用于全息重建的显示设备专利检索-向列型液晶液晶显示技术专利检索查询-专利查询网

用于全息重建的显示设备

阅读：46发布：2020-05-08

专利汇可以提供用于全息重建的显示设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于全息重建的显示设备。该显示设备包含具有组合的相位调制像素 (p)和振幅调制像素(a)的空间光调制器设备(SLM)、能够照明空间光调制器设备(SLM)的照明单元和反射平面(RP)，这些部件被设置用于生成由照明单元发出的充分相干光。光进入空间光调制器设备(SLM)并且经过空间光调制器设备(SLM)的相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)。光被二者之间的反射平面(RP)反射。，下面是用于全息重建的显示设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于全息重建的显示设备，包含
-空间光调制器设备(SLM)，所述空间光调制器设备(SLM)具有组合的相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)，
-照明单元，所述照明单元能够照明所述空间光调制器设备(SLM)，
-反射平面(RP)，
所述空间光调制器设备(SLM)、照明单元以及反射平面(RP)被设置用于生成充分相干光，所述充分相干光由所述照明单元发出，所述充分相干光进入所述空间光调制器设备(SLM)，所述充分相干光经过所述空间光调制器设备(SLM)的所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)，其中所述充分相干光被设置在从光传播的方向上看在所述相位调制像素和所述振幅调制像素之间的所述反射平面(RP)以倾斜角度反射，并且其中所述反射平面与所述空间光调制器设备平面平行布置。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)的所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)被横向组合在同一像素平面内。
3.根据权利要求1或2所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)的倾斜照明被提供。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述照明单元被设计为前光式照明单元或背光式照明单元。
5.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备包含至少一个透明基板(TRS)、可寻址透射层，所述可寻址透射层包含所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)。
6.根据权利要求5所述的显示设备，其中，经过所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)的所述充分相干光被设置在所述反射平面(RP)中的所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)之间的反射镜系统反射。
7.根据权利要求6所述的显示设备，其中所述反射镜系统包含反射镜段(M)。
8.根据权利要求5或6所述的显示设备，其中所述透明基板(TRS)在一侧上具有可寻址透射层并且在另一相对侧上具有一平面，所述平面是所述反射平面(RP)，其中所述反射镜系统被设置在所述反射平面(RP)中。
9.根据权利要求7所述的显示设备，其中所述反射镜系统的所述反射镜段(M)被设置成以这样的方式与所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)相对，即，使得每个反射镜段(M)覆盖所述相位调制像素(p)的一部分和所述振幅调制像素(a)的一部分。
10.根据权利要求1所述的显示设备，进一步包含偏振选择性元件，其中从光的传播看，所述偏振选择性元件被提供在所述空间光调制器设备(SLM)的光出射平面处。
11.根据权利要求10所述的显示设备，其中所述偏振选择性元件被形成为偏振分析器或线栅偏振片。
12.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述相位调制像素(p)包含反射装置(MS)，其中从光的传播看，所述反射装置(MS)被提供在所述相位调制像素(p)的后端处。
13.根据权利要求12所述的显示设备，其中所述反射装置为反射镜元件。
14.根据权利要求1所述的显示设备，其中偏振滤光器(pPF)被提供在所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)的平面中，其中所述偏振滤光器(pPF)包含偏振滤光器段(pPF1、pPF2)。
15.根据权利要求14所述的显示设备，其中所述偏振滤光器段(pPF1、pPF2)被分配给所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)，其中相邻偏振滤光器段(pPF1、pPF2)的偏振取向是正交的。
16.根据权利要求14所述的显示设备，其中所述偏振滤光器段(pPF2)是吸收型偏振滤光器段，所述吸收型偏振滤光器段被提供在所述振幅调制像素的光出射孔处，或所述偏振滤光器段(pPF1)是反射型偏振滤光器段，从光的传播看，所述反射型偏振滤光器段被提供在所述相位调制像素(p)的反射后端处。
17.根据权利要求5所述的显示设备，其中变迹滤光器(Apo)和/或阻滞元件(QWP)被提供。
18.根据权利要求17所述的显示设备，其中变迹滤光器(Apo)为图案化的变迹轮廓层，阻滞元件(QWP)为消色差或复消色差阻滞层。
19.根据权利要求17所述的显示设备，其中所述变迹滤光器(Apo)是被应用到所述反射平面(RP)中的所述反射镜系统上的微透镜状结构或所述变迹滤光器(Apo)是吸收型合金成分层。
20.根据权利要求1所述的显示设备，其中至少一个透镜阵列被提供，其中从光的传播看，所述透镜阵列被提供在所述空间光调制器设备(SLM)前方，其中由所述照明单元发出的所述充分相干光被归拢并且进入所述空间光调制器设备(SLM)的入射孔。
21.根据权利要求1所述的显示设备，其中透镜结构被提供在所述空间光调制器设备(SLM)的入射孔中以使所述充分相干光聚焦。
22.根据权利要求5所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)包含光束移位元件(SP)，其中所述透明基板(TRS)被设计为用于移动经过所述相位调制像素(p)或所述振幅调制像素(a)的入射光的所述光束移位元件(SP)。
23.根据权利要求22所述的显示设备，其中所述光束移位元件(SP)为双折射元件。
24.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)被沿着不同的独立可控的方向(D1、D2)照明。
25.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)包含背板(BP)，所述背板(BP)包含具有埋入电极和附加晶体管连同用于控制所述相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)的晶体管的集群，其中从光的传播看，所述电极和所述附加晶体管被设置在所述空间光调制器设备(SLM)的所述相位调制像素(p)的所述反射装置(MS)后方。
26.根据权利要求1所述的显示设备，其中从光的传播看，发光装置被提供在所述空间光调制器设备(SLM)的所述相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)后方，以产生所述显示设备的二维功能。
27.根据权利要求26所述的显示设备，其中所述发光装置为有机发光二极管阵列。
28.根据权利要求26或27所述的显示设备，其中所述发光装置被提供在所述相位调制像素(p)的非透明区域的顶部上。
29.根据权利要求26所述的显示设备，其中所述发光装置是由具有光发射区域的集群组成，其中一集群覆盖所述空间光调制器设备(SLM)的特定数量的相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)。
30.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述空间光调制器设备(SLM)是基于液晶(LC)的空间光调制器设备、基于微机电系统(MEMS)的空间光调制器设备或基于多量子阱(MQW)的空间光调制器设备。
31.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述照明单元包含用于解耦从所述照明单元发出朝向所述空间光调制器设备(SLM)的所述充分相干光的至少一个体光栅(VG、VG1、VG2)。
32.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述照明单元包含至少一个控制的相位随机元件以生成入射到后面的准直元件上的光的均匀强度分布。
33.根据权利要求1所述的显示设备，进一步包含物镜(FL)，其中所述物镜(FL)是包含至少一个体光栅的组合物镜(cFL)。
34.根据权利要求1所述的显示设备，进一步包含垂直追踪单元(VT)和/或水平追踪单元(HT)，其中所述垂直追踪单元(VT)和/或所述水平追踪单元(HT)包含至少一个液晶光栅。
35.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述显示设备用于生成场景的或内容的二维和/或三维表示中的至少一个。
36.一种通过使用根据权利要求1到35中的任一项所述的显示设备来生成全息重建的方法，其中
-通过具有充分相干光的照明单元来照明空间光调制器设备(SLM)的相位调制像素(p)和振幅调制像素(a)，
-使所述充分相干光经过所述空间光调制器设备(SLM)的所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)，以及
-通过所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)之间的反射平面(RP)来反射所述充分相干光，其中所述反射平面(RP)在所述充分相干光的传播方向上被提供在所述相位调制像素(p)和所述振幅调制像素(a)之间。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述充分相干光经过所述相位调制像素(p)两次。

说明书全文

用于全息重建的显示设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于全息重建的显示设备。具体地，本发明涉及一种使用特别是空间光调制器设备的相邻调制像素的平面组合的显示设备。这样的显示设备对于诸如智能电话和平板电脑之类的移动应用来说通常是需要的。然而，其他应用也是可能的。

[0002] 此外，本发明还涉及一种生成全息重建的方法和一种应用在这样的显示设备中用于生成场景的或内容的二维和/或三维表示中的至少一种的空间光调制器设备。

[0003] 本显示设备适用于显示二维(2D)和/或三维(3D)图像。应当理解的是，二维图像或三维图像还包括二维或三维内容或电影。本发明的应用领域优选包括用于全息图像的三维显示的直视型显示设备。

背景技术

[0004] 在市场上可买到的用于呈现二维图像或电影/视频的平板电视(TV)显示器中，以高分辨率实现整个表面的明亮且均匀的照明是必须的。需要用作显示器面板的空间光调制器设备发出大角度范围的光。要呈现的信息被写入到显示设备的空间光调制器设备中。通过被写入到空间光调制器设备中的信息来调制由包含光源单元的照明单元发出的光，其中空间光调制器设备常常同时用作屏幕或者显示面板。因此，有必要严格确保进入空间光调制器设备的光束的平行入射并且实现空间光调制器设备的高刷新率。为了实现写入到空间光调制器设备中的信息的三维呈现的高质量，除了空间光调制器设备的整个表面的均匀照明之外，被耦合到照明单元外的波前的限定的准直是必需的。这对于以要生成的重建的形式的全息呈现有重要意义。全息信息——其可以例如是由三维场景的对象点构成的对象——以空间光调制器设备的像素的振幅和相位值的形式进行编码。编码的对象点通过由空间光调制器设备发出的波场来生成。

[0005] 用于调制波前的相位和振幅的复值不能被令人满意地直接显示在常规空间光调制器设备的单个像素中。然而，每个像素仅一个值的调制——即，仅相位或仅振幅调制——仅导致优选活动的三维场景的不足的全息重建。复值的直接并且因而最佳的——从广义参数的意义上说——表示仅通过优选在空间光调制器设备中同一平面和同一时间的复值调制来实现。

[0006] 根据空间光调制器设备的实际类型，实现要显示的复值的两部分的同时调制的各种方法是已知的。

[0007] 例如，两个独立可控的空间光调制器可以被组合和设置成彼此非常接近，以便同时调制相干光的振幅和相位。一个空间光调制器调制入射光的振幅，另一个调制入射光的相位。采用这样的布置，调制特性的另外的组合也是可能的。

[0008] 光必须首先经过第一空间光调制器的一个像素，然后通过第二空间光调制器的相应的像素。这可以被实现，例如原因在于第一空间光调制器通过大面积光学元件——例如透镜——被成像到第二空间光调制器上，或者第一空间光调制器通过小尺寸透镜的阵列被成像到第二空间光调制器上，或这两个空间光调制器被夹在一起。

[0009] 用于实现复值调制的两个空间光调制器的这些组合具有以下缺点：两个空间光调制器之间的距离远大于它们的像素间距(pixel pitch)，即，两个像素之间的距离。

[0010] 用于全息应用的空间光调制器的典型像素间距是例如10μm至50μm之间。相比之下，在夹层布置中，两个空间光调制器面板之间的距离是几个100μm，在一个空间光调制器面板被成像到另一个上的布置中，它们之间的距离甚至更大

[0011] 许多类型的空间光调制器，例如液晶(LC)空间光调制器，通常具有被嵌入到透明玻璃基板之间的可寻址的液晶层。可选择地，在反射型显示设备中，可寻址层被设置在透明玻璃基板和反射玻璃基板之间。玻璃基板通常具有例如500μm到700μm之间的厚度。

[0012] 用于复值调制的夹层(sandwich)结构可以被创建，原因在于：单相位调制空间光调制器和单振幅调制空间光调制器被设置成它们的玻璃基板一个接着另一个。当来自相位调制空间光调制器的像素的可寻址层的一束光在通过玻璃基板后落到振幅调制空间光调制器的像素的可寻址层上时，它将已经由于衍射效应在该像素的孔处被加宽使得相邻像素的光束的串扰(cross-talking)发生。

[0013] 当使用成像元件时，存在以下挑战：第一空间光调制器的恰好一个像素必须跨过空间光调制器的整个表面被成像到第二空间光调制器的一个像素上。这要求呈现非常小的失真的光学系统。这样的要求在实践中很难得到满足。这就是为什么当使用成像技术时相邻像素之间的串扰也发生。

[0014] 如果两个空间光调制器面板、光学成像系统或者光源没有相对于彼此完全对齐，则串扰可能会更糟糕。

[0015] 此外，如果空间光调制器面板被组合并且被设置成彼此非常接近，则当入射波场的衍射将发生在衍射孔的第一平面——其是例如形成夹层型复合空间光调制器的第一平面的相位空间光调制器——时，这样的布置容易受到误差的影响。来自放置在第一空间光调制器面板中的像素的衍射光可以传播到第二空间光调制器面板的相邻的非对应像素。换句话说，例如，在第一面板的相位调制像素后面传播的光的80％可以照明第二面板的相关振幅调制像素。其他10％不能击中振幅面板的透明部分，这意味着这10％可以被孔的吸收部分阻挡。并且剩余10％可以照明相邻振幅像素，这意味着在夹层内生成串扰。该串扰使例如全息显示设备的重建质量变差，因为当由空间光调制器来表示复值时这对应于振幅和相位值的错误组合。

[0016] 因此，相位和振幅调制平面之间的距离必须优选小于最小像素间距的十倍，最小像素间距沿着相干方向出现。例如，在使用一维编码的子全息图的情况下，这可以是全息电视的情况，照明空间光调制器的光仅沿着一个方向是相干的，该方向可以是例如垂直方向。

[0017] 在用于全息重建的显示设备中，由照明单元发出的充分相干光的复合调制必须被实现以彼此独立地控制空间光调制器设备——下文中被称为SLM——的像素的振幅和相位。因此，使用各自的空间光调制器设备是必要的。

[0018] 通过SLM获得复合调制的可能性是横向组合相邻的相位调制像素和振幅调制像素。

[0019] 相邻的振幅调制像素和相位调制像素的这样的横向布置在WO 2009/080576 A1中公开。该文件描述了一种可控的光调制器，该光调制器包含被设置为彼此相邻的至少两个像素的若干宏像素(macro-pixel)，其中提供了后向反射元件(retro-reflective)。后向反射元件具有两个反射表面，这两个反射表面在垂直方向上是平行的。反射表面被设置成无间隙，在给定的90°度的角度下，使得它们与基板层形成棱镜，其中后向反射元件被设置在基板层中，并且使得它们反射波场的入射部分。

[0020] 一般情况下，SLM中的像素组合布置可以利用倾斜表面，该倾斜表面可以被实现为例如一维(1D)或二维(2D)棱镜结构，这可以通过使用例如模制或压印技术来实现。

[0021] 可以实现的棱镜角度的精度显著小于1/10°度(deg)。并且如果在显示尺寸区域实现并且具有<100μm的棱镜间距，则甚至0.5°度的角度公差需要重大的技术努力。

[0022] 聚焦到相位调制像素和振幅调制像素的组合上是不够的，相位调制像素和振幅调制像素沿着照明光的光学路径被顺序地放置，无论是否使用标准型显示器夹层或组合相邻的相位调制像素和振幅调制像素以便形成功能上连续的相位和振幅-SLM夹层。这仅是一个边界条件。为了理解要求，必须理解整个功能，整个功能是在视锥体(frustum)的空间内生成真实或虚构的对象点，该视锥体由放置用户的眼睛的观察窗(VW)和SLM构成并且甚至可能延续到SLM后方，并且具有金字塔状结构。对象点的生成需要准直的照明。显示高清晰度内容意味着将照明的平面波的角谱(ASPW)限制为1/60°度。

