Устройство отображения (варианты)

 

Устройство содержит голографический оптический элемент, имеющий по крайней мере две группы голографических областей. Области каждой группы (групп) отличны от областей другой группы (групп) и чередуются или перекрываются с областями другой группы (групп). Области конструируются таким образом, что свет, падающий на каждую группу областей, направляется к соответствующей одной из множества зон наблюдения. Устройство обеспечивает получение стереоскопического изображения и множество позиций наблюдения. Наблюдатель может двигаться относительно устройства без потери стереоэффекта. 2 с. и 23 з. п.ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройству отображения, включающему голографический оптический элемент.

В более ранней заявке заявителя W0 93/02372 описывается устройство отображения, включающее голографический оптический элемент. Свет, падающий на голографический оптический элемент, направляется в единственную зону наблюдения. При движении источника света позиция зоны наблюдения может сдвигаться. Чередующиеся во времени левое и правое изображения проецируются на экран с чередующихся позиций, посредством чего изображения являются видимыми одно за другим в соответствующих левой и правой зонах наблюдения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения разрабатывается устройство отображения, содержащее голографический оптический элемент, имеющий, по крайней мере, две группы голографических областей, причем область(и) первой группы чередуется или перекрывается с соседней областью (ями) второй группы (групп) и конструируется так, что свет, падающий на каждую группу областей, дифрагирует таким образом, что создается соответствующее одно или более из множества действительных или мнимых изображений источника рассеянного света; и устройство, формирующее изображение, содержащее множество элементов изображения, в котором голографический элемент и его голографические области расположены и сконструированы таким образом, что свет, дифрагировавший за счет первой группы голографических областей, проходит через соответствующую первую группу элементов изображения и таким образом, что свет, дифрагировавший за счет второй группы голографических областей, проходит через соответствующую вторую группу элементов изображения.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения разрабатывается устройство отображения, содержащее голографический оптический элемент, имеющий, по крайней мере, две группы голографических областей, причем область(и) первой группы чередуется или перекрывается со смежной областью(ями) второй группы (групп) и конструируется так, что свет, падающий на каждую группу областей, дифрагирует таким образом, что создается соответствующее одно или более из множества действительных или мнимых изображений источника рассеянного света, и устройство, формирующее изображение, содержащее множество элементов изображения; в котором голографический элемент и его голографические области расположены и сконструированы таким образом, что свет, прошедший через первую группу элементов изображения устройства, формирующего изображение, дифрагирует за счет первой группы голографических областей и таким образом, что свет, прошедший через вторую группу элементов изображения устройства, формирующего изображение, дифрагирует за счет второй группы голографических областей.

Каждая группа может содержать единственную область, которая тянется поперек большого размера голографического оптического элемента. Типично, однако, когда каждая группа областей содержит периодическую структуру областей.

Типично, когда области, составляющие периодическую структуру, смещены в боковом направлении друг относительно друга (например, вертикально и/или горизонтально).

Каждая область периодической структуры обычно размещается на расстоянии от соседних областей и не перекрывается с ними, хотя соседние области в одной и той же периодической структуре могут перекрываться.

Также каждая группа областей обычно смещена в боковом направлении по отношению к другой группе(ам) областей. Области внутри периодической структуры могут перекрываться с областями других периодических структур. Типично, однако, когда области каждой периодической структуры не перекрываются с областями других периодических структур.

По крайней мере две группы областей могут образовывать боковую периодическую структуру из вертикальных или горизонтальных полос или двумерную периодическую структуру.

В предпочтительном варианте реализации изобретения голографический оптический элемент содержит две чередующиеся группы областей.

Обычно голографический оптический элемент конструируется таким образом, чтобы каждая группа областей содержала голографическую запись одного или более источников рассеянного света.

За счет осуществления записи одного и того же светового источника или некоторого количества различных световых источников во множестве различных позиций по отношению к голографическому оптическому элементу свет, падающий на голографический оптический элемент, направляется на позицию, соответствующую позиции(ям) источника(ов) рассеянного света. Другими словами, когда каждая из групп областей освещается светом, дифрагирующий свет формирует изображение одного или более источников рассеянного света. Обычно изображение является действительным, хотя оно также может быть и мнимым.

В тех случаях, когда каждая группа областей содержит запись только одного источника рассеянного света, свет, падающий на группу областей, будет направляться на единственную зону наблюдения. В тех случаях, когда группа областей содержит запись множества источников рассеянного света, свет, падающий на группу областей, будет направляться на множество зон наблюдения.

Голографический оптический элемент обычно является проходным элементом, хотя это может быть и отражательный элемент.

Голографический оптический элемент может быть сформирован любым подходящим способом, например, как поверхностная рельефная голограмма, полученная, например, путем формовки или штамповки как объемная голограмма, полученная, например, в фотополимере, бихромированном желатине или галогениде серебра.

Обычно голографический оптический элемент представляет собой часть устройства отображения, такого, как стереоскопическое устройство отображения. Это обеспечивает очень компактное и легко конструируемое пространственно усложненное двух- или трехмерное устройство отображения с голографически формируемыми апертурами наблюдения и способное отображать изображения в реальном времени.

Обычно устройство отображения снабжается устройством, формирующим изображение, определяющим множество изображений, каждое из которых соответствует соответствующей матрице элементов изображения (такой, как матрица элементов изображения жидкокристаллического дисплея LCD). Обычно голографический оптический элемент также записывается с помощью голографической записи матрицы апертур. В тех случаях, когда элемент включается в устройство отображения, матрица апертур компонуется так, чтобы быть совмещенной с матрицами чередующихся элементов изображения в дисплее. Путем компоновки голографического оптического элемента и матрицы элементов изображения таким способом, свет, проходящий через элементы изображения, дифрагирует за счет одной из групп областей в голографическом оптическом элементе, попадая в соответствующую зону наблюдения.

В первом примере голографический элемент расположен перед жидкокристаллическим дисплеем (т.е., со стороны наблюдателя) и примыкает к нему.

Жидкокристаллический дисплей LCD может освещаться сзади единственным источником. С другой стороны, жидкокристаллический дисплей может освещаться некоторым количеством источников, сгруппированных таким образом, чтобы функционально быть эквивалентными единственному источнику.

Источник или источники могут двигаться для того, чтобы сдвигались позиции зон наблюдения. Иначе, источник может быть статичен, а его оптическое изображение движется (например, за счет использования движущихся зеркал или множества других устройств). В дальнейшем альтернативном варианте множество неподвижных источников или одиночный протяженный источник с управляемым маскирующим элементом могут быть расположены так, чтобы эффективная позиция источника сдвигалась при включении и выключении света или движении маскирующего элемента соответственно.

Обычно жидкокристаллический дисплей содержит множество чередующихся изображений (например, в форме группы боковых (горизонтальных) полос или в форме матрицы сотовой структуры).

Множество изображений может содержать один и тот же вид двумерного изображения, если требуется двумерный дисплей. В этом случае источник предпочтительно представляет собой множество смещенных в боковом направлении источников или линейный источник, расположенные так, чтобы перекрывались левая и правая зоны наблюдения, обеспечивая полное разрешение двумерного изображения обоими глазами.

Типично, однако, когда множество изображений содержат левые и правые стереоскопические виды. Области голографического оптического элемента обычно соответствуют матрице элементов изображения жидкокристаллического дисплея. В голографических областях, соответствующих элементам левого изображения, происходит дифракция света, который попадает далее в левую зону наблюдения (и, следовательно, изображение становится видимым), и наоборот - для правого изображения.

