用于调节具有复杂信息的波场的三维光调制装置 |
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| 申请号 | CN201080037580.1 | 申请日 | 2010-06-18 | 公开(公告)号 | CN102483604B | 公开(公告)日 | 2014-08-20 |
| 申请人 | 视瑞尔技术公司; | 发明人 | 杰拉尔德·菲特雷尔; 诺伯特·莱斯特; 拉尔夫·豪斯勒; 格瑞高利·拉扎列夫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及三维光 调制器 (SLM)，其中 像素 (P01、P02)组合形成调制元件(ME)。每个调制元件可由预设值编码，由此三维设置的物体点可全息重建。根据本发明的光调制器的特征在于，分配给调制器像素(P01、P02)的是光束分离器或者光束组合器，所述光束结合器为每个调制元件(ME)通过折射或衍射在 输出侧 将由像素(P01、P02)调节的光组合，形成以设置的传播方向离开调制元件(ME)的共同光束。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有至少一个调制阵列的光调制器装置，所述调制阵列包含可不连续编码的调制器单元(P01、P02)，其组合起来形成调制元件(ME)，其中能够产生传播的光波场(LW)干涉的光波由调制器单元(P01、P02)利用全息信息以空间构造的方式调节，其中每个调制元件(ME)的调制器单元(P01、P02)相对于传播光波场(LW)的传播方向在调制阵列中并排设置，其中每个调制元件(ME)用可预设置的不连续复杂目标扫描值编码，以全息重建空间设置的目标光点，其特征在于，光波复用装置被分配给调制阵列的调制器单元(P01、P02)，其中所述光波复用装置通过折射或衍射为每个调制元件(ME)在出射侧将调制器单元(P01、P02)调节的光波部分组合起来，形成调节的光波复用，由此调节的光波复用实质上通过共同的位置并实质上以共同的传播方向离开调制元件(ME)。 |
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| 说明书全文 | 用于调节具有复杂信息的波场的三维光调制装置技术领域[0001] 本发明涉及空间光调制器装置，其用于调制具有视频全息信息，尤其具有三维场景不连续复杂物体光点值的光波场，所述三维场景的物体光点将被全息重建。本发明优选可适用于全息重建系统的情况，所述系统包含位置控制器、眼睛捕捉器、以及光波追踪装置，光波追踪装置在注视全息信息的观察者改变他们的位置时将传播的调节光波场的光轴追踪至实际眼睛位置。这样的全息重建系统已经在例如WO2006/119760A2中公开。 [0002] 本发明可以与提供全息信息的方式无关地使用，本发明还可在允许多个观察者同时注视全息重建的视频场景的系统中使用。 背景技术[0003] 众所周知，为了通过视频全息术重建三维场景，光波产生器产生定向的光波场，所述定向的光波场发射能够向空间光调制器装置产生干涉的光波。为了使得光调制器装置易于寻址，其优选包含常规结构的调制器元件，其中每个都由调制器控制器根据在将被重建的视频场景中的物体光点的空间布置用不连续复杂全息值编码。 [0004] 在本申请文件中，“编码”应理解为光调制器装置的调制器单元的光学透射率的不连续调节。由于该编码，调制器单元调节能够产生干涉的光波场的入射光波部分，由此多个发射的光波部分通过构造性或破坏性干涉重建场景的多个物体光点，从光传播方向看，所述场景由位于空间光调制器装置下游的光路上的空间中的视频信号描述。 [0005] 在本发明的情况下，不连续复杂全息值携带全息信息，用于利用视频全息图对调制阵列不连续编码。调制器控制器向每个调制器元件部件写入全息代码，例如就复数而言的实部和虚部，由此影响每个调制器元件的光传导函数的振幅和/或相位。 [0006] 传统的光调制器装置通常作为仅振幅调制器或仅相位调制器起作用，从而仅以单独的真实值影响光波。这意味着这些调制器通过它们的单元编码仅局部改变振幅或者仅局部改变相位信息。 [0007] 对于视频全息术，光调制器装置必须能够实时工作，并且它们必须能够在大的重建空间内生成全色彩重建。 [0008] 每个光调制装置包含至少一个具有规则布置的调制器元件的调制阵列，其中每个调制器元件包含多个调制器单元。调制阵列通常由空间光调制器(SLM)实现。这样的空间光调制器具有通常称为像素的单独调制器单元。 [0009] 根据全息重建原理，调制器控制器基于场景的物体光点的相应不连续复杂值同时为所有的调制器元件计算不连续复杂全息值，所述调制器元件参与物体光点全息重建。在编码程序之前，对应的代码值部分为每个不连续复杂全息值生成。计算并相互调节用于每个调制器元件的代码值部分，由此每个调制器元件的所有调制器单元相互作用，由此实际上实现预计来自调制器元件的复杂局部光调制。在例如基于具有深度信息的视频信号进行编码之前，由调制器控制器计算复杂物体光点值。 [0010] 例如，文献US5,416,618公开了包含多个堆叠空间光调制器阵列的组合的光调制器装置。例如，具有振幅光调制器单元的一个光调制器阵列和具有相位光调制器单元的一个光调制器阵列，或者具有相同类型光调制器单元的两个阵列在光传播的方向上堆叠。该堆叠生成包含多个单独单元以及利用复杂全息图值来调制光波场的调制器元件。然而，其缺点是，当光调制器阵列相邻时，必须花费相当大的调节精力来实现单元结构的精确叠合。 [0011] 但是当复杂全息图值由一个调制阵列的一组多个调制器单元实现时，尤其是当多个调制器单元相对于光传播方向并排布置时，该缺点并不出现。 [0012] 根据本申请的光调制器装置因此包含至少一个具有规则布置的调制器单元的调制阵列，所述调制器单元能够被不连续地编码，但它们组合形成关于它们的光学效应和它们的电寻址的联合调制元件。光调制器装置的调制元件以阵列布置，并以空间构造的方式调制能够生成传播的光波场的干涉的光波。这意味着每个调制元件仅改变传播的光波场中根据调制元件的实际全息图值实际射到调制阵列的光波部分。对于此，调制器控制器为每个单独的调制器单元提供分配给调制元件的复杂物体扫描值的单独值部分。 [0013] 每个调制元件因此包含调制器单元的组合，其中调制器单元可以通过相位调节光调制器单元的形式或振幅调节光调制器单元的形式实现。这意味着，根据调制器单元的设计和局部布置，每个调制元件可利用一个调制器单元就其波相位并利用其他调制器单元就其波振幅，或者利用所有的调制器单元仅就其波相位或波振幅来调节入射的(impingent)传播的光波场的光波部分。 [0014] 在文献WO2007/082707A1中，申请人已经公开了如上述的利用调制元件的空间光调制的一般原理，所述调制元件仅提供相位调节，其可以例如根据两相位编码方法利用每个调制元件的不同值部分相互无关地被寻址。 [0015] 以上提及的公开表示了利用多个相位值编码空间光调制器装置的优选方式。复杂物体扫描值由具有相同振幅绝对值和不同相位绝对值的两个相位部分的总和呈现，并编码至相同调制阵列的两个相邻相位调节光调制器单元。这意味着每个具有相位ψ和在0-1范围内变化的振幅的复杂物体扫描值从而由具有相同振幅值和相位值ψ±acos a的两个复杂相位部分的总和组成。在上述国际专利公布中还提及构成调制元件的相位调制单元的数目不必限于两个。 [0016] 提供仅相位调节的空间光调制器装置具有优于利用调制器单元进行振幅调节的光波调制的巨大优势。利用双相位编码的光调制装置表现了较大亮度的重建，因为调制器单元利用每个相位设置实现了最大光透射率。