用于光学照明的体全息制造技术

一种光学系统(34)包括照明源(38)，体全息(36)和在空间上调制的成像光学器件(12)。照明源被配置成发射相干光(14)，并且体全息(36)被配置成接收并衍射该相干光。成像光学器件(12)被布置在体全息(36)的下游并且被配置成接收通过体全息衍射的相干光并且在空间上调制该相干光以便形成图像。可选地，成像单元是用全息寻址的相位调制LCOS‑SLM。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学照明的体全息背景光学系统可包括由照明源照明以产生可视图像的成像光学器件。成像光学器件可以是透射性的，使得通过调制穿过成像光学器件的光来形成图像，或成像光学器件可以是反射性的，使得通过调制从成像光学器件反射的光来形成图像。概述公开了涉及全息投影系统中体全息的使用的示例。例如，一个公开的实施例提供了一种包括照明源、体全息、以及成像光学器件的光学系统。照明源被配置成发射相干光，并且体全息被配置成接收相干光并朝着成像光学器件衍射相干光。成像光学器件被配置成接收通过体全息衍射的相干光并且在空间上调制相干光以形成图像。提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。附图简述图1和图2示出了用于成像光学器件的照明的示例光学系统的各方面。图3示出了利用体全息来照明成像光学器件的示例光学系统的各方面。图4示出了用于成像光学器件的照明的示例体全息的各方面。图5、6和7示出了其中成像光学器件被照明的附加示例光学系统的各方面。图8示出了使用体全息的出射光瞳扩展。图9示出了例示出用于扩展出射光瞳的示例方法的流程图。图10示出了使用反射式和透射式体全息的反射成像光学器件的照明。图11示出了使用反射式和透射式体全息的透射成像光学器件的照明。详细描述现代光学工程的持续目标是创建缩减设备应用的大小和维度的光学系统。各示例包括更薄的平板屏幕显示面板和用于近眼显示器的微型化投影光学器件。如上所述，光学系统可包括被照明源照明的成像光学器件。这样的系统可被设计成间隔开的组件，以防止照明源遮挡成像光学器件的出射光瞳。然而，这可导致不期望的大配置。此外，如果成像光学器件是全息式的或基于光栅的，则不希望的零级或其他衍射分量可出现在出射光瞳中。因此，本文公开了可提供在避免零级或其他不希望的衍射分量出现的同时利用全息图像分量的紧凑型光学系统的示例。简言之，用穿过一个或多个体全息(例如，体布拉格光栅)的相干光照明成像光学器件。如本文进一步详细描述的，体全息可位于成像光学器件的出射光瞳内而不遮挡所形成的图像。这种配置允许以近法向入射来照明反射成像光学器件，以获得清晰图像分辨率和其他优点。此外，体全息可被设计用于从相干照明的全息或基于光栅的光学器件(透射式或反射式的)移除不希望的零级或更高级分量。图1示出了具有被照明的成像光学器件12的示例光学系统10的各方面。在此示例中，成像光学器件是反射光学器件；它可表示衍射光栅、成像全息、或接收入射光14，反射入射光14并在空间上调制至少一部分的入射光以形成图像16的几乎任何类型的光学器件。在一些实施例中，成像光学器件的反射属性是静态的——即永久地、实质性地被设计到光学器件中。在其他实施例中，成像光学器件的反射属性是动态的——即可重配置的和/或可控的。例如，成像光学器件可包括一个或多个电机元件，诸如响应于改变电输入而改变反射光的方向的压电陶瓷反射镜18。在其他示例中，成像光学器件可包括一个或多个电光元件或电光层——例如液晶(LC)层20——该液晶(LC)层20可控制地影响反射光的偏振状态以使其强度可通过偏振过滤进行调制，或可控制地影响入射光束的相位以使其强度可通过设备像素的波干涉(衍射)进行调制。在一些示例中，至少一些图像内容可被编码到照明成像光学器件12的入射光14中。在此，成像光学器件的作用可以是改变编码图像的一些属性——其位置、焦平面、取向、亮度、偏振状态、或光学像差的校正等。在其他示例中，入射光可提供成像光学器件的中性(即，非图像携带)照明，其作用是通过释放被设计的或被控制的反射来形成所期望的图像。在一些示例中，成像光学器件12可被配置成像素阵列22的形式，其中每个像素是可单独寻址的电机元件或电光元件。这样的配置可被合并入具有操作上耦合到像素阵列的电子控制器23的数字显示系统中。在这些示例中，电子控制器通过向阵列的每个像素发送适当的控制信号来指导显示图像的形成，该控制信号控制来自此像素的反射光的光调制。因此，在一个示例中，成像光学器件可以是数字微反射镜设备(DMD)。在其他示例中，成像光学器件可以是反射硅上液晶(LCOS)阵列，或几乎任何其他类型的通过入射在其上的照明的任何部分的反射来形成图像的像素阵列。