Иначе голографический оптический элемент может быть расположен за жидкокристаллическим дисплеем. В этом случае голографический оптический элемент может быть расположен вплотную к жидкокристаллическому дисплею, при этом группы областей будут совмещаться с матрицей жидкокристаллических дисплеев. Однако, если голографический оптический элемент расположен на расстоянии от жидкокристаллического дисплея, области каждой группы обычно будут перекрываться с областями другой группы или даже с областями их собственных групп. В ограниченном случае каждая группа областей может содержать единственную область, тянущуюся поперек голографического оптического элемента. Однако голографический оптический элемент все еще записывается и настраивается так, что свет, который проходит, например, через элементы левых изображений жидкокристаллического дисплея, направлялся только в левую зону наблюдения, и наоборот.

Голографический оптический элемент может быть создан рядом способов, как описывается более подробно в следующем описании изобретения. Однако общие характерные особенности метода записи таковы, что на некоторой стадии записи изображение источника рассеянного света записывается с источником света через множество позиций по отношению к го лографической пластине, причем каждая позиция относится к соответствующей зоне наблюдения.

Голографический оптический элемент может записываться в "одностадийном процессе", когда источник рассеянного света записывается через множество позиций при двух экспонированиях.

Типично, однако, когда голографический оптический элемент записывается как переходная голограмма из одной или более пластин голограмморигиналов.

Другая общая характерная особенность процесса голографической записи состоит в том, что на некоторой стадии процесса в процессе записи используется маска (соответствующая матрице элементов изображения жидкокристаллического дисплея). Маска может размещаться вплотную к голографической пластине при записи либо голограммы-оригинала, либо переходной голограммы. Наоборот, маска может располагаться на расстоянии от голографической пластины, в этом случае можно считать, что голографическая запись выполняется из апертур наблюдения, созданных маской.

Голографический оптический элемент может быть сконструирован как устройство с направленной волной на субстрате.

Кроме того, устройство отображения может к тому же содержать фокусирующую оптику, которая создает мнимое изображение матрицы элементов изображения и голографического оптического элемента и формирует действительные изображения зон наблюдения. В таком случае изображение источника рассеянного света, полученное с помощью голографического оптического элемента, могло бы быть успешно сформировано прежде всего как мнимое изображение.

Некоторое количество вариантов реализации изобретения теперь будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, ни в одном из которых не нужно определять масштаб, где фиг. 1 изображает голографический оптический элемент, согласно изобретению; фиг. 2 изображает перспективу голографического оптического элемента согласно изобретению, конструирующего левую и правую зону наблюдения; фиг. 3 изображает схематический вид первого устройства отображения, в котором голографический оптический элемент располагается перед жидкокристаллическим дисплеем; фиг. 4 изображает схематический вид второго устройства отображения, в котором голографический оптический элемент располагается за жидкокристаллическим дисплеем и содержит периодическую структуру перекрывающихся областей; фиг. 4A изображает схематический вид устройства отображения, иллюстрирующий результат изменения разделения голограммы и жидкокристаллического дисплея; фиг. 5 иллюстрирует запись пластины голограммы-оригинала для голографического оптического элемента согласно изобретению; фиг. 6 иллюстрирует запись левой зоны наблюдения на пластину голограммы-оригинала; фиг. 7 иллюстрирует запись правой зоны наблюдения на пластину голограммы-оригинала; фиг. 7A иллюстрирует альтернативный вариант размещения рассеивателя для записи зоны наблюдения на пластину голограммы-оригинала; фиг. 8 иллюстрирует запись переходной голограммы от голограммы-оригинала, записанной на фиг. 6 и 7; фиг. 9 иллюстрирует создание переходной голограммы с направленной волной на субстрате из голограммы-оригинала, записанной на фиг. 6 и 7; фиг. 10 иллюстрирует второй пример переходной голограммы с направленной волной на субстрате; фиг. 11 иллюстрирует устройство отображения, включающее голографический элемент с направленной волной на субстрате, иллюстрированный на фиг. 9 или фиг. 10; фиг. 12 иллюстрирует еще один пример голографического оптического элемента, созданного как устройство с направленной волной на субстрате; фиг. 13 иллюстрирует "одностадийный" метод изготовления голографического оптического элемента; фиг. 14 иллюстрирует часть устройства отображения, включающую дополнительную фокусирующую оптику; фиг. 15 иллюстрирует одновременное формирование нескольких стереоскопических зон наблюдения.

Описываемые варианты реализации изобретения позволяют получать двумерное или трехмерное отображение изображений. Дисплей является автостереоскопическим и может отображать изображения в многоцветном виде, передвигая трехмерные изображения в реальном времени. Он основывается на двумерной среде - носителе изображения, такой, как (голографический диапозитив или электронный дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей (LCD), используемый в соединении с новым голографическим устройством и системой освещения. В последующем описании предполагается, что панелью, удерживающей изображение является жидкокристаллический дисплей.

Что касается фиг. 1: световой источник 1 излучает свет 2, который освещает голограмму (т. е. голографический оптический элемент), на которой свет дифрагирует таким образом, что восстанавливается волновой фронт 4, который формирует равномерное и освещаемое рассеянным светом действительное изображение 5.

Можно считать, что зона, определяемая действительным изображением 5, является плоскостью, освещаемой рассеянным светом на расстоянии от голограммы 3. В принципе (не учитывая нулевой порядок, который проходит прямо через голограмму) никакая часть света 2 не дифрагирует вне зоны 5.

Когда точка на голограмме 3 наблюдается глазом 6, оказывается, что она является светлой, если прямая линия, проведенная через нее и через глаз 6, проходит через зону 5. Наоборот, оказывается, что она является темной, если прямая линия, проведенная через нее и глаз 6, не проходит через зону 5.

Первый случаи иллюстрируется изображением глаза 6а, который различает все точки на голограмме 3 как светлые, и второй - изображением глаза 6b, для которого вся поверхность будет темной.

Этот принцип относится как к иллюстрированному случаю, когда зона 5 представляет собой действительное изображение, так и к случаю, когда зона 5 представляет собой мнимое изображение (т.е. когда оно является тем изображением, которое, по-видимому, формируется на дальней стороне голограммы 3, как видно глазом 6).

Голографические методы, которые описываются ниже, позволяют восстанавливать изображение 5 таким образом, что распределение света является равномерным поперек всей его области, и его границы могут быть точно определены. Это является полезным в автостереоскопических приложениях, так как это помогает уменьшить перекрестные помехи между левым и правым видом без обратной проблемы создания неясной зоны или зоны нечувствительности, отделяющей левую и правую зоны наблюдения.

Рассмотрим теперь перспективное изображение фиг. 2 (которое не является масштабированным): световые лучи 2 светят на пространственно разделенную голограмму 3, которая состоит из группы секций 31, все составляющие которых восстанавливают действительное изображение 51; и ряда секций 3r, все составляющие которых восстанавливают действительное изображение 5r. Заметим, что действительные изображения 5 точно локализованы в пространстве, и они могут быть сформированы таким образом, что они находятся вплотную друг к другу, без зазора и без перекрывания между ними.

Предположим, что вся поверхность голограммы 3 равномерно освещается лучами 2, и рассмотрим два иллюстративных луча 21 и 2r (можно считать, что оба из них исходят от одного и того же светового источника 1). Луч 21 представляет собой типичную составную часть множества лучей, которые пронизывают зоны 31 голограммы 3. Некоторая часть света луча 21 не дифрагирует и продолжает распространяться как свет 7 нулевого порядка дифракции (который представляет здесь небольшой интерес). Дифрагировавший свет (иллюстрированный с помощью типичного луча 41) восстанавливает рассеянное действительное изображение 51. Аналогично луч 2r дифрагирует за счет секции голограммы 3r, восстанавливая действительное изображение 5r.

