用于组合与光调制器相邻布置的像素相互作用的光束的装置的制作方法

用于组合与光调制器相邻布置的像素相互作用的光束的装置
1.本技术是申请号为201780073606.x，国际申请号为 pct/ep2017/074903，国际申请日为2017年9月29日，申请人为视瑞尔技术公司，发明名称为用于组合与光调制器相邻布置的像素相互作用的光束的装置的申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种用于组合光束的装置，该光束与光调制器的相邻布置的像素相互作用。本发明还涉及一种光束组合装置和一种用于光的复值调制的空间光调制装置。本发明涉及一种光束组合装置和一种偏振敏感元件的光学装置，该偏振敏感元件允许通过相位调制光调制器和光束组合器对光场进行复值调制，该复值调制对照射波的入射方向上的变化不敏感。
3.在介绍中提到的这种类型的装置尤其用在用于物体和/或场景的三维重构的全息显示器中，或者对其有用，这种显示器由申请人例如在专利文献wo2006/066919a1或其他出版物中描述。


背景技术：

4.专利文献de102009044910a1和wo2010/149583a1描述了用于光调制器(slm)的相应2个相位像素的光束组合以形成复值像素的装置的各种配置，以下称为光束组合器。两个像素彼此相邻布置。在该文献中，光调制器的相邻布置的像素尤其旨在表示在空间上彼此直接相邻的像素，在这种情况下，像素可以在水平方向、竖直方向或不同方向(例如对角线) 上彼此相邻地布置。在通过slm之后，由像素对的两个像素向光提供不同的偏振。这通过结构化延迟片完成。一种偏振光通过光束组合器的路径与另一个偏振光的路径不同，因此在光束组合器的出口处发生叠加或组合。术语“光束组合”在本文中尤其旨在表示光束以下列方式空间叠加，在组合之后，组合光束在空间重叠区域中具有基本相同的传播方向。
5.图1以与专利文献wo2010/149583a1的图8类似的方式示出了根据现有技术的结构化孔径光阑ap和具有偏振相关光传播的层ps，例如方解石层。光程示意性地示出。为简单起见，示意性地表明几何光传播，不考虑衍射。
6.入射光被分成穿过该层到达slmpix(光调制器像素)的第一像素的例如线性偏振光以及行进到slmpix的第二像素的第二偏振光，第二偏振光例如垂直于第一偏振光并且也是线性偏振的。为了说明，这里通过虚线示意性地表明一个偏振，而通过点画线示意性地表明另一个偏振。对于基于lc(液晶)的相位调制slm，其例如仅调制特定入射偏振的相位光，也可以在偏振选择层的出口处施加结构化延迟片。这样的效果是，在进入 slmpix之前，例如对于行进到第二像素的光，偏振以下列方式旋转，即只有一个偏振的光通过slm本身。在反射slm的情况下，光然后沿着相同的路径返回，并且像素对的两个像素的光在孔径开口的位置处再次叠加。
7.图2示出了没有孔径光阑的情况。为了说明，以不同的灰色阴影表示在先前的孔径光阑所处的位置进入的光。两个偏振方向的光将到达每个像素。在通过slmpix之后，光也将
在两个方向上从每个像素再次返回。在返回路径上，尽管来自像素1和像素2的光将以期望的方式叠加，但是来自像素3的光也将不期望地叠加在来自像素2的光上。在这种形式中，该装置不能被用作用于光束组合的装置(光束组合器)。
8.因此，本发明的目的是提供和改进用于组合光束的装置，其基本上避免了这些问题。


技术实现要素：

9.根据本发明的装置用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束。光调制器包括多个像素并且以使两个相邻像素相应地形成宏像素的方式被驱动。设置与宏像素相关的分束器，由此以下列方式配置和布置分束器：使得入射光束被分成第一子光束和第二子光束，使得第一子光束在宏像素的第一像素的方向上传播并且第二子光束在宏像素的第二像素的方向上传播。优选地，将光束分成强度基本上相等的第一子光束和第二子光束。第一结构化光束影响部件被设置在分束器和光调制器之间，第一结构化光束影响部件被配置为使得第一子光束由此以与第二子光束不同的方式受到影响。第一子光束和第二子光束在与宏像素的相应像素相互作用之后通过第二结构化光束影响部件，第二结构化光束影响部件配置为使得第一子光束由此以与第二子光束不同的方式(优选以相反方式)受到影响。设置光束组合器，光束组合器被配置和布置为使得第一子光束和第二子光束由此能够组合。光束选择器布置在光调制器和第一结构化光束影响部件或第二结构化光束影响部件之间，光束选择器被配置为使得不属于该宏像素的第一子光束和/或第二子光束由此被阻挡，例如被吸收或反射。入射光或两个子光束优选地透射通过该装置的光调制器，或者入射光仅通过光调制器一次。该装置在下文称为透射操作装置。
10.根据本发明的装置用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束。光调制器包括多个像素并且以使两个相邻像素相应地形成宏像素的方式被驱动。设置与宏像素相关的分束器，以下列方式配置和布置分束器：使得入射光束由此被分成第一子光束和第二子光束，使得第一子光束在宏像素的第一像素的方向上传播并且第二子光束在宏像素的第二像素的方向上传播。优选地，将光束分成强度基本上相等的第一子光束和第二子光束。结构化光束影响部件被设置在分束器和光调制器之间，结构化光束影响部件被配置为使得第一子光束由此以与第二子光束不同的方式受到影响。设置反射装置，利用反射装置反射光束。第一子光束和/或第二子光束在与光调制器的相应像素相互作用后再次通过结构化光束影响部件和分束器，以便重新组合第一光束和第二光束。光束选择器布置在光调制器和结构化光束影响部件之间，光束选择器被配置为使得不属于该宏像素的第一子光束和/或第二子光束由此被阻挡。优选地，入射光或两个子光束与该装置的光调制器反射地相互作用。一方面这可以通过使两个子光束两次通过光调制器来实施，例如当光第一次通过光调制器的液晶层，在反射装置处反射并且第二次通过液晶层。这种光调制器的一个示例是硅基液晶 (lcos)。另一方面，光调制器本身的像素可以包括反射装置，使得两个子光束分别与反射作用的像素相互作用。这种光调制器的一个示例是微电子机械系统(mems)。该装置在下文称为反射操作装置。
11.根据本发明，首先认识到，可以避免在结构化孔径处的可能产生干扰的衍射效应，尤其是在装置中可以不必使用这种结构化孔径，而且分开的子光束不会以不希望的方式无
意地受到相邻宏观像素的影响。原因在于，由于光束选择器结合结构化光束影响部件的特定配置和布置，与现有技术相比不再需要结构化孔径，即以使不属于宏像素的第一和/或第二子光束由此被阻挡的方式。然而，其操作模式与根据现有技术的结构化孔径的操作模式不同，结构化孔径的操作模式在其光学非透射位置处不会让任何光束进入光束组合装置。然而，根据本发明的装置允许所有入射光束进入根据本发明的用于组合光束的装置并且归因于光束选择器与结构化光束影响部件的组合基本上仅在装置内部阻挡不属于宏像素的第一和/或第二子光束。因为不必在装置中使用结构化孔径，所以有利地避免了结构化孔径相对于光调制器的像素的位置的取向。
12.本发明的优选实施例和改进首先将以稍微概括的方式呈现，本发明的优选实施例和改进将在某些更详细的方面进行解释，并且具体示例尤其在附图的描述中进行说明。
13.在透射操作装置的情况下，分束器和光束组合器可以相同地配置为光学双折射单轴部件。就此而言，分束器和光束组合器可以由相同的材料制成和/或具有相同的光轴。尤其地，分束器的光轴的取向以与光束组合器的光轴的取向相同的方式取向。两个双折射单轴部件的光轴可以以下列方式取向，即使得两个部件的普通和非普通光子光束相对于界面所形成的角度 (θ)相等。尤其是当偏振光束或子光束彼此组合时，使用光学双折射单轴部件。尤其地，可以设置为，入射光束是线性或圆偏振的，入射光束的偏振方向以下列预定方向定向，即设置分束器，该分束器以下列方式配置和布置，例如，入射光束由此分成第一子光束和第二子光束(两者基本上具有相同的强度)，以使第一子光束在宏像素的第一像素的方向上传播并且第二子光束在宏像素的第二像素的方向上传播。
14.在反射操作装置的情况下，两个子光束通过两次的分束器可以以光学双折射单轴部件的形式配置。就此而言，分束器具有双重功能，因为一方面它将入射光束分成第一子光束和第二子光束，另一方面，分束器将第一子光束和第二子光束彼此重新组合。
15.还可以想到，分束器和/或光束组合器不是以双折射部件的形式分别配置，而是以至少一个体光栅或至少一个偏振光栅的形式配置。然而，在这种情况下，当根据本发明的装置打算用不同波长的光操作时，应该校正所用体光栅或偏振光栅的色散特性。在这种情况下，也可以为所使用的每个波长的光设置至少一个相应的光栅。就此而言，尤其是当采用具有不同波长的光时，优选使用光学双折射部件用于根据本发明的装置中的分束器和 /或光束组合器的功能。
16.更尤其优选地，结构化光束影响部件包括区域化地实现延迟器功能的空间结构，其具有λ/2片和/或λ/4片。可选地或此外，结构化光束影响部件可以包括区域化地不改变子光束的光学特性的空间结构。
17.结构化光束影响部件的空间结构优选地适合于光调制器的像素的空间结构，例如，设想结构化光束影响部件的结构垂直投影到光调制器的像素的结构上，这种投影基本上导致全等区域。在这一点上应该提到的是，这些考虑涉及根据本发明的用于组合光束的装置的部件的光学性质，并且例如不涉及用于驱动光调制器的电子电路，即使部分电子电路也与光相互作用。
18.在反射操作装置的情况下，光调制器的像素本身可以反射地配置，例如在mems中的情况。作为可选方案，可以在光调制器的光学透射像素之后布置反射镜。
19.更尤其优选地，分束器、光束组合器、第一和/或第二结构化光束影响部件以下列
