TWI785712B - 空間光調變器 - Google Patents

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TWI785712B
TWI785712B TW110128367A TW110128367A TWI785712B TW I785712 B TWI785712 B TW I785712B TW 110128367 A TW110128367 A TW 110128367A TW 110128367 A TW110128367 A TW 110128367A TW I785712 B TWI785712 B TW I785712B
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賈米森 克里斯馬斯
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英商杜阿里特斯有限公司
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Abstract

本文中揭示一種矽上液晶空間光調變器，其包含光調變像素陣列及控制器。該陣列之每一光調變像素包含用於光調變之液晶。每一光調變像素與各別正反器相關聯。該控制器經配置以接收影像之全像圖。該全像圖包含複數個全像圖像素。每一全像圖像素包含各別 n位元全像圖像素值。該控制器經進一步配置以根據該全像圖之各別全像圖像素值驅動相連群組之 n個光調變像素中之每一光調變像素。因此在該全像圖與這些光調變像素之間存在一種一對 n像素相關性。每一相連群組之 n個光調變像素之這些正反器串聯連接以形成移位暫存器。在該移位暫存器之操作期間，與每一相連群組之 n個光調變像素相關聯之該 n位元全像圖像素值在至少 n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至該相連群組之每一光調變像素。

Description

空間光調變器
本揭示內容係關於一種顯示裝置。具體言之，本揭示內容係關於一種空間光調變器及一種相位調變器。更具體言之，本揭示內容係關於一種矽上液晶空間光調變器。本揭示內容亦係關於一種操作、驅動或控制空間光調變器之方法及一種顯示全像圖之方法。本揭示內容亦係關於一種將光調變像素分配至全像圖像素之方法及一種在諸如矽上液晶空間光調變器之像素之複數個光調變像素上顯示全像圖之方法。本揭示內容亦係關於一種改變全像重建之大小且依據波長而改變全像重建之解析度的方法。本揭示內容進一步係關於一種使第一色彩全像重建之大小與第二色彩全像重建之大小匹配的方法。
自物件散射之光含有振幅資訊及相位資訊兩者。此振幅資訊及相位資訊可藉由熟知的干涉技術在例如感光板上被捕捉以形成包含干涉條紋之全像記錄或「全像圖」。全像圖可藉由用合適的光進行照明被重建以形成表示原始物件之二維或三維全像重建或重播影像。
電腦產生全像術可在數值上模擬干涉程序。電腦產生全像圖可藉由基於諸如菲涅耳或傅立葉變換之數學變換之技術被計算。此等類型之全像圖可被稱作菲涅耳/傅立葉變換全像圖或簡稱為菲涅耳/傅立葉全像圖。傅立葉全像圖可被視為物件之傅立葉域/平面表示或物件之頻域/平面表示。電腦產生全像圖亦可藉由例如相干射線追蹤或點雲技術被計算。
電腦產生全像圖可在經配置以調變入射光之振幅及/或相位之空間光調變器上被編碼。光調變可使用電可定址液晶或光可定址液晶被達成。
空間光調變器典型地包含複數個個別可定址像素，其亦可被稱作胞元或元件。光調變方案可為二元的、多層級的或連續的。替代地，裝置可為連續的(亦即不包含像素)，且光調變可因此橫越該裝置為連續的。空間光調變器可為反射的，此意謂經調變光以反射方式被輸出。空間光調變器同樣可為透射的，此意謂經調變光以透射方式被輸出。
提供多色全像重建之兩種方法係已知的：空間分離色彩(spatially-separated colour)「SSC」及訊框順序色彩(frame sequential colour)「FSC」。兩種方法皆與本揭示內容相容。
SSC方法使用複數個空間分離光調變像素陣列-或甚至為複數個不同空間光調變器-以顯示各自與不同單色相關聯之各別複數個全像圖。複數種單色可包含紅色、綠色及藍色。每一全像圖產生對應單色影像/全像重建。複數個單色影像可實質上重合，例如以便產生全色影像之外觀。SSC方法之優點為，影像可極亮，此係因為所有三個全像重建可被同時形成。
FSC方法可使用共同空間光調變器之所有像素來按順序顯示三個單色全像圖。單色重建被足夠快速地循環(例如紅色、綠色、藍色、紅色、綠色、藍色等等)，使得人類檢視者自三個單色影像之整合感知多色影像。FSC之優點為，針對每一色彩使用整個SLM。此意謂所產生之三個彩色影像之品質係最佳的，此係因為針對這些彩色影像中之每一者使用SLM之所有像素。
彩色全像投影機之一個問題為，繞射對於全像程序係基本的且繞射取決於波長。具體言之，全像重建之大小取決於波長。在複合色彩方案中，此導致感知複合色彩重建之品質降低，此係因為存在兩個失配：(1)單色全像重建之總大小的失配，及(2)全像重建中之影像像素之位置之間的失配。本發明人 先前揭示了一種用於解決此等失配之技術，其包含針對每一色彩通道使用不同長度傅立葉路徑，參見例如英國專利GB 2,547,929。本發明人先前亦揭示了另一種用於使用顯示裝置之像素(在本文中被稱作「子像素」)群組以表示每一全像圖像素來解決此等失配之技術，其中每群組之像素數目係基於波長進行選擇，參見例如英國專利GB 2,569,206。本揭示內容係以後一技術為基礎。
本揭示內容之態樣在隨附獨立請求項中予以定義。
本文中揭示一種矽上液晶空間光調變器，其包含光調變像素陣列及控制器。陣列之每一光調變像素包含用於光調變之液晶。每一光調變像素與各別正反器相關聯。控制器經配置以接收影像之全像圖。全像圖包含複數個全像圖像素。每一全像圖像素包含各別n位元全像圖像素值。全像圖像素值判定施加至光調變像素之液晶胞元之電壓。全像圖像素值表示灰階。灰階為光調變值，諸如在具體實例中為相位延遲或相位調變值-例如π/2-其作用於所接收光。複數個相位延遲值形成相位延遲分佈或陣列。為了避免疑問，相位延遲分佈表示全像圖。對於簡寫，可以說相位延遲分佈為全像圖。控制器經進一步配置以根據全像圖之各別全像圖像素值驅動n個光調變像素之相連群組之每一光調變像素。因此在全像圖與光調變像素之間存在一對n像素相關性。n個光調變像素之每一相連群組之正反器串聯連接以形成移位暫存器。在移位暫存器之操作期間，與n個光調變像素之每一相連群組相關聯之n位元全像圖像素值在至少n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至相連群組之每一光調變像素。舉例而言，n位元全像圖像素值可在2n個時脈週期的過程中或在另一整數倍數之n個時脈週期內每次一個位元被提供至相連群組之光調變像素。
矽上液晶空間光調變器具有數位底板。控制器經配置以接收全像 圖像素值之數位表示及使用數位脈衝來驅動液晶。每一數位脈衝可與諸如4V或5V之電壓相關聯。藉由以數位方式驅動每一像素，如本文中所揭示，像素驅動器可收縮，從而啟用較小像素。液晶驅動信號為使用移位暫存器分佈於像素群組當中之位元型樣。每一像素群組(其中每一像素在本文中被稱作「子像素」)與用於顯示之全像圖之各別像素值相關聯。術語「子像素」用以反映每一子像素群組對應於用於顯示之全像圖之一個像素。實際上，液晶電壓儲存於子像素群組下，例如在對應於子像素群組的矽底板之子區域中。
本文中所揭示之方法減輕與矽上液晶空間光調變器相關聯之波長相依繞射角。矽底板-而非由個別可定址像素構成-由小得多的子像素構成。子像素群組可被以程式化方式分組，以產生「規則」像素，其接著用以顯示每一全像圖像素值。子像素之分組可由波長及所要繞射角判定。
每一光調變像素可進一步與各別一位元之記憶體相關聯。控制器可經配置以在移位暫存器之操作之前向相連群組之每一光調變像素提供各別n位元全像圖像素值之不同位元。
在第一步驟中，將表示全像圖像素值之n位元數目供應至子像素群組。每一子像素接收n個位元中之一個各別位元。移位暫存器接著使n個位元數目之位元圍繞所有子像素循環。在第一步驟中，每一子像素群組可同時接收其全像圖像素值。值得注意的是，使用每像素僅一位元之記憶體會顯著地影響大小且有助於允許每全像圖像素之子像素之概念。任何數目個不同電子組態可用以在操作移位暫存器之前的適當時間將位元型樣選擇性地下載至每一子像素群組。
移位暫存器可經操作使得每一光調變像素之液晶對對應於各別n位元全像圖像素值之RMS電壓做出回應。子像素藉由高速時脈足夠快速地驅動，使得液晶對RMS電壓做出回應-以所屬技術領域中具有通常知識者所熟悉之方式。在一些具體實例中，移位暫存器之時脈以大於25KHz進行操作，諸如大於50 KHz。移位暫存器可經由序列循環，直至下一位元型樣根據任何預定顯示方案被提供。在一些具體實例中，位元型樣可提供介於零伏特與至少3伏特之間的任何電壓，諸如介於零伏特與5伏特之間。
n之值可取決於波長，且控制器可經配置以基於與全像圖相關聯之波長選擇n。n之值可隨著波長而增大。n之值可與波長大致成比例。
全像重播場之大小依據波長而變化，此係因為全像程序係基於繞射。因此，若在重播平面上需要複數個單色全像重建，則其可具有產生不良品質影像之不同大小。根據具體實例，子像素之配置(例如每群組之子像素數目)依據波長而變化。在一些具體實例中，裝置係可重新組態的，以便用與不同波長相關聯之全像圖進行操作。可以說子像素分組可為可程式化的，例如基於指示波長之輸入。移位暫存器型樣可被自動地組態，例如基於波長或以便最佳化效能。
