專利名稱：彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1的總構(gòu)思，本發(fā)明涉及顯示實(shí)的或虛的、二維的或三維的、彩色或單色圖象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)及其應(yīng)用，尤其是在電視或視頻中的應(yīng)用以及在印刷技術(shù)中的應(yīng)用。
本彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)利用人眼生理學(xué)功能，一方面能把多種顏色看成混合色(加色混合)而另一方面能把單個(gè)的、在空間位置鄰近的和時(shí)間上快速相互排列的光點(diǎn)看成圖象。在本文獻(xiàn)資料中，光的含義是指可見光電磁輻射，特別是400nm至760nm波長范圍的可見光電磁輻射的波長(λ)或波長范圍(Δλ)。尤其是選擇對應(yīng)于紅色、綠色和藍(lán)色光(原色)的波長或波長范圍。此處光的含義還指非可見光電磁輻射，如果這種光借助屏幕上的熒光材料或者借助一個(gè)非線性光學(xué)器件可轉(zhuǎn)換成可見光。
背景技術(shù)：
一種先進(jìn)的顏色混合和產(chǎn)生電視或視頻圖象的方法曾借助建立在多種物理效應(yīng)基礎(chǔ)上的光閥技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。(R.Gerhard-Multha uptund H.R_der，“光閥—大屏幕投影綜述”，F(xiàn)ernseh-und kino-Technik，45(9)，448-452頁(1991))。
在專利申請DE 31 52 020 A1中敘述了一種用于形成任意大小彩色圖象的圖象產(chǎn)生裝置，在該裝置中，三個(gè)激光二極管的光被偏轉(zhuǎn)導(dǎo)入各一個(gè)光導(dǎo)管，這些光導(dǎo)管被組合成一光導(dǎo)纖維—管束，并且在光導(dǎo)纖維—管束的末端裝上一磁性包皮。該磁性包皮在一變化的磁場中可以被水平和垂直偏轉(zhuǎn)。其后有一投影光學(xué)系統(tǒng)和至少一個(gè)平面轉(zhuǎn)向鏡，用該鏡可把光束偏轉(zhuǎn)到一無熒光材料或涂有發(fā)原色光的熒光材料的毛玻璃板上。這種圖象產(chǎn)生裝置實(shí)際上應(yīng)用了已知的彩色圖象產(chǎn)生部件，這類部件不能或只能很困難地以微光學(xué)的和/或微機(jī)械的結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。此后在光導(dǎo)纖維中不進(jìn)行光成分的空間聚集。傳輸各單一顏色成分的光導(dǎo)纖維被聚集成一束，并且纖維末端空間上相互緊密的排列在一起(見圖26)。
在專利申請DE 43 24 848 C1中敘述了一種由兩個(gè)部件構(gòu)成的彩色圖象投影系統(tǒng)。光產(chǎn)生和光調(diào)制的部件含有三個(gè)激光光源。這三個(gè)光成分利用體積光學(xué)幅度調(diào)制器、例如普克爾盒、選擇性地進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制并隨后用反光鏡聚合在一起。該彩色和強(qiáng)度調(diào)制的光被傳輸?shù)桨葱泻土衅D(zhuǎn)的投影部件中并與調(diào)制同步向空間掃描。
此外，還敘述了多個(gè)分立的光導(dǎo)纖維可以這樣在空間集合在一起，即使其形成統(tǒng)一的光纖支路。由此形成光導(dǎo)纖維耦合器，該耦合器能有效地傳輸寬光譜范圍的可見光。光導(dǎo)纖維只用作光傳輸裝置，該裝置在兩個(gè)空間隔離的部件之間，即光產(chǎn)生和光調(diào)制部件和按行和列偏轉(zhuǎn)的投影部件之間建立聯(lián)系。
本發(fā)明的任務(wù)本發(fā)明應(yīng)解決的問題是提供比較少的、結(jié)構(gòu)比較簡單的和通用的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，用于產(chǎn)生實(shí)的或虛的圖象，這些圖象有更好的特性，例如更高的圖象分辨率和更豐富的色譜，從而在實(shí)際上已知的那些系統(tǒng)中能夠提供新的應(yīng)用。用此裝置應(yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和彩色調(diào)制的彩色信號并且能向空間掃描，尤其是產(chǎn)生二維的或三維的電視及視頻圖象或印刷圖象。本發(fā)明的目標(biāo)是，在本發(fā)明最極限的實(shí)施結(jié)構(gòu)中將彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)所有電子學(xué)的或光學(xué)的部件都集成在一個(gè)載體上，并且該系統(tǒng)作為具有若干電學(xué)接線端和一個(gè)光輸出端的模塊提供使用。
本發(fā)明實(shí)質(zhì)上述任務(wù)是在一彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)中依據(jù)權(quán)利要求1的特征部分給出的特點(diǎn)的總構(gòu)思加以解決的。從屬權(quán)利要求2至56是權(quán)利要求1良好的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求57至60描述了本發(fā)明彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的良好應(yīng)用。上述任務(wù)的解決，根據(jù)權(quán)利要求1，是通過應(yīng)用在一個(gè)載體上安置的集成光學(xué)部件(光波導(dǎo)和光波導(dǎo)元件)用于分光、聚光、光調(diào)制和/或波長濾波實(shí)現(xiàn)的。
在第一種情況中，根據(jù)權(quán)利要求3基本思想是，一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這里稱為“空產(chǎn)光束聚合單元”，用于空間聚集幾種不同分立波長或幾種不同分立波長范圍(原色)的光成分。這種空間聚合在一起的光受到如此偏轉(zhuǎn)、即通過為偏轉(zhuǎn)聚合光而進(jìn)行光成分的同步調(diào)制在觀察空間形成一虛象或者在一投影屏幕上形成一實(shí)象，從而使觀看者可以用眼睛看到。
彩色的產(chǎn)生是通過幾種不同波長的光成分加色混合形成的，這種加色混合發(fā)生在波導(dǎo)的相會點(diǎn)，下面稱為耦合點(diǎn)，在空間光束結(jié)合單元中，其中，這些光成分或者在單元之前或者在單元內(nèi)部為了空間光束結(jié)合相互獨(dú)立地進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制。
在第二種情況中，根據(jù)權(quán)利要求4本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是，在寬帶波導(dǎo)中所傳輸?shù)囊缓軐挷ㄩL范圍的光的光譜成分，尤其是相當(dāng)于白光的波長范圍是可以濾色的。彩色的產(chǎn)生通過減色混合實(shí)現(xiàn)。在使用白光的情況下，耦合出的光的顏色相當(dāng)于被濾出波長范圍的互補(bǔ)色。為產(chǎn)生完美的彩色圖象需要按上述方法產(chǎn)生三種不同顏色的光成分(原色)。
在第一方案中，三種光成分可以借助三個(gè)不同的濾色元件產(chǎn)生。在此，耦合進(jìn)入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬波長范圍的光在一寬帶分支結(jié)構(gòu)中被分到各濾色元件上。所產(chǎn)生的三種光成分在強(qiáng)度或幅度調(diào)制之后被聚合到一“空間光束聚合單元”中并且可以耦合進(jìn)入光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元中。
在第二方案中，使用了可控濾色元件，該元件由波導(dǎo)中傳輸?shù)墓鉃V掉某一可選擇的波長范圍。在使用白光的情況下，耦合出的光的顏色相當(dāng)于被濾掉波長范圍的互補(bǔ)色。
借助在唯一一個(gè)光波導(dǎo)中安裝的可控濾色元件使三種不同的光成分(原色)可以以時(shí)分復(fù)用的方式產(chǎn)生、可以強(qiáng)度或幅度調(diào)制并且可以輸出耦合。在足夠高的顏色產(chǎn)生的重復(fù)頻率下可以產(chǎn)生彩色圖象的印象。在放棄時(shí)分復(fù)用工作方式的情況下，在使用可控濾色元件時(shí)可供使用的顏色范圍是受到限制的，然而對于許多應(yīng)用是足夠的。例如由單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)(EOBSW或白光波導(dǎo))制成的集成電光馬赫—叁得干涉儀—調(diào)制器構(gòu)成了一種可控濾色元件。該干涉儀基于其半波電壓的波長依賴關(guān)系能夠通過施加不同電壓由干涉儀前的波導(dǎo)中傳輸?shù)墓鉃V掉各種波長范圍的光。
在使用適當(dāng)?shù)臑V色元件時(shí)能夠成功的調(diào)整在可見光光譜中所選擇的色值。通過與光的色值調(diào)整和強(qiáng)度或幅度調(diào)制同步進(jìn)行的向觀察空間內(nèi)的偏轉(zhuǎn)，經(jīng)加色混合產(chǎn)生彩色圖象，該圖象可含有全部色值。
下面除對“空間光束結(jié)合單元”和對“光的空間聚合”敘述外，按意義適用于上面所述兩種情況。
關(guān)于上述加色混合的第一種情況，按照權(quán)利要求3在本說明中把“空間光束結(jié)合單元”理解為波導(dǎo)的組合，這些光波導(dǎo)能夠有效地傳輸和空間聚合寬帶或所選出的光譜范圍的光。
波導(dǎo)是指集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)、光導(dǎo)纖維或準(zhǔn)波導(dǎo)。
準(zhǔn)波導(dǎo)是帶狀折射率裝置，其作用原理不是以全反射原理為基礎(chǔ)而是以其它反射原理為基礎(chǔ)，例如諧振和反諧振法布里—珀羅反射(ARROW)或者建立在光導(dǎo)范圍內(nèi)高折射降低處強(qiáng)反射的基礎(chǔ)上。至少在耦合點(diǎn)之后—從光的方向看—公用波導(dǎo)必須是寬帶的。這里寬帶的意思是指整個(gè)可見波長范圍的光、但至少是所有使用波長的光、在波導(dǎo)中是可傳輸?shù)幕蛘卟▽?dǎo)具有以下的特性，即各種不同分立波長、尤其是由可見光光譜的光能有效地在唯一的一個(gè)波導(dǎo)中傳輸。多個(gè)波導(dǎo)適當(dāng)?shù)鼐酆峡梢砸院唵蔚姆绞桨压庠诳臻g上聚合在一個(gè)公用的寬帶波導(dǎo)內(nèi)。
原則上，在波導(dǎo)外部當(dāng)光成分調(diào)制時(shí)對于在波導(dǎo)中傳輸模式的數(shù)量沒有限制。然而，單膜光波導(dǎo)是需要的，如果在波導(dǎo)中所應(yīng)用的調(diào)制原理要求光的單模性，例如如果所應(yīng)用的強(qiáng)度或幅度調(diào)制是建立在集成光學(xué)干涉儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上。例如在截止調(diào)制、電吸收調(diào)制和與一偏振器或一偏振波導(dǎo)結(jié)合的偏振調(diào)制情況下單模性不是絕對必要的。在彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)中的下列各點(diǎn)，光成分是可以進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和/或可以切換的或者在其產(chǎn)生處借助光源控制和/或在光源與空間光束結(jié)合單元之間用若干外部調(diào)制器和/或在空間光束結(jié)合單元內(nèi)在至少一個(gè)波導(dǎo)中和/或在波導(dǎo)的耦合點(diǎn)和/或在耦合點(diǎn)之后，這里當(dāng)然只是在光源的時(shí)分復(fù)用運(yùn)行狀態(tài)下。
為了調(diào)整一個(gè)色值，至少要調(diào)制兩個(gè)不同光成分的強(qiáng)度或幅度并且在至少一個(gè)耦合點(diǎn)空間聚合在一起。對于無閃爍的圖象顯示，在很高的可能的調(diào)制頻率調(diào)制光分量的基礎(chǔ)上單個(gè)光成分的時(shí)分復(fù)用傳輸是可能的。
因此，至少兩個(gè)不同光成分的空間聚合和成象在第一種情況下應(yīng)該在時(shí)間上同時(shí)完成，或者在第二種情況下應(yīng)該在時(shí)間上依次(時(shí)分復(fù)用)完成。成象或投影借助光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元進(jìn)行，其中，一個(gè)象點(diǎn)或一個(gè)象行或整個(gè)圖象的成象用產(chǎn)生彩色所適宜的原色，例如紅、綠和藍(lán)、以很快的、連續(xù)不斷地順序進(jìn)行。人眼把各單色象點(diǎn)或象行或圖象“相加”成彩色圖象。
在第一方案中，至少兩個(gè)分立的光導(dǎo)纖維在空間結(jié)合在一起，使光可以在結(jié)合在一起的光導(dǎo)纖維中繼續(xù)傳輸。這樣就形成了一個(gè)光導(dǎo)纖維耦合器，該耦合器能有效地傳輸寬光譜范圍的可見光。在此，這些光纖不僅在光源和光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)之間建立起空間聯(lián)系。它們也在載體上構(gòu)成了一個(gè)可以進(jìn)行空間光束結(jié)合的單元，該單元與至少兩個(gè)光源和光束成形和光束偏轉(zhuǎn)的單元進(jìn)行聯(lián)系。
在第二方案中，至少采用一個(gè)集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)耦合器。進(jìn)行光傳輸和光成分的空間聚合。這些元件例如能夠以高效率傳輸和聚合可見光的波長譜。
至少有兩個(gè)帶狀波導(dǎo)被結(jié)合在一起，并且組成一個(gè)公共的第三帶狀波導(dǎo)用于繼續(xù)傳輸空間聚合在一起的光成分。
在對波導(dǎo)中傳輸?shù)墓獬煞诌M(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制的情況下，如果需要，帶狀波導(dǎo)耦合器至少部分地由寬帶—帶狀波導(dǎo)構(gòu)成，這種波導(dǎo)在總的要傳輸?shù)幕蛞{(diào)制的光譜范圍內(nèi)以單模形式傳輸光。這些波導(dǎo)被稱為單模集成光學(xué)寬帶—帶狀波導(dǎo)(EOBSW)。
只有在下面的一些波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)單模性是絕對必要的，即在這些區(qū)域中安裝了這樣的集成光學(xué)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器，這種調(diào)制器根據(jù)其功能要求單模性。在其余的波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)，例如在組合的光成分的波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)(例如見圖10公共寬帶—帶狀波導(dǎo)9)單模性不是必需的。
如果要求單波導(dǎo)必須是單模的，但是與這些單波導(dǎo)聯(lián)系在一起的光源各發(fā)射某帶寬的光，這些光源不要求使用寬帶波導(dǎo)(例如激光光源)，那么也可以把單模窄帶波導(dǎo)作為單一波導(dǎo)使用。只是公共波導(dǎo)必須是寬帶的。適當(dāng)設(shè)計(jì)的多模波導(dǎo)在光學(xué)上總是寬帶的。
單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)和單模白光波導(dǎo)是于同一天相繼遞交的“帶狀波導(dǎo)與應(yīng)用”專利申請項(xiàng)目的內(nèi)容。
單模集成光學(xué)寬帶—帶狀波導(dǎo)耦合器和單模白光帶狀波導(dǎo)耦合器是在同一天相繼遞交的“帶狀波導(dǎo)組成的連接分離器及應(yīng)用”專利申請項(xiàng)目的內(nèi)容。
在第三方案中，寬帶準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器(例如ARROW耦合器)被用于光傳輸和光成分的空間聚合?？梢宰C明，可以這樣設(shè)計(jì)準(zhǔn)波導(dǎo)，使其能夠從技術(shù)角度有效地傳輸可見光光譜中的幾個(gè)分立的波長范圍。
用上述三種波導(dǎo)方案，原則上耦合點(diǎn)可作為Y-分路器、定向耦合器、平行帶狀耦合器、BOA或X-耦合器或者在使用反射器的條件下來實(shí)現(xiàn)。然而一種具體結(jié)構(gòu)的真正實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前技術(shù)的可能性及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)相關(guān)。
Y-分路器(Y-分離器)通常是一個(gè)無源元件，僅限制在很窄的范圍內(nèi)使用。在與Y-分路器連接在一起的波導(dǎo)具有單模性的情況下或者具有極多模性(大約多于50個(gè)模式)的情況下，Y-分路器在分離器運(yùn)行狀態(tài)具有良好的和穩(wěn)定的分光比(1∶1)。在連接器運(yùn)行狀態(tài)，在與Y-分路器連接的波導(dǎo)具有單模性的情況下，只有在一個(gè)輸入波導(dǎo)有光輸入耦合時(shí)，Y-分離器具有3dB的損耗。
定向耦合器和平行帶狀耦合器有一優(yōu)良的、可利用的，例如電光可實(shí)現(xiàn)的開關(guān)特性。耦合特性與波長具有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，這種關(guān)系可以很好地用于光的空間聚合和光的調(diào)制以達(dá)到混色的目的。使用的襯底材料如磷酸氧鈦鉀(KT iOPO4，KTP)或鈮酸鋰(LiNbO3)，當(dāng)有效電極長度L在毫米范圍并且電極間距d在微米范圍時(shí)開關(guān)電壓在5至20伏之間。
BOA是一組集成光學(xué)元件的法語名稱(bifurcation optiqueactive)(見M.Papuchon，A.Roy，D.B.Ostrowsky，“電激活光學(xué)分路器，”Appl.Phys.Lett，Vol 31(1977)pp，266-267)。BOA同樣顯示出一種良好的、可利用的，例如可電光實(shí)現(xiàn)的開關(guān)特性。