[0023] 此外，平面波的角谱和角度分布之间存在差异，这是通过例如在WO2009/080576A1中使用的微棱镜阵列增加的。平面波的角谱必须是≤1/60°度，但是由棱镜增加的角度变化不必和平面波的角谱的该值一样小并且可以是例如>0.5°度。如果它和1/60°度一样小，则不需要SLM的局部像素的单独校准。但是如果由棱镜引入的角度变化明显超过1/60°度，那么局部校准是需要的，以便提供在人眼的入射平面内的准确相位值，这是指复值波场的设计值。换句话说，所有像素或者至少非常大数目的采样点的校准必须被执行。测量的平面可以是显示平面或接近显示设备。局部测量的波场——这是指局部测量的相位和振幅分布——可以通过使用例如菲涅尔变换(Fresnel transformation)传播到观察窗。换句话说，这可以通过使用相位和振幅分布的计算来进行。然而，由SLM的单个像素或复值像素发出的复值波场也可以在观察窗内进行测量，本身无需使用计算出的传播。观察窗是用户平面中的可见区域。如果用户平面中的观察窗的位置与用户的眼睛一致并且然后用户通过观察窗观察，则他可以观察到重建场景。

发明内容

[0024] 因此，本发明的目的是提供一种避免现有技术显示设备的缺点的显示设备。此外，该显示设备应当被设计成足够平面，其中充分相干光的复合调制必须被实现以在空间光调制器设备中彼此独立地控制相位和振幅。

[0025] 本发明的另一目的是设计具有简单且合算的结构的显示设备。

[0026] 此外，本发明的目的是开发一种方法，通过该方法可以以简单的方式实现光的复值调制。

[0027] 根据本发明的显示设备被提供用于场景的全息重建，优选用于显示二维和/或三维图像。该显示设备包含具有组合的相位调制像素和振幅调制像素的空间光调制器设备。进一步提供了能够照明空间光调制器设备的照明单元。该显示设备进一步包含反射平面。
所有这些部件被设置用于生成充分相干光，该充分相干光对于全息重建是需要的并且由照明单元发出。这种光进入空间光调制器设备并且然后经过相位调制像素和振幅调制像素，在相位调制像素和振幅调制像素中光被二者之间的反射平面反射。

[0028] 以这种方式，提供了显示面板的组合的相位调制和振幅调制像素以便实现复值显示设备。换句话说，它被提供用于组合彼此接近的相位调制(移动)像素和振幅调制像素。空间光调制器设备包含用于形成像素的可寻址透射层。该可寻址透射层可以是液晶层。然而，空间光调制器的其他离散实现也是可能的，例如，基于电润湿(electrowetting)的空间光调制器或者基于磁光子晶体(magneto-photonic crystal)的空间光调制器。通常，相位调制像素的2π相位调制需要的这样的可寻址透射层的液晶厚度是振幅调制像素的开(ON)到关(OFF)调制需要的液晶厚度的两倍大。然而，在本发明中，振幅调制像素的液晶厚度可以等同于相位调制(移动)像素的液晶厚度。优选地，这可以通过实施用于相位调制像素的双路径布置来实现。经过第一像素、相位调制像素或者振幅调制像素的光的重定向通过使用反射平面来引入，该反射平面被放置在空间光调制器设备的一侧处。

[0029] 因此，开发一种用于场景的全息重建的显示设备，该显示设备的结构是平面的并且实现了光的复合调制。

[0030] 具有这些基本部件的显示设备可以被补充另外的光学部件，或现有的部件可以以不同的方式被设置，使得例如透射型或反射型空间光调制器设备被创建。空间光调制器设备在下文中被称为SLM。

[0031] 在本发明的第一个优选实施例中，该显示设备可以被设计成使得空间光调制器设备的相位调制像素和振幅调制像素被横向组合在同一平面内。放置横向组合并且设置在空间光调制器设备的同一平面中的相位调制像素和振幅调制像素具有以下优点：能够使用恒定厚度的可寻址透射层并且根据所使用的布局经过相位调制像素或振幅调制像素两次。

[0032] 有利的是，可以提供空间光调制器设备的倾斜照明。换句话说，优选的是，使用SLM平面的倾斜照明。可以使用例如5°度至25°度的SLM的照明。该角度范围对于多个液晶模式而言可以是实用的。某些液晶模式可以例如以45°度进行照明。倾斜照明可以通过若干类型的照明单元来提供。然而，基于体光栅的照明单元可以是优选的。这是由于基于布拉格衍射的体光栅的角度和光谱选择性。

[0033] 照明单元可以被设计为前光式照明单元或背光式照明单元。

[0034] 在全息显示设备内使用的照明应该提供所需的纵向和互相干性(mutual coherence)。使用用于显示用户看到的对象点的子全息图的方法需要降低互相干性。使用所需的最小相干性意味着使用小区域的空间相干性，这在另一方面意味着在照明单元中提供的大尺寸的光源，这等同于光源的平面波的更宽的角谱。

[0035] 使用散斑叠加(speckle superposition)以便减少仍在1/60°度范围内的可识别的散斑图案是另一种选择。高速相变将导致散斑图案的变化，这意味着用户的眼睛将看到数百个散斑图案的平均值，这给出了平滑。

[0036] 在使用照明单元中的衍射元件的情况下，必须考虑到平面波的角谱的变化。照明光栅的光的平面波的角谱——由于光栅衍射方程——根据衍射角度而改变并且可以被视为仅对于小角度不变。例如，如果一个实现意味着84.26°度衍射角度的-84.26°度到0°度的重建的几何结构，在具有例如n＝1.5的折射率的介质内实现此的情况下，则一个获得光束扩展因子(beam stretching factor)为10，这使得适度薄的准直的背光式照明单元成为可能。可选择地，一个可以以84.26°度照明在光入射侧包含调整的抗反射层的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)板。在PMMA板内，光沿着41.55°度传播。在光出射侧，可以提供体光栅，该体光栅具有-41.55°度至0°度的重建的几何结构。背光式照明单元的出射平面可以被胶合到空间光调制器设备(SLM)的入射平面上。在空气中以84.26°度工作的布置还提供了光束扩展因子10。如果以87.13°度而不是84.26°度工作，则可以获得光束扩展因子20。光束扩展因子与平面波的角谱的压缩因子(squeezing factor)成反比。因而，因子10的失真的光束扩展导致平面波的角谱乘以因子1/10。另一方面，25°度的小衍射角将平面波的角谱改变仅10％。换句话说，小衍射角不显著改变平面波的角谱。

[0037] 点源是不需要的。只要平面波的角谱在要求的范围内，M>1就可以是可接受的，其中M是放大率。这意味着扩展光源是优选的。并且这就是为什么动态散射或者光束整形元件(beam shaping element)通常可以被安装到例如压电陶瓷(PZT)或音圈元件上的原因。使用例如安装在旋转电动马达上的旋转散射板总是在照明单元的构思中被实施。空间光调制器的平面波的角谱必须在≤1/60°度下进行照明。

[0038] 可以在基于10x光束扩展的基于楔型的背光式照明单元内使用的平面波的角谱是SLM的照明所需的平面波的角谱的十倍。1/6°度的该值是现实的，因为以下事实：如果在楔型背光式照明单元内使用10x放大率，则平面波的角谱将被减小1/10。例如，沿着衍射平面是1/6°度并且存在于基于10倍失真光束扩展的楔型背光式照明单元前方的平面波的角谱在该背光式照明单元后面将减小到1/60°度。

[0039] 由于可以被用来描述基于衍射楔型的背光式照明单元的方面的平面波的角谱的光栅方程，所以获得平面波的角谱的略非对称缩小。例如楔型背光式照明单元的光栅平面上的光的-(84.2608+-0.7)°度的入射角导致围绕0°方向衍射以便照明SLM的(0+0.0743-0.0657)°度的光的出射角，这意味着由于10x光束扩展导致的平面波的角谱的压缩是略微非对称的但约为1/10。对于略大于84.2608°度的角度，光束扩展因子略大于10，并且对于略小于84.2608°度的角度，光束扩展因子略小于10，这导致平面波的角谱的略微非对称压缩或者缩小因子，这为约1/10。

[0040] 此外，也可以提供散射元件和可变相变电子可寻址阵列型元件的使用以便调整照明单元的互相干性，散射元件和可变相变电子可寻址阵列型元件是例如基于MEMS(微机电系统)和反射镜阵列。

[0041] 例如，提供存在于扩展光源的区域内的相位值的快速统计学随机变化的元件必须适应所需的帧速率(frame rate)(每秒帧，fps)。例如，以60Hz fps的4个用户RGB(红、绿、蓝或红、黄、蓝)左眼和右眼给出24×60Hz＝1440Hz，这必须通过追踪单元来提供，追踪单元是例如基于平面内旋转液晶的有源控制光栅。RGB时间顺序SLM必须在1440Hz/4＝360Hz下工作。可以用于光源ON的时间窗略小于1/1440s，这意味着例如仅次于1/1600秒。一般情况下，作为光源的激光二极管可以被调制成那么快。然而，如果不能被调制成那么快的激光器被作为光源被使用，那么可以使用高速快门(fast shutter)。这些元件可以是例如基于液晶(LC)、LC-散射体光栅、声光调制器(AOM)、依赖饱和度的吸收滤光器、基于PZT或甚至基于MEMS技术。例如，可以在标准高音扬声器中找到的PZT元件实现了24kHz的频率，这也可以通过使用音圈致动器来获得。仅小于100μm的移动可以是需要的，以便提供光源相位分布的足够随机性。离散值取决于离散实施例。

[0042] 从光的传播看，多模纤维的端部可以刚好被放置在动态散射平面的前方。提供一种颜色表示法以反映动态散射平面上的三个光学多模纤维的三个端部也是实用的。这给予机会实施红、绿和蓝光源之间的轻微变换，红、绿和蓝光源之间的轻微变换导致从光的传播看存在于准直(消色差)单元后方的略微不同的出射角，并且这可以被用于RGB独立校准。因此，可以优化例如背光式照明单元的整体衍射效率。在准直单元(从光的传播看)前方可以使用已知的例如用于三个互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片便携式摄像机或一组二色滤光器的颜色组合棱镜布置，准直单元可以是例如消色差滤镜，该消色差滤镜与光束整形元件组合通过提供例如所谓的平顶强度分布来增加整体光效率。所谓的X立方体颜色组合棱镜元件不在照明例如准直单元(消色差透镜)的适度恒定强度区域内提供恒定相位值。但所谓的飞利浦棱镜型颜色组合棱镜做到这一点。因此在准直单元(消色差或者甚至复消色差透镜)的出射平面中，会存在非理想的相位分布，这取决于所使用的光学部件。例如编码、校准或采用查找表校准的一些选择可以被用于补偿不想要的相位分布，该不想要的相位分布将降低全息三维对象的图像质量。

[0043] 这里重要的是，代替使用点光源或例如单模纤维，可以使用意味着横向扩展光源的增加的光束直径。1/60°度＝±1/120°度的角度范围可以被用于照明显示设备的SLM。用户的人眼的最大角度分辨率为1/60°度。这意味着，在使用二维编码和被放置在用户前方距离ddu处的全息三维显示设备的情况下，用户将识别不出三维对象点的模糊(smearing)，只要它们没有被放置成比ddu/2(假定的最佳编码和显示性能)更靠近用户。由于以下事实：视锥体是从无穷出发通过显示设备的边缘到达用户的入射光瞳(entrance pupil)的金字塔状结构，占据在到眼睛ddu/2内的三维体积非常小并且不是感兴趣的三维内容。这就是为什么将三维体积从无穷限制到ddu/2是没有问题的。重建更靠近用户的对象点需要降低的ASPW。

[0044] 在可以由非完美的显示部件引入的显著散射效果的情况下，可以降低照明的角度范围。这仅适用于小干扰散射角度。这意味着例如平面波的角谱为1/100°度也可以是实用的。

[0045] 若干前光式照明单元可以被使用以便照明复值反射型SLM。

[0046] 基于楔型的前光式照明单元可以被用于中等尺寸显示器(≥20英寸)和大尺寸显示器(≥60英寸)。基于掠入射(Grazing incidence)的前光式照明单元、基于锯齿型(zigzag)光束的前光式照明单元和基于波导(wave guiding)的前光式照明单元可以被用于更小的显示尺寸。照明单元中使用的体光栅的角度选择性提供了照明和成像光束路径的分离。例如，在10°度下的体光栅的照明导致进入到用户空间的-10°度的光的传播角度。这意味着20°度的角度分离存在。这是足够的以便分离入射在SLM上并且在SLM中调制之后返回到包含体光栅的照明单元的光束路径。

[0047] 结构化的照明也可以被使用以便节省光学功率和/或以便消除显示设备中的图案化的偏振滤光器或者阻滞平面(retardation plane)。这需要附加技术努力和精确对准。结构化的照明这里应指例如条形照明。

[0048] 使用全局照明(global illumination)也可以是可能的，全局照明意味着均匀照明和图案化的阻挡，从光的传播看，全局照明被引入到前光式照明单元后方，并且全局照明例如通过使用简单的振幅掩模来实施。但是这需要非常薄的前光式照明单元和适度大的像素，这意味着例如200μm厚的前光式照明单元和>50μm的像素间距。

[0049] 背光式照明单元可以被优选用于复值透射型SLM。在这样的情况下，固定照明是优选的。该基本照明可以通过使用可切换的照明单元来扩展，可切换的照明单元根据需要提供例如两个或者甚至更多个离散的照明波场。然而，多方向扫描式照明单元或连续角度扫描式照明单元增加了复杂性和技术风险。多方向或连续角度扫描式照明单元导致公差降低，在SLM布置内，公差降低可以被接受，然而这增加了另外的成本。

[0050] 这意味着，例如通过使用例如具有有源控制电极的偏振型液晶光栅改变的基于楔型、基于锯齿形、基于波导、基于受抑全内反射(frustrated total internal reflection，FTIR)或基于掠入射的照明单元对于发明中所描述的复值SLM不是优选的并且对于堆叠的夹层型复值相位+振幅SLM也不是优选的。

[0051] 在本发明的另一有利实施例中，可以提供的是，经过SLM的相位调制像素和振幅调制像素的光被设置在反射平面中的二者之间的反射镜系统反射。反射镜系统可以包含反射镜段。

[0052] 此外，空间光调制器设备可以包含至少一个透明基板，该透明基板在一侧上具有含有相位调制像素和振幅调制像素的可寻址透射层，并且在另一相对侧上具有是反射平面的平面，其中反射镜系统被设置在反射平面中。以这种方式，SLM被创建，通过该SLM，入射到SLM的入射平面上的光束优选地被导向相位调制元件，并且通过该相位调制元件被调制相位。然后光束被进一步导向反射平面中的反射镜系统的相应的反射镜段，在这里，光束被反射到反射镜段上并且被导回到振幅调制像素。振幅调制像素调制入射光的强度，然后光朝向重建场景的用户的空间离开SLM。

[0053] SLM因此在此被有利地设计为SLM夹层。振幅调制像素和相位调制像素因此可以被提供在SLM的同一平面中，使得单振幅-SLM和单相位-SLM不必被提供为构建相位-振幅-SLM。在其设计中，SLM因而可以是非常平的，使得显示器也可以被设计成以平面的方式。换句话说，可以实现小型化(small form factor)。

[0054] 对于反射镜系统的该反射镜段，其可以被设置成以这样的方式与相位调制像素和振幅调制像素相对，即，使得每个反射镜段覆盖相位调制像素的一部分和振幅调制像素的一部分。以这种方式，光可以优选以锯齿状的方式被定向为从相位调制像素/振幅调制像素经由反射镜系统到达SLM的振幅调制像素/相位调制像素，使得振幅调制像素和相位调制像素可以被设置在SLM的同一平面中。

[0055] 在本发明的另一有利实施例中，该显示设备可以包含偏振选择性元件，优选为偏振分析器或线栅偏振片(wire grid polarizer)，其中从光的传播看，偏振选择性元件被提供在空间光调制器设备的光出射平面处。偏振管理/应用可以被用于降低相邻调制器像素之间的干扰串扰。因此，必须提供调制器像素所需的最佳偏振状态。此外，可以通过使用吸收图案或者空间结构化的偏振结构作为例如空间结构化的阻滞、偏振选择性反射或者偏振选择性透射来提供SLM的单出射孔的复值或者例如甚至仅振幅变迹轮廓(apodization profile)。

[0056] 这意味着例如振幅调制像素可以被设计用于限定的出射偏振状态，该出射偏振状态与首先冲击相位调制像素的入射偏振状态正交。因此，引入串扰的在入射平面处的衍射被阻挡。对于存在于相位和振幅组合显示设备内的小传播距离，这种附加改变是不需要的。