因此，對於要顯示之任何個別全像圖，每一全像圖像素值中之位元數目「n」可根據包含於每一群組內之子像素數目進行選擇，其中每一群組被指派不同各別全像圖像素值，且其中群組之大小-亦即群組內之子像素數目-可為波長相依的。因此，根據具體實例，要使用第一波長之光被照明的第一全像圖之全像圖像素值可具有第一數目個位元，且要使用第二不同波長之光被照明的第二全像圖之全像圖像素值可具有第二不同數目個位元。根據具體實例，第一全像圖及第二全像圖可對應於共同「目標影像」，其將被以全像方式重建。第一全像圖及第二全像圖可經配置以在被照明後就在共同全像重播平面上形成各別全像重建。因此，若目標影像將由第一全像圖及第二不同全像圖(其例如要由第一色彩及第二不同色彩之光照明)表示，則全像圖像素值中之位元數目可在彼等第一全像圖與第二不同全像圖之間不同。
在另一改良中，利用D型正反器之Q及Q-bar輸出來提供必要的訊框反轉以用於DC平衡。在此另一改良中，每一正反器包含第一輸出「Q」及第二 輸出「Q-bar」。第一輸出為以所屬技術領域中具有通常知識者所熟悉之方式的第二輸出之邏輯反轉(例如1及0為彼此之邏輯反轉)。控制器可經配置以針對至少n個時脈週期使用正反器之第一輸出來驅動每一相連群組之每一子像素，且接著針對至少n個時脈週期使用正反器之第二輸出來驅動每一相連群組之每一子像素，以便達成訊框反轉。舉例而言，控制器或像素驅動器可經配置以取決於所接收信號而自Q或Q-bar進行選擇，以便達成DC平衡。替代地，資料可隨著其圍繞群組循環而反轉。
每一相連像素群組形成實質上正方形陣列或實質上矩形陣列。矩形子像素陣列在一些組態中可為有利的。舉例而言，空間光調變器可包含至少10,000×10,000光調變像素。每一像素之大小可小於2×2μm，諸如不大於1×1μm。
本文中亦揭示一種包含矽上液晶空間光調變器之全像投影機。全像投影機可進一步包含光源(諸如雷射二極體)，其經配置以照明經顯示全像圖。對應於全像圖之影像之全像重建形成於與空間光調變器空間分離之重播平面上。
包含第一波長之光的第一全像重建及包含第二波長之光的第二全像重建可形成於重播平面上。與第一全像重建相關聯之n之值可不同於與第二全像重建相關聯之n之值。第一波長可大於第二波長。與第一全像重建相關聯之n之值可大於與第二全像重建相關聯之n之值，其中n為正整數。
本揭示內容與空間分離色彩顯示方案及訊框順序色彩顯示方案兩者相容。第一全像重建可使用第一矽上液晶空間光調變器被形成，第一矽上液晶空間光調變器使用n=n 1之值進行操作，且第二全像重建可使用第二矽上液晶空間光調變器被形成，第二矽上液晶空間光調變器使用n=n 2之值進行操作，其中n 1不等於n 2，其中n 1和n 2為正整數。替代地，第一全像重建及第二全像重建可使用同一矽上液晶空間光調變器被形成。在此狀況下，控制器可經配置以重新組態光 調變像素，使得第一全像重建使用n=n 1之值被形成且第二全像重建使用n=n 2之值被形成，其中n 1不等於n 2，其中n 1和n 2為正整數。
本文中亦揭示一種操作包含液晶之矽上液晶空間光調變器之方法。每一光調變像素與各別正反器相關聯。該方法包含接收影像之全像圖的第一步驟。全像圖包含複數個全像圖像素。每一全像圖像素包含各別n位元全像圖像素值。該方法包含根據全像圖之各別全像圖像素值驅動n個光調變像素之相連群組之每一光調變像素的第二步驟。因此在全像圖與光調變像素之間存在一對n像素相關性。n個光調變像素之每一相連群組之正反器串聯連接以形成移位暫存器。該方法包含以下第三步驟：操作移位暫存器，使得與n個光調變像素之每一相連群組相關聯之n位元全像圖像素值在至少n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至相連群組之每一光調變像素。該方法可包含將一位元之n位元全像圖像素值提供至群組之每一各別子像素的第零步驟。該方法可進一步包含在第零步驟之前或在第一步驟之前的步驟，其判定要包含於全像圖之每一全像圖像素值中之位元數目n。該方法可進一步包含判定或以其他方式獲得n位元全像圖像素值。
更一般而言，本文中揭示一種顯示全像圖之方法。該方法包含接收全像圖及在複數個光調變像素上顯示全像圖。全像圖包含複數個全像圖像素，複數個全像圖像素各自具有各別全像圖像素值。顯示全像圖包含在複數個光調變像素之相連光調變像素群組上顯示每一全像圖像素值，使得在全像圖與複數個光調變像素之間存在一對多像素相關性。每一相連光調變像素群組包含有效地充當較大光調變像素之複數個個別光調變像素。換言之，藉由在相連群組中使用多於一個光調變像素以顯示每一全像圖像素來增大每一光調變區域之大小。每一全像圖像素相對於其他全像圖像素中之每一者之位置係使用一對多像素映射方案被保留。因此，全像重建可使用較大像素被完全形成。有效像素之大小判 定繞射角，繞射角因此判定全像重播場之大小。因此提供一種系統，其中使用可由軟體控制之可重新組態像素映射方案來改變全像重播場之大小。隨著可用空間光調變器之像素大小繼續減小，本文中所揭示之方法特別有效。複數個光調變像素中之每一光調變像素可具有小於2000nm之像素大小(例如寬度)，任選地小於1000nm，諸如小於500nm或小於250nm。該方法可進一步包含使用第一數目個光調變像素以顯示第一全像圖之每一全像圖像素值。該方法可進一步包含使用第二數目個光調變像素以顯示第二全像圖之每一全像圖像素值。可藉由改變每一相連群組中之像素數目而以軟體動態地改變全像重播場之大小。因此有可能在運作中改變全像重播場之大小。詳言之，在包含至少兩個訊框之顯示事件期間，不需要硬體改變來改變全像重播場之大小。舉例而言，在FSC方案中，所描述之一對多像素映射方案可在第一訊框與第二訊框或第一子訊框與第二子訊框之間改變。
術語「全像圖」用以係指含有關於物件之振幅資訊或相位資訊或其某一組合的記錄。術語「全像重建」用以係指藉由照明全像圖而形成的物件之光學重建。本文中所揭示之系統被描述為「全像投影機」，此係因為全像重建為真實影像且與全像圖在空間上分離。術語「重播場」用以係指在其內形成且完全聚焦全像重建的2D區域。若在包含像素之空間光調變器上顯示全像圖，則重播場將以複數個繞射階之形式重複，其中每一繞射階為零階重播場之複本。零階重播場通常對應於較佳或主要重播場，此係因為其為最亮重播場。除非另有明確陳述，否則術語「重播場」應被視為係指零階重播場。術語「重播平面」用以係指含有所有重播場之空間中之平面。術語「影像」、「重播影像」及「影像區」係指由全像重建之光照明的重播場之區域。在一些具體實例中，「影像」可包含離散光點，其可被稱作「影像光點」或僅出於方便起見而被稱作「影像像素」。
術語「編碼」、「寫入」或「定址」用以描述向SLM之複數個像素 提供分別判定每一像素之調變位準之各別複數個控制值的程序。可以說SLM之像素經組態以回應於接收到複數個控制值而「顯示」光調變分佈。因此，SLM可據稱為「顯示」全像圖且全像圖可被視為光調變值或位準陣列。
已發現，具有可接受品質之全像重建可由僅含有與原始物件之傅立葉變換相關之相位資訊的「全像圖」形成。此類全像記錄可被稱作唯相位全像圖(phase-only hologram)。具體實例係關於唯相位全像圖，但本揭示內容同樣適用於唯振幅全像術(amplitude-only holography)。
本揭示內容亦同樣適用於使用與原始物件之傅立葉變換相關之振幅資訊及相位資訊來形成全像重建。在一些具體實例中，此係藉由使用含有與原始物件相關之振幅資訊及相位資訊兩者之所謂的全複數全像圖的複數調變來達成。此類全像圖可被稱作全複數全像圖，此係因為指派至全像圖之每一像素之值(灰階)具有振幅分量及相位分量。指派至每一像素之值(灰階)可被表示為具有振幅分量及相位分量兩者之複數。在一些具體實例中，計算全複數電腦產生全像圖。
可參考電腦產生全像圖或空間光調變器之像素之相位值、相位分量、相位資訊或僅僅為相位作為「相位延遲」之簡寫。亦即，所描述之任何相位值事實上為表示由彼像素提供之相位延遲之量的數(例如在0至2π之範圍內)。舉例而言，被描述為具有π/2之相位值的空間光調變器之像素將使所接收光之相位延遲π/2弧度。在一些具體實例中，空間光調變器之每一像素可在複數個可能調變值(例如相位延遲值)中之一者中操作。術語「灰階」可用以係指複數個可用調變位準。舉例而言，術語「灰階」可出於方便起見而用以係指唯相位調變器中之複數個可用相位位準，即使不同相位位準並不提供不同灰度亦如此。術語「灰階」亦可出於方便起見而用以係指複數調變器中之複數個可用複數調變位準。
全像圖因此包含灰階陣列，亦即光調變值陣列，諸如相位延遲值 或複數調變值陣列。全像圖亦被視為繞射圖案，此係因為其為在顯示於空間光調變器上並用波長相當於、通常小於空間光調變器之像素間距之光進行照明時引起繞射的圖案。本文中參考將全像圖與諸如充當透鏡或光柵之繞射圖案之其他繞射圖案進行組合。舉例而言，充當光柵之繞射圖案可與全像圖進行組合以在重播平面上平移重播場，或充當透鏡之繞射圖案可與全像圖進行組合以將全像重建聚焦於近場中之重播平面上。
儘管不同具體實例及具體實例群組可在以下詳細描述中被個別地揭示，但任何具體實例或具體實例群組之任何特徵可與任何具體實例或具體實例群組之任何其他特徵或特徵組合進行組合。亦即，設想本揭示內容中所揭示之特徵之所有可能組合及排列。
11:全像圖像素
12:全像圖像素
13:全像圖像素
14:全像圖像素
21:全像圖像素
22:全像圖像素
23:全像圖像素
24:全像圖像素
31:全像圖像素
32:全像圖像素
33:全像圖像素
34:全像圖像素
41:全像圖像素
42:全像圖像素
43:全像圖像素
44:全像圖像素
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:幅度值分佈
211B:新幅度值分佈
213A:相位值分佈
230:隨機相位分佈(或隨機相位種子)
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:間隙
302:單晶矽基板
302a:電路系統
303:對準層
304:液晶層
305:第二對準層
306:平面透明層
307:透明電極