簡單的電極結(jié)構(gòu)是可能的。BOA的耦合特性與波長有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，這種關(guān)系可以很好的用于混色。在KTP或LiNbO3上開關(guān)電壓在10至20伏之間。
X-耦合器具有如BOA的特性，但由于其短的相互作用長度需要很高的開關(guān)電壓(典型值為50伏)。
集成光學(xué)或微光學(xué)反射器以棱鏡、反射鏡或光柵的形式在襯底材料內(nèi)或其表面制成，并把兩個(gè)帶狀波導(dǎo)耦合在一起。
用CW-激光器(CW＝連續(xù)波)或脈沖激光器或激光二極管或光纖激光器或發(fā)光二極管或光譜燈作為光源，這些光源主要是均能夠發(fā)射紅、綠和藍(lán)光的波長范圍的光。
由于受當(dāng)前技術(shù)水平的限制不能提供小型化發(fā)綠色和藍(lán)色光的窄帶光源，因此可以用產(chǎn)生二次諧波原理把紅外光輻射轉(zhuǎn)換到所需光譜范圍。
功率足夠大的聚光基于非線性光學(xué)效應(yīng)能夠在以適當(dāng)材料為基礎(chǔ)的裝置中產(chǎn)生半波長的光，例如波長為830nm的紅外激光二極管的光轉(zhuǎn)換成波長為415nm的光(產(chǎn)生二次諧波)。此外，可產(chǎn)生光的更高次諧波、光的和頻與差頻。
彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)含有至少兩個(gè)獨(dú)立的可控調(diào)制裝置，用于將一個(gè)適當(dāng)?shù)?、通常為電的輸入信號轉(zhuǎn)換成一個(gè)光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和彩色調(diào)制的輸出信號。為產(chǎn)生單色圖象只需要一個(gè)調(diào)制裝置。這些調(diào)制裝置使一個(gè)或多個(gè)光源的光分別的、有效的控制直至很高的控制頻率成為可能(根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平達(dá)到GHz范圍)。為產(chǎn)生彩色圖象至少一個(gè)光源的光強(qiáng)度和幅度調(diào)制與光束的偏轉(zhuǎn)同步。
在第一方案中，光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制經(jīng)調(diào)制光源的輻射功率來實(shí)現(xiàn)。
在第二方案中，光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，在光源和光波導(dǎo)之間的一個(gè)外部強(qiáng)度或幅度調(diào)制器中進(jìn)行。
在第三方案中，光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制在光成分空間聚合之前在至少一個(gè)光波導(dǎo)中進(jìn)行。根據(jù)強(qiáng)度或幅度調(diào)制原理的要求，波導(dǎo)必須是單模的。是否必須使用一單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)取決于光源的帶寬。與這些波導(dǎo)連接的耦合點(diǎn)及公共波導(dǎo)必須具有允許傳輸全部所應(yīng)用的波長或波長范圍的帶寬。
在第四方案中，光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制在波導(dǎo)的一個(gè)可控耦合點(diǎn)進(jìn)行。根據(jù)耦合點(diǎn)強(qiáng)度或幅度調(diào)制原理的要求，組成耦合點(diǎn)的波導(dǎo)必須是單模的或具有與工作原理相符的一定數(shù)量的模式(例如雙模相干原理)。
是否必須使用單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)(EOBSW)取決于光源的帶寬。與耦合點(diǎn)連接的公共波導(dǎo)必須具有允許所有使用波長或波長范圍傳輸?shù)膸?，然而并不一定是單模的?br> 在第五方案中，緊接耦合點(diǎn)后按時(shí)間依次出現(xiàn)的光成分(例如時(shí)分復(fù)用運(yùn)行的光源)的強(qiáng)度或幅度調(diào)制以時(shí)分復(fù)用方式在公共波導(dǎo)中進(jìn)行，在這種波導(dǎo)中光成分空間集合在一起。這種波導(dǎo)必須具有允許傳輸全部所應(yīng)用的波長或波長范圍的帶寬。根據(jù)強(qiáng)度或幅度調(diào)制原理的要求，公共波導(dǎo)必須是單模的，也就是說必要時(shí)必須是一單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)(EOBSW)。
在第六方案中，緊接公共波導(dǎo)之后按時(shí)間依次出現(xiàn)的光成分(例如時(shí)分復(fù)用運(yùn)行的光源)的強(qiáng)度或幅度調(diào)制以時(shí)分復(fù)用方式，在集成光學(xué)結(jié)構(gòu)之后適當(dāng)位置的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器中進(jìn)行，例如在公共波導(dǎo)的輸出端與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元之間。
光的強(qiáng)度和幅度調(diào)制按下列原理之一進(jìn)行—電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光—光的、光熱的調(diào)制，—在半導(dǎo)體材料中通過自由載流子的注入或耗盡引起有效折射系數(shù)的改變，—在利用法布里—珀羅效應(yīng)的條件下電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光—光的或光熱的調(diào)制，—在使用法布里—珀羅效應(yīng)的條件下通過在半導(dǎo)體材料中自由載流子的注入或耗盡引起的有效折射系數(shù)的改變進(jìn)行調(diào)制，—電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光—光的或光熱的截止—調(diào)制，—以通過在半導(dǎo)體材料中自由載流子的注入或耗盡引起的有效折射系數(shù)改變?yōu)榛A(chǔ)的截止—調(diào)制，—可控波導(dǎo)放大，—與一個(gè)偏振器相結(jié)合的可控偏振旋轉(zhuǎn)，—波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)變，—電吸收調(diào)制，—借助一個(gè)集成光學(xué)開關(guān)或分配器元件的調(diào)制，如X-耦合器、平行帶狀線耦合器、定向耦合器或BOA，—光源自調(diào)制，—利用光源—波導(dǎo)耦合效率改變的調(diào)制，或—利用光衰減器的調(diào)制，如安裝在光源后面的可控光闌或光吸收器。
為了在波導(dǎo)內(nèi)或波導(dǎo)外進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制，總是可以選出適用的幾個(gè)原理。必要時(shí)，強(qiáng)度或幅度調(diào)制可以在集成—光學(xué)干涉儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)乩蒙鲜稣{(diào)制方法進(jìn)行。
本發(fā)明還涉及空間光束結(jié)合單元的集成光學(xué)實(shí)施方案，在這些方案中兩個(gè)寬帶波導(dǎo)的耦合點(diǎn)可以被有效地施加影響，即是可以控制的。根據(jù)需要把可控耦合點(diǎn)設(shè)計(jì)成用于可控空間光束結(jié)合和/或用于可控光束偏轉(zhuǎn)。
在雙模相干的基礎(chǔ)上可控耦合點(diǎn)可以作為X-耦合器、定向耦合器、平行帶狀線耦合器或BOA使用。
本發(fā)明還涉及一種交叉波導(dǎo)裝置，尤其是單模集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)的裝置，在這種裝置中，交叉點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)矩陣。這些交叉點(diǎn)是a)完全無源(無源波導(dǎo)交叉)或b)用于光成分空間聚合的無源耦合點(diǎn)，或c)用于調(diào)制和空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)。原則上光成分可以耦合進(jìn)入每一個(gè)波導(dǎo)。
在第一方案中為三種不同波長的光成分設(shè)置了三根平行波導(dǎo)，這些波導(dǎo)與另一波導(dǎo)交叉，其中交叉點(diǎn)是空間光束結(jié)合的無源耦合點(diǎn)。強(qiáng)度或幅度調(diào)制可通過光源來實(shí)現(xiàn)，或者強(qiáng)度或幅度調(diào)制在三根單模波導(dǎo)的每一根上進(jìn)行。為了在各單模波導(dǎo)上進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制，在每一個(gè)單換波導(dǎo)上設(shè)置了一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器或幅度調(diào)制器。在可控耦合點(diǎn)的情況下強(qiáng)度或幅度調(diào)制在單模波導(dǎo)的交叉點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。在任何情況下，在公共波導(dǎo)的輸出端，強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合的光是可以耦合出來的。
在第二方案中為兩個(gè)光成分設(shè)置了兩根平行排列的波導(dǎo)，它們與另一個(gè)波導(dǎo)交叉。在公共波導(dǎo)的一個(gè)輸入端可以耦合進(jìn)第三種波長的光。其中交叉點(diǎn)用于空間光束結(jié)合，并且a)光源是可以強(qiáng)度和幅度調(diào)制的并且耦合點(diǎn)是無源的，或b)在三個(gè)單模波導(dǎo)的每一根波導(dǎo)上安裝一個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器并且耦合點(diǎn)是無源的，或c)單模波導(dǎo)交叉點(diǎn)是用于空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)。
在任何情況下，在公共波導(dǎo)輸出端，強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合光是可以耦合出來的。
在第三方案中三種光成分是可以耦合入三根平行敷設(shè)的波導(dǎo)。這三個(gè)波導(dǎo)與另外三個(gè)波導(dǎo)和一根第四公共波導(dǎo)交叉，其中，波導(dǎo)的交叉點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)可以是可控耦合點(diǎn)或無源耦合點(diǎn)或全無源波導(dǎo)交叉點(diǎn)。另外的三個(gè)被交叉的波導(dǎo)有無功輸出端，在這些輸出端可以耦合出來未曾利用的光成分。在公共第四波導(dǎo)的輸出端可以耦合出來強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合光。
通過組合和稍加改變這里介紹的原理也可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的矩陣裝置。
此處所述空間光束結(jié)合單元的各種實(shí)施形式在其輸出端把強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合光耦合進(jìn)入光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元。
該單元由一個(gè)單獨(dú)的光束成形裝置和一個(gè)單獨(dú)的偏轉(zhuǎn)裝置或一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)兩種功能的功能集成組件組成。
光束成形和光束偏轉(zhuǎn)功能可通過控制單元單獨(dú)或一起控制。通過光束成形單元由空間光束結(jié)合單元耦合出來的光一般以平行光的形式對準(zhǔn)投影平面或觀察空間。通過光束偏轉(zhuǎn)單元耦合出來的和成形的光束與強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制同步在投影平面上或向觀察空間掃描，以便產(chǎn)生一空間展開的、觀察者眼睛可見的圖象。
如果在空間掃描的是直徑足夠小的平行光束，那么對于任意投影距離和任意形狀的投影面總能保證所產(chǎn)生實(shí)象的清晰度，同時(shí)象點(diǎn)的大小等于平行光束的直徑。
實(shí)現(xiàn)結(jié)合在一起的光束成形功能的裝置可以用下述技術(shù)措施之一來完成。這些措施如果需要則是可以控制的—借助一個(gè)可調(diào)常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)；—借助一個(gè)微光學(xué)系統(tǒng)；—借助一個(gè)光束成形光柵；—借助一個(gè)光束成形反射器；—借助光束成形元件內(nèi)部折射系數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)光束成形；—通過光束成形元件幾何形狀的變化(厚度、曲率)實(shí)現(xiàn)光束成形。
結(jié)合在一起的光束實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)功能的裝置可以用下述技術(shù)措施之一來完成，這些措施是可以控制的，以便與強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制同步
—借助一個(gè)可調(diào)整的常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)；—借助一個(gè)具有光學(xué)有效平面的移動的反射器；—借助一個(gè)移動的光柵或一個(gè)可變的光柵；—借助一個(gè)電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)的光柵；—借助體材料(bulk)中的一電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)的偏轉(zhuǎn)器；—借助微光學(xué)或集成光學(xué)結(jié)構(gòu)的一個(gè)電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)的偏轉(zhuǎn)器；—借助一個(gè)集成光學(xué)的多通道—分路器；—借助一個(gè)微機(jī)械偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，或—借助一個(gè)微光學(xué)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
此外，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元也可以由一光束成形和光束偏轉(zhuǎn)的功能集成元件構(gòu)成，尤其是—作為具有一個(gè)光學(xué)有效平面的移動反射鏡，—作為電光光柵或—通過在體材料(bulk)中的折射系數(shù)非均勻性的產(chǎn)生，或—作為微光學(xué)的和微機(jī)械的元件的組合。
上述本發(fā)明裝置也可以僅用單一波長或單一波長范圍運(yùn)行，此時(shí)可產(chǎn)生單色實(shí)象或單色虛象。
另一個(gè)方案采用可見或不可見(紅外和紫外)電磁輻射光譜范圍的某一波長或某一波長范圍的光束，該光束被偏轉(zhuǎn)到一個(gè)整個(gè)表面涂敷發(fā)光材料的投影面上。通過熒光產(chǎn)生一個(gè)可見單色圖象。
在另一方案中投影面按網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)涂敷不同的發(fā)光材料，這些材料例如在受激發(fā)時(shí)發(fā)出藍(lán)、綠和紅三原色光。單個(gè)發(fā)光材料點(diǎn)例如構(gòu)成三重合點(diǎn)。其中每個(gè)三重合點(diǎn)產(chǎn)生一象點(diǎn)。單個(gè)發(fā)光材料點(diǎn)一方面可以用同一波長或同一波長范圍的電磁輻射(激發(fā)光)分別的、在時(shí)間上依次進(jìn)行激發(fā)(時(shí)分復(fù)用方式)。另一方面可以用三種不同波長或波長范圍的光作為激發(fā)光，它們可以有選擇地激發(fā)不同發(fā)光材料點(diǎn)，使其發(fā)出各原色光。當(dāng)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度或幅度調(diào)制和偏轉(zhuǎn)激發(fā)光到投影面上的不同類型的象素時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)彩色圖象的印象。
根據(jù)對本發(fā)明模塊所要求的復(fù)雜性，可以在一載體上給至少一根波導(dǎo)額外的配置下面列舉的全部或部分組件—至少一個(gè)光源，—至少一個(gè)光調(diào)制器，—光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元，和—用于光調(diào)制、光束成形和光束偏轉(zhuǎn)的控制電路。
在最極端情況下可制成一種模塊，該模塊含有一彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的全部功能并且僅需安裝饋電、控制和調(diào)整所需的電學(xué)接線以便得到一個(gè)可使用的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)。拋棄可動的經(jīng)典機(jī)械部件、如擺動鏡或反射鏡掃描器的實(shí)施方案是可能的。
借助本發(fā)明原則上能用一種模塊成功地實(shí)現(xiàn)所有可想象的用于顯示實(shí)象或虛象的應(yīng)用。在一定情況下不把光源集成在模塊內(nèi)是適宜的，以便擴(kuò)大模塊的使用范圍，該模塊可作為合用的元件銷售。
通過電光調(diào)制的可能性，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平已達(dá)到GHz范圍，從而創(chuàng)造了一種產(chǎn)生極高速變化光強(qiáng)的裝置。
