用于平视显示器的漫射器的制作方法

本公开涉及平视显示器的领域。本公开还涉及漫射器以及用于补偿平视显示器的挡风玻璃(windscreen)的漫射器的领域。

背景

从物体散射的光包含振幅和相位信息两者。这一振幅和相位信息可例如通过公知干涉技术在光敏平板上捕捉，以形成包括干涉条纹的全息记录(即，“全息图”)。“全息图”可通过用合适的光照明该“全息图”以形成表示原始物体的全息重构或重放图像来重构。

已经发现，具备可接受质量的全息重构可以从仅包含与原始物体有关的相位信息的“全息图”中形成。这样的全息记录可被称为纯相位全息图。计算机生成的全息术可例如使用傅里叶技术来数字化模拟干涉过程以产生计算机生成的纯相位全息图。计算机生产的纯相位全息图可被用来产生表示物体的全息重构。

术语“全息图”因此涉及如下记录：该记录包含与该物体有关的信息并且可被用来形成表示该物体的重构。全息图可包含在频率(即，傅立叶)域中与该物体有关的信息。

已提出了在二维图像投影系统中使用全息技术。使用纯相位全息图对图像进行投影的优点是经由计算方法来控制许多图像属性——例如，所投影的图像的高宽比、分辨率、对比度以及动态范围——的能力。纯相位全息图的进一步优点是没有光学能量会经由振幅调制而丢失。

计算机生成的纯相位全息图可以被“像素化”。也就是说，纯相位全息图可被表示在离散相位元件阵列上。每一离散元件都可被称为“像素”。每一像素都可充当诸如调相元件之类的调光元件。计算机生成的纯相位全息图因此可被表示在调相元件阵列上，如硅上液晶空间调光器(SLM)。SLM可以是经调制的光以反射方式从SLM输出的反射意义。

每一调相元件(即，像素)可变化状态以向入射在该调相元件上的光提供可控制的相位延迟。诸如硅上液晶(LCOS)SLM之类的调相元件阵列可因此表示(或“显示”)通过计算确定的相位延迟分布。如果入射在调相元件阵列上的光是相干的，则该光将用全息信息，或全息图来调制。全息信息可以在频率(即傅立叶)域中。

或者，相位延迟分布可被记录在相息图上。词语“相息图”可被一般地用来指纯相位全息记录(即全息图)。

相位延迟可被量化。即，每一像素可设置为离散数量的相位水平之一。

相位延迟分布可被应用于入射光波(通过例如照射LCOS SLM)并被重构。重构在空间中的位置可通过使用光学傅立叶变换透镜来控制，以形成空间域中的全息重构或“图像”。或者，如果重构发生在远场，则可不需要傅立叶变换透镜。

计算机生成的全息图可以用多种方式来计算得到，包括使用诸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用来从空间域(如2D图像)中的振幅信息导出傅立叶域中的相位信息。即，与该物体相关的相位信息可从空间域中的纯强度(即，振幅)信息中“恢复”。因此，物体在傅里叶域中的纯相位全息表示可被计算。

全息重构可通过照亮傅立叶域全息图并例如使用傅立叶变换透镜执行光学傅立叶变换来形成，以在重放区处(如屏幕上)形成图像(全息重构)。

图1示出了根据本公开的使用反射SLM(如LCOS-SLM)来在重放区位置处产生全息重构的示例。

光源(110)(例如激光器或激光二极管)被部署以经由准直透镜(111)照射SLM(140)。准直透镜使得普通平面波前的光变为入射在SLM上。波前的方向稍微偏离法线(例如，与真正垂直于透明层的平面偏离2或3度)。该布置为使得来自光源的光被从SLM的反射后表面反射出，并与调相层相交以形成出射波前(112)。出射波前(112)被应用于包括傅里叶变换透镜(120)在内的光学器件，从而使其焦点处于屏幕(125)处。