方式配置和布置，使得第一子光束的光束路径和第二子光束的光束路径基本上配置为相对于宏像素的第一像素和第二像素之间的中点成点对称。更确切地说，相对于宏像素的第一像素和第二像素之间的中点的点对称存在于第一子光束的光束路径和与第一子光束相关的第二子光束的光束路径的平面中。关于整个宏像素，因此存在相对于两个相邻像素的中心线段的对称性。尤其是在透射操作装置的情况下，分束器和/或结构化光束影响部件可以以下列方式配置和布置，使得第一子光束的光束路径和第二子光束的光束路径基本上配置为相对于光束分离点和/或光束组合点成点对称。在根据本发明的用于组合光束的装置的这些改进中，入射光束可以尤其有利地具有不同于表征标称状态的预定入射方向的入射方向，并且仍然实现子光束的预期分束和组合。换句话说，根据本发明的用于组合光束的装置的这种改进对入射方向的变化不敏感。关于这方面的进一步评论稍后将在本文的不同位置给出。
20.更尤其优选地，光束选择器包括偏振器或由偏振器组成。偏振器优选是空间非结构化元件。在这种情况下，偏振器被配置和布置为使得不属于宏像素的第一和/或第二子光束由此被阻挡。
21.更尤其优选地，设置光束叠加部件，利用该光束叠加部件可以使第一子光束和第二子光束干涉。光束叠加部件同样可以是偏振器，其尤其地可以以下列方式配置和布置，即对于宏像素的有效相位调制，在组合之后待叠加的两个子光束的最大振幅基本上具有相等的振幅值。
22.在光调制器包括可以通过电驱动改变取向方向的液晶的情况下，原则上进行电驱动中的循环电压以避免电解。电压反转可以具体地通常以帧反转、线反转或通过像素反转来执行。在帧反转的情况下，首先用相同的电压符号驱动所有像素，然后使所有像素反转符号。在线反转的情况下，光调制器的像素的相邻行或列通常采用不同符号的电压驱动，例如首先偶数行具有正符号并且奇数行具有负符号。然后使所有像素反转符号。在像素反转的情况下，通常使用正电压和负电压的棋盘布置。
23.更尤其优选地，宏像素的像素分别采用具有相同符号的电压驱动。在线反转的情况下，这可以通过使分别布置在相同的行或列中的宏像素的两个相邻像素进行反转来实现。作为可选方案，线反转也可以用双线反转代替，其中分别用相同符号的电压驱动2个相邻的列或行，接下来的两个列或行用相反的符号驱动。然后，宏像素的相应第一像素可以位于第一行或列中，并且宏像素的第二像素可以位于相应的第二行或列中。还可以设想像素反转，这涉及电反转，使得宏像素的两个像素类似地反转。在帧反转的情况下，光调制器的所有宏像素的像素的驱动将分别总是被设置为具有相同符号的电压。
24.现在，分束器、可选地存在的光束组合器、至少一个结构化光束影响部件和/或光束选择器可以基本上彼此平行地布置并且在一个位置或另一个位置处具有中间空间。然而，更尤其优选地，分束器、可选地存在的光束组合器、至少一个结构化光束影响部件和/或光束选择器直接布置在彼此上或彼此固定(夹层布置)。以这种方式，可以实现夹层布置的紧凑且稳定的结构，其例如相对于温度变化进行优化，基本上不改变光学性质。各个部件例如可以通过粘合剂彼此固定，在这种情况下，尤其考虑到已经提到的根据本发明的装置的部件的对称性，优选使用相同的粘合剂，从而将不同的层粘合在一起。
25.具体地，入射光束可以具有线性偏振或圆偏振，其定向或调整为使得光束可以分
成第一和第二子光束并重新组合。
26.在反射操作装置的情况下，平面形状的照射装置(与专利文献 wo2010/149583a1相似)可以布置在光调制器和分束器之间或者布置在分束器和光束叠加部件之间。这种平面形状的照射装置可以与专利文献 wo2010/149583a1类似地配置。照射装置可以包括平面形状的光导和提取单元，利用该提取单元从光导中提取光并且光可以偏转到光调制器的方向上。如果例如适当地调整对应光束的偏振方向，则在反射装置处反射的光可以基本上不偏转地传播通过照射装置，然后通过光束组合器。
27.在提供光束叠加部件的情况下，利用光束叠加部件使第一子光束和第二子光束相互干涉，可以在光调制器和分束器之间或者在分束器和光束叠加部件之间布置平面形状的照射装置。照射装置可以包括平面形状的光导和提取单元，利用该提取单元从光导提取光并且可以使光偏转到光调制器的方向上。在反射装置处反射的光可以基本上不偏转地传播通过照射装置，然后通过光束组合器。
28.如果光调制器包括液晶并且以使液晶执行平面外旋转的方式配置液晶，例如ecb(电控双折射)模式中的液晶的情况，入射光束可以线性偏振，在这种情况下，结构化光束影响部件可以区域化地具有λ/2片的功能。
29.光调制器可以包括液晶，并且以使液晶执行平面内旋转的方式配置。这种配置尤其是在han
‑
lc模式(混合对准向列液晶模式)或cipr(连续平面内旋转)模式或近晶lc模式中提供，其中lc分子在电场中的平面内旋转主导平面外旋转。此外，光调制器还可以包含液晶，该液晶包括胆甾相，并且其中光轴在电场中具有平面内旋转(均匀卧螺旋
‑
ulh
‑
模式)。在所提到的情况下，入射光束可以是线性偏振的，结构化光束影响部件区域化地具有λ/4片功能。然后，结构化光束影响部件改变偏振，以使圆偏振光进入光调制器本身。利用结构化光束影响部件，例如，可以区域化地产生右旋圆偏振光，以及区域化地产生左旋圆偏振光。
30.换句话说，根据本发明的目的还通过一种用于光束组合的装置来实现，该装置包括结构化的延迟板。结构化延迟板在slm侧具有至少一个附加偏振器，即从结构化延迟板朝向slm看。
31.现在存在有利地配置和改进本发明的教导的各种可行方案。为此，参考借助于附图对本发明的优选示例性实施例的以下说明，总体还说明了该教导的优选配置和改进。
附图说明
32.在图中，分别示意性表示：
33.图1和图2示出了现有技术的光束组合器的布置，
34.图3a、图3b示出了根据本发明的用于组合与反射装置中的光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置的第一示例性实施例，
35.图4示出了根据本发明的用于组合与透射装置中的光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置的第二示例性实施例，
36.图5在上图中示出了作为两个相位值之间的相位差的函数的生成相位，并且在下图中示出了作为相位差的函数的振幅和强度，
37.图6在上图中示出了作为相位差的函数的迈克尔逊对比度，在下图中示出了作为相位差的函数的强度差，
38.图7示出了根据现有技术的用于组合光束的装置，在图7a中在左手侧待组合的相邻像素的光束基本上垂直地照射光调制器，以及在图7b中在右手侧待组合的相邻像素的光束以与垂线于表面的角度不同的角度照射光调制器，
39.图8a、图8b示出了根据本发明的用于组合光束的装置，在上图8a中待组合的相邻像素的光束基本上垂直地照射光调制器，以及在下图8b中待组合的相邻像素的光束以与垂直于表面的角度不同的角度照射光调制器，
40.图9示出了与图8相当的根据本发明的用于组合光束的装置，图9中所示的光调制器基于平面内液晶(lc)调制，
41.图10示意性地示出了具有根据现有技术的光束组合器的装置，右上方为侧视图和底部为三维视图，
42.图11示出了光调制器上的2d图像的强度结果，其通过图10中描述的装置获得，
43.图12示出了双光束干涉的振幅表示，在右下方示意性地示出了光调制器的2个相邻像素的布置，其中相位值φ1和φ2写入这两个像素，
44.图13在左侧示出了图形绘制的作为δφ4函数的振幅和强度，在右侧绘制了迈克尔逊对比度,
45.图14以图示方式示出了相位误差对2d图像的强度调制的影响，
46.图15示出了普通和非普通光束在具有n0和n
e
的折射率的单轴双折射介质中的光传播，双折射介质在两侧被相同的各向同性介质包围，并且这种各向同性介质具有折射率n，
47.图16以图示方式示出了当光线不是垂直地照射双折射材料而是以介于0至0.5度之间的范围内的小角度α照射时，双折射介质内的普通和非普通光束的光程如何变化的计算结果，
48.图17说明了另外的考虑因素，其现在考虑了单轴双折射介质和周围各向同性介质中的整个光程差，
49.图18示出了作为入射角α和角度δ两者的函数的绝对相位差δφ的计算，再次针对厚度为约756微米的方解石板计算，
50.图19示出了相对相位差以及δφ的变化(以2π为模)，
51.图20示出了以“黑盒子”模型的形式分析了δφ的角度相关变化的影响，
52.图21示出了可容许角度变化δα与光调制器的像素间距之间的相关性，
53.图22示出了光束组合器slm，
54.图23示出了关于提供一种用于光束组合的装置和一种用于光的复值调制的空间光调制装置的可行的解决方案，装置对于光的入射角的变化或标称状态的偏离非常不敏感，
55.图24示出了图23的解决方案的总体设计原则，
56.图25示出了光学架构和原理，在图25的上半部分由相邻像素组合的光束基本垂直地照射光调制器，以及在图25的下半部分由相邻像素组合的光束以不同于垂直于表面的角度照射光调制器，
57.图26与图25相比较地示出了根据本发明的用于组合光束的slm的相关配置，左侧所示的光调制器基于ecb模式，右侧所示的光调制器基于han模式，两个光调制器均基于平面内lc调制，
58.图27示出了bc
‑
slm的高振幅敏感度的原因和解决方案，
59.图28示出了根据现有技术的配置，其中光调制器slm基于利用具有“平面外”lc模式相位调制的液晶的相位调制，在该示例中为ecb(电控双折射)，
60.图29示意性地示出了根据现有技术的lcos中的这种装置的配置，
61.图30和图31示出了改变lcos电极的可行方案，以便允许利用平面内场进行这种主动关闭，
62.图32和图33示出了在平面内lc模式中使用电极和反射镜的可行方案，
63.图34示意性地示出了根据现有技术的利用平面内调制的lc模式中的相位调制的装置，
64.图35示出了基于平面内lc模式的相位调制的一种可行的实施方式，该实施方式根据图34中所示的示意性装置，该装置在具有如图33所示的电极e和介电的反射镜de的lcos中,
65.图36示意性地示出了与图34相比不同的用于相位调制的装置，该装置以lc模式利用根据现有技术的平面内调制,
