TWI745782B - 全像投影的空間光調變器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種經配置以顯示包含一全像圖之一光調變圖案的空間光調變器。該空間光調變器包含具有複數個像素之一矽上液晶空間光調變器。該全像圖具有複數個像素。該空間光調變器包含一矽背板。該空間光調變器之每一像素包含一光調變元件及一各別像素電路。每一像素電路嵌入於該矽背板中。每一像素電路經配置以驅動該對應光調變元件。每一像素電路經進一步配置以組合該全像圖之一所接收像素值與光處理功能之一對應像素值，使得該光調變圖案進一步包含該光處理功能。該光處理功能包含一透鏡功能及/或一光柵功能。

Description

全像投影的空間光調變器

本發明係關於空間光調變器、全像投影儀、顯示包含全像圖之光調變圖案的方法及全像投影之方法。更特定言之，本發明係關於矽上液晶空間光調變器及驅動諸如矽上液晶空間光調變器之空間光調變器的方法。一些具體實例係關於減小經串流傳輸至用於全像投影之空間光調變器的資料之量及降低用於全像投影之空間光調變器的像素大小。其他具體實例係關於空間光調變器之矽背板及將全像圖像素映射至空間光調變器之光調變元件上的方法。其他具體實例係關於包含全像投影儀之抬頭顯示器。

自目標散射之光含有振幅及相位資訊兩者。此振幅及相位資訊可使用稱為全像之干涉技術在感光性板或膜上俘獲。俘獲於感光性板或膜上之圖案被稱作全像記錄或全像圖。全像圖可用於形成目標之重建構。藉由全像圖形成的目標之重建構被稱作全像重建構。全像重建構可藉由運用合適之光照明全像圖而形成。

電腦產生之全像可數值模擬用以藉由光干涉形成全像圖的程序。電腦產生之全像圖可使用數學變換來計算。數學變換可基於傅立葉變換。數學變換可為傅立葉變換或菲涅爾變換。藉由執行目標影像之傅立葉變換計算的全像圖可被稱作傅立葉變換全像圖或傅立葉全像圖。傅立葉全像圖可視為目標影像之傅立葉域或頻域表示。使用菲涅爾變換計算的全像圖可被稱作菲涅爾全像圖。

電腦產生之全像圖可包含可被稱作全像圖像素的全像圖值之陣列。每一全像圖值可為相位及/或振幅值。每一全像圖值可經限定(例如經量化)至複數個可允許值中之一者。電腦產生之全像圖可顯示於顯示器件上。可允許值之選擇可基於將用以顯示全像圖之顯示器件。該複數個可允許值可基於顯示器件之能力。

顯示器件可為包含像素之陣列的空間光調變器。空間光調變器可為液晶器件，在此情況下每一像素為具有雙折射率之個別可定址液晶單元。每一像素可根據對應全像圖像素調變光之振幅及/或相位。每一像素包含一光調變元件及經配置以驅動該光調變元件之像素電路。所顯示圖案可視為光調變圖案。

全像重建構可藉由運用合適之光照明所顯示圖案而形成。根據光調變圖案在空間上調變入射光之振幅及/或相位。光藉由空間光調變器而繞射。源自顯示器件之複合光圖案在一重播平面處干涉以形成對應於目標影像之全像重建構。若全像圖為傅立葉全像圖，則重播平面係在遠場（亦即距顯示器件無限距離）中但透鏡可用於帶重播平面進入近場。為方便起見，全像重建構自身可被稱作影像。全像重建構經投影至遠離顯示器件之平面上且技術因此被稱為全像投影。抬頭顯示器可使用全像投影儀而形成，但許多其他器件（諸如頭戴式顯示器）可使用根據本發明之全像投影儀作為影像源。

本發明係關於用於全像投影之經改良矽上液晶空間光調變器。

根據本發明之全息圖包含複數個像素，例如[x ×y ]個像素。若全像圖具有比顯示器件少的像素，則全像圖可平鋪至顯示器件上。平鋪使用顯示器件之額外像素以顯示全像圖之至少部分的重複。平鋪導致經平鋪圖案顯示於顯示器件上，其中經平鋪圖案包含複數個圖像塊。圖像塊為全像圖之像素的連續相鄰群。該複數個圖像塊可包含全像圖之任何數目個完整圖像塊及任何數目個部分圖像塊。完整圖像塊為完整全像圖。亦即，完整圖像塊為全像圖之[x ×y ]個像素的完整相鄰群。部分圖像塊為全像圖之子集。亦即，部分圖像塊為全像圖之[x ×y ]個像素的連續、相鄰子集。在一些具體實例中，平鋪用以填充顯示器件。亦即，平鋪可使用顯示器件之所有像素來顯示全像圖。在一些具體實例中，所有圖像塊為四邊形。在一些具體實例中，所有圖像塊為矩形。每一圖像塊可視需要具有任何大小或縱橫比。

重複於顯示器件上之全像圖在本文中稱為輸入全像圖，此係因為其為用於平鋪及可選進一步處理的源。輸入全像圖經平鋪以形成在本文中稱為第二全像圖之新全像圖。第二全像圖包含比輸入全像圖更多的像素。顯示於顯示器件上的最終全像圖在本文中稱為輸出全像圖或光調變圖案。第二全像圖在顯示之前可或可不被進一步處理。因此，第二全像圖可或可不為輸出全像圖。

像素映射電路實施平鋪方案。根據本發明之平鋪方案為獨特像素映射方案，其將第一輸入全像圖的相鄰像素之群映射至第二全像圖之像素上使得第二全像圖之所有像素對應於輸入全像圖之一個像素。因此應理解輸入全像圖之一些像素對應於第二全像圖之多個像素。咸信在輸入全像圖之一些像素與第二全像圖之像素之間存在一對多關係。圖像塊之數目可為二至十二，諸如四至十。每一圖像塊包含至少兩個像素。

本發明提供一種經配置以顯示包含一全像圖之一光調變圖案的空間光調變器。該空間光調變器為具有複數個（顯示）像素之一矽上液晶空間光調變器。該全像圖具有複數個（全像圖）像素。該空間光調變器包含一矽背板。該空間光調變器之每一像素包含一光調變元件及一各別像素電路。每一像素電路嵌入於該矽背板中。每一像素電路經配置以驅動該對應光調變元件。每一像素電路經進一步配置以組合該全像圖之一所接收像素值與該光處理功能之一對應像素值，使得該光調變圖案進一步包含該光處理功能。該光處理功能包含一透鏡功能及/或一光柵功能。

至少一個光處理功能（例如賦予光功率之透鏡功能及/或具有光轉向效應之光柵功能）與顯示器件的矽背板中之全像圖組合。為避免疑問，所顯示光調變圖案包含全像圖及光處理功能。光調變圖案可為全像圖及光處理功能之總和。組合至少一個光處理功能與顯示器件之矽背板中的全像圖係非常有價值且打破常規。本發明人已瞭解光處理功能之像素值僅藉由像素在顯示器件上的空間部位來判定。因此，添加此等功能所需要的處理可在顯示像素層級方便地提供。此意謂可減小顯示器件之前的資源繁重組件（諸如顯示驅動器或全像圖計算引擎）上之處理負擔。進一步有利地，藉由移動此特定處理至矽背板中，平鋪方案亦可應用於顯示器件之矽背板中。為避免疑問，平鋪程序可僅移動至矽背板中，此係因為光處理功能經提供於矽背板中。關於此之原因係光處理功能必須在平鋪之後與全像圖組合。在一些具體實例中，至少一個光處理功能之像素值經硬連線至矽背板中。

全像圖可包含[x ×y ]個像素且空間光調變器可包含[m ×n ]個像素，其中mn ≥xy 。矽背板可進一步包含像素映射電路。像素映射電路經配置以接收全像圖之每一像素值。像素映射電路經進一步配置以投送全像圖之每一像素值至空間光調變器之複數個像素。因此，全像圖根據像素映射電路顯示於空間光調變器之光調變元件上。更特定言之，全像圖根據像素映射電路平鋪至空間光調變器之光調變元件上。光處理功能可包含[m ×n ]個像素。

光調變圖案包含輸入全像圖之複數個圖像塊，其中圖像塊為輸入全像圖之像素的連續相鄰群。平鋪方案為一像素映射方案，其包含輸入全像圖之至少一些像素與空間光調變器之像素之間的一對多映射。