傅立叶变换透镜(120)接收从SLM出射的经调相光的光束并执行频率-空间变换以在屏幕(125)处在空间域中产生全息重构。

在该过程中，来自光源的光——在图像投影系统的情况下是可见光——分布在SLM(140)上以及调相层(即，调相元件阵列)上。从调相层出射的光可分布在重放区上。全息图的每一像素作为整体对重放图像作出贡献。即，在重放图像上的特定点和特定调相元件之间不存在一对一的关联。

当光束分别在平面A和B中的强度截面I_A(x,y)和I_B(x,y)是已知的并且I_A(x,y)和I_B(x,y)通过单个傅立叶变换相关时，Gerchberg Saxton算法考虑相位恢复问题。对于该给定强度截面，分别在平面A和B中的相位分布Φ_A(x,y)和Φ_B(x,y)的近似被发现。Gerchberg-Saxton算法根据迭代过程找到该问题的解决方案。

Gerchberg-Saxton算法迭代地应用空间和频谱约束，同时重复地在空间域和傅立叶(频谱)域之间转换(表示I_A(x,y)和I_B(x,y)的)数据集(振幅和相位)。空间和频谱约束分别是I_A(x,y)和I_B(x,y)。空间或频谱域中任一个中的约束被施加到该数据集的振幅上。相应的相位信息是通过一系列迭代来恢复的。

全息投影仪可使用这样的技术来提供。这样的投影仪已在用于车辆的平视显示器中得到应用。

在汽车中使用平视显示器正变得越来越流行。平视显示器被划分成两个主要类别，使用组合器(其目的在于将虚拟图像反射到驾驶员的视线中的独立式玻璃屏幕)的那些平视显示器以及利用车辆的挡风玻璃来实现同一目的的那些平视显示器。

用于产生平视显示器图像的主导技术是LED背光液晶显示器。虽然信誉卓著，但这些显示器遭遇对比度差、色域有限和亮度有限的问题。

还展示了一种新的显示技术，该新的显示技术基于对纯相位全息图的使用来渲染具有极其宽色域的高质量、非常高亮度的显示。此类型的全息显示理想地适合于在平视显示器中使用。

一些显示系统(包括基于全息的系统)需要使用固定的漫射器或类似组件来增加视角。此漫射器用作成像系统中的关键组件；其与投影光学器件(通常为自由曲面反射镜)的距离确定了与查看者的眼睛的虚拟图像距离。

图2示出示例平视显示器，该平视显示器包括：光源206、被布置成用表示供投影的图像的全息数据来空间地调制来自光源的光的空间调光器204、傅里叶变换光学器件205、漫射器203、自由曲面反射镜201、挡风玻璃202和查看位置207。图2示出了所谓的“间接视图”系统，在该系统中，全息重构的真实图像被形成在漫射器203上的重放区处。全息重构因此被投影在漫射器203上，并可通过聚焦在漫射器203上从查看位置207查看。投影的图像是通过离开自由曲面反射镜201的第一反射以及离开挡风玻璃202的第二反射来查看的。漫射器用于增加全息系统的数值孔径，从而完全照明这些自由曲面反射镜，由此允许虚拟图像例如被驾驶员查看到。

仅为了完整性，可注意到全息重构可替换地被直接查看。使用“直接视图”全息术确实使得信息能够以3D形式被呈现，然而顾名思义直接视图需要查看者在查看者和光源之间没有漫射器的情况下直接看着全息图。此类型的3D显示器具有多个问题，首先当代调相器具有相对较小的衍射角，并且因此要形成足够大的查看区域(眼框)需要使用复杂而昂贵的光学器件部件。其次并且更重要地，此类型的配置需要查看者被直接暴露于激光辐射。存在围绕激光器的使用的非常严格的规定，并且提供将确保眼睛永远都不会以危险的级别被暴露于激光辐射的足够稳健的安全系统显著增加了系统复杂性。在查看者和投影引擎之间使用漫射器消除了以上强调的这两个问题。

本公开涉及使用间接视图的系统，其中用户查看从挡风玻璃反射出的虚拟图像。

图3示出利用背光LCD作为图像显示介质的传统平视显示器的结构。更详细地，图3示出被布置为显示图像的背光LCD 501。来自背光LCD 501的光由拥有光功率503(具有光功率)的反射镜收集，并被朝向挡风玻璃505的区域反射。小百分比的该光从挡风玻璃505朝向查看者507反射。因此，虚拟图像509被查看者507看见。图3的挡风玻璃505是平坦的，这导致平的未失真的虚拟图像509。