借助快速偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以在一個(gè)屏幕上(實(shí)象)或在空間(虛象)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的彩色圖象和電視或視頻信號，這些也為醫(yī)學(xué)上、特別是眼科醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用提供了可能。
在


和從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的其它特征，其中，所有單項(xiàng)特征和所有單項(xiàng)特征的組合都是本發(fā)明的基本內(nèi)容。
本發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)在于提高電視或視頻圖象的分辨率，提高圖象頻率的可能性，提高圖象的亮度和反差以及可制成模塊狀的、緊湊的和可以集成的裝置。光成分的電光調(diào)制所需電壓在幾伏范圍。
借助光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元可用較少的技術(shù)措施放大或縮小所產(chǎn)生的圖象(連續(xù)變焦鏡頭的效應(yīng))。借助控制單元的適當(dāng)控制可以調(diào)整圖象的局部放大和分辨率。
通過適當(dāng)調(diào)整在光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元中的光束投影可補(bǔ)償觀察者的視差。借助調(diào)整光束的投影可以確定觀察者的視差。
尤其是本發(fā)明有可能應(yīng)用已知集成光學(xué)和微電子學(xué)工藝技術(shù)把一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的所有部件集成在一個(gè)模塊中。
該彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)模塊由具有若干組件的載體和適當(dāng)?shù)耐鈿そM成。該外殼有一出射光的窗口和連接電源與信號輸入的接線端以及連接調(diào)整彩色圖象參數(shù)的接線端。
本發(fā)明的任務(wù)依照主權(quán)利要求57是通過應(yīng)用本發(fā)明的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)加以解決的。從屬權(quán)利要求58至60是主權(quán)利要求57的優(yōu)異的實(shí)施方案。
本發(fā)明的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)適用于所有可想象到的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中通過任意一個(gè)信號特別的是一個(gè)電視信號、一個(gè)視頻信號、一個(gè)音頻信號、一個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信號或一個(gè)測量裝置的信號控制光強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的調(diào)制裝置產(chǎn)生一強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和彩色調(diào)制的混色信號，該信號被投影到觀察空間并在那里可提供其它應(yīng)用。
該彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)可作為虛象或?qū)嵪蟮膱D象投影系統(tǒng)使用，特別是—作為圖象投影、特別是激光電視的組件，—作為圖象顯示、特別是觀察顯示的組件，—作為圖象電話的組件，—作為在視頻眼鏡中的組件，—作為顯示所謂“虛擬現(xiàn)象”(Virtual reality，Cyberspace)裝置中的組件，—作為產(chǎn)生全息照相圖象裝置中的組件，—作為反映運(yùn)行參數(shù)或交通導(dǎo)行提示裝置中的組件安裝在反射夾層中、特別是安裝在車輛的擋風(fēng)板或儀表盤中以及安裝在生產(chǎn)設(shè)備操作臺的透明隔板內(nèi)。
—作為武器系統(tǒng)中的組件，特別是用于目標(biāo)搜尋系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，—作為醫(yī)學(xué)和保健應(yīng)用領(lǐng)域中的組件，特別是在眼科醫(yī)學(xué)中用于檢查和校正視覺缺陷如色盲、視力缺陷(視敏度)，立體視力缺陷(立體觀察的能力)和斜視。
—作為用于文化目的的光動畫系統(tǒng)，例如光風(fēng)琴，—作為用于廣告中的光動畫系統(tǒng)。
這里，本發(fā)明彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用不限于某一種特定的實(shí)象投影形式。
本彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)可用于投影—在光反射投影屏幕上，或者
—在毛玻璃板上。
其中，投影屏幕或毛玻璃板可以或者—表現(xiàn)為無源的(正常反射或正常背散射)，或者—是有源的，在照射時(shí)改變其反射或散射特性，或者—上面敷蓋發(fā)光材料象素組(例如三重象素)，這些發(fā)光材料對由彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)發(fā)送的光波長或是有波長選擇的或是無特殊波長選擇的作出響應(yīng)。
此外，本彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)還可以作為—彩色版畫藝術(shù)系統(tǒng)或彩色印刷系統(tǒng)中的組件或者作為—膠片曝光系統(tǒng)中的組件使用。
附圖簡要說明本發(fā)明借助下列附圖予以說明。
圖1.具有一個(gè)帶狀波導(dǎo)耦合器的彩色圖象產(chǎn)生模塊的原理圖2.光成分為紅、綠、藍(lán)原色的空間聚合的圖象產(chǎn)生系統(tǒng)原理圖3.具有光導(dǎo)纖維耦合器和光源調(diào)制的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖4.具有一個(gè)準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖5.準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器原理圖6.準(zhǔn)波導(dǎo)傳輸特性圖7.具有光導(dǎo)纖維調(diào)制器的空間光束聚合單元圖8.借助控制光源的調(diào)制以及借助在時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式下的光纖調(diào)制器的強(qiáng)度或幅度調(diào)制圖9.作為模塊的完整的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖10.用于產(chǎn)生實(shí)象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖11.用于產(chǎn)生虛象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖12.具有可控耦合點(diǎn)的空間光束結(jié)合單元圖13.具有以X-耦合器件作為2×1矩陣排列中可控耦合點(diǎn)的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖14.使用具有相互交叉帶狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的、在3×1矩陣排列中具有可控耦合點(diǎn)的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖15.使用具有相互交叉帶狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的、在3×1矩陣裝置中具有強(qiáng)度或幅度調(diào)制器帶狀波導(dǎo)和具有無源耦合點(diǎn)的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖16.采用以3×4矩陣排列的相互交叉帶狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖17.具有以帶狀波導(dǎo)調(diào)制器和定向耦合器作為可控耦合點(diǎn)的調(diào)制器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖18.立體彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖19.具有在不同元件中實(shí)現(xiàn)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)功能的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元圖20.光束成形和光束偏轉(zhuǎn)功能集成于一個(gè)元件中的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元圖21.采用三個(gè)光源、變頻器和帶狀波導(dǎo)耦合器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖22.采用一個(gè)光源和若干變頻器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖23.采用白光的、具有濾色器和與波長無關(guān)的調(diào)制器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖24.彩用白光的、具有與波長有關(guān)的調(diào)制器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖25.具有白光帶狀波導(dǎo)和濾色器的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)圖26.具有聚合在一起的玻璃纖維束的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)代表了當(dāng)前技術(shù)水平圖27.用虛象作視覺缺陷矯正圖28.用實(shí)象作視覺缺陷矯正圖29.彩色印刷系統(tǒng)圖1至18和圖21至24示出了根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求3的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的實(shí)施結(jié)構(gòu)是建立在采用選擇性強(qiáng)度或幅度調(diào)制和借助各個(gè)光成分空間聚合進(jìn)行加色混合的彩色產(chǎn)生原理基礎(chǔ)上的。
圖25a至25c示出了根據(jù)權(quán)利要求4的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的實(shí)施結(jié)構(gòu)是建立在采用減色混合彩色產(chǎn)生原理基礎(chǔ)上的。
圖26示出了根據(jù)專利申請DE 31 52 020 A1的當(dāng)前技術(shù)水平的結(jié)構(gòu)。
圖19和圖20中描述了光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元的技術(shù)解決方案。
圖27至29示出了根據(jù)本發(fā)明彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。
本發(fā)明實(shí)施途徑圖1示出，作為模塊的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)，在該模塊中無閃爍彩色圖象的印象是由兩種顏色的光經(jīng)人眼色彩混合生理效應(yīng)產(chǎn)生的。所有組件均安裝在載體11上。該模塊用于產(chǎn)生一彩色混合信號，在此混合信號中的強(qiáng)度比是可調(diào)整的，并且該模塊產(chǎn)生能夠向觀察空間的所需方向進(jìn)行掃描的象點(diǎn)或光束。該模塊是采用已知集成光學(xué)和微電子學(xué)技術(shù)制造的。彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的所有組件—兩個(gè)光源7′、7″，—一個(gè)空間光束結(jié)合單元14，—一個(gè)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10，和—一個(gè)用于光束調(diào)制、光束成形和光束偏轉(zhuǎn)的電子控制單元15，均混合集成在載體11上。安裝有組件的載體11的表面由一個(gè)合適的外殼20作為護(hù)罩。外殼20有一出射光窗口21、電源接線端22、電信號輸入端23、用于調(diào)整圖象顯示參數(shù)的電接線端24。
在模塊中兩個(gè)可調(diào)制的光源7′和7″與空間光束結(jié)合單元14耦合?？臻g光束結(jié)合單元14與用于產(chǎn)生實(shí)的或虛的圖象的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10相耦合。每一光源7′和7″以及光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10均與控制單元15相連，該控制單元使光源7′和7″的調(diào)制與通過光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10的光束投影同步?？臻g光束結(jié)合單元14在這里是無源結(jié)構(gòu)。
光源7′和7″是發(fā)射波長為紅光和綠光的激光二極管。
空間光束結(jié)合單元14由兩個(gè)集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)2′和2″組成，它們在無源耦合點(diǎn)6聚合到公共寬帶帶狀波導(dǎo)9上。帶狀波導(dǎo)2′和2″不一定必須是寬帶帶狀波導(dǎo)，但同樣也制成寬帶帶狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是有益的。這三個(gè)寬帶帶狀波導(dǎo)構(gòu)成一個(gè)集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)耦合器。由于在帶狀波導(dǎo)中并不進(jìn)行調(diào)制，所以在示例中帶狀波導(dǎo)不一定必須是單模。
帶狀波導(dǎo)2′與發(fā)射波長為λ1的光源7′相耦合。帶狀波導(dǎo)2″與發(fā)射波長為λ2的光源7″相耦合?？刂茊卧?5通過導(dǎo)線與光源7′和7″、并且與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10相連。信號S1和S2用于光源7′和7″的強(qiáng)度和幅度調(diào)制。信號S5用于調(diào)整強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合的光束的聚焦，并且信號S6用于光束偏轉(zhuǎn)，例如，偏轉(zhuǎn)以行和列的形式進(jìn)行。
在公共寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端可提供由光源7′和7″的光成分組成的、強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合的光LMV。
公共寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10相耦合。在示例中光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10由一光束成形元件3和光束偏轉(zhuǎn)裝置4組成，元件3在示例中為光學(xué)透鏡，該透鏡可通過控制信號S5在x方向調(diào)整實(shí)現(xiàn)光束成形，裝置4在示例中為三面棱錐體，可通過控制信號S6將棱錐體圍繞y軸(水平偏轉(zhuǎn))和x軸(垂直偏轉(zhuǎn))翻轉(zhuǎn)。光束成型和光束偏轉(zhuǎn)單元10可將光束向周圍空間(觀察空間)掃描，在那里形成彩色圖象效果，該圖象可在屏幕上產(chǎn)生實(shí)象或在人眼12中產(chǎn)生虛象。聚合光的偏轉(zhuǎn)與波長為λ1和λ2的光成分的調(diào)制同步實(shí)現(xiàn)，以便在人眼中產(chǎn)生彩色圖象效果。
但是，通過使用兩種波長(就今天的概念而言)不可能產(chǎn)生具有全部色彩的完美的彩色圖象。
圖2示出采用加色混合原理借助寬帶帶狀波導(dǎo)由紅、綠、藍(lán)三原色產(chǎn)生彩色圖象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。它由可調(diào)制的且與空間光束結(jié)合單元14相耦合的三個(gè)光源7′、7″和7_組成。
寬帶帶狀波導(dǎo)2′與發(fā)射波長為λ1的光的光源7′相耦合。寬帶帶狀波導(dǎo)2″與發(fā)射波長為λ2的光的光源7″相耦合。寬帶帶狀波導(dǎo)2_與發(fā)射波長為λ3的光的光源7_相耦合。寬帶帶狀波導(dǎo)2″和2_聚合至公共寬帶帶狀波導(dǎo)8。寬帶帶狀波導(dǎo)2′和8聚合至公共寬帶帶狀波導(dǎo)9。耦合點(diǎn)6為無源耦合點(diǎn)。在公共寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端可提供由光源7′、7″和7_的光成分組成的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合的光LMV。公共寬帶帶狀9的輸出端與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10相耦合。
各光源7′、7″和7_與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10均與一個(gè)控制單元15相連接，該控制單元使光源7′、7″和7_的調(diào)制與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10同步。光源7′、7″和7_是發(fā)射光波長為紅、綠、藍(lán)光的激光二極管。
空間光束結(jié)合單元14由五個(gè)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_、8和9、三個(gè)光輸入端、兩個(gè)耦合點(diǎn)6和一個(gè)光輸出端組成。耦合點(diǎn)6各由三個(gè)寬帶帶狀波導(dǎo)組成，因此耦合點(diǎn)6是一個(gè)集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)耦合器。