每一輸入全像圖中之像素的總數目小於空間光調變器上表示的該或該等對應第二全像圖中的像素之數目。舉例而言，輸入全像圖可在兩個維度上小於第二全像圖（m ＞x 且n ＞y ）或在僅一個維度上小於第二全像圖（m ＞x 、n=y 或m=x 、n ＞y ）。此配置使得輸入全像圖之每一部分能夠映射至第二全像圖中之某處的部位。在具體實例中，整個輸入全像圖經映射為像素之連續集合。在其他實例中，輸入全像圖在映射中經分解成多個像素集合，使得第二全像圖不包含整個輸入全像圖之連續表示。亦即，在此等其他實例中，第二全像圖不包含完整圖像塊。在具體實例中，每一第二全像圖包含至少一個完整圖像塊及視情況包含複數個部分圖像塊。使用動態/可變平鋪方案將每一所接收輸入全像圖之像素映射至至少一個對應較大第二全像圖上。輸入全像圖之至少一個像素在第二全像圖中重複。舉例而言，空間光調變器之像素陣列可分成數個離散區，其中之每一者經配置以表示輸入全像圖之至少一子集。輸入全像圖之部分（亦即，全像圖之像素的連續子集）因此可在另外將未使用的彼等空間光調變器像素上重複。

將提供一對多像素映射之像素映射電路嵌入於空間光調變器之矽背板中提供增加可在全像圖平鋪至顯示器件上時更新（例如切換）空間光調變器之每一像素所藉以之速率的技術進步。此技術進步經提供，此係因為較少資料需要經串流傳輸至顯示器件以顯示每一光調變圖案。在具體實例中，顯示器件為矽上液晶空間光調變器。所提供之技術進步減小由像素電容器所引起的對像素大小之約束並增加可更新（例如改變）所顯示光調變圖案所藉以的速率。舉例而言，更複雜（例如更長）圖像塊移位序列可用於每一輸入全像圖及/或可採用更複雜影像交錯技術（例如大量全像重建構可經交錯以形成每一顯示影像）。發現此等技術中之兩者改良全像投影之影像品質。

在一些具體實例中，m ≥2x 且n ≥2y 。因此，全像圖之每一像素值經投送至空間光調變器之至少四個像素。本發明者亦已發現當輸出全像圖包含至少一個完整圖像塊且輸入全像圖之每一像素在像素值之陣列的兩個方向中在輸出全像圖中至少重複一次時所揭示技術特別有效。此在m ≥2x 且n ≥2y 時達成。

全像圖可平鋪至空間光調變器上，使得在上面顯示全像圖之至少一個完整圖像塊。本發明人已發現，對於資料串流傳輸（詳言之，資料讀取），若所顯示光調變圖案包含一個完整圖像塊，則其係有利的。

為避免任何疑問，完整圖像塊係輸入全像圖之[x ×y ]個像素的完整相鄰群組。在一些具體實例中，每一光調變圖案另外包含複數個部分圖像塊，其中每一部分圖像塊為輸入全像圖之像素的相鄰子集。

全像圖之鄰近圖像塊可端至端連接。因此，一對鄰近圖像塊之鄰近邊緣各自包含全像圖之末端。因此，每一圖像塊包含輸入全像圖之至少一個末端或邊界。更特定言之，每一圖像塊包含全像圖的像素之至少一個末端列或像素之末端行。輸入全像圖之末端列/行為輸入全像圖之像素的四個邊界列及行中之一者。更特定言之，末端列/行為輸入全像圖之像素的第一或最後列/行。像素之第一列/行與像素之最後列/行相對。舉例而言，列1與列x 相對且行1與行y 相對。在一些具體實例中，平鋪為連續的，此意謂鄰近圖像塊之所有對將輸入全像圖之一個末端連接至輸入全像圖之相對末端。舉例而言，鄰近圖像塊可將行y 連接至行1或將列x 連接至列1。咸信所有鄰近圖像塊將輸入全像圖之像素的最後行連接至輸入全像圖之像素的第一行或將輸入全像圖之像素的最後列連接至輸入全像圖之像素的第一列。

本發明人已發現若鄰近圖像塊在輸入全像圖之像素值的重複序列中引入中間序列不連續性，則在全像重建構中觀測到對影像之感知品質有害的假影。當平鋪全像圖之每一列及每一行不中斷輸入全像圖之像素值的序列時此等假影最小化。亦即，每一列及行係輸入全像圖之對應列或行的連續重複。連續經平鋪圖案之圖像塊端至端連接重複圖案。經平鋪全像圖不包含包括像素值之序列中的跳躍或省略序列中之像素值的任何列或行。咸信此等具體實例形成全像圖圖案之連續重複。

每一像素電路可包含連接至光調變元件之像素電容器。像素電容器經配置以對光調變元件充電。每一光調變元件可包含液晶。根據本發明，每一像素電容器之實體大小可減小，此係因為顯示器件之像素可被更頻繁地再新。由於空間光調變器為矽上液晶空間光調變器，因此像素包含液晶且液晶可被更頻繁地切換。

亦提供一種全像投影儀，其包含空間光調變器及經配置以運用同調光照明光調變圖案的光源。因此，對應於全像圖之全像重建構形成於重播平面上。本發明描述解鎖用於改良全像投影儀中之影像品質之各種可能性的架構。重播平面在空間上與空間光調變器分開。

全像投影儀可進一步包含經配置以發送複數個全像圖（各自包含[x ×y ]個像素）至空間光調變器的驅動器。顯示驅動器為全像投影儀之複合組件。本發明描述顯著減小對於驅動器之需求的方法。

進一步提供一種在空間光調變器上顯示光調變圖案的方法。光調變圖案包含全像圖。全像圖包含複數個（全像圖）像素。空間光調變器包含具有複數個（顯示器）像素之矽上液晶空間光調變器。該空間光調變器包含一矽背板。該空間光調變器之每一像素包含一光調變元件及一各別像素電路。每一像素電路嵌入於該矽背板中。該方法包含組合全像圖之所接收像素值與光處理功能之對應像素值的第一步驟。顯示於空間光調變器上的光調變圖案因此進一步包含光處理功能。該光處理功能為一透鏡功能及/或一光柵功能。

全像圖可包含[x ×y ]個像素且空間光調變器可包含[m ×n ]個像素，其中mn ＞xy 。該方法可包含使用像素映射電路投送全像圖之每一像素值至空間光調變器之複數個像素的第二步驟。全像圖因此經平鋪至空間光調變器之光調變元件上。像素映射電路嵌入於空間光調變器之矽背板中。

全像圖可藉由端至端連接全像圖之圖像塊而平鋪至空間光調變器之光調變元件上。

又進一步提供一種全像投影的方法，其包含在空間光調變器上顯示光調變圖案之方法。全像投影之方法可進一步包含運用來自光源之同調光照明光調變圖案以在重播平面上形成對應全像圖的全像重建構。重播平面在空間上與空間光調變器分開。

全像投影之方法可進一步包含使用相同步驟以形成對應於第二全像圖的第二全像重建構及使用光柵功能以在重播平面上相對於第一全像重建構移位第二全像重建構以在第一全像重建構之影像光點之間的空間中形成第二全像之影像光點。

第一及第二全像重建構可經交錯，使得重播平面之檢視者感知具有比第一全像重建構或第二全像投影更高之解析度的一全像重建構。

亦提供一種經配置以顯示包含一全像圖之一光調變圖案的空間光調變器。全像圖具有[x ×y ]個像素。空間光調變器為包含矽背板之矽上液晶空間光調變器。空間光調變器進一步包含[m ×n ]個像素，其中mn ＞xy 。該空間光調變器之每一像素包含一光調變元件及一像素電路。每一像素電路嵌入於該矽背板中。每一像素電路經配置以驅動該對應光調變元件。矽背板進一步包含像素映射電路。像素映射電路經配置以接收全像圖之每一像素值。像素映射電路經進一步配置以投送全像圖之每一像素值至空間光調變器之複數個像素。因此，全像圖根據像素映射電路顯示於空間光調變器之光調變元件上。更特定言之，全像圖根據像素映射電路經平鋪至空間光調變器之光調變元件上。視情況，光調變圖案可進一步包含具有[m ×n ]個像素之光處理功能。每一像素電路可經進一步配置以組合該全像圖之所接收像素值與該光處理功能之一對應像素值，以便將該光調變圖案顯示於空間光調變器上。該光處理功能可包含一透鏡功能及/或一光柵功能。

