专利名称：用于在像素化光调制器中编码计算机生成的全息图的方法
用于在像素化光调制器中编码计算机生成的全息图的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在像素化光调制器中编码计算机生成的全息图的方法，该 像素化光调制器的编码表面包含像素矩阵，该像素矩阵的像素具有特定的像素形状和像 素透明度，其中编码表面包含由子全息图组成的全息图，每个子全息图呈现全息图要重 建的对象的一个物点，具有作为定义的可视区域的虚拟观察者窗口以及具有作为顶点的 物点的锥形体延伸过物点并投影到编码表面上，从而创建物点被全息编码为子全息图的 编码区域。
具有编码表面的光调制器是透射型或反射型的，它们包含范围有限的像素矩 阵，其中像素由于制造工艺或多或少地被宽间隙分隔。就液晶调制器而言，编码表面例 如被薄电极网格交叉，其中网格代表相交成直角的电极矩阵，因此形成电极(所谓的像 素)间的矩形区域，电极相互间隔一定距离(所谓的像素间距P)。电极矩阵也被称为像 素间矩阵(inter-pixelmatrix)或间隙网格(gap grid)，因为其在像素间显示出间隙g。借助 于电子控制器，尤其是具有编程工具的计算机，可以变换电极矩阵，以在像素的振幅和/ 或相位方面编码像素，使它们显示出一定的透明度或反射度。编码为透射像素的像素使 入射波通过，编码为反射像素的像素使入射波反射。
专利文件DE 102004063838A1公开了一种用于计算计算机生成的视频全息图的 方法和相应的装置，其中具有三维原始对象的复数振幅值的物点被分配到平行虚拟对象 剖面的矩阵点，以便为每个对象剖面定义给定矩阵的矩阵点形式的具有离散振幅值的独 立数据集，并且从对象数据集中为光调制器的像素矩阵计算全息码。
为此，由每个对象剖面的每个对象数据集为距对象剖面有限距离并且与对象剖 面平行的参考面计算波场的独立二维分布形式的衍射图，其中，为位于参考面上、观察 者眼睛附件的至少一个共用虚拟观测窗口计算所有对象剖面的波场，观察者的窗口区域 与全息图相比减少。
为了定义用于虚拟观察者窗口的聚合波场，将计算的所有对象剖面的波场的分 布加入参考数据集之内。为了生成用于对象的共用计算机生成全息图的全息数据集，将 参考数据集变换到距参考面有限距离并且与参考面平行的全息面内，参考面与光调制器 的像素矩阵的平面重合。
还为全息面逐点地计算要在各像素中实现的全息图的振幅和相位值。典型地， 使用具有m个像素行、每行η个像素的编码表面的二维光调制器来记录计算机生成的全 息图，其中，像素不是点，而是具有有限范围和给定的形状以及特定的振幅透明度和相 位透明度。
现有技术的一个问题是，全息图的逐点计算及其在光调制器上以具有有限范围 的像素进行显示使全息图出现偏差，以及会被观察者察觉到的相应的可视重建中的不精 确的情况。
出现的缺陷是由像素的实际范围引起的，并且基于全息图的逐点计算与未被考 虑的像素的实际范围之间的冲突。
同样为人所公知的是，例如光调制器的矩形像素具有一致的透射率或反射率，当它们被相干光照射时，在傅里叶平面表现出sine函数
权利要求
1.一种用于将计算机生成的全息图编码到像素化光调制器中的方法，光调制器的编 码表面具有像素矩阵，像素具有特定的像素形状和像素透明度，编码表面包含由子全息 图(201，211)组成的全息图(12)，每个子全息图呈现要由全息图(12)重建的物体(10) 的一个物点(30，31)，以虚拟观察者窗口(11)作为定义的可视区域以及以物点(30， 31)作为顶点的锥形体延伸过物点(30，31)并投射到编码表面上，从而创建了编码区域 (20，21)，其中物点(30，31)被全息地编码为子全息图(201，211)，其特征在于每个计算机生成的子全息图(201，211)与校正函数(K)相乘，然后才将校正的子 全息图(201，211)相加以形成总全息图(12)，其中，校正函数(K)被整合到子全息图 (201，211)的计算生成中，校正函数(K)是投射到全息面中的虚拟观察者窗口(11)特定 的像素形状和像素透明度的互逆变换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将投射到全息面中并且与子全息图 (201，211)的宽度成比例的像素形状和像素透明度的互逆变换作为校正函数(K)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，像素形状和像素透明度的互逆变换在 观察者窗口(11)中心的值为‘1’，在观察者窗口(11)边缘的值为‘1.5’，执行校正 时，在子全息图(201，211)的中心，子全息图(201，211)的振幅乘以‘1’，在子全息 图(201，211)的边缘，子全息图的振幅乘以‘1.5’。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对于具有真值像素透明度的子全息 图的振幅执行校正，其中像素的相位在整个像素范围保持相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于执行子全息图(201，211)的振幅和相位 的复值校正。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，校正函数取决于实际的像素形状和像素 透明度以及傅里叶变换平面中观察者窗口(11)的位置，而这又取决于振幅和/或相位编 码形式的复值像素的特定编码。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了获得校正函数，对于仅包含单独 的物点(30) (31)或只包含子全息图(201) (211)的编码区域(20) (21)不重叠的物点(30) (31)的对象，预先计算一次全息图，并且对于这些全息图，在观察者窗口中使用像素形 状和像素透明度的互逆变换来执行校正。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在观察者窗口(11)中校正的波前变换 到全息面中之后，对于各子全息图(201) (211)确定由校正改变的振幅分布，以基于那些 分布获得用于所有位于相对于编码表面相同纵深的物点的校正函数，物点是包含在计算 中的对象(10)的物点。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，预先计算一次不同纵深的物点(30， 31)的校正值并存储，以随后找回用于校正子全息图。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于具有矩形形状和统一透明度的像 素而言，将sine函数作为转换校正函数。
11.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在不同于矩形像素形状的其他情 况下，光调制器的各编码表面上的像素结构或形状更复杂时，使用不同于sine函数的变 换用于相乘。
全文摘要
本发明涉及一种用于在像素化光调制器中编码计算机生成的全息图的方法，光调制器的编码区域包括像素矩阵，像素矩阵的像素具有同样的像素形状和像素透明度，其中编码区域包含由子全息图(201，211)组成的全息图(12)，每个子全息图分配给要由全息图(12)重建的物体(10)的一个物点(30，31)。本发明的目的是将由实际像素形状和像素透明度引起的全息图重建的偏差普遍地消除，同时减少全息图校正的计算时间。解决方案是将各个计算机生成的子全息图(201，211)与矫正函数(K)相乘，然后将经校正的子全息图(201，211)相加以形成总全息图(12)，其中，将投射到全息面的与虚拟观察者窗口(11)有关的像素函数的互逆变换作为校正函数(K)。
文档编号G03H1/08GK102027420SQ200980116787
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月10日 优先权日2008年3月11日
发明者诺伯特·莱斯特 申请人:视瑞尔技术公司