308:可控制相位調變元件
400:光調變像素
410:像素大小
420:像素間間隙
430:週期
900B:藍色重播場
900G:綠色重播場
900R:紅色重播場
920:空間光調變器
930B:藍色光
930G:綠色光
930R:紅色光
940:重播平面
1010B:藍色雷射二極體
1010G:綠色雷射二極體
1010R:紅色雷射二極體
1020B:透鏡
1020G:透鏡
1020R:透鏡
1110:液晶胞元
1120:記憶體
D1:光束直徑
D2:光束直徑
D3:光束直徑
F1:焦距
F2:焦距
F3:焦距
P11:子像素
P12:子像素
P13:子像素
P21:子像素
P22:子像素
P23:子像素
P31:子像素
P32:子像素
P33:子像素
僅作為實例參考以下各圖描述特定具體實例：[圖1]為展示在螢幕上產生全像重建之反射SLM的示意圖；[圖2A]繪示實例戈爾柏格-沙克斯頓(Gerchberg-Saxton)型演算法之第一迭代；[圖2B]繪示實例戈爾柏格-沙克斯頓型演算法之第二及後續迭代；[圖2C]繪示實例戈爾柏格-沙克斯頓型演算法之替代性第二及後續迭代；[圖3]為反射LCOS SLM的示意圖；[圖4A]展示包含以[4×4]陣列配置之16個全像圖像素之實例全像圖；[圖4B]展示包含以[4×4]陣列配置之16個光調變像素之實例空間光調變器，其中鄰近的光調變像素在空間上分離像素間間隙；[圖5]展示根據一些具體實例之第一全像圖映射方案；[圖6]展示根據一些具體實例之第二全像圖映射方案； [圖7]展示根據一些具體實例之第三全像圖映射方案；[圖8]展示根據一些具體實例之第四全像圖映射方案；[圖9A]及[圖9B]展示當紅色、綠色及藍色光在訊框順序色彩方案中自依次顯示於空間光調變器上之各別全像圖繞射時對應於藍色重播場900B之色彩重疊區域；[圖10A]、[圖10B]及[圖10C]分別展示用以照明使用每全像圖像素四個、五個及六個光調變像素而形成之藍色、綠色及紅色全像圖之藍色、綠色及紅色光引擎；[圖11]展示根據本揭示內容之包含液晶胞元及一位元之記憶體之像素組態；[圖12A]展示具有用於單位元之資料之子像素群組之資料路徑；[圖12B]展示根據本揭示內容之具有子像素群組之移位暫存器；[圖13A]展示實例9位元全像圖像素值；[圖13B]展示9位元全像圖像素值之位元值可如何圍繞子像素群組每次一個位元被循環；且[圖14]繪示用於DC平衡之訊框反轉之概念。
貫穿圖式將使用相同參考數字以係指相同或類似部分。
本發明並不限於下文中所描述之具體實例，而是延伸至所附申請專利範圍之完整範圍。亦即，本發明可以不同形式被體現，且不應被認作限於出於說明目的而闡述之所描述具體實例。
一結構被描述為形成於另一結構之上部部分/下部部分處或該另一結構上/下應被認作包括這些結構彼此接觸的狀況，且此外包括第三結構安置於這些結構之間的狀況。
在描述時間關係時，舉例而言，當事件之時間次序被描述為「之後」、「後續」、「接下來」、「之前」或諸如此類時，除非另有指定，否則本揭示內容應被視為包括連續及非連續事件。舉例而言，本說明書應被視為包括為不連續的狀況，除非使用諸如「剛剛」、「緊接」或「直接」之措辭。
儘管術語「第一」、「第二」等等可在本文中用以描述各種元件，但此等元件並不受此等術語限制。此等術語僅用以將一個元件與另一元件進行區分。舉例而言，在不脫離所附申請專利範圍之範圍的情況下，可將第一元件稱為第二元件，且類似地，可將第二元件稱為第一元件。
不同具體實例之特徵可部分地或整體地彼此耦接或組合，且可以不同方式彼此互操作。一些具體實例可彼此獨立地實行，或可以共相依關係一起實行。
光學組態
圖1展示電腦產生全像圖被編碼於單一空間光調變器上的具體實例。電腦產生全像圖為用於重建之物件之傅立葉變換。因此可以說全像圖為物件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」裝置。全像圖被編碼於空間光調變器上，且全像重建形成於重播場處，重播場係例如諸如螢幕或擴散器之光接收表面。
光源110，例如雷射或雷射二極體，經安置以經由準直透鏡111照明SLM 140。準直透鏡使光之大體上平面波前入射於SLM上。在圖1中，波前之方向係離位的(例如與真正正交於透明層之平面相距二或三度)。然而，在其他具體實例中，大體上平面波前係以正入射提供，且光束分光器配置用以將輸入光學路徑與輸出光學路徑分離。在圖1中所展示之具體實例中，該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之光學件，其焦點處於螢幕125處。更具體言之，傅立葉變換透鏡120自SLM 140接收經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。
值得注意的是，在此類型之全像術中，全像圖之每一像素促成整個重建。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，離開光調變層之經調變光橫越重播場而分佈。
在此等具體實例中，全像重建在空間中之位置係由傅立葉變換透鏡之屈光(聚焦)本領判定。在圖1中所展示之具體實例中，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以光學方式執行傅立葉變換。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之傅立葉變換之準確度。所屬技術領域中具有通常知識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，電腦產生全像圖為傅立葉變換全像圖，或簡稱為傅立葉全像圖或基於傅立葉之全像圖，其中藉由利用正透鏡之傅立葉變換性質而在遠場中重建影像。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。可使用傅立葉變換來計算電腦產生傅立葉全像圖。
可使用諸如戈爾柏格-沙克斯頓演算法之演算法來計算傅立葉變換全像圖。此外，戈爾柏格-沙克斯頓演算法可用以根據空間域中之唯振幅資訊(諸如相片)計算傅立葉域中之全像圖(亦即傅立葉變換全像圖)。自空間域中之唯振幅資訊有效地「擷取」與物件相關之相位資訊。在一些具體實例中，使用戈爾柏格-沙克斯頓演算法或其變化而根據唯振幅資訊來計算電腦產生全像圖。
戈爾柏格-沙克斯頓演算法考慮當分別在平面A及B中之光束IA(x,y)及IB(x,y)之強度橫截面係已知的且IA(x,y)與IB(x,y)藉由單一傅立葉變換而相關時的情形。在給定強度橫截面的情況下，得知分別在平面A及B中之相位分佈之近似值ψA(x,y)及ψB(x,y)。戈爾柏格-沙克斯頓演算法藉由遵循迭代過程得知此問題之解。更具體言之，戈爾柏格-沙克斯頓演算法迭代地應用空間及頻譜約束，同時在空間域與傅立葉(頻譜或頻率)域之間重複地傳送表示IA(x,y)及IB(x,y)之資料集(振幅及相位)。經由演算法之至少一次迭代而獲得譜域中之對應電腦產生全像圖。演算法係收斂的且經配置以產生表示輸入影像之全像圖。全像圖可為唯振幅全像圖、唯相位全像圖或全複數全像圖。
在一些具體實例中，使用基於戈爾柏格-沙克斯頓演算法之演算法計算唯相位全像圖，諸如全文特此以引用方式併入之英國專利2,498,170或2,501,112中所描述。然而，本文中所揭示之具體實例僅作為實例描述計算唯相位全像圖。在此等具體實例中，戈爾柏格-沙克斯頓演算法擷取產生已知振幅資訊T[x,y]的資料集之傅立葉變換之相位資訊ψ[u,v]，其中振幅資訊T[x,y]表示目標影像(例如相片)。由於幅度及相位固有地組合於傅立葉變換中，故所變換之幅度及相位含有關於所計算之資料集之準確度的有用資訊。因此，可用對振幅資訊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]用作全像圖以形成影像平面處之目標影像之全像表示。全像圖為相位值之資料集(例如2D陣列)。
在其他具體實例中，基於戈爾柏格-沙克斯頓演算法之演算法用以計算全複數全像圖。全複數全像圖為具有幅度分量及相位分量之全像圖。全像圖為包含複數資料值陣列之資料集(例如2D陣列)，其中每一複數資料值包含幅度分量及相位分量。
在一些具體實例中，演算法處理複數資料且傅立葉變換為複數傅 立葉變換。複數資料可被視為包含(i)實分量及虛分量或(ii)幅度分量及相位分量。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數資料之兩個分量。
圖2A繪示用於計算唯相位全像圖的根據一些具體實例之演算法之第一迭代。至演算法之輸入為包含像素或資料值之2D陣列的輸入影像210，其中每一像素或資料值為幅度或振幅值。亦即，輸入影像210之每一像素或資料值不具有相位分量。輸入影像210因此可被視為唯幅度或唯振幅或唯強度分佈。此類輸入影像210之實例為相片或一個視訊訊框，其包含時間訊框序列。演算法之第一迭代開始於資料形成步驟202A，其包含使用隨機相位分佈(或隨機相位種子)230將隨機相位值指派至輸入影像之每一像素以形成起始複數資料集，其中集之每一資料元素包含幅度及相位。可以說起始複數資料集表示空間域中之輸入影像。