[0057] 此外，相位调制像素可以包含反射装置，优选反射镜元件，其中从光的传播看，反射装置被提供在相位调制像素的后端处。当使用背光式照明单元使得优选首先入射到相位调制像素上的光被朝向反射平面并且从此处向振幅调制像素反射时，这个实施例是优选的。锯齿形光束由此被提供。

[0058] 在另一个实施例中，偏振滤光器可以被提供在相位调制像素和振幅调制像素的平面中，其中偏振滤光器包含偏振滤光器段。偏振滤光器段可以被分配给相位调制像素和振幅调制像素，其中相邻偏振滤光器段的偏振取向是正交的。偏振滤光器段可以是吸收型偏振滤光器段，该吸收型偏振滤光器段可以被提供在振幅调制像素的光出射孔处，或者偏振滤光器段可以是反射型偏振滤光器段，优选为线栅偏振片，从光的传播看，反射型偏振滤光器段可以被提供在相位调制像素的反射后端处。

[0059] 有利的是，可以提供优选为图案化的变迹轮廓层的变迹滤光器(apodization filter)和/或优选为消色差或复消色差阻滞器层的阻滞元件。变迹滤光器可以是被应用到反射平面中的反射镜系统上的微透镜状结构，或者变迹滤光器也可以是吸收性合金成分层。例如，微透镜状表面起伏轮廓可以被上下压到玻璃板上，该玻璃板在其顶部上有一薄层，该薄层是例如吸收性UV固化粘合剂。因此，与玻璃板具有直接接触的表面起伏结构的一部分似乎是完全透明的。在这些接触点处，现在吸收性材料存在于例如微透镜状表面起伏结构和玻璃板之间。所使用的吸收性粘合剂通过打开UV(紫外线)灯而固化。

[0060] 所使用的SLM像素的振幅变迹滤光器因此可以提供SLM的较高衍射级的降低的强度。这是由于存在于SLM平面内的空间频率的降低。实现的形状可以是例如所谓的凯撒-贝塞尔窗(Kaiser-Bessel window)、高斯型窗或只是余弦函数。因此，相邻的眼睛不被通过干扰提供用于用户的另一只眼睛的光冲击。

[0061] 对于用于电视应用的例如约100μm的大像素，作为连续轮廓的印刷的振幅结构可以被使用，其不应该显示周期性网格。优选的是，下降具有限定的像素间距的微透镜状结构并且朝下进入吸收性涂料，该吸收性涂料可以被放置在反射镜基板上。微透镜状结构内的接触点是清晰的并且有接近100％的反射率。该结构的透镜之间的区域是黑暗的。这非常适用于适度大的像素间距。

[0062] 对于变迹滤光器的另一种选择是使用吸收性合金组合物例如氧化铬，吸收性合金组合物已经被用于例如所谓的靶心(bulls eye)或抗高斯滤光器。这样的组合物的局部厚度限定了吸收性。例如约200nm的适度厚度层可以通过使用灰色调光刻方法(grey-tone lithographic approach)(也称为灰色调(grey-tone)、灰标(grey-scale)、灰阶(gray-scale)或半色调光刻(half-tone lithography))来局部减薄。例如，在光刻胶(photoresist，PR)中构成的灰色调光刻负透镜型阵列可以被干或湿化学蚀刻。光刻胶(PR)充当保护材料，其被用于将表面轮廓转变成吸收层的轮廓。通过使用纳米压印光刻(NIL)或经典模制工艺来生成这种保护结构也是可能的。保护层的中心必须比外部区域更薄，以便生成吸收材料的更透明的中心，吸收材料可以是例如合金化合物或另一种吸收材料例如铂黑(PT)或适度强的吸收材料。

[0063] 另一种选择可以是使用线栅状结构(线栅偏振片(WGP))，取代使用反射镜平面，线栅状结构可以被放置在吸收器前方。可选择地，吸收性结构化的滤光器可以被放置在反射镜段前方，例如在反射平面或者在像素平面中。在这两种功能相反的情况下，反射光具有限定的偏振状态分布，该限定的偏振状态分布可以通过使用充当分析器的偏振滤光器来被转换成强度轮廓。

[0064] 总之，一些技术可以被使用以便提供变迹轮廓，该变迹轮廓在全息显示设备内是需要的。

[0065] 在本发明的另一个实施例中，可以提供至少一个透镜阵列，其中从光的传播看，透镜阵列可以被提供在空间光调制器设备的前方，其中由照明单元发出的光被归拢并且进入空间光调制器设备的入射孔或者透镜结构被提供在空间光调制器设备的入射孔中以使光聚焦。

[0066] 透镜阵列可以是二维(2D)透镜阵列或圆柱形透镜阵列(其也被称为凸透镜)。该透镜阵列可以被放置在SLM前方(从光的传播看)，就是说，例如在照明单元和SLM之间，以便使光聚焦到SLM的透明入射区域上。这增加了光的发散，但透镜阵列的布局可以适于现有的照明。可以提供第二透镜阵列，该第二透镜阵列可以被放置在SLM的出射平面后方(从光的传播看)以便减少波前段的发散。因此，使用两个横向移动的透镜阵列的望远镜阵列型布置是存在的。

[0067] 通过使用在照明单元的出射平面处的结构化的光解耦——例如，以条形光解耦的形式——来提供SLM的结构化照明也是可能的。在这种情况下，必须确保照明单元和SLM结构的精确对准。

[0068] 此外，附加的曲率也可以被使用以便增加通过相位和振幅空间光调制器设备的孔传递的光的量或者以便降低相邻像素之间的串扰，附加的曲率可以例如被提供在反射镜系统的或者相位调制像素的反射镜段处。然而，这种改变可能增加附加的技术努力和在对准的部件之间可被接受的错配的降低的公差值。然而，在平面基板处的透镜结构仅引入可忽略的角度变化。因此，增加透射、增加有效填充因子(fill factor，FF)或减少内部SLM串扰的透镜阵列或者透镜结构是优选的。

[0069] 有利的是，显示设备的空间光调制器设备可以包含光束移位元件，优选为双折射元件，更优选为萨伐尔板(Savart-plate)，其中透明基板被设计为光束移位元件，用于根据在光的传播中光首先经过相位调制像素或者振幅调制像素中的哪一个像素来移动经过相位调制像素或者振幅调制像素的入射光。作为光束移位元件的萨伐尔板也可以被用于实现相邻的相位调制像素和振幅调制像素的连续组合。经过相位调制像素的光被光束移位元件移动。被光束移位元件移动的光的偏振被改变并且被反射回像素平面。因此，经相位调制的光冲击振幅调制像素并且然后可以对其振幅进行调制。

[0070] 显示设备的空间光调制器设备可以有利地包含背板，该背板包含具有埋入电极和附加晶体管连同用于控制像素的晶体管的集群，其中从光的传播看，电极和附加晶体管被设置在空间光调制器设备的相位调制像素的反射装置的后方。

[0071] 可以提供关于显示设备的电子设计和布局的一些修改。

[0072] 公知的显示设备的透射型SLM的有效填充因子(FF)是例如接近0.5。这意味着在SLM上存在一个区域，该区域不必是透明的并且可以被用于多个修改。该区域占据SLM的显示面板的约50％。

[0073] 背板的设计可以得益于对于透射型SLM存在的所得的填充因子，背板是显示面板的电子电路。

[0074] 填充因子是关于光的透射效率的问题。初看这可能是通用规则，但这特别适用于靠近用户使用的显示器，例如移动平板型显示器。光刻方法的临界尺寸(CD)限定必须被使用的过程和成本。甚至对于降低的像素尺寸提供恒定且高的填充因子的用于集成电路制造的技术由于每平方米的成本对于显示设备而言可能是不现实的。这意味着，如果像素尺寸被降低，则光刻过程的使用将导致降低的填充因子，光刻过程在显示器制造中是适用的并且所获得的临界尺寸被限制。此外，相比于标准的有源矩阵方法，需要附加晶体管和电极线的先进驱动方案将更多地降低填充因子。这就是为什么该额外50％的空间的使用特别是对于具有小像素(约50μm)的显示器而言是非常有利的，具有小像素的显示器是例如用于移动全息显示器的情况。

[0075] SLM提供了用于非透明结构的约50％的显示面板区域。这意味着非透明区域可以被用于例如金属电极线和晶体管结构，该金属电极线和晶体管结构可以占据显示面板平面的约50％。因此，光刻方法的较大临界尺寸是可能的。或者可以实现更复杂的背板。

[0076] 增加的区域——其不必是透明的——给予机会使用例如在WO 2012/028678 A1中公开的用于移动全息显示器的值分类背板。该背板将显示设备的所有像素所需的主信号分成用于像素的寻址的高频率低电流信号和低频高电流、斜升和斜降信号，低频高电流、斜升和斜降信号是针对像素容量并且最终改变可寻址透射层的液晶分子的取向。值分类背板，也称为集群背板，提供在高帧速率、低能量损失和例如8位、10位甚至更多的位深度下对高像素计数的控制。复杂性高于标准型有源像素矩阵的复杂性。相比于标准型有源像素矩阵方法，使用了提供用于实施地址译码器的附加电极和附加晶体管。对于电视显示器这不是问题，并且也可以用于台式显示器，但由于如果例如使用CD＝2μm的临界尺寸则将出现的小填充因子，对于例如12μm的像素间距是不实用的。这意味着由值分类背板提供的先进驱动方案对于具有例如10μm到15μm的范围的非常小的像素是不实用的。

[0077] 从光的传播看，埋入电极和附加晶体管可以被有利地放置在反射部件后方，反射部件被分配给相位调制像素。因此，通过使用非透明区域，甚至对于例如12μm的小像素间距，可以获得宽松的设计规则，12μm的小像素间距可以被用于例如移动二维编码的移动全息平板型显示器。综上，非透明区域的使用对于移动全息显示器而言是非常有利的。

[0078] 此外，为了减少透明电极材料的量，可以有利地提供的是，背板的明确存在电极的透明电极可以与金属圈式电极相结合。因此，所使用的通光孔径(clear aperture)的仅一部分必须有通光孔径。透明电极材料的量因而被降低到最低限度。另一个效果是，金属电极的电极迁移可以提供降低的电能损耗以及略有增加的切换速度。

[0079] 例如，ITO(氧化铟锡)层可以仅占据内部区域，该内部区域等同于像素的清晰出射孔。矩形或方形形状的像素电极的外边缘可以通过使用金属线来形成。这是为了减少例如所使用的ITO层的量，而不是增加显著的切换速度。这是由于以下事实：ITO层内的电极的传播长度相对较小。在仅使用>100mm范围的电极线的那些实施例中，可以获得显著降低的切换速度。

[0080] 在本发明的另一个优选实施例中，发光装置——优选为有机发光二极管阵列——可以被提供在从光的传播看空间光调制器设备的像素后方，优选被提供在相位调制像素的非透明区域的顶部上，以产生显示设备的二维功能，其中发光装置——优选为有机发光二极管阵列——可以由具有光发射区域的集群组成，其中集群可以覆盖空间光调制器设备的特定数量的像素。

[0081] 发光装置或者有机发光二极管(OLED)阵列可以被优选地放置在非透明区域的顶部上、相位调制像素的后侧上。尽管间距和由复值相位和振幅空间光调制器设备限定的一样小，但是例如5x5光发射区域的集群或块可以被寻址，以便生成二维(2D)图像像素。OLED发射为光提供宽泛的光谱和角度范围。这种光的主要部分——其是指例如>90％——将经过体光栅，从光的传播看，体光栅可以被提供在SLM后方，并且例如实现物镜的功能而无需被重新定向。附加散射结构可以被提供在OLED发射区域内。

[0082] 显示面板的非透明区域因而提供整合OLED型发光装置的背板和OLED集群像素结构的机会，而不影响全息三维操作。

[0083] 在显示面板的透明区域内使用透明OLED可以引入显著的散射，显示面板的透明区域是指从光的传播看SLM的前方或者后方。然而，这不是优选的。

[0084] 一般而言，这种修改并不限于OLED的使用。LED(发光二极管)或例如基于量子点(Q-dot)的光的转换也可以在增加到提供调制部分相干光的相位和振幅值的SLM的复值的光发射像素的平面中使用。

[0085] 有利的是，显示设备的空间光调制器设备可以是基于液晶(LC)的空间光调制器设备或者基于微机电反射镜系统(MEMS)的空间光调制器设备。

[0086] 可选择的SLM配置是可能的。例如，显示设备的空间光调制器设备可以是基于多量子阱(MQW)的空间光调制器设备。在反射或者透射下工作的这种类型的调制器可以被设计以便调制振幅和/或相位。一般而言，相邻的相位调制像素和振幅调制像素的连续组合的原理也可以适用于基于非液晶的相位和振幅调制SLM。例如，可以使用基于电湿润(EW)的SLM和基于磁光子晶体(MPC)的SLM。基于电湿润(EW)的振幅调制可以通过使用吸收性流体来实现，并且相移/调制可以通过使用平面平行段的倾斜来引入，平面平行段的倾斜可以通过使用电湿润单元来实施，如在WO 2010/084200 A1中所公开的，电湿润单元填充有三种流体。

[0087] 此外，描述了附加SLM替代方案。基于微机电反射镜系统(MEMS)的空间光调制器设备和基于电湿润的空间光调制器设备可以被用于提供振幅调制或/和相位调制。现有技术中的多个不同的基于MEMS和基于电湿润的空间光调制器设备可以被用在根据本发明的显示设备内。

[0088] 以下描述基于优选MEMS的SLM的实施例。在透射下工作的相位调制像素可以通过使用活塞式反射镜来实现，活塞式反射镜可以在高达10kHz的帧速率下工作。振幅调制可以通过使用例如基于干涉的MEMS布置来获得，基于干涉的MEMS布置对于红、绿和蓝光可以进行单独优化，以便实现具有与那三种颜色相关的像素图案的SLM。对于所有颜色，以时间顺序的方式使用一种类型的振幅调制基于MEMS的SLM也是可能的。

[0089] 关于在本文件中所描述的基于MEMS的SLM实际的像素尺寸是例如8μm×16μm、10μm×10μm或12μm×15μm。要实现的活塞由入射到MEMS反射镜上的光的波长和入射角度来限定。对于红光，被引入的活塞的实际值在0.3μm到0.33μm的范围内。对于蓝光和绿光，活塞的值小于对于红光的值。

[0090] 反射型活塞式反射镜阵列是现有技术。这意味着在对于一些应用通常10mm x 10mm和高达100mm x 100mm的反射镜阵列尺寸中目前可用的该技术转移到例如可以具有
300mm x 200mm的尺寸的移动型显示器是实际的。这是整个阵列的尺寸，而不是单个反射镜的尺寸。另一方面，已经实现了基于相消干涉效应的反射型振幅调制面板的更大的尺寸。

[0091] 基于相消干涉效应的振幅调制像素可以被用于透射型和反射型SLM。例如，基于金属干涉滤光片(MIF)的方法可以被用作振幅调制器，以便通过在两个金属层之间引入适当的距离来生成可变的振幅水平。在更先进的实施例中，也可以使用电介质多层堆叠。例如，进入双金属层干涉滤光片的波将部分透过第一层并且也部分透过第二层。如果波长和入射角匹配，则向后和向前传播的光将形成驻波，波长和入射角匹配是指以2π标准模计算满足λ/2。如果以2π标准模计算λ/2被满足，那么存在于反射平面之间的驻波的节点是在金属平面上，并且不携带显著的能量，这意味着通过双金属层干涉滤光片透射被最大化并且是例如t＝0.8。使双金属层干涉滤光片失谐意味着使存在于金属层之间的光距离降低。这意味着改变出射能量。因此，获得振幅调制。

[0092] 基于金属干涉滤光片(MIF)的像素也可以被设计用于在反射下工作的SLM。

[0093] 更高的光谱选择性可以通过将金属层的数目增加到>2来获得。因此，必须考虑到一些谐振器，这是指它们的一些光学设计，这给出了变窄的响应功能。

[0094] 到目前为止，描述了用于调制相位的活塞型反射镜和用于调制振幅的基于干涉的谐振器(基于干涉的MEMS布置)。它们都可以通过使用具有高帧速率的MEMS技术来实现。

