专利名称：使用动态全息显示介质的工艺和方法
(下面六个共同未决的专利申请都转让给同一受让人，它们分别是序列号为09/344，536的“涉及可逆全息记录介质的系统和方法”、序列号为09/344，595的“使用动态全息显示介质的系统和方法”、序列号为09/337，030“制造全息纯色显示器的方法和系统”、序列号为09/344，594的“基于PLZT全息显示的用于虚拟现实头戴送受话器的方法和系统”、序列号为09/344，591的“用PLZT进行背光和散射的方法和系统”以及序列号为09/340，324的“使用PLZT设备进行光学波导信号控制和监视的系统和方法”。上面的六个专利申请都与1998年10月29日递交的序列号为09/182，075的“使用普通投影设备的35mm幻灯投影屏”有关，因此该申请被引入上述六个专利申请中作为参考。)目前的全息记录介质存在许多问题。全息图是由全息照相生成的三维图像记录；把光干涉图案显像到诸如全息胶片的介质上以生成全息图的方法。全息图包括保存在诸如全息胶片的介质中的干涉图案。当适当地照射全息图时，可产生随观察者观察角度变化而变化的图像。
本发明基于新型记录材料，PLZT是用镧改进的锆钛酸铅组合物，是本专利申请的基础。
在这里讨论相关技术对于本发明是有利的。经过对本技术领域的研究找到以下专利参考文献。对这些专利仔细查看就容易把本发明和早些时候的所有技术区分开。
专利5608554，该参考文献仅适合于二维显示介质，并使用不相联(non-coherent)的光源。它不使用全息照相或三维。
专利5122882，该参考文献适合于二维动画显示介质(不涉及三维或全息照相)。另外它利用白光源和模拟显示。
专利5122890，该参考文献与上述参考文献5122882相似。它阐述二维动画显示介质(不涉及三维或全息照相)，并且利用白光源和模拟显示。
专利5517278，该专利文献阐述用于视频照相机寻像器的二维显示设备而不用于全息照相。它使用不相联的光源。
专利5440428，该参考文献完全与本发明无关。它用于改进的自动上升显示，而不是全息三维显示介质。它阐述镜像系统(可以利用永久性的全息窄带反射镜)，没有使用PLZT。
专利5589980，该专利阐述二维或模拟三维显示(不是全息的)。它在投射系统中使用分层图像来模拟三维，完全不同于本申请。
专利5552840，该参考文献利用立体感来模拟三维图像(使用视差)。没有使用全息照相并且它使用S和P偏振光来提供立体图像和使用眼镜来分离开照射到左右眼视线的光。它完全不同于本发明。
IBM 1985年11月第6号技术公报卷128，使用用于颜色过滤器而不是全息显示介质的PLZT。它不是显示系统。
日本专利JP60006922A，该专利使用光学控制器件来制作高速光学快门并没有涉及到全息显示。
日本专利JP59018932A，阐述光学偏转设备并没有涉及到全息显示。
如在前面所引述的共同未决的专利申请中所描述的，1998年10月29日递交的序列号为09/182，075的专利申请描述了PLZT无机材料。该PLZT材料是用镧改进的锆钛酸铅材料，是本专利申请的基础，是一种压电/光陶瓷材料。描述该PLZT陶瓷材料的组成和性质对于理解本发明是有帮助的。
PLZT可用以下两种方法制造。一种情况是用混合氧化物(MO)而另一种情况是化学制造(CP)。本申请使用混合氧化物方法制造PLZT。混合氧化物(MO)通过湿式混合铅氧化物(PbO)、镧氧化物(La2O3)、锆氧化物(ZrO2)和钛氧化物(TiO2)的粉末，然后把该混合物烘干并锻烧(高温固态化学反应)，接着用研磨把颗粒尺寸减小到所需大小来制造。随后对毛坯冷压成形，接着可用热压从毛坯形成平板(wafer)。然后把由此制造的平板切割并磨光用作液体显示器的显示屏。在磨光后平板直径可最大达到15cm且厚度从0.5mm到最大几毫米。它具有均匀的显微结构，其晶粒尺寸控制在大约2-15μm。晶粒尺寸是重要的，因为它降低对如何关闭控制电场的限制，并因而限制了像素大小。
尽管优选镧氧化物，应该指出本发明不必局限于镧氧化物。相反，镧氧化物可用元素周期表中“镧系”的其它元素的氧化物替代。这些元素包括铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铥Tm、镱Yb和镥Lu。
传统显示技术可用来显示计算机生成的原始的全息图(CGH)，并可扩展到移动显示。然而，从照射灵活性观点看，最适合的显示器，例如普通液晶显示器(LCD)，切换得很慢。因而具有好得多的动态-快速反应的系统要求很复杂的驱动电子设备。
非记忆性PLZT是动态全息显示介质，比普通LCD技术提供快得多的反应时间。这种系统还有良好的立体显示能力，是本发明的主要实施例。本发明的系统可以显示快速傅里叶变换(FFT)计算机生成的全息图(CGH)；因而允许使用基于FFT的图像处理。
由于情况经常是物体的空间频率成份比其位置变换得更慢，通过使用在傅里叶空间中不断更新的delta图像，本系统会显著加速图像的生成。另外，因视图而产生的明显的尺寸变化可用三维傅里叶变换进行处理，从而使真实尺寸的不变物体的显示在傅里叶空间中是完整的。
图1是示意示出使用PLZT作为动态全息介质的方法的流程图。
图2示出陶瓷PLZT板的“前视图”。
图3示出陶瓷PLZT板的“后视图”。
图4为放大视图，示出对应于所施加的成极电场，单个材料颗粒中指针轴的调整。
在此首先定义一些术语是有益的，它们在发明详述的讨论中非常有用。
术语解释PLZT用镧改进的锆钛酸铅材料。它是压电/光陶瓷材料。描述这种PLZT陶瓷材料的组成和性质对理解本发明是有帮助的。
LCD液晶显示器(LCD)是一种显示器，它使用夹在两个透明电极之间的具有有极分子结构的化合物。当施加电场时，分子在电场中排列，形成使穿过其中的光偏振的晶体排列。层叠在电极上的偏振过滤器阻挡偏振光。以这种方式，电极格栅可选择性地打开包含液晶材料的单元或像素，使其变暗。如果需要，有些液晶显示器使用放置在屏后的电致发光板来照明。这一般被称作“背光源”显示屏，用来提高可读性，但由于使显示功率增加也是一个缺点。
Delta图像指基于仅处理连续帧之间差异的概念显示压缩或带宽限制。
相位模式指在模式中使用电光材料，其中折光率的变化导致穿过材料的光波的相位变化。
散射模式指在模式中使用电光材料，其中，由于在材料粒子边界上折光率的突变引发在粒子边界上的射散。散射意味着定向的射线能量因通过与事先不同的通道或空间而重新分配。
如前所述，图1是示出使用PLZT作为动态全息显示介质的方法的流程图。可以看出，本方法从100开始，在101使用PLZT作为动态全息显示介质，在102使用具有非记忆性显示介质的观察镜片，随后在103显示FFT计算机生成的全息图。
接着在104提出询问，用户是否希望在204生成更快的和刷新的图像。如果对104的回答是否定的，那么本方法完成并且在106结束。
如果对104的回答是肯定的，那么本方法转移到105，其中使用基于FFT的图像变换生成更快的和刷新的图像。然后本方法完成，在106结束。
如上所述，图2示出陶瓷PLZT板200的“前视图”，在光导层203上有透明铟锡氧化物(ITO)电极201。还示出另一电极204。图3示出板300的“后视图”，有透明ITO电极301和另一电极302。图4示出板状陶瓷材料400，它示出401的放大视图402，403描述了对应于所施加的成极电场，单个材料颗粒中指针轴的定向。
在本发明中使用的“非记忆性”PLZT材料，是用镧改进的锆钛酸铅陶瓷系中的特定材料相。该材料可在工业上制造，可通过以适当的比例热压粉末状组分的混合物来制造。
除了相对较快的写反应以外，这些材料的主要特征在它们中能观察到散射效果。这是一种折光率在颗粒边界上不连续而导致散射的写模式。这使得在材料中有明显的暗区。在PLZT材料板的表面上使用透明光导涂层，并用透明铟锡氧化物(ITO)电极覆盖，成极电场可以有选择性地施加到被光照亮的区域。当适当的偏压通过上述光可控电极和简单的ITO背面接地电极施加到试样上时，可产生全息干涉图案。光的振幅图案因该电场的存在而得到控制，即它可由所施加电场的衰弱而被擦除。在这种设置中，写系统的轴线与板的表面垂直，但是也可使用倾斜的几何结构。
由于这些材料有电光学(EO)特性，它们还可用于记录相位图案。为实现这一点，必须有选择性地把偏压横向施加到需要相位偏移的区域的光学轴线上。
权利要求
1．一种基于计算机的动态全息显示系统和介质，其中包括非记忆性显示器材料装置；使用具有所述非记忆性全息材料的观察镜片，显示快速傅里叶变换计算机生成的全息图的装置；使用基于所述快速傅里叶变换的图像处理，生成更快的和刷新的所述图像的装置。