双相位编码方法的另一个优点在于，在重建过程中提供更有利的波长相关性(wavelength dependence)，其使得彩色视频场景将以高质量重建。 [0017] 上述双相位编码方法意在实现这样的情形，即能够生成干涉的光波场的由调制元件的相邻调制器单元调节的那些光波部分，表现出与由利用复杂物体扫描值的所有相位部分同时寻址的单独调制器单元调节的那些光波部分相同的光干涉效果。 [0018] 然而这难以实现，因为组合形成调制元件的调制器单元在调制阵列中并排放置，从而具有空间偏移，表现出在注视重建的物体光点的观察者的眼睛位置上，以及-例如利用傅里叶全息图一在将由这些调制器单元重建的物体光点的位置上，光路长度的差别，也称为延迟，其量值依赖于全息图类型。这种调制器单元的偏移在调制元件的调制器单元之间引起相位差别，所述相位差别依赖于观察者眼睛的位置，来自被重建的物体点相对于系统光轴的期望角位置(依赖全息图类型)，并降低视频场景的质量，由此它们需要修正每个调制元件。在具有位置控制器和眼睛捕捉器的全息重建系统中，其如上述，在观察者位置改变时光学追踪传播的被调节的波场，其还非常具有优势的是在由眼睛捕捉器检测到的眼睛位置周围数毫米的观察者位置上容许偏差。光路长度中存在的差别会实质上限制在全息重建系统前面的观察者在注视全息重建时其活动的此微小自由度。 [0019] 在名称为“用于呈现复杂值信息的光调制器(Light modulator for representing complex-valued information)”的国际专利申请WO2008/132206A1中提出了该问题的解决方法。根据该解决方法，由双折射材料制备的构造的延迟层布置在调制阵列的光路中，即，调制阵列的上游和/或下游，并优选紧密接触调制器单元，所述层通过调制元件的其他单元引起发射的调节光波部分的光路长度至少为了每个调节元件的一个调节单元而对光路长度的角位置特定的适应。选择该延迟层的层厚度，由此使得延迟层通过改变光路长度而补偿每个调制元件的调制器单元之间的光路中的角位置特定的改变，并至少部分地补偿它们。这种解决方法的缺点是它要求非常精细的构造，但同时要求相当厚的层。 [0020] 在名称为“用于在一束光线的任意部分确定物体位置的装置(Device for determining the position of an object in an arbitrary section of a pencil of rays)”的未审查的申请DE 2 058 418中公开的装置利用光点源与萨瓦尔(Savart)板。该萨瓦尔板包含两个串行排列的双折射单轴板状晶体，其排列成它们的主要部分转向垂直的情形，其中对于两个晶体来说，光轴和晶体表面的角都是相同的。该文献教导了萨瓦尔板将由点光源原始发射并在其进入侧入射的光束分为两个线性偏振部分光束，所述部分光束表现为相互垂直的偏振，并看起来像源自位于与原始光源对称的平面中的进入侧的两个线性偏振的虚光源。该文献进一步教导了在部分光束之间光路长度没有差别，所述部分光束在平面的每个点上表现为相互垂直的偏振，虚光源以镜像对称的布局设置在所述平面上。在任何其他点中，在部分光束之间光路长度存在差别。 发明内容[0022] 在本发明情况下，调制单元是怎样实际设计的并不重要。例如可能是使用液晶单元或电湿单元的调制阵列。调制单元可以具有这样的性质，即调制阵列在它们经过过程中或当被反射时，调节波场的光波。 [0023] 可选择的具有相位调节光调制器单元的空间光调制器装置可以是专门含有振幅调节光调制器单元的调制阵列，其中每个调制元件由多个振幅调节光调制器单元组成。用于含有两个振幅调节光调制器单元，即一个用于复数的实部和一个用于复数的虚部的光调制器装置的编码方法公知是偏向编码(bias encoding)。用于含有三个振幅调节光调制器单元的光调制器装置的另一个编码方法公知是贝克哈特(Burckhardt)编码。 [0024] 很大程度上降低重建质量的相位误差总是发生在具有多个相邻调制器单元的复杂调制元件中，这是各个调制器单元之间光路长度中的角位置特定的差别引起的，与调制阵列的调制器单元的性质无关。 [0025] 因此，本发明的目的是提供在空间光调制器装置中补偿同一个调制元件的交错排列调制器单元之间的光路长度差别的补偿装置，所述空间光调制器装置包含具有在横向交错排列位置上设置的多个调制器单元的复杂调制元件。此外，补偿应至少与用于调制的光波长的变化在很大程度上无关，所述变化例如是由用于生成光波场的光源的温度变化引起的。 [0026] 离开调制元件的调节的光波部分在全息重建中应具有像源自单独的紧凑型调制器单元的可用不连续复杂全息图值调节的光波部分一样的效果。因此由本发明方法处理的光波部分不会表现出由光路长度差别引起的内在相位差别。 [0027] 本发明基于含有至少一个由个别或可不连续编码的调制器单元组成的调制阵列的光调制器装置。调制器单元组合形成调制元件。调制器单元可调节光波，所述光波能够以空间构造方式利用全息信息产生传播的光波场的干涉。每个调制元件的调制器单元相对于传播的光波场的传播方向并排设置在调制阵列中，每个调制元件可由可预设置的或不连续的复杂物体扫描值编码，由此全息重建或呈现空间设置的物体光点。 [0028] 为了克服所述缺点，根据本发明，在光调制器装置中，调制阵列的调制器单元分配有光波复用装置，利用所述光波复用装置，由调制器单元调节的光波部分可通过组合折射或衍射在出射侧为了每个调制元件组合形成调节的光波复用，由此调节的光波复用实质上通过共同的位置离开调制元件，即实质上空间重叠，并且实质上以共同的传播方向。 [0029] 在本发明情况下，“光波复用装置”或“用于出射光波部分的空分复用的光学复用装置”在本文件中应理解为偏转光波部分的构造的光学配置，所述光波部分通过波偏转元件结构在光学配置或部件单元内实质以平行引导的方式在不同位置射向光学配置的入射侧界面，由此至少某些光波部分通过出射侧界面的共同出射位置以实质上共同的传播方向离开所述光学配置。 [0030] 用于空分复用的光学复用装置优选设计为平面光学板单元的形式，其尽可能靠近调制阵列设置，并具有光波偏转装置的表面结构，所述光波偏转装置的形状、尺寸和位置与调制元件的调制器单元的那些一致并匹配，其中，至少对于部分调制器单元，光波的出射位置设置成与光波入射位置偏移。 [0031] 每个调制元件的期望空间光波复用的实现是因为每个调制元件的至少某些调制器单元分配有波偏转元件，所述元件在内部具有与调制阵列的系统轴不同的光传递轴，因此每个调制元件的所有调制器单元的光波部分通过出射侧界面内的所述共同的出射位置以共同的传播方向出射。所述光学复用装置为每个调制元件实现单独的波出射位置。 [0032] 用于空分复用的光学装置可以构造为平面光学元件，例如膜配置，其包括体积全息图、微棱镜阵列和/或双折射光学元件，其结构与调制元件的调制器单元的形状、尺寸和位置匹配。 [0033] 作为光束组合器的偏振光栅 [0034] 如果通过不同调制器单元的光部分覆盖不同的光路长度，为了保持确定的或期望的光干涉效果，通常必要的是在偏移相位(offset phase)的辅助下修正穿过一个调制器单元的光部分与穿过另一调制器单元的光部分之间的光路长度差别。此外，如已上述，在穿过不同调制器单元的光部分之间存在温度波动引起的光路变化。 [0035] 这可以例如通过利用如图8所示的对称光偏转的配置实现。首先，来自一个调制器单元的光，在配置的下一部分来自另一调制器单元(像素)的光以调制器单元中心之间距离或像素间距的一半偏转。这样的配置要求两个互相之间以一角度转向的萨沃尔板，或者总共四个而非两个体光栅(参见图6或7)，以及另外的分别在两个萨沃尔板之间或两对体光栅之间的偏振转向层。 [0036] 除了体光栅，其他类型的光栅结构也是已知的，例如偏振光栅。它们以最高效率以st st st仅第一级(仅仅+1 或–1 级)之一用作衍射光栅或者用于光束偏转，与经常在+1 衍射st 级表现50％效率以及在-1 衍射级表现50％效率的其他已知光栅形成对比。 [0037] 尽管通过偏振光栅，50％的线性偏振光在+1st衍射级偏转，50％在-1st衍射级偏st转，它具有仅在那些+1 级之一偏转100％的圆偏振光的性质。在哪一个级依赖于是右手还是左手圆偏振光落到它们上。 [0039] 本发明进一步的目的是实现二相位像素的组合，以及最少数目的光栅结构的配置，由此两个相位像素都具有对称的光束路径，从而例如对由温度和其他环境条件引起的厚度差别表现更多的容许偏差。 [0040] 这实现的原因是，首先，与已知方法相比，构造的λ/4层(而不是λ/2层)配置在两个相位像素的出射点。 [0041] 通过在两个调制器单元或像素处λ/4层的不同定向，基于在调制阵列或SLM的出射点的线性偏振，由调制元件(宏像素)的两个相位像素之一出射的光被赋予左手圆偏振，而另一个被赋予右手圆偏振。其次，使用偏振光栅而不是体光栅。偏振光栅将来自两个相位像素的光由于它们不同的圆偏振以相反方向偏振。来自两个像素的光之后穿过间隔层-设计得与体光栅堆叠相似的元件-并相互朝着对方，在该情形下对称移动。由于两个光束都被偏转了，间隔层可具有比利用体光栅更薄的设计，这是优于后者的另一个优势。光的偏转被第二偏转光栅再次变直，或者更确切的说从两个不同传播方向偏转成共同的传播方向。 [0042] 随后，偏振器将重叠的光组合形成复值-如同利用萨瓦尔板或体光栅堆叠相同的步骤。然而，与利用萨瓦尔板或体光栅的配置相比，该偏振器具有偏转了45°的透射方向的朝向，即垂直地或水平地。 [0043] 这可由琼斯矩阵方程(Jones matrix equation)说明。 [0044] 右手圆偏振光具有与下式成比例的琼斯矢量 [0045] [0046] 左手圆偏振光具有以下的琼斯矢量 [0047] [0048] 如果两个相位像素(调制器单元)的光分别具有相位 和 它们的总和具有矢量 [0049] [0050] 水平偏振器具有琼斯矩阵 [0051] [0052] 这意味着在偏振器下游，如二相位编码所预期的，实现了复数 [0053] [0054] 可选择地，利用垂直偏振器，将呈现复数 [0055] [0056] 这对应于针对+45°或–45°下体光栅、线性偏转光和偏振器会达到的结果。 [0057] 光束组合应该在，尤其是对于红、绿和蓝光的彩色显示器中实现。 [0058] 可以使用在引用文献[1]中说明的消色光栅。然而，还可能的是使用更加简单的光栅，其仅对于一个光波长是最优的。其他波长则遭受衍射损失。然而，非衍射光可被狭缝阻挡，由此它不干扰注视全息显示器的观察者。 [0059] 进一步，如在上述解决方法的背景下已提出的，随着波长变化而改变的偏转角可由狭缝补偿。 [0061] 图10表示了体光栅中的光束路径(非对称)。像素P01后是具有第一定向的λ/2板，像素P02后是具有不同定向的λ/2板。图11表示了在具有偏转光栅的配置中的光束路径(对称)。像素P01后是具有第一定向的λ/4板，像素P02后是具有不同定向的λ/4板。 [0062] 图12表示了示例性配置：发射线性偏振光(填充红色箭头)的两个像素(可编码调制器单元)P1、P2后面是构造的λ/4层QWP。在图表中显示了对于一个像素P1向由SLM(调制阵列)发射的光的偏振方向转+45°、对于另一个像素P2转-45°的光轴，通过所述光轴生成圆偏振光(由红色环形箭头指示)。 [0063] 根据图12中显示的实施例，第一偏振光栅Pg1根据其偏振将光偏转。一旦光通过具有合适厚度的间隔层DL(薄玻璃板或聚合物薄膜)，并且一旦它空间上重叠，它即由第二偏振光栅Pg2以相反的方向偏转，由此来自两个像素的光平行离开。在这些元件的下游，以0°或90°配置线性偏振器Pol。 [0064] 偏振光栅具有改变圆偏振的旋转方向的性质，即从右手圆偏振变成左手圆偏振，反之亦然(同样也在附图中指示)。 [0065] 该性质对于作为光束组合器的应用非常有优势，因为它允许在配置中使用相同类型的两个光栅(即在光栅中具有一致的分子定向)。 [0066] 圆偏振光被第一光栅偏转，从而改变其传播的旋转方向，并因而被同一类型的第二光栅以相反方向偏转。在光路中依次排列的相同的类型的两个光栅从而引起期望的水平偏移。 [0067] 根据优选实施例，光波复用装置至少包含偏振装置和第一及第二偏转层Vg1和Vg2。所述偏振装置用于将可预设置的第一偏振分配给通过第一调制器单元1的光。所述偏振装置进一步将可预设置的第二偏振分配给通过第二调制器单元2的光。从光传播的方向看，第一偏转层Vg1设置在偏振装置的下游。在光波传播方向，在第一偏转层Vg1之后以确定的距离d设置第二偏转层Vg2。可预设置的第一偏振可以与可预设置的第二偏振垂直。可选择地，可预设置的第一偏振可以是圆形的，并且与可预设置的第二圆偏振相比，具有相反的旋转方向。如果光已具有例如由所用光源的性质所引起的合适的构造的偏振，通常不必要使用偏振装置。 [0068] 参考图7，选择第一偏转层Vg1的光学性质以使得通过第一调制器单元1的光实质上不偏转，而通过第二调制器单元2的光被偏转第一确定的角度。选择第二偏转层Vg2的光学性质以使得通过第一调制器单元1的光实质上不偏转，而通过第二调制器单元2的光被偏转第二确定的角度。第二确定的角度的绝对值与第一确定的角度的绝对值实质上相同。 [0069] 参考图8，在光传播方向上，在第二偏转层之后以确定的距离设置第三和第四偏转层Vg3、Vg4。选择第三偏转层Vg3的光学性质以使得通过第一调制器单元1的光被偏转第三确定的角度，而通过第二调制器单元2的光实质上没有偏转。选择第四偏转层Vg4的光学性质以使得通过第一调制器单元1的光被偏转另一第四确定的角度，而通过第二调制器单元2的光实质上没有偏转。第三确定的角度的绝对值可以与第四确定的角度的绝对值实质上相同。 [0070] 偏振装置可包含延迟板，所述延迟板具有以不同朝向为特征的多个区域。当调制器单元的功能原理已基于偏振光，或者至少当它们的功能不被偏振光的使用不利地影响时，这尤其是优选的。否则，必须使用具有含不同朝向的多个区域的构造的偏振器，其中某些偏振方向的光被吸收。然而，这会关系到光损失。在该情形下，构造的偏振器应尤其理解为包含第一空间区域和第二空间区域的偏振器，其将某些可预设的偏振分配给与偏振器相互作用的光，其中第一空间区域被指定给一类调制器单元，第二空间区域被指定给另一类调制器单元。延迟板可以是λ/2板或者1x+λ/2或1x–λ/2板，即延迟板包含λ/2的相对相位位移。可选择地，偏振装置可包含具有第一朝向的第一延迟板以及具有第二朝向的第二延迟板。第一和第二延迟板每个都可以是λ/2板。具有第一朝向的第一延迟板则被指定给通过第一调制器单元1的光。具有第二朝向的第二延迟板被指定给通过第二调制器单元2的光。 [0071] 参考图11和12，选择第一偏转层Pg1的光学性质以使得通过第一调制器单元P01的光以第一确定的角度被偏转为第一方向，而通过第二调制器单元P02的光以第二确定的角度被偏转为第二方向。选择第二偏转层Pg2的光学性质以使得通过第一调制器单元P01的光以第二确定的角度被偏转，而通过第二调制器单元P02的光以第一确定的角度被偏转。第一角度的绝对值与第二角度的绝对值可以是实质上相同的。偏振装置可包含延迟板，所述延迟板具有多个以不同朝向为特征的区域。当调制器单元的功能原理已基于偏振光，或者至少当它们的功能不被偏振光的使用不利地影响时，这尤其是优选的。否则，必须使用具有含不同朝向的多个区域的构造的圆偏振器。