具有反射成像光学器件的LC显示系统可比那些具有透射成像光学器件的LC显示系统展现出更高的速度(例如，刷新率)和效率。这是因为由于通过LC层的光路的几何倍增，使该LC层可被做得更薄。这还可有助于增加速度，因为更薄的LC层可花费更少的时间返回到同质状态。分辨率也可被改善，因为各像素之间的边缘场较不显着。LCOS显示器中的进一步效率增益是由于像素寻址电极被布置在LC层之后并在光路之外。这不仅可减少不希望的吸收，而且可使像素几乎能接触彼此。相对于透射阵列而言，更大的填充因子导致更好的显示对比度。如果光强度建设性地和破坏性地干扰而不在成像光学器件的每个像素处被吸收以便形成显示图像，那么LCOS显示器的效率可被进一步提高。一种被称为LCOS空间光调制器(LCOS-SLM)的成像光学器件实现了此效果。LCOS-SLM是基于电光像素元件的阵列的动态可重新配置的全息的示例。通过控制LC分子的取向，LCOS-SLM对每个阵列像素反射的光赋予了单独可控的相位延迟。在示例应用中，至少在时间片期间阵列上的入射照明是单色的，并且与基本平坦的波阵面相干。如本文所述的成像光学器件12可被合并入各种显示系统：例如，用于电视和家庭影院系统的大尺寸显示器、用于膝上型计算机的更小的平板显示器、以及用于平板电脑，智能电话和手持式游戏系统的节能显示器。此外，成像光学器件和相关联的部件可被小型化以便用于诸如头戴式显示器(例如，以作为非限制性示例的护目镜、眼镜、头盔、遮罩等的形式)之类的近眼显示技术。现在返回图1，成像光学器件12被示为具有入射光瞳24和出射光瞳26。入射光瞳和出射光瞳的大小和取向通过示例的方式被示出；不同的大小和取向也可被使用。在图1中，以与法向入射成大约15度的角度照明成像光学器件(在本文中相对于表面法线表示入射角和观测角)。以相对低的入射角来照明可呈现优点和缺点。对某些类型的成像光学器件(例如，具有前板的LCOS)，可以更低入射角来减小不希望的镜面反射。此外，低角度照明产生低角度反射是被成像光学器件所期望的，因为各像素之间的模糊可随着观测角的增加而增加。另一方面，低角度照明可需要照明源遮蔽出射光瞳26——即，照明源位于成像光学器件与观测者之间——这是不期望的。同样，如图1所示，将照明源正好放置在出射光瞳的外侧可增加光学系统的深度D和围绕成像光学器件的非成像边界B的大小，其中入射角越低深度越大。图2示出了另一示例光学系统28的各方面，其中以相对于图像产生元件表面的法线更低的入射角照明反射成像光学器件12。在所示的配置中，光束分裂器30(例如，半镀银反光镜)被布置成以45度角跨出射光瞳26。此方式节省了成像光学器件周边的周围的空间，但是将光学系统的深度增加到了该光学器件的整个宽度。此外，它可浪费约75％的入射光强度，因为每次遇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，包括：照明源，所述照明源被配置为发射相干光；体全息，所述体全息被定位成接收和衍射所述相干光；以及成像光学器件，所述成像光学器件被布置在所述体全息对面并且被配置成接收通过所述体全息衍射的所述相干光并且在空间上调制所述相干光以形成图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.30 US 14/320,2901.一种光学系统，包括：照明源，所述照明源被配置为发射相干光；体全息，所述体全息被定位成接收和衍射所述相干光；以及成像光学器件，所述成像光学器件被布置在所述体全息对面并且被配置成接收通过所述体全息衍射的所述相干光并且在空间上调制所述相干光以形成图像。2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述成像光学器件被配置为通过所述相干光穿回所述体全息的反射来形成图像。3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述成像光学器件包括将零级分量与所形成的图像一起反射的成像全息或光栅，并且其中所述体全息将所述零级分量与所形成的图像分离。4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述成像光学器件包括成像全息，所述成像全息包括被编码的菲涅耳透镜，所述被编码的菲涅耳透镜被配置成使所形成的图像的焦平面移位。5.如权利要求4所述的光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·乔治欧，J·S·科林，N·埃默顿，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US