用于相干光的相位调制的可控设备的制造方法
【专利说明】用于相干光的相位调制的可控设备
[0001] 本发明涉及一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位 调制的可控设备。因此，该可控设备包含调制器矩阵，调制器矩阵具有多个液晶（LC)调制 器单元，每个液晶（LC)调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过 所述液晶调制器单元的光的相位值，并且所述调制器矩阵的至少一个极性区包括至少一个 液晶调制器单元。
[0002] 根据本发明，液晶显示器可以用作空间光调制器设备，因此，在本发明中，液晶显 示器（LCD)用作空间光调制器设备或仅仅是空间光调制器（SLM)的同义词。调制器矩阵 可以视为空间光调制器设备的一部分，空间光调制器设备适合于调制与空间光调制器设备 相互作用的光，光的调制受调制器矩阵的多个液晶调制器单元的影响。液晶显示器通常 是已知的，它们适合于调制如由显示器设备的背光照明单元发射以显示图像内容至一个 或多个观察者的光分布的振幅或相位。此外，根据本发明的空间光调制器设备可以在透 射、反射或透反射模式中操作。利用照明设备的空间光调制器设备是可能的，因为如在WO 2010/149583A1中进行说明的那样，其中照明设备从与观察者正看向空间光调制器设备的 同一侧照明空间光调制器设备（前光照明设备）。
[0003] 当驱动常规向列液晶显示器用于振幅调制时，必须避免直流（DC)电压，因为DC电 压导致像图像残留和液晶材料的潜在化学降解作用的结果。因此，每个像素的驱动电压的 符号或极性在预定时间间隔之后发生改变。对于介电耦合到施加场的向列液晶，液晶取向 和相关的光学响应只取决于绝对电压，而不取决于电压的符号。因此，在理想的情况下，如 果施加正电压和/或负电压（只要电压的绝对值不改变），像素的光学响应是相同的。液晶 显示器通常包括在一个基板上的公共电极和在第二基板上的像素电极。电压符号的反向可 以例如通过在一定时间之后改变公共电极的电压等级来完成。作用于像素的电压是公共电 极与像素电极的电压等级之间的相对电压。例如，像素电极电压等级可以固定到3V，但公共 电极电压等级可以从第一时间帧的OV变成第二时间帧的6V。然后，施加到像素的电压从 +3V 变成-3V。
[0004] 在液晶显示器调制光振幅的有源矩阵驱动的领域中，不同的反转方式是已知的。 例如，在线或行反转的情况下，在第一时间帧，偶数像素线或行用正电压驱动且奇数线或行 用负电压驱动。相比之下，在第二时间帧，偶数像素线或行用负电压驱动且奇数线或行用正 电压驱动。此外，正和负驱动电压的棋盘图案在点反转方式中使用。
[0005] 所述反转方式在振幅调制液晶显示器中使用，以便避免例如起因于不同时间帧的 电压偏移的闪烁效应。然而，一般来说，在基于TFT的液晶显示器中的电容性串扰和泄漏电 流仍然可能发生，并且可能导致附加的假象，例如在液晶显示器的不同区域中的亮度梯度。
[0006] 关于相位调制液晶显示器，所述显示器存在于像激光光束整形的应用中。在过去， 以LCoS为主的设备（硅基液晶）被开发用于相位调制，因为包含小横截面面积的空间光调 制器足以用于激光应用。
[0007] 然而，关于基于TFT的相位调制液晶显示器，即使应用上述讨论的线或行反转方 式，电压偏移还可能导致不希望的相移。
[0008] 在这样的相位调制液晶显示器中，例如透镜功能或棱镜功能可以通过一些数目的 像素的相对相位分布进行编码。然后，相邻像素的相对相位调制比单个像素的绝对相位调 制更重要。在相位显示中编码透镜功能的情况下，在同一方向所有像素的相位值的共同偏 移类似于稍微改变透镜的绝对厚度，但保持透镜表面的形状固定。然后，透镜的聚焦功能不 受偏移的影响。然而，如果由于可能的驱动电压偏移导致相邻像素获得不同方向的相位偏 移，那么可以改变透镜的形状，这可能会降低它的聚焦能力。因此，线反转和点反转方式将 改变相邻像素的相对相位，并且因此影响以相反的方式编码的透镜和棱镜功能。
[0009] 例如，现有技术文献WO 2010/149588描述了用光束组合器组合来自相位SLM的两 个相位像素与一个复合像素的光。其中，两个相位值编码为使得它们的总和产生复合值：
【主权项】
1. 具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备，其 特征在于，其包含： 调制器矩阵（10)，其具有多个液晶调制器单元，每个液晶调制器单元适于根据施加到 所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值； 所述调制器矩阵（10)的至少一个极性区，其包括至少一个液晶调制器单元； 至少一个存储单元，其用于存储所述液晶调制器单元的至少一对电压值，至少一对电 压值中一个具有正极性且另一个具有负极性，其中所述电压值对对应于预定的相位值；以 及 控制单元，其用于选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单 元适于根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具 有相同的极性。
2. 根据权利要求1所述的可控设备，其特征在于，存储单元适于存储用于不同的相位 值或具有不同的相位值的预定的相位间隔的电压值对。
3. 根据权利要求1或2所述的可控设备，其特征在于，极性区的大小是根据显示器类型 提前预定的，可控设备包括在显示器中。
4. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，控制单元进一步适于 根据要生成的光分布动态调整所述极性区的大小和/或极性区的位置和/或极性区的形 状。
5. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，要生成的光分布是由 至少一个子全息图（20)定义的且控制单元适于调整极性区的大小和/或极性区的位置和 /或极性区的形状使得生成一个子全息图（20)所在的不同的极性区之间的相交线（30)的 长度最短。