然而，所有挡风玻璃都具有一定量的与其相关联的曲率，该曲率将证明其自身为使投影图像质量降级的光功率。图像降级可连同组成该图像的各个体像素的象散一起被看作虚拟图像投影方面的改变。

图4示出利用背光LCD作为图像显示介质并利用弯曲的挡风玻璃405的传统平视显示器的结构。更详细地，图4示出被布置为显示图像的背光LCD 401。来自背光LCD 401的光由拥有光功率(即具有光功率)的反射镜(例如，抛物面反射镜)403收集，并被朝向挡风玻璃405的区域反射。小百分比的该光从挡风玻璃405朝向查看者407反射。因此，虚拟图像409被查看者407看见。图5的挡风玻璃405是弯曲的，这导致失真的虚拟图像409。具体地，虚拟图像因挡风玻璃的光功率而失真。

通常地，这些失真通过改变抛物面反射镜的表面特征来被尽可能多地纠正，这意味着反射镜表面变成被设计为仅与一个挡风玻璃一起工作的自由曲面形状。极其精确的自由曲面形状以及与每一挡风玻璃具有一个唯一的反射镜相关联的低生产量的组合意味着这些部件制造起来极其昂贵。

本公开旨在提供用于非平坦挡风玻璃的改进的平视显示器。

发明概述

本发明的各方面在所附的独立权利要求中被限定。

本公开涉及用于具有空间上变化的光功率的挡风玻璃(例如弯曲的或非平坦的挡风玻璃)的平视显示器。平视显示器利用经修改或成形的漫射器，诸如自由曲面漫射器。具体地，漫射器被成形为补偿由挡风玻璃的空间上变化的光功率引起的图像失真。漫射器因此是针对挡风玻璃来定制的。然而，这显著地有利于定制通常在现代平视显示器中使用的反射镜。

附图简述

现将针对附图来描述各实施例，在各附图中：

图1是示出被布置成在重放区位置处产生全息重构的反射SLM(如LCOS)的示意图；

图2示出用于车辆的平视显示器的所谓的“间接视图”全息投影仪；

图3示出与理想的平坦挡风玻璃联用的传统的平视显示器。

图4示出与现实的弯曲挡风玻璃联用的传统的平视显示器。

图5示出供计算机生成纯相位全息图的示例算法；

图6示出图5的示例算法的示例随机相位种子；

图7是虚拟成像示意图；

图8示出根据本公开的各实施例的具有空间上变化的光功率的漫射器；

图9示出根据本公开的各实施例的非平坦漫射器的模拟的输出；以及

图10是LCOS SLM的示意图。

在这些附图中，相同的参考标记指示相同的部分。

附图的详细描述

本公开涉及一种改善的所谓“间接视图”系统，在该系统中，查看者查看全息重构的虚拟图像。然而，公开的间接视图系统同样适合于间接地查看漫射器上可见的任何类型的图像。即，虽然各实施例描述了全息重构的间接视图，但被间接查看的图像不需要必须为全息重构。换言之，本公开同样适用于其他显示系统，诸如较传统的LED背光液晶显示投影仪等。各实施例仅作为示例描述了一种计算机生成全息图的方法。

全息地生成的2D图像已知拥有超越它们常规地投影的对应物的大量优点，尤其是在清晰度和效率方面。

基于Gerchberg-Saxton的经修改的算法已被开发——参见例如共同待审的已公布PCT申请WO 2007/131650，它通过援引纳入于此。

图5示出了经修改的算法，该算法恢复数据集的傅立叶变换的相位信息ψ[u,v]，这产生了已知振幅信息T[x,y]362。振幅信息T[x,y]362表示目标图像(例如，照片)。相位信息ψ[u,v]被用于在图像平面处产生目标图像的全息表示。

