焦在第二區域的光線偏轉到一個可預先給定的第二方向，而且可預先給定的第一及第二方向基本上是一致的。 29 .如申請專利範圍第28項的光調變器，其特徵為：第一區域與第二區域間隔一段距離，及/或透鏡裝置具有一個雙凸透鏡（L)，棱鏡裝置具有一個棱鏡陣列（P)。 099120396 表單編號A0101 第52頁/共66頁 0993364098-0 201107791 30 .如申請專利範圍第1項至第27項中任一項的光調變器，其特徵為：分波多工操作器具有一個第一棱鏡裝置及一個第二棱鏡裝置，其中第一稜鏡裝置能夠將通過第一調變單元的光線（106)偏轉到第一方向，但是不會將通過第二調變 • 單元的光線（108)偏轉，在光線傳播方向上，第二稜鏡裝置位於第一棱鏡裝置之後，二者間隔的距離為（d)，第二棱鏡裝置能夠將被第一稜鏡裝置偏轉的光線（11〇)偏轉到一個可預先給定的方向，但是不會將未被偏轉的光線112 偏轉。 31 .如申請專利範圍第30項的光調變器，其特徵為：第二棱裝裝置的棱鏡陣列（P2)具有雙折射稜鏡元件，其中通過第一調變單元的光線（106)被偏振的方式使其可以被第二棱 - 鏡裝置的雙折射棱鏡元件偏轉，通過第二調變單元的光線 (108)被偏振的方式則使其不會被第二棱鍊裝置偏轉。 32 .如申請專利範圍第30項或第31項的光調變器，其特徵為 :第一棱鏡裝置的稜鏡陣歹-(P丨）具有棱鏡元件，這些稜 ^ 鏡元件的配置方式使其僅被分配給通過第一調變單元的光線（106)，而不會被分配給通過第二調變單元的光線 (108)。 33 . 如申請專利範圍第1項至第32項中任一項的光調變器，其特徵為：具有一個變跡構件（ApF)，此變跡構件（APF)作用在調變元件（ME)之聚合光束的調變過的分波多工上，其中變跡構件（APF)具有一個基本上與所使用之光波的波長無關、且垂直於光線傳播方向的中性強度剖面。 099120396 34 . 如申請專利範圍第1項至第32項中任一項的光調變器，其特徵為：具有一個變跡構件（APFC)，此變跡構件（ApFc) 表單编號A〇m 第53頁/共66頁 0993364098-0 201107791 作用在調變元件（ME)之聚合光束的調變過的分波多工上，其中變跡構件（APFC)具有至少兩個基本上與所使用之光線的波長相關的強度剖面，這些強度剖面在一與光線傳播方向垂直的方向上相互橫向位移一可預先給定的值，其中這些強度剖面可以在光線傳播方向上依序設置在 (APFSR，APFSG，APFSB)等單一層上。 099120396 表單編號A0101 第54頁/共66頁 0993364098-0