[0095] 用于调制振幅的基于干涉的谐振器也可以通过使用放置在金属层之间的液晶材料(LC)来实现。折射率的小失谐给出离开像素的振幅的足够变化。此外，显示Δn(U)、Δn(I)或例如Δn(hν)的材料可以被提供在金属平面之间以便实现基于干涉的振幅调制像素，其中Δn是折射率变化量，U是电压，I是电流且hν是光子的能量。这些聚合物、晶体和掺杂变体是现有技术并且可以适合于根据本发明的实施例。

[0096] 基于MEMS的适度薄的双折射薄膜的旋转是可能的。这将等同于公知的哈里哈兰(Hariharan)相位调制并且可以被用于相移/调制和振幅调制，这也需要至少一个附加偏光器。由于以下事实：倾斜反射镜阵列已经是已知的，反射像素的这种调制的实施可以是比使用这种调制的透射型像素的实施更快的方式。例如，扭曲铰链可以提供这里所需要的旋转。因此，使用扭曲铰链的活塞式反射镜实施例可以被用于此。将出现在例如反射设置中的附加相移可以被提供，并且相位调制像素的相关相移可以被依赖性地寻址，以便最终实现所需的复值。另一种MEMS修改可以被用于实施这里的例如哈里哈兰或其他相位调制原理，这意味着在振幅或相位调制实施例内或者甚至在一个像素内结合两种调制的实施例内。

[0097] 根据本发明，可以进一步提供的是，照明单元包含用于将从照明单元发出朝向空间光调制器设备的光解耦的至少一个体光栅。

[0098] 解耦体光栅可以实现照明的所需出射角度。

[0099] 有利的是，显示设备可以包含物镜，其中物镜特别是包含至少一个体光栅的组合物镜。

[0100] 例如，根据本发明的反射型复值SLM可以进一步适合于在根据本发明的显示设备中使用的基于体光栅的物镜。为了这个目的，组合体光栅(VG)物镜具有第一体光栅(VG)，该第一体光栅(VG)实现平面到平面重建，该平面到平面重建可以是0°度(轴上)到30°度倾斜平面波。第二体光栅(VG)具有与轴上(on axis)物镜成30°度平面波的重建。这两个体光栅的组合提供了可以被称为组合物镜的轴上体光栅物镜。

[0101] 优选地，导致复值光的离轴(off-axis)传播的倾斜照明可以被使用以便消除组合物镜的第一体光栅。例如，包含待组合的相位调制像素和振幅调制像素的SLM平面可以以30°度照明，这导致经调制的波场的-30°度离轴传播。因此，不再需要之前被用作组合物镜的第一元件的预衍射体光栅。以这种方式，可以减少所使用的部件的数量。

[0102] 此外，根据本发明，可以提供的是，显示设备进一步包含垂直追踪单元和/或水平追踪单元，其中垂直追踪单元和/或水平追踪单元优选包含(至少一个)液晶光栅。

[0103] 垂直追踪单元和/或水平追踪单元优选被提供用于从光的传播看复值SLM后方的角度精细追踪。

[0104] 除了用于引入角度追踪的平面之外，角度追踪单元必须满足条件，该条件与所使用的照明的相干性质相关。

[0105] 因此，大于所使用的像素间距的追踪单元的分段不是优选的。也可以结合例如±15°度角度追踪使用的透镜阵列也不是优选的。这里的缺点不是附加厚度增加，而是具有例如5mm至10mm间距的分段。并且这也适用于基于电湿润的棱镜单元，该基于电湿润的棱镜单元可以被用在追踪单元中并且可以被提供在从光的传播看SLM前方或后方。优选的是，使用具有独立控制的电极线的液晶偏振光栅。

[0106] 例如，被独立控制的电力控制的液晶光栅和一维布置的电极线可以生成一维相位轮廓。这些可控的一维相位轮廓可以提供被发送到用户的眼睛的光的精细追踪所需的楔函数。此外，可以生成圆柱形相位函数。因此，除了通过生成不同的光栅周期和不同的局部相位倾斜来提供精细追踪之外，可以生成圆柱形透镜函数，这降低倾斜的透镜函数的整体偏差。几个光栅可以被串联使用。因此，例如两个光栅可以被堆叠到彼此上，其具有90°度的角度偏移。使用具有垂直定向的电极并提供水平精细追踪的一个光栅结合具有被定向为平行于两个交叉显示器对角线的电极的两个附加光栅也是可能的。

[0107] 使用可控相位光栅的一个优点是提供精细追踪，而不增加显著厚度或莫尔条纹(Moirépattern)。

[0108] 一种选择是使用平面外液晶旋转，以便生成锯齿状相位光栅，该锯齿状相位光栅在2π到0的相位跃变(phase step)下经受舍入效应(rounding effect)，对于例如<3μm至小于0.5的非实际值的小相位光栅周期，其降低了衍射效率。

[0109] 平面内旋转液晶模式，例如所谓的HAN模式，可以提供可控相位光栅，该可控相位光栅在2π到0的相位跃变下不经受舍入效应。这是由于以下事实：与例如1.9倍π的相位值相关的液晶平面内旋转角度的绝对值与2.1倍π的相位值相关的液晶平面内旋转角度的绝对值——其相当于0.1倍π——仅存在约10％的差异。因此，基于周期性设置的双折射材料的平面内旋转的相位光栅甚至对于2μm的光栅周期可以提供≥0.9的高衍射效率。离散值取决于双折射的绝对值并且因此取决于相位光栅的周期与厚度定量，相位光栅的周期与厚度定量例如通过使用平面内旋转的液晶模式来实现。

[0110] 根据本发明的方法提供了通过使用根据本发明的显示设备来生成全息重建，其中：

[0111] -通过具有充分相干光的照明单元来照明空间光调制器设备的相位调制像素和振幅调制像素，

[0112] -使光经过空间光调制器设备的相位调制像素和振幅调制像素，以及[0113] -通过二者之间的反射平面来反射光，其中反射平面被提供在光传播中相位调制像素和振幅调制像素之间。附图说明

[0114] 现在将借助于实施例并且结合所附示意性附图更详细地描述本发明。本教导的通用优选配置和发展也结合参考附图说明的本发明的优选示例性实施例进行说明。在附图中，图是侧视图除非另有说明，其中附图在每种情况下是示意性图示：

[0115] 图1示出了用于根据本发明的显示设备的平面波导型照明单元，

[0116] 图2示出了基于平面波导的前光式照明单元，

[0117] 图3示出了基于另一个平面波导的前光式照明单元，

[0118] 图4示出了用于根据本发明的显示设备的基于楔型的前光式照明单元，[0119] 图5示出了根据本发明的显示设备的实施例，其中仅示出了显示面板的一部分，其中相位调制像素和振幅调制像素的组合被提供在同一平面内，

[0120] 图6示出了根据本发明的反射型复值空间光调制器(SLM)设备的实施例，[0121] 图7示出了通过使用以双折射板的形式的光束移位元件的反射型复值空间光调制器设备的另一个实施例，

[0122] 图8示出了根据本发明的透射型复值空间光调制器设备的实施例，

[0123] 图9详细地示出了图8的透射型复值空间光调制器设备的实施例，

[0124] 图10示出了依赖于透明板厚度并且依赖于复值像素的间距的照明角度，透明板被用在相位调制像素和振幅调制像素的平面和空间光调制器设备的入射平面之间，[0125] 图11示出了依赖于透明板厚度并且依赖于复值像素的间距的照明角度，透明板被用在相位调制像素和振幅调制像素的平面和空间光调制器设备的入射平面之间，其中实际内部SLM传播距离的扩展的限制高达复值像素的间距的15x，

[0126] 图12a、12b示出了基于MEMS的反射型复值空间光调制器设备的实施例，[0127] 图13示出了根据本发明的显示设备的实施例，其中提供了沿着不同的可控方向的空间光调制器设备的照明，

[0128] 图14示出了基于布拉格衍射的体光栅的衍射效率的曲线图，其实现了84.26°度空气/0°度PMMA的衍射的几何结构，在介质内，其是-41.55°度/0°度，在d＝16μm的全息记录薄膜(HRF)的厚度下，其具有n0＝1.5的折射率的平均值，这取决于与设计的布拉格角的差，设计的布拉格角是光栅的设计入射角。

[0129] 图15示出了照明单元的准直单元的紧凑设置的通用设置。

具体实施方式

[0130] 在各个附图和所附描述中，相同的附图标记表示相同的部件。在下文中，命名―前方”和―后方”，例如在空间光调制器设备前方是指关于光的传播看到的光。

[0131] 照明单元可以包含优选在全息显示设备内使用的一些特定修改。照明单元可以被用于相干光并且用于仅显示减少的空间和/或暂时相干性的光。振幅变迹和相位变迹可以被用于优化在照明设备的入射平面后方传播的强度轮廓。滤色器给予机会单独优化不同颜色。说明书依赖于离散的实施例。

[0132] 现在说明照明单元的光学设置，图1说明了用于显示设备——优选全息显示设备——的平面照明单元的第一实施例。照明单元是被用作前光式照明单元的平面波导型照明单元，该平面波导型照明单元显示了照明光束路径和成像光束路径之间的显著分离。这种前光式照明单元可以被使用，以便照明例如在图6中示出的复值反射型空间光调制器设备(SLM)。

[0133] 图1示出了平面波导型前光式照明单元的一般布局，其可以被用于具有例如高达300mm的对角线的相对小的显示设备。该实施例也可以被用作背光式照明单元。该照明单元包含作为光源设备LS的激光二极管和用于由光源LS发出到以基板S的形式的光导元件的光的准直的以透镜L形式的光学元件。在光出射平面上，基板S包含光解耦元件VG，光解耦元件VG可以是体光栅或者另一种类型的光栅或者周期结构，其例如可以基于等离子体共振。体光栅VG被提供用于使在基板S内在波导模式WGM——例如在模式数m＝0下的基本高斯模式——中传播的光解耦。此外，基板包含波导层WL和提供在基板S和体光栅VG之间的覆层。
解耦体光栅VG的衍射几何结构接近偏振分束器的几何结构，以提供照明光束路径和成像光束路径的足够分离，就是说例如80°度照明光束路径/0°度成像光束路径而不是90°度照明光束路径/0°成像光束路径的几何结构。这是提供正交偏振光的分离的若干衍射几何结构中的一种。此外，解耦体光栅VG可以实现从基板S离开的照明的所需出射角度，这里具有所需的传播角度的出射光随后将照明空间光调制器设备。所需出射角度依赖于空间光调制器设备(下文中被称为SLM)内的基板的厚度，其中基板被提供在SLM内可寻址透射层和反射平面之间。光的E场优选位于基板的平面中并且因此被横向电场(TE)极化。光传播的方向通过箭头来指示。

[0134] 根据图1的照明单元工作如下：光传播通过作为光导元件的基板S，平行于光导元件、覆层和输出耦合光栅的界面。一部分光离开光导元件，经过覆层CL，并且进入这里以体光栅VG的形式的光解耦元件，其中光的剩余部分继续传播通过光导元件。出现在覆层CL后方并且例如以接近于80°度的角度进入体光栅的光被体光栅VG解耦，使得它落到未示出的空间光调制器设备SLM上作为准直波场WF。这通过虚线箭头来指示。在通过空间光调制器设备(下文中被称为SLM)的反射像素调制之后，光经过SLM的λ/4层——也被称为四分之一波板——并再次经过照明单元。在第二次通过λ/4层之后，光的初始横向电极化TE被转动90°度。光现在具有横向磁场(TM)偏振并且被具有值的像素调制以呈现信息。

[0135] 图1中所示的该布局不仅可以被用作前光式照明单元，而且也可以被用作背光式照明单元。

[0136] 在图2中示出了基于另一种平面波导的前光式照明单元的侧视图。该前光式照明单元使用偏振选择性光束路径分离。在该图中，除了图1中看到和描述的光学元件以外，提供了另外的光学和电子元件。这里，说明了反射型空间光调制器RSLM，其中用于像素电路的背板BP被设置在RSLM后方。在RSLM前方，也称为λ/4板的四分之一波板QWP被提供用于改变光的偏振。传播通过基板S的光首先具有波导模式WGMm＝0，这意味着这种模式是基本模式或者高斯模式。之后，在作为光导元件的基板S中，光具有在更高模式下的波导模式WGMm>0。图2的照明单元的原理与图1基本相同。在此被标记为转换层COL的层是提供光的解耦的层，光的解耦主要是波场的波导模式转换成泄露模式(leaky mode)。功能可以通过使用体光栅VG来提供。因此，符号COL和VG在这里可以被认为是等同的。为了说明光的连续解耦的功能，覆层CL的光学厚度的纵向改变被放大，覆层CL的光学厚度的纵向改变是n倍d，其中n是折射率并且d是厚度。

[0137] 在使用体光栅作为光解耦元件的情况下，可以使用一组离散衍射角度，以便提供作为光束分离装置的偏振分束器(PBS)。这意味着对于这种偏振分束器操作，可以使用一些离散的衍射角度。但不是所有的任意角度可以被选择用于此。体光栅可以在例如90°度、60°度或48.2°度的衍射角度下实现偏振分束器操作。对可以使用的一些离散角度设置限制等同于光学设计的有限自由度。

[0138] 在图3中描述了基于不同的平面波导的前光式照明单元，其中使用了体光栅的角度选择性衍射，以便提供光束路径分离。前光式照明单元在此被称为FLU。光源LS在此被设计为包含三个单一光源的彩色光源，每个用于红色、绿色和蓝色。准直单元CU被提供在光源LS后方。准直单元CU包含反射元件，优选为抛物面反射镜PM，取代图1和图2中描述的透镜用于准直。四分之一波阻滞器可以被提供在照明单元FLU的出射平面EXP上。在光的传播中，物镜FL被提供用于使经调制的光ML聚焦到用户空间。物镜可以是体光栅堆叠中的体光栅。在该物镜FL之后，垂直追踪单元和/或水平追踪单元被设置用于追踪所需的方向上的光。这里角度选择性的使用提供关于也可以被使用的角度几何结构的设计的增加的自由度。然而，角度选择性的使用是优选的。

[0139] 图4中描述了另一个可替代照明单元。这种基于楔型的前光式照明单元使用角度或偏振选择性光束路径分离。对于中等尺寸——例如对角线为24英寸到32英寸的显示器——和例如电视尺寸显示器(例如1m对角线)的更大的显示器，如果相比于如图1到图3中所示的例如波导或者锯齿形导光照明单元，楔型照明单元由于降低的复杂性可以是优选的。

[0140] 根据图4的前光式照明单元包含用于红、绿和蓝光的光源设备LS。在光源LS的出射平面处，提供了梯度折射率透镜GRINL，该梯度折射率透镜是例如具有渐变折射率轮廓的玻璃棒。渐变折射率轮廓具有——对于正数焦距f——在光轴处的高折射率和在外部区域处的降低的折射率。通过使用光学纤维OF，由光源LS发出的光被导向到准直单元CU。准直单元CU包含主准直透镜pCL、聚焦微透镜阵列fML、用于一维散射薄片sPS1D的一维移动的PZT元件PZT 1D、用于一维散射的结构化的周期性散射平面sPS 1D、用于二维散射的结构化的周期性散射平面sPS 2D、用于最终给予散射平面的二维移动的一维水平移动的第一压电平移级元件PZT 2D 1、用于最终给予散射平面的二维移动的垂直移动的第二压电平移级元件PZT 2D 2，其中PZT 2D 1和PZT 2D 2一起实现二维移动。准直单元CL进一步包含充当二次光源的阵列的孔径光阑(aperture stop)的阵列、准直微透镜阵列cML和用于调整平面波的角谱(ASPW)的化合物体光栅滤光器cVGF，例如具有例如5°度的角度可接受度的第一薄(例如5μm厚)体光栅可以衍射离开光束路径的干扰光，具有例如1/6°度的角度可接受度的第二厚(例如150μm厚)体光栅可以衍射光以便用于使其返回光束路径，其中因此角度过滤可以被应用。在准直单元CU后方，提供了光源LS按时间顺序发出的红、绿和蓝光t(x，y，RGB)的准直波场。光然后进入基于楔型的基板S，基板S具有用于第一个一维10x放大率的第一体光栅VG1和用于第二正交的一维10x放大率的第二体光栅VG2，其中衍射角度以这样的方式进行选择，即，使得实现十倍放大率。然后光经由四分之一波板QWP被导向到具有背板BP的空间光调制器SLM。在SLM处调制之后，光第二次被导向通过第二体光栅VG2到达组合物镜cFL，组合物镜cFL是基于两个体光栅的轴上衍射透镜，例如，第一预衍射0°度/45°度、第二45°度/聚焦在平均用户距离处的轴上透镜。至少来自组合物镜cFL的光被导向到垂直追踪单元和水平追踪单元，该垂直追踪单元和水平追踪单元被形成为垂直液晶光栅vLCG和水平液晶光栅hLCG。