因为振幅和相位在傅立叶变换中被固有地组合在一起，所以经变换的振幅(以及相位)包含与计算得到的数据集的准确性有关的有用信息。由此，该算法可提供关于振幅和相位信息两者的反馈。

图5中示出的算法可被认为具有复杂的波输入(具有振幅信息301和相位信息303)和复杂的波输出(同样具有振幅信息311和相位信息313)。出于该描述的目的，振幅和相位信息被分开地考虑，但是它们被固有地组合以形成数据集。应当记住，振幅和相位信息两者本身都是远场图像的空间坐标(x,y)以及全息图的空间坐标(u,v)的函数，并且两者都可被认为是振幅和相位分布。

参考图5，处理框350根据具有振幅信息301和相位信息303的第一数据集产生傅立叶变换。结果是具有振幅信息和相位信息ψ_n[u,v]305的第二数据集。来自处理框350的振幅信息被设为表示光源的分布，但相位信息ψ_n[u,v]305被保留。相位信息305通过处理框354来量化，并且作为相位信息ψ[u,v]309来输出。相位信息309被传递到处理框356，并且通过处理框352与新的振幅组合。第三数据集307、309被应用于执行逆傅里叶变换的处理框356。这产生空间域中的具有振幅信息311和相位信息313的第四数据集R_n[x,y]。

从第四数据集开始，它的相位信息313形成第五数据集的相位信息，用作下一迭代303′的第一数据集。它的振幅信息R_n[x,y]311通过减去来自目标图像的振幅信息T[x,y]362来修改以产生振幅信息315集合。从目标振幅信息T[x,y]362中减去经缩放的振幅信息315(被缩放了α)以产生第五数据集的输入振幅信息η[x，y]301以供用作下一迭代的第一数据集。这在数学上在以下等式中表达：

R_n+1[x,y]＝F'{exp(iψ_n[u,v])}

ψ_n[u,v]＝∠F{η·exp(i∠R_n[x,y])}

η＝T[x,y]-α(|R_n[x,y]|-T[x,y])

其中：

F'是逆傅立叶变换；

F是正傅立叶变换；

R是重放区；

T是目标图像；

∠是角度信息；

Ψ是角度信息的经量化的版本；

ε是新目标振幅，ε≥0；以及

α是增益元素～1。

增益元素α可基于传入目标图像数据的尺寸和速率来预先确定。

在缺少来自在前迭代的相位信息的情况下，该算法的第一次迭代使用随机相位生成器来提供随机相位信息作为起始点。图6示出了示例随机相位种子。

在一修改中，从处理框350所得的振幅信息不被丢弃。从振幅信息中减去目标振幅信息362以产生新的振幅信息。从振幅信息362中减去多个振幅信息以产生处理框356的输入振幅信息。作为又一替换方案，相位不被完全回馈，而是只有与它在最后两次迭代上的变化成比例的一部分被回馈。因此，表示感兴趣的图像的傅里叶域数据可被形成。

图7示出本公开的其中虚拟投影光学器件705形成物体703的虚拟图像701的实施例。物体703在漫射器上是可见的。虚拟图像701通过观察平面707来观察。

虚拟图像距离是通过将物体放置在成像光学器件的焦距内部来设置的，该明显的虚拟距离随后可被计算。

对于以上示出的光学示意图，虚拟图像距离(i)通过以下等式来确定：

物体距离的线性改变导致虚拟距离的非线性改变。

虚拟图像必须足够远离眼睛，使得从无限远(在驾驶时其为正常焦距)到显示信息的眼睛重聚焦时间是小的，由此降低盲眼飞行时间。然而，虚拟图像距离还必须足够接近，使得向驾驶员呈现的信息是清楚可辨的。这两个竞争性的因素通常导致虚拟图像距离被配置为使得必要的驾驶信息被呈现在距驾驶员的眼睛1.5到3.5m(优选为2.5m)的距离处。

