用于在多个平面上形成图像的投影仪制造技术

公开了布置为在设置在公共投影轴上的不同平面上形成多个图像重建的投影仪及相应的方法。全息图引擎布置为确定与用于图像重建的每个图像相对应的全息图，并且对于每个图像形成包括对应全息图的衍射图案。显示引擎布置为显示每个衍射图案并接收光，从而在多个不同平面中的平面上形成与每个全息图相对应的图像重建。每个图像重建包括以图案布置的图像点。在第一平面上形成的第一图像重建的图像点插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间。

【技术实现步骤摘要】
用于在多个平面上形成图像的投影仪
本公开涉及一种投影仪。更具体地，本公开涉及一种全息投影仪、一种全息投影方法以及一种全息投影系统。一些实施例涉及平视显示器和头戴式显示器。一些实施例涉及布置为在设置在公共投影轴上的不同平面上形成多个图像重建的投影仪及相应的方法。
技术介绍
从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或回放图像。计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。例如，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。可以在布置为调制入射光的振幅和/或相位的空间光调制器上对计算机生成的全息图进行编码。例如，可以使用电可寻址液晶、光学可寻址液晶或微镜来实现光调制。空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，设备可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个设备上是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射输出。可以使用本文描述的系统来提供全息投影仪。例如，这种投影仪已经应用于平视显示器“HUD”和头戴式显示器“HMD”，其包括近眼设备。在诸如全息投影仪之类的使用相干光的装置中，可以使用移动漫射器来提高图像质量。
技术实现思路
本公开的各方面在所附的独立权利要求中定义。提供了一种投影仪，其布置为在设置在公共投影轴上的不同平面上形成多个图像重建。观看者可以直接观看图像重建。例如，从眼睛盒在基本平行于公共投影轴的方向上观看图像重建。在实施例中，图像重建出现在距观看者相同的距离或深度处。在其他示例中，一些不同的图像重建出现在距观看者不同的距离或深度处。观看者可以将不同的图像重建感知为合成或组合图像。投影仪包括全息图引擎和显示引擎。全息图引擎布置为确定与用于图像重建的每个图像相对应的全息图。全息图引擎还布置为形成衍射图案，其包括用于图像重建的全息图或用于每个图像重建的全息图。显示引擎布置为显示衍射图案并接收光，使得在多个不同平面中的平面上形成与每个全息图相对应的至少一个图像重建。每个图像重建包括以图案布置的图像点(imagespots)。在第一平面上形成的第一图像重建的图像点插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间。因此，在第一平面上形成的第一图像重建的图像点在二维—第一和第二平面的(第一和第二)维度(例如x,y)上插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间。另外，第一图像重建的图像点在第三维度—公共投影轴(或与之平行)的维度(例如z)上与第二图像重建的图像点在空间上是分开的。可以说，第一图像重建的图像点在三维上在空间上介于第二重建的图像点之间。可以使用“直接观看”配置来实现本公开的实施例，即观看者直接看着显示装置(例如空间光调制器)的光学配置。在这些实施例中，图像重建未形成在中间屏幕(例如漫射器)上，并且观看者直接从显示装置接收光。在这些情况下，当全息图是傅立叶或菲涅耳全息图时，有时会说观看者眼睛的透镜对显示的全息图执行傅立叶变换。在一些实施例中，在显示装置和观看者之间的自由空间中形成图像重建，并且观看者能够在显示期间将聚焦在这些平面上。本公开的一些实施例还可以使用“间接视图”配置来实现，其中图像重建形成在一个或多个屏幕上。屏幕可以是可移动的，使得每个图像重建都聚焦在相应的屏幕上。可替代地，可以使用多个可切换屏幕，例如在WO/2015/173556中所述，其中使用液晶以透射或漫射模式分别操作一堆平行的可切换屏幕。仅当在漫射模式下操作相应的屏幕时，图像重建才可见。在一些实施例中，在漫射模式下一次仅操作一个屏幕。在其他实施例中，在漫射模式下同时操作一个以上的屏幕。本领域技术人员将理解，本文描述的一些实施例不适合这种方案。不论观看配置如何，观看者都可以看到多个不同图像重建的叠加内容。尽管在不同的显示平面上形成了不同的图像重建，但显示平面之间的距离足够小，以至于观看者无法分辨出重建是在公共投影轴上的不同平面上。在实施例中，观看者感知到由同一目标图像的至少第一和第二分量(或部分)图像重建形成的单个合成图像。在一些实施例中，全息投影仪沿其投影轴在不同的回放平面上形成多个全息重建。因此，观看者将图像重建(实际上位于不同平面上)视为“整个”图像。不同的平面足够接近，以使观看者看到似乎已经形成在同一平面上的包括多个二维图像重建的合成图像。可以说，不同的图像重建看起来是共面的。在一些实施例中，该配置使得观看者不被提供改变共面感的任何视觉提示。在一些实施例中，在全息图计算之前处理部分图像中的至少一个，以确保没有不同的深度提示。例如，可以按比例缩放第一平面上的第一图像重建以确保其看起来与实际形成在第二平面上的第二图像重建共面。这种类型的图像处理在图像显示领域的技术人员的能力之内，因此在此不提供图像缩放的详细描述。每个图像重建包括在相应平面上形成的多个图像点。然而，如果在不同平面上形成的两个或更多个图像重建在其各自的二维平面上的等效空间位置处包括图像点，则可能会出现观看困难。可以说等效空间位置具有与二维坐标系基本相同的坐标(例如x，y)，其中坐标系的原点由公共投影轴的位置(例如在每个平面的中心)限定。特别地，在相同的二维空间位置处但在不同平面上形成的图像点可能不完全可见，因为它们在合成图像中重合或完全重叠。这是平面沿着公共投影轴平行布置的结果。专利技术人在此公开了一种方法，该方法涉及插入形成在不同平面上的不同图像重建的图像点。特别地，在第一平面上形成的第一图像重建的图像点插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间，并因此在空间上与之分离。因此，在等效的二维空间位置处不会形成不同图像重建的图像点，从而在观看者看到的合成图像中重合或重叠。可以说，不同图像重建的图像点在它们各自的平行图像平面的第一和第二维度(x，y)上是空间分离的，因此在合成二维图像的平面上是空间分离的。此外，不同图像重建的图像点在公共投影轴的第三维度(z)上是空间分离的。因此，观看者能够更清楚地看到合成图像(其看起来形成在单个平面上，但是包括在不同平面上形成的不同图像重建)，如下面进一步描述。本公开解决了图像像素串扰的技术问题，如下面进一步描述。全息图引擎布置为形成包括与多个图像重建相对应的全息图的衍射图案，其中衍射图案确定图像重建的平面。在一些实施例中，全息图引擎形成包括具有焦距的透镜函数的衍射图案。透镜函数的焦距可能会影响图像重建平面在公共投影轴上的位置(例如沿着投影路径的轴线距空间光调制器的距离，在本文中称为“传播距离”)。基本同时形成第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投影仪，布置为在设置在公共投影轴上的不同平面上形成多个图像重建，其中，所述投影仪包括：/n全息图引擎，其布置为确定与用于图像重建的至少一个图像相对应的多个全息图，并且对于所述多个全息图中的每个全息图，形成包括对应全息图的衍射图案；/n显示引擎，其布置为显示每个衍射图案并接收光，从而在多个不同平面中的平面上形成与每个全息图相对应的图像重建，其中，每个图像重建包括以图案布置的图像点；并且/n其中，在第一平面上形成的第一图像重建的图像点插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间。/n