[0141] 准直单元CU提供具有限定的平面波的角谱的波场，通过该波场，楔型照明单元被照明。基本原理是使用扩展的单色、单独RGB(红，绿，蓝光源LS，该光源LS具有快速变化的随机相位分布并且通过透镜准直。这也是在图14中描述的实施例的基本原理，图14中描述的实施例也可以被用来取代在第一体光栅VG1前方的准直单元CU。

[0142] 图4中描述的楔型照明单元以所需设计角度照明反射型SLM。因此，实施SLM的例如10°度或25°度照明的垂直照明。

[0143] 因此，角度选择性的使用是优选的。

[0144] 在图5中，示出了根据本发明的显示设备的实施例的俯视图，其中仅示出了显示面板或空间光调制器SLM的细节。相位调制像素和振幅调制像素的组合被提供在SLM的同一平面内，以便实现平面内复值SLM。在图5中，示出了并排设置在同一平面中的振幅调制像素a和相位调制像素p。振幅调制像素a被放置在光入射处并且相位调制/移动像素p被放置在从光的传播看振幅调制像素a的后方。这具有的优点是能够使用恒定厚度的以液晶层的形式的可寻址透射层，这可以通过经过相位调制像素p两次来完成。

[0145] 换句话说，基本实施例是结合彼此靠近的相位调制像素p和振幅调制像素a。相位调制像素和振幅调制像素形成SLM的复值像素。通常相位调制像素的2π相位调制所需的液晶层的厚度是振幅调制像素a的ON到OFF调制所需的液晶厚度的二倍大。如图5所示，振幅调制像素a的液晶厚度可以等同于相位调制像素p的液晶厚度。这通过实施用于相位调制像素p的双路径布置来实现。由照明单元发出的光的入射偏振状态通过使用四分之一波板QWP的段来旋转，四分之一波板QWP被放置在相位调制像素p前方。使用了用于降低较高衍射级的强度的变迹轮廓APO，其被分配给组合的复值像素。变迹轮廓APO结合吸收器A被放置在相位调制像素p后方。经过振幅调制像素的光的重新定向通过使用棱镜结构来引入，棱镜结构被放置在像素布置的一侧处。振幅调制像素a的光出射平面通过使用棱镜布置PS来结构化，棱镜布置PS可以通过使用模制方法来实现。棱镜布置PS具有两个反射表面。在振幅调制像素a后方，提供了倾斜的反射镜平面M，在这种情况下倾斜的反射镜平面M倾斜45°度。在相位调制像素p后方，以涂层的形式的偏振分束器PBS被提供在倾斜平面上，优选倾斜45°度，其中倾斜平面M和PBS在约90°度的角度下倾向于彼此。偏振分束器涂层PBS可以是例如电介质反射镜堆叠或者线栅偏振片结构，其可以被用于使光束路径在相位调制像素p的方向上重新定向。在振幅调制像素的光出射平面上，提供了偏振滤光器，该偏振滤光器阻挡被棱镜布置PS反射的光并且因此通过引入正交偏振来抑制相邻像素a和p之间的串扰。在光的相位调制之后，光被导向位于相位调制像素p的后端处的变迹轮廓APO。在变迹轮廓APO的平面中，平面内反射镜平面MP被提供用于将入射光反射回到相位调制像素p。在相位调制像素p后方的四分之一波板QWP将光的偏振状态TE改变成偏振状态TM(横向磁场)，使得TM偏振光可以传播通过棱镜布置PS的偏振分束器涂层PBS朝向在显示设备中未示出的后面的物镜。

[0146] 图6中描述了反射型复值空间光调制器SLM的一般实施例，其使用放置在同一可寻址透射层平面内的横向相邻的相位调制像素和振幅调制像素的连续组合。用于形成复值像素的可寻址透射层是液晶层，其中也可以使用其他类型的层。相位调制像素p和振幅调制像素a被并排放置。

[0147] 如图6中可以看到的，提供了SLM的倾斜照明。入射到SLM上的光的照明角度是例如25°度。该照明角度对于一些液晶模式是实用的。SLM上的入射光具有限定的偏振状态。光首先经过相位调制像素p，然而通过使用图案化的偏振滤光器/分析器pPF被阻挡在振幅调制像素a前方。图案化的线栅偏振片结构可以被提供为图案化的偏振滤光器，但它们不是优选位于振幅调制像素的顶部上。这是由于反射光导致的，反射光将增加背景噪音。然而，图案化的线栅偏振片结构可以被用在反射平面RP中，反射平面RP反射回限定部分的入射光。在图6中，图案化的线栅偏振片结构可以被用在提供在反射平面RP中的非结构化的吸收器平面的前方。吸收器平面相当于反射镜平面M。通过使用四分之一波板/λ/4板，图案化的阻滞也可以被增加在该反射平面中。然而，使用接近公知的标准技术的实施例作为微透镜是优选的，例如正面朝下进入吸收性UV固化粘合剂。

[0148] 以图案化的吸收器的形式的变迹轮廓APO被进一步提供在反射平面RP中。该变迹轮廓APO可以被制成适度薄，就是说例如3μm至5μm。

[0149] 获得薄的变迹轮廓的实施例的一种选择是使用阻滞器和分析器的组合。

[0150] 图案化的阻滞器可以与分析器结合使用，分析器是偏振滤光器。在该特定内容中，术语图案化被用作内部像素结构或者内部像素图案。这种组合可以提供像素的孔内的限定的振幅型变迹轮廓。图案化的分析器可以与非图案化的阻滞器结合使用，图案化的分析器是图案化的偏振滤光器。这个组合可以提供内部像素变迹轮廓。此外，附加选择是使用内部像素图案化的分析器和阻滞器结构。

[0151] 因此，甚至具有例如12.5μm的小像素间距、可以被用于移动设备的SLM可以配备有例如这些图案化的分析器，这些图案化的分析器充当内部像素孔图案化的吸收器的薄实施方式。

[0152] 然而，提供例如20μm或更大的吸收器结构或高的高宽比的厚的图案化的变迹对于在全息显示设备中使用而言是不现实的。这是由于当用在倾斜照明时的遮蔽效应(shadowing effect)和由于衍射效应。换句话说，必须使用适度薄的吸收器结构，例如其是基于图案化的分析器。

[0153] 换句话说，反射平面RP包含反射镜平面M，在反射镜平面M上，放置四分之一波板QWP。在四分之一波板QWP上，放置变迹轮廓APO，其中反射平面中的所有光学元件可以被彼此组合。

[0154] 现在说明图6中所示的显示设备的原理。由以具有不同的颜色的激光二极管的形式的光源LS提供的光沿着优选的单模纤维SMF传播。多个纤维端部被放置在平面波导向结构WG的边缘处。准直元件的一维阵列被使用以便提供平面波导结构WG内的准直，准直元件在图6中是大地透镜(geodetic lense)GL。所使用的前光式照明单元FLU的第一部分被称为光准直单元LCU。沿着波导结构WG传播的光通过使用体光栅VG被耦合出来。在该实施例中所使用的出射角是与表面法线的轴线成25°度，这里也可以使用其他角度。均匀照明需要比使用分段解耦更小的技术努力，分段解耦是指要求精准调节的条形解耦。耦合出来的光被例如TE偏振。在SLM层的顶部上，放置偏振滤光器/分析器，其中在相位调制像素p的顶部上提供结构化的偏振滤光器sPF，并且在振幅调制像素a的顶部上提供图案化的偏振滤光器pPF。相位调制像素p允许透射，并且振幅调制像素a允许阻挡入射光。光经过相位调制像素p并且被它们调制。然后，经过相位调制像素p的光照明反射平面RP，反射平面RP包含提供层Apo的图案化的变迹轮廓、非图案化的四分之一波板/阻滞器QWP和反射镜平面M。可以改变提供层APO的变迹轮廓和四分之一波板/阻滞器的顺序。从反射平面RP被反射回的光具有偏振，该光正交于与初始光，初始光这里是指例如TM。该光将被振幅调制像素a调制并且将被它们透射。由于衍射，光的增宽将出现。然而，在从反射镜平面M返回的路径中冲击相位调制像素的光将被相位调制像素的结构化的偏振滤光器sPF阻挡。由于被放置在前光式单元FLU的出射平面处的体光栅VG的角度选择性，复值波场在到达物镜FL的路径上经过前光式单元FLU。如果光以适度大的倾斜角度——例如约30°度——离开SLM，那么可以使用基于离轴体光栅的物镜FL。这意味着不需要附加体光栅，该附加体光栅被放置在物镜FL前方。这仅仅是如果组合物镜被使用的情况。物镜FL本质上提供在用户眼睛E的入射平面处的观察窗VW。通过使用垂直追踪单元VT和/或水平追踪单元HT，可以提供光的垂直追踪和/或水平追踪。追踪单元VT和HT优选包含液晶(LC)光栅，该液晶(LC)光栅具有独立控制的电极线和平面内旋转的液晶(LC)模式。

[0155] 取代将变迹轮廓放置成接近反射镜平面M或除此之外，变迹轮廓也可以被放置在SLM平面内。另外，出射像素的孔——或填充因子(FF)——可以被制成略小于入射像素的孔，例如小于20％，出射像素是例如振幅调制像素，入射像素是例如相位调制像素。这降低了透明基板TRS必须满足的要求，透明基板TRS充当具有复值像素的可寻址透射层和反射平面RP之间的间隔件。因此，透明基板TRS的总厚度变化的较高值是可接受的。所设计的移动的略微横向偏移可以通过使用这种方法来补偿，这种方法降低了放置在包含可寻址透射层的平面和反射平面RP之间的透明基板TRS的厚度变化的影响。换句话说，如果使用出射孔或者出射孔径光阑的填充因子，例如是0.5，并且照明该出射孔的波段具有与出射孔相同的横向长度，那么到反射平面RP的距离的改变将导致照明出射孔径光阑的波段的横向位移。因此，出射孔不再被完全照明。但是如果出射孔略小于照明它的波段，那么照明波段的略微横向位移仍然提供出射孔的完全照明。

[0156] 图7示出了提供相位调制像素和振幅调制像素的连续组合的另一种反射型复值空间光调制器设备SLM。在该图中，SLM使用以双折射板的形式的光束移位元件SP，优选为萨伐尔板。萨伐尔板因此也可以被使用以便实现相邻的相位调制像素和振幅调制像素的连续组合。前光式照明单元可以提供照明光，该照明光具有与表面法线的轴线成例如0°度或者10°度的出射角。如果使用0°度的出射角，则来自反射平面的背反射光必须通过使用偏振分束器几何结构而被分离，偏振分束器几何结构可以通过具有例如60°度衍射角的体光栅来实现。然而，以例如10°度照明SLM给予机会使用萨伐尔板作为光束移位器或者光束移位元件。萨伐尔板最优选在10°度下，此外这里背反射光是与照明光(见图7中的体光栅)的重建的几何结构成20°度偏离布拉格，这就用于解耦从照明单元发出的光的体光栅的角度选择性而言是足够的。

[0157] 为了抑制不期望的光并且减少相邻像素之间的串扰，优选的是，使用在待组合为复值像素的相邻相位调制像素和振幅调制像素前方的图案化的偏振滤光器。偏振滤光器的相邻偏振滤光器段的功能性取向是正交的。

[0158] 在图7中，描述了所示的显示设备的原理。反射型复值空间光调制器设备SLM提供相位调制像素和振幅调制像素的连续组合，其中相位调制像素和振幅调制像素彼此相邻并且被放置在同一平面内。与图6中所示的实施例相比，使用了以双折射板——这里是萨伐尔板——的形式的光束移位元件SP。与表面法线的轴线成例如10°度的略微离轴照明被使用以便在返回通过体光栅VG的路径处偏离布拉格，体光栅VG解耦从前光式照明单元FLU发出的光。经过相位调制像素p的光被双折射板SP移动，双折射板SP具有与表面法线的轴线成例如42°度至45°度的光轴的取向。在双折射板SP的底部画出的双箭头标出了双折射板SP的光轴的取向。在双折射板SP的后侧，放置四分之一波阻滞板QWP，其后紧跟反射镜平面M。四分之一波板QWP和反射镜平面M形成反射平面RP。反射镜平面M也可以承载变迹轮廓Apo。四分之一波阻滞板QWP可以通过聚合的液晶(LC)层来实现，聚合的液晶(LC)层可以通过使用光控取向(photo alignment)来定向。光控取向对于图案化的阻滞器来说是有利的，但对于非结构化层是不需要的。换句话说，仅将四分之一波阻滞板QWP薄膜分成薄片也是实际的，四分之一波阻滞板QWP薄膜适合于设计几何结构和用在反射镜平面M上的波长。在四分之一波阻滞板QWP处的较大入射角需要较小厚度的四分之一波阻滞板QWP材料。光控取向是标准技术，其可以被使用以便提供图案化的阻滞以及图案化的偏振过滤。

[0159] 通过光束移位元件SP移动的光被改变偏振并且被反射回SLM平面，光的移动也或可选择地可以通过使用非结构化的体光栅来实现。因此，经相位调制的光冲击振幅调制像素a并且其振幅被调制。相邻相位调制像素p的串扰通过引入正交偏振而被抑制。

[0160] 将复值波场以例如20°度离轴发射到基于体光栅VG的前光式照明单元FLU的照明几何结构，就是说，适度离轴，并且因此波场传播进入物镜FL的方向。对于和图7中所示的离轴角度一样小的离轴角度，组合的物镜cFL必须被使用取代基于单个离轴体光栅VG的透镜。

[0161] SLM上的轴上照明——垂直入射或以0°度照明角度的前光式照明单元FLU——结合基于双折射板(萨伐尔板)的光束移位的使用具有关于双折射板的厚度的限制。方解石(calcite)提供所谓的略大于6°度的离散角(walk-off angle)，并且高度双折射聚合液晶(LC)可以实现例如7°度的离散角。这等同于横向位移并且不影响坡印亭矢量(pointing vector)。换句话说，光以0°度冲击四分之一波阻滞板和反射镜平面。偏振被四分之一波阻滞板改变为正交的偏振，并且背反射光经过双折射板而没有任何横向位移。这意味着，提供7°度的最大离散角度，这导致双折射板的最小厚度，双折射板的最小厚度大于像素间距的八倍。并且这仅是单程的，就是说，全部光束路径的一半。在从反射镜平面返回的路径中没有位移。因此，存在于相位调制像素和振幅调制像素之间的有效距离大于像素间距的十六倍——这是不实际的。由于被衍射引入的相邻像素之间的串扰，距离的限制是沿着相干方向存在的像素间距的约十倍。换句话说，双折射板以0°度入射的照明光的使用不提供衍射孔之间的适度短的距离，并且因此此处不充分工作。这就是为什么可以使用附加的略微离轴照明。