66.图37示出了基于平面内lc模式的相位调制的一种可行的实施方式，其根据具有如图33所示的电极e和介电的反射镜de的lcos中的图36 中所示的示意性装置,
67.图38描述了相位调制光调制器的问题，该调制器与根据本发明的用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置结合，
68.图39示意性地示出了针对平面内调制lc模式为相邻像素产生不同偏振的装置，
69.图40描述了具有结构化偏振器的平面外调制lc的布置仅导致每个第二像素调制相位，而对于其他像素，相位恒定而与像素的驱动无关，
70.图41示出了针对图40的问题的解决方案，该方案利用结构化偏振器，
71.图42示出了使用具有结构化偏振器sp的平面外调制lc的可行方案，
72.图43示出了利用平面外调制lc以及相邻像素从光调制器slm出射的光的不同偏振的相位调制的另一可行方案，
73.图44示出了图43的配置的更详细视图，
74.图45示出了类似于图44所示的装置，但这次是用于具有lc层的平面内调制光调制器slm，
75.图46示出了用于lc层中的平面外调制的另一种装置，
76.图47示出了与图46相同配置的稍微更详细的视图，
77.图48示出了另一种可行的配置，其中非结构化的四分之一波片层 sqwp应用在光调制器slm的lc层和反射镜之间的后侧，
78.图49示出了具有两个四分之一波片sqwp、qwp的装置，其中第一个是非结构化的，第二个是结构化的，
79.图50
‑
51示出了照射光调制器的前光照射装置，以及描述配置的方法现在在于在第一和第二次通过四分之一波片层之间(即靠近反射镜侧)布置偏振器，该偏振器消除四分之一波片在一次通过中的影响但保留它在另一次通过中的影响，
80.图52示出了与图50、51相比更有利的配置，
81.图53示出了与图52相同配置的细节，
82.图54示出了使用后侧偏振器rp用于具有平面外调制的lc模式，
83.图55示出了图54的配置的细节，
84.图56示出了具有用于引入光的前光照射装置fl和具有覆盖玻璃dg 的实施例，
85.图57示出了具有mems光调制器、光束组合器和前光照射装置fl 的装置，其中光束组合器包括多个光学双折射单轴部件。
具体实施方式
86.在使用本身需要偏振光的slm的情况下(例如基于液晶(lc)的 slm)，偏振器的使用是尤其有利的。然而，并不限于此，而是还可以有利地与其他类型的slm一起使用。
87.在具有小像素的反射slm(例如lcos(硅上液晶))的情况下，使用偏振器是尤其有利的，但不限于此。
88.下面将描述偏振器及其等效于孔径光阑的操作模式。
89.图3示出了根据本发明的利用反射slmpix的偏振器pol进行光束组合的装置或设备。
90.图3a示出了光的前向路径：具有偏振选择性光传播的层ps的效果是两个偏振方向的光最初到达两个像素。随后，光穿过结构延迟片wp。在前向路径上，两个偏振方向中的一个被偏振器pol滤波。
91.在几何光传播的情况下，根据现有技术，这种滤波在效果上与根据现有技术的在图1中所示的结构孔径光阑的效果相当。这是因为只有来自孔径内部位置的光被偏振器透射。然而，对于考虑孔径处的扰动衍射的现实情况，具有偏振器的装置是优选的。这尤其适用于小像素。
92.图3b示出了在通过反射slm之后光的返回路径。仅期望的像素对发生叠加，即像素1与像素2，而不是像素2与像素3。在反射slm的情况下，偏振器本身可选地被配置为反射并且布置在slm的后侧上。
93.图4示出了容许倾斜的透射slm的示例性实施例，其不包括孔径光阑，而是在slmpix的入射侧设置有偏振器pol，偏振器pol布置在两个偏振选择层ps之间。还设置了两个延迟元件wp。
94.其他配置也是可行的，例如其中slm通过将另外的延迟片插入到装置中来调制圆形光的相位。因此，本发明不限于图3和图4中所示的配置。
95.下面将结合用于组合光束的装置来描述另一方面，所述光束与光调制器的相邻布置的像素相互作用，这一方面可以结合上述构思实施，但另一方面也可以与其独立地实施。另一方面与光入射到用于组合光束的装置的角度的变化的灵敏度相关。
96.然而，影响两个相位像素的光叠加的部件的不对称布置将导致基于双光束干涉的两个相邻像素之间的叠加对通过光调制器夹层的光程的微小变化非常敏感。在这方面，首先考虑所产生的强度i
r
＝a
r2
＝(u
r
·
u
r*
)，其在两个波相干叠加u
r
＝u1 u2的情况下如下：
[0097][0098]
其中a1和a2是子波的振幅并且δφ是两个子波(子波束)的相对相位差。如果两个振幅具有相同的值a1＝a2＝0.5，很明显，根据图5，所产生的强度取决于相对相位差δφ的余弦，δφ＝0为相长干涉(即最大强度)并且δφ＝π为相消干涉(即最小强度)。现在假设
空间光调制器夹层(slm)以下列方式校准：导致相对相位差的两个子相位在slm的出口处正确显示所需的强度值0≤i
r
≤1。此状态将在下面称为标称状态。如果两个子光束中的一个现在经历为π的另外的相移，其效果是所示的灰度值图像被反转，即发生对比度反转。根据图6，原始亮和暗的图像像素之间的迈克尔逊对比度变为c
m
＝
‑
1。在校准的标称状态下，迈克尔逊对比度等于 1。只有与该理想状态的小偏差是可以容忍的，以确保对比度损失不会被认为是有问题的。作为合理但未严格定义的极限，c
m
＝0.924的最小容许值将被设定用于以下考虑，该值在相对相位误差为π/8＝0.3927弧度(rad) 的情况下已经出现，参见图13和图14。
[0099]
然而，对于全息显示器，正确地表示振幅和相位是非常重要的，否则重构质量会显著降低。错误表示的全息图振幅值导致重构中具有较低代表性或不具代表性的灰度值。从图6和图13可以尤其清楚地看出，对应于约0.5的强度的灰度值对相位差的微小变化反应最敏感，因为在该范围内，强度相对于相位差(相位2
‑
相位1)的偏导数是最大的。
[0100]
这将在下面参考专利文献wo2010/149588a1的示例进行解释，其中公开了用于光束组合的装置。在这方面，考虑了本技术的图7。在这种情况下，偏振敏感元件(单轴晶体)用于组合由slm调制的两个子光束，以形成复合光束。设想在标称状态的两个子光束之间由偏振敏感部件(单轴晶体)中的不同光程长度引起的相对相位差已经被校准，使得两个波是“同相”的，而没有相对相移。因此，为了表示宏像素的所需振幅值，需要写入待叠加的各个相位子像素的相位值是已知的。
[0101]
例如，标称状态在垂直入射的情况下进行校准(图7(a))。由于显示器或显示器的照射装置的热膨胀或机械应力，会出现在入射波和slm夹层之间发生小的相对倾斜的情况。其效果是在待组合的两个子光束之一中行进附加光程(光程差opd)，即增加附加相位δφ＝opd*2π/λ。该附加相位取决于光的入射角α、待叠加的像素p
x
的距离或间距和光程长度：
[0102][0103]
为了理解，重要的是要认识到，对于应用而言，重要的是光程差或光程长度的变化不是由偏振敏感部件引入的，同样参见图16，而是仅由几何倾斜引入。在这方面，周围介质中的路径是至关重要的，如图7(b)所示。根据定义，所有入射光束和出射光束彼此平行地行进(由相同介质包围的平面平行板的特性)并且全部位于平面中(具有在入射平面中的光轴的单轴晶体的特性)。因此，偏振敏感部件可以被视为“黑盒子”，同样参见图 20，其被校准一次，使得两个子光束是“同相”的。因此，校准的标称状态也可以容易地是入射角不完全为零的状态。重要的是同相叠加仅发生在这一状态。与标称状态的所有相对偏差导致所述问题，并因此导致根据现有技术的现有实施例的不足。
[0104]
下面将给出用于说明该问题的数字示例。根据上面得出的标准，对于迈克尔逊对比度至少为c
m
＝0.924的情况，相对相位误差至多为δφ＝π/8＝ 0.3927rad是可以容忍的，根据上面的公式α＝arcsin{λ/(16p
x
)}给出光入射角α的最大可容许公差。在λ＝532nm的波长下，这导致对于像素间距为 50μm时入射角的可容忍变化为0.038
°
，或对于像素间距为100μm时入射角的可容忍变化为0.019
°
，同样参见图21。在技术上很难或几乎不可能实现显示系统的机械和热应力中的这些窄公差的合规性。像素间距尤其是指平均像素尺寸或平
均像素间距，尤其是在两个像素被组合以形成宏像素的方向上，即例如当两个水平相邻像素组合以形成宏像素时是水平像素间距 /像素间隔。
[0105]
此外，专利文献wo2010/149583a1还描述了反射光调制器(slm) 与光束组合器和前光的组合。在这种情况下，示出了一种装置，其中光两次传播通过光束组合器，从前光通过光束组合器到slm，并且在slm后侧反射之后返回再次通过光束组合器。在这种情况下，结构化孔径已经导致入射光的偏振分离成前向路径上的两个分量，一个分量被引导到像素对的第一像素而第二分量被引导到像素对的第二像素。在通过两个slm像素调制之后，在返回路径上，这些分量在光束组合器的出口处再次叠加。这种装置也易受光束相对于标称状态的几何倾斜的影响。
[0106]
因此，本发明的一个目的是提供一种用于光束组合的装置和一种用于光的复值调制的空间光调制装置，其对于光的入射角的变化或标称状态的偏离非常不敏感。
[0107]
根据本发明，该目的通过以下方式实现：光调制器夹层(slm)中的整个光束路径以使任何倾斜均匀地作用在待叠加的两个子光束上并且由此彼此相互补偿的方式对称地产生，同样参见图24。为此，(实质上相位调制的)slm嵌入在偏振敏感的组件部分和光学介质之间，两个子光束空间上分离地通过slm，在光传播方向上对称地配置或布置两个子光束，使得对于不同的入射角，两个子光束opl1和opl2的光程长度的和分别是恒定的。
[0108]