2．如权利要求1所述的系统，其中所述非记忆性材料是基于PLZT的。
3．如权利要求2所述的系统，其中，就所述显示目的而言，基于所述PLZT的系统比相当的普通液晶显示器材料工作得更快。
4．如权利要求2所述的系统，其中，基于所述PLZT的系统具有与普通液晶显示器材料相当或更好的立体显示能力。
5．如权利要求2所述的系统，其中，基于所述PLZT的系统显示快速傅里叶变换(FFT)计算机生成的全息图(CGH)。
6．如权利要求5所述的系统，其中，基于所述PLZT的系统显示便于使用基于快速傅里叶变换的图像操作。
7．如权利要求6所述的系统，其中，基于所述PLZT的系统，在傅里叶空间使用更新的delta图像，可加速图像生成。
8．如权利要求2所述的系统，其中，所述PLZT全息介质是从包含铅、镧、锆和钛的金属氧化物的混合物中得到的。
9．如权利要求8所述的系统，其中，所述金属氧化物是铅氧化物(PbO)、镧氧化物(La2O3)、钛氧化物(TiO2)和锆氧化物(ZrO2)。
10．如权利要求9所述的系统，其中，镧氧化物可用元素周期表中“镧系”的任何其它元素的氧化物替代，包括铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铥Tm、镱Yb和镥Lu。
11．一种使用动态全息显示介质的基于计算机的方法，其中包括以下步骤提供非记忆性显示介质；使用具有所述非记忆性材料的观察镜片，来显示快速傅里叶变换计算机生成的全息图；使用基于所述快速傅里叶变换的图像处理，来生成更快的和刷新的所述图像。
12．如权利要求11所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用PLZT作为所述非记忆性材料装置。
13．如权利要求12所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用基于所述PLZT的方法以获得比可用于显示目的的、相当的普通液晶显示器材料更快速的显示。
14．如权利要求12所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用基于所述PLZT的方法以获得与普通液晶显示器材料相当或更好的立体显示能力。
15．如权利要求12所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用基于所述PLZT的方法来以显示所述快速傅里叶变换(FFT)计算机生成的全息图(CGH)。
16．如权利要求15所述的方法，其中进一步包括以下步骤基于所述PLZT的方法便于使用基于所述快速傅里叶变换的图像操作。
17．如权利要求12所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用基于所述PLZT的方法，在傅里叶空间更新delta图像，以加速图像生成。
18．如权利要求12所述的方法，其中进一步包括以下步骤使用所述PLZT非记忆性材料，该材料从包含铅、镧、锆和钛的金属氧化物的混合物中得到的。
19．如权利要求18所述的方法，其中所述金属氧化物为铅氧化物(PbO)、镧氧化物(La2O3)、钛氧化物(TiO2)和锆氧化物(ZrO2)。
20．如权利要求19所述的方法，其中，镧氧化物可用元素周期表中“镧系”的其它元素的氧化物替代，包括铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铥Tm、镱Yb和镥Lu。
全文摘要
非记忆性陶瓷PLZT是一种动态全息显示介质,比普通LCD技术反应快得多,还有良好的立体显示能力。本发明的系统可以显示快速傅里叶变换(FFT)计算机生成的全息图(CGH),允许使用基于FFT的图像处理。由于物体的空间频率成分通常比其位置变换得更慢,通过使用在傅里叶空间中不断更新的delta图像,本系统会显著加速图像的生成。
文档编号G02F1/055GK1285519SQ0011860
公开日2001年2月28日 申请日期2000年6月16日 优先权日1999年6月25日
发明者德尼斯·J·克卡斯, 乔恩·A·赫劳克, 米切尔·L·略伯 申请人:国际商业机器公司