Глаз 61 располагается таким образом, что все прямые линии, проведенные через глаз 61 к любой точке на голограмме 3, будут проходить через зону 51; глаз 61 будет поэтому видеть все секции 31 голограммы 3 освещенными, в то же время все секции 3r будут оставаться темными для глаза 61, так как та же самая изобразительная линия не проходит через зону 5r, восстанавливаемую с помощью областей 3r голограммы 3. Обратное утверждение применяется в случае глаза 6r, который будет видеть области 3r освещенными, а области 31 будут темными.

Если глаз 61 представляет собой левый глаз наблюдателя, и глаз 6r представляет правый глаз того же наблюдателя, каждый глаз видит различные части голограммы 3 освещенными. Например, глаз 61 будет воспринимать, что каждая составляющая группы секций 31 является светлой, и каждая составляющая группы секций 3r является темной. Обратное утверждение применяется для глаза 6r.

Вплоть до этого предполагалось, что освещение голограммы 3 световым источником 1 являлось равномерным, и не было ничего, что изменяло бы воспринимаемую интенсивность света, дифрагировавшего по направлению к изображениям 5. Экран фактически является пустым. Но можно сделать так, чтобы свет, падающий на голограмму 3, проходил через LCD (жидкокристаллический дисплей). Если дисплей сделан подходящим образом, то будут секции жидкокристаллического дисплея, лежащие на прямых линиях, проведенных через оптическую позицию светового источника 1 и секции 31 голограммы 3, и другие, на линиях, проведенных через источник 1 и секции 3r.

Если те секции LCD, которые соответствуют секциям 31 голограммы 3, отображают определенное изображение L, в то время, как те секции, которые соответствуют секциям 3r, отображают второе изображение R, будет ясно, что глаз 61 будет видеть изображение L, в то время, как глаз 6r будет видеть изображение R. Если два изображения L и R являются компонентами стереопары, можно видеть стереоскопическую трехмерную картину.

Аналогично, свет может быть модулирован за счет размещения lCD на другой стороне голограммы. В этом случае свет 2 сначала дифрагирует за счет голограммы и затем проходит через LCD. В этом случае комбинация голограммы и света может рассматриваться как вид задней подсветки. Свет 41, формирующий изображение 61, будет проходить через определенные секции LCD, которые могут быть расположены так, чтобы отображать изображение L, свет 4r проходит через другие секции, отображающие изображение R. В этом случае два глаза 61, 6r снова видят отдельные картинки, которые могут совмещаться через стереоданные, для того, чтобы показывать изображение в трех измерениях.

Существуют применения, которые будут требовать, чтобы изображения 51, 5r формировались сначала как мнимые изображения, в частности, это может применяться, когда дисплей этого вида используется с другой фиксирующей оптикой, которая будет создавать комбинацию мнимого изображения LCD и голограммы 3 и располагать изображения 5r, 51 перед оптикой как действительные изображения. Такое расположение описывается более детально ниже.

Теперь можно описать природу нескольких вариантов реализации изобретения более детально. (Будет описываться случай, когда существует только пара изображений, которые нужно отображать, большее количество может отображаться с помощью подходящих изменений. Аналогично, будет рассматриваться только один световой источник, хотя может быть использовано несколько источников. Будет рассматриваться только одна позиция стереонаблюдения, в то же время зная, что их может быть больше, и будут рассматриваться существенные составляющие и игнорироваться тот факт, что другая оптика - зеркала, линзы, голографические оптические элементы - может быть включена в состав устройства для помощи в практическом конструировании работы дисплея).

Для этого рассмотрения составная голограмма 3 может считаться состоящей из групп "апертур" HL и HR так, что свет, попадающий (под соответствующим углом падения) на любую составную часть группы HL, восстанавливает одно изображение, и свет, попадающий на составную часть другой группы HP, восстанавливает другое изображение. Эти изображения формируются на расстоянии от плоскости голограммы 3 и могут быть мнимыми или действительными. В соответствии с точной геометрией, эти две группы апертур HL и HR могут перекрываться или не перекрываться.

Два изображения 51 и 6r, сформированные соответственно с помощью двух групп апертур HL и HR, являются равномерно освещенными рассеянными областями света и сами могут рассматриваться как апертуры IL и IR, где IL восстанавливается с помощью группы HL, и IR восстанавливается с помощью группы HR.

Панель LCD, которая будет отображать две картины А и В, объединена с гологараммой. Элементы изображения этого LCD могут также рассматриваться как апертуры и могут разделяться на две группы PL и PR; где группа PL отображает картину A и группа PR отображает картину В.

Кроме того, пара апертур представляет собой два глаза наблюдателя. Левый глаз наблюдателя является апертурой EL, и правый глаз является апертурой ER. Апертуры (или их изображения) IL и IR формируются на расстоянии от голограммы 3 и в той же самой общей области, что и глаза EL и ER. Оптимальная работа дисплея может быть определена как случай, когда световые лучи могут быть прослежены в обратном направлении от EL к световому источнику 1 таким образом, что они проходят через апертуру IL, все составляющие группы апертур PL и все составляющие группы апертур HL, но не обязательно в таком порядке. В то же самое время не должны прослеживаться лучи от EL через IR, PR и HR к источнику 1. Аналогично лучи, прослеживаемые от ER, должны проходить через IR, PR и HR, но не через IL, PL и HL.

Две важные конструкции, которые представляют собой увеличенные части секции, проходящей через голограмму 3 и LCD 8, проиллюстрированы на фиг. 3 и 4 (для фигур не надо определять масштаб).

Фиг. 3 представляет случай, когда голограмма 3 расположена на стороне LCD, обращенной к наблюдателю. Можно видеть, что луч света 21 сначала проходит через элемент изображения, который является составной частью группы элементов изображения 91, затем он попадает на голограмму 3 в месте расположения части голограммы 3, которая является составной частью группы секций 31, затем он дифрагирует. Свет 7, которому соответствует нулевой порядок дифракции, проходит прямо, волновой фронт первого порядка дифракции представлен как лучи света 41 и восстанавливает изображение зоны 51. То же самое применяется с изменениями к лучам 2r, группе элементов изображения 9r, группе секций голограмм 3r, дифранировавшим лучам 4r и изображению 5r. Голограмма 3 и LCD 9 должны быть смонтированы близко друг к другу и таким образом, что все-лучи, проходящие через группу элементов изображения 91, будут восстанавливать только изображение 51, и, аналогично, лучи, проходящие через ряд элементов изображения 9r, будут формировать только изображение 5r. Этот результат может быть получен с помощью введения пустых областей в голограмме 3 между составляющими группы 31 и составляющими группы 3r.

В случае фиг. 4, также с позиции наблюдателя, голограмма 3 смонтирована на LCD 9. Сначала надо заметить, что голограмма, описанная по отношению к фиг. 3, также может работать в этой ситуации при обеспечении условия, когда длина оптического пути между голографической поверхностью и элементами LCD сохраняется малой (на практике обычно не больше, чем в четыре раза превышающий интервал элементов изображения). Фиг. 4, однако, представляет именно улучшенное расположение, которое дает возможность некоторого увеличения разделения голограммы 3 и элементов изображения LCD 9.