由于不進(jìn)行調(diào)制，所以寬帶帶狀波導(dǎo)必須不是單模。
由于使用三原色，可以產(chǎn)生一個(gè)完美的彩色圖象。
圖3示出與圖2所示系統(tǒng)相一致的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)。但在圖3的系統(tǒng)中空間光束結(jié)合單元14由作為波導(dǎo)2′、2″和2_的光導(dǎo)纖維F組成。光束如圖2中所描述的方式方法聚合。
在耦合點(diǎn)6光纖(波導(dǎo)2″、2_或2′、8)的連接可通過與兩個(gè)光纖的外直徑平面對平面的熔合在幾個(gè)毫米范圍內(nèi)來完成。
光傳輸在公共纖維9中得以繼續(xù)，公共纖維9用于被調(diào)制的及空間組合的光LMV的繼續(xù)傳輸。多個(gè)波導(dǎo)和耦合點(diǎn)組成一個(gè)空間光束結(jié)合單元14。光纖被牢固地固定在載體11上，光纖的終端與位于載體上的光源7及光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10相耦合。
圖4示出了一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其中，空間光束結(jié)合單元14由準(zhǔn)波導(dǎo)(ARROW)和準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器(ARROW耦合器)組成。圖中示出了三個(gè)相鄰ARROW結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造。
用一個(gè)ARROW(波導(dǎo)2′)傳輸波長為λ1的光。用另一個(gè)ARROW(波導(dǎo)2″)傳輸波長為λ2的光。再用另一個(gè)ARROW(波導(dǎo)2_)傳輸波長為λ3的光。圖中示出由光束入射點(diǎn)起始至耦合點(diǎn)6的被吸收器25彼此相互隔離三個(gè)相鄰的ARROW2。光成分在三個(gè)準(zhǔn)波導(dǎo)的耦合點(diǎn)6的范圍內(nèi)被空間結(jié)合，其中，繼續(xù)傳輸?shù)腁RROW(這里表示為寬帶波導(dǎo)9)載有全部三個(gè)波長λ1、λ2和λ3的光成分。
圖2所示的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)與圖4所述系統(tǒng)的圖示和功能相對應(yīng)，所不同的是圖4中空間光束結(jié)合單元14由作為波導(dǎo)2′、2″和2_的準(zhǔn)波導(dǎo)(ARROW)組成。ARROW結(jié)構(gòu)對相同波長的超臨界耦合特性是眾所周知的。對于不同的波長光束的空間結(jié)合理論上是可行的。
借助適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)有可能建立一個(gè)ARROW結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能以足夠的效率把多個(gè)不同波長導(dǎo)入一個(gè)ARROW，并在一個(gè)ARROW耦合器中空間聚合。
圖5示出由光的耦合輸入點(diǎn)(輸入端E)開始至耦合點(diǎn)6的起始端被吸收器25彼此隔離開的三個(gè)相鄰ARROW。三個(gè)波長為λ1、λ2和λ3的光成分在耦合點(diǎn)6實(shí)現(xiàn)空間結(jié)合。空間聚合的光成分在作為公共寬帶波導(dǎo)9被延伸的波導(dǎo)2″中傳輸至輸出端A。
圖6示出可能的傳輸特性。圖6a示出一個(gè)ARROW的傳輸特性，其幾何尺寸是這樣確定的，即對于三種不同波長例如紅、綠、藍(lán)色從技術(shù)上看各滿足一個(gè)具有足夠高效率的諧振條件。
圖6b示出一個(gè)ARROW的寬帶傳輸特性，從技術(shù)上看它以足夠高的效率傳輸紅、綠和藍(lán)色波長的光。
圖7示出一個(gè)圖象產(chǎn)生裝置，其中調(diào)制裝置17′、17″和17_與單模寬帶光導(dǎo)纖維F相連接。單模寬帶光導(dǎo)纖維相互耦合在一起，以便在公共載體11上形成空間光束結(jié)合單元14(見圖3)。
調(diào)制器采用光纖調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，并以機(jī)械(壓電)、磁光、電光、熱光、光光或光熱調(diào)制原理為基礎(chǔ)或具有可控光纖放大器的功能。
圖8示出紅、綠、藍(lán)光成分以時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式傳輸?shù)膱D象產(chǎn)生裝置。光源7′、7″和7_在控制單元(控制信號S1、S2和S3)控制下按時(shí)間依次發(fā)射光脈沖。這些光脈沖在由單膜寬帶光導(dǎo)纖維組成的空間光束結(jié)合單元14中按時(shí)間順序空間聚合(LV)，然后借助安裝在公共單膜寬帶光導(dǎo)纖維9上的調(diào)制裝置17通過控制信號S4按時(shí)間順序依次被強(qiáng)度調(diào)制。產(chǎn)生一彩色圖象點(diǎn)BPi(i＝1，2，3…)所必須的、被空間聚合、強(qiáng)度或幅度調(diào)制的紅、綠、藍(lán)色光成分LVM通過光束成形和/或光束偏轉(zhuǎn)單元10按時(shí)間順序(時(shí)分復(fù)用)投影。圖象點(diǎn)的彩色成分以很高的速度依次投射，例如首先是紅色、之后是綠色、再后是藍(lán)色(見圖8曲線)。人眼將各個(gè)的單色圖象點(diǎn)成分“加合”為一個(gè)彩色的圖象點(diǎn)BPi。依次緊密排列的彩色圖象點(diǎn)的快速空間偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生了一個(gè)彩色圖象效果。在本例中示出了單模寬帶光導(dǎo)纖維耦合器。其功能與單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)耦合器及單模準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器類似。
圖9示出了具有一個(gè)空間光束結(jié)合單元14的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)模塊，該模塊由在磷酸氧鈦鉀(KTiOPO4，KTP)襯底1上的單膜集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)(EOBSW)2、8、9以及在單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中的作為強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17′、17″和17_的馬赫—叁得干涉儀結(jié)構(gòu)MZI組成。此圖示出了一個(gè)公共載體11上包含所有部件的一個(gè)混合集成的、集成光學(xué)彩色圖象投影系統(tǒng)。
發(fā)射紅、綠和藍(lán)色光的三個(gè)激光二極管7′、7″和7_、空間光束結(jié)合單元14、光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10、和控制裝置15均安裝在公共載體11上。
激光二極管7安裝在位于載體11和激光二極管7之間的恒溫器18上。激光二極管的通常為發(fā)散的光到空間光束結(jié)合單元14的單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_的耦合通過光束耦合組件19、例如由安裝在載體材料上彼此間有一定距離的三個(gè)夫累內(nèi)爾透鏡組成的一個(gè)微光學(xué)組件進(jìn)行的。
在這種情況下，空間光束結(jié)合單元14是用無源耦合點(diǎn)6實(shí)現(xiàn)的。幅度調(diào)制用電光可控馬赫—叁得干涉儀調(diào)制器MZI1、MZI2、MZI3實(shí)現(xiàn)，這些調(diào)制器作為光傳導(dǎo)和光控制結(jié)構(gòu)安裝在單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_中。
經(jīng)電光活性材料中的電光效應(yīng)通過把控制電壓(信號S4′、S4″、S4_)加在電極上改變馬赫—叁得干涉儀結(jié)構(gòu)具有不同符號的兩個(gè)分支上傳輸光的傳播常數(shù)或相位。在馬赫—叁得干涉儀調(diào)制器中兩個(gè)分支光的聚合點(diǎn)根據(jù)相位會出現(xiàn)相長或相消干涉。就是說通過調(diào)制電壓可以控制單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中的幅度。
然后，單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″或2_、8聚合在無源耦合點(diǎn)6。
強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制及空間聚合的光LMV經(jīng)微光學(xué)透鏡16耦合出來，該透鏡可借助壓電元件在垂直于傳播方向的二維空間內(nèi)移動。它在同一元件中實(shí)現(xiàn)了光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10的功能。
用微光學(xué)透鏡16把公共帶狀波導(dǎo)9輸出端的分散光聚焦在投影平面(屏幕5)上，或把準(zhǔn)直平行的光束向觀察空間掃描。通過微光學(xué)透鏡16在x和y方向的移動對圖象場掃描。在微光學(xué)透鏡下安裝了一個(gè)壓電元件用作垂直于光傳播方向機(jī)械調(diào)整透鏡位置的光束偏轉(zhuǎn)裝置4。
在載體11上安裝著產(chǎn)生彩色圖象所需的所有組件，例如激光光源及其溫度補(bǔ)償(恒溫裝置18)的控制裝置15，用于耦合光束的微光學(xué)組件19，具有三個(gè)馬赫一叁得干涉儀調(diào)制器MZI、空間光束結(jié)合單元14的基片1和光束成形及光束偏轉(zhuǎn)單元10。在載體11上裝配著具有出光窗口21的、把所有組件保護(hù)在內(nèi)的外殼20。
圖10示出若干部件的集成，也就是光源7′、7″、7_，空間光束結(jié)合單元14中的帶狀波導(dǎo)2、8、9，帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_上的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17′、17″、17_，控制單元15，以及光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10集成在載體11上用于產(chǎn)生實(shí)象。信號S1、S2、S3控制光源7′、7″、7_。
信號S4′、S4″、S4_各控制一個(gè)帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17′、17″、17_。光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10在包括有一個(gè)屏幕5或一個(gè)投影屏幕的投影平面上產(chǎn)生實(shí)象圖象。在公共寬帶帶狀波導(dǎo)9輸出端的分散光束通過光束成形光學(xué)系統(tǒng)在投影平面上投影成光點(diǎn)。該光點(diǎn)通過光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10偏轉(zhuǎn)并依次按順序投射在投影平面。
圖11示出若干部件的集成，也就是光源7′、7″、7_，空間光束結(jié)合單元14中的帶狀波導(dǎo)2、8、9，帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17′、17″、17_，控制單元15，以及光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10集成在載體11上，用于產(chǎn)生可以被人眼12直接看到的虛象。
前題條件是人眼12位于由公共寬帶帶狀波導(dǎo)9及光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10組成的系統(tǒng)光軸上。這可以通過在眼前使用一個(gè)適宜的支撐物(助視器)，在玻璃(車輛上的擋風(fēng)玻璃)上投影圖象，或者通過一個(gè)小孔觀察圖象(監(jiān)視顯示)的方法加以實(shí)現(xiàn)。視覺缺陷“視力缺陷”可以通過在光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10中圖象點(diǎn)投影的適當(dāng)調(diào)整來測量和補(bǔ)償。彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)可以通過圖10所示的相類似的方式加以控制。
圖12至17示出空間光束結(jié)合單元14的其它集成光學(xué)實(shí)施方案，其中，兩個(gè)帶狀波導(dǎo)的耦合點(diǎn)6如果必要可以主動的施加影響，就是說可以控制。圖中各示出了一個(gè)單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)(EOBSW)?？煽伛詈宵c(diǎn)13的構(gòu)成是用于可控的空間光束結(jié)合和/或可控的光束偏轉(zhuǎn)?？煽伛詈宵c(diǎn)13以雙模干涉為基礎(chǔ)作為x-耦合器、定向耦合器、平行帶狀耦合器或BOA工作。
圖13至16示出單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)的交叉，其中，交叉點(diǎn)為無源耦合點(diǎn)6、或可控耦合點(diǎn)13、或完全無源帶狀波導(dǎo)的交叉點(diǎn)。
圖12示出了一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其中，由具有可控耦合點(diǎn)13的單模集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)構(gòu)成的光束結(jié)合單元14可由一個(gè)控制信號主動加以影響。三個(gè)波長λ1、λ2和λ3的光各耦合入一個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_中。單模寬帶帶狀波導(dǎo)2″、2_中的光成分在有源耦合點(diǎn)13′處空間聚合，其強(qiáng)度可通過在該處的外加控制信號S7′控制，并在單模寬帶帶狀波導(dǎo)8中繼續(xù)傳輸。單模寬帶帶狀波導(dǎo)8中的光成分和單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′中的光成分借助控制信號S7″在有源耦合點(diǎn)13″處完成相同的過程。強(qiáng)度或幅度調(diào)制各依據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性，可以通過光源7和/或可控耦合點(diǎn)13完成?？臻g結(jié)合的、強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LVM可由單模寬帶帶狀波導(dǎo)9耦合入光束成形或光束偏轉(zhuǎn)裝置10。
圖13示出兩個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′和2″與另一單模寬帶帶狀波導(dǎo)9以2×1矩陣形式的交叉。兩個(gè)交叉點(diǎn)形成可控耦合點(diǎn)13。光可耦合入E1、E2和/或E3的輸入端?？刂瓶煽伛詈宵c(diǎn)13′和13″以便將空間聚合的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LVM可以由單模寬帶帶狀波導(dǎo)9中耦合出來。該裝置最好以時(shí)分復(fù)用方式工作(見圖8)以避免由不同光成分的調(diào)制相互影響而可能產(chǎn)生的問題。
圖14示出三個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_與另一個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)9的交叉(3×1矩陣)?？煽伛詈宵c(diǎn)13控制空間光束結(jié)合和光束偏轉(zhuǎn)。三種波長為λ1、λ2和λ3的光各耦合入單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_其中之一中?？煽伛詈宵c(diǎn)13起著光門的作用，它可以允許單模寬帶帶狀波導(dǎo)9中的光沿光出射方向完全不受影響地通過，然而在單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_中波長為λ1、λ2、λ3的光成分隨所加控制信號S7′、S7″、S7_的作用以不同的電光效率偏轉(zhuǎn)到公共單模寬帶帶狀波導(dǎo)9的方向并空間結(jié)合。在單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_中未被偏轉(zhuǎn)的部分繼續(xù)傳輸至盲輸出端B。可控耦合點(diǎn)13′、13″和13_是如此設(shè)計(jì)的，即它們對各所選定的波長λ1、λ2或λ3同時(shí)起著特定波長調(diào)制器、光成分空間結(jié)合器和特定波長偏轉(zhuǎn)器的作用。
耦合點(diǎn)13′調(diào)制波長為λ1的光。波長為λ2和λ3的光可不受干擾地通過該耦合點(diǎn)。耦合點(diǎn)13″調(diào)制波長為λ2的光。波長為λ1和λ3的光可不受干擾地通過該耦合點(diǎn)。耦合點(diǎn)13_調(diào)制波長為λ3的光。波長為λ1和λ2的光可不受干擾地通過該耦合點(diǎn)。
經(jīng)空間聚合、強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LVM可在公共單模寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端提供投影使用。未被利用的光成分到達(dá)盲輸出端B。
光成分λ1、λ2和λ3在可控耦合點(diǎn)13′、13″和13_可能出現(xiàn)的相互影響可以通過控制信號S1、S2、S3、S7′、S7″和S7_的相應(yīng)的電子調(diào)整方法來糾正。但是，如果三個(gè)光成分由光源以時(shí)間順序發(fā)射(時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式)和分別加以調(diào)制，則該裝置可以特別容易實(shí)現(xiàn)。