在一些配置中，全像投影儀經組態以形成色彩全像重建構。在一些實例中，此係藉由稱為空間分離之色彩或「SSC」之方法來達成，其中複數個不同色彩（例如紅色、綠色及藍色）全像重建構藉由使用各別複數個單色光源及各別複數個單一色彩全像圖而疊加。每一各別全像圖可表示於各別空間光調變器或一個共同空間光調變器之各別複數個像素上。因此可理解在此等實例中，使用複數個光通道。每一光通道可使用如本文所描述之各別複數個不同平鋪方案，此係因為色彩通道係獨立的。該複數個不同平鋪方案因此可對於每一色彩通道而相同或不同。

一或多個不同平鋪方案可用於形成表示於每一色彩通道之各別空間光調變器上的輸出電腦產生之全像圖。以此方式，單一圖框色彩全像重建構可使用彼此不同的第一、第二及第三平鋪方案（或其中之一或多者可係相同的）而形成。

亦可使用稱為圖框依序色彩或「FSC」之方法達成色彩全像重建構。在一實例FSC系統中，使用三個雷射器（紅色、綠色及藍色）且每一雷射器在單一SLM處被連續地激發以產生視訊之每一圖框。色彩係以足夠高的速率循環（紅色、綠色、藍色、紅色、綠色、藍色等），使得人類檢視者看到來自藉由三個雷射器形成的影像組合之多色影像。每一全像圖因此係色彩特定的。舉例而言，在25每秒框數下之視訊中，第一圖框將藉由1/75秒內激發紅色雷射器、接著綠色雷射器將在1/75秒內激發且最終藍色雷射器將在1/75秒內激發而產生。接著產生下一圖框，以紅色雷射器開始等。FSC方法之優點為整個SLM用於每一色彩。此意謂所產生的三個色彩影像之品質將不受損，此係因為SLM上之所有像素用於色彩影像中之每一者。

在一些具體實例中，平鋪方案逐行平鋪輸入全像圖至顯示器件上。相較於逐圖像塊或甚至逐像素地形成輸出電腦產生之全像圖圖像塊，可以此方式較快形成輸出電腦產生之全像圖，此係因為資料之長序列可按其儲存於記憶體中的次序映射。此可減小平鋪引擎上之計算負擔。

全像投影儀可進一步包含經組態以提供輸入全像圖至平鋪引擎的全像圖引擎。處理器可經組態以自目標影像計算輸入全像圖。此計算可使用本文中所描述的方法即時發生。在一些具體實例中，輸入全像圖之產生包含首先縮小目標影像大小，使得輸入全像圖之像素的數目小於初始目標影像之像素的數目並小於顯示器件之像素的數目。可替代地，處理器可經組態以自先前產生之全像圖（例如儲存於電腦可讀媒體或其他儲存器件上的先前產生之全像圖）的儲存庫擷取輸入全像圖。

在一些實例中，空間光調變器將僅相位調變應用於所接收光。空間光調變器因此可為僅相位空間光調變器。此可係有利的，此係因為藉由調變振幅不損耗光能。因此，提供一高效全像投影系統。然而，本發明可同樣實施於僅振幅空間光調變器或振幅及相位（複合）空間光調變器上。可理解全像圖將相應地為僅相位、僅振幅或完全複合。

術語「全像圖」用以指含有關於目標之振幅及/或相位資訊的記錄。在本發明中，輸入或接收之全像圖為一全像圖。輸出電腦產生之全像圖的全部亦為全像圖，術語「全像圖」涵蓋輸入全像圖之完整圖像塊與額外部分圖像塊的組合。術語「全像重建構」用以指藉由照明全像圖形成的目標之光學重建構。術語「重播平面」用以指其中形成全像重建構的空間中之平面。術語「影像」、「影像區」及「重播場」指代由形成全像重建構的光照明的重播平面之區域。在一些具體實例中，「影像」包含可被稱作「影像像素」之影像光點。

術語「編碼」、「寫入」或「定址」用於描述將分別判定每一像素之調變位準的各別複數個控制值提供給SLM之複數個像素的程序。咸信SLM之像素經組態以回應於接收到該複數個控制值而「顯示」或「表示」光調變分佈或圖案。

可將相位值、相位分量、相位資訊或電腦產生之全像圖或空間光調變器之像素的僅相位參考為「相位延遲」之簡寫。亦即，所描述之任何相位值實際上為表示藉由彼像素提供的相位延遲之量的數目（例如在0至2π範圍內）。舉例而言，描述為具有π/2之相位值的空間光調變器之像素將延遲所接收到之光的相位π/2弧度。在一些具體實例中，空間光調變器之每一像素可操作在複數個可能調變值（例如相位延遲值）中的一者中。術語「灰度位準」可用於指代複數個可獲得調變位準。舉例而言，術語「灰度位準」為方便起見可用於指代僅相位調變器中之複數個可獲得相位位準，即使不同相位位準不提供不同灰度級。術語「灰度位準」為方便起見亦可用以指代複合調變器中之複數個可獲得複合調變位準。

全像圖因此包含灰度位準之陣列，亦即，諸如相位延遲值或複合調變值之陣列的光調變值之陣列。全像圖亦視為繞射圖案，此係因為其為當顯示於空間光調變器上並運用具有與空間光調變器之點距相當（大體上小於該點距）的波長的光照明時促使繞射的圖案。本文中參考組合全像圖與其他繞射圖案，諸如充當透鏡或光柵之繞射圖案。舉例而言，充當光柵之繞射圖案可與全像圖組合以平移重播平面上之重播場或充當透鏡的繞射圖案可與全像圖組合以將全像重建構聚焦於近場中之重播平面上。

術語「光」本文中以其最廣泛意義使用。一些具體實例同樣適用於可見光、紅外線光及紫外線光，及其任何組合。

本發明係指或描述1D及2D全像重建構，僅作為實例。全像重建構可替代地為3D全像重建構。亦即，在本發明之一些實例中，每一電腦產生之全像圖形成3D全像重建構。

本發明並不受限於下文描述之具體實例但擴展至所附申請專利範圍之完整範疇。亦即，本發明可以不同形式體現且不應被解釋為受限於為了說明之目的而陳述之所描述具體實例。

描述為形成於另一結構之上部部分/下部部分處或其他結構上/下的結構應視為包括其中結構彼此接觸的情況，及此外其中第三結構安置在其之間的情況。

在描述時間關係（例如，當事件之時間順序描述為「在之後」、「後續」、「接下來」、「在之前」或諸如此類」時）中，除非另外指定，否則本發明應被視為包括連續及非連續事件。舉例而言，描述應被視為包括除非使用諸如「剛剛」、「立即」或「直接」之措辭否則並不連續的情況。

儘管本文中可使用術語「第一」、「第二」等以描述各種元件，但此等元件不應受限於此等術語。此等術語僅用於將一個元件與另一元件區分開來。舉例而言，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元件，而不脫離所附申請專利範圍的範疇。

不同具體實例之特徵可部分或整體彼此耦接或組合，且可以不同方式彼此互相操作。一些具體實例可彼此獨立地實施，或可以互相依賴關係一起實施。

儘管不同具體實例及具體實例之群可在以下詳細描述中單獨地揭示，但任何具體實例或具體實例之群的任何特徵可與任何具體實例或具體實例之群的任何其他特徵或特徵之組合組合。亦即，設想本發明中揭示的特徵之所有可能組合及排列。光學組態

圖1展示其中電腦產生之全像圖經編碼於單一空間光調變器上的具體實例。電腦產生之全像圖為用於重建構之目標的傅立葉變換。因此咸信全像圖為目標之傅立葉域或頻域或譜域表示。在此具體實例中，空間光調變器為反射矽上液晶「LCOS」器件。全像圖經編碼於空間光調變器上且全像重建構形成於重播場（例如諸如螢幕或擴散器之光接收表面）處。

光源110（例如雷射器或雷射二極體）經安置以經由準直透鏡111照明SLM 140。準直透鏡促使光之大體上平面波前入射於SLM上。在圖1中，波前之方向為偏離的（例如偏離真正正交於透明層之平面的方向二或三度）。然而，在其他具體實例中，大體上平面波前係以正入射提供且光束分裂器配置用以分開輸入及輸出光學路徑。在圖1中所示之具體實例中，配置使得來自光源之光自SLM之鏡像後表面反射並與光調變層相互作用以形成出射波前112。出射波前112施加至包括傅立葉變換透鏡120的光學件，使出射波前聚焦在螢幕125處。

更特定言之，傅立葉變換透鏡120自SLM 140接收調變光之光束並執行頻率空間變換以在螢幕125處產生全像重建構。

值得注意的是，在此類型全像中，全像圖之每一像素促進整個重建構。在重播場上之特定點（或影像像素）與特定光調變元件（或全像圖像素）之間不存在一對一相關性。換言之，出射光調變層之調變光橫越重播場分佈。