然而，这会关系到光损失。延迟板可以是λ/4板或者1x+λ/4或1x–λ/4板，即延迟板包含λ/4的相对相位位移。可选择地，偏振装置可至少包含具有第一朝向的第一延迟板以及具有第二朝向的第二延迟板。第一和第二延迟板每个都可以是λ/4板。具有第一朝向的第一延迟板在该情形下被指定给通过第一调制器单元P01的光。具有第二朝向的第二延迟板被指定给通过第二调制器单元P02的光。 [0072] 偏转层Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Pg1和Pg2可以是包含全息图和/或体光栅和/或布拉格光栅，或偏振光栅。 [0073] 偏振装置WGP、具有检偏器效果的具有可预设置光学性质的Pol可在光传播方向上设置在偏转层Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Pg1和Pg2的下游。 [0074] 在本发明所有的实施例中，可以配备影响调制元件ME的光束的切趾元件APF，其中所述光束已结合形成调制的光复用(modulated light multiplex)。切趾元件APF在与光传播方向垂直的方向上可包含实质上不依赖所用光之各自波长的中性强度分布(neutral intensity profile)。所述强度分布可以用可分析地可写的切趾函数，即余弦(cosine)函数或三角函数或布莱克曼(Blackman)函数或汉明(Hamming)函数或韦尔奇窗函数(Welch window function)来描述。具体地，切趾元件APF可具有相应的切趾罩(apodisation mask)，每个切趾罩被指定给一个调制元件ME。这样的切趾罩，例如图16左侧侧视图所示，于是会影响该调制元件ME的结合光束的调制光波复用。切趾罩可以例如设置在用作检偏器的偏振器WGP的下游，即在图13中由PC标示的位置。 [0075] 对于彩色应用，可以配备适当设计的切趾元件APFC，其影响调制元件ME的已结合形成调制光复用的光束。切趾元件APFC具有至少两个依赖所用光的各自波长的强度分布。所述强度分布在光传播方向垂直的方向上以可预设置的值横向地相互位移。这以侧面图在图16的右侧显示。所述强度分布可以包含于在光传播方向上依次设置的各个层APFSR、APFSG、APFSB中。 [0077] 引用文献[1]和[2]说明了可有源切换的LCPG。 [0078] 它们制成使得光聚合材料的定向层暴露给UV辐射。使用具有相反圆偏振的两个UV光源，并且使它们的光叠加。通过光源叠加的相对角度设定光栅常数。如果存在具有合适定向层的基板，其厚度由例如分隔层球(spacer balls)定义的LC层填充在基板之间。 [0079] 在其他应用方面已知其他LC材料，其在定向之后在基板上交联，因此它们的朝向是类凝固的(quasi froze)。至于作为光束组合器的应用，优先使用钝化LCPG。因此，在此建议使用聚合物材料。 [0080] 用于RBG的光束组合器 [0081] 鉴于需要考虑的所用光的波长，具有两个不同的效应。 [0082] (a)光栅的衍射效率通常随波长变化。这种效应通常依赖于光栅的厚度。 [0083] (b)衍射角度也通常随波长变化。它依赖于波长与光栅常数的比值。 [0084] 关于(a)衍射效率： [0085] 现有技术的引用文献[1]说明了在整个可见光区域具有高衍射效率的特殊偏振光栅。然而，所述光栅对于红、绿和蓝光仍然具有不同的角度。 [0087] 这也提高了衍射效率但不改变衍射角度。所述元件可以在具有颜色时分复用的全息显示器中用作光束组合器，其中光栅通过施加各自电压而与实际处理的颜色相适应。主动光栅假定光栅本身被寻址，并且该寻址与光源和SLM的控制同步。对于颜色的空间复用，可以在制造过程中将不同电压施加到LC材料到各个象素列并在该状态下使其聚合。 [0088] 关于(b)衍射角度： [0089] 至于作为光束组合器的应用，对于红、绿和蓝光实现相同的衍射角度尤其是非常重要的。上述方法没有满足这个要求。 [0090] 实现相同衍射角度的优选可能性是根据SLM的颜色空分复用而执行光栅相位的空分复用。为此目的，在基板的定向层暴露的过程中使用遮罩(参见上述“制备钝化层”)，所述遮罩在条带中覆盖约2/3的面积，即对应于两种其他颜色的彩色象素的部分。从而调整两个暴露的UV光源的角度，由此实现用于一种颜色(RGB)的期望的光栅常数。该过程重复三次，遮罩位移并且角度相应地改变。 [0091] 与可叠加或者依次串联排列设置的多个光栅的布拉格光栅对比，在此获得不叠加的三个交错排列的光栅。根据引用文献[1]的用于所有波长高衍射效率的现有技术的光栅结构的组合可以与本实施例相结合，用于各个波长的相同衍射角度。 [0092] 可选择地，如果要对于一个波长实现高衍射效率，本方法也可以单独使用，对于其他波长，非衍射的光被另外过滤掉，由此它没有通过以到达观察者。这可以利用出射位置、出射角或根据情况所述利用光的偏振完成。 [0093] 数字实施例 [0094] 根据现有技术，层厚度与光栅常数的比值在偏振光栅中受到限制。该限制还依赖于LC的材料性质，例如其双折射。 [0095] 因为对于层厚度d必须满足条件dΔn＝λ/2(其中Δn是折射率差别，λ是波长)，具有最小的光栅常数以及相应的最大的偏转角。 [0096] 在实验方案中已说明了具有约6μm光栅常数的光栅。理论限制有可能是约2μm。相应的偏转角约为(2倍)5度。 [0097] 可以假设光栅+间隔层+光栅的设置通常具有约1/2～1/3萨瓦尔板厚度的厚度，所述萨瓦尔板由具有相同折射率差别Δn的材料制造。然而，在这种设置中，偏振光栅本身仅数微米厚，通常2–3μm。对于60μm的象素间距，间隔层会具有200-300μm范围内的厚度(具有约4－6μm的光栅常数)。 [0098] 偏振光栅堆叠 [0099] 另一种可能性是使用依次设置的多个偏振光栅的堆叠，而不是单个偏振光栅。偏振光栅对于入射角敏感。 [0100] 然而，当使用具有固定全偏转角的被动光栅时，相对于相继较大入射角优化随后设置的光栅是可能的。 [0101] 由于多个偏振光栅以串联排列设置，因此偏转角通常可增大而总厚度降低。 [0102] 消色折射光束组合 [0103] 如上所示，对于将两个相位位移像素(调制器单元)组合起来从而形成生成复值的二级像素(调制器元件)的目标，具有折射方案(萨瓦尔板)和衍射方案(体光栅)，所述二级像素能够调节或改变通过那些像素的光的相位和振幅两者。 [0104] 本文件的特别目的是在顺序颜色呈现的情形下，提出折射方案的消色选择。 [0105] 图13表示在两个相位像素的协助下生成复值像素。附图表示萨瓦尔板SP，其与构造的半波长板λ/2和偏振器WGP组合以生成复值像素PC。附图中没有显示生成的像素的示范的余弦形切趾分布，即像素显示为统一透明的像素。常轴和非常轴之间的折射率差为Δnoe＝0.2，这对应于TM偏振光的偏转角αTM＝7.384°以及每微米板厚度的0.1296μm的光束偏移。图13按比例表示了这些关系。 [0106] 在双折射材料中，非常光束以相对于常光束的某一相对角度传播。然而，在双折射材料进入光各向同性介质的出射点，常和非常光束又被引导为平行的。某一偏振的光从而以一角度偏转，所述角度依赖于双折射的量以及双折射材料在双折射材料进入侧界面的光轴的朝向，并且所述光以相反方向在出射侧界面偏转。从而观察到其量依赖于双折射体厚度的平行偏移。如果双折射材料具有共面板的形式，会特别好地观察到该效应。 [0107] 图14说明了在顺序呈现中的色散问题。附图表示萨瓦尔板SP，由于对于红色和蓝色波长的色散n＝n(λ)，其在横向偏移s中表现出误差Δs。