在這種情況下，各可控耦合點(diǎn)13的功能限制在相應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)所要處理的光成分的強(qiáng)度調(diào)制和偏轉(zhuǎn)。其它耦合點(diǎn)是無源的并且在寬帶波導(dǎo)9的方向是導(dǎo)通的。
圖15示出具有耦合點(diǎn)6的空間光束結(jié)合單元14的另一個(gè)集成光學(xué)實(shí)施方案，耦合點(diǎn)6是由波導(dǎo)交叉構(gòu)成的。單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_與另一個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)9相交。耦合點(diǎn)6是一個(gè)用于空間光束結(jié)合和光束偏轉(zhuǎn)的無源單元。為了進(jìn)行光成分強(qiáng)度或幅度的調(diào)制，調(diào)制裝置17′、17″和17_各安裝在單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_其中之一上，這些波導(dǎo)允許波長為λ1、λ2和λ3的光依賴于所加控制信號S4′、S4″和S4_的電光控制以不同的強(qiáng)度通過。無源耦合點(diǎn)6用作光偏轉(zhuǎn)器，在耦合點(diǎn)中各光成分被空間聚合并導(dǎo)入單模寬帶帶狀波導(dǎo)9和傳輸至光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10。
圖16示出空間光束結(jié)合單元14的另一個(gè)集成光學(xué)實(shí)施方案，該單元由空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)13構(gòu)成。三個(gè)波長為λ1、λ2和λ3的光被各耦合入單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_其中之一中。單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_與另外四個(gè)單模寬帶帶狀波導(dǎo)8′、8″、8_和9相交。為闡明其功能，波導(dǎo)交叉點(diǎn)以矩陣形式示出。在由行和列2′-8′、2″-8″和2_-8_確定的交叉點(diǎn)上，交叉點(diǎn)構(gòu)成調(diào)制裝置17′、17″和17_。這些單元用于三束光成分的強(qiáng)度或幅度調(diào)制。
可控耦合點(diǎn)13′、13″和13_排列于行和列2′-9、2″-9和2_-9的交叉點(diǎn)上。這些單元用于光成分的空間聚合。它們被控制，以便實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度或幅度調(diào)制的光成分LM的聚合，然后將單模寬帶帶狀波導(dǎo)9輸出端的被強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制以及空間聚合的光LMV發(fā)射至光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10。不需要的光成分被傳輸至盲輸出端B。但是行和列2′-9、2″-9和2_-9的交叉點(diǎn)也可能是無源耦合點(diǎn)6′、6″和6_(從原理上講，這些可控耦合點(diǎn)13沒有控制)，以便將光成分空間聚合。然后，借助光源7或在單模寬帶帶狀波導(dǎo)2中進(jìn)行調(diào)制。
圖17示出了具有可調(diào)制的單模寬帶帶狀波導(dǎo)2和作為可控耦合點(diǎn)13的定向耦合器的一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)。為了對光成分進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制，調(diào)制裝置17′、17″和17_各裝配于單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_其中之一上，調(diào)制三束波長為λ1、λ2和λ3的光。
單模寬帶帶狀波導(dǎo)2′和8以及單模寬帶帶狀波導(dǎo)2″和2_在空間相互平行并組成一個(gè)集成光學(xué)的定向耦合器(可控耦合點(diǎn)13)。
依據(jù)實(shí)際上實(shí)現(xiàn)定向耦合器的可能性，如果能成功的將具有足夠效率(從技術(shù)上看)的光成分耦合到公共單模寬帶帶狀波導(dǎo)8和9，則可控耦合點(diǎn)13的控制就不是必須的了。如果在沒有控制的情況下不能得到高效耦合。則要控制定向耦合器以便將光成分切換或偏轉(zhuǎn)進(jìn)入公共單模寬帶帶狀波導(dǎo)8和9中。在這種情況下只有光源的時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的。
圖18示出了一個(gè)用于產(chǎn)生立體彩色圖象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)。該裝置可按上述示例其中之一構(gòu)成。在本例中此裝置與圖2所述裝置的原理相仿。所不同的在于三個(gè)波導(dǎo)2′、2″和2_被聚合在一個(gè)無源耦合點(diǎn)6。
一個(gè)偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器PD附加安裝在空間光束結(jié)合單元14的光輸出端，該偏振旋轉(zhuǎn)器PD由來自控制單元15的控制信號S8切換。觀察者的眼睛12通過置于眼前的偏振鏡P，例如，通過一副特殊的眼鏡觀看投影到屏幕5上的圖象。
偏振旋轉(zhuǎn)器PD快速地依次在第一方位把圖象傳送給左眼，在第二方位把圖象傳給右眼。偏振調(diào)制的波長選擇能力要求系統(tǒng)以時(shí)分復(fù)用方式運(yùn)行。
光成分的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制和空間聚合的光的偏轉(zhuǎn)控制的可能的高頻率保證該立體圖象產(chǎn)生方法以高的質(zhì)量加以實(shí)現(xiàn)。
每一個(gè)偏振旋轉(zhuǎn)器PD可以(如圖18所示代替公共寬帶帶狀波導(dǎo)9)一一對應(yīng)的安裝在每一個(gè)帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_上(未示出)。
另一方面該系統(tǒng)亦可用于虛的立體彩色圖象的產(chǎn)生(未示出)圖19示出光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元的一些實(shí)例，其功能被分配給一個(gè)光束成形裝置3和一個(gè)光束偏轉(zhuǎn)裝置4—a)借助透鏡3或透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光束成形和借助一可移動的反光鏡(掃描器)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4，—b)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形和借助一可微機(jī)械運(yùn)動的反光鏡實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4，—c)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形，借助可移動的棱鏡實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4，—d)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形，借助折射率可變的棱鏡實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4，例如，借助通過外部電場E產(chǎn)生的電光效應(yīng)，—e)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形，借助可移動的光柵實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4。這里應(yīng)注意不同波長衍射角不同，因此當(dāng)波長改變時(shí)必須調(diào)整光柵角，就是說光柵要高頻運(yùn)動。在這種情況下只有時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的。
—f)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形和借助折射率的梯度垂直于光的傳播方向的介質(zhì)，例如該梯度可通過非均勻外部電場E產(chǎn)生的電光效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)。
—g)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形和借助在薄層波導(dǎo)內(nèi)由聲光效應(yīng)產(chǎn)生的光柵實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4。公共寬帶波導(dǎo)終止于一小薄片并變?yōu)橐槐硬▽?dǎo)。
根據(jù)需要，可使用一個(gè)集成光學(xué)透鏡27把由寬帶波導(dǎo)輸出的光調(diào)整平行。
所產(chǎn)生的一束聲表面駐波或行波垂直于光的傳播方向；該聲波在薄層波導(dǎo)中將光衍射。聲波長必須是可變化的以便對每一個(gè)波長的光產(chǎn)生相同的偏轉(zhuǎn)角，就是說，產(chǎn)生聲波的叉指狀轉(zhuǎn)換器(未示出)只允許有一對或幾對電極，或必須是起所謂線性調(diào)頻功能的電極結(jié)構(gòu)，以便增大帶寬。在這種情況下只有時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的。
—h)借助透鏡3實(shí)現(xiàn)光束成形和通過在體材料中一個(gè)聲光產(chǎn)生的光柵實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)4。垂直于光的傳播方向產(chǎn)生一聲表面駐波或行波，該聲波使光衍射。為使每一個(gè)波長的光產(chǎn)生相同的偏轉(zhuǎn)角，必須相應(yīng)地調(diào)整聲波波長。在這種情況下，只有時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的。
圖20示出光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元的幾個(gè)實(shí)例，其光束成形和光束偏轉(zhuǎn)的功能被集成在一個(gè)組件中a)借助一個(gè)移動的和聚焦的反光鏡(掃描器)；b)借助一個(gè)微機(jī)械運(yùn)動的和聚焦的反光鏡；c)借助一個(gè)運(yùn)動的和聚焦的光柵；這里需要注意，不同的波長具有不同的衍射角，因此在改變波長時(shí)需要調(diào)整光柵角；就是說；光柵以行或以圖象方式運(yùn)動依次各用三個(gè)波長λ1、λ2和λ3其中之一掃描。在這種情況下，只有時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的；d)借助一個(gè)垂直于光傳播方向、例如壓電的、運(yùn)動的微透鏡；e)借助于一個(gè)垂直于光傳播方向、例如壓電的、運(yùn)動的透鏡；f)借助一個(gè)可調(diào)制的、可聚焦的輸出耦合光柵；在此情況下，只有時(shí)分復(fù)用運(yùn)行方式是可能的；g)借助一個(gè)機(jī)械的、例如壓電的、可翻轉(zhuǎn)的與一輸出耦合光學(xué)系統(tǒng)(透鏡)相連接的光導(dǎo)纖維。
圖21示出一彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其中，在帶狀波導(dǎo)2″和2_上安裝頻率變換器Fu，例如準(zhǔn)相位匹配元件。
如果一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)使用激光二極管作光源7，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平，提供適用的藍(lán)和綠色光往往是很困難的。然而，如果襯底1使用非線性光學(xué)有源材料(例如KTiOPO4)則可以應(yīng)用二次諧波產(chǎn)生原理。在KTiOPO4中，可以應(yīng)用準(zhǔn)相位匹配原理，由紅外泵光產(chǎn)生二次諧波光，即產(chǎn)生綠光或藍(lán)光。
此處，在泵光波與二次諧波之間必須實(shí)現(xiàn)相位匹配。為此把一截帶狀波導(dǎo)以適當(dāng)方式分成小段，以便實(shí)現(xiàn)盡可能高效的鐵電疇的反轉(zhuǎn)。于是足夠大功率的泵光就能產(chǎn)生半波長的光。
波長為λ2的光轉(zhuǎn)換成波長為λ4的光；波長為λ3的光轉(zhuǎn)換成λ5的光。
例如光源7′發(fā)射波長為λ1＝647nm的紅光。而光源7″發(fā)射例如波長為λ2＝1064nm的光，此光經(jīng)準(zhǔn)相位匹配元件Fu″轉(zhuǎn)換成波長為λ4＝532nm的綠光。
光源7_發(fā)射例如波長為λ3＝830nm的光，該光經(jīng)準(zhǔn)相位匹配元件Fu_轉(zhuǎn)換成波長為λ5＝415nm的藍(lán)光。在光成分空間結(jié)合之后，在公共寬帶波導(dǎo)9的輸出端借助光源可為光束成形和光束偏轉(zhuǎn)提供強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合的光LMV。
圖22示出了一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，波長為λ0的光耦合入帶狀波導(dǎo)9′。在耦合點(diǎn)6′把光分成具有相同波長λ0的三個(gè)光分量。這些光分量分別導(dǎo)入各一條帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中。在帶狀波導(dǎo)2的每一個(gè)波導(dǎo)中安裝一個(gè)頻率變換元件并且其后安裝一個(gè)調(diào)制裝置17。各頻率變換元件是這樣設(shè)計(jì)的，即由波長λ0的光產(chǎn)生相應(yīng)的另外一種波長的光，例如紅、綠和藍(lán)色的光，這些光在各所屬調(diào)制裝置17中分別進(jìn)行強(qiáng)度或幅度調(diào)制。波長為λ1、λ2和λ3的調(diào)制光成分在無源耦合點(diǎn)6空間聚合并在公共單模寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端作為強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的、空間聚合的光LMV耦合出來。頻率變換器Fu按產(chǎn)生高次諧波，和頻和/或差頻的原理工作(見M.L.Sundneimer，A.Villeneuve，G.l.stegemann and J.D.Bierlein的文章“利用一個(gè)單一光源在一分段的KTP波導(dǎo)中同時(shí)產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)光”，Electronics Letters，Vol.30(1994)，No.12，PP975-976)。
圖23示出了一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其可調(diào)制的光成分是用集成濾色器Fi由一波長范圍ΔλE濾色，尤其由白光濾色而產(chǎn)生的。
光源7向?qū)拵畈▽?dǎo)9′的輸入端發(fā)射白光。寬帶帶狀波導(dǎo)9′經(jīng)耦合點(diǎn)6′分成三個(gè)寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_。在這些寬帶帶狀波導(dǎo)的每一個(gè)波導(dǎo)中各安裝一濾色器Fi′、Fi″和Fi_，這些濾色器允許波長為λ1、λ2和λ3的光或窄帶波長范圍，例如帶寬為10nm的光通過，它們對應(yīng)于紅、綠和藍(lán)色。
在需要時(shí)，濾色器Fi可借助控制信號S9調(diào)整或控制。
在濾色器后面，在寬帶帶狀波導(dǎo)2的每一波導(dǎo)中，只有一種波長或一窄帶波長范圍的光成分，如上已述，這些光成分將被調(diào)制和空間聚合。然后，強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合的光LMV到達(dá)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10，該單元把光投到屏幕5上。象點(diǎn)的光成分經(jīng)加色混合產(chǎn)生所希望的彩色印象。
在使用光譜燈(例如汞高壓蒸汽燈)作為光源7的情況下，在各個(gè)波導(dǎo)2中的濾色器Fi其窄帶特性只需達(dá)到這樣的程度，即它們只允許所需要的譜線通過。
圖24示出了一個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用了從寬的波長譜，尤其是從白光中濾除某特定波長范圍ΔλE的光成分的效應(yīng)(減色混合)。
彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)利用一個(gè)發(fā)射白光的光源7，該光耦合入寬帶帶狀波導(dǎo)9′。在耦合點(diǎn)6′白光被分配到寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中。
在寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_中，安裝了選擇波長的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17，這些調(diào)制器以電光的或另一調(diào)制方式對波長依賴關(guān)系為基礎(chǔ)，隨所加控制信號S9只濾除光譜的一部分。因此剩余部分顯示的是其互補(bǔ)色。在寬帶波導(dǎo)2′、2″和2_中所傳輸?shù)?，?jīng)濾色的和強(qiáng)度或幅度調(diào)制的光成分在耦合點(diǎn)6被空間聚合并耦合入光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10。
在適當(dāng)設(shè)計(jì)選擇波長的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17(例如以電光馬赫—叁得干涉儀調(diào)制器的形式)的情況下，該裝置的結(jié)構(gòu)非常簡單。