Свет 2 пронизывает голограмму 3. Когда он пронизывает секцию голограммы, которая является составляющей группы 31, он дифрагирует таким образом, чтобы пройти сначала через составляющую группы элементов изображения 91 и затем восстановить изображение 51. То же самое применяется с изменениями к свету, попадающему на область голограммы, содержащую составляющую группы 3r. Заметим в этом случае, что составляющие группы 31 пространственно перекрываются с составляющими группы 3r. Возможно даже, чтобы они перекрывались также с составляющими своей собственной группы. Также можно заметить, что дисплей может быть сконструирован таким образом, что каждая составляющая группы элементов изображения 91 получает свет только от составляющих групп голографических элементов 31, и что аналогично каждая составляющая группы элементов изображения 9r получает свет только от составляющих группы голографических элементов 3r.

Перекрывание составляющих одной и той же группы иллюстрируется на фиг. 4A. Фиг. 4A показывает некоторые световые лучи 41, для которых прослеживается прохождение через голограмму и LCD. Если разделение относительно мало (местоположение голограммы 1), различные составляющие одной и той же группы 31 не будут перекрывать друг друга (хотя в иллюстрируемом случае они бы перекрывали составляющие другой группы 3r, которые не показаны на чертеже). Если разделение увеличивается (местоположение голограммы 2), мы не обнаружим, что они перекрывают друг друга, так как зоны, занимаемые каждой составляющей, расширяются.

Теперь будут описываться некоторые практические характеристики дисплея, выполненного в соответствии с этим методом .

Заявитель описывал в (PCT/GB 93/01709), как позиция зоны наблюдения для голографического автостереоскопического дисплея может сдвигаться при движении эффективной позиции светового источника. Этот принцип может применяться здесь следующими основными способами: зона наблюдения может сдвигаться при движении позиции светового источника, в результате чего дисплей получает возможность быть управляемым таким образом, что наблюдатель может двигаться без потери стереоэффекта. Если точки стереонаблюдения отображаемых изображений подходящим образом скорректированы, может быть обеспечено введение параллакса, позволяющего наблюдателю смотреть вокруг и даже выше и ниже, и ближе и дальше, с параллаксом изображения, изменяющимся соответственно.

Источники могут располагаться по отдельности, в результате чего создаются две или более отдельные зоны стереонаблюдения таким образом, что в одно и то же время более одного человека может получать удовольствие от стереоэффекта. В этом случае эффективная позиция каждого из отдельных источников также может быть передвигаема, позволяя каждому наблюдателю сохранять подвижность. В приведенном выше описании эффективная позиция источника(ов) может изменяться таким образом, чтобы компенсировать для наблюдателя (ей) изменяющиеся позиции от одной стороны к другой, вверх и вниз, и на расстоянии. На практике, вероятно, наиболее важным является движение от одной стороны к другой. Отдельные источники или протяженный источник могут быть расположены так, что зоны 51 и 5r перекрываются друг с другом, тем самым обеспечивая, чтобы оба глаза видели все элементы изображения LCD. Эта методика является благоприятной, так как отображается двумерное изображение с полным разрешением для обоих глаз, тем самым обеспечивается использование стандартных двумерных картинок и получение удовольствия без какого-нибудь компромисса по отношению к их качеству - это является особенно полезным для всех стандартных двумерных применений такого дисплея. Очевидно, что с таким освещением автостереоскопическая способность временно исключается. Такая способность легко включается и выключается или автоматически, или вручную. Кроме того, может быть обеспечена стандартная задняя подсветка рассеянным светом, она будет локализована позади голограммы 3 и позади LCD (если смотреть с позиции наблюдателя). Такое расположение будет обеспечивать альтернативный метод достижения двумерного действия. Это может быть достигнуто наиболее подходящим образом, если голограмма 3 выполнена как голограмма с направленной волной на субстрате (SGW).

Теперь будет описываться один метод получения голограммы 3 и будут указаны некоторые из многих вариаций метода. Следует обратить внимание на сущность, оставляя без внимания многие частности, относящиеся к оптической геометрии, которые могут использоваться и которые будут близки к голографическим устройствам.

Сначала будет описываться получение первой формируемой голограммы или H1.

Что касается фиг. 5 (которая изображает схематический вид и для которой не надо определять масштаб), голографическая пластина 10 одновременно экспонируется опорным пучком 11 (предпочтительно коллимированным) и объективным светом 191. Требуемый объективный свет 191 получается за счет освещения рассеивателя 12 (например, матового стекла) пучком света 14; увеличение области рассеяния, видимой по отношению к пластине 10, ограничивается маской 131; свет 14 рассеивается рассеивателем 12 по направлению к маске 16; некоторые лучи 181 рассеянного света 15 попадают на непрозрачные области 16r маски 16 и блокируются; другие лучи 191 проходят беспрепятственно через прозрачные области 161 маски 16 и потом попадают на голографическую пластину 10, где они интерферируют с опорным пучком 11, получаемые в результате интерференционные полосы записываются обычным способом. Это составляет первое экспонирование голограммы-оригинала.

Второе экспонирование осуществляется потом маской 131, заменяемой маской 13г (которая может быть маской 131, перемещаемой, например, на ее собственную ширину), и маской 16, заменяемой маской 17 (которая может быть маской 16, перемещаемой, например, на расстояние, соответствующее интервалу элементов изображения LCD 8).

Должно быть понятно, что маска 16 изготавливается, главным образом, для LCD, который будет использоваться в окончательном автостереоскопическом дисплее. Группа непрозрачных областей маски 16г соответствует по своей позиции и интервалу группе элементов изображения 9r; группа прозрачных областей 161 соответствует группе элементов изображения 91. Маска 17 является почти идентичной по своему изготовлению, в ней непрозрачные области 171 соответствуют по своей позиции и интервалу группе элементов изображения 91; группа прозрачных областей маски 17r соответствует группе элементов изображения 9r. Маски 131 и 13r используются для определения соответствующих апертур наблюдения 51 и 5r соответственно.

Расположение для двух экспонирований показано на фиг. 6 и 7, которые изображают схематические чертежи в перспективе и не масштабированы. Они представляют различные элементы, как бы они наиболее вероятно появлялись на оптическом столике - т.е. с поворотом всех элементов набок, таким образом, что плоскость, содержащая (горизонтальную) оптическую ось, будет такой же, как плоскость, содержащая (вертикальную) оптическую ось в реальном применении.

Фиг. 6 и 7 должны быть сопоставимы. После первого экспонирования, показанного на фиг. 6, маска 131 заменяется маской 13r (или, что эквивалентно, маска 131 будет смещена по направлению вниз на ее собственную ширину). Аналогично маска 16 заменяется маской 17 (или, что, вероятно, эквивалентно, маска 131 будет сдвинута горизонтально таким образом, что прозрачные области 17r находятся в том же самом положении, что и положение, которое первоначально было занято непрозрачными областями 16r). Потом выполняется второе экспонирование (или на той же самой голографической пластине 10, или на второй пластине, в последующем предполагается, что должна использоваться только одна дважды экспонированная голограмма H1). Затем голограмма обрабатывается стандартным способом для получения наилучшего отношения сигнал-шум.

Голограмма H1 используется затем для получения голограммы 3 выровненного изображения Н2, как проиллюстрировано на фиг. 8.

Голограмма H1, обозначенная цифрой 10, воспроизводится с пучком 20, который является сопряженным к опорному пучку, используемому при записи. Это восстанавливает действительное изображение, составленное из: действительного изображения 24, являющегося изображением рассеивателя 12, как маскируется маской 131; действительного изображения 25, являющегося изображением рассеивателя 12, как маскируется маской 13r; действительного изображения 22, являющегося изображением маски 16; действительного изображения 23, являющегося изображением маски 17.

Заметим, что изображения 22, 23 являются изображениями непрозрачных, темных объектов. Задача получения этих изображений 22, 23 - ограничить положения, в которых могут быть видны изображения 24, 25 - как будет ясно из рассмотрения геометрии записи, описанной выше.

Кроме того, обеспечивается голографический материал (скажем, пластина) 3, содержащая субстрат 27 и подходящий фоточувствительный слой 21. Также существует опорный пучок 26 для пластины 3, который в иллюстрируемом случае является расходящимся, но не обязательно он должен быть таким. Чувствительный слой 21 должен нормально наноситься на лицевую часть субстрата 27, расположенную наиболее близко к действительным изображением 22, 23. Оптическое расстояние между голографическим слоем 21 и изображением 22, 23 должно быть таким же, как оптическое расстояние между слоем 21 и плоскостью элементов изображения 9 LCD 8 в окончательном использовании.

(Замечание по поводу аберраций: в этом расположении важным является точное восстановление. Должны использоваться все стандартные меры предосторожности, например, восстанавливающий пучок 20 должен быть точно сопряженным с опорным пучком 11, голограмма H1, обозначенная цифрой 10, должна быть плоской, и обработка голограммы 10 не должна вводить пространственное изменение в чувствительный слой. Кроме того, аберрации, вызываемые толщиной субстрата 27 по отношению к голографической пластине Н2, обозначенной цифрой 3, 3 могут быть предварительно скорректированы за счет введения пластины с оптическими свойствами, аналогичными свойствам голографической пластины Н2, обозначенной цифрой 3, и в той же относительной позиции по отношению к голограмме H1 10 при записи этой голограммы H1 10. Аналогичная методика предварительной коррекции может требоваться для компенсации рефракции в субстрате LCD ).

Голографическая пластина 3 экспонируется и обрабатывается для хорошей эффективности дифракции с минимальным шумом. Затем голографическая пластина 3 может использоваться в автостереоскопическом дисплее. Когда она заменяется световым источником 1 (где в описываемом случае падающий свет 2 будет освещать ее приблизительно под тем же самым углом, что и угол падения опорного пучка 26), будут восстанавливаться изображения 51, 5r, которые сами являются изображениями изображений 24, 25, которые, в свою очередь, являются изображениями рассеивателя 12, видимыми через апертуры 131, 13r. В этом случае LCD 8 располагается близко к голограмме 3 таким образом, что изображения 22, 23 (которые являются изображениями масок 16, 17) формируются внутри или очень близко к группе элементов изображения 91, 9r соответственно, и, как без света, формирующего изображение 51, проходящего через любую составляющую группы элементов изображения 9r, так и без света, формирующего изображение 5r, проходящего через любую составляющую группы элементов изображения 91.

Существует выбор голографических материалов, которые могут использоваться во всех описанных выше стадиях, например, галогенид серебра, бихромированный желатин, фотополимер, фоторезист, термопластик, оптическое расположение является существенно одним и тем же для всех подходящих материалов, включая, вероятно, те материалы, которые еще должны стать пригодными.

Голографическая пластина Н2, обозначенная цифрой 3, может использоваться как инструмент для функционально идентичных голограмм. Могут использоваться оптические методы, в частности, контактное копирование, с другой стороны, могут также использоваться механические методы, такие, как штамповка и формовка. При использовании механических методов голографическая пластина Н2 3 должна быть сделана таким образом, чтобы интерференционная картина записывалась в форме поверхностной рельефной структуры, которая после некоторого количества известных промежуточных стадий становится инструментом формовки или штамповки. Формовка является особенно привлекательной, если другая оптика должна включаться в формуемый элемент - например, в случае, когда голографическая пластина Н2 3 выполняется как голограмма с направленной волной на субстрате (SGW).

Как уже упоминалось, описанный метод записи голограммы 3 является только одним из многих возможных методов для достижения желаемого эффекта. Существуют одностадийные методы (с помощью которых голограмма 3 получается непосредственно, без необходимости стадии, включавшей голограмму HI 10). Существуют также вариации, когда голограмма 3 должна быть расположена между LCD 8 и наблюдателем (расположение, иллюстрированное на фиг.3), в этом случае очевидным изменением является размещение голографической пластины 3 на другой стороне изображений 22, 23, но с чувствительным слоем, все еще располагающимся наиболее близко к изображениям 22, 23. Так как основные принципы понятны, компетентный специалист в области голографии будет способен разработать обширные методологические вариации с относительной легкостью. Несмотря на вышесказанное, теперь будут суммированы некоторые вариации и некоторые важные рассмотрения конструкций.

Голограмма 3 может быть получена путем изготовления первой голограммы-оригинала с рассеивателем в первой позиции, связанной с левой зоной наблюдения, и второй голограммы-оригинала на другой голографической пластине с рассеивателем во второй позиции, связанной с правой зоной наблюдения. Голограмма 3 затем записывается как переходная голограмма от двух голограмм-оригиналов. Первая голограмма-оригинал записывается как переходная голограмма с маской из чередующихся темных/непрозрачных линий, маскирующей пластину переходной голограммы. Затем маска сдвигается для того, чтобы открыть другую группу линий на пластине переходной голограммы, и вторая голограмма-оригинал записывается на пластине переходной голограммы.

Голограммы действуют за счет дифракции и могут давать определенную хроматическую дисперсию. Важно контролировать этот эффект, иначе, эксплуатационные качества и/или применимость дисплея будут очень сильно скомпрометированы. Использование зоны наблюдения, формируемой как рассеянное изображение, описанное выше, позволяет применять некоторые простые методы для противодействия другим вредным воздействиям хроматической дисперсии. Например, надо заметить, что на фиг. 8 плоскость изображений апертуры рассеивателя 24, 25 наклонена по отношению к голограмме. Является выгодным использование угла наклона, известного специалистам в области голографии как ахроматический угол, при котором спектры точек хроматически диспергированного изображения перекрываются друг с другом, формируют в значительной степени ахроматическое изображение, которое является резким по глубине и от одной стороны к другой.

Существует вариация этого подхода (см. фиг. 7а), где вместо использования однородного наклонного рассеивателя 12 аналогичный эффект может быть получен при использовании множества линий рассеяния света 12а, 12b, 12с и т. д. Они располагаются таким образом, что каждая линия лежит в плоскости, наклоненной под ахроматическим углом, ее длина равна ширине плоского рассеивателя(ей), который бы использовался в противном случае. Они преимущественно располагаются параллельно плоскости голограммы и перпендикулярно плоскости падения освещающего светового пучка. Когда такое расположение освещается белым светом, каждая линия хроматически диспергируется в спектр, т.е. наклоняется под ахроматическим углом, соответствующие спектры каждой из линий рассеивания перекрываются таким образом, что получается область, где смешение цветов, получаемое в результате этого, воспроизводит рассеянную белую ("ахроматическую") зону, функционально идентичную (при освещении белым светом) зоне, получаемой с помощью однородного рассеивателя.

Линии 12а ... 12n должны быть линиями рассеяния, поэтому они могут считаться зонами рассеяния.

Наиболее важная общая особенность состоит в том, что изображения зон рассеивания с заметной шириной и высотой могут быть восстановлены на расстоянии от голограммы. Зоны должны быть точно локализованы на расстоянии от голограммы (т. е. минимальная нерезкость вдоль оси z). Они должны быть равномерно освещены (т.е. существенно, чтобы яркость была одинаковой поперек их функциональной ширины) и не было значительной нерезкости в горизонтальном направлении (т.е. направлении, перпендикулярном плоскости падения освещающего света). Описанные здесь устройства дают возможность успешно выполнить все эти важные критерии эксплуатационных качеств. Неспособность успешного выполнения любого из них приводит к ограничению доступной стереоскопической зоны наблюдения и введению высоких нежелательных искажений, таких, как цветная окантовка и перекрестные искажения между левым и правым каналами. Обычно требуется существенная область ахроматического отклика сверху и снизу, но будет отдано должное тому, что появление цветового искажения у вертикальных краев зоны наблюдения не является значительной практической проблемой.

Использование ахроматического угла является одним из нескольких методов, используемых для рассмотрения с учетом эффектов хроматической дисперсии.

Если голограммы H1 10 и Н2 3 выполнены с апертурой рассеивателя 13, расположенной под углом, который не является близким к ахроматическому, должны использоваться другие средства рассмотрения с учетом хроматической дисперсии (т. е. , если не нужно использовать дисплей для отражения монохроматических изображений, и источник света 1 имеет узкую спектральную ширину полосы пропускания). Альтернативные методы включают многоцветную голографию, использующую плотную голографическую записывающую среду, где условие Брэгговского угла голограммы 3 эффективно подавляет все, кроме требуемого диапазона длин волн. Это является целесообразным в вариантах голограммы 3, восстанавливаемой и в отраженном, и в проходящем свете; восстановление голограммы 3 со множеством световых источников 1r, 1g, 1b, имеющих узкую спектральную ширину полосы пропускания, где источники могут или не могут располагаться так, что свет от каждого из них имеет различные углы падения и восстанавливаемые изображения 5r, 5g, 5b, перекрываются в пространстве с достаточной точностью; использование методики компенсации дисперсии при воспроизведении голограммы 3. Это включает использование, по крайней мере, одного дополнительного дифракционного оптического элемента (обычно один применяется при использовании голографической методики), сконструированного и расположенного так, чтобы вводить равную и противоположную хроматическую дисперсию. Это расположение будет часто требовать, (а) чтобы общая оптическая сила голограммы 3 и дополнительного оптического элемента была низкой и (b) использовался дополнительный оптический элемент (например, линза или зеркало) с положительной оптической силой, кроме того, может также требоваться экран с жалюзийным отверстием между голограммой 3 и дополнительным дифракционным оптическим элементом, для того, чтобы подавить нулевой порядок дифракции, который иначе может быть видимым для наблюдателя; использование дополнительного голографического (дифракционного оптического элемента, который обеспечивает наличие нескольких световых пучков 2r, 2g, 2b, сфокусированных различным образом, так, что соответствующие красное, зеленое и синее изображения апертур наблюдения 5 перекрываются с достаточной точностью.

Интересной вариацией ранее описанного расположения является усложнение процесса записи следующим образом; используются три линии рассеяния (соответствующие 12а, 12b, 12с на фиг. 7а), они должны быть расположены таким образом, чтобы с данной позиции наблюдения их соответствующие изображения с учетом дисперсии были видны как красное, зеленое и синее - так, чтобы общее изображение было белым. Так же, как происходит разделение на группы элементов изображения 91, 9r, происходит разделение и на подгруппы элементов изображений 91 красное, 91 зеленое, 91 синее и 9r красное, 9r зеленое и 9r синее таким образом, что элементы изображения LCD 8 будут разделяться, обеспечивая красное, зеленое или синее изображения для левого глаза и аналогично красное, зеленое или синее изображения для правого глаза. При использовании в соединении с серой шкалой LCD, к которому обращаемся, почти как если бы он был цветным LCD, отображаемое изображение имело бы также многоцветный вид. Цветопередача будет весьма аналогичной той, которая отображается "многоцветными", "радужными" голограммами, такими как популярные рельефные голограммы в современном использовании. Если используется голограмма, восстанавливаемая в отраженном свете, цветопередача будет более устойчивой в вертикальном направлении. Этот метод является в определенной степени сложным за счет того факта, что требуются 6 масок (16 красный, 16 зеленый, 16 синий, 17 красный, 17 зеленый и 17 синий), но тем не менее это требование является совершенно выполнимым.

В предыдущих описаниях предполагалось, что когда голограмма 3 освещается одиночным световым источником, создается одна стереоскопическая зона наблюдения. Возможно создавать голограмму 3 таким способом, чтобы обеспечить множество таких позиций без обращения за помощью ко множеству световых источников. Это требует записи множества зон рассеяния для каждого левого и правого вида. Во всех других отношениях голографические методы являются аналогичными. Фиг. 15 иллюстрирует конечный результат, когда световой источник 1 освещает комбинацию LCD и голограммы 3, 8. В этом случае голограмма 3 выполнялась с рассеивателями в трех позициях для левой зоны наблюдения и соответствующих трех позициях для правой зоны наблюдения. При использовании изображения этих трех рассеивателей восстанавливаются, формируя три отдельные зоны стереонаблюдения, где левая и правая пары 51а и 5ra формируются в одной позиции, тем самым обеспечивая одну позицию стереонаблюдения, в то время, как другие пары 51b, 5rb и 51c, 5rc одновременно формируют две дополнительные позиции стереонаблюдения. Будет очевидно, что расстояние и высота каждой из позиций стереонаблюдения по отношению к голограмме 3 не должны быть идентичными, и может обеспечиваться любое число таких позиций стереонаблюдения.

Существует ряд способов получения голограммы Н2 3, заслуживающих внимания.

Случай, описанный выше и изображенный на фиг. 8, использует хорошо известную методику голограммы, восстанавливаемой в проходящем вдали от оси свете, где опорный пучок 26 и восстанавливающий пучок 2 освещают голограмму через свободное пространство (несмотря на введение зеркал или линз для помощи в оптическом выполнении и/или практическую конструкцию дисплея). Альтернативой является использование метода с направленной волной на субстрате, где световой пучок направляется субстратом голограммы 27, часто при использовании явления полного внутреннего отражения.

Два основных варианта расположения проиллюстрированы на фиг. 9 и 10 (для этих чертежей не надо определять масштаб). При сравнении этих чертежей с фиг. 8 нужно заметить, что опорный пучок (представленный здесь только одним лучом 26) входит в субстрат 27 голограммы 3 способом скошенной кромки. (Будет понятно, что существует ряд других способов введения пучка 26 в субстрат, включая призмы и дифракционные решетки). Затем пучок испытывает внутреннее отражение и попадает на чувствительный слой 21, где он интерферирует с объектным световым пучком, создавая тип голограммы, записываемой в проходящем свете. Фиг. 10 иллюстрирует такое же расположение, но с чувствительным слоем 21, расположенным на другой стороне субстрата 27, такое расположение приводит к образованию голограммы в отраженном свете, работа с которой для многоцветного использования должна выполняться при трех подходящим образом выбранных длинах волн.

Так же, как при производстве более компактного дисплея, тип SGW может использоваться для введения других оптических элементов, которые, если голографическая поверхность при механическом варианте воспроизведения находится в форме поверхностного рельефа, делают возможным очень экономичное производство и сложное оптическое исполнение. На первый план можно выдвинуть несколько возможностей.