第一處理區塊250接收起始複數資料集並執行複數傅立葉變換以形成經傅立葉變換之複數資料集。第二處理區塊253接收經傅立葉變換之複數資料集並輸出全像圖280A。在一些具體實例中，全像圖280A為唯相位全像圖。在此等具體實例中，第二處理區塊253量化每一相位值並將每一振幅值設定為一以便形成全像圖280A。每一相位值係根據相位位準進行量化，相位位準可在將用以「顯示」唯相位全像圖之空間光調變器之像素上表示。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，則將全像圖之每一相位值量化成256個可能相位位準中之一個相位位準。全像圖280A為表示輸入影像之唯相位傅立葉全像圖。在其他具體實例中，全像圖280A為全複數全像圖，其包含自所接收之經傅立葉變換之複數資料集導出的複數資料值(各自包括振幅分量及相位分量)陣列。在一些具體實例中，第二處理區塊253將每一複數資料值約束至複數個可允許複數調變位準中之一者以形成全像圖280A。約束步驟可包括將每一複 數資料值設定為複數平面中之最接近的可允許複數調變位準。可以說全像圖280A表示譜域或傅立葉域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，演算法繼續，如由圖2A中之虛線箭頭所表示。換言之，遵循圖2A中之虛線箭頭的步驟係任選的(亦即並非為所有具體實例所必需的)。
第三處理區塊256自第二處理區塊253接收經修改複數資料集並執行反傅立葉變換以形成經反傅立葉變換之複數資料集。可以說經反傅立葉變換之複數資料集表示空間域中之輸入影像。
第四處理區塊259接收經反傅立葉變換之複數資料集並提取幅度值分佈211A及相位值分佈213A。任選地，第四處理區塊259評估幅度值分佈211A。具體言之，第四處理區塊259可比較經反傅立葉變換之複數資料集之幅度值分佈211A與輸入影像510，該輸入影像自身當然為幅度值分佈。若幅度值分佈211A與輸入影像210之間的差足夠小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A係可接受的。亦即，若幅度值分佈211A與輸入影像210之間的差足夠小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A為輸入影像210之足夠準確的表示。在一些具體實例中，經反傅立葉變換之複數資料集之相位值分佈213A出於比較之目的而被忽略。應瞭解，可使用用於比較幅度值分佈211A與輸入影像210之任何數目種不同方法，且本揭示內容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視為可接受的。若第四處理區塊259判定全像圖280A係不可接受的，則可執行演算法之另一迭代。然而，此比較步驟並非必需的，且在其他具體實例中，所執行演算法之迭代數目係預定的或預設的或使用者定義的。
圖2B表示演算法之第二迭代及演算法之任何其他迭代。經由演 算法之處理區塊回饋前一迭代之相位值分佈213A。拒絕幅度值分佈211A以有利於輸入影像210之幅度值分佈。在第一迭代中，資料形成步驟202A藉由將輸入影像210之幅度值分佈與隨機相位分佈230進行組合而形成第一複數資料集。然而，在第二及後續迭代中，資料形成步驟202B包含藉由將(i)來自演算法之前一迭代之相位值分佈213A與(ii)輸入影像210之幅度值分佈進行組合而形成複數資料集。
由圖2B之資料形成步驟202B形成之複數資料集接著以參考圖2A所描述之相同方式被處理以形成第二迭代全像圖280B。因此，此處不重複對程序之闡釋。演算法可在已計算第二迭代全像圖280B時停止。然而，可執行演算法之任何數目次其他迭代。應理解，若需要第四處理區塊259或需要另一迭代，則僅需要第三處理區塊256。輸出全像圖280B通常隨著每一迭代而變得更好。然而，實務上，通常達到未觀測到可量測改良或執行另一迭代之正面益處勝過額外處理時間之負面效應所在的點。因此，演算法被描述為迭代的及收斂的。
圖2C表示第二及後續迭代之替代性具體實例。經由演算法之處理區塊回饋前一迭代之相位值分佈213A。拒絕幅度值分佈211A以利於替代性幅度值分佈。在此替代性具體實例中，替代性幅度值分佈係自前一迭代之幅度值分佈211導出。具體言之，處理區塊258自前一迭代之幅度值分佈211減去輸入影像210之幅度值分佈，將彼差按比例調整增益因數α，且自輸入影像210減去經按比例調整之差。此在數學上由以下方程式表達，其中下標文字及數字指示迭代數目：R n+1[x,y]=F'{exp(iψ n [u,v])} ψ n [u,v]=∠F{η．exp(i∠R n [x,y])} η=T[x,y]-α(|R n [x,y]|-T[x,y])
其中： F'為反傅立葉變換；F為正向傅立葉變換；R[x,y]為由第三處理區塊256輸出之複數資料集；T[x,y]為輸入或目標影像；∠為相位分量；Ψ為唯相位全像圖280B；η為新幅度值分佈211B；且α為增益因數。
增益因數α可為固定的或可變的。在一些具體實例中，增益因數α係基於傳入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。可以說唯相位全像圖Ψ(u,v)包含頻域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。具體言之，將全像圖資料與提供光功率之第二資料進行組合。亦即，寫入至空間光調變之資料包含表示物件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用光進行照明時，透鏡資料仿真實體透鏡，亦即，其以與對應實體光學件相同之方式使光聚焦。透鏡資料因此提供光功率或聚焦本領。在此等具體實例中，可省略圖1之實體傅立葉變換透鏡120。在電腦產生全像術領域中已知如何計算表示透鏡之資料。表示透鏡之資料可被稱作軟體透鏡。舉例而言，唯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變化光學路徑長度所引起的相位延遲而被形成。舉例而言，凸透鏡之中心處的光學路徑長度大於透鏡之邊緣處的光學路徑長度。唯振幅透鏡可由菲涅耳波帶片(Fresnel zone plate)形成。在電腦產生全像術領域中亦已知如何將表示透鏡之資料與全像圖進行組合，使得 可在無需實體傅立葉透鏡的情況下執行全像圖之傅立葉變換。在一些具體實例中，透鏡化資料藉由諸如簡單向量加法之簡單加法而與全像圖進行組合。在一些具體實例中，實體透鏡結合軟體透鏡而使用以執行傅立葉變換。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諸如光束轉向之功能的資料)進行組合。再次，在電腦產生全像術領域中已知如何計算此類資料。舉例而言，可藉由模型化由閃耀光柵(blazed grating)之表面上之每一點所引起的相位延遲而形成唯相位光柵。唯振幅光柵可簡單地與唯振幅全像圖疊加以提供全像重建之角轉向。
在一些具體實例中，傅立葉變換由實體傅立葉變換透鏡及軟體透鏡聯合地執行。亦即，促成傅立葉變換之一些光功率由軟體透鏡提供，且促成傅立葉變換之其餘光功率由一個或多個實體光學件提供。
在一些具體實例中，提供經配置以接收影像資料且使用演算法即時計算全像圖之即時引擎。在一些具體實例中，影像資料為包含影像訊框序列之視訊。在其他具體實例中，全像圖被預計算、儲存於電腦記憶體中且根據需要而被重新呼叫以顯示於SLM上。亦即，在一些具體實例中，提供預定全像圖之儲存庫。
僅作為實例，具體實例係關於傅立葉全像術及戈爾柏格-沙克斯頓型演算法。本揭示內容同樣適用於藉由諸如基於點雲方法之技術之其他技術而計算的菲涅耳全像術及全像圖。
光調變
空間光調變器可用以顯示包括電腦產生全像圖之繞射圖案。若全像圖為唯相位全像圖，則需要調變相位之空間光調變器。若全像圖為全複數全像 圖，則可使用調變相位及振幅之空間光調變器或可使用調變相位之第一空間光調變器及調變振幅之第二空間光調變器。
在一些具體實例中，空間光調變器之光調變元件(亦即像素)為含有液晶之胞元。亦即，在一些具體實例中，空間光調變器為光學活性組件係液晶的液晶裝置。每一液晶胞元經組態以選擇性地提供複數個光調變位準。亦即，每一液晶胞元在任一時間經組態以在選自複數個可能光調變位準之一個光調變位準下進行操作。每一液晶胞元可動態地重新組態至與複數個光調變位準不同的光調變位準。空間光調變器為反射矽上液晶(LCOS)空間光調變器，但本揭示內容之態樣更廣泛地適用於其他類型之顯示裝置。
LCOS裝置在小孔隙(例如寬度為幾公分)內提供緻密光調變元件或像素陣列。像素典型地為大約10微米或更小，其產生幾度之繞射角，此意謂光學系統可為緊湊的。與其他液晶裝置之大孔隙相比，較易於適當地照明LCOS SLM之小孔隙。LCOS裝置係反射的，此意謂驅動LCOS SLM之像素的電路系統可埋入於反射表面下。此導致孔隙比較高。換言之，像素緊密地堆積，此意謂在像素之間存在極小的無效空間(dead space)。此係有利的，此係因為其減少了重播場中之光學雜訊。LCOS SLM使用矽底板，此具有像素在光學上平坦的優點。此對於相位調變裝置特別重要。
下文僅作為實例參考圖3描述合適的LCOS SLM。LCOS裝置係使用單晶矽基板302而形成。其具有配置於基板之上部表面上的被隔開間隙301a之正方形平面鋁電極301之2D陣列。電極301中之每一者可經由埋入於基板302中之電路系統302a被定址。電極中之每一者形成各別平面鏡。對準層303安置於電極陣列上，且液晶層304安置於對準層303上。第二對準層305安置於例如由玻璃製成之平面透明層306上。例如由ITO製成之單一透明電極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及介入液晶材料之覆蓋區一起界定可控制相位調變元件308，常常被稱作像素。考量到像素301a之間的空間，有效像素區域或填充因數為光學活性的總像素之百分比。藉由相對於透明電極307控制施加至每一電極301之電壓，各別相位調變元件之液晶材料之性質可變化，藉此對入射於其上之光提供可變延遲。效應係向波前提供唯相位調變，亦即不發生振幅效應。
所描述之LCOS SLM以反射方式輸出經空間調變光。反射LCOS SLM具有信號線、閘極線及電晶體在鏡像表面下方之優點，此產生高填充因數(典型地大於90%)及高解析度。使用反射LCOS空間光調變器之另一優點為，與在使用透射裝置時所必要的情況相比，液晶層可為厚度的一半。此極大地改良了液晶之切換速度(移動視訊影像之投影的關鍵優點)。然而，本揭示內容之教示可同樣使用透射LCOS SLM來實施。
全像圖映射方案
僅作為簡單實例，圖4A表示包含以包含四列及四行之規則[4×4]陣列配置之16個全像圖像素的全像圖。此後針對每一像素所使用之雙數位編號方案包含列編號，繼之以行編號。第一數位表示列編號且第二數位表示行編號。舉例而言，「23」表示列2、行3中之全像圖像素值。讀者應理解，實務上，每一全像圖可含有任何數目個像素，例如1024列及512行像素。
自前述內容應理解，每一全像圖像素具有可為振幅值、相位值或具有振幅值及相位值之複數的全像圖像素值。舉例而言，每一全像圖像素值可表示在0至2π弧度之範圍內的相位延遲值。舉例而言，全像圖像素「23」可具有π/2之全像圖像素值。入射於全像圖像素「23」上之光將被遲延π/2。每一全像圖像素經個別地控制以「顯示」對應全像圖像素值。整體上，全像圖將相位延遲分佈 應用於入射光波前。
根據本揭示內容，供應至顯示裝置之每一全像圖像素值由包含複數個位元之數位數表示。換言之，顯示裝置之矽底板係數位的。
全像圖可顯示於空間光調變器上。在習知組態中，在全像圖像素與空間光調變器之光調變像素之間存在一對一相關性(或映射)。圖4A因此同樣表示可用以顯示[4×4]全像圖之空間光調變器之[4×4]光調變像素陣列。舉例而言，全像圖像素「23」之全像圖像素值(亦即在先前實例中為π/2)可被寫入至包含[4×4]光調變像素之空間光調變器之光調變像素「23」。更具體言之，光調變像素「23」經定址以驅動局部液晶，使得入射於空間光調變器之像素「23」之區域上的光被延遲π/2弧度。驅動液晶胞元包含橫越液晶胞元施加電壓，該電壓引起局部液晶之傾斜及/或扭轉且利用液晶之雙折射以有效地提供電壓控制折射率，該電壓控制折射率將通過彼液晶胞元之光傳播延遲軟體控制量。
圖4B展示在包含規則光調變像素陣列之空間光調變器中的諸如光調變像素400之光調變像素之配置。每一光調變像素具有像素大小410。鄰近的光調變像素被分離規則像素間間隙420。陣列之週期430及用以照明光調變像素陣列之光之波長判定由於陣列之週期性的繞射角，且因此判定在與空間光調變器相隔之一距離處的全像重播場之大小。
全像重播場之大小I由下式判定：I=2 L tan θ (1)
其中L為自空間光調變器至全像重播平面之距離，且θ為繞射角，其由下式定義：
Figure 110128367-A0305-02-0024-1
其中δ為像素週期(參見圖4R之參考數字430)，且λ為用以形成全像重建之光之波長。
可形成於重播場中之最小特徵可被稱為「解析度元件」、「影像光點」或「影像像素」。四邊形孔隙之傅立葉變換為正弦函數，且因此空間光調變器孔隙將每一影像像素定義為正弦函數。更具體言之，重播場上之每一影像像素之空間強度分佈為正弦函數。每一正弦函數可被視為包含峰值強度一級繞射階及遠離一級階徑向地延伸之一系列遞減強度高次繞射階。每一正弦函數之大小(亦即每一正弦函數之實體或空間範圍)由空間光調變器之大小(亦即由光調變元件或空間光調變器像素陣列形成之孔隙之實體或空間範圍)判定。具體言之，由光調變像素陣列形成之孔隙愈大，則影像像素愈小。
不同色彩全像重建之大小之間的任何差異由於以下兩者而顯著地降低感知色彩重建之品質：(1)不同全像重建之總大小的一般失配，及(2)每一全像重建中之影像光點之位置之間的失配。
圖5至圖8分別展示根據本揭示內容之一些具體實例之第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案、第三全像圖映射方案及第四全像圖映射方案。應瞭解，所描述方法可取決於可用光調變像素之數目及分配至每一全像圖像素之光調變像素之最大數目而延伸至任何數目個全像圖映射方案。全像圖映射方案可用作對失配問題之替代性解決方案之部分，或更廣泛地用作動態地、可切換地或選擇性地改變全像重播場之大小之方法之部分。每一方法及每一具體實例中所描述之個別光調變像素具有相同/恆定大小。在一些具體實例中，光調變像素具有小於2000nm之像素大小(例如寬度)，任選地小於1000nm，諸如小於500nm或小於250nm。
圖5展示第一全像圖映射方案之實例，其中[16×16]光調變像素陣列用以顯示圖4A中所展示之[4×4]全像圖。每一全像圖像素值顯示於形成[4×4]群組或集之16個光調變像素上。舉例而言，全像圖像素「11」之全像圖像素值顯示於最上部且最左側的[4×4]光調變像素群組中。舉例而言，全像圖像素「44」之 全像圖像素值由最下部且最右側的[4×4]光調變像素群組之所有16個光調變像素顯示。對光調變像素陣列進行充分使用。亦即，所有可用光調變像素用以顯示全像圖。
圖6展示第二全像圖映射方案之實例，其替代地使用[16×16]光調變像素以顯示[4×4]全像圖。第二全像圖映射方案相較於第一全像圖映射方案使用較少的光調變像素來顯示每一全像圖像素值。每一全像圖像素值顯示於形成[3×3]群組或集之九個光調變像素上。舉例而言，全像圖像素「11」之全像圖像素值由最上部且最左側的[3×3]光調變像素群組之所有九個光調變像素顯示。
圖7展示第三全像圖映射方案之實例，其替代地使用[16×16]光調變像素以顯示[4×4]全像圖。第三全像圖映射方案相較於第二全像圖映射方案及第一全像圖映射方案使用較少的光調變像素來顯示每一全像圖像素值。每一全像圖像素值顯示於形成[2×2]群組或集之四個光調變像素上。舉例而言，全像圖像素「11」之全像圖像素值由最上部且最左側的[2×2]光調變像素群組之所有四個光調變像素顯示。
圖8展示實例第四全像圖映射方案，其替代地使用[16×16]光調變像素以顯示[4×4]全像圖。第四全像圖映射方案相較於第三全像圖映射方案、第二全像圖映射方案及第一全像圖映射方案使用較少的光調變像素來顯示每一全像圖像素值。每一全像圖像素值顯示於一個光調變像素上。舉例而言，全像圖像素「11」之全像圖像素值由最上部且最左側的光調變像素顯示。第四全像圖映射方案為習知的一對一映射方案。
在第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案及第三全像圖映射方案中，每一全像圖像素之全像圖像素值顯示於各別複數個光調變像素上或寫入至各別複數個光調變像素。在第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案及第三全像圖映射方案中之每一者中，光調變像素之數目因此大於全像圖像素之數 目。然而，在各別映射方案之間，其上顯示每一全像圖像素值的光調變像素之數目不同，如圖5至圖7中所展示。顯示每一全像圖像素值之複數個光調變像素在陣列上形成連續區域。換言之，顯示每一全像圖像素值之複數個光調變像素形成相連群組。在任何個別映射方案內，每一全像圖像素值與各別其他全像圖像素值中之每一者顯示於相同數目個光調變像素上。每一相連光調變像素群組有效地充當較大的單一光調變像素。亦即，較大光調變區域被分配至每一全像圖像素。第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案及第三全像圖映射方案類似於在較大像素上顯示全像圖。相連光調變像素群組中之每一光調變像素可被稱為「子像素」。在一些具體實例中，相連光調變像素群組之縱橫比與單一光調變像素之縱橫比相同，但在其他具體實例中，縱橫比不同。有利地，不同縱橫比可用以提供重播場之更佳形狀。在一些具體實例中，相連光調變像素群組形成矩形。亦即，其形成矩形光調變區域。舉例而言，相連群組可包含[x×y]光調變像素，其中x≠y，以便提供具有[y×x]之縱橫比之矩形重播場。
在第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案、第三全像圖映射方案及第四全像圖映射方案中，應瞭解，全像圖像素尚未被重新配置或混洗。每一光調變像素或光調變像素群組之相對位置在空間上對應於全像圖像素陣列中之對應全像圖像素之相對位置。換言之，在顯示期間維持每一全像圖像素值之相對列及行定位。可以說每一全像圖像素之空間配置或相對位置資訊被全像圖映射方案保留。因此，映射方案具有產生全像圖之「經按比例調整」之版本的效應，其中比例按照第四映射方案可為1：1，或按照第三映射方案可為1：2，或按照第二映射方案可為1：3，或按照第一映射方案可為1：4，等等。
在所展示之實例第二全像圖映射方案、第三全像圖映射方案及第四全像圖映射方案中，空間光調變器之並非所有像素皆用以顯示全像圖。可以說並不完全利用可用光調變像素陣列。然而，在圖式中未展示之其他具體實例中， 可將未使用的光調變像素用於下文所描述之平鋪方案中，在該平鋪方案中重複全像圖之至少部分。平鋪不同於映射，此係因為平鋪不產生整個全像圖之經按比例調整之版本，但在空間光調變器上包含全像圖之重複(亦即複製)選定部分(或在具體實例中為全部)。
第一全像圖映射方案、第二全像圖映射方案及第三全像圖映射方案提供以下實例：藉由在複數個光調變像素之相連光調變像素群組上顯示每一全像圖像素值而在複數個光調變像素上顯示全像圖，使得在全像圖像素與複數個光調變像素之間存在一對多像素相關性。
可鑒於以下實例進一步理解包括包含一對多像素相關性之至少一個全像圖映射方案之不同全像圖映射方案之使用，在這些實例中，已使用方程式1及2計算實例紅色、綠色及藍色全像重建(或影像)之大小。
空間光調變器包含光調變元件或像素之2D陣列。以全像方式投影至重播平面上之影像為2D影像。在以下實例中相對於子像素之數目或兩個維度中之一者上之距離參考單一數目個子像素及距離。應理解，所描述參數在兩個維度(例如寬度及高度)上延伸。舉例而言，對使用n個子像素之映射方案之參考用作包含[n×n]子像素之子像素區域的簡寫。同樣地，本文中對y mm之影像大小之參考用作具有[y×y]mm之大小之2D影像的簡寫。
實例1
以下表1展示紅色(630nm)、綠色(532nm)及藍色(450nm)全像重建之大小如何取決於用以顯示每一對應全像圖像素之子像素之數目。
Figure 110128367-A0305-02-0028-2
表1之行1表示每群組之光調變像素(或子像素)數目。在此實例中，每一光調變像素具有750nm之像素大小，且自空間光調變器至重播平面之距離L為100mm。群組之總大小因此為每群組之子像素數目及像素大小的倍數。總大小表示指派至每一全像圖像素值之每一光調變區域之大小且判定繞射角。表1之第四行、第五行及第六行展示當經顯示全像圖分別以紅色光、綠色光及藍色光被照明時之所計算影像大小。
若四個子像素(更具體言之，[4×4]子像素)用於紅色、綠色及藍色全像重建(亦即影像)，則最大影像(紅色)與最小影像(藍色)之間的大小失配為6.074mm(在寬度上及在高度上)。然而，若僅三個子像素(亦即[3×3])用於藍色影像，則大小失配降低至3.313mm，此係因為藍色影像之大小增大1.947mm至19.033mm(在每一方向上)且綠色影像現在為最小影像。亦將達成影像光點之位置之間的失配之對應改良，此係因為影像光點之數目並不受全像圖映射方案影響。舉例而言，影像大小之增大提供鄰近的影像光點之間的間隔之增大(亦即影像光點之密度之減小)。因此，因為彩色影像之間的失配降低，所以達成了改良之複合彩色影像。此方法可用以將失配降低至可接受位準或用以降低對結合地用以將失配降低至可接受位準之其他方法的需求。因此提供一種方法，其包含使用第一數目個光調變像素以顯示第一全像圖之每一全像圖像素值且使用第二數目個光調變像素以顯示第二全像圖之每一全像圖像素值。
在表1之實例中，一對多像素相關性用於紅色、綠色及藍色影像。然而，應理解，在其他實例中，可使用一對多像素相關性將第一全像圖映射至光調變像素(例如圖5、圖6或圖7)，且可使用一對一像素相關性將第二全像圖映射至光調變像素(例如圖8)，以便降低對應第一影像與第二影像之間的失配。因此，該方法可包括：(i)藉由在複數個光調變像素之相連光調變像素群組上顯示每一全像圖像素值而在複數個光調變像素上顯示第一全像圖，使得在全像圖與複數 個光調變像素之間存在一對多像素相關性；及(ii)藉由在對應光調變像素上顯示每一第二全像圖像素值而在複數個光調變像素上顯示第二全像圖，使得在第二全像圖與複數個光調變像素之間存在一對一相關性。
實例2
在第二實例中，每一光調變像素具有1000nm之像素大小，像素間間隙為100nm，且自空間光調變器至重播平面之距離L為300mm。
Figure 110128367-A0305-02-0030-3
自表2可看出，若四個子像素用於紅色、綠色及藍色全像圖中之每一者，則大小失配(在重播平面處之最大影像與最小影像之間的大小差)為13.423mm。然而，若不同數目個光調變像素用於每一色彩，則大小失配可降低。在此實例中，若六個子像素用於紅色、五個子像素用於綠色且四個子像素用於藍色，則大小失配(藍色影像與紅色影像之間的大小差)降低至33.385-31.282mm=2.103，其大於六倍改良。
在具體實例中，用以顯示每一全像圖像素之子像素之數目隨著波長而增加，以便減小全像重播平面處之大小失配。在具體實例中，用以顯示紅色全像圖之每一全像圖像素值之子像素之數目大於用以顯示綠色全像圖之每一全像圖像素值之子像素之數目，且任選地，用以顯示綠色全像圖之每一全像圖像素值之子像素之數目大於用以顯示藍色全像圖之每一全像圖像素值之子像素之數目。
使用根據本揭示內容之子像素群組亦會在多波長投影機中更好地使用數個以全像方式形成之影像像素，如可參考圖9A及圖9B所理解。具體言之，圖9A展示經配置以在FSC方案中顯示全像圖之空間光調變器920。紅色重播 場900R係使用由顯示於空間光調變器920上之對應全像圖繞射之紅色光930R而形成於重播平面940處。綠色重播場900G係使用綠色光930G而以相同方式形成於重播平面940處。藍色重播場900B係使用藍色光930B而形成於重播平面940處。根據方程式1及2，紅色重播場900R大於綠色重播場900G，其又大於藍色重播場900B。此進一步繪示於圖9B中。
自前述內容應理解，紅色影像以全像方式重建於紅色重播場900R內，綠色影像以全像方式重建於綠色重播場900G內，且藍色影像以全像方式重建於藍色重播場900B內。
每一像素可包含紅色、綠色及藍色光的複合彩色影像可僅使用重疊區域顯示於重播平面處。亦即，紅色、綠色及藍色影像內容可被顯示的區域。當然，重疊區域為最小重播場之區域，即藍色重播場900B。若重疊區域用以在FSC方案中顯示全色影像，則紅色及綠色影像相較於藍色影像將包含較少的像素，此係因為一些紅色及綠色像素將在重疊區域外部。
以下表3繪示藍色影像包含1024×1024影像像素的實例。具體言之，表3展示使用第一數目個光調變像素以顯示第一全像圖之每一全像圖像素值且使用第二數目個光調變像素以顯示第二全像圖之每一全像圖像素值之概念可如何用以更好地最佳化影像像素之數目且因此最佳化影像之品質。可看出，如何針對紅色、綠色及藍色使用不同數目個子像素意謂更多的紅色及綠色像素形成於重疊區域中。
Figure 110128367-A0305-02-0031-4
自表3可看出，藉由使用增加數目個子像素以針對紅色及綠色顯示每一全像圖像素，重疊區域中之紅色及綠色影像像素之數目分別增加。具體言之，重疊區域中之紅色像素之數目增加959-730個像素=292個像素，且重疊區域 中之綠色像素之數目增加970-865個像素=105個像素。此等於重疊區域中之紅色影像像素之數目的40%增加及重疊區域中之綠色影像像素之數目的12%增加。
用以顯示每一全像圖像素值之子像素之數目判定顯示全像圖所需要之光調變像素之總數目。顯示全像圖所需要之光調變像素之總數目在空間光調變器上界定光調變區域。每一電腦產生全像圖(紅色、綠色或藍色)可包含例如1024×1024全像圖像素值。若具有1μm之像素間距(像素大小加像素間間隙)之六個光調變像素用以顯示每一紅色全像圖像素值(亦即，每紅色全像圖像素使用六乘六子像素)，則顯示紅色全像圖所需要之光調變區域在寬度上及在高度上將為6×1000×1024=6.1mm。若具有1μm之大小之四個光調變像素用以顯示每一藍色全像圖像素值，則顯示藍色全像圖所需要之光調變區域將為4.1×4.1mm。因此，在諸如實例2之一些具體實例中，紅色光調變區域(亦即用以顯示紅色全像圖之光調變區域)在大小(例如寬度及/或面積)上大於綠色光調變區域，其又大於藍色光調變區域。
在一些具體實例中，照明空間光調變器之光點之直徑係基於用以顯示對應全像圖之光調變區域之實體大小(例如以毫米為單位之寬度及/或以平方毫米為單位之面積)而判定。在一些具體實例中，光點之一個尺寸實質上匹配於對應全像圖之一個尺寸。舉例而言，光點之直徑可匹配於用以顯示對應全像圖之光調變區域之寬度。在一些具體實例中，光調變區域之形狀與來自光系統之光點之形狀實質上相同，在此等具體實例中，光點之大小可實質上等於光調變區域之大小。在其他具體實例中，光調變區域及光點可具有不同形狀，但其仍可匹配。匹配包含確保光調變區域內之每一光調變像素接收足夠的光以用於良好品質全像重建，而不會藉由照明在光調變區域外部而浪費過多的光能量。在一些具體實例中，光調變區域為四邊形(例如正方形或矩形)，且由每一光系統輸出之光點為橢圓形或圓形。光點之大小可使得光調變區域稍微填充過度。亦即，經照明區 域稍微大於光調變區域之區域。光點之大小可使得接收光之光調變區域外部的區域最小化。光點之大小可使得所浪費之光能量之量最小化。光點之強度在橫截面上可為非均一的。舉例而言，光點之空間強度可為高斯的。可選擇光點之大小，使得照明光調變區域之光點之強度為光調變區域內之所有點處之最大強度的至少1/e2。替代地，可選擇光點之大小，使得光點之強度為光調變區域上之選定點處之最大值的1/e2，諸如光調變區域之四個拐角處或定界光調變區域之四個各別側之四個中點處之最大值的1/e2。在一些具體實例中，光點之直徑隨著光調變區域之大小而增大。
圖10A、圖10B及圖10C繪示照明空間光調變器之光點之直徑取決於或依據照明光之波長的具體實例。圖10A展示經配置以輸出適合於照明包含每全像圖像素四個子像素(更具體言之，[4×4])之藍色全像圖之藍色光的第一光系統。更詳細地，圖10A展示發射具有半角θ之發散藍色光的藍色雷射二極體1010B。透鏡1020B定位於其自藍色雷射二極體1010B起之焦距F1處，使得具有光束直徑D1之經準直藍色光形成於透鏡1020B下游。圖10B展示經配置以輸出適合於照明包含每全像圖像素五個子像素之綠色全像圖之綠色光的第二光系統。更具體言之，圖10B展示發射具有半角θ之發散綠色光的綠色雷射二極體1010G。透鏡1020G定位於其自綠色雷射二極體1010G起之焦距F2處，使得具有光束直徑D2之經準直綠色光形成於透鏡1020G下游。圖10C展示經配置以輸出適合於照明包含每全像圖像素六個子像素之紅色全像圖之紅色光的第三光系統。更具體言之，圖10C展示發射具有半角θ之發散紅色光的紅色雷射二極體1010R。透鏡1020R定位於其自紅色雷射二極體1010R起之焦距F3處，使得具有光束直徑D3之經準直紅色光形成於透鏡1020R下游。由藍色雷射二極體1010B發射之藍色光之發散角與由綠色雷射二極體1010G發射之綠色光之發散角相同，綠色光之發散角又與由紅色雷射二極體1010R發射之紅色光之發散角相同。換言之，藍色光系統(圖10A) 中之半角θ與綠色光系統(圖10B)中之半角相同，綠色光系統中之半角又與紅色照明系統(圖10C)中之半角相同。可以說，在此具體實例中，藍色照明系統之數值孔徑實質上等於綠色照明系統之數值孔徑，其又實質上等於紅色照明系統之數值孔徑。儘管圖10展示準直透鏡被完全照明(亦即遍及其全直徑被照明)，但本揭示內容同樣適用於準直透鏡之填充不足，在此狀況下，可以說三個照明系統之操作數值孔徑相同。在一些具體實例中，用以照明紅色全像圖之紅色光點之直徑D3大於用以照明綠色全像圖之綠色光點之直徑D2，其又大於用以照明藍色全像圖之藍色光點之直徑D1。