[0162] 图8描述了显示设备的可替代实施例，该显示设备在透射下工作并且横向组合空间光调制器设备SLM的显示面板的相邻振幅调制像素和相位调制像素。

[0163] 背光式照明单元BLU以与垂直入射角度偏移25°度照明SLM布置。倾斜入射的离散值取决于显示设备的离散实施例，并且可以是例如10°度至45°度。倾斜入射的优选值也取决于SLM的可寻址透射层所使用的液晶(LC)模式，该液晶(LC)模式可以是例如平面内或者平面外LC模式。高的技术努力将是需要的以便对于像素的不同子集使用不同的LC组成。因此，可以被用于子像素的两种类型(振幅调制像素、相位调制像素)的LC混合物可以是相同的，而不是不同的。图案化的光控取向不是问题，并且因此对齐层的不同取向对于像素的不同子集来说是实际的。换句话说，对于相位调制像素和振幅调制像素，优选实施例也使用了单一LC组成，其例如包含超过20种不同的化学成分。然而，相位调制像素和振幅调制像素的对齐可以是不同的，并且因此被优化以便适应所使用的像素的两个子集的不同要求。相同的LC组成可以被用于不同类型的操作，就是说，例如用于平面内或者平面外操作。因此，用于相位调制像素和用于振幅调制像素的电极布置可以是不同的。

[0164] 具有段的图案化的偏振滤光器pPF的平面是不需要的。偏振过滤段可以被使用，以便避免相邻像素之间的串扰。最简单的方式(关于所示的元件pPF)是不使用偏振滤光器段(pPF)的平面，其中段根据相位调制像素和振幅调制像素的顺序被嵌入。

[0165] 下一个功能性步骤(关于元件pPF)是使用仅在振幅调制像素a的出射孔处的偏振滤光器段pPF和在相位调制像素p的反射后端处的反射镜段MS。这也意味着，在SLM布置的出射平面后方的非结构化的偏振滤光器平面可以被使用。吸收性偏振滤光器是优选的，以便提供全息生成的图像的高对比度，如例如1000:1。

[0166] 第三个功能性步骤(关于元件pPF)是使用提供正交操作的嵌入的偏振滤光器段的图案。由于所使用的LC模式导致的偏振旋转在这里也必须被考虑在内。

[0167] 最后，优选实施例是使用反射型偏振滤光器段作为例如在相位调制像素p的反射后端处的线栅偏振片段。线栅偏振片段可以涂覆有图案化的吸收性薄膜，该图案化的吸收性薄膜充当用于要抑制的偏振的黑色掩模。在优选实施例中，吸收型偏振滤光器段被放置在振幅调制像素的出射孔处。

[0168] 相位调制像素依赖于反射镜、包含用于抑制串扰的结构化的偏振滤光器的振幅调制像素。

[0169] 详细参考图8，被设计为背光式照明单元BLU的照明单元提供沿着相干方向出现的具有≤1/60°度的平面波的角谱(ASPW)的准直光。准直光由照明单元BLU以限定的照明角度发出，其是例如25°度。另外，照明单元BLU的出射偏振被限定并且高偏振角度出现。因此，图8中所示的SLM被以限定的条件照明。

[0170] 光然后以限定的顺序经过所示的光学元件。光首先冲击相位调制像素p。在引入相移的相位调制像素p的后端处，提供反射元件。提供包含反射镜段MS的反射镜是足够的。也可以使用结构化的线栅偏振片。覆盖相位调制像素的后端的反射镜段MS的使用关于相对于所获得的图像对比度降低制造成本可以是足够的。在SLM的出射平面处，反射镜段MS被放置成邻近偏振滤光器段pPF。形成为透射型偏振滤光器段的反射镜段MS和偏振滤光器段pPF被嵌入到彼此内，这通过例如使用反射镜段MS和偏振滤光器段pPF的交替布置来提供。换句话说，反射镜段的布置被嵌入在偏振滤光器段的布置内。冲击相位调制像素p的光从反射镜段被反射回，其中因此在相位调制像素p内实现双路径布置。因此，降低了2π相移所需的可寻址透射层——优选为LC层——的厚度，2π相移必须通过相位调制像素p来提供。使LC层的厚度加倍是指将用于控制SLM的像素的切换速度降低为1/4。这适用于大多数LC模式和保持恒定的电压。混合对齐向列液晶(HAN LC)模式和可替代的平面内LC模式作用不同。LC层的降低的厚度在实际电压下提供更高的帧速率。这意味着不需要显著增加电压。增加电压引起关于背板的实施的显著的技术努力，背板是提供SLM的显示面板的电控制的电路。因此，对于相位调制像素p实现的在SLM内的双路径布置是非常有利的。

[0171] 此外，两次经过相位调制像素p的光传播到反射平面RP，反射平面RP提供以反射镜元件M的形式的结构化的反射器的图案。反射平面RP包含提供变迹的变迹轮廓Apo。该变迹轮廓被形成为分段的振幅变迹轮廓并且可以例如是凯撒-贝塞尔窗或高斯分布。最终得到的复值像素的变迹效果是降低存在于复值相位和振幅空间光调制器SLM的出射平面内的空间频率，并且因此降低SLM栅格的较高衍射级的强度，该较高衍射级的强度本来会干扰通过观察窗VW观察重建场景的用户的相邻的眼睛。也可以在相位调制像素p的前方或者甚至振幅调制像素a的后方提供变迹轮廓，以便提供能够降低较高衍射级的强度的内部像素强度分布。

[0172] 经过变迹轮廓Apo的光冲击以四分之一波板QWP的形式的结构化的阻滞元件，四分之一波板QWP包含对于单程引入λ/4阻滞的四分之一波阻滞元件段QWPS。四分之一波阻滞元件QWP的这些段QWPS被放置在反射镜元件M的顶部上，反射镜元件M生成分段的反射镜平面。光然后被反射回并且四分之一波阻滞元件QWP被再次经过。因此，生成与入射偏振正交的偏振状态。这意味着例如偏振的TM(横向磁场)取代偏振的TE(横向电场)，或者偏振的LCP(左圆偏振)取代偏振的RCP(右圆偏振)。使用偏振的这一变化，以便最终降低相邻像素的串扰，相邻像素的串扰最终导致增加的图像对比度。提供振幅调制像素a所需的入射偏振也可以被使用，其后来将遵循光学路径。

[0173] 被反射镜元件M反射回向前方向的光冲击振幅调制像素a。在振幅调制像素a的出射平面处，放置图案化的偏振滤光器pPF。关于振幅调制像素，图案化的偏振滤光器pPF是图案化的偏振滤光器pPF2的平面，图案化的偏振滤光器pPF2是从光的传播看经过SLM的第二个偏振滤光器段。在振幅调制像素a处，吸收型偏振滤光器段是优选的，其被定向为正交于另一组嵌入的图案化的偏振滤光器段pPF1，另一组嵌入的图案化的偏振滤光器段pPF1与相位调制像素相关并且被用在相位调制像素p的反射后端处。这些图案化的偏振滤光器段ppPF1是在光通过SLM的路径上传播中看到的第一个。例如，可以使用图案化的线栅偏振片。可选择地，放置在反射镜段MS前方的吸收型偏振滤光器段也可以提供在相位调制像素p的后端处所需的偏振选择性反射。然而，相比于图案化的线栅偏振片，将出现增强的吸收。

[0174] 该图案化的偏振滤光器pPF提供相邻像素的串扰的抑制。关于以上讨论的振幅调制像素a，吸收型图案化的偏振滤光器(pPF)是优选的。图案化的偏振滤光器(pPF)也可以被放置在振幅调制像素a的入射平面处。

[0175] 在经过相位和振幅空间光调制器SLM之后，光传播到物镜FL，物镜FL是例如体光栅或者体光栅的堆叠。物镜FL聚集波场，该波场包含待重建到聚焦平面上的三维对象点的所有波场段，其可以等同于平均用户距离。在经过物镜FL之后，垂直衍射或者垂直追踪通过例如使用包含具有单独控制的电极线的平面内液晶(LC)光栅的垂直追踪单元VT来引入。包含平面内LC光栅的水平追踪单元HT可以被使用，以便提供水平追踪。

[0176] 图8中所示的本发明的该可替代的离散实施例可以是要改变的对象。例如，入射到SLM上的倾斜角度可以被改变。改变的倾斜入射角导致改变的透明基板TRS的厚度，透明基板TRS被用在相位和振幅空间光调制器平面与承载结构化的反射镜平面的反射平面RP之间，结构化的反射镜平面被放置在背光式单元BLU与相位和振幅空间光调制器平面之间。可以使用薄玻璃片作为透明基板TRS。已经存在一些以例如100μm、75μm、50μm或甚至25μm厚度的卷的玻璃片。重要的是，将存在于增加衍射的反射平面RP中的第一个图案化的结构和位于SLM的出射平面处的最后一个图案化结构之间的路径长度限制为是所使用的像素间距的十倍。这适用于光的相干方向，即在使用SLM中的子全息图的二维(2D)编码的情况下是两个方向。此限定实际的几何结构。更准确的说，来自第一阵列型孔的平面和出射平面的路径长度必须被优选地限制为是所使用的像素间距的十倍，第一阵列型孔的平面是相位和振幅空间光调制器SLM前方的平面，出射平面是相位和振幅空间光调制器SLM的平面。这意味着对于12.5μm的像素间距(例如移动全息平板显示器)是125μm，对于25μm的像素间距(例如全息台式应用)是250μm，并且对于80μm的像素间距(例如全息电视应用)是0.8mm。变迹结构也可以被放置在入射平面处，即，在相位调制像素p的前方。在SLM结构内使用一些变迹平面是可选择的，其可以被使用例如以便增宽组合所用的光学路径的像素间距限制10倍。

[0177] 在图9中描述了根据本发明的显示设备的优选实施例。可以使用具有液晶(LC)的ECB(电子控制双折射)模式的该显示设备。作为具有复值像素的可寻址透射层LCL，液晶(LC)层可以被使用。由于LC层LCL折射率的所需调制，优选的是，对于基于布拉格衍射的体光栅的大衍射角，使用TE偏振光。光的偏振状态可以根据离散实施例的需要通过例如改变照明单元——这里是以背光式照明单元BLU的形式——的取向或通过增加附加消色差阻滞器平面来改变，附加消色差阻滞器平面可以被放置在背光式照明单元BLU和空间光调制器SLM的入射平面之间。例如，发射TE(横向电场)偏振光的照明单元就所实施的光学设计而言可以被旋转90°度，以便通过TM(横向磁场)偏振光取代TE偏振光来照明SLM。因此，例如TE、TM CLP或CRP光可以根据需要被提供用于离散实施例。通过例如使用聚合LC化合物可以有成本效率地生成消色差阻滞器。为了更好的理解，所示的背光式照明单元BLU(侧视图)相对于SLM(俯视图)被旋转约90°度。

[0178] 如在图9中可以看到的，线性偏振光进入SLM，这里线性偏振光是TM偏振(这里俯视图取代侧视图)，SLM是由LC层LCL和反射平面RP组成的夹层，反射平面RP被提供在背光式照明单元BLU的后方并且形成SLM的入射平面。在LC层LCL和反射平面RP之间，提供透射基板TRS作为间隔件。在使用ECB模式的情况下，在LC层LCL中，相位调制像素p改变相位而不改变偏振状态。这是由于LC层LCL中的液晶的取向导致的。相位调制像素p的光轴是在TE偏振光的电场的平面中。

[0179] 通过位于相位调制像素p的后端处的反射镜段MS从相位调制像素p反射回的光被向后定向到背光式照明单元BLU并且冲击作为结构化的平面的反射平面RP，反射平面RP包含反射段M、变迹轮廓段Apo和引入2xπ/4＝π/2(2xλ/8＝λ/4)的阻滞的四分之一波元件段QWPS。因此，获得圆偏振光，该圆偏振光可以是例如LCP光或者RCP光。

[0180] 在相位调制像素p的后端处的反射镜段MS和SLM的入射平面或者反射平面RP的反射镜元件M，可以例如通过使用金属或电介质反射镜堆叠或甚至它们的组合而制成。铬(Cr)或者铝(Al)可以被用作金属电极，这已经是公知的。

[0181] 从反射平面RP反射回的光也可以根据需求形成并且可以具有取决于LC和所使用的LC模式的TE、TM、LCP或RCP偏振状态，反射平面RP也是SLM的入射平面。

[0182] 如图9中所示，振幅调制像素a通过圆偏振光来照明，圆偏振光是例如RCP光或LCP光。这里在ECB模式下工作的振幅调制像素a通过引入可控阻滞来改变偏振状态。因此，例如LCP光可以被改变成TE光。振幅调制像素a使用透明ITO(氧化铟锡)电极。多个LC模式可以被用作例如TN(扭曲向列)或者实现例如在LC层的一侧处的LC平面内旋转的平面内旋转LC模式，可以被用作实现LC层的中间的LC平面内旋转的混合对齐向列(HAN)模式或者LC模式。

[0183] 在复值像素后方提供的并且是例如吸收型线栅偏振片的偏振滤光器PF阻挡光的非TE偏振部分，并且因此将作为第二控制像素的振幅调制像素a的阻滞变换成真实的振幅调制。通过使用消色差或者复消色差阻滞器层，SLM的入射平面的偏振可以被适应，消色差或者复消色差阻滞器层可以被附接到背光式照明单元BLU的出射平面。随后在光束路径中提供另一个例如消色差或者复消色差阻滞器层/四分之一波板QWP，以便通过垂直追踪单元VT和/或水平追踪单元HT来提供用于角度精细追踪的例如偏振型LC光栅的右偏振状态。

[0184] 像素平面可以包含用于RGB的滤色器CF，滤色器CF例如可以被用于一维编码的垂直视差电视显示设备。在图9中，振幅调制像素a被提供有滤色器CF。对于二维编码的显示设备，可以使用时间多路复用技术，而不使用图案化的滤色器CF。

[0185] 形成为棋盘图案或者条形图案的图案化的偏振滤光器/分析器被提供至少用于防止相邻像素之间的串扰的至少一个通道处。此外，入射通道CH也可以配备有提供正交偏振光的透射的图案化的分析器，这里通道CH相当于复值像素的光束路径并且由于它是虚拟通道，因此在图9中以虚线示出。因此，信噪比可以被提高。使用术语通道是关于光学功能，其意味着光沿着分开的通道经过SLM，其与提供相位调制像素p和振幅调制像素a的组合的复值有关。

[0186] 参考图10和11，以下部分描述了光在SLM内的传播距离。出现在SLM内的光的传播距离必须被限制，以便保持像素串扰的量和所需要的一样低，这意味着可以得到例如>1:100或者甚至>1:1000的那样低的图像对比度。

[0187] 图10示出了在相位调制像素和振幅调制像素的平面和包含反射镜段的SLM的入射平面之间使用的透明基板的厚度d的实际范围，反射镜段可以被提供有附加变迹轮廓。厚度d的范围取决于复值像素的间距。对于SLM的二维(2D)编码，必须使用最小间距来限定最大厚度d。用于SLM的照明的角度范围被限制为25°度，这个角度对于一些LC模式和例如对于ECB模式是可接受的。因此，图10的图表的左下部分被切除，以便将该范围标记为不实际的，因为角度范围大于25°度。这一部分用白色示出。在图表的右手侧上切除的另一部分被超过极限复值像素的间距的10x的传播距离限定。该10倍像素间距的限制是考虑到光学近场的模拟的结果。

[0188] 发生在SLM的入射平面处的衍射将导致SLM的像素平面内的像素间串扰，SLM的像素平面被放置在入射平面后方。所使用的波长越大并且像素孔越小，在像素平面内出现的串扰越大。因此，可以在上述提及的两个结构化的平面之间引入的传播距离必须被限制。模拟导致10倍像素间距的限制。这就是为什么大于该值的像素间距值在图10内被切除。

[0189] 对于上述提及的模拟，不考虑偏振管理。然而，由于偏振管理，引入串扰的SLM的入射平面处的衍射随后在显示设备中被阻挡。因此，减少了可以出现在相邻像素之间的串扰。这意味着由于偏振管理较大的厚度范围可以被使用。

[0190] 这限定图10和图11之间的差异。如图11中所示，用于SLM的照明的角度范围也被限制为25°度，这个角度对于一些LC模式是可接受的。因此，图11的图表的左下部分也被切除。这限定关于来自照明单元和入射到SLM上的光的入射角的非实际范围。图表的右手侧上被切除的另一部分是通过超过极限复值像素的15x间距的传播距离来限定。