如果在萨瓦尔板SP中，对于TM偏振光束，使用了使绿色波长的光束位于例如余弦形切趾分布(未示出)中心的设计角度，则对于蓝色光束获得更大的角度，对于红色光束，获得更小的角度，从而分别因起正或负的光束偏移，即朝向切趾分布一侧或各自另一侧的光束偏移。 [0108] 在顺序颜色呈现的情形下，问题是单个复值像素的切趾过滤器没有由两个颜色，即本实施例中的红色和蓝色在中心照明。 [0109] 简单的解决方案是减小切趾分布的尺寸，即，例如将填充因子FF从0.8减小为0.6。然而，这意味着减少几乎50％的透明区，或者通过吸收消除50％的辐射率。此外，当填充因子减小时，与观察窗相邻的衍射级的抑制效率降低。 [0110] 另一种解决方案是执行所用颜色的空分复用，即，使用颜色过滤器的空间构造的设置，这对于一维编码3D物体，即例如对于仅水平视差(HPO)的全息图是不成问题的。如果可获得足够的像素以提供在人眼的分辨力之下清晰进行的3D重建，这是一个可行方法。这在图15中作了阐明，即以组合形成复值像素的相位像素的空分复用形式作了阐明。例如，左侧第一列S1R具有红色过滤器。后者(在中间具有吸收黑色的列SB)右侧列S2B具有蓝色过滤器。后者右侧列S2G(在中间具有吸收黑色的列SB)具有绿色过滤器。这种设置周期继续。另一种解决方案是使用颜色选择性切趾过滤器分布而不是“中性强度切趾分布”，即灰度值分布形式的强度或透射过滤器分布。这表示在图16中，即以从灰度值或中性强度型切趾功能(左侧，用APF标示的过滤器)向横向偏移颜色选择性切趾功能(右侧，由APFC标示的过滤器)转换的形式表示。与用于颜色正片或幻灯片的反转胶片的层结构类似，例如可在随后设置的层APFSR(红)、APFSG(绿)和APFSB(蓝)中实现颜色选择性过滤。为解决该问题，最高透光率的点依赖于各自的光谱颜色。然而，填充因数对于所有颜色可均相同。此外，例如为了谱优化能效或者邻近观察窗的衍射级抑制，可实施切趾功能的颜色选择性调节。 [0111] 参见图16，强度分布的中央显示出具有谱不同的横向偏移，由于其小于例如10μm，它在具有全息直视显示器的全息重建中不会被感知。 [0112] 另一种解决方案是使用至少两种不同的双折射材料SP1、SP2，其表现不同，即正常和反常色散。这意味着该萨瓦尔板由两层SP1、SP2构成，其中例如该第一层SP1对蓝色谱线具有最高的折射率并且对红色谱线具有最低的折射率，而该第二层SP2对蓝色谱线具有最低的折射率并且对红色谱线具有最高的折射率。 [0113] 两个板SP1、SP2的厚度比与对绿色谱线的折射率的差的比值成比例。选择板厚度以使得横向位置偏差的平方(squared lateral position deviation)在整个谱颜色中最小化。在图17中显示了这种由两个板SP1、SP2组成的色修正的萨瓦尔板。 [0114] 根据上述实施例，光波复用装置包含至少一个偏振装置和至少一个具有可预设置的光学性质的双折射介质SP。该偏振装置用于将可预设置的第一偏振分配给通过第一调制器单元P01的光。该偏振装置进一步将可预设置的第二偏振分配给通过第二调制器单元P02的光。从光传播方向看，双折射介质SP设置在偏振装置和/或第一和第二调制器单元P01、P02的下游。可预设置的第一偏振可以与可预设置的第二偏振垂直。 [0115] 选择双折射介质SP的光学性质以使得通过第一调制器单元P01的光实质上不被双折射介质SP偏转，而通过第二调制器单元P02的光在双折射介质SP的入射侧界面被偏转第一确定的角度。通过第二调制器单元P02的光在双折射介质SP的出射侧界面被偏转第二确定的角度，所述出射侧界面与其入射侧界面共面。第一角度的绝对值可与第二角度的绝对值实质上相同。通过第二调制器单元P02的光因此在其通过双折射介质SP之后实质上以平行偏移离开双折射介质SP。 [0116] 在图6至11，12至14、17、20和21中，选择偏转层Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Pg1和Pg2的光学性质，如果有的话，还选择所配备的延迟板的光学性质和/或双折射介质SP、SP1、SP2、SP3、SV1和SV2的光学性质，以使得光束偏转，如果有的话，以实质上位于各自图的绘制平面中的方向朝向。然而，涉及部分的光学性质的其他配置也是可能的，其中光束还可以在朝向各自图的绘制平面之外的方向偏转。这样，调制元件的调节光波复用不是仅以一个方向上(例如沿着调制器单元的列)的横向偏移离开光波复用装置，而是以第一和第二方向上的横向偏移离开。 [0117] 在光传播方向上，在具有正常或反常色散的双折射介质SP1之后可设置具有反常或正常色散，即各自相反色散的另一个双折射介质SP2。这在图17显示。两个双折射介质SP1、SP2的厚度比因而是可预设置的，并优选依赖于两个双折射介质SP1、SP2的折射率差的比值以及光、例如绿色光的可预设置的波长的比值，以及至少一个另外的光、例如红色和蓝色的光的可预设置的波长。 [0118] 当使用至少一个双折射介质时，类似图8中所示方式的光束组合也是可能的。这在图21中显示。为此目的，在光传播方向上，双折射介质SP1之后可设置另一双折射介质SP3。选择该另外的双折射介质SP3的光学性质，以使得该另外的双折射介质SP3使通过第一调制器单元P01的光在该另外的双折射介质SP3的入射侧界面偏转确定的第三角度，以及在该另外的双折射介质SP3的出射侧界面偏转确定的第四角度，所述出射侧界面与其入射侧界面共面。该另外的双折射介质SP3实质上不偏转通过第二调制器单元P02的光。第三确定的角度的绝对值与第四确定的角度的绝对值可实质上相同。进入第一双折射介质SP1的光束在它们离开第二双折射介质SP3时实质上被赋予了水平偏移。在两个双折射介质SP1和SP3之间设置λ/2层，所述层将通过该层的光的偏振方向转向90度。SP1和SP2的光轴(由双箭头标示)以直角定向。 [0119] 具有可预设置的光学性质的有检偏器作用的偏振装置WGP可在光传播方向设置在双折射介质SP；SP1、SP2的下游。 [0120] 现在，具有用于实施以及继续本发明教示的许多可能性。具体地，参考下述包括附图的本发明优选实施例的说明。将结合本发明优选实施例的说明以及附图阐明一般优选的物理形式以及教示的延续。 附图说明[0121] 附图为示意图，其中 [0122] 图1显示根据本发明实施例的空间光调制器装置的细节。 [0123] 图2显示用于出射调节光波部分的空间复用的光学复用装置的第一实施例，具有微棱镜阵列和体光栅。图3显示用于出射调节光波部分的空间复用的光学复用装置的第二实施例，具有微棱镜阵列和体光栅，其中使用衍射光。图4显示用于出射调节光波部分的空间复用的光学复用装置的第三实施例，其中使用衍射光，其中非衍射光被具有多孔遮罩的空间频率过滤器过滤掉。 [0124] 图5显示用于出射调节光波部分的空间复用的光学复用装置的第四实施例，具有偏振光波分离器。图6至8显示具有偏振光束分离器的光学复用装置的实施例，所述分离器相对于光波长的改变被补偿。 [0125] 图9说明根据引用文献[2]的现有技术偏振光栅的功能原理。 [0126] 图10表示体光栅中的光束路径(非对称)。 [0127] 图11显示在具有偏振光栅的设置中的光束路径(对称)。 [0128] 图12显示本发明的实施例。 [0129] 图13和14每个显示本发明的另一实施例。 [0130] 图15阐明了组合形成复值像素的相位像素的空分复用。 [0131] 图16显示了“中性强度”切趾功能(左)和横向偏移、颜色敏感的切趾功能(右)。 [0132] 图17至22每个显示了本发明的另一实施例。 