若光調變區域之大小減小，則來自對應照明系統之所需光束直徑D減小。又，對應照明系統之準直透鏡之所需焦距F減小。因此，若使用比用以顯示紅色全像圖之子像素少的子像素來顯示綠色及藍色全像圖，則綠色照明系統之大小及藍色照明系統之大小可小於紅色照明系統之大小。因此，綠色及藍色光系統所需要之空間之實體體積可減小(相較於紅色照明系統)，且可提供更緊湊的投影機。
在圖5至圖8之具體實例中，使用四個不同全像圖定址方案將[4×4]全像圖顯示於同一空間光調變器上。在一些具體實例中，此實施於FSC方案中。在第一訊框中，可使用第一全像圖定址方案將第一全像圖映射於空間光調變器上，且在第二訊框中，可使用第二全像圖定址方案將第二全像圖映射至同一空間光調變器上。第一訊框及第二訊框可在不同時間被顯示。第一訊框及第二訊框可為諸如視訊速率訊框序列之訊框序列之順序訊框。
在參考表1之以上實例中，圖5之全像圖定址方案用於顯示紅色及綠色全像圖，且圖6之全像圖定址方案用於顯示藍色全像圖。再次，在一些具體實例中，此實施於FSC方案中。在此狀況下，至少一個光調變像素用以在第一時間顯示第一全像圖之全像圖像素值且在不同於第一時間之第二時間顯示第二全 像圖之全像圖像素值。
替代地，不同的第一定址方案及第二定址方案可用於SSC方案中。在此類具體實例中，第一全像圖顯示於第一空間光調變器上且第二全像圖顯示於第二空間光調變器上。此在使用三個個別色彩通道時可為較佳的，諸如以引用方式併入本文中之英國專利GB 2,547,929中所揭示。換言之，本文中所揭示之方法可結合GB 2,547,929之方法而使用以降低失配。
在一些具體實例中，該方法進一步包含用具有一波長之光照明經顯示全像圖以投影具有一區域之全像重播場，及用具有第二波長之光照明第二經顯示全像圖以投影具有第二區域之第二全像重播場。可理解，用以顯示該全像圖及該第二全像圖之光調變像素之不同數目可使得該區域及該第二區域具有實質上相同大小。該區域及該第二區域可重疊以形成在不同色彩分量之間具有降低之失配的複合色彩重播場。
在其他具體實例中，該方法進一步包含用具有一波長之光照明經顯示全像圖以投影具有一區域之全像重播場，及用具有該波長之光照明第二經顯示全像圖以投影具有第二區域之第二全像重播場。可理解，用以顯示該全像圖及該第二全像圖之光調變像素之不同數目可使得全像重建之大小動態地改變。因此提供一種改變影像大小之方法，其包含改變子像素之數目。
在圖5之具體實例中，全像圖填充空間光調變器。亦即，全像圖使用空間光調變器之所有像素。在其他具體實例(例如圖6、圖7及圖8)中，全像圖之大小小於空間光調變器之大小。在此等其他具體實例中之一些中，在未使用的像素中重複全像圖之部分(亦即全像圖之像素之相連子集)。此技術可被稱作「平鋪」，其中空間光調變器之表面區域被劃分成數個「平鋪塊」，這些平鋪塊中之每一者表示全像圖之至少一子集。因此，每一平鋪塊相較於空間光調變器具有較小的大小。在一些具體實例中，實施「平鋪」技術以增加影像品質。具體言 之，一些具體實例實施平鋪技術以最小化影像像素之大小，同時最大化進入全像重建之信號內容之量。在一些具體實例中，寫入至空間光調變器之全像圖案包含至少一個整個平鋪塊(亦即完整全像圖)及至少一小部分平鋪塊(亦即全像圖之連續像素子集)。
數位驅動方案
本發明人在本文中揭示上文所描述之概念之高速數位實施方案，其中空間光調變器之每一光調變像素1100包含液晶胞元1110及僅1位元之記憶體1120，如圖11中所展示。每一像素之1位元記憶體可嵌入於顯示裝置之矽底板中。
圖12A及圖12B展示每一相連子像素群組中之每一子像素之1位元記憶體如何被菊鏈在一起(亦即串聯連接)以形成移位暫存器。
更具體言之，圖12A展示根據本揭示內容的經配置以接收全像圖之相同數位全像圖像素值之相連子像素P11至P33群組。每一子像素P11至P33包含一液晶胞元。每一子像素進一步包含僅1位元之記憶體及一正反器。記憶體及正反器可嵌入於顯示裝置之矽底板中。圖12B展示群組之正反器如何串聯連接於共同時脈「CLK」上。正反器可為D型正反器。每一正反器之Q輸出連接至鏈中之下一正反器之D輸入。因此，在時脈之每一循環的情況下，一個位元之資料以將為所屬技術領域中具有通常知識者所熟悉之方式自一個子像素傳遞至下一子像素。正反器鏈形成用於一個全像圖像素之資料之移位暫存器。二進位值(例如9位元)經由每一子像素以高速被時控。每一正反器之所謂的Q輸出直接系連至液晶之墊，且以液晶顯示器技術領域中具有通常知識者所熟悉之方式驅動液晶。提供至每一子像素之位元型樣判定施加至液晶之電壓，該電壓又引起例如液晶傾斜或扭轉。每一子像素將在時間上經歷全9位元值。時脈足夠快速，使得液晶對與所接收之位元型樣相關聯之均方根「RMS」電壓做出回應。圖12A中之箭頭指 示位元型樣之位元圍繞像素群組傳遞的方向。子像素可連接於任何線性鏈中。每一位元之資料對由液晶經歷之電壓產生相同貢獻。每一子像素接收產生驅動液晶之RMS電壓的位元型樣。位元型樣之最小大小等於用以表示每一全像圖像素值之位元數目。
因此可理解，提供一種矽上液晶空間光調變器，其包含光調變像素陣列及控制器。陣列之每一光調變像素包含用於光調變之液晶。每一光調變像素與各別正反器相關聯。控制器經配置以接收影像之全像圖。全像圖包含複數個全像圖像素。每一全像圖像素包含各別n位元全像圖像素值。控制器經進一步配置以根據全像圖之各別全像圖像素值驅動n個光調變像素之相連群組之每一光調變像素。因此在全像圖與光調變像素之間存在一對n像素相關性。n個光調變像素之每一相連群組之正反器串聯連接以形成移位暫存器。在移位暫存器之操作期間，與n個光調變像素之每一相連群組相關聯之n位元全像圖像素值在諸如2n個時脈週期之至少n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至相連群組之每一光調變像素。
圖13A展示圖12A中所展示之3×3子像素群組之實例9位元全像圖像素值。在具體實例中，用以表示每一像素值之位元數目等於每一相連群組中之子像素數目。圖13B展示在此實例中9個位元中之每一位元如何在18個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至每一子像素。每一位元被提供至每一子像素達至少一次。在此實例中，9位元像素值全部地被提供至每一子像素達兩次。在每一時間點(圖13B之位元之每一時脈週期/行)，子像素分別以9位元數目之不同位元被驅動(圖13A)。鏈之鄰近的子像素實際上異相一個位元。舉例而言，在時脈週期1，子像素P11接收9位元像素值之第一位元，子像素P22接收第五位元且子像素P33接收第九位元。舉例而言，在時脈週期12，子像素P11接收第三位元，子像素P22接收第六位元且子像素P33接收第二位元。
所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在使用移位暫存器來分佈像素值之單位元之前，n位元像素值必須被下載至每一群組。任何數目種不同組態可用以在操作移位暫存器之前將像素值之一個位元下載至每一子像素(在實質上相同時間或按順序時間)，且因此不需要進一步描述。同樣地，所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解光源可如何與移位暫存器同步以確保直至液晶適當地對準時才發生全像圖之照明。所實施之時序及驅動方案可基於裝置要求進行選擇，且對於本文中所揭示之核心原理並非必需的。
一般而言，該方案可包含組態階段、資料下載階段、預照明驅動階段、照明階段及重設階段。組態階段可包含控制器接收判定每群組之子像素數目且因此判定顯示器之子像素之間的互連性的信號，如上文所闡釋。資料下載階段可包含接收全像圖像素值及按照上文所描述之方案將一個位元寫入至每一子像素之記憶體。預照明階段可與移位暫存器之操作同時且可繼續預定時間(例如以達成液晶之粗略對準)。照明階段可包含藉由開始由光源進行之照明而繼續操作移位暫存器。光源可被閘控。在照明階段期間，根據預定複數個子訊框，可發生場反轉(例如藉由在正反器之Q輸出與Q-bar輸出之間交替。重設階段可表示訊框之結束。
在具體實例中，裝置可重新組態以補償波長，如將自先前描述所理解。舉例而言，裝置可經組態為針對將以紅色光照明之全像圖具有每群組6×6子像素、針對將以綠色光照明之全像圖具有每群組5×5像素且針對將以藍色光照明之全像圖具有每群組4×4子像素。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可實施包括例如開關之各種電子組態以達成此類可重新組態性。子像素分組可回應於反射波長之控制信號而程式化。舉例而言，所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，控制器可具備表示所需波長(例如紅色、綠色或藍色)之輸入，且作為回應，控制器可操作以改變每群組之子像素數目及/或改變移位暫存器之子像素 及/或接通或斷開單位胞元之間的互連性。此等實施選擇為常規設計之事物，且本揭示內容不限於任一設計。在一些具體實例中，光調變像素陣列之不同子區域與不同分組一起被利用。
在一具體實例中，像素大小為400+/-100nm且每群組16×16子像素與紅色光一起被使用，每群組13×13子像素與綠色光一起被使用且每群組11×11子像素與藍色光一起被使用。
在另一改良中，每一正反器(圖12B中未展示)之所謂的Q-bar輸出方便地用以簡化裝置且併有關鍵功能性，如下文中所闡釋。
液晶廣泛地用於直觀式顯示器、投影顯示器及光子裝置。液晶穩定性為主要關注點，且液晶顯示裝置被要求具有長的使用壽命。然而，不平衡場橫越液晶顯示裝置之存在趨向於使介質極化。在一個方向上之淨電場引起離子積聚。此離子電荷積聚趨向於干涉所施加電場且使顯示裝置之效能降級。在所屬技術領域中已知的是藉由使電場持續地反向而使液晶顯示裝置進行DC平衡。此程序可被稱作場反轉。