[0191] 因此，有利的是，由于偏振管理，可以增加透明基板厚度d或覆盖基板/玻璃厚度d。

[0192] 如果可以使用增加的厚度d，那么由于从光的传播看提供在可寻址透射层的顶部上并且包含SLM的入射平面的反射镜段的覆盖玻璃的厚度变化导致的单波段的横向位移是不太关键的。这是由于厚度d和厚度公差Δd的关系(d/Δd)。例如，对于100μm的基板厚度实现±2μm的总厚度变化就生产成本而言与对于50μm的基板厚度实现±1μm的总厚度变化相比是比较便宜的。

[0193] 如图10和11中所示，LC模式是优选的，其可以以得到减少数量的部件的方式被使用。因此，一种选择是例如避免在透射型复值平面内SLM的入射平面内所使用的结构化的阻滞。这也意味着偏振状态的改变可以通过用于最终调制振幅的第二振幅调制像素——这意味着例如连同在SLM后方的光束路径中随后使用的偏振滤光器——来补偿，偏振状态的改变可以由相移或所使用的像素来引入而不以可控的方式改变相位。

[0194] 这意味着可优选通过使用相移 ——相移不改变振幅a或者不改变偏振状态——来完成的复值调制也可以以其他方式通过使用提供作为相移和偏振状态的变化的组合的复值调制——其最终导致振幅的调制——的像素来实现。

[0195] 提供复值c的有利方式是其中a是振幅并且是相位。这意味着使用不改变振幅值的第一相位调制像素和不改变相位值的第二振幅调制像素。在这种情况下，振幅值必须被传送到振幅调制像素，并且相位值必须被传送到相位调制像素。

[0196] 可选择地，使用像素实施例和实现仅作为组合的复值的相关LC模式也是可能的。这意味着例如两个像素的状态必须被改变以便改变例如复值像素的出射平面的仅振幅或者例如仅相位。在这种情况下，振幅值和相位值可以被传送到查找表(LUT)，以便获得电子控制信号，该电子控制信号必须被传送到最终形成复值像素的两个像素。

[0197] 在图12a和12b中，描述了使用替代SLM配置来在显示面板内横向结合相位调制像素和振幅调制像素的实施例。然而，相位调制像素和振幅调制像素不被提供在同一平面内，而是以横向的方式被设置并形成因此形成的复值的基于MEMS(微机电系统)的SLM的复值像素。该基于MEMS的SLM包含MEMS阵列，该MEMS阵列具有多个略微彼此替代的反射镜元件。相位调制像素p通过使用活塞反射镜元件PME来实现，该活塞反射镜元件PME具有包含反射表面RS的反射平面RP和用于在图12b中箭头所示的方向上移动活塞反射镜元件PME的致动器A。振幅调制像素a通过使用反射镜元件ME来实现，反射镜元件ME被固定并且可以由致动器A来控制。反射镜元件ME具有面向活塞反射镜元件PME的反射表面RS的反射表面RS。此外，通过由执行器A控制反射镜元件ME并且因此反射表面RS，反射表面RS可以改变其形式，使得入射光可以被指向预定方向。因此，反射表面可以从图12a中所示的OFF状态下的足够的平面表面被改变为弯曲平面(例如凸平面或者凹平面)，或者在图12b中所示的ON状态下以一角度形成的平面。活塞反射镜元件PME和反射镜元件ME仅以简化的方式示出。

[0198] 图12a示出了在OFF状态下的复值像素，其中在图12b中示出了在ON状态下的复值像素。在OFF状态下，光首先被导向以反射镜元件ME的形式的振幅调制像素a。因为在OFF状态下，反射镜元件ME不被致动器A控制，所以入射光被反射回朝向其入射方向，如在12a中的双箭头所示。在ON状态下，反射镜元件ME是通过施加电压到致动器A来控制，其中反射表面RS以这样的方式被改变，即，使得入射到反射镜元件ME上的光的强度被调制并且然后被导向用于调制光的相位的活塞反射镜元件PME。经相位和振幅调制的光然后被导向例如用于将光聚集到用户空间的如图8或者9中所示的物镜(在图12b中未示出)。

[0199] 图12a和12b仅示出了一般实施例。活塞型反射镜PME可以被用于相位调制的直接和直观的实施方式。提供倾斜的反射镜元件ME通过倾斜图12b中所示的光束路径中随后离开孔径光阑AS的波段给予振幅的间接调制。可以阻挡光进一步传播进入用户空间的该孔径光阑AS可以由SLM的出射孔径光阑的阵列形成。在由SLM提供的复值像素的出射孔径光阑的不对称强度分布存在的情况下，在全息编码的过程期间可以考虑修正。

[0200] 图13示出了本发明的显示设备的另一个实施例。在该实施例中，沿着不同的单个可控的方向照明组合相位调制像素和振幅调制像素的SLM。这意味着例如沿着两个或者四个不同的入射角来照明SLM，两个或者四个不同的入射角可以根据需要被转换成ON或OFF。这在图13中以通用的方式示出。

[0201] 在此以简化的方式示出的SLM被设置以便如果沿着一些离散方向被照明，则提供复值调制。图13示出了在两个方向D1和D2被照明的SLM。SLM可以是例如在图6、7、8和9中所描述的SLM。这里未示出的照明单元提供照明SLM的光的不同的出射角。该光通过切换ON或OFF照明单元内的不同光源或者照明方向来控制，照明单元例如是基于楔型的背光式照明单元。

[0202] 在SLM后方，可以提供包含不同的物镜功能的多路复用体光栅。这可以是例如物镜功能1和物镜功能2。物镜功能1可以具有+10°的焦点横向偏移，并且第二物镜功能2可以具有-10°的焦点横向偏移。因此，追踪范围可以通过该粗糙追踪来增加。因此，SLM的光出射角适合于一些离散物镜几何结构。

[0203] 图14被称为平面波的角谱，其中这里仅描述一个示例。图14的曲线示出了基于布拉格衍射的体光栅的衍射效率，其实现了空气中84.26°度/PMMA中0°度的衍射的几何结构，根据所设计的布拉格角度的不同，其在具有折射率n0＝1.5的平均值的介质内是–41.55°度/0°度，所设计的布拉格角度是光栅的设计入射角。所使用的体光栅的厚度是dHOE＝16μm[0204] 高达1/60°度的平面波的角谱可以沿着照明的相干方向(在全息显示设备中)被使用，以便提供直到显示设备外的距离的高清晰度观看(HD)，显示设备外的距离是到用户眼睛的距离的一半。

[0205] 如果理解了基于追踪观察窗的全息三维(3D)显示设备的工作原理，则可以认识到的是，这也意味着使用扩展光源取代点光源并且不需要光学单模纤维。因此，可以使用具有所谓的光束质量因子M2的激光光源，光束质量因子M2明显大于1。在此所描述的该应用内使用点光源毫无意义，点光源将增加高程度的互相干性|μ12|的绝对值。

[0206] 显示设备中的不相干方向可以使用例如0.5°度到1°度，以便跨越最有效点(sweet spot)。例如通过基于布拉格衍射的体光栅可以提供十倍光束扩展。另外，表面起伏光栅或者偏振光栅可以用于此。平面波的角谱必须被提供为平面波的不相干叠加。这是物理上的平面波的角谱。并且这意味着波前或者波段的曲率在这里不是问题。

[0207] 这里优点是，平面波的角谱可以被提供为至少沿着一个方向的动态散射和至少沿着一个方向的静态延伸散射的组合。然而，平面波的角谱不能被提供成仅作为静态散射功能。在这里这将毫无意义。

[0208] 例如提供在(背光式)照明单元内的10x光束扩展的体光栅可以具有小于所需角度的角度可接受度。这意味着对于一维编码，角度可接受度应该是<1/60°度，对于相干方向和入射方向，角度可接受度应该是小于0.5°度到1°度。在这种情况下，主照明可以提供被体光栅所接受的平面波的角谱。例如，参考图14，具有厚度为dHOE＝16μm的体光栅衍射±0.2°度(在PMMA中)，衍射效率为η≥0.9，厚度为dHOE＝16μm的体光栅实现了空气中–84.26°度到PMMA中0°度的几何结构，其在PMMA中是41.554°度/0°度。在空气中，该(41.554±0.2)°度(PMMA)的范围被转变成(82.33到87.31)°度(空气)。该范围可以通过使用电介质抗反射堆叠来进行低耗能折射，这意味着该角度范围可以被折射到≥90％。因此，出现在SLM后方的±0.2°度的平面波的角谱可以以>0.81(1等同于100％)的效率被传送。在3m的观察距离处，该±0.2°度的平面波的角谱提供±9.42mm的最有效点，其总共是18.85mm并且比所需的更大。

[0209] 人眼的入射光瞳具有2mm至3.5mm的直径。这必须被考虑到，特别是对于电视应用。模拟显示设备的追踪单元的x-y-z分辨率是约±1mm。对于电视应用，这意味着甚至小于±
0.1°度的平面波的角谱是足够的。

[0210] 然而，例如对于电视的大屏幕和减少的观察距离可以需要跨越最有效点的平面波的增加的角谱。在这种情况下，平面波的角谱的动态部分可以通过增加另一个静态或者动态的一维(1D)散射功能、增加例如另外的±0.2°度来增加，平面波的角谱是例如±0.2°或者±0.1°。

[0211] 关于所描述的实施例，纯粹的一维静态散射没有任何意义。然而，与基本动态部分相结合，它在某种情况下可以是有意义的。换句话说，可以通过使用±0.2°度的第一基本动态部分来生成±0.4°度的平面波的角谱，其通过使用基于第二或者二次静态衍射的部分来增宽。

[0212] 然而，例如图4中所示的楔型照明单元可以被稍稍改变，以便提供例如±0.4°度的增加的平面波的角谱，甚至无需使用静态衍射元件或者甚至动态散射元件。可以改变第一小条形体光栅(图4中的VG1)，以便在例如仅是7x的减小的光束扩展因子下工作。因此，满足意味着例如用于电视显示设备的一维子全息图编码要求的平面波的更宽的角谱可以被传送通过基于布拉格衍射的第一体光栅VG1。第二体光栅VG2(在图4中的VG2)仍然可以在10x或者20x光束扩展下工作。对于该示例，提供沿着垂直显示方向的SLM的一维(1D)子全息图编码。

[0213] 下面描述用于平面内复值空间光调制器SLM的照明单元。

[0214] 用在基于双折射的偏振状态的变化中的现有技术的SLM能够在明显超过±10°度的范围的平面波的角谱下工作而不损失例如10000:1的高图像对比度。换句话说，即使出现平面波的增宽的角谱，也可以得到准确的振幅值。

[0215] 为了获得准确的相位值，必须使用平面波的适度小的角谱，例如1/60°度。只要在用户空间内传播的平面波的角谱小于或者等于1/60°度(±1/120°度)，波场就可以被用于生成满足高清晰度标准(HD)的三维(3D)全息图像。

[0216] 参考图15，描述了优选的照明单元，特别是背光式照明单元。

[0217] 背光式照明单元的光束扩展因子是M(用于光学系统的放大率)或者M_x和M_y，并且限定平面波的角谱的变化，该平面波的角谱的变化是光束扩展因子的倒数值。因此，必须提供在其≤±1/120°度的出射平面处的平面波的角谱和M_x＝M_y＝10的光束扩展因子的背光式照明单元可以通过≤±1/12°度的平面波的角谱来照明。

[0218] 这适用于编码的相干方向，编码的相干方向可以是例如仅对于垂直视差的垂直方向，或者如果使用二维编码是水平和垂直方向。不相干方向可以在跨越所需的最有效点的平面波的更宽的角谱下工作，对于电视应用其是例如±0.35°度或者甚至例如±(0.1-0.2)°度的更小的值。

[0219] 有利的是，避免保持单模纤维和光束形状参数的偏振的使用，光束形状参数也被称为光束质量因子，M2接近1。用于限定光束质量的符号是M2。值接近1表示接近限定最佳理论效果的高斯光束的光束，M2＝1。为了将光以足够的方式耦合到单模纤维中，M2接近1是需要的。这是由于以下事实：不在TE00高斯模式内传播的光将不被导向到单模纤维内。增加的光束参数结果M2导致降低的耦合效率。

[0220] 通过扩展光源的使用，M2>1.2的光束参数是实际的。可以使用扩展光源，该扩展光源是单色的并且显示出现在光源的区域内的动态随机相位调制。实际的实施例是提供动态和随机相位调制和适合的强度分布的形成的移动的散射平面，适合的强度分布例如被用于照明准直单元并最终照明整个空间光调制器SLM平面。

[0221] 图15示出了能够被用在全息一维(1D)或者二维(2D)编码的三维(3D)显示器内的准直单元的紧凑设置的设置。

[0222] 可以通过作为具有小型激光器模块的光源的光源LS来提供原色RGB(红、绿、蓝)，小型激光器模块实现例如在几cm2内的1W光学功率。在本说明书内，提供全息显示器，该全息显示器将光源成像到人眼的入射光瞳的平面中。对于二维(2D)编码，初始光束的圈形形状是优选的，其具有例如在0.5mm到2mm的范围内的直径。

[0223] 偏振滤光器/分析器可以被提供在例如照明模块/光源LS的准直透镜COL的后方。作为偏振滤光器的吸收型线栅偏振片是优选的。吸收型线栅偏振片通过对标准线栅偏振片应用附加氧化过程来实现。实现TE/TM>1000:1的偏振定量的激光模块是可用的标准部件。
偏振滤光器不是必须的部件。

[0224] 作为反射镜的反射元件M被使用，以便将初级光束RGB导向到形成为工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B的受控制的相位随机元件上，相位随机元件对于相关颜色和对于离散的光束直径进行优化。从最终成像到人眼的入射光瞳的平面上的意义上讲，工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B在充当光源平面的三个平面上。工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B的相位轮廓在准直透镜COL的焦距处生成平顶强度分布。因此，准直透镜COL通过单色光强度分布来照明。通过使用三个最佳的工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B，对于每个颜色RGB，可以以分开的方式获得最佳结果。

[0225] 通过使用工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B，可以在空间随机分布中提供多个不同的相位值。因此提供相当快的动态相位随机选择。也就是说，对于每一个帧，使用多个不同的随机相位分布。具有例如16个不同的相位水平的主控制可以通过使用紫外光可固化粘合剂被复制。这是低成本标准工艺。

[0226] 可选择地，二元相位板也可以被用作使用空间随机形状的相位随机元件或工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B，以提供在动态移动模式下的平顶光束形状。这些类型的工程扩散器是可用的标准部件。一些公司提供定制化功能，这意味着调整参数到离散要求并因此得到最佳强度分布而无需损失显著量的光功率。

[0227] 更先进的相位随机元件可以通过使用提供三个几何结构的基于布拉格衍射的体光栅薄膜或者基于单个多路复用布拉格衍射的体光栅薄膜来实现。该相位随机元件可以被实现例如作为反射全息图或者作为透射全息图，其例如在(30或45)°度的入射角或者法向出射角下工作。多路复用光栅能够以独立分开的方式且仅一个薄片设置(以单个薄片的布拉格体光栅)对每种颜色进行优化，薄片设置可以在单个PZT(压电)元件下工作。

[0228] 包含帧的薄片移动PZT元件可以在商业摄像机中使用，以便如果被打开通过施加振动在CCD或CMOS成像芯片前方提供灰尘去除。可以使用大于>10μm的结构尺寸，其意味着在0.5mm以下的范围内的横向动态移动对于工程扩散器/动态相位随机元件可以是足够的。通过使用具有相位偏移的两个PZT元件，可以实现旋转运动和利萨如图形(Lissajous figure)。

[0229] 用于调节的图15的反射元件M或反射镜提供关于准直单元的光轴的小角度偏移。这可以例如被用于补偿小角度偏移，该小角度偏移可以存在于在背光式照明单元内使用的基于布拉格衍射的体光栅中。背光式布置是例如两重楔型布置，该两重楔型布置使用引入例如10x到15x的第一水平光束扩展的第一体光栅条和实现沿着垂直方向的例如10x到15x的第二光束扩展的第二显示器尺寸体光栅。