在此等具體實例中，全像重建構在空間中的位置係藉由傅立葉變換透鏡之折射（聚焦）功率來判定。在圖1中所示之具體實例中，傅立葉變換透鏡為實體透鏡。亦即，傅立葉變換透鏡為光學傅立葉變換透鏡且在光學上執行傅立葉變換。任何透鏡可充當傅立葉變換透鏡但透鏡之效能將限制其執行的傅立葉變換之準確度。熟習此項技術者理解如何使用透鏡來執行光學傅立葉變換。全像圖計算

在一些具體實例中，電腦產生之全像圖為傅立葉變換全像圖，或僅傅立葉全像圖或基於傅立葉之全像圖，其中影像藉由利用正透鏡之傅立葉變換性質而重建構於遠場中。藉由將重播平面中之所要光場傅立葉變換回至透鏡平面來計算傅立葉全像圖。電腦產生之傅立葉全像圖可使用傅立葉變換來計算。

傅立葉變換全像圖可使用諸如契伯格-山克斯頓演算法之演算法來計算。此外，契伯格-山克斯頓演算法可用於自空間域中之僅振幅資訊（諸如照片）計算傅立葉域中之全像圖（亦即傅立葉變換全像圖）。與目標相關之相位資訊實際上自空間域中之僅振幅資訊來「擷取」。在一些具體實例中，電腦產生之全像圖係使用契伯格-山克斯頓演算法或其變體自僅振幅資訊來計算。

契伯格-山克斯頓演算法考慮當分別在平面A及B中之光束之強度橫截面（IA(x,y)及IB(x,y)）已知且IA(x,y)及IB(x,y)藉由單一傅立葉變換相關時的情形。在給定強度橫截面情況下，分別發現平面A及B中之相位分佈的近似值ψA(x,y)及ψB(x,y)。契伯格-山克斯頓演算法藉由遵照迭代程序發現此問題之解決方案。更特定言之，契伯格-山克斯頓演算法迭代地應用空間及光譜約束同時在空間域與傅立葉（光譜或頻率）域之間反覆地傳送資料集合（振幅與相位），表示IA(x,y)及IB(x,y)。經由演算法之至少一個迭代獲得譜域中之對應電腦產生之全像圖。演算法收斂且經配置以產生表示輸入影像之全像圖。全像圖可為僅振幅全像圖、僅相位全像圖或完全複合全像圖。

在一些具體實例中，使用基於諸如藉由引用之方式特此全部併入的英國專利2,498,170或2,501,112中所描述的契伯格-山克斯頓演算法之演算法計算僅相位全像圖。然而，本文所揭示之具體實例描述計算僅相位全像圖，僅作為實例。在此等具體實例中，契伯格-山克斯頓演算法擷取資料集合的傅立葉變換之相位資訊ψ[u,v]，其產生已知振幅資訊T[x,y]，其中振幅資訊T[x,y]表示目標影像（例如照片）。由於量值及相位固有地組合於傅立葉變換中，因此所變換量值及相位含有關於所計算資料集合之準確度的適用資訊。因此，可運用對振幅及相位資訊兩者之回饋迭代地使用演算法。然而，在此等具體實例中，僅僅相位資訊ψ[u,v]用作全像圖以形成表示影像平面處目標影像之全像。全像圖為相位值之資料集合（例如2D陣列）。

在其他具體實例中，基於契伯格-山克斯頓演算法之演算法用以計算完全複合全像圖。完全複合全像圖為具有量值分量及相位分量之全像圖。全像圖為包含複合資料值之陣列的資料集合（例如2D陣列），其中每一複合資料值包含量值分量及相位分量。

在一些具體實例中，演算法處理複合資料且傅立葉變換為複合傅立葉變換。複合資料可被視為包含（i）實分量及虛分量或（ii）量值分量及相位分量。在一些具體實例中，在演算法之各個階段以不同方式處理複合資料之兩個分量。

圖2A說明用於計算僅相位全像圖的根據一些具體實例之演算法的第一迭代。至演算法之輸入為包含2D像素陣列或資料值的輸入影像210，其中每一像素或資料值為量值（或振幅）值。亦即，輸入影像210的每一像素或資料值不具有相位分量。輸入影像210因此可視為僅量值或僅振幅或僅強度分佈。此輸入影像210之實例為包含圖框之時間序列的視訊之照片或一個圖框。演算法之第一迭代以資料形成步驟202A開始，該步驟包含使用隨機相位分佈（或隨機相位種子）230指派隨機相位值至輸入影像之每一像素以形成起始複合資料集合，其中集合之每一資料元素包含量值及相位。咸信起始複合資料集合表示空間域中之輸入影像。

第一處理區塊250接收起始複合資料集合並執行複合傅立葉變換以形成傅立葉變換之複合資料集合。第二處理區塊253接收傅立葉變換之複合資料集合並輸出全像圖280A。在一些具體實例中，全像圖280A為僅相位全像圖。在此等具體實例中，第二處理區塊253量化每一相位值且將每一振幅值設定成單位以便形成全像圖280A。

每一相位值係根據可在將用以「顯示」僅相位全像圖之空間光調變器之像素上表示的相位位準來量化。舉例而言，若空間光調變器之每一像素提供256個不同相位位準，則全像圖之每一相位值經量化成256個可能相位位準中之一個相位位準。全像圖280A為表示輸入影像的僅相位傅立葉全像圖。在其他具體實例中，全像圖280A為包含自所接收傅立葉變換複合資料集合推導出的複合資料值（各自包括振幅分量及相位分量）之陣列的完全複合全像圖。在一些具體實例中，第二處理區塊253將每一複合資料值限制於複數個可允許複合調變位準中之一者以形成全像圖280A。約束之步驟可包括將每一複合資料值設定成複合平面中之最接近可允許複合調變位準。咸信全像圖280A表示光譜或傅立葉或頻域中之輸入影像。在一些具體實例中，演算法此時停止。

然而，在其他具體實例中，演算法如由圖2A中之點線箭頭表示繼續。換言之，遵循圖2A中之點線箭頭的步驟係可選的（亦即對於所有具體實例並不必要）。

第三處理區塊256自第二處理區塊253接收經修改複合資料集合並執行反相傅立葉變換以形成反相傅立葉變換之複合資料集合。咸信反相傅立葉變換複合資料集合表示空間域中之輸入影像。

第四處理區塊259接收反相傅立葉變換之複合資料集合並提取量值值211A之分佈及相位值213A之分佈。視情況，第四處理區塊259評估量值值211A的分佈。特定言之，第四處理區塊259可比較反相傅立葉變換複合資料集合的量值值211A之分佈與輸入影像510，該輸入影像自身當然為量值值之分佈。若量值值211A之分佈與輸入影像210之間的差充分小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A係可接受的。亦即，若量值值211A之分佈與輸入影像210之間的差充分小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A為輸入影像210之充分準確表示。在一些具體實例中，反相傅立葉變換複合資料集合的相位值213A之分佈出於比較之目的而忽略。將瞭解可採用用於比較量值值211A之分佈與輸入影像210的任何數目個不同方法且本發明不限於任何特定方法。在一些具體實例中，計算均方差且若均方差小於臨限值，則全像圖280A視為可接受。若第四處理區塊259判定全像圖280A不可接受，則可執行演算法之一另外迭代。然而，此比較步驟並不必要且在其他具體實例中，所執行演算法之迭代的數目經預定或預設或使用者定義。

圖2B表示演算法之第二迭代及演算法之任何其他迭代。前述迭代之相位值213A的分佈經由演算法之處理區塊反饋。量值值211A之分佈被拒絕促進輸入影像210之量值值的分佈。在第一迭代中，資料形成步驟202A藉由組合輸入影像210之量值值之分佈與隨機相位分佈230而形成第一複合資料集合。然而，在第二及後續迭代中，資料形成步驟202B包含藉由組合（i）來自演算法之前一迭代的相位值213A之分佈與（ii）輸入影像210之量值值的分佈而形成複合資料集合。

藉由圖2B之資料形成步驟202B形成的複合資料集合接著以參看圖2A描述之相同方式來處理以形成第二迭代全像圖280B。程序之解釋因此在本文中不重複。當已計算第二迭代全像圖280B時演算法可停止。然而，可執行演算法之任何數目個其他迭代。應理解若需要第四處理區塊259或需要一另外迭代，則僅需要第三處理區塊256。輸出全像圖280B運用每一迭代大體上變得較佳。然而，實際上通常達到未觀測到可量測改良或執行一另外迭代之正益處比額外處理時間之負效應重要所在的點。因此，演算法描述為迭代及收斂。