載體11用于支撐白光光源7，空間光束結(jié)合單元14′(此處，該單元由寬帶波導(dǎo)9′、8′、2′、2″和2_還有耦合點(diǎn)6′組成并實(shí)現(xiàn)光束分配功能)、與寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″和2_和另外空間光束結(jié)合單元14連接的選擇波長的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17′、17″和17_(單元14由寬帶帶狀波導(dǎo)2′、2″、2_、8、9和無源耦合點(diǎn)6組成)和支撐光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10。
圖25示出了幾個(gè)彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中從一寬波長范圍的光中濾除特定的波長范圍ΔλE并投影產(chǎn)生彩色圖象的彩色光點(diǎn)。
因?yàn)楫?dāng)前尚不知具有可調(diào)優(yōu)質(zhì)彩色圖象所需色值的一種彩色濾色器，所以這種解決方案只能用于要求彩色顯示質(zhì)量放在次要地位的彩色圖象。
如果該裝置以時(shí)分復(fù)用方式運(yùn)行并且三種光成分相互重疊實(shí)現(xiàn)加色混合，則可實(shí)現(xiàn)滿足所有要求的高彩色顯示質(zhì)量。
根據(jù)圖25a，波長譜ΔλE的光，例如白光，耦合入寬帶帶狀波導(dǎo)9。在寬帶帶狀波導(dǎo)9上安裝濾色元件Fi。借助濾色元件Fi并依據(jù)所加控制信號S9由波長譜ΔλE中濾除若干特定的波長或波長范圍。幅度或強(qiáng)度調(diào)制在光源7中進(jìn)行或借助光源7和濾色器Fi之間的另一調(diào)制裝置進(jìn)行(未示出)。
根據(jù)圖25b，波長譜ΔλE的光，例如白光，耦合入寬帶帶狀波導(dǎo)9。在寬帶帶狀波導(dǎo)9上安裝濾色元件Fi和強(qiáng)度或幅度調(diào)制裝置17。借助濾色元件Fi并根據(jù)所加控制信號S9從波長譜ΔλE中濾除若干特定波長或波長范圍。
這里，強(qiáng)度或幅度調(diào)制裝置17不一定必須是波長選擇的。
在寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端有一波長譜ΔλA的調(diào)制光LM提供給光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10作進(jìn)一步處理。
圖25c示出了圖25b所示彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施結(jié)構(gòu)。其中EOBSW用作寬帶帶狀波導(dǎo)。電光可控集成光學(xué)馬赫—叁得干涉儀結(jié)構(gòu)MZI用作濾色器Fi，該結(jié)構(gòu)以其波長選擇特性為基礎(chǔ)濾除可用控制信號S9(控制電壓)調(diào)整的波長范圍。如果光源7發(fā)射白光，那么透射的光就是濾除光成分的互補(bǔ)色。用控制信號S4(控制電壓)進(jìn)行電光控制的截止調(diào)制器用作強(qiáng)度或幅度調(diào)制器17。在單模寬帶帶狀波導(dǎo)9的輸出端有一波長譜ΔλA的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LM提供進(jìn)一步處理。
在圖25的各實(shí)例中，光由光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10作為彩色組成的象點(diǎn)投影到屏幕5上并由人眼12看到。
實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的先決條件是，濾色元件必須能用其濾色特性調(diào)出各種所希望的色值。用一個(gè)單一的濾色元件不可能提供含有全部色彩細(xì)微差別的彩色圖象所必須的所有色值。為了提供有限的，但是對許多應(yīng)用(例如反射到玻璃板上)足夠的色值范圍，在圖25a、25b和25c中所述的方案是完全夠用的。
然而，為了能夠獲得高質(zhì)量彩色圖象所需的全部色值，加色混合需要至少三種彩色成分。
因此，對至少三個(gè)應(yīng)組成一個(gè)色值的光脈沖按時(shí)分復(fù)用彩色點(diǎn)產(chǎn)生原理作進(jìn)一步處理(見圖8所示)。借助光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10，一個(gè)第一彩色組合的光在第一時(shí)間段內(nèi)投影成一個(gè)點(diǎn)。至少一個(gè)第二和一個(gè)第三彩色組合的光在隨后的時(shí)間段內(nèi)被投影到同一象點(diǎn)。在眼睛中完成在這個(gè)點(diǎn)上投影的至少三個(gè)彩色成分的生理的彩色混合。
圖26示出了一個(gè)根據(jù)專利申請DE 31 52 020 A1已知的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)成一種類別。該系統(tǒng)利用光導(dǎo)管F傳導(dǎo)光束。每一個(gè)光導(dǎo)管F以其起始端與光源7耦合。各管的另外一端導(dǎo)向光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元10，使各管的出射面相互靠的很近的位于一個(gè)平面區(qū)域內(nèi)。
圖27示出了了一個(gè)產(chǎn)生虛象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供測定和校正視覺缺陷斜視的可能方法。立體圖象的產(chǎn)生根據(jù)圖18所介紹的原理通過產(chǎn)生兩個(gè)不同偏振方向的圖象來實(shí)現(xiàn)，用偏振眼鏡觀察時(shí)得到立體圖象。借助一個(gè)起偏振棱鏡PP把兩束偏振光在空間分開。為校正視覺缺陷所需的兩偏振光軸的傾斜是用控制信號S10控制光束偏轉(zhuǎn)器SA(棱鏡)的傾斜度實(shí)現(xiàn)的。兩光軸間距的調(diào)整可借助控制信號S10線性移動光束偏轉(zhuǎn)器SA來實(shí)現(xiàn)。起偏振棱鏡PP和光束偏轉(zhuǎn)器SA安裝在光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元與起偏振器P之間。用此裝置開辟了新的醫(yī)學(xué)和醫(yī)療學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。
圖28示出了一個(gè)產(chǎn)生實(shí)象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供測定和校正視覺缺陷斜視的可能方法。立體圖象的產(chǎn)生根據(jù)圖18所介紹的原理通過產(chǎn)生兩個(gè)不同偏振方向的圖象來實(shí)現(xiàn)，用偏振眼鏡觀察這些圖象時(shí)得到立體圖象。借助一個(gè)起偏振棱鏡PP把兩束偏振光在空間分開。為校正視覺缺陷所需兩偏振光軸的斜傾，用控制信號S10控制光束偏轉(zhuǎn)器SA(棱鏡)的傾斜度來實(shí)現(xiàn)。兩光軸間距的調(diào)整可借助控制信號S10線性移動光束偏轉(zhuǎn)器SA來實(shí)現(xiàn)。起偏振棱鏡PP和光束偏轉(zhuǎn)器SA安裝在屏幕5和起偏振器P之間。用此裝置開辟了新的醫(yī)學(xué)和醫(yī)療學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。
圖29示出了一個(gè)用于彩色印刷的混色系統(tǒng)。與圖9相似，強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光用一個(gè)光束成形裝置3從波導(dǎo)9輸出耦合出來，并對準(zhǔn)光束偏轉(zhuǎn)裝置4，在此圖中為一個(gè)多棱鏡，通過該裝置與彩色和強(qiáng)度調(diào)制進(jìn)行同步運(yùn)動在光敏面26上掃描一圖象行，從而產(chǎn)生一彩色印刷行。圖象的形成通過光敏面26(紙)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)或通過在運(yùn)動的光敏面26上所寫出的行轉(zhuǎn)換到可印刷的介質(zhì)(與激光打印機(jī)中的印刷軸相似)上來實(shí)現(xiàn)。另一可選擇的方案是同二維偏轉(zhuǎn)印刷在不移動的光敏面上。
參考符號1襯底，襯底材料2波導(dǎo)3光束成形裝置(光學(xué)系統(tǒng))4光束偏轉(zhuǎn)裝置(偏轉(zhuǎn)鏡)5屏幕6無源耦合點(diǎn)7光源8波導(dǎo)9波導(dǎo)，公共波導(dǎo)10 光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元11 載體12 人眼13 可控耦合點(diǎn)14 光束空間結(jié)合單元15 控制單元16 微光學(xué)透鏡17 調(diào)制裝置(強(qiáng)度或幅度調(diào)制器)18 恒溫裝置19 光束耦合組件(微光學(xué)系統(tǒng)組件)20 外殼21 出射光窗口22 電源23 控制信號輸入端24 彩色圖象參數(shù)操作信號輸入端25 吸收器26 光敏面27 薄膜波導(dǎo)中的透鏡A輸出端B盲輸出端xyz 座標(biāo)系統(tǒng)λ、λ0、λ1、λ2、λ3、λ4、λ5波長ΔλE、ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3耦合λ的波長范圍ΔλA耦合出的波長范圍E1、E2、E3輸入端A1、A2、A3輸出端S1、S2、S3光源控制信號S4強(qiáng)度或幅度調(diào)制裝置的控制信號S5光束成形控制信號S6光束偏轉(zhuǎn)控制信號S7可控耦合點(diǎn)的控制信號S8偏振旋轉(zhuǎn)器控制信號S9濾色器控制信號S10可翻轉(zhuǎn)光束偏轉(zhuǎn)器(棱鏡)控制信號F 光導(dǎo)纖維PD 偏振旋轉(zhuǎn)器P 起偏振器AM 強(qiáng)度或幅度調(diào)制器MZI馬赫—叁得干涉儀-結(jié)構(gòu)LV空間聚合的光LM強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LVM空間聚合的、強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光LMV強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合的光Fi 濾色器Fu 頻率變換器(準(zhǔn)相位匹配元件)BPi象點(diǎn)PP 起偏振棱鏡SA 光束偏轉(zhuǎn)器
權(quán)利要求
1.彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的組成，由—至少一個(gè)光源(7)，該光源向至少一個(gè)光波導(dǎo)(2或9)發(fā)射至少一個(gè)波長(λ)或一個(gè)波長范圍(ΔλE)的光，—一個(gè)控制單元(15)，該控制單元與至少一個(gè)控制光強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的可控調(diào)制裝置(17)以及與一個(gè)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)連接，—光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)，借助該單元強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的光利用控制單元(15)與調(diào)制的控制同步可向至少一個(gè)空間方向偏轉(zhuǎn)并以數(shù)字的(光點(diǎn))或模擬的(光束)形式掃描一組圖象，其特征在于，—在至少一個(gè)光源(7)和光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)之間安裝一個(gè)載體(11)，在該載體上至少設(shè)置一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)，使至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)能夠有效地傳輸所應(yīng)用的波長或波長范圍，把強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的光射入光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在該系統(tǒng)中為了高質(zhì)量彩色圖象的顯示設(shè)置至少兩個(gè)互不相關(guān)的可控調(diào)制裝置用于掃描光束的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制，—在至少一個(gè)光源(7)中，和/或—在至少一個(gè)光源(7)和載體(11)之間具有至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)和/或—在載體(11)上具有至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)和/或—在具有至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)的載體(11)與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)之間，其中由下列調(diào)制類型中—強(qiáng)度或幅度調(diào)制，和/或—相位調(diào)制，和/或—與一個(gè)偏振器或一個(gè)起偏振的光波導(dǎo)相結(jié)合的偏振調(diào)制，和/或—彩色調(diào)制(光的光譜組成)至少這些調(diào)制類型中的兩種使用至少一次，或這些調(diào)制類型中的一種使用至少兩次，從而特別是下列方案是可能的，—在至少兩個(gè)光源中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，—在至少一個(gè)光源中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和在至少一個(gè)光波導(dǎo)中的彩色調(diào)制，—光源的彩色調(diào)制和至少一個(gè)光波導(dǎo)中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，—在至少兩個(gè)光波導(dǎo)中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，—在至少一個(gè)光源和至少與另一光源相連接的一個(gè)光波導(dǎo)中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，和—光源的彩色調(diào)制和在光波導(dǎo)中的強(qiáng)度或幅度調(diào)制，此外通過任意一個(gè)信號、特別是電視信號、視頻信號、聲頻信號、計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信號或測量裝置的信號來實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，由下列部件組成—至少兩個(gè)光源(7′、7″)，用這些光源將不同光波長(λ1和λ2)或不同波長范圍(ΔλE，1和ΔλE，2)的光成分耦合入各一光波導(dǎo)(2′、2″)并可以有效的傳輸?！辽賰蓚€(gè)光波導(dǎo)(2′、2″)，其中，在光波導(dǎo)(2′、2″)的輸出端設(shè)置一個(gè)無源耦合點(diǎn)(6)或一個(gè)可控耦合點(diǎn)(13)，—無源耦合點(diǎn)(6)或可控耦合點(diǎn)(13)，由該耦合點(diǎn)向外引出至少一個(gè)光波導(dǎo)(9)，—延伸敷設(shè)的光波導(dǎo)(9)，由其輸出端可耦合出強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合光(LMV或LVM)，其中，至少三個(gè)光波導(dǎo)(2′、2″、9)和無源耦合點(diǎn)(6)或可控耦合點(diǎn)(13)組成一個(gè)空間光束結(jié)合單元(14)，并且其中各波長(λ1和λ2)或各波長范圍(ΔλE，1和ΔλE，2)的光分量相應(yīng)于控制單元(15)的控制以適當(dāng)方式可互不相關(guān)的進(jìn)行調(diào)制，和—光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)，該單元與延伸敷設(shè)的光波導(dǎo)(9)連接。(圖1)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，由下列部件組成—一個(gè)光源(7)，其多個(gè)分立波長(λ1、λ2、λ3…)或多個(gè)分立波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3…)或一個(gè)波長范圍(ΔλE)的光可耦合入一個(gè)光波導(dǎo)(9)，該光波導(dǎo)能夠有效地傳輸所用波長或波長范圍，并且能在此光波導(dǎo)(9)中高效率的傳輸，和—光波導(dǎo)(9)，在該光波導(dǎo)中光以適當(dāng)方式根據(jù)控制單元(15)的控制是可以進(jìn)行強(qiáng)度和幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的，并在其輸出端可以耦合出強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的光成分(ΔλA、LM)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，其中至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)是一個(gè)寬帶波導(dǎo)，特別是一個(gè)白光波導(dǎo)并且該寬帶波導(dǎo)是—一個(gè)集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)，特別是一個(gè)白光帶狀波導(dǎo)，或—一個(gè)寬帶光導(dǎo)纖維或—一個(gè)寬帶準(zhǔn)波導(dǎo)，特別是一個(gè)ARROW。