根据本发明的用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置包括具有多个像素的光调制器、优选地单轴双折射地配置的光束分束部件、优选地单轴双折射配置的光束组合部件以及光束叠加部件。光束分束部件以下列方式配置和布置：入射光束由此通过光束分束部件分成第一子光束和第二子光束，使得第一子光束朝向光调制器的第一像素传播，并且第二子光束朝向光调制器的第二像素传播，优选地在每种情况下具有基本相同的强度，光束组合部件以下列方式配置和布置：第一子光束和第二子光束由此可以在与光调制器的各个像素相互作用之后组合。光束分束部件和光束组合部件被配置和布置为使得第一子光束的光束路径(例如与偏振特性相关)和第二子光束的光束路径(例如与偏振特性相关)相对于第一像素和第二像素之间的中点基本上对称地配置。
[0109]
借助于使用双折射材料作为偏振敏感部件的示例性实施例，将更详细地描述该解决方案。然而，所描述的解决方案的基本原理，即单独延伸的光学路径的对称化，同样可以应用于其他类型的偏振敏感光学部件，例如体光栅(体布拉格光栅)或偏振光栅。然而，必要时可以根据偏振敏感部件的类型以及根据(尤其是相位调制)slm所需的入射偏振，使用其他(结构化或非结构化)延迟器(例如λ/4片(偏振光栅的四分之一波片 (qwp))，或者采用的各个层的序列。
[0110]
图8示出了结合光束组合装置的空间光调制装置的示例性实施例，该光束组合装置包括作为偏振敏感部件的至少一个双折射介质(单轴晶体)，其用于组合光调制器slm的两个相位调制子像素。在每种情况下，成对的两个相位调制子像素形成宏像素。为了清楚起见，示出了空间光调制装置的仅一部分(其将在图8中向左和向右延续)和仅两个相邻像素的子光束，其旨在根据双光束干涉的原理叠加。
[0111]
尤其是相位调制光调制器slm(这里以ecb(电控双折射)模式操作)嵌入在两个结构化半波片(shwp1和shwp2)和具有相同取向的光轴的两个单轴平面平行晶体板之间，另见图25。首先，通过第一单轴晶体 (单轴晶体1)将光束分裂成两个相互正交偏振的子光束，然
后通过slm 彼此独立地调制(优选在其相位方面)，随后通过第二单轴晶体(单轴晶体2)重新组合。然后利用在该装置出口处以约45
°
布置的线性偏振器使两个子光束进行干涉。在这种情况下，显示器夹层或单轴晶体1和2、slm 和半波片的装置在两个子光束的分开的光程区域中完全对称地构造。只有孔径光阑(黑色掩模)和在该装置出口处的线性偏振器相对于slm的中心不是点镜像对称的。双折射单轴介质或晶体的光轴以下列方式取向：使得两个单轴介质相对于界面的角度θ产生恒定的离散角(普通光束和非普通光束之间的角度)。
[0112]
图8a示出了处于校准标称状态的显示器夹层。入射光以45
°
线性偏振并照射第一平面平行单轴晶体片(单轴晶体1)。存在应用到晶体片上的吸收器掩模或孔径光阑，其覆盖slm的每个第二像素，从而防止串扰。在晶体片上，45
°
偏振的光被分开，用带圆点的圆圈表示的垂直偏振光作为按照斯涅尔折射定律和单轴晶体的普通折射率的普通光束。在这里所示的与单轴晶体界面垂直入射的示例中，这意味着普通光束也垂直穿过单轴晶体。由双箭头表示的水平偏振光作为非普通光束传播。在这种情况下，非普通光束的方向由单轴晶体的非普通折射率和晶轴的取向给出。当从第一平面平行晶体片出射时，两个光束再次平行于入射光束行进，但具有相互垂直的偏振(s
‑
pol和p
‑
pol)。由于优选的相位调制slm需要竖直入射偏振，因此用结构化半波片(shwp1)使具有水平偏振的子光束在其偏振方面旋转90
°
，而具有竖直偏振的子光束不被结构化半波片改变。因此，结构化半波片代表结构化光束影响部件，其包括空间结构化并且区域性地改变子光束的光学性质。以竖直偏振均匀地行进穿过slm，同时可以将不同的或可预先确定的(期望的)相位滞后赋予两个子光束，其对应于旨在用相应的宏像素表示的值，也参见图12。随后，通过另外的结构化半波片 (shwp2)将第一晶体片的普通光束旋转90
°
成为水平偏振，使得它在随后的第二晶体片(单轴晶体2)中以非普通光束传播。第一晶体片(单轴晶体1)的非普通光束已经利用第一半波片(shwp1)在其偏振方向上旋转，并且在偏振方向没有改变的情况下穿过第二半波片(shwp2)。因此，该光束在第二晶体片(单轴晶体2)中以普通光束传播。两个子光束在第二晶体片的出射处重新组合，并再次平行于入射光束行进。通过下游的45
°
线性偏振器使它们干涉。利用两个相位调制子像素的双光束干涉来调整宏像素的振幅。通过slm的各个宏像素之间的相对相位差产生宏像素的相位值。该原理被称为“双相全息图表示”，同样参见图12。
[0113]
现在借助于图8b说明根据本发明的解决方案的操作模式，其中入射光束倾斜一个角度α并因此以不同于校准的标称状态的方式照射slm。子光束以普通光束和非普通光束传播通过第一晶体片并再次平行于入射光束地从晶体片出射。普通光束的方向根据snell折射定律和单轴晶体的普通折射率给出，非普通光束的方向由单轴晶体的非普通折射率和晶轴的取向给出。由于几何倾斜，在子光束1中，在第一晶体板的出口处存在额外的相对相位滞后(k＝|k|＝2π/λ
‑
波数；opd
‑
光程差(或光程长度差))，光程差由下列公式给出opd＝δ
·
sin(α)(δ
‑
两个子光束之间的距离)。在进入另一晶体片2时发生相反的情况。这里，子光束2经历了附加的相对相位滞后在分开延伸的光束路径中的所有部件对称配置的情况下，两个光程差opd1和opd2有利地相互抵消，因此有利地相互抵消，因此
[0114]
为了说明该问题，图8示出了在各个部件之间存在空气层并且在没有基板玻璃的情况下使用所有部件的情况。然而，根据所提出的解决方案，在复值调制器的情况下，所有
部件也可以应用到彼此之上，例如粘合在一起并应用到基板玻璃上，而没有空气层。然而，当提供对称光束路径时，所提出的匹配光束路径的原理opd1＝opd2在这种情况下也是有效的。在这种情况下，应注意使用相同的粘合材料，例如粘合剂，或使用相同的玻璃材料作为基材。总体而言，周围光学介质应对称地配置，以使两个子光束opl1和opl2的光程长度的总和对于不同的入射角分别是恒定的。
[0115]
进一步有利的实施例或特征：
[0116]
■
所提出的解决方案同样可以用于基于平面内lc调制的slm，同样参见图9或图26。利用平面内调制的lc模式的一个示例是 han
‑
lc模式(混合对准向列液晶模式)。其他示例是cipr(连续平面内旋转)。近晶lc模式也可以被视为平面内模式，其中lc 分子在电场中的平面内旋转与平面外旋转相比占主导地位。胆甾相lc模式(ulh均匀卧螺旋)也可以被视为平面内模式。在这里使用的上下文中，平面内涉及液晶光轴在电场中的旋转方向，在这种情况下，场本身(例如在ulh的情况下)也可以垂直地应用于lc层。然而，对于平面内调制，由于平面内模式需要圆入射偏振，因此偏振选择性分束(psc1
‑
单轴晶体1)和组合(psc2
‑ꢀ
单轴晶体2)之间的光学部件的顺序应按以下方式选择：非结构化四分之一波片(qwp1)以45
°
布置；slm(以平面内lc模式)；非结构化四分之一波片(qwp2)以
‑
45
°
布置。在这种配置中，应注意前述平面内lc模式(han、cipr、近晶、ulh)中的相移关于右旋和左旋圆偏振光的符号相反。然而，这可以在全息图值的计算或表示中被考虑，并且对slm本身的驱动没有任何影响。有利的是，使用的四分之一波片(qwp)是非结构化的。
[0117]
■
单轴光学介质的普通光束与非普通光束(离散角)之间的最大角度由介质的光轴位置、普通光束k向量的方向和折射率n
o
、n
e
确定。例如，对于方解石作为光学介质，在光垂直入射的情况下和当使用波长为532nm的指数时，这给出θ＝48.2
°
的值。出于进一步对称化(生产、使用)的原因，在这种情况下，有利的是，将光轴以约45
°
放置，这可以通过研磨和抛光晶体片的过程来实现。虽然因此需要稍厚的片以确保相同的光束偏移，但在安装或生产期间错误取向的风险最小化。
[0118]
■
也可以用其他偏振敏感光学部件实施偏振分束和组合。有利的示例是例如体光栅或偏振光栅，其除了偏振选择性之外还具有高衍射效率(理想地为100％)。在这种情况下应注意，对于每个波长，每种情况下每个分束元件(晶体板1)和组合元件(晶体板2)必须设置两个光栅。
[0119]
■
另一优点来自这样的事实：波阵面的两个相邻部分不像传统的简单配置那样进入双光束干涉，而是波阵面的相同部分最初被分束，然后被调制并最终重新组合。因此，入射波阵面的小的横向波阵面的误差不会如传统的简单实施例中的情况那样导致出射波阵面的振幅误差。除了通过在两个子波中独立发生的slm调制之外，传统的简单方法根据横向剪切干涉原理(具有相同波阵面横向位移的波阵面的叠加)进行操作，而所提出的方法根据马赫
‑
增德尔 (mach
‑
zehnder)干涉原理(波阵面的分束和重组)，其两个分束被匹配(即两个子分束中的光程长度相等)。
[0120]
附录i
[0121]
下面将给出附录的表示或图示的描述。
[0122]
图10示意性地示出了具有根据现有技术的光束组合器的装置，右上方为侧视图和底部为三维视图。
[0123]
相同线性偏振的光束通过相位调制光调制器(仅相位slm)的两个像素，然后是结构化的半波片，其改变来自两个像素之一的光的偏振并且不改变来自第二像素的光的偏振。来自像素1的光直射或不偏转地通过例如双折射层的偏振选择性部件，来自像素2的光以一定角度通过偏振选择性部件。在偏振选择性部件的出口处，两个像素的光出现在相同位置并相互平行，因此被组合。
[0124]
相对于两个像素的两个偏振方向以正或负45度布置的线性偏振器(例如45度偏振器，像素的光成0度和90度偏振方向)透射光，透射强度取决于两个像素的相对相位，可以通过slm的相位调制来调整相对相位。如果到达偏振器的两个像素的光具有相同的相位，则出现最大透射。如果光的相位偏移π，则出现最小透射。
[0125]
与两个像素的平均相位调制一起，该装置可以用于光的复值调制。具有许多像素对的光调制器分别为每个像素对产生振幅和相位值。
[0126]
这可以用于编码全息3d场景。然而，为了说明，下面还将描述光调制器上的2d图像表示的示例。
[0127]
图11示出了光调制器上的2d图像的强度结果，其通过图10中描述的装置获得。利用光调制器的两个像素的调制相位的差来调整所表示的图像的每个图像点的强度，并且在光束组合器的出口处组合两个像素的光，如图10所示。在这种情况下，通过偏振器可见的强度图像具有中等对比度的噪声灰度值分布。
[0128]
进一步的实验研究表明，根据图10的现有技术的装置也对机械应力反应敏感。例如，由于图10的光束组合器装置所在的框架的机械扭转，会发生所表示的2d场景的对比度的进一步损失或甚至反转。
[0129]
图12在右下方示意性地示出了光调制器的2个相邻像素的布置，其中相位值φ1和φ2写入这两个像素。宏像素(即在该情况下在光束组合器之后被组合的两个像素的光)的振幅由以下公式给出
[0130][0131]
偏振器透射的强度将与该振幅的平方成比例
[0132][0133]
作为两个像素的相位差的函数的振幅和强度的调制基本上对应于双光束干涉。
[0134]
因此，当两个像素的相位差具有误差δφ时，调制强度i也偏离期望值。
[0135]
获得已知的双光束干涉方程
[0136][0137]
其中a1＝a2＝0.5。
[0138]
图13在左侧示出了图形绘制的作为δφ函数的振幅和强度。
[0139]
在右侧绘制了迈克尔逊对比度
[0140][0141]
如果可以调整所需的相位值，那么i
max
＝1且i
min
＝0。然而，如果存在相位调制的误
差，则i
max
减小并且i
min
增加，这样对比度就会降低。
[0142]
图14以图示方式示出了相位误差对2d图像的强度调制的影响。
[0143]
左上方示出的是没有误差的图像表示，其中图像点的像素对分别调制所需的相位φ1和φ2。
[0144]
随后，增加的误差δφ加到相位差φ1‑
φ2并且表示了对强度图像的影响。
[0145]
误差δφ＝π/8导致迈克尔逊对比度c
m
从1减小到0.924。
[0146]
增加的误差δφ最初导致对比度降低，然后，随着误差进一步增加，导致表示的图像反转。
[0147]
在这些关系的基础上，已经确定最大容许相位误差是δφ<＝π/8。对于该误差，所表示的图像也已经具有可见的变化。然而，这些被主观地评估为仍然可以容忍。如上所述，这种可容忍相位误差的确定代表了一种主观标准。也可以为容许误差确定其他极限。
[0148]
图15示出了普通和非普通光束在具有n0和n
e
的折射率的单轴双折射介质中的光传播，双折射介质在两侧被相同的各向同性介质包围，并且这种各向同性介质具有折射率n。
[0149]
尤其地，当入射光束倾斜地照射与双折射介质的界面时，也考虑各向同性介质和单轴双折射介质之间的光折射。
[0150]
从双折射介质出射的光束(普通光束和非普通光束)彼此平行但偏移。
[0151]
以下公式给出了点o(进入双折射介质)与点p'和p”(两个光束从双折射介质中出射的位置)之间的普通光束的光程opl
o
以及非普通光束的光程opl
e
：
[0152][0153]
和
[0154][0155]
这些公式取自公开文献veirasetal.,appl.opt.2010,第2769
‑
2777页。
[0156]
这里，α是入射光束相对于法线的入射角，入射光束以该角度照射各向同性介质中的双折射介质。l是双折射介质的厚度。θ是双折射介质的光轴相对于其表面的角度。δ是入射平面与光轴在界面上的投影之间的角度。
[0157]
图16以图示方式示出了当光线不是垂直地照射双折射材料而是以介于0至0.5度之间的范围内的小角度α照射时，双折射介质内的普通和非普通光束的光程如何变化的计算结果。
[0158]
对于例如用作光束组合器的方解石板或如下所述的分束器和光束组合器，在实验结构方面进行该计算，其中分束器和光束组合器是相同配置的光学双折射单轴部件或由相同材料制成或具有相同的光轴，其中两个双折射单轴部件的光轴定向为使得两个部件的普通和非普通子光束相对于界面所形成的角度(θ)相等。
[0159]
在这种情况下，周围介质是空气，其中n＝1。方解石板的n
o
＝1.663145 和n
e
＝1.488541。方解石板的厚度约为756微米。光轴和界面之间的角度约为48.2
°
。针对光的波长为532nm进行计算。
[0160]
如计算所示，普通光束的光程长度opl
o
随着α的增加而增加，并且非普通光束的光程长度opl
e
随着α的增加而减小。
[0161]
如果角度α从0度变为0.5度，则这导致普通光束和非普通光束的光程差opd＝opl
o
‑
opl
e
变化48nm。相对于532nm，这约为0.09λ。这对应于 0.18π的相位差。
[0162]
当角度变化0.5度时，双折射层内部光程的变化已经对所表示的强度图像产生影响，因为它已经大于π/8，但另一方面它仍然相对较小，也就是说，它无法说明实验结果显示装置对于小的对准变化的强烈敏感性。
[0163]
图17说明了另外的考虑因素，其现在考虑了单轴双折射介质和周围各向同性介质中的整个光程差。
[0164]
与图15相比，不是计算o和p'之间以及o和p”之间的光程，而是计算o和q'之间以及o和q”之间的光程。
[0165]
针对作为入射角α的函数的普通和非普通光束之间的整个相位差给出下列公式：
[0166][0167]
在这种情况下，α同样是入射光束相对于法线的入射角，入射光束以该角度照射各向同性介质中的双折射介质。l是双折射介质的厚度。θ是双折射介质的光轴相对于其表面的角度。δ是入射平面与光轴在界面上的投影之间的角度。此外，n0和n
e
也是双折射材料的折射率，n是周围各向同性材料的折射率。λ
ν
是光的波长。
[0168]
图18示出了作为入射角α和角度δ两者的函数的绝对相位差δφ的计算，再次针对厚度为约756微米的方解石板计算。
[0169]
对于α＝0
°
(即法向入射)并且δ＝0
°
的标称状态，获得普通和非普通光束之间的相位差δφ＝757.7rad。
[0170]
例如，如果角度α从0度变化到0.5度并且δ＝0
°
保持不变，则相位差增加到δφ＝766rad。
[0171]
如果另外角度δ改变，这也对δφ有影响，当α更大时，相应地影响更大。
[0172]
图19示出了δφ的变化(以2π为模)。在α＝0
°
(即垂直入射)并且δ＝0
°
的情况下，由此参考现在设置为0。如果α发生变化，当δ＝0
°
保持不变时，会发现即使角度α＝0.181度也会引起δφ相对于α＝0变化π。
[0173]
图20示出了以“黑盒子”模型的形式分析了δφ的角度相关变化的影响。
[0174]
光束组合器，或者在沿相反方向行进这种情况下的光束分束器，被认为是“黑盒子”，并且仅考虑周围介质中的相移。
[0175]
在标称状态(即对于法向光入射)，然后通过将相位调制的偏移添加到两个相位像素之一使得两个像素“同相”来实施光束组合器的校准。以这种方式校准的光束组合器将提供所需的振幅调制。
[0176]
然而，当入射角α变化0.181度时，已经出现相位差δφ变化π，因此对比度反转。这些计算针对光调制器的像素间距为84微米的情况进行，得到方解石板的所需厚度为756微米。
[0177]
如果具有光调制器和光束组合器的装置因此被校准一次，则光源相对于双折射层的倾斜因此引起对比度反转。因此，该装置具有关于入射光的倾斜非常小的公差。
[0178]
图21示出了可容许角度变化δα与光调制器的像素间距之间的相关性。
[0179]
可容许的δφ
max
的起点是π/8。这给出了可容许的光程差
[0180][0181]
针对波长为532nm，计算给出了
[0182][0183]
对于84微米的像素间距，δα的容许值在约0.02度的范围内。对于较小的像素间距，该值稍微增加，并且以20微米的间距，δα的容许值接近 0.1度。
[0184]
在该角度范围内，照射波阵面需要相对于双折射层保持稳定，以避免振幅调制的不期望的变化。
[0185]
最后，应该特别指出的是，上面讨论的示例性实施例仅用于描述所要求保护的教导，但不限于示例性实施例。在这种情况下，根据本文中公开的根据本发明的教导的知识，本领域技术人员可以将所有描述的示例性实施例和/或各个特征彼此组合，只要其可行。
[0186]
附录ii
[0187]
下面将给出附录ii的表示或附图的描述。下面将描述另一方面，其涉及以反射装置操作的光调制器。该方面一方面可以与上述方面分开实施，但另一方面也可以与上述构思结合使用，即尤其是与用于组合与光调制器相邻布置的像素相互作用的光束的装置结合和/或与对入射到根据附录i 的用于组合光束的装置上的光的角度变化灵敏性结合。
[0188]
以下附图首先描述反射空间光调制器(slm)中的lc调制的示意性配置，例如硅基液晶(lcos)。在这种情况下，在附图中描述了反射空间光调制器(slm)的类型，即：
[0189]
(a):对具有“平面内”调制的lc模式的光调制器中的相位调制的布置；
[0190]
(b):对具有旋转角度高达180度的“平面内”调制的lc模式的光调制器中的相位调制的布置；以及
[0191]
(c):对具有“平面外”调制的lc模式的光调制器中的相位调制的布置。
[0192]
图28示出了根据现有技术的配置，其中光调制器slm基于利用具有“平面外”lc模式相位调制的液晶的相位调制，在该示例中为ecb(电控双折射)。具有线性偏振的光穿过lc层，然后在反射镜处反射并沿相反方向穿过光调制器slm的lc层。在关闭状态下，lc层具有厚度d和双折射δn，其乘积对应于半波片(λ/2层)。这对应于d*δn＝λ/2，并且在双通中则给出2*d*δn＝λ。
[0193]
如果lc分子的取向平行于入射偏振方向，则光的偏振在穿过lc层时不旋转。然而，通过向lc层施加电压，通过减小有效δn来改变光程。光程的这种变化用于光的相位调制。
[0194]