Фиг. 11 изображает перспективу голограммы 3 в проходящем свете с направленной волной на субстрате (SGW) (но она может быть с изменениями, и голограммой в отраженном свете). Световой источник 1 устанавливается внутри или вплотную к голограмме 3, которая содержит голографическую поверхность 21 и субстрат 27 с дополнительными оптическими свойствами. Свет 2, излучаемый источником 1, проходит вниз через субстрат 27 до тех пор, пока он не сталкивается с поверхностью дна 28, которая является изогнутой и снабженной отражающим покрытием. Затем пучок 2 отражается, фокусируется и направляется к голографической поверхности 21, где он дифрагирует, формируя волновой фронт 4, который формирует изображение 51 и 5r, как описано ранее. Следует учитывать, что иллюстрируются только определенные лучи света с целью ясности иллюстрации. Расположение, показанное на фиг. 11, имеет ряд практических преимуществ. Оно может быть выполнено как один элемент за счет методики формовки, когда голографическая поверхность 21 может быть создана как рельефная структура в процессе формовки. Световой пучок 2 может фокусироваться при использовании формованной структуры, как за счет зеркальной поверхности 28 (которая не показана), так и при введении в субстрат 27. Может использоваться множество световых источников для того, чтобы дать возможность зонам наблюдения 5 двигаться, обеспечивая возможность отслеживать движущегося наблюдателя и обеспечивая действие системы с полным двумерным разрешением.

Как альтернатива использования множества источников для двумерной совместимости, может быть использована стандартная задняя подсветка рассеивателя за голограммой 3, которая будет хорошо видимой через голографическую поверхность 21 и субстрат 27. Такая система может быть экономически выгодной в производстве, так же как устойчивой к нежелательным, но возможным воздействиям, и компактной.

Фиг. 12 иллюстрирует другой вариант, который может быть стандартным способом (хотя не необходимым) выполнен как SGW голограмма. Свет 2m, излучаемый источником 1, сначала проходит через произвольную фокусирующую оптику (например, линзу), входит в субстрат 27 и попадает на оптику 29, на дальней лицевой поверхности субстрата 27. Оптика 29 выполняет по крайней мере функцию направления света 2n так, что переориентированный свет 2p попадает на голографическую поверхность 21 под углом коррекции. В дополнение к этой основной функции оптика 29 может быть выполнена как голографический оптический элемент (HOE), который осуществляет компенсацию дисперсии при совмещении с голограммой 21. В иллюстрируемом случае оптика 29 может быть голографическим оптическим элементом проходящего света с поверхностным рельефом, который имеет отражающее покрытие на его наружной поверхности. Оптика 28 может использоваться для помощи в компенсации дисперсии за счет обеспечения оптического увеличения, если голограмма 21 в сочетании с НОЕ 29 не имеет оптического увеличения. (Иначе - элемент 29 может быть НОЕ отраженного света или действительно отражательной оптикой, которая переориентирует и, необязательно, фокусирует свет 2n).

Существует много дополнительных вариантов направленного освещения субстрата голограммы 3.

Также существуют случаи, где эквивалентные оптические характеристики могут быть достигнуты за счет вычисления структуры интерференционных полос голограммы 3 и изготовления ее, используя неоптические методы (например, электронный пучок).

Как упоминалось выше, голографический оптический элемент 3 может быть изготовлен при использовании "одностадийного" метода. Одностадийные методы могут осуществляться рядом способов. Один простой способ иллюстрируется на сопровождающей описание фиг. 13. Вместо первого изготовления голограммы-оригинала (H1), с которой делаются выровненные Н2 копии (т. е. копии располагаются внутри изображения, восстанавливаемого за счет H1), получается голограмма, которая сама может быть использована с LCD. В иллюстрируемом случае голограмма маскируется масками 16 и 17 при двух экспонированиях, где маска находится в очень близком контакте с чувствительным слоем и где позиция маски рассеивателя 13 сдвигается между экспонированиями, как описано ранее.

Существует другой класс одностадийных голограмм, который использует крупную фокусирующую оптику, например, линзы с большими апертурами и низким диафрагменным числом - для фокусировки действительного изображения объекта, которое записывается, голографическая пластина может затем вставляться "внутрь" реального изображения.

Любое трехмерное изображение дает объективную информацию относительно размера представленного объекта. В автостереоскопическом дисплее размер изображения ограничивается воспринимаемым размером дисплея. Для этого выгодно увеличивать наблюдаемый размер дисплея, в то же время оставляя автостереоскопическую способность. Будет описан метод осуществления этого с настоящим основным дисплеем, он может быть представлен как окно, которое обнаруживает за собой трехмерную сцену, так же как большой объект можно увидеть через очень маленькое окно, так и трехмерное изображение объекта можно увидеть в полном размере через относительно маленькое автостереоскопическое "окно", которое описывается.

На фиг. 14 цифрой 30 обозначен уже описанный автостереоскопический дисплей, включающий световые источники 1, LCD 8 и голограмму 3. Плоскость LCD 8 и голограммы 3 отмечена. Голограмма может быть выполнена для обеспечения действительного изображения зоны 51 и 5r или, как в случае фиг. 13, они могут быть мнимыми изображениями 31. Оптический элемент 32 с положительной оптической силой предусматривается и располагается таким образом, чтобы экран 3, 8 дисплея 30 лежал между оптическим элементом 32 и его фокальной плоскостью. Простой след луча, отмеченный пунктирными линиями, показывает, что формируется увеличенное мнимое изображение 33 экрана 3, 8. Это изображение 33 будет преимущественно расположено таким образом, что оно лежит на таком же расстоянии от наблюдателя 35, как трехмерное изображение, формируемое за счет используемых стереоскопических принципов (в результате чего минимизируется любое противоречие между стереоданными и аккомодацией). Мнимые изображения 31 фокусируются оптикой 32, формируя действительные изображения 34, подходящим образом расположенные на заданной позиции наблюдения. В соответствии с используемой точной геометрией положение мнимых изображений 31 может быть регулируемо, и в некоторых случаях может быть обнаружено, что они преимущественно формируются сначала как действительные изображения, которые остаются действительными изображениями при перефокусировке с помощью оптики 32. Изображения 31 могут также быть расположены на бесконечности.

Затем можно уяснить, что функционирование такого дисплея является аналогичным описанному ранее, где каждый глаз будет видеть разную картину, и при обеспечении того, чтобы картины составляли стереопару, наблюдатель будет видеть трехмерное изображение за оптикой 32, как если бы он видел его за окном. Оптика 32 может быть рефракционной, отражательной или дифракционной (в каждом случае фигура должна была бы переделываться подходящим образом, хотя изображение формировалось бы функционально таким же способом).

Благоприятно, когда оптические свойства элемента приспосабливаются так, чтобы сделать нерезкими элементы изображения LCD. Это может быть достигнуто введением минимальных аберраций, как, например, аберраций, которые очень легко появляются при использовании линзы Френеля. В случае дифракционного элемента это может быть достигнуто за счет конструирования таким образом, что получается слегка нерезкое изображение или за счет использования нерезкости, которая имеет место, несмотря на хроматическую дисперсию.

Использование дифракционного оптического элемента (который в этом случае должен быть, вероятно, голографическим оптическим элементом (НОЕ)) имеет определенные преимущества: НОЕ может быть прозрачным, увеличивая посредством этого зрительное восприятие окна и делая возможным наложение изображения на реальную сцену, видимую за окном. Голографические оптические элементы (HOEs) могут еще быть выполнены со многими независимыми фокальными точками, создавая другой способ, позволяющий более чем одному наблюдателю одновременно получать удовольствие от сцены. Голографические оптические элементы (HOEs) обычно действуют в направлении от оси, что учитывает удобную и элегантную конструкцию. Они также делают возможными регулируемые способы получения изображения из разбиения его на элементы (за счет увеличения источника одного или двух пучков, используемых для создания НОЕ).