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，三個(gè)波導(dǎo)(2、2″、9)和無源耦合點(diǎn)(6)或可控耦合點(diǎn)(13)組成一個(gè)空間光束結(jié)合單元(14)并且每一個(gè)波導(dǎo)或是—一個(gè)光導(dǎo)纖維和有一個(gè)光導(dǎo)纖維耦合器，或是—一個(gè)帶狀波導(dǎo)，特別是一個(gè)集成光學(xué)帶狀波導(dǎo)和有一帶狀波導(dǎo)耦合器，特別是一個(gè)白光帶狀波導(dǎo)耦合器，或是—一個(gè)準(zhǔn)波導(dǎo)，特別是一個(gè)ARROW，和有一準(zhǔn)波導(dǎo)耦合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于載體(11)或是—至少一個(gè)寬帶光導(dǎo)纖維的支撐，或是一襯底(1)的支撐，其中，在襯底(1)內(nèi)或襯底(1)上形成至少一個(gè)集成光學(xué)寬帶帶狀波導(dǎo)或者至少一個(gè)寬帶準(zhǔn)波導(dǎo)，特別是一個(gè)ARROW。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，空間光束結(jié)合單元(14)由同類或不同類光導(dǎo)纖維和/或帶狀波導(dǎo)和/或準(zhǔn)波導(dǎo)的組合制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在波導(dǎo)的無源耦合點(diǎn)(6)中，光成分的無源空間聚合可通過以下方式實(shí)現(xiàn)，—利用一個(gè)Y-分支器，或—利用一個(gè)集成光學(xué)切換和分配器元件，諸如X-耦合器或BOA或定向耦合器或平行帶狀線耦合器，或—集成光學(xué)和/或微光學(xué)反射器，諸如反光鏡、光柵或棱鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″、9)都是無源的，并且有一個(gè)波導(dǎo)無源耦合點(diǎn)(6)，和在光源(7′和7″)中光成分(具有波長λ1和λ2)的調(diào)制是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，即通過調(diào)整光源的光功率(例如，通過控制光源的二極管電流)或通過調(diào)整光強(qiáng)度(例如通過改變光源—波導(dǎo)的耦合效率)或通過光束的衰減(例如通過在光源后的可調(diào)光闌或吸收器)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在波導(dǎo)(2′、2″、9)中的至少一個(gè)波導(dǎo)中的光是可以強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和/或耦合點(diǎn)是一可控耦合點(diǎn)(13)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3和5至11所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，—三個(gè)光源(7′、7″、7 _)各向一空間光束結(jié)合單元(14)發(fā)送不同波長(λ1、λ2、λ3)或波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的光，—這些光可耦合入三個(gè)波導(dǎo)(2′、2″、2_)中的各一個(gè)輸入端，—波導(dǎo)(2′、2″、2_)在其輸出端、在至少一無源耦合點(diǎn)(6)或一可控耦合點(diǎn)(13)向另一波導(dǎo)(9)聚合，使空間聚合的光在另一個(gè)波導(dǎo)(9)的輸出端是可以耦合出來的，此外，—到達(dá)一個(gè)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)內(nèi)，從而可向空間投射，其中—各波長(λ1、λ2、λ3)或各波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的光成分可以以適當(dāng)方式互不相關(guān)的進(jìn)行調(diào)制，和—空間聚合光的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)在至少一個(gè)空間方向與三個(gè)光源相應(yīng)光成分調(diào)制的控制同步進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，三個(gè)光成分(λ1、λ2、λ3或波長范圍ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)可以耦合入每一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″、3_)中，這些光成分對應(yīng)于具有紅、綠和藍(lán)原色的彩色系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，通過加色混合產(chǎn)生人眼可以觀察到的實(shí)彩色圖象(電視圖象或視頻圖象)，其中借助光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光投影到一個(gè)屏幕(5)或一個(gè)投影屏上，并且在那里空間緊密相鄰的、并且時(shí)間快速的依次排列的單個(gè)象點(diǎn)或偏轉(zhuǎn)的光束在人眼(12)中產(chǎn)生連續(xù)在一起的圖象印象，其中在通過光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)產(chǎn)生平行光束的情況下，屏幕(5)的空間位置對圖象的清晰度必須毫無影響。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，通過加色混合產(chǎn)生人眼可以觀察到的虛彩色圖象(電視圖象或視頻圖象)，其中借助光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)，可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光偏轉(zhuǎn)到一個(gè)觀察空間，并且通過在空間緊密鄰近的和時(shí)間上快速依次排列的單個(gè)象點(diǎn)或光束在位于觀察空間內(nèi)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)光軸上的人眼(12)的視網(wǎng)膜上可以產(chǎn)生組合在一起的整體圖象印象。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求3和5至15中其中之一個(gè)或多個(gè)所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，作為相互交叉的波導(dǎo)的矩陣裝置，其中，交叉點(diǎn)或是a)波導(dǎo)的完全無源交叉，或是b)用于光成分空間聚合的無源耦合點(diǎn)(6)，或是c)用于強(qiáng)度或幅度調(diào)制和空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)(13)，并且可向每一個(gè)波導(dǎo)(2)耦合入光成分，并且在一個(gè)公共波導(dǎo)(9)的輸出端將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合的光(LMV或LVM)耦合出來。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為傳輸三種不同波長(λ1、λ2、λ3)或不同波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的光成分平行安裝了三個(gè)波導(dǎo)(2′、2″、2_)，并與另一波導(dǎo)(9)交叉，其中，交叉點(diǎn)是用于空間光束結(jié)合的無源耦合點(diǎn)(6)，并根據(jù)需要可以在三根波導(dǎo)(2′、2″、2_)中的每一個(gè)波導(dǎo)上安裝一個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(AM)，或者交叉點(diǎn)是用于空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)(13)，并且在公共波導(dǎo)(9)的輸出端可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合光(LMV或LVM)耦合出來。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了傳輸兩種不同波長(λ1、λ2)或不同波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2)的光成分而平行安裝了兩個(gè)波導(dǎo)(2′、2″)，并且與另一個(gè)波導(dǎo)(9)交叉，此外在公共波導(dǎo)(9)的輸入端可以耦合入另一波長(λ3)或另一波長范圍(ΔλE，3)的光，其中—交叉點(diǎn)是用于空間光束結(jié)合的無源耦合點(diǎn)(16)并且根據(jù)需要可以在耦合點(diǎn)前、在三根波導(dǎo)(2′、2″、9)中的每一個(gè)波導(dǎo)上安裝一個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(AM)，或者—交叉點(diǎn)是用于空間光束結(jié)合和/或光束偏轉(zhuǎn)的可控耦合點(diǎn)(13)，并且在公共波導(dǎo)(9)的輸出端，可以將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合光(LMV或LVM)耦合出來。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了傳輸三種不同波長(λ1、λ2、λ3)或波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的光成分而平行安裝三個(gè)第一組波導(dǎo)(2′、2″、2_)，并且這些波導(dǎo)與三個(gè)另外的波導(dǎo)(8′、8″、8_)和一個(gè)公共波導(dǎo)(9)交叉，其中—第一組波導(dǎo)與另一組波導(dǎo)的交叉點(diǎn)(2′與8′、2″與8″和2_與8_)是可控耦合點(diǎn)(13)，—第一組波導(dǎo)與公共波導(dǎo)的交叉點(diǎn)(2′與9、2″與9和2_與9)是無源耦合點(diǎn)(6)或可控耦合點(diǎn)(13)，并且—其余交叉點(diǎn)全是波導(dǎo)的無源交叉點(diǎn)，此外—除公共波導(dǎo)(9)外的所有波導(dǎo)(2′、2″、2_、8′、8″、8_)都有盲輸出端(B)，并且在公共波導(dǎo)(9)的輸出端可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的、空間耦合光(LMV或LVM)耦合出來。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至3和5至19中的一個(gè)或多個(gè)所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，至少兩個(gè)波長(λ1、λ2)或波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2)的光成分作為光脈沖可以在時(shí)間上依次耦合入各一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″)并且在無源耦合點(diǎn)(16)或可控耦合點(diǎn)(13)是可以空間上疊加在一起的，此外空間聚合的光成分在公共波導(dǎo)(9)中是可以通過調(diào)制裝置(17)以脈沖節(jié)拍加以控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求4所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在波導(dǎo)(9)的路徑中可以安裝一個(gè)用于強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的裝置(17)，其中用于彩色調(diào)制的裝置是一個(gè)可控濾色器(Fi)并且調(diào)制裝置(17)與控制單元(15)連接，而且特別是光的強(qiáng)度或幅度的調(diào)制，或者是—通過一個(gè)可控光源(7)，或者是—通過在波導(dǎo)(9)中在濾色器(Fi)前或其后安裝的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(17)來實(shí)現(xiàn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求4所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，混合色的色值可以以時(shí)分復(fù)用方式通過單個(gè)象點(diǎn)的空間疊加而產(chǎn)生。
23.根據(jù)權(quán)利要求4所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)象點(diǎn)的色值可以通過濾色器(Fi)直接整定。
24.根據(jù)權(quán)利要求4所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，—波導(dǎo)(9′)在至少一個(gè)無源耦合點(diǎn)(6′)中可以至少有一個(gè)分支，并且相同波長(λE)或相同波長范圍(ΔλE)的光成分是可在每一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″)中傳輸?shù)?，—在每一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″)中安裝一個(gè)濾色器(Fi)并且在需要時(shí)可以安裝一個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(17)，此外—在波導(dǎo)(2′、2″)中傳輸?shù)墓獬煞衷谥辽僭谝还膊▽?dǎo)(9)中的另一個(gè)無源耦合點(diǎn)(6)是可以空間聚合的、并在公共波導(dǎo)(9)的輸出端可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的，空間聚合的光(LMV)耦合出來(見圖23)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，—或者在波導(dǎo)(9′)中可耦合入一個(gè)波長(λ0)的光，在一個(gè)或多個(gè)無源耦合點(diǎn)(6′)是可分的，并且光成分在每一個(gè)波導(dǎo)(2′、2″、…)中均可以傳輸，或者—至少兩個(gè)波長的光(λ1、λ2…)是可以耦合入至少兩個(gè)波導(dǎo)(2′、2″，…)中，其中—在波導(dǎo)(2′、2″…)的至少一個(gè)波導(dǎo)中安裝一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器(Fu)，借助此轉(zhuǎn)換器以非線性光學(xué)效應(yīng)為基礎(chǔ)可以產(chǎn)生光基頻的高次諧波以及光的和頻和差頻，而且在需要時(shí)可以安裝一個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(17)，此外—在波導(dǎo)(2′、2″)中傳輸?shù)墓獬煞衷谥辽僭谝还膊▽?dǎo)(9)中的另一個(gè)無源耦合點(diǎn)(6)空間聚合并且在公共波導(dǎo)(9)的輸出端可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的空間聚合光(LMV)耦合出來。(見圖21、22)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)光源(7)是連續(xù)波激光器或是一個(gè)脈沖激光器或是一個(gè)激光二極管或是一個(gè)光纖激光器或是一個(gè)發(fā)光二極管或是一個(gè)光譜燈。
27.根據(jù)權(quán)利要求2所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在波導(dǎo)(2′、2″、…9)或在可控耦合點(diǎn)(13)光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制可用下列原理中的一個(gè)或多個(gè)原理加以實(shí)現(xiàn)—電光調(diào)制，—聲光調(diào)制，—熱光調(diào)制，—磁光調(diào)制，—光光調(diào)制，—光熱調(diào)制，—通過半導(dǎo)體材料中自由載流子的注入或耗盡改變有效折射率，—利用法布里—珀羅效應(yīng)進(jìn)行電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的或光熱的調(diào)制，—利用法布里—珀羅效應(yīng)通過在半導(dǎo)體材料中自由載流子的注入或耗盡改變有效折射率的調(diào)制，—電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的或光熱的截止—調(diào)制，—通過在半導(dǎo)體材料中自由載流子的注入或耗盡改變有效折射率的截止—調(diào)制，—可控的波導(dǎo)放大—與一個(gè)起偏振元件或一個(gè)起偏振波導(dǎo)相結(jié)合的可控的偏振旋轉(zhuǎn)，—波導(dǎo)模式變換—電吸收調(diào)制，或通過—借助一個(gè)集成光學(xué)切換或分配器元件，諸如X-耦合器、平行帶狀耦合器、定向耦合器或BOA的調(diào)制。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制是可以在集成光學(xué)干涉儀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上和有效的利用上述調(diào)制方法的條件下實(shí)現(xiàn)的。
29.根據(jù)權(quán)利要求5和/或權(quán)利要求6所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，波導(dǎo)、特別是寬帶和白光波導(dǎo)、是單模的。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)是由一個(gè)分立的光束成形裝置和一個(gè)分立的光束偏轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成的。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，a)根據(jù)需要，光束成形功能是無源的或是可控的，b)光束偏轉(zhuǎn)功能是可控的，并且c)根據(jù)需要，兩種功能可以是分別的或共同的加以可控制的，此外，分立的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)裝置的控制可以通過一個(gè)任意的信號進(jìn)行，特別是通過一個(gè)電視信號、一個(gè)視頻信號、一個(gè)聲頻信號、一個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信號或一個(gè)測量裝置的信號。