具体实施方式[0133] 因为用于调制阵列的每个调制器单元的所有光学复用装置具有相同的结构，为了保证附图简明和可以理解，在以下参考的附图中将仅显示调制阵列的单个调制器单元。 [0134] 出于同样的原因，以下将用具有规则构造的调制器单元的调制阵列的例子说明光学复用装置，其中每个调制元件包含调制阵列的两个邻近的调制器单元。这种空间光调制器装置的典型例子是设计用来实施上述两相位编码方法的空间相位调节光调制器。总体上，该结构还可对应包含两个以上调制器单元的调制元件。 [0135] 下述实施例还可以相当的方式适用于振幅调节。在后一情形下，对于每个调制元件的至少一个调制器单元，会另外需要相位偏移光学层。如果采用偏向编码，对于两个调制器单元中的一个，需要π/2的固定相位位移，如果采用贝克哈特(Burckhardt)编码，对于三个调制器单元中的两个，需要2π/3和4π/3的相位位移。 [0136] 图1表示了具有第一调制器单元P01和第二调制器单元P02的调制元件ME，两个调制器单元在调制阵列中相邻设置。能够产生干涉的光波场LW照射调制阵列中的调制元件ME。调制器控制单元CU以复全息图值的相位分量(phase component)编码每个调制器单元P01、P02，由此每个调制器单元P01、P02分别发射不连续调节的光波部分LWP1和LWP2，平行光轴a01、a02在方向D上，以生成全息重建。根据本发明，尽可能靠近调制器单元P01、P02设置光学复用装置阵列。所述光学复用装置包含波偏转装置U1、U2的结构，所述波偏转装置被空间分配给调制器单元P01、P02。波偏转装置U1、U2具有相互之间不同且关于彼此定向的光轴，由此来自同一调制元件ME的光波部分LWP1和LWP2在光学复用装置中组合并形成具有共同光轴a0的调节的共同光波部分LWP0的波复用。 [0137] 根据本发明优选实施例，光学复用装置的阵列包含由堆叠光学板组成的光学板单元。所述光学板可以例如包含多个具有可预设置光学性质-尤其是双折射-的透明聚合物层。 [0138] 图2表示了这种板单元的第一实施例，其包含为每个调制元件ME的调制器单元P01、P02提供微棱镜的微棱镜阵列PA，所述微棱镜为调制器单元P01、P02实现期望的光波偏转功能。该光学板单元还将调制元件的光波部分LWP1和LWP2组合，形成调节的共同光波部分LWP0的波复用。因为在光学板单元的光路中另外还设置了体积全息图BG，也称为布拉格全息图，这得以实现。该体积全息图BG具有防止传播的光波部分LWP1和LWP2交叉并引导两个光波部分LWP1和LWP2光路长度没有差别地进入D方向的任务，所述光波部分已由调制元件的调制器单元P01和P02调节。编码体积全息图BG，使得它严格以非常有限的偏转角或出射角引导具有确定的波长的光波。彩色重建所需的所有光波都必须认为是确定的波长，例如颜色红、绿和蓝。 [0139] 图3表示了图2光学板单元的第二实施例。该两个实施例在能够生成干涉的光波场LW的提供或入射角方面是不同的。在根据图3的实施例中，能够生成干涉的光与光轴成斜角地射向空间光调制器装置或调制器单元P01、P02，由此-由于入射的斜角-第一衍射级可用于重建。在根据图2的实施例中，能够生成干涉的光波场与光轴平行地射向空间光调制器装置，由此零衍射级可用于重建。 [0140] 参考图4，具有在两个无焦距设置的透镜阵列系统L1、L2之间的多孔遮罩AP的额th外远距过滤器阵列(TFA)允许抑制不期望的光部分，例如那些与0 衍射级光波场的入射方向相关的邻近空间衍射级的光部分或未使用的周期间隔的光部分。同时，两个无焦距设置的透镜阵列系统L1、L2使得调制阵列中的调制元件ME的调制器单元的填充因子能够由于光学放大而提高。 [0141] 图5显示了本发明的另一实施例，其中偏振光波分离器Pol将每个调制元件的光波部分组合。用于空间复用的光学复用装置使用具有偏振元件Spol和Ppol的板，所述偏振元件为调制元件中的调制器单元P01、P02的每个光波部分分配不连续的光偏振，其与双折射共面板BP组合，为调制元件的所有调节的光波部分LWP1,LWP2分配不连续的斜光轴。所有光波部分的光轴相对彼此倾斜，选择共面板BP的强度使得所有光波部分在其出射侧界面叠加。 [0142] 如图6所示的偏振光波分离器对于选择用于生成全息重建的波长变化非常敏感。获得依赖于所用光波长的横向偏移以及光相位关系的变化。 [0143] 图6和7显示了两个实施例，其阐明了根据图8实现自补偿光束分离器双重板的基本原理。Vg1和Vg2标示了用作光束分离器的体光栅。 [0144] 为了实现调制器单元1的光波部分TE和调制器单元2的光波部分TM的完全叠加，两个平行光栅板之间的距离d必须是d＝a/(2·cos(π/2))，即每μm调制器单元宽度0.57735μm，两个调制器单元都具有宽度a，处于平面偏振光束分离器Vg2的下游。 [0145] 假设是50μm宽的调制器单元，利用0°/60°几何结构的偏转光束分离器可实现厚度d＝28.87μm，与此相比，如果要得到Δn＝0.2，萨瓦尔板必须具有385.8μm的最小厚度。 [0146] 如果偏振光波部分TE和TM的指向矢量(pointing vectors)在偏振光束分离器的上游是平行的，那么它们在偏转光束分离器下游是平行的。出射光束的平行性因此在这里不会是个问题。 [0147] 然而，光的波长变动是成问题的。假定调制器单元宽度为30μm以及相应偏振光束分离器双重板的厚度为17.32μm，Δλ＝1nm的波长偏差将引起两个叠加的调制器单元之间约2π/10的相对相位差别。为了解决该问题，可以选择具有低衍射角度的偏振光束分离器几何结构。 [0148] 如图6所示，可能的偏振光束分离器偏转几何结构(具有偏振光束分离器Vg1、Vg2)是0°/48.2°。在本实例中，光波部分TE被偏转，而光波部分TM没有被偏转。图7阐明了0°/41.2°偏振光束分离器(Vg1、Vg2)，其透射TE偏转光而不偏振，而它衍射或偏转TM偏振光。 [0149] 假定调制器单元宽度a＝50μm、有关邻近调制器单元之间交互作用的距EW棱镜(未示出)平面的最大允许距离Dmax＝5x a＝250μm，它遵循θmin＝arctan(a/Dmax)＝arctan(0.2)＝11.31°。当Δn＝0.2时，萨瓦尔板达到约7.4°。 [0150] 因为可能的偏振光栅光束分离器几何结构是级数的数学术语，在约11°的范围内还具有可用角度。要求的折射率变化就会非常高，即用11°作为偏振光束分离器几何结构被认为是相当不现实的。 [0151] 然而，0°/33.557°的偏振光束分离器几何结构在实际中不是不可能实现的，其中必须有用于RGB复用的折射率变化。当波长稳定为Δλ＝1nm时，该几何结构会对应的组合调制器单元光束的相对相位差别。 [0152] 有许多可能性用来补偿可能漂移的关键波长的效应。 [0153] 一种可能是使用两个组合起来的调制器单元的生成的总合信号，由此在操作过程中简单、容易地补偿相位位移。为此，一个调制器单元的相位可例如位移，使得某一目标强度可因此实现。这产生用于将要引进的修正相位的值。 [0154] 进一步，可以引进一组相位位移，即至少三个，由此利用相位位移干涉测量法以<2π/512的精确性确定组合调制器单元的相对相位。 [0155] 在仅包含很少光源的显示器中，它自己使用每波长两个二极管以及具有谱不同特征的光源。如果已知特征线，那么从二极管信号中可以<0.1nm的精确性确定波长。这种原TM理例如在由Coherent公司提供的波长测定装置WaveMate 中采用。 [0156] 当已知关键波长时，如果关键波长漂移，要在组合调制器单元中设置的相对相位可以被直接修正。当在组合调制器单元中设定相对相位时，这会引起<2π/256的残留误差。 [0157] 上述用于在线修正的方法可以相互组合以提高测量精确性，并从而补偿波长漂移的效果。于此无关，激光还可稳定至Δλ<0.1nm。 [0158] 图8显示了被补偿的偏振光束分离器的实施例。在此，相比图7中显示的设置，利用头两个光束分离器Vg1和Vg2，TM偏振光被衍射，TE偏振光没有被衍射。进一步，相比图6中的设置，利用另外两个光束分离器Vg3和Vg4，TE偏振光被衍射，TM偏振光没有被衍射。 各个光束分离器Vg1至Vg4之间的距离在此可小于图6和7中显示的实施例，因为对于TE偏振光和TM偏振光，只需实现光束偏移的一半。 [0159] 图8进一步显示了光波长的漂移补偿是如何实现的。补偿 基于该效应在组合的调制器单元上均等分布的事实。因为要求的延迟层(一个是构造的、一个是非构造的平面)仅约1.5μm厚，SLM和偏振器WGP之间的相应距离是DD<2a(适用于a～50μm)，即使设置在四个平面中的体光栅Vg1、Vg2、Vg3和Vg4的厚度是不可忽略的(每个约10μm厚)。如果a＝70μm，则最终厚度DD [0160] 参考图6，在调制器单元2与体光栅Vg1之间绘制有λ/2板。当落到调制器单元1、2上的光仅具有一个可预设置的偏振时，例如线性TE偏振，提供λ/2板是必要的。在此情形下，通过调制器单元2的光的偏振被λ/2板转向90度，由此通过调制器单元1的光获得与通过调制器元件2的光的偏振垂直的偏振。如果落到调制器单元1、2上的光已具有垂直偏振，则不必在调制器单元2与体光栅Vg1之间配备λ/2板。换言之，重要的是通过调制单元1的光与通过调制器单元2的光具有不同的-例如垂直的-偏振，由此通过一个调制器单元的光被体光栅Vg1偏转，通过另一调制器单元的光不被体光栅Vg1偏转。以上所述也以类似的方式适用于图7、8、13、14和17。 [0161] 角度几何结构不必满足<0.05°的精确性。0.1°的误差是不严格的。如果D [0162] 然而，必须或者至少推荐接受包含具有类似这样几何结构的两个体光栅的三明治部分。要叠加的波前的横向偏移是不成问题的，因为切趾过滤器APF的填充因子小于相位调节SLM的填充因子，即FFAPO [0163] 具有透镜或棱镜的折射光束组合 [0164] 现在，将说明基于透镜和/或棱镜，或者透镜和/或棱镜阵列的折射光束组合的另一种可能性。 [0165] 图18阐明了实施例，显示了包含双凸透镜L和棱镜阵列P的光学系统100的俯视图。双凸透镜L的透镜102和棱镜阵列P的棱镜104都被分配至SLM(图18中未示出)的两个像素。附图显示了来自两个彼此被指定的像素的光束106、108、双凸透镜L的透镜102和棱镜阵列P的棱镜104。像素间距标示为p，透镜102上游的光束106、108的直径标示为a，以及透镜L与棱镜阵列P之间的距离标示为d。 [0166] 透镜102聚焦每个光束106、108，并使两个光束106、108汇聚。距离d稍微小于透镜102的焦距，由此焦距的光束110、112在棱镜阵列P的平面中分开小的距离D。两个光束110、112射向棱镜104的不同侧面。选择棱镜角使得光束114在棱镜下游实质上以相同方向行进。附图显示二倍发散角2Θ以及二倍光束腰2w。 [0167] 在这种设置中，两个光束106、108不完全汇聚，保留相距窄的距离D。然而，该距离比与相距间距相等初始距离小得多。因此，朝向衍射级边缘的光的光路长度差别小得多，这极大提高了重建质量。 [0168] 现在，将提供基于双凸透镜L与棱镜阵列P之间的距离d等于焦距f，即d＝f的简化的假设的数字实例。进一步，假定光束为高斯(Gaussian)光束。像素间距p＝50μm。光束距离将从p＝50μm最小化至D＝p/10＝5μm。选择光束腰以使得D＝2·w。 [0169] 下述关系应用： [0170] Θ*w＝λ/π(高斯光束的光束参数乘积＝高斯光束的发散与光束腰的比值)[0171] a＝2Θ*f [0172] D＝2w [0173] 如果利用这种设置，光束距离p从50μm减少至5μm，那么焦距f＝0.31mm会导致500nm的波长。透镜的半径在镜片间距为0.1mm时则会是约0.15mm。 [0174] 双凸透镜L和棱镜阵列P是可以大尺寸制造和排列的光学部件。它们用于实质上减小两个光束106、108的距离，从而提高重建质量。 [0175] 图19阐明了另一个实施例，显示了光学系统100的细节的俯视图，所述光学系统100包含两个棱镜阵列P1和P2以及具有厚度d的间隔层玻璃板G。附图显示了来自相互指定的SLM像素(未示出)的两个光束106、108，所述光束通过构造的延迟板(未示出)后包含垂直的偏振方向。 [0176] 第一棱镜阵列P1由各向同性材料制造。相反，第二棱镜阵列P2由双折射材料制造。偏振的一个方向作为无偏转的正常光束108、112透射，然而偏振的垂直方向作为非常光束106、110被偏转。这类似Ocuity公司使用的用于可切换2D/3D显示器的双折射双凸透镜。选择正常折射率使其与周围材料的折射率相等。相反，非常折射率选择为不同的，由此非常光束被偏转。 [0177] 下方光束108通过棱镜阵列P1而不被偏转，因为它射向平界面。进入间隔层玻璃板G后，它标示为112；它也不被棱镜阵列P2偏转，因为它具有正常光束的偏振方向。上方光束106被两个棱镜阵列P1和P2偏转，因为它是非常光束。两个光束106、108从而组合起来，并以叠加光束114的形式以同一方向离开光学系统。 [0178] 现在，提供具有像素间距p＝50μm的数字实例。假设玻璃板的厚度是d＝500μm。在这种设置中，上方光束106必须在每个棱镜阵列P1中以δ＝5.7°偏转。对于小角度，下述关系适用： [0179] δ＝(n1/n2–1)*α [0180] 其中，α是棱镜角度，n1和n2是棱镜P1和周围材料、即玻璃G的折射率。通常的值为n1＝1.65和n2＝1.5，即具有Δn＝0.15的折射率差。该结果是需要棱镜角度α＝57°。 [0181] Ocuity公司已经生产出用于不同于在此说明的用途的数英寸大小的双折射双凸透镜。商业可得的棱镜阵列、间隔层玻璃板和双折射棱镜阵列的三明治结构从而可以大尺寸制造，以实现光束组合。 [0182] 光波复用装置从而可包含透镜装置和棱镜装置(参见图18)。通过第一调制器单元的光106可以在透镜装置处于光传播方向上的下游的平面内的第一区域中被透镜装置聚焦。通过第二调制器单元的光108可以在该平面内的第二区域中被透镜装置聚焦。棱镜装置设置在所述平面上。设计所述棱镜装置使得第一区域的光被所述棱镜装置偏转为第一可预设置的方向，以及第二区域的光被偏转为第二可预设置的方向。第一和第二可预设置的方向实质相同。第一区域离开第二区域一定距离设置。透镜装置包含双凸透镜L，棱镜装置包含棱镜阵列P。 [0183] 根据图19的光波复用装置包含第一棱镜装置和第二棱镜装置。已通过第一调制器单元的光106可被第一棱镜装置偏转为第一方向。已通过第二调制器单元的光108不被偏转。在光传播方向上，在第一棱镜装置之后以确定的距离d设置第二棱镜装置。设计第二棱镜装置使得由第一棱镜装置偏转的光110能被第二棱镜装置偏转为可预设置的方向。没有被偏转的光112不被第二棱镜装置偏转。 [0184] 第二棱镜装置包含具有双折射棱镜元件的棱镜阵列P2。通过第一调制器单元的光106被偏振，由此它可被第二棱镜装置的双折射棱镜元件偏转。通过第二调制器单元的光108被偏振，由此它不被第二棱镜装置偏转。 [0185] 第一棱镜装置包含具有棱镜元件的棱镜阵列P1。设置棱镜元件，使得仅通过第一调制器单元的光106被分配至棱镜元件，通过第二调制器单元的光108不分配至棱镜元件。 [0186] 图20显示了本发明另一实施例。在此，光波复用装置包含至少两个双折射介质SV1、SV2。