圖2C表示第二及後續迭代之替代具體實例。前述迭代之相位值213A的分佈經由演算法之處理區塊反饋。量值值211A之分佈被拒絕促進量值值之替代分佈。在此替代具體實例中，量值值之替代分佈係自前一迭代之量值值211的分佈推導出。特定言之，處理區塊258自前一迭代之量值值211的分佈減去輸入影像210之量值值的分佈，以增益因數α按比例縮放彼差且自輸入影像210減去該按比例縮放差。此在數學上藉由如下等式表達，其中下標本文及數字指示迭代數目：

其中： F'為反相傅立葉變換； F為前向傅立葉變換； R[x,y]為藉由第三處理區塊256輸出的複合資料集合； T[x,y]為輸入或目標影像；

為相位分量； ψ為僅相位全像圖280B； η為量值值211B之新的分佈；且 α為增益因數。

增益因數α可為固定或可變的。在一些具體實例中，增益因數α係基於入射目標影像資料之大小及速率而判定。在一些具體實例中，增益因數α取決於迭代數目。在一些具體實例中，增益因數α僅隨迭代數目而變。

圖2C之具體實例在所有其他方面與圖2A及圖2B之具體實例相同。咸信僅相位全像圖ψ(u,v)包含頻率或傅立葉域中之相位分佈。

在一些具體實例中，使用空間光調變器執行傅立葉變換。特定言之，全像圖資料與提供光功率之第二資料組合。亦即，寫入至空間光調變之資料包含表示目標之全像圖資料及表示透鏡之透鏡資料。當顯示於空間光調變器上並運用光照明時，透鏡資料仿真實體透鏡，亦即，其以與對應實體光學件相同的方式使光至一焦點。因此，透鏡資料提供光學或聚焦功率。在此等具體實例中，可省略圖1之實體傅立葉變換透鏡120。在技術領域中已知如何計算表示透鏡的資料。表示透鏡之資料可被稱作軟體透鏡。舉例而言，僅相位透鏡可藉由計算由透鏡之每一點由於其折射率及空間上變化之光學路徑長度所引起的相位延遲而形成。舉例而言，在凸透鏡之中心處的光學路徑長度大於在透鏡之邊緣處的光學路徑長度。僅振幅透鏡可藉由菲涅爾區域板形成。電腦產生之全像技術中亦已知如何組合表示透鏡之資料與全像圖以使得全像圖之傅立葉變換可被執行而無對實體傅立葉透鏡之需求。在一些具體實例中，透鏡資料藉由諸如簡單向量加法之簡單加法與全像圖組合。在一些具體實例中，實體透鏡與軟體透鏡結合使用以執行傅立葉變換。可替代地，在其他具體實例中，完全省略傅立葉變換透鏡，使得全像重建構發生在遠場中。在其他具體實例中，全像圖可以相同方式與光柵資料（亦即，經配置以執行光柵之功能（諸如光束轉向）的資料）組合。再次，已知如何計算此類資料。舉例而言，僅相位光柵可藉由模型化由炫耀光柵之表面上的每一點所引起的相位延遲而形成。僅振幅光柵可僅疊加有僅振幅全像圖以提供全像重建構之角度轉向。

在一些具體實例中，傅立葉變換藉由實體傅立葉變換透鏡及軟體透鏡聯合地執行。亦即，藉由軟體透鏡提供促進傅立葉變換的一些光功率，且藉由一或多個實體光學件提供促進傅立葉變換的光功率之剩餘部分。

在一些具體實例中，提供一種經配置以接收影像資料並使用演算法即時計算全像圖的即時引擎。在一些具體實例中，影像資料為包含影像圖框之序列的視訊。在其他具體實例中，全像圖經預計算、儲存在電腦記憶體中並根據需要回顧用於顯示於SLM上。亦即，在一些具體實例中，提供一種預定全像圖之儲存庫。

具體實例係關於傅立葉全像及契伯格-山克斯頓類型演算法，僅作為實例。本發明同樣適用於可藉由相似方法計算的菲涅爾全像及菲涅爾全像圖。本發明亦適用於藉由諸如基於點雲方法之彼等技術之其他技術計算的全像圖。光調變

空間光調變器可用於顯示包括電腦產生之全像圖的繞射圖案。若全像圖為僅相位全像圖，則需要調節相位的空間光調變器。若全像圖為完全複合全像圖，則可使用調節相位及振幅之空間光調變器或可使用調節相位之第一空間光調變器及調節振幅之第二空間光調變器。

根據本發明，空間光調變器為矽上液晶（LCOS）空間光調變器。因此，空間光調變器之光調變元件（亦即像素）為含有液晶之單元。亦即，空間光調變器為一液晶器件，其中光學上主動組件為液晶。每一液晶單元經組態以選擇性地提供複數個光調變位準。亦即，每一液晶單元在任一時間處經組態以操作在自複數個可能光調變位準中選擇的一個光調變位準處。每一液晶單元可動態重組態至來自該複數個光調變位準中之不同光調變位準。在一些具體實例中，空間光調變器為反射LCOS空間光調變器。

LCOS器件在小孔隙（例如寬度幾個厘米）內提供光調變元件或像素之密集陣列。像素通常為大致10微米或更小，其導致幾度之繞射角，其意謂光學系統可係緊湊的。與其他液晶器件之較大孔隙相比，更易於充分照明LCOS SLM之小孔隙。LCOS器件通常係反射式，此意謂驅動LCOS SLM之像素的電路可內埋在矽背板中之反射表面下。導致較高孔隙比。換言之，像素經緊密填充，意謂在像素之間存在極少死空間。此係有利的，此係因為其減小重播場中之光學雜訊。LCOS SLM包含具有像素在光學上平整之優點的矽背板。此對於相位調變器件係特別重要。另外，矽背板可併有像素定址電路外加如下文參看圖4所描述之像素驅動電路。

僅作為實例,在下文參看圖3描述合適之LCOS SLM。使用單晶體矽基板302形成LCOS器件。LCOS器件具有藉由空隙301a間隔開，配置於基板之上部表面上的正方形平面鋁電極301之2D陣列。電極301中之每一者可經由內埋於基板302中之電路302a定址。電極中之每一者形成各別平面鏡面。對準層303安置於電極之陣列上，且液晶層304安置於對準層303上。第二對準層305安置於玻璃之例如平面透明層306上。ITO之例如單一透明電極307安置於透明層306與第二對準層305之間。

正方形電極301中之每一者與透明電極307之覆蓋區及介入液晶材料一起界定可控制相位調變元件308，常常被稱作像素。考慮像素301a之間的空間，有效像素區域或填充因數為光活性之總像素之百分比。藉由相對於透明電極307控制施加至每一電極301之電壓，各別相位調變元件的液晶材料之性質可變化，籍此提供可變延遲至其上之光入射。該效應係提供僅相位調變至波前，亦即無振幅效應發生。

所描述LCOS SLM在反射中輸出空間上調變光。反射式LCOS SLM具有信號線、閘極線及電晶體在成鏡像表面下方的優點，此導致高填充因數（通常大於90%）及高解析度。使用反射式LCOS空間光調變器之另一優點為與在使用透射器件情況下將必需的厚度相比，液晶層可為該厚度的一半。此極大地改良液晶之切換速度（移動視訊影像之投影的關鍵優點）。然而，本發明之教示內容可同樣使用透射LCOS SLM來實施。在具體實例中，所接收電腦產生之全像圖為至平鋪引擎的輸入全像圖。輸入全像圖根據一平鋪方案「平鋪」於空間光調變器上且該平鋪方案經動態改變，例如其在輸入全像圖之間改變。參看圖4進一步解釋「圖像塊」及「平鋪」之概念。背板架構

圖4展示液晶（例如LCOS SLM）顯示器之實例矽背板。熟習此項技術者將熟悉包含像素定址電路的一般架構，該像素定址電路包括行驅動器450、列驅動器460及行線與列線之網格以用於定址顯示器之像素。行線可攜載資料信號且列線可攜載閘極信號。每一像素位於行線與列線之間的相交點，使得每一像素可經個別地控制。