发明人已认识到，通过经由拥有光功率的标准反射镜反向地(即从虚拟图像到物体(或图像源))模拟光学系统，有可能了解该系统将被要求处理的变形水平。

根据本公开，提供了一种用于挡风玻璃的使用非平坦漫射器来补偿该挡风玻璃的平视显示器。因此，拥有光功率的传统反射镜(例如，抛物面反射镜)可被使用。根据本公开的经成形的漫射器同等地适合于基于LCD的系统以及基于投影的系统(诸如全息投影仪)，如在各实施例中仅作为示例来描述的。

因此，提供了一种用于具有空间上变化的光功率的挡风玻璃的平视显示器，该平视显示器包括被布置成显示图像的漫射器，其中该漫射器被成形为补偿该挡风玻璃的空间上变化的光功率。

同样，提供了一种为平视显示器补偿挡风玻璃的空间上变化的光功率的相应方法，该方法包括：将图像显示在漫射器上；将所述漫射器成形为补偿所述挡风玻璃的空间上变化的光功率；以及，使用所述挡风玻璃来形成所述图像的虚拟图像。

发明人已认识到，通过根据空间图像变形对所述漫射器进行成形，有可能使用标准的抛物面反射镜来实现高质量的虚拟图像。该反射镜将因此适合在大范围的车辆中使用，并且将具有更简单的表面特征，从而显著地降低了生产成本。漫射器将以逐挡风玻璃的基础上被设计，然而由于其较小的尺寸，将不会对系统具有显著的成本影响。

因此，可以理解，在各实施例中，平视显示器进一步包括被布置成接收来自漫射器的光，并将接收到的光重新引导到挡风玻璃上的反射镜。在各实施例中，反射镜拥有光功率，诸如标准的抛物面反射镜。注意，拥有光功率的反射镜不需要针对特定挡风玻璃定制。换言之，抛物面反射镜可以是现成的标准抛物面反射镜。

可理解，在各实施例中，挡风玻璃形成漫射器所显示的图像的虚拟图像。即，用户查看漫射器在挡风玻璃中的反射。

在各实施例中，平视显示器进一步包括被布置成将供显示的图像投影在漫射器上的投影仪。因此，还提供了一种相应的方法，该方法包括将图像投影在漫射器上。然而，如可从前述内容中理解的，图像可通过任何手段显示在漫射器上。

在各有利实施例中，投影仪是全息投影仪，其包括：空间调光器，该空间调光器被布置成将相位延迟分布应用于入射光，其中相位延迟分布包括表示物体的纯相位数据；以及，傅里叶变换装置，该傅里叶变换装置被布置成执行对从空间调光器接收的经调相的光的傅里叶变换，并将图像形成在漫射器上。因此，还提供了一种其中将图像投影在漫射器上的相应方法，该方法进一步包括：用入射光来照明空间调光器以将相位延迟分布应用于该入射光，其中相位延迟分布包括表示物体的纯相位数据；以及，执行对从空间调光器接收的经调相的光的傅里叶变换，并将图像形成在漫射器上。全息系统具有各优点，因为各个体像素可被计算以便以完美的聚焦形成在漫射器的复杂表面上的每一点处。

在一实施例中，傅里叶变换装置是被布置成执行光学傅里叶变换的物理透镜。在其他实施例中，全息投影仪所利用的傅里叶变换装置不是物理光学器件，而改为是使用全息技术实现的其他纯相位透镜。

本领域已知如何计算纯相位可编程透镜的数据——即提供透镜效果的数据。本领域还已知纯相位可编程透镜数据可如何与表示物体的纯相位数据组合。在各实施例中，该数据通过简单的向量加法来组合。

在一实施例中，被显示在漫射器上的图像是预先确定的物体的全息重构。

利用所公开的全息投影仪的各实施例是有利的，因为相位延迟分布(“全息记录”)可被容易地修改以使图像进入非平面聚焦的状态。例如，相位延迟分布可被计算机计算为提供补偿挡风玻璃的光学失真的光学失真。这在图8中示出。更详细地，图8示出了利用非平坦的漫射器901作为图像显示介质的平视显示器。漫射器901被布置成显示图像。在实施例中，图像被投影到漫射器901上。来自漫射器901的光由抛物面反射镜903来收集，并被朝向挡风玻璃905的区域反射。小百分比的该光从挡风玻璃905朝向查看者907反射。因此，虚拟图像909被查看者907看见。将明白，由非平坦漫射器901引起的第一光学失真911与由挡风玻璃905引起的第二光学失真915组合以形成未失真的虚拟图像919。