从光传播方向看，一个双折射介质SV1设置在调制器单元1、2的上游，另一个双折射介质SV2设置在调制器单元1、2的下游。双折射介质SV1、SV2的每一个都具有可预设置的光学性质。选择设置在调制器单元1、2上游的双折射介质SV1的光学性质，使得光的第一部分以第一确定的角度偏转至第一调制器单元1。在图20的上部，该光部分的光束直径由点划线标示。另外两个光束在下方绘制，所有光束在元件的整个表面上都应像这样解释。另一光部分没有被偏转。这些光部分的光束由实线标示。选择设置在调制器单元1、2下游的双折射介质SV2的光学性质，使得该另一光部分以第二确定的角度被偏转，并且第一部分不偏转。两个双折射介质SV1、SV2的光学性质应具体理解为各自双折射介质SV1、SV2的光轴或长轴(major axis)的朝向。两个双折射介质SV1、SV2的光轴以双箭头标示，并实质上具有相同的朝向。存在其他可能的构造，其中两个双折射介质SV1、SV2的光轴不在图20的绘制平面内。尽管通常可能的是转向第一双折射介质SV1的光没有偏振，但优选规定落在第一双折射介质SV1上的光具有确定的线性偏振。 [0187] 图20中的两个双折射介质SV1、SV2，以及图13、14、17和21中的双折射介质SP、SP1、SP2和SP3具有实质上共面的界面。 [0188] 参考图20，λ/2板形式的延迟板设置在两个双折射介质SV1、SV2之间。该延迟板将通过调制器单元1、2的光的偏振方向转向90度。 [0189] 从光传播方向看，多孔遮罩BA设置在第一双折射介质SV1的上游，设计所述多孔遮罩使得朝向每个调制器单元1传播的光的非偏转部分被挡住。换言之，多孔遮罩BA包含具有与调制器单元1、2实质上相同横截面面积的各个孔。现在，定位多孔遮罩，使得每个其他的调制器单元、即所有的调制器单元1被覆盖，由此没有光落到它们的上面。这将防止非偏转光通过调制器单元1。为了保持附图易于理解，在图20中分离地显示了单独的部件。然而，所述部件可以三明治形式结合，即相互之间直接接触。 [0190] 在图20所示的设置中，调制器单元1、2和设置在双折射介质SV2下游的另一光学元件(例如偏转棱镜单元或者切趾过滤器，未在图20中示出)之间的距离可优选相比例如图17所示的设置减小。图20中所示的设置特别优选用于宽谱带光的组合，但也可用于窄谱带光。图20中显示的设置用于实现对称的光束分离以及光束组合，这可用于最小化一方面光路长度的和/或另一方面叠加的、即结合的波前的偏差。从而可以实现两个叠加的调制器单元1、2的衍射类型在光调制器装置的出射点包含相同的强度以及相位分布(除了偏振状态的正交状态)。如果这样的光调制器装置用在全息显示器中，这就是高质量全息图重建的主要方面。相类似地，最小化所述设置的通过两个相邻调制器单元1、2的光的串扰是高质量全息图重建的另一重要方面。 [0191] 图22显示了用于实现与图20中显示的实施例类似功能的另一个实施例。图20中显示的实施例使用折射部件，即两个双折射介质SV1和SV2。相比以下，图22中显示的实施例适用衍射部件，即附图中所示的偏转层Vg1、Vg2、Vg3和Vg4，其以体光栅的形式实现。在光传播方向上看，偏转层Vg1、Vg2设置在调制器单元1、2的上游。在光传播方向上看，偏转层Vg3、Vg4设置在调制器单元1、2的下游。落在第一偏转层Vg1上的光，即由孔B通过的光不被偏振，但显示出各个偏振部分的均匀分布，或者它具有确定的偏振状态，例如线偏振。 [0192] 设计第一偏转层Vg1使得光被分离为两部分光束。一部分光束实质上不被偏转，它被线性偏振，即具有例如TE偏振；它在附图中以点划线标示。另一部分光束以确定的角度偏转，它也被线性偏振，但具有例如TM偏振；它在附图中以断线标示。第二偏转层Vg2设置为与第一偏转层Vg1平行，并且设计为使得没有偏转的光不被偏转，已以确定的角度偏转的光以另一角度被偏转。两个偏转角度的绝对值实质上相同，即60°。没有被偏转的光的偏振方向被构造的延迟板转向90度，所述延迟板以λ/2板的形式实现，并设置在第二偏转层Vg2的下游。相应地，通过调制器单元1、2的光具有实质上相同的偏振状态。 [0193] 调制器单元1、2设计为它们可以更改与它们相互作用的光的相位。在调制器单元1、2和第三偏转层Vg3之间设置λ/2板形式的另一构造的延迟板，所述板将通过调制器单元2的光的偏振方向转向90度。光落在第三偏转层Vg3上，所述偏转层设计为使得通过调制器单元2的光实质上不被偏转，通过调制器单元1的光以确定的角度被偏转。第四偏转层Vg4与第三偏转层Vg3平行设置，它设计为使得没有被第三偏转层Vg3偏转的光不被偏转，已被第三偏转层Vg3以确定的角度偏转的光以另一角度被偏转。两个另外的偏转角度的绝对值实质上相同。在此方面，通过两个调制器单元1、2的光束从而组合起来，并实质上以同一方向传播。如果两个调制器单元1、2实现了实质上相同的相位值(phase value)，两个部分光束的光路长度实质上相同。 [0194] 具有不需要确定的进入偏振的调制器单元1、2或SLMs。该情形下，省略调制器单元平面上游的构造的延迟板以及用非构造的延迟板、即非构造的半波长板替换紧接着设置在调制器单元平面下游的第二构造的延迟板是可能的。 [0195] 对于RGB呈现，即，当使用不同波长的光时，在偏转层Vg1-Vg4的每一个中以交错方式暴露三个不同的体光栅是可能的，每个体光栅与单独的波长相适应。以列、行或矩阵的形式作为图22中显示的设置补充当然也是可能的，即当图22中显示的部件在上方、下方和/或附图平面外部继续时，这非常类似于附图20。 [0196] 在附图中，从光传播方向看，光波复用装置通常设置在紧接调制阵列的调制器单元的下游。然而，将附图中显示的光波复用装置设置在不同的位置也是可能的。例如，另一个光学部件可以设置在调制阵列和光波复用装置之间。从光传播方向看，如附图中所示的光波复用装置从而可设置在该另外的光学部件的下游。这种另外的光学部件例如可以是文献DE102009028984.4或PCT/EP2010/058619中公开的照射单元。注入该照射单元的光可以例如与其表面(与调制阵列平行设置)成直角地离开，并传播至反射型调制阵列。一旦来自照射单元的光已经被调制阵列的调制器单元调节并例如由调制阵列的反射层反射，被调节的光即实质上不被偏转地通过照射单元并之后落在光波复用装置上。在此情形下，光波复用装置设置在照射单元背对调制阵列的一侧。为了使被调制阵列调节和反射的光能够没有障碍地通过照射单元，在照射单元和调制阵列之间配备薄膜，只要光通过所述薄膜，其就将偏振方向转向例如45°。 [0198] 引用文献 [0199] [1](Chulwoo Oh)和迈克尔·J·艾斯古奇(Michael J.Escuti)：用作宽谱带高效薄膜偏振光束分离器的色偏振光栅(A chromatic polarization gratings as highly efficient thin-film polarizing beam splitters for broadband light)，国际光学工程学会会议记录(Proc.SPIE)，第6682期，第628211号，2007年。 [0200] [2]金志焕(Jihwan Kim)等：使用薄层液晶偏振光栅的宽角度非机械光束换向装置(Wide-angle nonmechanical beam steering using thin liquid crystal polarization gratings)，国际光学工程学会会议记录(Proc.SPIE)，第7093期，第709302号，2008年。 |
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