【技术特征摘要】
20191220 GB 1918966.11.一种投影仪，布置为在设置在公共投影轴上的不同平面上形成多个图像重建，其中，所述投影仪包括：
全息图引擎，其布置为确定与用于图像重建的至少一个图像相对应的多个全息图，并且对于所述多个全息图中的每个全息图，形成包括对应全息图的衍射图案；
显示引擎，其布置为显示每个衍射图案并接收光，从而在多个不同平面中的平面上形成与每个全息图相对应的图像重建，其中，每个图像重建包括以图案布置的图像点；并且
其中，在第一平面上形成的第一图像重建的图像点插入在第二平面上形成的第二图像重建的图像点之间。


2.如权利要求1所述的投影仪，其中，所述第一图像重建和第二图像重建同时形成。


3.如权利要求1或2所述的投影仪，其中，所述第一图像重建是目标图像的部分重建，并且所述第二图像重建是目标图像的部分重建。


4.如权利要求1或2所述的投影仪，其中，所述第一图像重建的图像点以第一图案布置，并且所述第二图像重建的图像点以第二图案布置，其中所述第一图案与所述第二图案相反。


5.如权利要求1或2所述的投影仪，其中，所述第一图案是第一棋盘图案，并且所述第二图案是第二棋盘图案。


6.如权利要求4所述的投影仪，其布置为通过在以所述第一图案布置的图像点和以所述第二图案布置的图像点之间交替来在所述第一平面上形成图像重建序列，并且同步地，通过在以所述第二图案布置的图像点和以所述第一图案布置的图像点之间交替来在所述第二平面上形成图像重建序列。


7.如权利要求6所述的投影仪，其中，在所述第一平面上的图像重建序列中的连续图像重建是不同的颜色。


8.如权利要求1或2所述的投影仪，其中，在任何时间点，在所述第一平面上形成的图像点的颜色与在所述第二平面上形成的图像点的颜色不同。


9.如权利要求1或2所述的投影仪，其中，所述第一图像重建是第一全息重建，并且所述第二图像重建是第二全息重建。


10.如权利要求1所述的投影仪，还包括：
图像处理引擎，其布置为接收包括用于投影的图像像素的多个源图像，并且根据采样方案来处理每个源图像，以便在由所述全息图引擎处理源图像之前减少具有像素值的图像像素数量；
其中，由所述全息图引擎形成的每个衍射图案还包括具有焦距的透镜函数，其中，所述透镜函数的焦距确定图像重建的平面；
其中，由所述显示引擎形成的每个图像重建的图像点的图案由相应的采样方案确定，
其中，与第一图像重建相关的第一采样方案不同于与第二图像重建...

【专利技术属性】
技术研发人员：J克里斯特马斯，
申请(专利权)人：杜尔利塔斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB