投影仪制造技术

本文公开了一种图像投影仪，其布置为将图像投影到显示平面上。图像投影仪包括处理引擎、显示装置、光学元件和光源。处理引擎布置为输出计算机生成的衍射图案，该衍射图案包括用于投影的图像的全息图和与具有第一光焦度的透镜相对应的透镜功能。显示装置配置为显示计算机生成的衍射图案。光学元件设置在显示装置与显示平面之间。光学元件具有第二光焦度。光源布置为提供显示装置的离轴照明，以便根据全息图和透镜功能对光进行空间调制。计算机生成的衍射图案的透镜功能和光学元件共同执行全息图的全息图变换，以便在显示平面上形成图像的重建。显示装置相对于光学元件倾斜大于零的第一角度。显示平面相对于光学元件倾斜大于零的第二角度。第二角度小于第一角度。的第二角度。第二角度小于第一角度。的第二角度。第二角度小于第一角度。

【技术实现步骤摘要】
投影仪


[0001]本公开涉及一种投影仪。更具体地，本公开涉及一种图像投影仪，比如全息投影仪和全息投影系统。一些实施例涉及减小全息回放场中的图像光斑的尺寸的方法，一些实施例涉及增大全息回放场中的分辨率的方法。一些实施例涉及一种平视显示器。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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“CGH”。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域表示或物体的频域表示。例如，还可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算CGH。
[0004]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“SLM”上对CGH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。
[0005]SLM可以包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元件。光调制方案可以是二元、多级或连续的。可替代地，装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个装置上是连续的。SLM可以是反射性的，这意味着调制光从SLM以反射输出。SLM可以同样是透射性的，这意味着调制光从SLM以透射输出。
[0006]可以使用所描述的技术来提供用于成像的全息投影仪。例如，这种投影仪已经应用于平视显示器“HUD”、车辆前照灯以及光检测和测距“LiDAR”。
[0007]本文公开了一种改进的全息投影系统。