在各实施例中，平视显示器进一步包括被布置成产生空间调光器的入射光的激光器。本公开尤其很好地适于其大景深将克服与非平坦漫射器的使用相关联的任何聚焦问题的基于激光投影的系统。

作为示例，漫射器是基于对用于形成虚拟图像的常规透镜以及在X和Y方向具有显著不同的曲率的挡风玻璃的使用来设计的。该模拟的输出在以下并在图9中被示出。

表1

可理解，平视显示器可显示如本领域公知的各种信息。因此，与所有可能的显示相对应的全息图可被预先计算并被存储在储存库中，或者被实时地计算。在一实施例中，投影仪进一步包括表示多个2D图像的傅里叶域数据的储存库。

仅作为示例，本文中描述的各实施例涉及傅里叶全息术。本公开同等地适用于其中菲涅尔变换在全息图的计算期间被使用的菲涅尔全息术。

所重构的全息图的质量可受所谓的零阶问题的影响，这是该重构的衍射性质的结果。这样的零阶光可被认为是“噪声”并且包括例如镜面反射光以及来自SLM的其他不想要的光。

这一“噪声”一般聚焦在傅立叶透镜的焦点处，从而在所重构的全息图的中心处造成亮点。传统地，零阶光被简单地阻挡，然而这将清楚地意味着用暗点来代替亮点。

选择性滤波器可被替换地并成角度地用于仅移除该零阶光中的准直光线。也可使用其他管理零阶光的方法。

尽管在此描述的各实施例涉及每帧显示一个全息图，但本公开决不限于在一方面，并且在任何一次可在SLM上显示一个以上全息图。

例如，各实施例实现分块(“tiling”)技术，其中SLM的表面区域被进一步分成多个块，这些块中的每一个被设置成与原始块的相位分布相似或相同的相位分布。因此，相比于SLM的整个分配区域被用作一个大型相位模式的情况，每一块具有更小的表面区域。在图像被产生时，块中频率分量的数目越小，经重构的像素分开得越远。该图像在第零衍射阶内被创建，并且第一和后续阶移位得足够远以便不与该图像重叠并且可通过空间过滤器来阻塞是优选的。

如上所示，通过本方法所产生的图像(无论是否使用分块)包括形成图像像素的各点。所使用的块的数目越高，这些点变得越小。如果以无限正弦波的傅里叶变换为例，则单个频率被产生。这是最优的输出。在实践中，如果只使用一个块，则这对应于正弦波的单个周期的输入，其中零值在正和负方向上从正弦波的端节点延伸到无穷远。取代从其傅里叶变换中产生单个频率，主频率分量与一系列毗邻频率分量一起在其任一侧上被产生。对分块的使用降低了这些毗邻频率分量的振幅，并且作为这个事实的直接结果，更少的干扰(建设性的和破坏性的)发生在毗邻图像像素之间，由此改善了图像质量。

优选地，每一个块是整个块，但使用块的小部分是可能的。

仅作为示例，各实施例涉及Gerchberg-Saxton算法的变型。

本领域技术人员将理解，在此公开的改进方法同样适用于计算被用来形成物体的三维重构的全息图。

同样，本公开不限于单色图像的投影。

彩色2D全息重构可被产生并且有两种主要方法来达到这一点。这些方法之一被称为“帧顺序制色”(FSC)。在FSC系统中，使用三个激光(红色、绿色、以及蓝色)，并且每一激光器在SLM处接连发光以产生视频的每一帧。这些色彩以足够快的速率被循环(红色、绿色、蓝色、红色、绿色、蓝色等)，使得人类查看者从此三个激光的组合中看见多色图像。因此，每一全息图都是特定色彩的。例如，在每秒钟25个帧的视频中，第一帧将通过在1/75秒内发射红色激光、随后在1/75秒内发射绿色激光、并最后在1/75秒内发射蓝色激光来被产生。下一帧随后被产生，以红色激光开始，以此类推。