[0230] 移动放置在工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B处的光斑改变分别对于每个原色RGB的平均输出角度，移动光斑可以通过反射镜调节来进行。压电转换元件PZT-R、PZT-G和PZT-B提供例如以大于20kHz的频率的工程扩散器ED-R、ED-G和ED-B的横向移动。因此，确保在冲击人眼的每个帧内的动态相位随机性。单个帧的光可以仅具有例如1ms到5ms的时间帧，单个帧的光是由显示设备显示到入射到眼睛上的单一颜色的用户的一只眼睛的单个帧。因此，光源平面的动态相位随机性必须是适度地快。

[0231] 组合具有两个二色涂层的棱镜的以彩色光束的形式的彩色光束组合元件CBC被用于生成白色光源，该白色光源被提供在准直透镜COL的焦平面前方。在通光孔径内不具有分段的棱镜型是优选的，例如所谓的飞利浦型颜色组合棱镜布置。X-立方体用在全息显示设备内不是优选的，由于存在于通光孔径的不同部分之间的任意相位跃变。

[0232] 提供沿着两个方向的失真10x放大率的背光式照明单元将存在于照明单元的入射表面处的1/6°度的平面波的角谱改变成将照明SLM的1/60°度。

[0233] 使用具有焦距f_c的准直透镜能够使用具有d_LS＝f_c*tan(1/6°度)的直径的圆形光源。因此，f＝400mm允许使用d_LS＝1.16mm，同时实现将照明SLM的1/60°度的平面波的角谱。SLM中的子全息图的二维(2D)编码要求光源的对称形状。

[0234] 照明SLM所需的空间相干性的最大横向尺寸取决于重建的对象点的z位置(对象点到SLM)的最大正值。因此，将最大z值限制为从显示设备平面到用户的距离的一半意味着将子全息图的有用尺寸的最大值限制为等于或者小于观察窗(VW)的尺寸，其跨越用户平面中0th和1st衍射级之间。

[0235] 当限定子全息图的最大尺寸时必须被考虑的用户眼睛的入射光瞳的最大直径是dEP＝5mm。人眼的入射光瞳取决于亮度，并且子全息图的尺寸dEP＝5mm仅当亮度在仅一些cd/m2范围中——例如10cd/m2——时被得到。

[0236] 在SLM平面内，空间相干性的区域被编码在SLM中的子全息图的尺寸的最大值限定。该尺寸取决于重建对象点的最大距离zmax。对于最大距离为zmax＝1/2倍的到用户的距离，子全息图的最大尺寸dsub-hologram-max与在用户平面内提供的观察窗的尺寸相同并且因此是例如10mm。

[0237] 人的瞳孔的尺寸取决于重建场景的亮度。对于300cd/m2的亮度，人的瞳孔的典型值是并且对于30cd/m2的亮度，人的瞳孔的典型值是因此，子全息图的最大尺寸为dsub-hologram-max＝5mm足以重建在人眼的分辨率极限下的对象点。
因此，空间相干性的区域可以被选择为5mm。

[0238] 如上所提及的，5mm的子全息图是足够的。然而，在大于30cd/m2的亮度下呈现的三维(3D)场景导致的瞳孔，并且因此可以在仅的空间相干性的区域内工作，30cd/m2的亮度具有用于全息显示设备所使用的标准的最大的可能性。因此，对于zmax＝1/2倍的从显示设备平面到用户的距离，的空间相干性的区域是绰绰有余的。

[0239] 详细地，计算成本通过增加子全息图的尺寸而增加，这必须被强加。该函数关系比线性的更强。这意味着代替使用10mm x 10mm＝100mm2的(二维的)子全息图尺寸，使用5mm x 5mm＝25mm2的尺寸将导致计算成本的降低，计算成本降低明显大于四倍。使用以圆的形式的子全息图进一步降低在SLM平面内占据的尺寸，并且因此进一步降低计算工作量。

[0240] 二维(2D)编码的显示设备仅可以使用光束扩展器，该光束扩展器提供在准直透镜COL的前方所需的光源尺寸。

[0241] 实验模拟：

[0242] 内径为dcore＝400μm且数值孔径为NA＝0.22的多模纤维的出射平面通过使用1:3.3成像安装的一对两个消色差透镜(f1＝30mm,f2＝100mm)被成像到准直消色差透镜的前焦面上，准直消色差透镜具有fcoll＝400mm和因此，待准直的光源的尺寸是
1.33mm。实验导致1.6mm而不是1.33mm。光源平面的数值孔径NA被减小到NALS＝0.066，其略高于准直透镜的数值孔径NAcoll＝0.624。

[0243] 1/6°度的平面波的角谱等同于＝1.16mm的待准直的光源的尺寸，1/6°度的平面波的角谱是±1/12°。实际实现的尺寸略微偏大。因此，安装具有0.9mm的直径的孔径光阑。经准直的波场被用于照明14英寸的楔型背光式照明单元，14英寸的楔型背光式照明单元通过使用基于布拉格衍射的体光栅实现二乘以10x的失真光束放大率。光束直径的放大率导致平面波的角谱的缩小。因此，背光式照明单元前方的±1/12°度的平面波的角谱被转变成±1/120°度的平面波的角谱，±1/120°度的平面波的角谱被用于照明14英寸的两个面板相位+振幅-SLM。获得良好的重建。

[0244] 然而，重建采用0.9mm(待使用的孔径光阑)的光源尺寸并且通过使用脉冲激光照明的优化的同步进行测试。另外，用于实现光源的纤维振动型动态随机相位调制的扩音器被音圈布置取代。对于初始测试，50Hz的频率和方形脉冲调制被用于纤维振动。

[0245] 下面的描述涉及空间光调制器设备SLM中的子全息图的一维(1D)编码。

[0246] 使用SLM中的子全息图的一维(1D)编码意味着改变沿着方向所使用的照明单元的设计角色，沿着该方向，所谓的最有效点随后被形成。出现在用户的眼睛的平面中的最有效点不能超过沿着正交方向出现的相干形成的观察窗的尺寸。

[0247] 例如在1米观察距离处，例如光束的±5mm的横向偏差相当于例如光束的±0.3°度的角度偏差，并且在3米观察距离处，±5mm的横向偏差相当于±0.1°度的角度偏差。这是必须被最有效点跨域的角度范围。因此，所使用的光源的非对称尺寸，对于1米观察距离是18:1，并且对于3米观察距离是6:1。

[0248] 当提供线形形状时，用于保持光源的数值孔径的一个可能性是使用光纤布置作为光源，光纤布置具有在入射平面内的例如圆形或甚至激光二极管适合的椭圆形形状和位于出射平面处的线形段。

[0249] 示例实验性测试：

[0250] 圆形到线性7-芯多模纤维被用作光源布置，其具有dcore＝200μm的内径和NA＝0.22的数值孔径。由于导致260μm的光纤直径的30μm厚的覆层，具有0.2mm x 1.58mm尺寸的光源线段通过使用具有fcoll_OAPM＝1m的焦距和的直径的离轴抛物面反
射镜被提供用于一维(1D)编码的颜色相位+振幅-SLM，光源线段是沿着线段的一些光纤的布置。离轴抛物面反射镜具有0.1的数值孔径，这意味着圆形到线性光纤束的数值孔径偏大，并且因此将导致能量的显著损失。因此，光纤的出射平面的放大率是需要的。M＝2的放大率将使光源的数值孔径降低到0.11并且扩展尺寸到0.4mm x 3.16mm。在使用fcoll_OAPM＝
1m不使用另一个光束扩展的该配置内，1/60°度的平面波的角谱等同于0.29mm的光源扩展。
这意味着狭缝形孔径光阑是需要的，狭缝形孔径光阑沿着空间相干方向不超过0.29mm。使用M＝2的放大率提供沿着最有效点方向的3.16mm的光源尺寸并且因此仍然略微偏小。然而，定制光纤束布置已经是可用的。因此，最有效点方向可以很容易地被扩展到例如8mm的尺寸。这也意味着例如具有150μm内径和30μm覆层的包含圆形到线性束的23纤维可以在M＝
2的放大率下使用，以便生成在0.11的数值孔径下的4.11mm x 0.3mm的光源尺寸，这仅仅略大于所使用的准直单元的数值孔径。

[0251] 圆形到线性束可以被定制以提供线形形状的光源，线形形状的光源具有例如6:1至18:1或甚至高达25:1的高宽比，同时提供沿着两个方向的大致相同的数值孔径。只使用圆柱形标准光学布置或者失真棱镜对可以提供线形光束形状，但将增加沿着相干方向的数值孔径，这将导致可避免的光学功率的损失。

[0252] 使用多模圆形到线性纤维束是有利的。如果所谓的4f设置被用于将线形纤维阵列的出射平面成像到准直单元的前焦平面上，那么可以在2f-设置的两个透镜之间提供偏振循环，如果放大率M≠1，则2f设置是2f1+2f2设置。

[0254] 可替代偏振分束器条纹偏振循环器，双折射板可以被提供在由两个完全相同的圆柱形透镜阵列形成的望远镜形布置的中心。第一圆柱形透镜阵列在双折射板的出射平面处生成带条纹的照明图案。双折射板的出射平面包含提供π/2阻滞的带条纹的消色差阻滞器。带条纹的所谓的π/2或λ/4阻滞的间距与圆柱形透镜阵列的间距相同。因此，在双折射板的出射平面处，可以得到单一偏振状态和相当均匀的强度分布。

[0255] 偏振循环布置可以被移动到两个消色差透镜中的一个以将线性纤维阵列的出射平面成像到准直单元的前焦平面上。因此，细节或者非均匀强度分布随后没有被成像到SLM平面上。

[0256] 如上面所描述的降低复杂度的布置使用工程一维(1D)散射元件，工程一维(1D)散射元件被提供在准直透镜的前焦平面处。形成为工程扩散器的该工程散射元件在提供准直透镜的位置处生成线形平顶光分布。生成工程扩散器的一维(1D)线的散射角和准直透镜的焦距以这样的方式进行选择，即，提供例如18:1光束形状。动态相位散射元件被用在待通过透镜——被称为准直透镜——准直的光源平面中。准直透镜必须被照明以便提供均匀强度分布。因此，散射元件必须提供适合的或者调整的散射分布，这意味着沿着限定的方向的限定的散射角度。

[0257] 例如，可以提供1mm的初始光束直径。当使用具有fBS＝25mm的焦距的准直透镜时，则生成工程扩散器的一维(1D)线必须以±19.8°度的散射角度工作并且提供均匀的光强度分布，这里在25mm的距离处其是18mm宽的线。对于二维(2D)编码，在待准直的扩展光源平面内使用的角度散射功能可以接近对称散射功能，但对于一维(1D)编码，它不是这样。

[0258] 从光的传播看，在所使用的准直透镜后方，生成由准直光形成的具有18mm x 1mm尺寸的线。因此，第二工程扩散器被放置在该准直透镜后方，第二工程扩散器提供扩展光源的动态统计随机相位分布。如果在准直透镜后方生成的并且照明待准直的光源的动态相位随机平面的线不是足够均匀的，则生成扩散器的第一工程一维(1D)线也必须以相当快的方式被移动，这可以通过将工程一维(1D)扩散器安装到例如在>20kHz下工作的压电元件(PZT)上很容易地完成。对于每个主光源，这可以被完成以便对于每个原色RGB的照明单独优化照明。

[0259] 实际解决方案是：在颜色组合棱镜的三个RGB相关入射平面前方设置三个线生成光源，颜色组合棱镜被提供在实现准直的消色差透镜前方，如在图14中可以看到的。在这种布置中，偏振循环是不需要的。

[0260] 因此，均匀且有成本效率的布置可以被使用以便提供用于照明SLM的平面波的调整的角谱。

[0261] 以下描述如何可以实现空间光调制器设备SLM的高填充因子。

[0262] 填充因子可以例如通过将光束整形功能增加到SLM的不同平面来增加。一种直接的方式是：在SLM板前方、在SLM板内或者在SLM板的出射平面处使用球形或者消色差透镜或者反射镜结构，SLM板例如也包括在SLM板后方的≤3mm的mm范围。

[0263] 示例性实施例是在SLM前方使用微透镜阵列或圆柱形透镜的阵列，其具有由相位调制像素和振幅调制像素的组合形成的复值像素的间距。SLM的入射平面的填充因子FF可以是例如FF＝0.5。不使用透镜阵列被反射回或者被吸收的光将被传送到SLM的入射平面的孔。因此，在这一点上，能量的损失被减半，从而增加能量传递。

[0264] 聚焦光增加其散度，即出现在焦平面后方的散度，焦平面在这种情况下是SLM的入射平面。增加散度将增加存在于复值SLM内的串扰。因此，可以降低串扰的偏振应用是有利的。反射平面或者反射镜平面也可以被提供有球面透镜功能或非球面相位功能以便增加能量传递，反射平面或者反射镜平面例如包含通用复值或振幅型变迹轮廓。然而，这会增加关于制造、产量和成本的太多复杂性。

[0265] 另一种方式是附加地使用上述的微透镜阵列、在复值SLM的出射平面后方的第二微透镜阵列。因此，能量传递被增加并且填充因子也被增加。较高的填充因子比较低的填充因子在SLM图案的较高的远场衍射级中将提供较少的能量，较低的填充因子将导致出现在观察窗外的光强度的增加，观察窗外是例如0th、+1st_y和+1st_x衍射级之间的区域。能量传递的增加和有效填充因子的增加彼此相关。

[0266] 以下的描述涉及远场校准。

[0267] 远场校准过程可以有利地被用于全息三维(3D)显示设备。远场校准是将光从其从主光源到用户的眼睛的入射平面的路径经过的显示设备内的所有部件的离散功能考虑在内的应用程序。这意味着测量和校准到达观察窗或者用户的眼睛所在位置的光的振幅值和相位值。

[0268] 因此，在观察窗内可以获得相位分布和振幅分布，观察窗通过SLM的每个单一像素来提供。一般而言，校准出现在用户的入射光瞳的平面内并且由每个独立像素生成的复值场分布不是必须的。由于以下事实：在显示设备内的大多数特性显示出仅略微变化的分布，选择代表性的取样点是有利的，代表性的取样点可以是例如整个像素计数的≤1％。

[0269] 可替代基于远场的校准，也可以使用近场校准。将复值SLM的出射平面成像到检测器平面上以便处理校准也是可能的。获得的结果可以被直接使用或者被用作校准数据，校准数据的数字传播到观察窗的平面上。

[0270] 不仅相位分布和振幅分布是感兴趣的。Δx、Δy的值也可以被测量，其中Δx是沿着x方向的名义像素网格的横向位移，并且Δy是沿着y方向的名义像素网格的横向位移。关于名义像素网格的横向偏差将生成出现在观察窗中的不正确的相位值。

[0271] 这些值可以被记录在查找表(LUT)中。根据记录在查找表中的值，略微个别的相位偏移应当被引入。这意味着SLM的名义像素网格Δx和Δy的个别横向偏移可以相对于对相位值的影响进行补偿，相位值必须在观察窗平面中生成。

[0272] 远场校准也可以将这些局部横向偏移考虑在内，以便提供记录在查找表内的校正数据，查找表被用于以降低理论三维(3D)全息图像和真实的、异常图像之间的差异这样的方式校正SLM的全息图编码。因此，代替纯粹的理论值，真实值可以被考虑在内。

[0273] 最后，必须指出的是，上述实施例、复值空间光调制器设备的实施例、照明单元的实施例和本发明的显示设备的实施例应当仅被理解为说明要求保护的教导，但是要求保护的教导不限于这些实施例。实施例的组合是可能的。

标题	发布/更新时间	阅读量
阵列基板及液晶显示面板	2020-05-08	105
一种基于VR技术的红色教育平台	2020-05-08	551
液晶介质及液晶器件	2020-05-11	584
液晶介质及液晶器件	2020-05-08	471
一种电气柜	2020-05-08	899
一种双联屏结构及其安装结构	2020-05-08	439
一种可组合拼装的液晶显示屏模组	2020-05-08	257
一种智能手机可识别的光学膜	2020-05-08	453
一种液晶屏的组装拼接工装	2020-05-08	881
液晶显示面板、液晶显示装置及电子设备	2020-05-08	420

用于全息重建的显示设备

用于全息重建的显示设备

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：