32.根據(jù)權(quán)利要求30和31所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，結(jié)合光束的光束成形裝置根據(jù)下列原理之一工作—借助常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)；—借助微光學(xué)系統(tǒng)；—借助光束成形光柵；—借助光束成形反射器；—借助通過光束成形元件內(nèi)部折射率改變而產(chǎn)生的光束成形，或者—借助通過光束成形元件的幾何形狀改變(厚度、曲率)而產(chǎn)生的光束成形。
33.根據(jù)權(quán)利要求30和31所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，結(jié)合光束的光束偏轉(zhuǎn)裝置根據(jù)下列原理之一工作—借助可調(diào)常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)；—借助具有光學(xué)有效面的運(yùn)動的反射器；—借助運(yùn)動的光柵或可變光柵；—借助電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)光柵；—借助在體材料中的電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)的偏轉(zhuǎn)器；—借助微光學(xué)或集成光學(xué)結(jié)構(gòu)的電光的、聲光的、熱光的、磁光的、光光的、光熱的和/或非線性光學(xué)的偏轉(zhuǎn)器；—借助集成光學(xué)多通道分路器；—借助微機(jī)械偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，或者—借助微光學(xué)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求32和33所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)由一個(gè)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)功能集成元件構(gòu)成。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了產(chǎn)生實(shí)象，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)把光投影到一個(gè)屏幕(5)或一個(gè)投影屏上。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了產(chǎn)生實(shí)象，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)把強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的光作為圖象行或圖象投影到一個(gè)光敏面上。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了產(chǎn)生虛象，光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)產(chǎn)生一個(gè)平行的或弱發(fā)散的光路，并且光束可經(jīng)反射器反射進(jìn)入人眼(12)或當(dāng)觀察者在向起著孔眼光闌作用的裝置觀看時(shí)，把眼睛(12)定位在光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)的光軸上。
38.根據(jù)上述權(quán)利要求1至37中其中之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，各個(gè)組件的結(jié)構(gòu)，即—控制單元(15)，—至少一個(gè)光源(7)，—至少一個(gè)波導(dǎo)(9)，—至少一個(gè)光調(diào)制裝置(17)，和—光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)，是分立實(shí)現(xiàn)的或者多個(gè)或者所有這些組件單片、在一襯底材料(1)上、或混合的、在多個(gè)襯底材料的基礎(chǔ)上、或通過集成作為模塊加以實(shí)現(xiàn)，這些組件用一個(gè)具有出射光窗口(21)的外殼(20)封裝，并且在模塊中包含控制單元(15)，該單元具有用于連接電源(22)、控制信號(23)和有關(guān)彩色圖象參數(shù)調(diào)整信號(24)的電接線端。
39.根據(jù)權(quán)利要求30或34所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，空間結(jié)合光的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)由一光束成形裝置(光學(xué)系統(tǒng)3)和一光束偏轉(zhuǎn)裝置(偏轉(zhuǎn)裝置4)以空間分離的或空間聚合在一起的形式構(gòu)成，或者—在空間結(jié)合光的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)中的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)功能集成在一個(gè)分立的組件內(nèi)，和/或—空間結(jié)合光的光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)是單片集成或混合集成結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在至少一個(gè)光源(7)與至少一個(gè)波導(dǎo)(2或9′)之間安裝一個(gè)起輸入耦合裝置(19)作用的微透鏡或一個(gè)輸入耦合光柵或一個(gè)常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)或一個(gè)棱鏡耦合裝置或一個(gè)光導(dǎo)纖維。
41.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，由波導(dǎo)(9)可耦合出來的光成分在產(chǎn)生圖象時(shí)與所設(shè)計(jì)的一個(gè)使光譜失真的彩色系統(tǒng)相匹配，即在一彩色屏幕上可產(chǎn)生未失真的彩色圖象，也可以稱之為白色補(bǔ)償，或者可以產(chǎn)生整體圖象的或幾個(gè)獨(dú)立圖象區(qū)域的有目的的彩色失真。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，圖象空間的擴(kuò)展、即連續(xù)變焦距功能、可以借助控制單元(15)通過調(diào)整光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)中的投影特性來調(diào)節(jié)。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，圖象的局部分辨率、即象點(diǎn)數(shù)可借助控制單元(15)通過調(diào)整光成分的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和彩色調(diào)制的控制頻率和通過與此同步調(diào)整光束偏轉(zhuǎn)裝置的控制來調(diào)節(jié)。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，借助控制單元(15)通過選擇適當(dāng)?shù)南簏c(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)圖象的局部放大。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，借助控制單元(15)可以在選擇的區(qū)域內(nèi)提高象點(diǎn)數(shù)量以便提高圖象的分辨率。
46.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，該裝置也可以只用一個(gè)波長或一個(gè)波長范圍的光運(yùn)行，從而可以直接產(chǎn)生單色(一種顏色，例如紅色)圖象或黑白圖象。
47.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，屏幕(5)上具有發(fā)光材料象素，這些象素在受到至少一適當(dāng)波長(λ)或至少一適當(dāng)波長范圍(ΔλE)的可見或不可見，也就是說受到紅外或紫外電磁輻射激發(fā)時(shí)，發(fā)出三原色光，并且每三個(gè)象素，每個(gè)象素發(fā)出一種原色，以適當(dāng)方式排列成一組，構(gòu)成一個(gè)象點(diǎn)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)單一可調(diào)制波長(λ)或波長范圍(Δλ)的光可通過光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)精調(diào)，使組成一象點(diǎn)的三個(gè)相關(guān)象素(紅、綠、藍(lán))可在時(shí)間上依次有選擇地受激發(fā)光。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，三個(gè)波長(λ1、λ2、λ3)或波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的空間聚合的光成分可以用光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)精調(diào)，使一個(gè)象點(diǎn)的三個(gè)相關(guān)象素同時(shí)受激發(fā)光，其中被調(diào)制光的各一波長或一波長范圍只激發(fā)各一象素彩色材料發(fā)光。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，三個(gè)波長(λ1、λ2、λ3)或三個(gè)波長范圍(ΔλE，1、ΔλE，2、ΔλE，3)的時(shí)間上依次掃描的，空間聚合的光成分，各激發(fā)一象點(diǎn)的三個(gè)相關(guān)象素之一，使其時(shí)間上依次發(fā)光，其中每一波長或每一波長范圍的調(diào)制光可通過光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)精確調(diào)整只對準(zhǔn)一種象素彩色材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，強(qiáng)度或幅度調(diào)制器(17)或是具有波長選擇性，就是說工作與波長相關(guān)，或者是工作與波長不相關(guān)。
52.根據(jù)上述權(quán)利要求1至51中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，使用不同偏振的光可同時(shí)或以時(shí)分復(fù)用方式產(chǎn)生若干屬于同一整體的虛象或?qū)嵪螅^察者借助偏振眼鏡可把這些圖象看成立體圖象(見圖18)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，借助在光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)與觀察者的眼睛之間的光路中安裝的一個(gè)可翻轉(zhuǎn)的光束偏轉(zhuǎn)器通過傾斜投影光束的兩個(gè)光軸和通過沿分離偏振光束的元件(起偏振棱鏡PP)與光束偏振器(SA)之間的光軸方向線性移動光束偏轉(zhuǎn)器來調(diào)整眼瞳間的距離，視覺缺陷“斜視”是可以校正的，和光束偏轉(zhuǎn)器(SA)的傾斜角度是確定視覺缺陷“斜視”程度的一個(gè)度量。(見圖27、28)
54.根據(jù)上述權(quán)利要求1至51中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，在投影一個(gè)虛象中的象點(diǎn)時(shí)通過適當(dāng)控制光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)可以進(jìn)行視覺缺陷“視力缺陷”的校正，其中，在用不同偏振光產(chǎn)生整體圖象時(shí)可單獨(dú)為兩只眼睛(12)中的每只眼睛進(jìn)行視力缺陷校正，并且成象的不清晰度是視力缺陷程度的一個(gè)尺度。
55.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了提高可傳輸?shù)墓夤β?，以并?lián)布線方式安裝多個(gè)波導(dǎo)和所屬的輸入與輸出端以及必要的強(qiáng)度或幅度調(diào)制器和/或彩色調(diào)制器。
56.根據(jù)權(quán)利要求1所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，為了提高強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的消光比，以串聯(lián)布線方式安裝幾個(gè)強(qiáng)度或幅度調(diào)制器和/或彩色調(diào)制器。
57.彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，該系統(tǒng)的組成由—至少一個(gè)光源(7)，該光源向至少一個(gè)光波導(dǎo)(2或9)發(fā)送至少一個(gè)波長(λ)或至少一個(gè)波長范圍(ΔλE)的光，—一個(gè)控制單元(15)，該單元與至少一個(gè)可控調(diào)制裝置(17)連接用于控制光的強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制，以及與一個(gè)光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)連接?！馐尚魏凸馐D(zhuǎn)單元(10)，借助此單元，可將強(qiáng)度或幅度調(diào)制的和/或彩色調(diào)制的光，通過控制單元(15)與調(diào)制的控制同步，可以向至少—個(gè)空間方向偏轉(zhuǎn)，并可以以數(shù)字方式(光點(diǎn))或模擬方式(光束)掃描圖象場，其中一在至少一個(gè)光源(7)與光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)之間安裝一個(gè)載體(11)，在該載體上至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)是這樣設(shè)置的，即至少一個(gè)光波導(dǎo)(2、9)可以高效傳輸所應(yīng)用的波長或波長范圍，把強(qiáng)度或幅度調(diào)制和/或彩色調(diào)制的光射入光束成形和光束偏轉(zhuǎn)單元(10)以便產(chǎn)生光的彩色效應(yīng)和/或光的亮度效應(yīng)。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，可以作為虛象或?qū)嵪蟮膱D象投影系統(tǒng)，特別是—作為圖象投影、特別是作為激光電視的組件，—作為圖象顯示、尤其是作為觀察顯示的組件，—作為圖象電話的組件，—作為視頻眼鏡中的組件，—作為顯示所謂的“虛擬現(xiàn)實(shí)”(Virtual reality，Cyberspace)裝置中的組件，—作為產(chǎn)生全息照相圖象裝置中的組件，—作為反映運(yùn)行參數(shù)或交通導(dǎo)行提示裝置中的組件，安裝在反射隔離層中，特別是安裝在車輛的擋風(fēng)板或儀表盤中以及安裝在生產(chǎn)設(shè)備中的操作臺透明隔板內(nèi)，—作為武器系統(tǒng)中的組件，特別是用于目標(biāo)搜尋系統(tǒng)和目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，—作為醫(yī)學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域的組件，特別是在眼科醫(yī)學(xué)中用于檢查和校正視覺缺陷如色盲、視力缺陷(視敏度)、立體視力缺陷(看立體空間的能力)和斜視，—作為用于文化目的的光動畫系統(tǒng)，特別是用作光風(fēng)琴，—作為用于廣告中的光動畫系統(tǒng)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，作為圖象投影系統(tǒng)組件，用該系統(tǒng)把實(shí)象，或者—投影在反射光的投影屏上，或者—投影在毛玻璃板上，其中這些屏幕和玻璃板，或者—具有無源特性(正常反射或正常背散射)，或者—是有源的，在照相時(shí)改變其反射或散射特性，或者上面敷蓋發(fā)光材料象素組(例如三重象素)，這些發(fā)光材料對由彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)發(fā)射光的波長或是有波長選擇地或是以特定波長作出響應(yīng)。
60.根據(jù)權(quán)利要求57的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于，—作為彩色版畫藝術(shù)系統(tǒng)或彩色印刷系統(tǒng)中的組件，或者—作為膠片曝光系統(tǒng)中的組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及顯示實(shí)的或虛的、二維的或三維的、彩色的或單色的圖象的彩色圖象產(chǎn)生系統(tǒng)及其應(yīng)用，特別是電視或視頻應(yīng)用和印刷應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，在載體(11)上，特別是在襯底(1)上安裝若干集成光學(xué)結(jié)構(gòu)。方案a)的基本設(shè)計(jì)思想是應(yīng)用空間聚合可見光波長范圍中不同波長的光成分(例如原色紅、綠和藍(lán))的空間光束結(jié)合單元并且偏轉(zhuǎn)空間聚合的光(L
文檔編號G02B6/42GK1146841SQ96190082
公開日1997年4月2日 申請日期1996年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月7日
發(fā)明者A·拉施, M·羅斯查爾克, J·-P·魯斯克, V·格羅伯 申請人:Ldt激光展示技術(shù)公司