【技术实现步骤摘要】
本公开涉及光引擎和中继衍射光场的方法。更具体地，本公开涉及投影系统和使用波导复制全息图的方法。一些实施例涉及全息投影仪、图片生成单元或平视显示器。
技术介绍
1、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重放图像。
2、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，还可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
3、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。
4、空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可被称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，该设备可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在设备上是连续的。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。
5、使用这里描述的系统可以提供全息投影仪。这种投影仪已经在平视显示器“hud”中得到应用。
技术实现
1、在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。
2、概括地说，这里公开了一种显示系统，包括显示设备、图案生成器和波导。显示设备布置成显示对应于图像的衍射图案，并根据衍射图案对光进行空间调制以形成衍射光场。图案生成器布置成确定衍射图案。衍射图案可以布置成根据图像内的空间位置在衍射光场内成角度地分布光，使得衍射光场的连续角度范围(即角度通道)分别对应于图像的连续区域。波导包括一对平行反射表面，布置成在其间波导衍射光场。该对平行反射表面中的第一表面是部分反射-透射的，以便形成包括用于衍射光场的多个发射或复制区的输出(在波导方向上)。图案生成器可以布置成修改衍射图案，以至少部分地补偿由波导期间在第一表面处的部分反射-透射引起的来自波导的每个连续发射或复制区的发射强度的降低。
3、更具体地，这里公开了一种投影系统，包括显示设备、全息图引擎和波导。显示设备布置成显示图像的全息图，并根据全息图对光进行空间调制，以形成全息波前(或全息光场)。全息图引擎布置成计算全息图。全息图可以布置成根据图像内的空间位置在全息波前内成角度地分布光，使得全息波前的连续角度范围(即角度通道)分别对应于图像的连续区域。波导包括一对平行反射表面，布置成在其间引导全息波前。该对平行反射表面中的第一表面是部分反射-透射的，以便形成包括用于全息波前的多个发射区的输出(在波导方向上)。全息图引擎布置成修改全息图，以至少部分地补偿由波导期间在第一表面处的部分反射-透射引起的来自波导的每个连续发射区的发射强度的降低。
4、专利技术人已经认识到，全息图引擎可以补偿波导发射强度的降低，从而在波导的输出表面上不需要复杂的分级涂层。这种解决方案是可能的，因为全息图通过在全息图域中的角度在空间域中分布图像内容的方式。这种类型的全息图行为并不常见，专利技术人利用其特征来解决波导光瞳扩展器的基本问题。在这方面，可以说，专利技术人已经发现了本公开的所谓的通道全息图与通过基于波导的光瞳扩展器将全息编码光传递给观察者之间的协同作用。全息编码光(即全息波前或光场)可由观察者(例如使用眼睛的晶状体)转换成(有意义的)图像。本公开代表了与传统技术的显著差异，传统技术依赖于设计电介质叠层来缓和波导发射的强度。当这些叠层需要在宽带波长上工作时，例如在可见光谱上工作时，制造起来特别复杂，因为必须允许叠层中的至少一些层的厚度随着传播距离而变化，或者使用大量不同的层。
5、在一些实施例中，全息域中的光的角度分布以及与空间域中的图像内容的对应是在共同的方向上，例如投影系统的一维。由全息图形成的全息波前的角度通道可以在一平面中延伸。在一些实施例中，角度通道在波导和/或光瞳复制/扩展的方向上延伸。然而，当在光学系统中使用非均匀光学组合器(例如车辆挡风玻璃)时，在角度通道和图像内容之间形成更复杂的相关性—落入本公开的范围内。这些相互关系，无论多么复杂，都可以通过射线追踪等技术来识别或绘制。
6、投影系统可以布置成在观察区域内形成多个观察位置。术语“多个观察位置”仅用于反映存在不止一个可能的观察位置，并且每个观察位置可以接收整个全息光场。因此，观察者可以从所有观察位置看到图像的整个视场。术语“多个观察位置”在这里不用于反映存在有限数量的观察位置。可能有无限多个可能的观察位置。观察位置可以定义或落在观察窗、区域或体积内。在平视显示器的应用中，观察窗称为眼盒，观察位置称为眼盒位置。观察者(或者更广义地说，观察系统)可以包括入射光瞳或观察光瞳。整个全息波前可通过每个观察位置的观察光瞳接收。然而，值得注意的是，全息波前的不同连续角度范围可从波导的不同发射区通过观察光瞳接收，如下面的详细描述中解释。
7、至少部分补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低可以包括改变(例如均匀增加或减少)全息波前的至少一个角度通道的强度。可以通过在全息图计算之前改变相应图像部分的强度，或者在建立点云全息图的同时改变图像点(或者从其传播的波)的强度，或者通过任何其他可以想到的技术，来改变角度通道的强度。改变强度可以包括在全息图计算之前、期间或之后，对图像像素值、图像点或传播的光波应用增益或损耗因子。
8、至少部分地补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低可以包括在计算全息图之前改变全息图的目标图像的至少连续区域的强度。改变强度可以包括应用增益或损耗因子。
9、全息图的计算可以包括相位恢复算法和/或点云方法的多次迭代，但全息术领域的技术人员将理解，用于全息图计算的其他技术可以与本公开兼容。
10、该对平行反射表面中的第二表面可以是基本全反射的。然而，这不是必要的特征，并且本公开可以容易地适于补偿波导期间来自第二表面的缺陷反射。
11、投影系统还可以包括观众跟踪系统，其布置成确定观察者在波导下游的观察窗内的位置。全息图引擎可以布置成基于所确定的观察者位置来识别全息波前的角度通道和发射区之间的相关性。在一些实施例中，在本公开的核心方法之前，使用例如射线追踪来确定数据的查找表(类似于下面详细描述中的表1)。相关性可能取决于观察者的观察位置和其他属性，或者观察系统，例如瞳孔间距。发射区和图像部分之间可能存在一对一或一对多的关联。图像部分的大小可以是恒定的或可变的。图像部分的尺寸也可以取决于观察系统的特性，例如瞳孔间距。
12、这里还公开了一种用于车辆的平视显示方法。该方法包括可以依次执行的第一、第二和第三步骤。第一步骤包括在显示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种投影系统，包括：
2.如权利要求1所述的投影系统，其布置成在观察区域内形成多个观察位置，其中整个全息光场可通过每个观察位置处的观察光瞳接收，但全息光场的不同连续角度范围可通过观察光瞳从波导的不同发射区接收。
3.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，至少部分地补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低包括改变所述全息光场的至少一个角度通道的强度。
4.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，至少部分地补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低包括在计算全息图之前改变全息图的目标图像的至少连续区域的强度。
5.如权利要求3或4所述的投影系统，其中，改变所述强度包括应用增益或损耗因子。
6.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述全息图的计算包括相位恢复算法的多次迭代。
7.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述全息图的计算包括点云方法。
8.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述一对平行反射表面中的第二表面是基本全反射的。
9.如任一前述权利要求所述的投影系统，还包括观
10.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，在波导方向上所述第一表面在每个发射区的透射率T(n)满足以下方程：
11.一种使用波导复制全息光场的方法，其中波导包括一对平行反射表面，布置成在其间波导全息光场，其中该对平行反射表面中的第一表面是部分反射-透射的，以便形成包括在波导方向上用于全息光场的多个发射区的输出，并且所述方法包括：
12.如权利要求11所述的方法，还包括设置在波导下游的观察窗内的观察者，通过其瞳孔从波导的不同发射区接收所述全息光场的不同角度通道。
13.如权利要求11或12所述的方法，还包括修改所述全息光场的至少一个角度通道的全局强度。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括在计算所述全息图之前，改变全息图的目标图像的至少连续区域的全局强度。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，还包括确定观察者在波导下游的观察窗内的位置，并基于所确定的观察者位置来确定所述全息光场的角度通道和所述发射区之间的相关性。
...【技术特征摘要】
1.一种投影系统，包括：
2.如权利要求1所述的投影系统，其布置成在观察区域内形成多个观察位置，其中整个全息光场可通过每个观察位置处的观察光瞳接收，但全息光场的不同连续角度范围可通过观察光瞳从波导的不同发射区接收。
3.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，至少部分地补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低包括改变所述全息光场的至少一个角度通道的强度。
4.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，至少部分地补偿来自每个连续发射区的发射强度的降低包括在计算全息图之前改变全息图的目标图像的至少连续区域的强度。
5.如权利要求3或4所述的投影系统，其中，改变所述强度包括应用增益或损耗因子。
6.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述全息图的计算包括相位恢复算法的多次迭代。
7.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述全息图的计算包括点云方法。
8.如任一前述权利要求所述的投影系统，其中，所述一对平行反射表面中的第二表面是基本全反射的。
9.如任一前述权利要求所述的投影系统，还包括观察者跟踪系统，其布置成确定观察者在波导下游的观察...
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