圖4展示四個像素，僅作為實例。架構可經按比例縮放以驅動任何數目個像素，諸如1024×768個像素。每一像素包含像素電路400。每一像素亦包含光調變元件。在圖4的實例中，光調變元件為液晶410。在所展示實例中，每一像素電路包含電晶體420及電荷儲存電容器430。像素電容器430連接至液晶410。在一些具體實例中，像素電容器430與液晶410並聯連接。本發明係關於矽背板，諸如類比背板，其中每一像素電路包含經配置以儲存電荷以用於驅動（例如切換）液晶410的像素電容器430。包含像素定址電路及用於驅動各別像素之像素電路400的矽背板可使用習知矽晶片製造製程（諸如CMOS製程）形成。咸信矽背板為CMOS矽背板。圖4展示複數個簡單像素電路，僅作為實例。在所展示之組態中，像素電容器430與液晶410並聯充電。在所展示實例中，像素電容器充當電安定器。然而，熟習此項技術者可熟悉各種更高級配置，其中每一像素電路包括複數個電晶體及/或複數個電容器。舉例而言，第二電晶體可經包括以控制電荷何時自像素電容器430流至液晶410以切換液晶。像素電路嵌入在像素後方且像素電路之實體大小受像素大小限制。在多數顯示器件中，小像素大體上係較佳的。然而，像素電容器之大小可限制顯示器件之像素大小。全像圖平鋪

圖5展示藉由平鋪輸入全像圖形成的實例全像圖。全像圖在兩個方向中具有比輸入全像圖更多的像素。咸信此全像圖係藉由平鋪輸入全像圖至包含比輸入全像圖更多之像素的畫布上而形成。圖5中所展示之全像圖包含完整圖像塊500、第一部分圖像塊510、第二部分圖像塊520及第三部分圖像塊530。在較佳具體實例中，全像圖之鄰近圖像塊可端至端連接。亦即，所有鄰近圖像塊將輸入全像圖之像素的最後行連接至輸入全像圖之像素的第一行或將輸入全像圖之像素的最後列連接至輸入全像圖之像素的第一列。

在平鋪之後及在顯示於顯示器件上之前可進一步處理全像圖。在一些具體實例中，透鏡功能及/或光柵功能（如在此文件中別處所描述）在其被顯示之前與所平鋪全像圖組合。

圖6展示製備包括用於顯示之圖像塊之全像圖的實例。平鋪引擎620自全像圖引擎接收第一全像圖600。第一全像圖600包含[x ×y ]個像素。平鋪引擎620藉由平鋪第一全像圖600至較大畫布上而形成第二全像圖630。第二全像圖630包含[m ×n ]個像素，其中mn ＞xy 。僅作為實例，第二全像圖630包含一個完整圖像塊及三個部分圖像塊。

第二全像圖630係藉由根據平鋪方案映射第一全像圖600之像素形成。平鋪方案亦可被稱作定址方案或映射方案。平鋪方案提供關於第一全像圖600之哪些像素應映射至第二全像圖630之哪些像素的指令。如圖6中所示，此實例之第二全像圖630包含與第一全像圖600之[x ×y ]個像素相同的[x ×y ]個像素之子集。第二全像圖630亦包括輸入全像圖的像素之三個不同子集，其各自表示第一全像圖600的[x ×y ]個像素之相鄰連續子集。像素之每一相鄰連續子集表示第一全像圖600之完整子部分。再次，第一全像圖之像素的每一子集被稱作部分圖像塊，其中第一全像圖600之[x ×y ]個像素的完整集合為與第一全像圖600相同的完整圖像塊。就此而言，平鋪方案將第一全像圖600之像素映射至像素或圖像塊之群中的第二全像圖630，並非隨機地指派第一全像圖600之個別鄰近像素至相對於第二全像圖630中之另一像素的完全不同位置。

在第二全像圖630已藉由平鋪引擎620形成後，其可顯示於諸如空間光調變器之顯示器件上。視情況，第二全像圖630可在其顯示於顯示器件上之前經進一步處理。在圖6中所展示實例中，提供用於將光處理功能應用於第二全像圖630之額外引擎640。此等光處理功能可包括例如透鏡功能及/或光柵功能（如在本發明中別處所描述）。額外引擎640將透鏡功能650及光柵功能660應用於第二全像圖以形成可顯示於顯示器件680上的第三全像圖670。透鏡功能650及光柵功能660可藉由簡單加法與第二全像圖組合。透鏡功能及光柵功能可各自為僅相位圖案。光柵功能可為相位斜坡功能。

諸如場可程式化閘陣列之驅動器可用於發送第三全像圖670之像素值至顯示器件680。值得注意的是，驅動器根據由顯示器件界定之時序方案或協定輸出提供至顯示器件680的第三全像圖670之每一像素。時序方案需要驅動器在由顯示器件680界定之時間窗口內供應第三全像圖670之所有像素值至顯示器件680。資料經逐個串流傳輸至顯示器件680。在比較實例中，包含第三全像圖670之像素值的資料經逐個串流傳輸至顯示器件。像素值可逐行串列串流傳輸。經串流傳輸至顯示器件的每一資料集合中之像素值的數目為系統之限制因數。特定言之，其界定每一像素如何頻繁地接收驅動電壓。因此其界定每一像素可如何頻繁地被再新或重寫。此具有兩個有價值的結果：首先，其對於顯示器件之解析度（每單位距離之像素）設置上限，且其次其對於多少不同子圖框可在圖框期間顯示設置上限（如將在下文中進一步描述）。在上文所描述的比較實例中，值得注意的是整個第三全像圖之資料藉由驅動器逐像素串流傳輸至空間光調變器。

每一像素可再新所藉以之頻率判定類比背板的每一像素電容器之所需要電容。每一像素電容器之電容判定每一像素電容器之實體大小。每一像素電容器之實體大小限制矽上液晶器件中之每一像素的實體大小。

在一些具體實例中，以諸如視訊圖框速率之圖框速率更新投影影像。在一些具體實例中，每一像素需要在一個圖框期間被再新或重寫複數次。每一圖框因此可包含複數個子圖框，其中每一子圖框為顯示事件。圖框之子圖框可相同或不同，即使其產生或促成相同影像。子圖框時間可小於人眼之整合時間。在一些具體實例中，在相同影像之子圖框之間改變平鋪方案。此相當於自一個子圖框至下一個子圖框改變圖像塊之大小及/或位置。若第一全像圖不變，則圖像塊移位不改變影像內容。然而，其可改良藉由檢視者感知的影像。在一些具體實例中，交錯可在子圖框層級處使用以增加影像之解析度。若每一像素經更新所藉以的頻率增加，則其可有可能增加可在圖框時間內發送至顯示器件的不同子圖框之數目。此增加用於在子圖框層級處交錯及圖像塊移位的選項。本發明提供解鎖此等可能性的圖6之替代方案。像素映射

在本發明之具體實例中，用於每一像素之資料線連接至複數個像素。圖7展示攜載對應於第一全像圖之一個像素之像素資料的資料線700。在具體實例中，第一全像圖藉由將資料線700分成四個分支而平鋪至顯示器件上，該等分支各自連接至各別光調變元件710、720、730、740。每一分支上的像素資料可經個別地處理。舉例而言，第一分支上之像素資料可與第一資料712、第二資料714及第三資料716組合。第一資料可表示透鏡功能。第二資料可表示水平光柵功能。第三資料可表示垂直光柵功能。透鏡功能及光柵功能各自亦由離散像素值之陣列表示。因此，組合全像圖資料與透鏡及光柵功能包含組合對應像素之像素值。舉例而言，在列a、行b中之全像圖像素值可與列a、行b中之透鏡像素值組合以將全像圖與透鏡功能組合。在一些具體實例中，像素值藉由簡單加法組合。每一分支之第一、第二及第三資料可在單一加法中與對應全像圖像素資料組合。

