用于移动虚拟图像的成像设备制造技术

技术编号:15292893 阅读:7 留言:0更新日期:2017-05-11 01:49
提供了一种成像设备。成像设备包括安排为形成物体的虚拟图像的投影光学器件。成像设备还包括被定位在距虚拟投影光学器件第一距离处的第一漫射器以及被定位在距虚拟投影光学器件第二距离处的第二漫射器。控制器被安排为控制所述第一和第二漫射器以使得实像在所述漫射器之一上是可见的。

用于移动虚拟图像的成像设备

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本公开涉及成像领域。具体而言,本公开涉及虚拟成像领域。本公开还涉及平视显示器和用于平视显示器的查看系统的领域。背景从物体散射的光包含了振幅和相位信息两者。这一振幅和相位信息可例如通过公知干涉技术在光敏板上捕捉,以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。“全息图”可通过用合适的光照明该全息图而被重构以形成表示原始物体的全息重构或重放图像。已经发现,具备可接受质量的全息重构可以从仅包含与原始物体相关的相位信息的“全息图”中形成。这样的全息记录可被称为纯相位全息图。计算机生成的全息术可例如使用傅里叶技术来数字化地模拟干涉过程以产生计算机生成的纯相位全息图。计算机生成的纯相位全息图可被用来产生表示物体的全息重构。术语“全息图”因此涉及如下记录:该记录包含与该物体有关的信息并且可被用来形成表示该物体的重构。全息图可包含在频率或傅里叶域中与该物体有关的信息。已提出了在二维图像投影系统中使用全息技术。使用纯相位全息图对图像进行投影的优点是经由计算方法来控制许多图像属性——例如,所投影的图像的高宽比、分辨率、对比度以及动态范围——的能力。纯相位全息图的进一步优点是没有光学能量会经由调幅而丢失。计算机生成的纯相位全息图可以被“像素化”。也就是说,纯相位全息图可被表示在离散相位元件阵列上。每一离散元件都可被称为“像素”。每一像素都可充当诸如调相元件之类的光调制元件。计算机生成的纯相位全息图因此可被表示在调相元件阵列上,如硅上液晶空间调光器(SLM)。SLM可以是反射性的,意味着经调制的光以反射方式从SLM输出。每一调相元件(即,像素)可变化状态以向入射在该调相元件上的光提供可控制的相位延迟。诸如硅上液晶(LCOS)SLM之类的调相元件阵列可因此表示(或“显示”)通过计算确定的相位延迟分布。如果入射在调相元件阵列上的光是相干的,则该光将用全息信息或全息图来调制。全息信息可以在频率或傅里叶域中。或者,相位延迟分布可被记录在相息图上。词语“相息图”可被一般地用来指纯相位全息记录或全息图。相位延迟可被量化。即,每一像素可设置为离散数量的相位水平之一。相位延迟分布可被应用于入射光波(通过例如照射LCOSSLM)并被重构。重构在空间中的位置可通过使用光学傅里叶变换透镜来控制,以形成空间域中的全息重构或“图像”。或者,如果重构发生在远场,则可不需要傅里叶变换透镜。计算机生成的全息图可以用多种方式来计算得到,包括使用诸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用来从空间域(如2D图像)中的振幅信息导出傅里叶域中的相位信息。即,与该物体相关的相位信息可从空间域中的纯强度(即,振幅)信息中“恢复”。因此,物体在傅里叶域中的纯相位全息表示可被计算。全息重构可通过照亮傅里叶域全息图并例如使用傅里叶变换透镜执行光学傅里叶变换来形成,以在重放区处(如屏幕上)形成图像(全息重构)。图1示出了根据本公开的使用反射SLM(如LCOS-SLM)来在重放区位置处产生全息重构的示例。光源(110)(例如激光器或激光二极管)被部署以经由准直透镜(111)照射SLM(140)。准直透镜使得光的一般平面波前变为入射在SLM上。波前的方向稍微偏离法线(例如,与真正垂直于透明层的平面偏离2或3度)。该布置为使得来自光源的光被从SLM的反射后表面反射出,并与调相层相交以形成出射波前(112)。出射波前(112)被应用于包括傅里叶变换透镜(120)在内的光学器件,从而使其焦点处于屏幕(125)处。傅里叶变换透镜(120)接收从SLM出射的经调相光的光束并执行频率-空间变换以在屏幕(125)处在空间域中产生全息重构。在该过程中,来自光源的光——在图像投影系统的情况下是可见光——跨SLM(140)以及调相层(即,调相元件阵列)分布。从调相层出射的光可跨重放区分布。全息图的每一像素作为整体对重放图像作出贡献。即,在重放图像上的特定点和特定调相元件之间不存在一对一的关联。当光束分别在平面A和B中的强度截面IA(x,y)和IB(x,y)是已知的并且IA(x,y)和IB(x,y)通过单个傅里叶变换相关时,GerchbergSaxton算法考虑相位恢复问题。对于该给定强度截面,分别在平面A和B中的相位分布ΦA(x,y)和ΦB(x,y)的近似被发现。Gerchberg-Saxton算法根据迭代过程找到该问题的解决方案。Gerchberg-Saxton算法迭代地应用空间和频谱约束,同时重复地在空间域和傅里叶(频谱)域之间转换(表示IA(x,y)和IB(x,y)的)数据集(振幅和相位)。空间和频谱约束分别是IA(x,y)和IB(x,y)。