圖14繪示用於驅動液晶顯示裝置之像素陣列以便幫助闡釋DC平衡程序之方案。x軸為時間且y軸為橫越液晶之電位差，亦即共同電極與像素電極之間的電位差。電位差可為正(在本文中由x軸上方之電壓表示)或負(在本文中由x軸下方之電壓表示)。展示四個訊框，其中每一訊框包含六個子訊框。每一訊框對應於用於投影之影像序列之一個影像。影像序列可為形成移動影像之視訊速率影像序列。圖14之每一影線矩形表示一顯示事件。每一顯示事件包含在顯示裝置上之像素上顯示影像。每一顯示事件因此包含將個別像素電壓施加至顯示裝置之每一像素。每一像素電壓判定液晶之局部行為，例如液晶之取向。由於液晶係雙折射的，故每一像素電壓對應於一光調變值，諸如相位調變值。圖14中僅出於繪示起見而展示訊框之間的大於同一訊框之子訊框之間的間隙的間隙。 實務上，子訊框之間的時間間隙可均勻。
在此實例中，每一訊框包含六個顯示事件，亦即六個子訊框。訊框之每一子訊框對應於用於投影之同一影像。實際上，同一影像在一訊框間隔內顯示六次。可以說顯示裝置之像素每訊框再新五次以形成每影像(或每訊框)總共六個顯示事件。應注意，電位差之極性在每一訊框內交替。在此實例中，每一訊框包含使用正電位差之三個顯示事件，交錯有使用負電位差之三個顯示事件。為了避免疑問，在子訊框期間橫越像素陣列之每一像素所施加的電位差之極性相同。亦即，在子訊框期間，所有像素經受正電位差或所有像素經受負電位差。詞語正及負在本文中主要用以反映電位差之方向反向。並非必需的是電位差一且因此，電場一之極性持續地反向。舉例而言，每一訊框可包含逐次的三個正場顯示事件，繼之以逐次的三個負場顯示事件。技術領域中公認的關鍵原理為，每一訊框中之正場顯示事件之數目必須等於每一訊框中之負場顯示事件之數目，而不管正場顯示事件及負場顯示事件在該訊框中之次序。此確保了所謂的DC平衡且防止了液晶黏著。
在一些具體實例中，每一群組之正反器之Q-bar輸出亦以鏈方式連接，以便根據所選驅動方案視需要而提供全像圖之訊框反轉。因此應理解，在本文中所揭示之正反器組態與DC平衡之間存在協同作用。
更具體言之，每一正反器包含第一輸出「Q」及第二輸出「Q-bar」。第一輸出與第二輸出相反。控制器經配置以針對至少n個時脈週期使用正反器之第一輸出來驅動每一相連群組之每一光調變像素，且接著針對至少n個時脈週期使用正反器之第二輸出來驅動每一相連群組之每一光調變像素。控制器可經配置以每子訊框SF在正反器之Q輸出與Q-bar輸出之間切換。
額外特徵
實例描述用可見光照明SLM，但所屬技術領域中具有通常知識者應理解，光源及SLM可同樣用以引導紅外光或紫外光，例如如本文中所揭示。舉例而言，所屬技術領域中具有通常知識者將知道用於出於向使用者提供資訊之目的而將紅外光及紫外光轉換成可見光的技術。舉例而言，本揭示內容延伸至出於此目的而使用磷光體及/或量子點技術。
一些具體實例僅作為實例描述2D全像重建。在其他具體實例中，全像重建為3D全像重建。亦即，在一些具體實例中，每一電腦產生全像圖形成一3D全像重建。
根據本揭示內容之全像投影機可用作諸如近眼裝置之抬頭顯示器或頭戴式顯示器之圖像產生單元。亦即，提供一種抬頭顯示器、頭戴式顯示器及近眼裝置，其包括根據本揭示內容之全像投影機。在一些具體實例中，提供一種車輛，其包含具有包括全像投影機之圖像產生單元之抬頭顯示器。車輛可為機動車輛，諸如汽車、卡車、廂式車、貨車、機車、火車、飛機、船或船舶。
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)、緩衝記憶體、快閃記憶體及快取記憶體。術語「電腦可讀媒體」亦應被視為包括能夠儲存指令之任何媒體或多個媒體之組合，這些指令供機器執行，使得這些指令在由一個或多個處理器執行時使該機器整體地或部分地執行本文中所描述之方法中之任何一者或多者。
術語「電腦可讀媒體」亦涵蓋基於雲端之儲存系統。術語「電腦可讀媒體」包括但不限於呈固態記憶體晶片、光碟、磁碟或其任何合適組合之實例形式的一個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，供執行之指令可由載體媒體傳達。此類載體媒體之實例包括暫態媒體(例如傳達指令之傳播信號)。
對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將顯而易見，可在不脫離所附申請專利範圍之範圍的情況下進行各種修改及變化。本揭示內容涵蓋在所附申請專利範圍及其等效者之範圍內的所有修改及變化。
P11:子像素
P12:子像素
P13:子像素
P21:子像素
P22:子像素
P23:子像素
P31:子像素
P32:子像素
P33:子像素

Claims (15)

  1. 一種矽上液晶空間光調變器，其包含：光調變像素陣列，其各自包含液晶，其中每一光調變像素與各別正反器相關聯；控制器，其經配置以：接收影像之全像圖，其中該全像圖包含複數個全像圖像素，該複數個全像圖像素各自包含一各別n位元全像圖像素值；及根據該全像圖之各別全像圖像素值驅動相連群組之n個光調變像素中之每一光調變像素，使得在該全像圖與這些光調變像素之間存在一種一對n像素相關性，其中每一相連群組之n個光調變像素之這些正反器串聯連接以形成移位暫存器，使得在該移位暫存器之操作期間，與每一相連群組之n個光調變像素相關聯之該n位元全像圖像素值在至少n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至該相連群組之每一光調變像素，其中n為正整數。
  2. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中每一光調變像素進一步與各別一位元之記憶體相關聯，且該控制器經配置以在該移位暫存器之操作之前向相連群組之每一光調變像素提供該各別n位元全像圖像素值之不同位元。
  3. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中該移位暫存器經操作使得每一光調變像素之該液晶對對應於該各別n位元全像圖像素值之均方根電壓做出回應。
  4. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中n取決於波長，且該控制器經配置以基於與該全像圖相關聯之波長選擇n。
  5. 如請求項4之矽上液晶空間光調變器，其中n隨著波長而增大。
  6. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中每一正反器包含第一輸出「Q」及第二輸出「Q-bar」，其中該第一輸出與該第二輸出相反，且該控制器經配置以針對至少n個時脈週期使用這些正反器之這些第一輸出來驅動每一 相連群組之每一光調變像素，且接著針對至少n個時脈週期使用這些正反器之該第二輸出來驅動每一相連群組之每一光調變像素，以便達成訊框反轉。
  7. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中每一相連像素群組形成實質上正方形陣列或實質上矩形陣列。
  8. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其中該移位暫存器之時脈以大於25KHz進行操作，諸如大於50KHz。
  9. 如請求項1之矽上液晶空間光調變器，其包含至少10,000×10,000光調變像素，其中每一像素之大小小於2×2μm，諸如不大於1×1μm。
  10. 一種全像投影機，其包含如請求項1之該矽上液晶空間光調變器及光源，其中該光源經配置以照明該空間光調變器，使得該影像之全像重建被投影至重播平面上。
  11. 如請求項10之全像投影機，其中包含第一波長之光的第一全像重建及包含第二波長之光的第二全像重建形成於該重播平面上，且與該第一全像重建相關聯之n之值不同於與該第二全像重建相關聯之n之值。
  12. 如請求項11之全像投影機，其中該第一波長大於該第二波長，且與該第一全像重建相關聯之n之該值大於與該第二全像重建相關聯之n之該值。
  13. 如請求項10之全像投影機，其中該第一全像重建係使用如請求項1之該矽上液晶空間光調變器而形成的第一矽上液晶空間光調變器來形成，該第一矽上液晶空間光調變器使用n=n 1之一值進行操作，且該第二全像重建係使用如請求項1之該矽上液晶空間光調變器而形成的第二矽上液晶空間光調變器來形成，該第二矽上液晶空間光調變器使用n=n 2之一值進行操作，其中n 1不等於n 2，其中n 1和n 2為正整數。
  14. 如請求項10之全像投影機，其中該第一全像重建及該第二全像 重建係使用如請求項1之該矽上液晶空間光調變器而形成的同一矽上液晶空間光調變器來形成，其中該控制器經配置以重新組態這些光調變像素，使得該第一全像重建係使用n=n 1之一值而形成且該第二全像重建係使用n=n 2之一值而形成，其中n 1不等於n 2，其中n 1和n 2為正整數。
  15. 一種操作包括液晶之矽上液晶空間光調變器之方法，其中每一光調變像素與各別正反器相關聯，該方法包含：接收影像之全像圖，其中該全像圖包含複數個全像圖像素，該複數個全像圖像素各自包含各別n位元全像圖像素值；根據該全像圖之各別全像圖像素值驅動相連群組之n個光調變像素中之每一光調變像素，使得在該全像圖與這些光調變像素之間存在一種一對n像素相關性，其中每一相連群組之n個光調變像素之這些正反器串聯連接以形成移位暫存器，其中該方法進一步包含：操作該移位暫存器，使得與每一相連群組之n個光調變像素相關聯之該n位元全像圖像素值在至少n個時脈週期的過程中每次一個位元被提供至該相連群組之每一光調變像素，其中n為正整數。
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