因此，圖7中描述的像素映射架構平鋪第一全像圖並應用至少一個光處理功能（例如透鏡及/或光柵）。值得注意的是，發送或投送每一全像圖像素至複數個顯示像素的像素映射電路嵌入於顯示器件之矽背板中。舉例而言，像素映射電路可為像素定址電路之部分。如下文進一步描述，像素映射電路可動態地改變資料線與複數個像素之間的映射。因此，像素映射電路可包括形成於矽背板中的切換電路。組合每一全像圖像素與第一、第二及第三資料所需要的處理元件為亦嵌入於矽背板中的像素電路之部分。詳言之，每一像素電路可包括用於儲存與各別像素相關聯之第一、第二及第三資料的資料儲存器（例如一或多個記憶體單元），及用於組合（例如添加）第一、第二及第三資料與資料線上所接收之像素資料的各別電路元件。舉例而言，各別第一、第二及第三加法器電路可經提供於資料線與像素電路之電路元件（諸如用於驅動像素之電晶體）之間的路徑中，以添加各別第一、第二及第三資料至經提供於資料線上之像素資料。用於儲存與像素相關聯之第一、第二及第三資料的資料儲存器可為固定或可定址的。熟習此項技術者將能夠使用習知（例如CMOS）電路設計工具設計矽背板中之此類電路。根據此等具體實例，顯示器件之像素可被更頻繁地再新。在圖7之具體實例中，在第一顯示器像素可被再新之前需要供應至顯示器件的資料之量減小四分之一，此係因為每一全像圖像素值經發送至顯示器件之四個像素。藉由顯示驅動器（如圖6中所展示）常規提供之功能性實際上嵌入於顯示器件之矽背板中。對於顯示驅動器（其可為系統之複合組件）之需求因此減小。熟習此項技術者將理解每一資料線可發送至顯示器件之任何數目個像素且圖7展示經發送至四個顯示像素之群的每一全像圖像素值，僅作為實例。在一些具體實例中，所有全像圖像素經發送至相同數目個顯示像素。在其他具體實例中，不同全像圖像素經發送至不同數目個顯示像素。在一些具體實例中，界定每一個別全像圖像素至顯示像素（任何數目）之群的映射或投送的映射方案可經動態切換。亦即，個別全像圖像素可在不同時間藉由電晶體或與像素映射電路相關聯之切換電路發送至顯示像素之不同群。電晶體或切換電路可根據如上文所描述之平鋪方案而控制。

在圖8之具體實例中，一些全像圖像素值發送至四個顯示像素，其他全像圖像素值發送至僅兩個顯示像素且剩餘全像圖像素僅發送至一個顯示像素。

在圖8中，全像圖像素A、B、G及H發送至四個顯示像素。全像圖像素M、N、S、T、C、D、E、F、I、J、K及L各自發送至兩個顯示像素。全像圖像素O、P、Q、R、U、V、W及X僅發送至一個顯示像素。此方案在顯示器件上形成包含完整圖像塊800、第一部分圖像塊810、第二部分圖像塊820及第三部分圖像塊830的光調變圖案。在一些具體實例中，每一光處理功能之像素值係藉由顯示器件上像素之空間位置而判定。亦即，即使完整圖像塊800及第一部分圖像塊810含有對應於相同全像圖像素（例如A或T）之一些像素，與彼全像圖像素值組合的光處理功能仍可不同。舉例而言，與完整圖像塊800中之全像圖像素A組合的第一資料可不同於與第一部分圖像塊810中之全像圖像素A組合的第一資料。在此等具體實例中，因此應理解每一光處理功能整體地與第二全像圖組合。不同於第一全像圖，咸信每一光處理功能未平鋪。亦即，每一光處理功能不包含複數個圖像塊。

在一些具體實例中，像素映射電路經配置以在影像圖框之子圖框之間或在一序列影像圖框之圖框之間改變或切換映射方案以提供上文所描述的圖像塊移位。熟習此項技術者將理解電晶體或包含複數個開關之切換電路可併有像素映射電路以提供此功能性。本發明人已發現在圖框或子圖框之間切換像素映射可改良全像投影儀中之影像品質。所顯示的每一光調變圖案可由完整圖像塊及/或部分圖像塊之任何合適的配置形成。舉例而言，平鋪方案可包含映射第一全像圖之兩個至八個圖像塊至對應第二全像圖。視情況，平鋪方案可包含映射第一全像圖之兩個至六個圖像塊至對應第二全像圖。視情況，平鋪方案可包含映射第一全像圖之四個圖像塊至對應第二全像圖。

在具體實例中，可改變提供光學功能及/或轉向功能至全像圖之光處理功能。因此，可改變儲存在矽背板中之像素電路之資料儲存器中的光處理功能之像素的值。在此情況下，像素電路之資料儲存器係可定址的。如熟習此項技術者應瞭解，在許多全像顯示器應用中，光處理功能之變化以比可發生在每一圖框處的全像圖之變化更低的頻率發生。因此，像素電路中之資料儲存器相對不頻繁及在一些應用中僅一次被定址並被寫入。 替代性具體實例

在上述具體實例中，光處理功能藉由矽背板中之個別像素的像素電路與在資料線上接收的像素值組合。此使添加硬體組件（亦即電路元件）至顯示器件之主動區中的像素電路（亦即嵌入在像素後方）成為必要。如先前所提及，像素電路之實體大小受像素大小限制，且小像素大體上較佳。因此，增加像素電路之大小可限制顯示器件之像素大小。

在替代具體實例中，光處理功能可藉由矽背板中之像素存取電路與像素值組合。由於像素存取電路大體上在顯示器件之主動區外部，因此組合光處理功能與像素值所需要之額外電路元件不限制像素之實體大小。如熟習此項技術者應瞭解，像素存取電路（亦稱為像素定址電路）通常包含形成於矽背板中的行及列存取電路/驅動器，如圖4中所展示。

因此，在一替代具體實例中，圖7之像素映射架構可如圖9中所展示而修改。詳言之，圖9展示接收對應於第一全像圖之一個像素之像素資料（例如來自顯示驅動器）的矽背板中之線900。第一全像圖藉由經線900分成四個分支而平鋪至顯示器件上，該等分支各自連接以驅動各別光調變元件910、920、930、940之資料線918、928、938、948。分支經提供於矽背板中之像素存取電路內，諸如於行驅動器中及/或如本文所描述的像素映射電路中。每一分支上的像素資料可經個別地處理。舉例而言，第一分支上之像素資料可與用於第一像素910的第一資料912、第二資料914及第三資料916組合。第一資料可表示透鏡功能（亦即透鏡像素值）。第二資料可表示水平光柵功能（亦即水平光柵像素值）。第三資料可表示垂直光柵功能（亦即垂直光柵像素值）。詳言之，如本文中所描述，透鏡功能及光柵功能各自亦由離散像素值之陣列表示。因此，每一分支組合全像圖像素值與用於像素之光處理功能像素值以輸出組合像素值以用於驅動各別像素。舉例而言，在列a、行b中之全像圖像素值可與列a、行b中之透鏡像素值組合以將全像圖與透鏡功能組合。在一些具體實例中，像素值藉由簡單加法組合。每一分支之第一、第二及第三資料可在單一加法中與對應全像圖像素資料組合。因此，像素存取電路包括用於顯示器件之每一像素的分支，此係由於每一顯示像素具有相關聯（獨特）光處理功能。與每一分支相關聯之第一、第二及第三資料可儲存於如本文所描述之固定或可定址資料儲存器中。用於執行全像圖像素值與光處理功能（亦即透鏡及/或光柵功能）像素值之組合的每一分支可經形成為嵌入於矽背板中的像素存取電路之部分。舉例而言，電路可使用習知CMOS處理而形成。每一分支連接至與各別像素相關聯的資料線。因此，與像素相關聯之像素電路在各別資料線上接收包含全像圖與光處理功能之組合的像素值。

替代具體實例需要與第一具體實例相同數量之額外電路元件，但定位於顯示器件之主動區外部。因此，藉由額外電路佔據的空間不限制像素之實體大小。每一像素係如先前技術中由組合全像圖資料（其可經提供至複數個像素）與光處理功能資料（其針對於個別像素）的個別資料信號驅動。然而，藉由矽背板中之電路組合全像圖資料與光處理功能資料，顯示驅動器或全像圖計算引擎（其常規地組合全像圖與光處理資料）上之處理負擔減小。此外，藉由電路處理之速度比軟體處理架構更快。最終，如在第一具體實例中，平鋪方案亦可藉由顯示器件之矽背板中的像素映射電路或像素存取電路應用。

因此，提供一種具有複數個像素之空間光調變器，該複數個像素經配置以顯示包含具有複數個像素之全像圖的光調變圖案。空間光調變器為包含矽背板之矽上液晶空間光調變器。空間光調變器之每一像素包含具有嵌入於矽背板中之各別像素電路的光調變元件。每一像素電路經配置以驅動各別光調變元件。空間光調變器進一步包含嵌入於矽背板中之像素存取電路。像素存取電路經配置以提供資料信號至每一像素電路。像素存取電路經配置以組合全像圖之所接收像素值與光處理功能之對應像素值，使得光調變圖案進一步包含光處理功能。該光處理功能包含一透鏡功能及/或一光柵功能。

本文中所描述的空間光調變器可用作全像投影儀之部分。視情況，全像投影儀進一步包含經配置以照明空間光調變器之光源。當光調變圖案顯示或表示於空間光調變器上時空間光調變器之照明使得能夠形成對應於第一全像圖之全像重建構。光源可為至少部分空間上同調光源、空間上同調光源或雷射器。視情況，全像投影儀進一步包含其上形成全像重建構的諸如擴散器之螢幕。可至少部分藉由與第一全像圖組合的透鏡功能之光功率判定螢幕相對於空間光調變器之位置。舉例而言，螢幕可位於與第一全像圖組合的透鏡功能之焦平面。