一种替换方法(将被称为“空间上分开的制色”(SSC))涉及同时发射全部三个激光，但采取不同的光路，例如每一个激光使用不同的SLM或单个SLM的不同区域并随后组合以形成彩色图像。

帧顺序制色(FSC)方法的优点是整个SLM被用于每一颜色。这意味着所产生的这些三色图像的质量将被折衷，因为SLM上的所有像素被用于这些彩色图像中的每一者。然而，FSC方法的缺点是所产生的整个图像将不与通过SSC方法产生的对应图像乘以约3的因子一样亮，因为每一激光仅被使用三分之一的时间。这一缺陷可潜在地通过过速驱动这些激光器或者通过使用更强大的激光来解决，但这会需要使用更多的功率，会涉及更高的成本并且会使得系统更不紧凑。

SSC(空间上分开的制色)方法的优点是图像因所有三个激光同时发射而更亮。然而，如果由于空间限制它需要只使用一个SLM，则SLM的表面区域可被分成三个部分，实际上担当了三个分开的SLM。这一点的缺陷是由于可用于每一单色图像的SLM表面区域的减少，每一单颜色图像的质量降低。因此，多色图像的质量被相应地降低了。可用的SLM表面区域的减少意味着SLM上更少的像素可被使用，由此降低了图像的质量。图像的质量被降低了，因为其分辨率被降低了。

在各实施例中，SLM是硅上液晶(LCOS)设备。LCOS SLM具有以下优点：信号线、栅极线、以及晶体管处于反射表面之下，这造成高填充因子(通常大于90％)和高分辨率。

现在可获得具有2.5μm和15μm之间的像素的LCOS设备。

LCOS设备的结构在图10中示出。

LCOS设备是使用单个晶体硅基板(802)来形成的。它具有由间隙(801a)隔开的、安排在基板的上表面上的方形平面铝电极(801)的2D阵列。电极(801)中的每一者都可经由埋在基板(802)中的电路系统(802a)来寻址。电极中的每一者形成各自的平面反射镜。对准层(803)被设置在电极阵列上，并且液晶层(804)被设置在对准层(803)上。第二对准层(805)被设置在液晶层(404)上，并且例如为玻璃的平面透明层(806)被设置在第二对准层(805)上。例如为ITO的单个透明电极(807)被设置在透明层(806)和第二对准层(805)之间。

方形电极(801)中的每一个与透明电极(807)的覆盖区和居间液晶材料一起限定了可控制的调相元素(808)，通常称为像素。在考虑像素(801a)之间的间隔的情况下，有效像素区域或填充因子是光学上活跃的总像素的百分比。通过相对于透明电极(807)控制向每一电极(801)施加的电压，相应的调相元件的液晶材料的属性可被改变，由此向入射在其上的光提供可变的延迟。效果是向波前提供纯相位调制，即没有发生振幅影响。

使用反射LCOS空间调光器的主要优点是液晶层的厚度可以是在使用透射设备的情况下的所需厚度的一半。这大大地改善了液晶的切换速度(用于移动视频图像的投影的关键点)。LCOS设备还独有地能够在小孔径中显示大型纯相位元件的阵列。小元件(通常为大致10微米或更小)导致实用的衍射角(为几度)，使得该光学系统不需要非常长的光学路径。

与较大的液晶设备的孔径相比，充分地照亮LCOS SLM的小孔径(几平方厘米)是更容易的。LCOS SLM还具有大孔径比，在各像素之间存在非常小的死角(因为用于驱动这些像素的电路系统被埋在这些反射镜之下)。这对于降低重放区中的光学噪声而言是一个重要的问题。

使用硅背板具有各像素在光学上平坦的优点，这对于调相器件而言是重要的。

尽管各实施例涉及反射LCOS SLM，但本领域技术人员将理解，可以使用包括透射SLM在内的任何SLM。

本发明不限于所描述的实施例，而是延及所附权利要求书的完全范围。