技术实现思路

[0008]本公开的各方面在所附独立权利要求中定义。
[0009]本文公开了一种图像投影仪，其布置为将图像投影到显示平面上。图像投影仪包括处理引擎、显示装置、光学元件和光源。处理引擎布置为输出计算机生成的衍射图案。计算机生成的衍射图案包括用于投影的图像的全息图和与具有第一光焦度的透镜相对应的透镜功能。显示装置配置为显示计算机生成的衍射图案。光学元件在从显示装置到显示平面的投影轴上设置在显示装置和显示平面之间。在一些实施例中，光学元件垂直于投影轴布置。光学元件具有第二光焦度。光源布置为提供显示装置的离轴照明，以便根据全息图和透镜功能对光进行空间调制。计算机生成的衍射图案的透镜功能和光学元件共同执行全息图的(全息图)变换，以便在显示平面上形成图像的重建。显示装置相对于光学元件倾斜大于零的第一角度。显示平面相对于光学元件倾斜大于零的第二角度。第二角度小于第一角度。为了避免疑问，第一光焦度和第二光焦度均大于零。
[0010]在实施例中，显示装置和显示平面围绕包含投影轴的同一平面倾斜。例如，显示装
置和显示平面可以围绕包含投影轴的水平面倾斜。在实施例中，显示装置和显示平面相对于光学元件在相同的方向或尺寸上倾斜。在一些实施例中，光学元件的光轴与从显示装置到显示平面的投影轴共线。在实施例中，显示装置与光学元件之间的相对倾斜(即第一角度)等于光在显示装置上的入射角。在实施例中，显示平面与光学元件之间的相对倾斜(即第二角度)小于光在显示装置上的入射角。
[0011]在投影中，通常将投影屏幕(即显示平面)定向成使得其垂直于来自显示装置的光的传播轴线。这通常形成最佳图像，尤其是当图像是由图像光斑或像素形成时。然而，专利技术人实际上发现，通过全息投影，这种几何形状会导致次优的全息重建，因为这会对全息工艺形成的图像光斑的尺寸产生不利影响，特别是对在全息回放场的边缘处的图像光斑。专利技术人在此公开了，在使用显示装置的离轴照明和有助于全息图变换(例如傅立叶或菲涅耳变换)的光学元件的全息投影中，通过将显示平面相对于显示设备倾斜小于光在显示装置上的入射角(但大于零)的角度，可以减小回放场中的全息图像光斑的大小。较小的图像光斑(参照图像像素)在显示装置中是有利的。
[0012]第一角度和第二角度之间的差(即显示装置和显示平面之间的相对倾斜)可以取决于第一光焦度与第二光焦度之间的比率(例如成反比)。第一角度和第二角度之间的差可以是第一光焦度与第二光焦度之间的比率的函数。第一角度与第二角度之间的比率可以是第一光焦度与第二光焦度之间的比率的函数(例如成反比)。例如，第一光焦度可以等于第二光焦度，第二角度可以是第一角度的一半。
[0013]专利技术人先前已经发现，在显示装置的离轴照明下并且在显示装置和显示平面之间不存在具有光焦度的光学元件的情况下，当显示装置与显示平面之间的相对倾斜为零(即显示装置与显示平面基本平行)时，图像光斑的尺寸最小化。如本文所公开，专利技术人已经发现，在显示装置的离轴照明下并且在显示装置和显示平面之间存在具有光焦度的光学元件的情况下，当显示装置与显示平面之间存在相对倾斜时，图像光斑的尺寸被最小化。专利技术人发现，当第一光焦度基本等于第二光焦度时，图像光斑的尺寸在第二角度是第一角度的一半时最小化。专利技术人还发现，当第二光焦度相对于第一光焦度增加时，第二角度可以减小，以使图像光斑尺寸最小化。可以说，光学元件的第二光焦度似乎在显示平面上施加拉力，以增加显示装置与显示平面之间的相对倾斜，或者相反地，减小显示平面相对于光学元件的倾斜(即减小第二角度)。因此，当第二光焦度被第一光焦度主导时(即透镜功能的光焦度远大于光学元件的光焦度，或软件透镜占“主导”)，相对倾斜可能最小(大于零)，并且当第一光焦度被第二光焦度主导时(即光学元件的光焦度远大于透镜功能的光焦度，或硬件透镜占“主导”)，相对倾斜可能最大。为了避免疑问，当第一光焦度和第二光焦度不为零时，此发现是正确的。
[0014]显示装置被准直光照明。光学领域的技术人员将熟悉“法向入射”的概念。然而，本公开涉及所谓的“离轴照明”。具体地，本公开涉及显示包括全息图的衍射图案的显示装置的离轴照明。术语“离轴照明”在本文中用于指其中光在显示装置上的入射角为非零或大于零的情况。更具体地，在入射点处，入射光线与显示装置平面的法线之间的方位角为非零或大于零。因此可以说，本公开涉及显示装置的“非法向入射”。
[0015]显示平面从显示装置接收空间调制光。特别地，空间调制光遵循来自空间光调制器的“输出路径”或“传播路径”。传播路径的轴在此被定义为“输出光轴”或“传播轴线”。传
播轴线是显示装置和显示平面之间的一条直线，其限定来自显示装置的光的大致传播方向。当计算机生成的衍射图不包括光栅功能(如本领域中众所周知的那样可能会改变输出光束的方向)时，空间调制光的传播轴线与显示装置的角度与光在显示装置上的入射角相同。光在显示装置上的入射角在本文中也称为“照明角”。如本领域技术人员将理解，未被显示装置衍射的光以与光在显示装置上的入射角相同的角度输出。因此，在没有光栅功能的情况下，该非衍射光遵循空间调制光的传播路径的传播轴线，并且在零级回放场中形成所谓的“DC光斑”。沿着该传播轴线测量从空间光调制器到显示平面的光的传播距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像投影仪，所述图像投影仪布置为将图像投影到显示平面上，其中，所述图像投影仪包括：处理引擎，其布置为输出计算机生成的衍射图案，该衍射图案包括用于投影的图像的全息图和与具有第一光焦度的透镜相对应的透镜功能；显示装置，其配置为显示计算机生成的衍射图案；在显示装置和显示平面之间的光学元件，其中该光学元件具有第二光焦度；光源，其布置为提供显示装置的离轴照明，以便根据全息图和透镜功能对光进行空间调制，其中计算机生成的衍射图案的透镜功能和光学元件共同执行全息图的变换，以便在显示平面上形成图像的重建，其中，所述显示装置相对于所述光学元件倾斜大于零的第一角度，并且所述显示平面相对于所述光学元件倾斜大于零的第二角度，其中第二角度小于第一角度。2.如权利要求1所述的图像投影仪，其中，来自所述光源的光在所述显示装置上的入射角小于30度，比如小于20度或小于15度。3.如权利要求1或2所述的图像投影仪，其中，所述显示装置和显示平面相对于所述光学元件在相同方向上倾斜。4.如权利要求1或2所述的图像投影仪，其中，所述第一角度和第二角度之间的差小于来自所述光源的光在所述显示装置上的入射角。5.如权利要求1或2所述的图像投影仪，其中，所述第一角度和第二角度之差是所述第一光焦度与第二光焦度的比率的函数。6.如权利要求5所述的图像投影仪，其中，所述第一角度和第二...

【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：