图29示意性地示出了根据现有技术的lcos中的这种装置的配置。 lcos包括背板和像素矩阵。像素电极本身总体被反射地配置，使得用于驱动的反射镜和电极在相同的层中组合。lcos还包括具有由ito(氧化铟锡)制成的透明电极e的覆盖玻璃dg。此外，lcos包括用于lc分子取向的取向层，其由例如聚酰亚胺pi或任选的无机材料(例如sio2)组成。
[0195]
将相位调制lcos用于全息显示器时的一个限制是尤其lc模式(例如ecb模式)的慢
的切换时间，尤其是被动关闭时间。
[0196]
改善切换时间的一种可行方案是主动操作两个切换过程，利用平面外场开启和利用平面内场关闭。
[0197]
图30和图31示出了改变lcos电极的可行方案，以便允许利用平面内场进行这种主动关闭。
[0198]
图30示出了一种装置，其中覆盖玻璃dg上的平面ito电极e被精细结构化的电极le代替。
[0199]
图31示出了一种装置，与上述不同，在覆盖玻璃dg中仍然使用平面电极te，但在其上使用绝缘层i并且在绝缘层上使用附加的线电极le。为了施加平面外的场，线电极和平面ito电极e以相同的电压驱动，但该电压值不同于施加到像素电极的电压。为了主动关闭，用不同的电压值驱动线电极和平面ito电极，从而获得具有平面内分量的场分布。
[0200]
图32和图33示出了在平面内lc模式中使用电极和反射镜的可行方案，例如由平面内场驱动的ips或han。这些lc模式通常仅用于透明显示器，而不用于反射lcos。
[0201]
由于lc的调制发生在两个电极之间的平面内场中，因此不能使用 lcos中常规的在单层内的电极和反射镜的组合。电极之间的金属镜面层会导致不希望的短路。
[0202]
因此在图32中提出在电极e上方使用反射介电层堆de。对于在全息显示器中使用激光器的操作，可以针对所使用的激光波长下的高反射优化介电层堆de。
[0203]
然而，电极e和lc层之间的层堆具有如下效果：与没有介电层de 的配置相比，对于电极e处的相同电压时，光调制器slm的lc层内的场强度减小。
[0204]
因此，图33示出了具有较厚电极e和仅在电极e之间但不在电极e 之上的反射介电层堆de的布置。由此，这将在介电层堆de处提供所需的反射以及lc层内的所需的平面内场。
[0205]
图34示意性地示出了根据现有技术的利用平面内调制的lc模式中的相位调制的装置。具有线性偏振的入射光最初通过四分之一波片qwp，其光轴取向为相对于入射偏振方向成45
°
。然后光通过光学厚度对应于半波片的光学厚度的lc层，然后是另一四分之一波片qwp，该qwp的光轴平行于第一个四分之一波片qwp。两个四分之一波片qwp可以例如配置为消色差四分之一波片。然后光在反射镜处反射并以相反的顺序通过各个层的返回路径。这再次产生具有与入射光相同的偏振方向的线性偏振光。通过驱动lc层，进行液晶光轴的平面内旋转。该旋转引起相位调制，其在每种情况下对应于前向路径和返回路径上的旋转角度的两倍。总的来说，这种配置中的相位调制因此增加至旋转角度的四倍。正/负45度(
±
π/4) 的平面内旋转足以实现
±
π的相位调制。
[0206]
图35示出了基于平面内lc模式的相位调制的一种可行的实施方式，该实施方式根据图34中所示的示意性装置，该装置在具有如图33所示的电极e和介电的反射镜de的lcos中。
[0207]
图36示意性地示出了与图34相比不同的用于相位调制的装置，该装置以lc模式利用根据现有技术的平面内调制。具有线性偏振的入射光最初再次通过四分之一波片qwp，该qwp的光轴取向为相对于入射偏振方向成45
°
。然后光通过lc层，lc层的光学厚度对应于四分之一波片的光学厚度。然后光在反射镜处反射并沿相反方向穿过两层。通过驱动lc层，进行液晶光轴的平面内旋转。该旋转引起相位调制。在这种情况下，整体相位调制(前向和返回路径一起)对应于旋转角度的两倍。
[0208]
因此，为了实现
±
π的相位调制，lc的光轴需要旋转
±
90度(
±
π/2)。
[0209]
图37示出了基于平面内lc模式的相位调制的一种可行的实施方式，其根据具有如图33所示的电极e和介电的反射镜de的lcos中的图36 中所示的示意性装置。在lcos中，这种配置的优点是在lc层和lcos 的后侧之间不需要额外的四分之一波片。旋转角度的要求是它可以在
±
90 的范围内驱动。
[0210]
至此所描述的用于相位调制lcos的配置，无论是用于平面内模式还是用于平面外模式，都具有如下特性，即入射偏振不被改变，而是具有与入射光相同的线性偏振的光同样从lcos再次返回。
[0211]
对于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置，其包括双折射层或用于光束分离或光束组合的其他偏振选择性部件，需要具有不同偏振的两个相邻像素的光组合。另一方面，lc层本身通常还需要特定的入射偏振，以便根据需要调制相位。
[0212]
图38描述了相位调制光调制器的问题，该调制器与根据本发明的用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置结合。
[0213]
以下附图示出了用于实现相邻像素中的反射光的期望不同偏振的各种配置。在这方面，这些配置适合于结合到与根据本发明的用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置中，和/或结合到具有至少一个根据本发明所述的装置的用于表示二维和/或三维图像内容和/或移动场景的设备中。
[0214]
图39示意性地示出了针对平面内调制lc模式为相邻像素产生不同偏振的装置。该装置包括入射侧的结构化偏振器sp，使得不同像素的入射光只能以水平或竖直偏振进入调制器。例如，可以用45度线性偏振光照射调制器，该线性偏振光具有竖直和水平分量。结构化偏振器sp分别透射入射光的适当偏振部分。具有45度快速轴的四分之一波片nsqwp然后将入射光分别转换成圆偏振光，但对于相邻像素而言圆偏振的方向是不同的。因此，对于相邻像素交替地获得右旋圆偏振光和左旋圆偏振光。
[0215]
然后光通过光调制器slm的lc层，该lc层的光学厚度对应于四分之一波片的光学厚度，照射反射镜并返回通过上述元件。在lc分子的平面内旋转的情况下，产生与旋转角度的两倍成比例的相位调制，但相位调制的符号对于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光是不同的。根据本发明，在将相位值写入光调制器时考虑这一点，例如对于待写入的相同的相位值，通过施加合适的电压在偶数像素列中产生正旋转角度，以及在奇数像素列中产生lc分子的负旋转角度。
[0216]
尤其是在小像素的情况下，结构化偏振器和lc层之间的光传播期间的衍射效应的影响应该保持很小。为此，有利的是使结构化偏振器和lc 层之间的距离最小化。
[0217]
因此，有利地，四分之一波片和结构化偏振器都“内嵌式”布置，即在覆盖玻璃的内侧(图39中未示出)，靠近lc层。
[0218]
在外侧具有结构化偏振器的这种布置对于平面内调制lc是有利的，因为右旋圆偏振光和左旋圆偏振光都进行相位调制。
[0219]
与此相对地，对于线性偏振，平面外调制lc进行相位调制，但仅针对特定的偏振方向进行，例如在ecb模式，平行于关闭状态下lc分子的取向的方向(也就是说，例如，通过pi层的机械摩擦，在lc定向期间平行于摩擦方向)。
[0220]
因此，具有结构化偏振器的平面外调制lc的布置仅导致每个第二像素调制相位，
而对于其他像素，相位恒定而与像素的驱动无关。这种关系在图40中描述。
[0221]
图41示出了该问题的解决方案。示出了具有如图39中所示的结构化偏振器sp的装置。然后，不同的线性偏振光通过光调制器slm的lc层的像素，lc层的厚度优选地对应于λ/2层。然而，此外，lc层具有lc 分子的像素结构取向。在每个像素之前，lc分子的取向平行于结构化偏振器sp的透射方向。例如，可以通过在光调制器slm的制造期间使用合适的掩模利用光对准来实现这种取向。由于分子的合适取向，在lc分子的平面外调制的情况下，在每个像素中进行相位调制。然而，这种需要 lc的结构化取向的装置是精心设计的。
[0222]
为此，根据图42，提出了另一种可行方案，即使用具有结构化偏振器 sp的平面外调制lc。为此，在结构化偏振器sp和光调制器slm的lc 层之间布置结构化半波片hwp。对于每个第二像素，结构化半波片hwp 将偏振旋转90度。由此实现的效果是，在通过半波片hwp之后并且当进入lc层时，初始不同偏振的光在通过结构化偏振器sp之后并且在结构化半波片hwp之前对于所有像素均等地偏振。然后以使其平行于进入的偏振方向的方式选择处于关闭状态的lc分子的取向(例如摩擦方向)。在 lc层的平面外调制的情况下，因此可以针对所有像素调整相位调制。在通过lc层之后，在从结构化半波板hwp返回的路径上，再次偏振以使其由结构化偏振器sp透射。因此，结果是从光调制器slm出射的光具有所需偏振的相位调制，所述偏振对于相邻像素是不同的。
[0223]
图43以另一配置(d)示出了利用平面外调制lc以及相邻像素从光调制器slm出射的光的不同偏振的相位调制的另一可行方案。该配置在没有结构化lc层并且没有结构化偏振器的情况下实施。45度线性偏振的光照射结构化半波片shwp，结构化半波片shwp中各向同性(即非双折射材料)层和光轴取向为45度的(双折射)λ/2层交替。由于45度的光轴平行于入射光的偏振方向，并且由于各向同性材料也不改变光轴，在前向路径上，光在没有旋转的情况下以45度通过半波片shwp。然后光照射偏振器p，透射方向为0度。约50％的光被偏振器p吸收，另外50％的光以均匀的偏振到达光调制器slm的lc层，其中可以调整相位调制。光在返回路径上偏振未改变地通过偏振器p。利用结构化半波片shwp，仅在光轴45度取向的部分中将偏振旋转90度。在具有位于它们之间的各向同性材料的结构化半波片shwp的部分中，偏振不旋转。根据需要，从该布置出射的光对于相邻像素再次交替地具有不同偏振。有利地，这种布置中的这种不同的偏振仅在光通过的最后一层中产生。此外，与上述实施例相对地，仅需要单个结构化层，即结构化半波片shwp。
[0224]
这种装置的缺点是偏振器p布置在光调制器slm的lc层和结构化半波层shwp之间。为了使lc层和半波片shwp之间的光传播中的不希望的衍射效应最小化，因此必须将偏振器p的厚度保持为较小。厚度大于 100微米的传统薄膜偏振器不适用于小像素尺寸。然而，厚度范围为5至 10微米的特殊薄膜偏振器代表了另一种选择。
[0225]
图44示出了图43的配置的更详细视图。大致按比例示出了一些元件，例如像素间距以及与之相比的光调制器slm的lc层、结构化半波片 shwp和偏振器p的相对厚度。
[0226]
反射光调制器包括(从左到右)用于在其上驱动反射电极e的背板 bp(左侧)、可选地在像素的中间空间中具有“黑色掩模”bm、bm上具有用于光调制器slm的液晶lc取向的层pi(例如聚酰亚胺)、然后是光学厚度至少对应于λ/2层(但也可以具有更大的光学厚度)的液晶层lc、然后是第二取向层pi、后面是透明电极装置le，例如ito。该示例，如图 31的描述中所解释的，涉及ffs型电极le，即线电极，接着是绝缘层i 和平面电极te。电极te之后是厚
度为几微米的偏振器层p(薄膜偏振器) 和结构化的半波片shwp，结构化的半波片shwp与像素对准(双折射，如图43所述的光轴相对于偏振器的透射方向成45度并且与非双折射各向同性部分交替)。第二取向层p1、电极le、te、偏振器p和结构化半波层 shwp位于覆盖玻璃dg的内侧(后者不按比例)。
[0227]
在生产过程中，通常首先将这些层施加到覆盖玻璃dg上，然后覆盖玻璃dg相对于背板侧bp定向，最后引入lc层。
[0228]
在一个特定实施例中，用于在每种情况下叠加2个像素的光的覆盖玻璃dg也可以配置为双折射萨伐特(savart)板。覆盖玻璃可以例如由具有合适的光轴取向的石英玻璃制成。在另一实施例中，覆盖玻璃dg是市售的显示器玻璃，并且在光束路径中光调制器装置之后是外部savart板。
[0229]
图45示出了类似于图44所示的装置，但这次是用于具有lc层的平面内调制光调制器slm。从右到左，最初为覆盖玻璃dg，结构化半波片 shwp和偏振器p是相同的。然而，在偏振器p的左侧，还存在四分之一波片qwp，因为slm的平面内相位调制需要圆偏振光。在该示例中，对于在平面内的场中执行平面内调制的lc模式，在lc层的右侧不需要电极。示出了在两侧布置有取向层pi的lc层。在这种情况下，lc层具有四分之一波片层的光学厚度。
[0230]
如图33和相关描述中所述，对于具有平面内的场的lc模式，可以使用在电极e之间的空间中具有介电反射镜de的线性电极e。这些在图的左侧示出。
[0231]
然而，还存在具有在平面外施加的电场中液晶分子在平面内旋转的 lc模式。这些是例如具有近晶lc分子的lc模式或具有胆甾型液晶的均匀卧螺旋(ulh)模式。对于这些，可以使用如图45所示的波片和偏振器的相同布置，但具有位于背板侧上的平面电极和玻璃基板。因此，电极布置将对应于例如图44中所示的电极布置。
[0232]
图46示出了用于lc层中的平面外调制的另一种装置。在光调制器 slm的lc层和反射镜之间的后侧，这里存在结构化的四分之一波片层 sqwp，其具有不同的光学厚度且光轴的布置与前述图中的半波片的布置 (光轴成45度且与(非双折射)各向同性层交替的(双折射)四分之一波片层)对应。
[0233]
线性偏振光(0
°
)照射到光调制器slm并在前向路径上行进，该偏振通过lc层。对于每个第二像素，然后通过结构化的四分之一波片sqwp 将偏振旋转90度。由于具有ecb模式的平面外调制lc仅针对线性偏振方向之一调制相位，对于每个第二像素(在结构化四分之一波片sqwp的 45
°
四分之一波片层sqwp的位置处)仅在第一次通过lc层期间发生光的相位调制。因此，lc层具有较大的光学厚度，其至少对应于全波片，以便为所有像素实现2π的相位调制。
[0234]
图47示出了相同配置的稍微更详细的视图。这里从左到右示出的是，背板bp、像素间隙中的反射像素电极e和黑色掩模bm、结构化四分之一波片sqwp、取向层pi(例如聚酰亚胺)、光调制器slm的lc层、第二取向层pi、平面ito电极te和覆盖玻璃dg。在这种情况下，由于一方面结构化的四分之一波片层sqwp位于与像素电极e相同的基板的后侧，另一方面，覆盖玻璃dg不具有任何结构化元件，在这种装置中，当将覆盖玻璃dg与背板bp相关地应用时，不需要对准。不利的是，较厚的lc层总体具有较慢的反应时间。
[0235]
图48示出了另一种可行的配置：这里，非结构化的四分之一波片层 sqwp应用在光调制器slm的lc层和反射镜之间的后侧。现在，从光调制器slm的lc层看，结构化的四分之一
波片层sqwp位于另一侧。然而，这种装置比图47中描述的装置更精细。
[0236]
下图示出了另一种配置，其在lc层和反射镜之间的后侧包含偏振器。因此，在第一次和第二次通过lc层之间改变偏振。
[0237]
这将首先针对平面内lc模式进行描述。
[0238]
图49示出了具有两个四分之一波片sqwp、qwp的装置，其中第一个是非结构化的，第二个是结构化的。线性偏振光由第一个四分之一波片 qwp转换成圆偏振光。通过使第二个(结构化)四分之一波片sqwp交替地具有 45和
‑
45度的光轴，光再次转换成交替地具有0度和90度偏振方向的线性偏振光。在透射装置中，例如，用于相位调制的液晶层可以位于两个四分之一波片层qwp和sqwp之间。
[0239]
对于单次通过两个四分之一波片层，因此实现了为每个第二像素获得不同的线性偏振的目的。
[0240]
然而，对于反射布置，在第二次通过两个四分之一波片层qwp和 sqwp期间，偏振旋转将被反转并且对于所有像素将获得相同的偏振。
[0241]
下面描述的配置的方法现在在于在第一和第二次通过四分之一波片层之间(即靠近反射镜侧)布置偏振器，该偏振器消除四分之一波片在一次通过中的影响但保留它在另一次通过中的影响。
[0242]
图50示出了这种配置。该图还示出了前光照射装置fl(其可以以与专利文献wo2010/149583a1类似的方式配置)，其照射光调制器slm。然而，前光照射装置fl不一定是本实施例的一部分。可选地，也可以例如借助于偏振分束器立方体来执行照射，并且将偏振旋转45度的另一半波片可以可选地位于分束器立方体和该装置之间。
[0243]
具有45
°
线性偏振的光照射光轴取向交替地成 45
°
和
‑
45
°
的结构化四分之一波片sqwp。由于四分之一波片sqwp的取向选择性地垂直于或平行于入射光的偏振方向，因此其偏振态保持为线性并且为45
°
。
[0244]
线性偏振光穿过光调制器slm的lc层，然后照射光轴取向同样成45度的四分之一波片qwp，然后是反射偏振器rp(或可选的透射偏振器和反射镜的组合)。
[0245]
只有在0度线性偏振的光从偏振器rp返回并以相反的顺序通过上述层，即它在通过四分之一波片qwp之后是圆偏振，穿过lc层然后在通过结构化四分之一波片sqwp之后，对于相邻像素以0度或90度交替线性偏振。
[0246]
可选地，结构化和非结构化的四分之一波片sqwp、qwp的布置也可以互换，使得结构化的四分之一波片sqwp应用在lc层和偏振器rp 之间。
[0247]
然而，与一些其他实施例一样，在后侧具有偏振器rp的该实施例也具有由于偏振器rp而损失50％的入射光的缺点。
[0248]
图51示出了相同配置的细节。从右到左示出玻璃基板dg、玻璃基板 dg内侧的ito电极、结构化四分之一波片sqwp、用于液晶lc取向的层pi(在这种情况下为聚酰亚胺)、光学厚度对应于半波片的光调制器slm 的液晶层、用于液晶取向的另一层pi(在这种情况下也是聚酰亚胺)、以及另一个四分之一波片qwp。
[0249]
用于产生平面内场的像素电极e布置在像素间隙中的背板侧。它们之间是反射偏振器，在这种情况下是线栅偏振器wgp。由于线栅偏振器是金属的并因此是导电的，因此在偏振器wgp上并且在偏振器wgp和电极e之间横向存在绝缘层i。
[0250]
由于偏振器wgp反射一个线性偏振方向但透射与此垂直的偏振方向，因此在这种情况下，在偏振器wgp后面的背板侧上存在用于吸收透射光的黑色掩模bm。
[0251]
图52示出了与图50、51相比更有利的配置。在这种配置中，两个四分之一波片qwp都是非结构化的。相反地，背板侧的反射偏振器srp以像素方式结构化。
[0252]
背板上的金属线栅偏振器wgp也可以通过半导体工艺以结构化方式生产。由于结构布置仅存在于背板侧，因此在slm的制造期间不必将覆盖玻璃与背板位置对准。
[0253]
在通向偏振器srp的前向路径上，入射光仅通过非结构化层。在偏振器srp处，0
°
和90
°
线性偏振光然后在相邻像素中交替反射。光通过四分之一波片qwp，使得它成为圆偏振，然后通过光调制器slm的lc层和另一四分之一波片qwp，使得它在相邻像素中从线性偏振的布置交替地以0
°
和90
°
再次出射。
[0254]
图53示出了相同配置的细节。从右到左示出玻璃基板dg、玻璃基板内侧的ito电极e、第一个四分之一波片qwp、用于液晶取向的层pi(在这种情况下为聚酰亚胺)、光调制器slm的液晶层lc(光学厚度对应于半波片)、用于液晶取向的另一层pi(在这种情况下也是聚酰亚胺)、和另一四分之一波片qwp。用于产生平面内场的像素电极e布置在像素间隙中的背板侧。它们之间是反射偏振器，在这种情况下是线栅偏振器wgp。偏振器wgp例如通过“线”的不同取向(即金属线的取向，例如平行于所示的下部像素中的图示平面并且垂直于所示的上部像素中的图示平面)来结构化。通过偏振器wgp的结构化，对于每个第二像素(在图53中为上部像素)，具有0度线性偏振的光被反射，而对于其他像素(在图53中为下部像素)，具有90度线性偏振的光被反射。如在前面的配置中那样，在偏振器wgp上并且在偏振器wgp和电极e之间横向存在绝缘层i。在偏振器wgp后面的背板侧上同样存在黑色掩模bm。