При использовании НОЕ существует ряд проблем, к которым необходимо обратиться. В частности, предполагая, что дисплей привлекается для получения многоцветных изображений, необходимо обратиться к проблеме хроматической дисперсии. Одно из решений - использование НОЕ, настраиваемого на три подходящие длины волны. Другое - использование монохроматического света при трех длинах волн, обеспечиваемых за счет подходящим образом выбранных световых источников или за счет фильтрации. В соответствии со способом, которым получается НОЕ, это может означать, что три автостереоскопических дисплея 30 с серой шкалой должны были бы использоваться, и может также означать, что необходимо, чтобы они были расположены в различных положениях (что может быть достигнуто механически, оптически с селективными зеркалами по длинам волн или оптически с дополнительными дифракционными элементами).

Устройство отображения может также содержать систему для независимого визуального слежения одного или более наблюдателей (как описано более подробно в нашей заявке PCT/GE93/ 01709). По мере того, как наблюдатель(и) передвигает свои голову(ы), световой источник (эффективно) сдвигается для того, чтобы точно фиксировать местоположение зон визуального отображения.

Формула изобретения

1. Устройство отображения, содержащее голографический оптический элемент, имеющий по крайней мере две группы голографических областей, причем область (области) первой группы чередуется или перекрывается с соседней областью (областями) второй группы (групп) и конструируется таким образом, что свет, падающий на каждую группу областей, дифрагирует таким образом, что создается соответствующее одно или более из множества действительных или мнимых изображений источника рассеянного света; и устройство, формирующее изображение, содержащее множество элементов изображения, отличающееся тем, что голографический элемент и его голографические области располагаются и конструируются таким образом, что свет, дифрагированный за счет первой группы голографических областей, проходит через соответствующую первую группу элементов изображения и таким образом, что свет, дифрагировавший за счет второй группы голографических областей, проходит через соответствующую вторую группу элементов изображения.

2. Устройство отображения, содержащее голографический оптический элемент, имеющий по крайней мере две группы голографических областей, причем область (области) первой группы чередуется или перекрывается с соседней областью (областями) второй группы (групп) и конструируется таким образом, что свет, падающий на каждую группу областей, дифрагирует таким образом, что создается соответствующее одно или более из множества действительных или мнимых изображений источника рассеянного света; и устройство, формирующее изображение, содержащее множество элементов изображения, отличающееся тем, что голографический оптический элемент и его голографические области располагаются и конструируются таким образом, что свет, прошедший через первую группу элементов изображения устройства, формирующего изображение, дифрагирует за счет первой группы голографических областей, и таким образом, что свет, прошедший через вторую группу элементов изображения устройства, формирующего изображение, дифрагирует за счет второй группы голографических областей.

3. Устройство отображения по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство, формирующее изображение, содержит жидкокристаллическую периодическую структуру и приспособление для освещения жидкокристаллической периодической структуры, и каждый элемент изображения содержит один или более элементов изображения жидкокристаллической периодической структуры.

4. Устройство отображения по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что голографический элемент расположен на расстоянии от устройства, формирующего изображение.

5. Устройство отображения по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что голографический оптический элемент расположен вплотную к устройству, формирующему изображение.

6. Устройство отображения по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что имеет приспособление для изменения освещения устройства, формирующего изображение, посредством чего сдвигаются зоны наблюдения, формируемые действительными или мнимыми изображениями.

7. Устройство отображения по п.6, отличающееся тем, что приспособление для изменения освещения содержит устройство для изменения позиции источника освещения.

8. Устройство отображения по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что изображения определяют левое и правое стереоскопические изображения, каждое из которых направляется в соответствующую зону наблюдения, в которой устройство отображения обеспечивает стереоскопическое изображение при использовании.

9. Устройство отображения по п. 8, отличающееся тем, что каждое из изображений, левое и правое, направляются по направлению к множеству зон наблюдения, посредством чего отображающее устройство обеспечивает стереоскопическое изображение одновременно от множества позиций наблюдения при использовании.

10. Устройство отображения по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что имеет фокусирующую оптику, которая создает мнимое изображение матрицы элементов изображения и голографического оптического элемента и формирует действительные изображения зон наблюдения, причем каждое изображение наблюдается при использовании через соответствующее одно из действительных изображений зон наблюдения.

11. Устройство отображения по любому из пп.1 - 10, отличающееся тем, что множество изображений одновременно содержит двумерное изображение.

12. Устройство отображения по п.11, отличающееся тем, что имеет протяженный световой источник или множество световых источников, посредством чего левая и правая зоны наблюдения перекрываются так, что оба глаза наблюдателя могут видеть оба изображения, тем самым обеспечивается двумерное отображение с полным разрешением.

13. Устройство отображения по любому из пп.1- 12, отличающееся тем, что имеет множество световых источников, которые освещают голографический оптический элемент одновременно, тем самым обеспечивается множество позиций наблюдения.

14. Устройство отображения по любому из пп.1 - 13, отличающееся тем, что устройство, формирующее изображение, содержит устройство, формирующее монохромное изображение (серая шкала), посредством чего цветные изображения отображаются на устройстве, формирующем изображение, в форме цветоделений, где каждое цветоделение отображается за счет группы элементов изображения и где группа элементов изображения, отображающая одно цветоделение, не отображает любую часть любого другого изображения с разделением по цвету.

15. Устройство отображения по п.14, отличающееся тем, что устройство, формирующее изображение, объединяется с голографическим оптическим элементом НОЕ, расположенным так, что определенные области НОЕ связаны только с элементами изображения, отображающими одно цветоделение, и другие области связаны только с элементами изображения, отображающими другие цветоделения, посредством чего длины волн света, дифрагированного за счет каждой группы областей по направлению к наблюдателю, соответствуют цвету цветоделения, отображаемого связанной с ним группой элементов изображения, причем в целом расположенных так, чтобы отображать многоцветное двумерное или трехмерное изображение.

16. Устройство отображения по любому из пп.1 - 15, отличающееся тем, что каждая группа областей содержит периодическую структуру областей.

17. Устройство отображения по п.16, отличающееся тем, что каждая область в периодической структуре располагается на расстоянии от соседних областей периодической структуры и не перекрывается с ними.

18. Устройство отображения по любому из пп.1 - 17, отличающееся тем, что каждая группа областей содержит голографическую запись одного или более источников рассеянного света из множества различных позиций по отношению к голографическому оптическому элементу.

19. Устройство отображения по п.18, отличающееся тем, что источник(и) рассеянного света наклонены к голографической пластине под ахроматическим углом в процессе голографической записи.

20. Устройство отображения по любому из пп.1 - 19, отличающееся тем, что голографический оптический элемент конструируется как устройство с направленной волной на подложке.

21. Устройство отображения по п.20, отличающееся тем, что устройство отображения содержит заднюю подсветку рассеянным светом.

22. Устройство отображения по любому из пп.1 - 21, отличающееся тем, что каждая группа областей содержит голографическую запись, которая была сделана при использовании маски, содержащей матрицу апертур.

23. Устройство отображения по любому из пп.1 - 22, отличающееся тем, что каждая группа областей адаптируется для того, чтобы свет, падающий на голографический оптический элемент, дифрагировал, формируя изображение матрицы апертур.

24. Устройство отображения по п.22 или 23, отличающееся тем, что матрица апертур совпадает со множеством элементов изображения.

25. Устройство отображения по любому из пп.1 - 24, отличающееся тем, что голографический элемент представляет собой поверхностную рельефную голограмму, изготовленную, например, путем формовки или штамповки, или объемную голограмму, изготовленную, например, в фотополимере, бихромированном желатине или галогениде серебра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17