專利名稱：使用動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)的工藝和方法
(下面六個(gè)共同未決的專利申請(qǐng)都轉(zhuǎn)讓給同一受讓人，它們分別是序列號(hào)為09/344，536的“涉及可逆全息記錄介質(zhì)的系統(tǒng)和方法”、序列號(hào)為09/344，595的“使用動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)的系統(tǒng)和方法”、序列號(hào)為09/337，030“制造全息純色顯示器的方法和系統(tǒng)”、序列號(hào)為09/344，594的“基于PLZT全息顯示的用于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴送受話器的方法和系統(tǒng)”、序列號(hào)為09/344，591的“用PLZT進(jìn)行背光和散射的方法和系統(tǒng)”以及序列號(hào)為09/340，324的“使用PLZT設(shè)備進(jìn)行光學(xué)波導(dǎo)信號(hào)控制和監(jiān)視的系統(tǒng)和方法”。上面的六個(gè)專利申請(qǐng)都與1998年10月29日遞交的序列號(hào)為09/182，075的“使用普通投影設(shè)備的35mm幻燈投影屏”有關(guān)，因此該申請(qǐng)被引入上述六個(gè)專利申請(qǐng)中作為參考。)目前的全息記錄介質(zhì)存在許多問題。全息圖是由全息照相生成的三維圖像記錄；把光干涉圖案顯像到諸如全息膠片的介質(zhì)上以生成全息圖的方法。全息圖包括保存在諸如全息膠片的介質(zhì)中的干涉圖案。當(dāng)適當(dāng)?shù)卣丈淙D時(shí)，可產(chǎn)生隨觀察者觀察角度變化而變化的圖像。
本發(fā)明基于新型記錄材料，PLZT是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛組合物，是本專利申請(qǐng)的基礎(chǔ)。
在這里討論相關(guān)技術(shù)對(duì)于本發(fā)明是有利的。經(jīng)過對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的研究找到以下專利參考文獻(xiàn)。對(duì)這些專利仔細(xì)查看就容易把本發(fā)明和早些時(shí)候的所有技術(shù)區(qū)分開。
專利5608554，該參考文獻(xiàn)僅適合于二維顯示介質(zhì)，并使用不相聯(lián)(non-coherent)的光源。它不使用全息照相或三維。
專利5122882，該參考文獻(xiàn)適合于二維動(dòng)畫顯示介質(zhì)(不涉及三維或全息照相)。另外它利用白光源和模擬顯示。
專利5122890，該參考文獻(xiàn)與上述參考文獻(xiàn)5122882相似。它闡述二維動(dòng)畫顯示介質(zhì)(不涉及三維或全息照相)，并且利用白光源和模擬顯示。
專利5517278，該專利文獻(xiàn)闡述用于視頻照相機(jī)尋像器的二維顯示設(shè)備而不用于全息照相。它使用不相聯(lián)的光源。
專利5440428，該參考文獻(xiàn)完全與本發(fā)明無關(guān)。它用于改進(jìn)的自動(dòng)上升顯示，而不是全息三維顯示介質(zhì)。它闡述鏡像系統(tǒng)(可以利用永久性的全息窄帶反射鏡)，沒有使用PLZT。
專利5589980，該專利闡述二維或模擬三維顯示(不是全息的)。它在投射系統(tǒng)中使用分層圖像來模擬三維，完全不同于本申請(qǐng)。
專利5552840，該參考文獻(xiàn)利用立體感來模擬三維圖像(使用視差)。沒有使用全息照相并且它使用S和P偏振光來提供立體圖像和使用眼鏡來分離開照射到左右眼視線的光。它完全不同于本發(fā)明。
IBM 1985年11月第6號(hào)技術(shù)公報(bào)卷128，使用用于顏色過濾器而不是全息顯示介質(zhì)的PLZT。它不是顯示系統(tǒng)。
日本專利JP60006922A，該專利使用光學(xué)控制器件來制作高速光學(xué)快門并沒有涉及到全息顯示。
日本專利JP59018932A，闡述光學(xué)偏轉(zhuǎn)設(shè)備并沒有涉及到全息顯示。
如在前面所引述的共同未決的專利申請(qǐng)中所描述的，1998年10月29日遞交的序列號(hào)為09/182，075的專利申請(qǐng)描述了PLZT無機(jī)材料。該P(yáng)LZT材料是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛材料，是本專利申請(qǐng)的基礎(chǔ)，是一種壓電/光陶瓷材料。描述該P(yáng)LZT陶瓷材料的組成和性質(zhì)對(duì)于理解本發(fā)明是有幫助的。
PLZT可用以下兩種方法制造。一種情況是用混合氧化物(MO)而另一種情況是化學(xué)制造(CP)。本申請(qǐng)使用混合氧化物方法制造PLZT。混合氧化物(MO)通過濕式混合鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鋯氧化物(ZrO2)和鈦氧化物(TiO2)的粉末，然后把該混合物烘干并鍛燒(高溫固態(tài)化學(xué)反應(yīng))，接著用研磨把顆粒尺寸減小到所需大小來制造。隨后對(duì)毛坯冷壓成形，接著可用熱壓從毛坯形成平板(wafer)。然后把由此制造的平板切割并磨光用作液體顯示器的顯示屏。在磨光后平板直徑可最大達(dá)到15cm且厚度從0.5mm到最大幾毫米。它具有均勻的顯微結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸控制在大約2-15μm。晶粒尺寸是重要的，因?yàn)樗档蛯?duì)如何關(guān)閉控制電場(chǎng)的限制，并因而限制了像素大小。