[0255]
图54示出了使用后侧偏振器rp用于具有平面外调制的lc模式。再次示出了前光照射装置fl的使用。来自前光照射装置fl的0
°
线性偏振光照射结构化的四分之一波片sqwp，使得相邻像素的光交替地右旋和左旋圆偏振，然后光传播到光调制器slm的lc层和偏振器rp上。入射圆偏振光的仅线性分量被偏振器rp反射，从而再次发生50％的光损失。然后，线性偏振光穿过lc层，再次通过结构化的四分之一波片sqwp，使得对于相邻像素交替地进行右旋圆偏振和左旋圆偏振，然后通过前光照射装置fl，然后通过另一非结构化的四分之一波片qwp，之后它对于相邻像素以0度、90度交替线性偏振。
[0256]
图55示出了该配置的细节。从右到左示出玻璃基板dg、在玻璃基板 dg内侧的电极te和le。以与图44类似的方式，电极te由平面的ito 层te、绝缘层i和线电极结构le组成。在这种情况下，平面电极te用于产生用于开启的平面外场，并且可以使用线电极le以便通过平面内场获得光调制器slm的lc的快速关闭。
[0257]
电极te、le之后是结构化的四分之一波片sqwp、用于液晶lc取向的层pi(在这种情况下是聚酰亚胺)、光学厚度对应于半波片的液晶层、用于液晶lc取向的另一层pi(在这种情况下也是聚酰亚胺)。在背板侧，之后是反射偏振器rp。在金属线栅偏振器的情况下，偏振器和像素电极对于平面外lc模式是相同的。
[0258]
在偏振器rp之下，还有用于吸收光的黑色掩模bm。电极通过黑色掩模bm电连接到实际的背板bp。
[0259]
在光调制器slm基于液晶的平面内或平面外调制的反射光束组合器中使用的光调制器slm的所示配置具有如下不足：液晶lc本身总体仅对通过lc层的限定的偏振态产生所
需的相位调制。
[0260]
通常仅在光强度损失的情况下实现获得所需相位调制但同时相邻像素的线性偏振相互垂直出射的目的，该目的在两次通过lc层和其他光学层之后获得，如同用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置(例如在savart板中)的两个像素的光的组合所需的那样。
[0261]
所示的许多配置包含偏振器，其吸收50％的入射光。这种损失降低了光调制器的效率并增加了其能量消耗。
[0262]
因此，有利地，下面将在图56中描述另一种配置，其包含mems光调制器(mems＝微机电系统)，其相位调制基于微反射镜hs的位移，即机械调整。借助于可移位反射镜hs的相位调制与入射偏振无关。如果在 mems反射镜hs的前面使用结构化的四分之一波片sqwp(其包括与各向同性层交替的45
°
四分之一波片层)，在0
°
的入射线性偏振光的情况下，该结构化的四分之一波片sqwp为相邻的mems反射镜hs交替地产生线性或圆偏振光。与常规使用的lc模式相比，mems反射镜hs可以分别为圆偏振和线性偏振入射光产生相同的相位调制。
[0263]
由mems反射镜hs反射的光第二次穿过结构化的四分之一波片 sqwp，使得圆偏振光被转换回线性偏振光，然而是与入射方向相比旋转了90度的光。在分配了四分之一波片sqwp的各向同性层的相邻像素中，光保持0度线性偏振。在这种情况下，因此在slm上不需要额外的偏振器，因此不会损失光强度。
[0264]
图56示出了具有用于引入光的前光照射装置fl和具有覆盖玻璃dg 的实施例，覆盖玻璃本身是双折射的并且用作savart板(分束器和/或光束组合器)。然后，例如，结构化的四分之一波片sqwp可以在应用到该覆盖玻片dg内侧上。从前光fl到达的光没有偏移地穿过覆盖玻璃dg，然后穿过由四分之一波片sqwp和mems反射镜hs组成的布置。在通过覆盖玻片dg(savart板)的返回路径上，偏振旋转90度的上部像素发生偏移，使得它与下部像素叠加。
[0265]
然后，两个像素的组合光通过前光照射装置fl并以45度照射偏振器 p。该偏振器p用于根据两个像素的相对相位进行振幅调制，如在利用 savart板的光束组合器中常规的那样。
[0266]
利用mems的实施例不限于使用与savart板同时使用的覆盖玻璃 dg，并且不限于使用前光照射装置fl。
[0267]
与基于传统lc模式的slm相比，基本特征是具有结构化四分之一波片sqwp(光轴交替45
°
，各向同性)的slm的更简单的布置。
[0268]
图56中所示的装置不限于mems光调制器，而是也可以以类似的方式用于所有其他类型的光调制器，其中可以独立于入射光的偏振来调制相位。这些还包括，例如，利用平面外施加的电场的特殊lc模式，例如蓝相位。
[0269]
专利文献de102009044910a1在该申请的图21中示出了用于光束组合的布置的示例，其中，代替单个光学双折射单轴部件，光束组合器也由两个光学双折射单轴部件组成，其具有插在它们之间的半波片。
[0270]
这里描述的反射装置还可以可选地包含由多个光学双折射单轴部件组成的方式形成的光束组合器装置。
[0271]
图57再次示出了具有mems光调制器和前光照射装置fl的装置，如同图56中所示
的。光束组合器现在由两个双折射单轴部件sp1、sp2组成，其光轴(晶轴)相互旋转180度，半波片hwp45布置在两个单轴部件之间，半波片hwp45的光轴相对于入射光的偏振成45度。
[0272]
半波片hwp45将入射光束和出射光束的偏振分别旋转90度，使入射光束和出射光束分别以普通光束穿过两个双折射单轴部件中的一个sp1 并且以非普通光束穿过另一个双折射单轴部件sp2。
[0273]
反射光调制器总体包括间距小于10微米的小像素，因此在光束组合器的非对称布置的情况下，其也具有比例如具有大像素的透射光调制器更好的倾斜容差。然而，如图57所示的具有由多个光学双折射单轴部件sp1、 sp2组成的光束组合器的装置可以有利地增加该倾斜容差。
[0274]
由多个光学双折射单轴部件sp1、sp2组成的光束组合器的使用不限于具有mems光调制器的实施例，而是还可以例如与如图39至55所示的光调制装置的其他实施例组合使用。
[0275]
以下表示光调制装置的实施例，其适于在反射光束引导中对光进行空间调制，与现有技术中已知的光调制装置相比，该光调制装置允许更快的切换时间，和/或这种光调制装置可以与根据本发明所述的用于组合与光调制器的相邻布置的像素相互作用的光束的装置结合，装置尤其地还以下列方式配置，使得对入射到根据附件i的用于组合光束的装置上的光的角度变化的灵敏度降低。更尤其优选地，这种光调制装置可以结合到用于表示二维和/或三维图像内容和/或移动场景的装置中，尤其是与根据本发明所述的至少一个装置结合。
[0276]
实施方案：
[0277]
1.用于反射光束引导的光调制装置，该装置具有空间光调制器、至少一个光束影响部件和/或至少一个电极装置，该空间光调制器包括多个像素和用于像素的电驱动的背板，该光束影响部件以对与光调制器的像素相互作用的光以像素方式影响的方式配置，该电极装置被形成和配置用于实现开启过程和/或关闭过程液晶的加速取向。
[0278]
2.根据实施例1的光调制装置，其中光调制器的像素包括液晶，该液晶由于受控的取向变化而改变与像素相互作用的光的相位(光程)。
[0279]
3.根据实施例2的光调制装置，其中液晶以下列方式配置，即该液晶通过其受控的取向变化进行“平面内”调制，尤其是以ips(平面内切换)、 han(混合对准向列)或cipr(连续平面内旋转)模式的形式，或以近晶液晶模式的形式，其中液晶在电场中的平面内旋转主导平面外旋转，或以胆甾相的形式，其中光轴在电场中具有平面内旋转(均匀卧螺旋，ulh)。
[0280]
4.根据实施例2的光调制装置，其中液晶以下列方式配置，即液晶通过其受控的取向变化进行“平面外”调制，尤其是以ecb模式的形式。
[0281]
5.根据实施例3或4的光调制装置，其中，结构化电极装置设置在背板和光调制器之间，其中电极装置在相邻像素的间隙中和/或其中每个像素包括尤其是基本上平面配置的电极。
[0282]
6.根据实施例5的光调制装置，其中至少一个绝缘层被设置，至少一个绝缘层用于使结构化电极装置与光调制装置的其他导电元件电绝缘。
[0283]
7.根据实施例2至6之一的光调制装置，其中电极装置和/或结构化电极装置布置在背板背离光调制器的一侧上。
[0284]
8.根据实施例4的光调制装置，其中光束影响部件包括至少一个结构化偏振影响装置，其设置在背板和光调制器之间，并且以下列方式配置和布置，即使得相邻像素的光由此在其偏振上受到不同的影响。
[0285]
9.根据实施例4或8所述的光调制装置，其中所述光束影响部件包括至少一个结构化偏振影响装置，该结构化偏振影响装置布置在背板背离光调制器的一侧上并且以如下方式配置和布置，即相邻像素的光由此在其偏振方面受到不同的影响，其可以以结构化的四分之一波片、结构化的半波片或结构化的线栅偏振器的形式配置。
[0286]
9.根据实施例4、8或9之一的光调制装置，其中光束影响部件包括至少一个偏振影响装置或偏振器，至少一个偏振影响装置或偏振器布置在背板和光调制器之间，和/或在背板背离光调制器的一侧，并且可以以四分之一波片、半波片或线栅偏振器的形式配置。
[0287]
10.根据实施例1至9之一的光调制装置，其中光调制器或反射元件以下列方式配置和驱动，即与相邻像素相互作用的光在偏振方面受到不同的影响。
[0288]
11.根据实施例1至10之一的光调制装置，其中光调制器具有基本上对应于半波片或四分之一波片的光学厚度的光学厚度。
[0289]
12.根据实施例1至11之一的光调制装置，其中光调制器包括具有像素或线性结构的不同特性的像素。
[0290]
13.根据实施例1至12之一的光调制装置，其利用光照射，该光借助于前光照射装置或中性分束器被导向或引导到光调制装置的方向上。