6. 根据权利要求5所述的可控设备，其特征在于，可控单元进一步适于调整极性区的 大小和/或极性区的位置和/或极性区的形状使得一个子全息图（20)在一个单个的极性 区内生成。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，控制单元适于根据所 述极性区的线反转方式、行反转方式、点反转方式、棋盘反转方式、任意图案的反转方式以 及帧反转方式中的至少一种施加所述电压值对至所述液晶调制器单元。
8. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，一个相位值的所述一 对电压值根据电压值的极性、电压的绝对值、极性区的大小、液晶调制器单元或调制器矩阵 (10)中极性区的位置、以及标称相位值的时间帧中的至少一个针对单个液晶调制器单元或 包括多个液晶调制器单元的一个极性区提前预定。
9. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，包含多个存储单元，用 于选择性地存储至少一个正极性、负极性、液晶调制器单元和极性区的电压值。
10. 根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备，其特征在于，进一步包含照明单 元，用于用光照明空间光调制器设备，照明单元包含脉冲照明或预定照明功能，其中照明单 元的脉冲照明或预定照明功能与空间光调制器设备的操作或与空间光调制器设备的反转 方式同步。
11. 包含根据前述权利要求中任意一项所述的可控设备的显示器，其特征在于，显示器 设计为使得可呈现二维图像内容和/或立体图像内容和/或立体多视点图像内容和/或全 息图像内容。
12. 操作根据权利要求1至10之一所述的可控设备的方法，其特征在于，控制单元选择 性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单元根据反转方式交替施加正 或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。
13. 具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备的 校准方法，其中，所述可控设备包含布置在调制器矩阵上用于调制通过所述液晶调制器单 元的光的相位的液晶调制器单元，其包含以下步骤： 施加正和负极性电压至至少一个液晶调制器单元或包含多个液晶单元的至少一个极 性区； 测量所述液晶调制器单元或所述极性区的正和负电压的相移； 分别根据测量的正和负极性的相移生成一组施加电压值； 确定相位间隔，在该相位间隔中，所述组可以通过解析函数或多项式拟合进行拟合； 针对在所述间隔内的相移值一一优选等距一一确定正和负极性的电压值；以及 存储从所述拟合的函数确定的正和负极性的所述电压值。
14. 根据权利要求13所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于，相位 间隔是巾2_巾1=111*231的相位范围，m是实数。
15. 根据权利要求13或14所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于， 进一步包含为了校准精度的确定重新施加存储的电压值的步骤。
16. 根据权利要求13或15所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其特征在于， 从所述拟合的函数确定的正和负极性的电压值进一步被分配给某些相移值。
17. 根据权利要求13到16中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其 特征在于，进一步包含同步空间光调制器设备的背光照明和相移测量传感器使得在液晶分 子已经接近确定标称相位值所需的位深度内它们的最终取向的时间帧期间背光照明仅照 明空间光调制器设备的步骤。
18. 根据权利要求13至17中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，其 特征在于，进一步包含在适合测量所述液晶调制器单元或所述极性区的相移的位置空间布 置至少一个相移测量传感器的步骤。
19. 根据权利要求13至18中任意一项所述的用于相位调制的可控设备的校准方法，进 一步包含根据施加到所述液晶调制器单元或所述极性区的反转方式同步相移测量传感器 的步骤。
【专利摘要】本发明涉及一种具有用于生成光分布的空间光调制器设备的用于相干光的相位调制的可控设备。其中可控设备包含：调制器矩阵(10)，调制器矩阵(10)具有多个液晶调制器单元，每个液晶调制器单元适于根据施加到所述液晶调制器单元的电压调制通过所述液晶调制器单元的光的相位值；所述调制器矩阵(10)的至少一个极性区，其包括至少一个液晶调制器单元；至少一个存储单元，用于存储所述液晶调制器单元的至少一对电压值，至少一对电压值中一个具有正极性且另一个具有负极性，其中所述电压值对对应于预定的相位值；以及控制单元，其用于选择性地施加一对电压值至一个液晶调制器单元，其中所述控制单元适于根据反转方式交替施加正或负极性的所述电压值使得施加到一个极性区的电压具有相同的极性。
【IPC分类】G09G3-00, G09G3-36
【公开号】CN104769660
【申请号】CN201280076195
【发明人】罗伯特·米斯拜奇, 斯蒂芬·瑞切特, 诺伯特·莱斯特, 拉尔夫·豪斯勒, 臼仓奈留, 加藤浩巳, 神林祐一
【申请人】视瑞尔技术公司, 夏普株式会社
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2012年10月1日
【公告号】US20150279293, WO2014053164A1