盡管優(yōu)選鑭氧化物，應(yīng)該指出本發(fā)明不必局限于鑭氧化物。相反，鑭氧化物可用元素周期表中“鑭系”的其它元素的氧化物替代。這些元素包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
傳統(tǒng)顯示技術(shù)可用來顯示計(jì)算機(jī)生成的原始的全息圖(CGH)，并可擴(kuò)展到移動(dòng)顯示。然而，從照射靈活性觀點(diǎn)看，最適合的顯示器，例如普通液晶顯示器(LCD)，切換得很慢。因而具有好得多的動(dòng)態(tài)-快速反應(yīng)的系統(tǒng)要求很復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。
非記憶性PLZT是動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)，比普通LCD技術(shù)提供快得多的反應(yīng)時(shí)間。這種系統(tǒng)還有良好的立體顯示能力，是本發(fā)明的主要實(shí)施例。本發(fā)明的系統(tǒng)可以顯示快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)；因而允許使用基于FFT的圖像處理。
由于情況經(jīng)常是物體的空間頻率成份比其位置變換得更慢，通過使用在傅里葉空間中不斷更新的delta圖像，本系統(tǒng)會(huì)顯著加速圖像的生成。另外，因視圖而產(chǎn)生的明顯的尺寸變化可用三維傅里葉變換進(jìn)行處理，從而使真實(shí)尺寸的不變物體的顯示在傅里葉空間中是完整的。


圖1是示意示出使用PLZT作為動(dòng)態(tài)全息介質(zhì)的方法的流程圖。
圖2示出陶瓷PLZT板的“前視圖”。
圖3示出陶瓷PLZT板的“后視圖”。
圖4為放大視圖，示出對(duì)應(yīng)于所施加的成極電場(chǎng)，單個(gè)材料顆粒中指針軸的調(diào)整。
在此首先定義一些術(shù)語是有益的，它們?cè)诎l(fā)明詳述的討論中非常有用。
術(shù)語解釋PLZT用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛材料。它是壓電/光陶瓷材料。描述這種PLZT陶瓷材料的組成和性質(zhì)對(duì)理解本發(fā)明是有幫助的。
LCD液晶顯示器(LCD)是一種顯示器，它使用夾在兩個(gè)透明電極之間的具有有極分子結(jié)構(gòu)的化合物。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，分子在電場(chǎng)中排列，形成使穿過其中的光偏振的晶體排列。層疊在電極上的偏振過濾器阻擋偏振光。以這種方式，電極格柵可選擇性地打開包含液晶材料的單元或像素，使其變暗。如果需要，有些液晶顯示器使用放置在屏后的電致發(fā)光板來照明。這一般被稱作“背光源”顯示屏，用來提高可讀性，但由于使顯示功率增加也是一個(gè)缺點(diǎn)。
Delta圖像指基于僅處理連續(xù)幀之間差異的概念顯示壓縮或帶寬限制。
相位模式指在模式中使用電光材料，其中折光率的變化導(dǎo)致穿過材料的光波的相位變化。
散射模式指在模式中使用電光材料，其中，由于在材料粒子邊界上折光率的突變引發(fā)在粒子邊界上的射散。散射意味著定向的射線能量因通過與事先不同的通道或空間而重新分配。
如前所述，圖1是示出使用PLZT作為動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)的方法的流程圖?？梢钥闯?，本方法從100開始，在101使用PLZT作為動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)，在102使用具有非記憶性顯示介質(zhì)的觀察鏡片，隨后在103顯示FFT計(jì)算機(jī)生成的全息圖。
接著在104提出詢問，用戶是否希望在204生成更快的和刷新的圖像。如果對(duì)104的回答是否定的，那么本方法完成并且在106結(jié)束。
如果對(duì)104的回答是肯定的，那么本方法轉(zhuǎn)移到105，其中使用基于FFT的圖像變換生成更快的和刷新的圖像。然后本方法完成，在106結(jié)束。
如上所述，圖2示出陶瓷PLZT板200的“前視圖”，在光導(dǎo)層203上有透明銦錫氧化物(ITO)電極201。還示出另一電極204。圖3示出板300的“后視圖”，有透明ITO電極301和另一電極302。圖4示出板狀陶瓷材料400，它示出401的放大視圖402，403描述了對(duì)應(yīng)于所施加的成極電場(chǎng)，單個(gè)材料顆粒中指針軸的定向。
在本發(fā)明中使用的“非記憶性”PLZT材料，是用鑭改進(jìn)的鋯鈦酸鉛陶瓷系中的特定材料相。該材料可在工業(yè)上制造，可通過以適當(dāng)?shù)谋壤裏釅悍勰罱M分的混合物來制造。
除了相對(duì)較快的寫反應(yīng)以外，這些材料的主要特征在它們中能觀察到散射效果。這是一種折光率在顆粒邊界上不連續(xù)而導(dǎo)致散射的寫模式。這使得在材料中有明顯的暗區(qū)。在PLZT材料板的表面上使用透明光導(dǎo)涂層，并用透明銦錫氧化物(ITO)電極覆蓋，成極電場(chǎng)可以有選擇性地施加到被光照亮的區(qū)域。當(dāng)適當(dāng)?shù)钠珘和ㄟ^上述光可控電極和簡(jiǎn)單的ITO背面接地電極施加到試樣上時(shí)，可產(chǎn)生全息干涉圖案。光的振幅圖案因該電場(chǎng)的存在而得到控制，即它可由所施加電場(chǎng)的衰弱而被擦除。在這種設(shè)置中，寫系統(tǒng)的軸線與板的表面垂直，但是也可使用傾斜的幾何結(jié)構(gòu)。
由于這些材料有電光學(xué)(EO)特性，它們還可用于記錄相位圖案。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須有選擇性地把偏壓橫向施加到需要相位偏移的區(qū)域的光學(xué)軸線上。
權(quán)利要求