空间或频谱域中任一个中的约束被施加到该数据集的振幅上。相应的相位信息是通过一系列迭代来恢复的。全息投影仪可使用这样的技术来提供。这样的投影仪已在用于车辆的平视显示器中得到应用。在汽车中使用平视显示器正变得越来越流行。平视显示器被划分成两个主要类别,使用组合器(其目的在于将虚拟图像反射到驾驶员的视线中的独立式玻璃屏幕)的那些平视显示器以及利用车辆的挡风玻璃来实现同一目的的那些平视显示器。图2示出示例平视显示器,该平视显示器包括:光源206、被布置成用表示供投影的图像的全息数据来空间地调制来自光源的光的空间调光器204、傅里叶变换光学器件205、漫射器203、自由曲面反射镜201、挡风玻璃202和查看位置207。图2示出了所谓的“间接视图”系统,在该系统中,全息重构的实像被形成在漫射器203上的重放区处。全息重构因此被投影在漫射器203上,并可通过聚焦在漫射器203上从查看位置207查看。投影的图像是通过离开自由曲面反射镜201的第一反射以及离开挡风玻璃202的第二反射来查看的。漫射器用于增加全息系统的数值孔径,从而完全照明这些自由曲面反射镜,由此允许虚拟图像例如被驾驶员查看到。这样的显示系统需要使用固定的漫射器或类似组件来增加视角。此漫射器用作成像系统中的关键组件;其与投影光学器件(通常为自由曲面反射镜)的距离确定了与查看者的眼睛的虚拟图像距离。或者,可以间接查看全息重构。使用“直接视图”全息术确实使得信息能够以3D形式被呈现,然而顾名思义直接视图需要查看者在查看者和光源之间没有漫射器的情况下直接看着全息图。此类型的3D显示器具有多个问题,首先当代调相器具有相对较小的衍射角,并且因此要形成足够大的查看区域(眼框)需要使用复杂而昂贵的光学器件部件。其次并且更重要地,此类型的配置需要查看者被直接暴露于激光辐射。存在围绕激光器的使用的非常严格的规定,并且提供将确保眼睛永远都不会以危险的级别被暴露于激光辐射的足够稳健的安全系统显著增加了系统复杂性。在查看者和投影引擎之间使用漫射器消除了以上强调的这两个问题,并且因此藉此可在提供多个虚拟距离的显示器中使用漫射器的方法将提供显著的优势。在直接视图系统中提供“深度”的最明显的方式将是将漫射器安装在能够在虚拟成像光学器件的焦距内向后和向前移动的线性镜台,从而提供一种改变虚拟距离的机制。然而,这种类型的系统在制造时安装的组件被期望提供超过10,000小时的使用寿命的车辆中的使用是不合乎需要的。另外,当非基于激光器的投影引擎改变位置时它将需要能够在漫射器上重新聚焦,从而本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种成像设备,包括:安排为形成实像的虚拟图像的投影光学器件;被定位在距所述虚拟投影光学器件第一距离处的第一漫射器;被定位在距所述虚拟投影光学器件第二距离处的第二漫射器;以及控制器,其被安排为控制所述第一和第二漫射器以使得所述实像在所述漫射器之一上是可见的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 GB 1408807.41.一种成像设备,包括:安排为形成实像的虚拟图像的投影光学器件;被定位在距所述虚拟投影光学器件第一距离处的第一漫射器;被定位在距所述虚拟投影光学器件第二距离处的第二漫射器;以及控制器,其被安排为控制所述第一和第二漫射器以使得所述实像在所述漫射器之一上是可见的。2.如权利要求1所述的成像设备,其特征在于,所述实像是全息重构。3.如权利要求1或2所述的成像设备,其特征在于,每个漫射器能独立地在散射模式和透射模式之间切换。4.如权利要求3所述的成像设备,其特征在于,所述控制器被安排成在任意一个时间点上在所述散射模式下操作不超过一个漫射器。5.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,所述第一和/或第二漫射器包括在其中能选择性的感生光散射状态的液晶。6.如权利要求5所述的成像设备,其特征在于,所述散射状态是通过电压选择性地感生的。7.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,所述第一和/或第二漫射器包括胆甾相液晶。8.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,所述第一和/或第二漫射器包括聚合物分散液晶。9.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,所述第一和/或第二漫射器包括近晶-A液晶。10.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,第一和第二漫射器基本上平行和/或被定位在共同光轴上。11.如任一前述权利要求所述的成像设备,其特征在于,进一步包括定位在距所述投影...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·克里斯马斯D·马西亚诺W·克罗斯兰
申请(专利权)人:两树光子学有限公司
类型:发明
国别省市:英国;GB

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