本文中所描述之方法及程序可體現於電腦可讀媒體上。術語「電腦可讀媒體」包括經配置以暫時或永久地儲存資料之媒體，諸如隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、緩衝器記憶體、快閃記憶體及快取記憶體。亦應將術語「電腦可讀媒體」視為包括能夠儲存用於由機器執行之指令的任何媒體，或多個媒體之組合，使得當由一或多個處理器執行時，該等指令促使機器執行本文中所描述之方法中的任何一或多者。

術語「電腦可讀媒體」亦涵蓋基於雲之儲存系統。術語「電腦可讀媒體」包括(但不限於)呈固態記憶體晶片、光學光碟、磁性碟或其任何合適組合之實例形式的一或多個有形及非暫時性資料儲存庫（例如資料卷）。在一些實例具體實例中，用於執行之指令可藉由載波媒體傳達。此載波媒體的實例包括暫態媒體（例如，傳達指令之傳播信號）。

熟習此項技術者將顯而易知，可在不偏離所附申請專利範圍之範疇之情況下進行多個修改及變化。本發明覆蓋在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內的所有修改及變化。

110:光源 111:準直透鏡 112:出射波前 120:傅立葉變換透鏡 125:螢幕 140:SLM 202A:資料形成步驟 202B:資料形成步驟 210:輸入影像 211A:量值值 211B:量值值 213A:相位值 230:隨機相位分佈 250:第一處理區塊 253:第二處理區塊 256:第三處理區塊 258:處理區塊 259:第四處理區塊 280A:全像圖 280B:第二迭代全像圖 301:正方形平面鋁電極 301a:空隙 302:單晶體矽基板 302a:電路 303:對準層 304:液晶層 305:第二對準層 306:透明層 307:透明電極 308:可控制相位調變元件 400:像素電路 410:液晶 420:電晶體 430:電荷儲存電容器 450:行驅動器 460:列驅動器 500:完整圖像塊 510:第一部分圖像塊 520:第二部分圖像塊 530:第三部分圖像塊 600:第一全像圖 620:平鋪引擎 630:第二全像圖 640:額外引擎 650:透鏡功能 660:光柵功能 670:第三全像圖 680:顯示器件 700:資料線 710:光調變元件 712:第一資料 714:第二資料 716:第三資料 720:光調變元件 730:光調變元件 740:光調變元件 800:完整圖像塊 810:第一部分圖像塊 820:第二部分圖像塊 830:第三部分圖像塊 900:線 910:光調變元件 912:第一資料 914:第二資料 916:第三資料 918:資料線 920:光調變元件 928:資料線 930:光調變元件 938:資料線 940:光調變元件 948:資料線 A、B、G、H、M、N、S、T、C、D、E、F、I、J、K、L、O、P、Q、R、U、V、W、X:全像圖像素

僅作為實例參考下圖描述特定具體實例： [圖1]為展示在螢幕上產生全像重建構之反射SLM的示意圖； [圖2A]說明實例契伯格-山克斯頓(Gerchberg-Saxton)類型演算法之第一迭代； [圖2B]說明實例契伯格-山克斯頓類型演算法之第二及後續迭代； [圖2C]說明實例之替代第二及後續迭代； [圖3]為反射LCOS SLM之示意圖； [圖4]展示液晶顯示器之實例矽背板； [圖5]展示藉由平鋪第一全像圖形成的第二全像圖之實例； [圖6]展示形成包含平鋪全像圖、透鏡功能及光柵功能之光調變的先前技術方法； [圖7]展示根據本發明具體實例之矽背板的像素映射電路； [圖8]展示根據具體實例之實例平鋪方案；且 [圖9]展示根據本發明之替代具體實例的矽背板之像素映射電路。 貫穿圖式將使用相同參考數字指代相同或類似部分。

110:光源

111:準直透鏡

112:出射波前

120:傅立葉變換透鏡

125:螢幕

140:SLM

Claims (15)

1. 一種具有複數個像素的空間光調變器，其經配置以顯示包含具有複數個像素之全像圖之光調變圖案，其中包括該全像圖的像素值的全像圖資料被該空間光調變器所接收，其中該空間光調變器為包含矽背板之矽上液晶空間光調變器且該空間光調變器之每一像素包含光調變元件及嵌入於該矽背板中之各別像素電路，其中每一像素電路經配置以驅動該各別光調變元件，且每一像素電路經進一步配置以組合該全像圖之所接收像素值與光處理功能之對應像素值，使得該光調變圖案進一步包含該光處理功能，其中該光處理功能包含透鏡功能及/或光柵功能。
2. 如請求項1所述之空間光調變器，其中該全像圖包含[x×y]個像素且該空間光調變器包含[m×n]個像素，其中mn>xy，且該矽背板進一步包含經配置以接收該全像圖之每一像素值並投送該全像圖之每一像素值至該空間光調變器之複數個該等像素的像素映射電路，使得使用該像素映射電路將該全像圖平鋪至該空間光調變器之該等光調變元件上。
3. 如請求項2所述之空間光調變器，其中該像素映射電路經配置以根據平鋪方案改變用於投送該全像圖之每一像素值至該空間光調變器之複數個像素的方案。
4. 如請求項2或3所述之空間光調變器，其中m

   

   2x且n

   

   2y，且該全像圖之每一像素值經投送至該空間光調變器之至少四個像素。
5. 如請求項2或3所述之空間光調變器，其中該全像圖經平鋪至該空間光調變器上，使得在其上面顯示該全像圖之至少一個完整圖像塊，其中該全像圖之完整圖像塊為該全像圖之[x×y]個像素的完整相鄰群。
6. 如請求項1至3中任一項所述之空間光調變器，其中該全像圖之 鄰近圖像塊經端至端連接。
7. 如請求項1至3中任一項所述之空間光調變器，其中每一像素電路包含連接至該光調變元件的像素電容器，其中該像素電容器經配置以對該光調變元件充電。
8. 一種全像投影儀，其包含如請求項1至7中任一項所述之空間光調變器及經配置以運用同調光照明該光調變圖案使得對應於該全像圖之全像重建構形成於與該空間光調變器空間分離之重播平面上的光源。
9. 如請求項8所述之全像投影儀，其進一步包含經配置以發送複數個全像圖至該空間光調變器的驅動器，每一全像圖包含[x×y]個像素。
10. 一種顯示光調變圖案的方法，該光調變圖案包括在具有複數個像素之空間光調變器上的複數個像素之全像圖，其中該空間光調變器為包含矽背板之矽上液晶空間光調變器且該空間光調變器之每一像素包含光調變元件及嵌入於該矽背板中之各別像素電路，該方法包含：藉由該空間光調變器，接收包括該全像圖的像素值的全像圖資料；藉由該空間光調變器的每一個像素電路，組合該全像圖之所接收像素值與光處理功能之對應像素值，使得顯示於該空間光調變器上的該光調變圖案進一步包含該光處理功能，其中該光處理功能為透鏡功能及/或光柵功能。
11. 如請求項10所述之顯示光調變圖案的方法，其中該全像圖包含[x×y]個像素且該空間光調變器包含[m×n]個像素，其中mn>xy，且該方法進一步包含：使用嵌入於該空間光調變器之該矽背板中的像素映射電路投送該全像圖之每一像素值至該空間光調變器之複數個像素，使得該全像圖經平鋪至該空間光調變器之該等光調變元件上。
12. 如請求項10或11所述之顯示光調變圖案的方法，其中藉由端 至端連接該全像圖之圖像塊將該全像圖平鋪至該空間光調變器之光調變元件上。
13. 一種全像投影的方法，其包含如請求項10至12中任一項所述之顯示光調變圖案的方法且進一步包含運用來自光源之同調光照明該光調變圖案以在與該空間光調變器空間分離之重播平面上形成對應於該全像圖之全像重建構。
14. 如請求項13所述之全像投影的方法，其進一步包含以類似於該全像重建構之形成的方式形成對應於第二全像圖之第二全像重建構及使用該光柵功能來相對於第一全像重建構在該重播平面上移位該第二全像重建構，使得該第二全像重建構之影像光點形成於該第一全像重建構之影像光點之間的空間中。
15. 如請求項14所述之全像投影的方法，其中該第一全像重建構及該第二全像重建構經交錯，使得該重播平面之檢視者感知具有比該第一全像重建構高的解析度之全像重建構或單獨感知第二全像投影。

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