1．一種基于計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)全息顯示系統(tǒng)和介質(zhì)，其中包括非記憶性顯示器材料裝置；使用具有所述非記憶性全息材料的觀察鏡片，顯示快速傅里葉變換計(jì)算機(jī)生成的全息圖的裝置；使用基于所述快速傅里葉變換的圖像處理，生成更快的和刷新的所述圖像的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述非記憶性材料是基于PLZT的。
3．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，就所述顯示目的而言，基于所述PLZT的系統(tǒng)比相當(dāng)?shù)钠胀ㄒ壕э@示器材料工作得更快。
4．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，基于所述PLZT的系統(tǒng)具有與普通液晶顯示器材料相當(dāng)或更好的立體顯示能力。
5．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，基于所述PLZT的系統(tǒng)顯示快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)。
6．如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，基于所述PLZT的系統(tǒng)顯示便于使用基于快速傅里葉變換的圖像操作。
7．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，基于所述PLZT的系統(tǒng)，在傅里葉空間使用更新的delta圖像，可加速圖像生成。
8．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述PLZT全息介質(zhì)是從包含鉛、鑭、鋯和鈦的金屬氧化物的混合物中得到的。
9．如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述金屬氧化物是鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鈦氧化物(TiO2)和鋯氧化物(ZrO2)。
10．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，鑭氧化物可用元素周期表中“鑭系”的任何其它元素的氧化物替代，包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
11．一種使用動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì)的基于計(jì)算機(jī)的方法，其中包括以下步驟提供非記憶性顯示介質(zhì)；使用具有所述非記憶性材料的觀察鏡片，來顯示快速傅里葉變換計(jì)算機(jī)生成的全息圖；使用基于所述快速傅里葉變換的圖像處理，來生成更快的和刷新的所述圖像。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用PLZT作為所述非記憶性材料裝置。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用基于所述PLZT的方法以獲得比可用于顯示目的的、相當(dāng)?shù)钠胀ㄒ壕э@示器材料更快速的顯示。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用基于所述PLZT的方法以獲得與普通液晶顯示器材料相當(dāng)或更好的立體顯示能力。
15．如權(quán)利要求12所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用基于所述PLZT的方法來以顯示所述快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟基于所述PLZT的方法便于使用基于所述快速傅里葉變換的圖像操作。
17．如權(quán)利要求12所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用基于所述PLZT的方法，在傅里葉空間更新delta圖像，以加速圖像生成。
18．如權(quán)利要求12所述的方法，其中進(jìn)一步包括以下步驟使用所述PLZT非記憶性材料，該材料從包含鉛、鑭、鋯和鈦的金屬氧化物的混合物中得到的。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述金屬氧化物為鉛氧化物(PbO)、鑭氧化物(La2O3)、鈦氧化物(TiO2)和鋯氧化物(ZrO2)。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其中，鑭氧化物可用元素周期表中“鑭系”的其它元素的氧化物替代，包括鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、銩Tm、鐿Yb和镥Lu。
全文摘要
非記憶性陶瓷PLZT是一種動(dòng)態(tài)全息顯示介質(zhì),比普通LCD技術(shù)反應(yīng)快得多,還有良好的立體顯示能力。本發(fā)明的系統(tǒng)可以顯示快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH),允許使用基于FFT的圖像處理。由于物體的空間頻率成分通常比其位置變換得更慢,通過使用在傅里葉空間中不斷更新的delta圖像,本系統(tǒng)會(huì)顯著加速圖像的生成。
文檔編號(hào)G02F1/055GK1285519SQ0011860
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者德尼斯·J·克卡斯, 喬恩·A·赫勞克, 米切爾·L·略伯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司