【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及全息系统。更具体地，本公开涉及全息成像系统和全息成像方法。一些实施例涉及图片生成单元和平视显示器。一些实施例涉及用于全息系统的观察区域的光瞳扩展方法和光瞳扩展装置。
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。例如，这种投影仪已经在平视显示器“hud”中得到应用。p>
技术实现思路
1、在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。
2、广泛地，本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统，其中图像投影仪将光从显示设备投射或中继到观察系统。本公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多只眼睛。观察系统包括具有光功率的光学元件(例如人眼的晶状体)和观察平面(例如人眼的视网膜)。投影仪可被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。观察者在显示平面上形成或感知图像。在一些实施例中，图像是虚拟图像，并且显示平面可被称为虚拟图像平面。在其他实施例中，图像是通过全息重建形成的真实图像，并且该图像被投影或中继到观察平面。通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图)来形成图像。
3、显示设备包括像素。显示设备的像素衍射光。根据众所周知的光学原理，最大衍射角的幅度取决于像素的大小(以及其他因素，比如光的波长)。
4、在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅上液晶(“lcos”)空间光调制器(slm)。光在衍射角范围内(例如从零到最大衍射角)从lcos向观察实体/系统比如相机或眼睛传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加可用衍射角的范围，使其超过lcos的传统最大衍射角。
5、在一些示例中，图像(由显示的全息图形成)传播到眼睛。例如，在自由空间中或者在显示设备和观察者之间的屏幕或其他光接收表面上形成的中间全息重建/图像的空间调制光可以传播到观察者。
6、在其他示例中，全息图本身传播到眼睛。也就是说，全息图的空间调制光传播到眼睛。观察者可以感知到真实或虚拟的图像。也可以说用全息图编码的光直接传播到眼睛。在这些实施例中，在显示设备和观察者之间没有形成中间全息重建/图像。有时说，在这些实施例中，眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换或变换。投影系统或光引擎可以配置成使得观察者有效地直视显示设备。
7、根据众所周知的光学原理，眼睛或其他观察实体/系统可以观察到的从显示设备传播的光的角度范围随着显示设备和观察实体之间的距离而变化。例如，在1米的观察距离，来自lcos的仅小范围角度可以传播通过眼睛的瞳孔，以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。从显示设备传播的光线的角度范围决定了观察者“可见”的图像部分，该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。换句话说，不是图像的所有部分从观察平面上的任何一点都是可见的(例如诸如眼动盒的观察窗口内的任何一个眼睛位置)。
8、在一些实施例中，观察者感知的图像是出现在显示设备上游的虚拟图像，也就是说，观察者感知图像比显示设备离他们更远。因此，从概念上讲，可以认为观察者正在通过“显示设备大小的窗口”观察虚拟图像，该窗口可以非常小，例如直径为1cm，处于相对较大的距离，例如1米。并且用户将通过他们眼睛的瞳孔观察显示设备大小的窗口，瞳孔也可以非常小。因此，在任何给定时间，视场变小，并且能够看到的特定角度范围严重依赖于眼睛位置。
9、光瞳扩展器解决了如何增加视场的问题—即如何增加从显示设备传播的光线的角度范围，并且该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以形成图像。显示设备(相对而言)小而投影距离(相对而言)大。在一些实施例中，投影距离比显示设备的入射光瞳和/或孔径的直径或宽度(即像素阵列的尺寸)大至少一个数量级，例如至少两个数量级。本文描述的本公开的实施例涉及一种配置，其中图像的全息图而不是图像本身被传播到人眼。换句话说，观察者接收到的光根据图像的全息图进行调制。然而，本公开的其他实施例可以涉及这样的配置，其中图像被传播到人眼而不是全息图—例如通过所谓的间接观察，其中在屏幕上(或者甚至在自由空间中)形成的全息重建或“重放图像”的光被传播到人眼。
10、光瞳扩展器增加了视场，因此增加了可以使用显示设备的全衍射角的最大传播距离。光瞳扩展器的使用还可以横向增加观察区域(即用户的眼盒)，从而使眼睛能够发生一些运动，同时仍使用户能够看到图像。本领域技术人员将理解，在成像系统中，观察区域(用户的眼盒)是观察者的眼睛能够感知图像的区域。本公开总体涉及非无限虚拟图像距离—即近场虚拟图像。然而，本公开的光瞳扩展器可以应用于成像形式，其可以受益于在显示设备和观察区域之间中继光的路径中的光瞳扩展。
11、传统上，光瞳扩展器包括一个或多个一维光波导，每个使用诸如玻璃块或平面镜之类的块体光学器件形成，其中来自表面的输出光形成观察窗—例如供观察者观察的眼盒或眼动盒。从显示设备接收的光(例如来自lcos的空间调制光)被该或每个波导复制，以便在至少一个维度上增加视场(或观察区域)。特别是，由于通过划分入射波前的振幅产生了额外的光线或“复本”，波导扩大了观察窗。然而，为了实现这一点，显示设备必须非常接近(例如邻近)波导光瞳扩展器。这限制了显示设备的整体配置、尺寸和体积，从而妨碍了更紧凑设备的设计。此外，光瞳扩展器的出射光瞳必须定位成使得输出光被中继到观察系统(例如观察者的眼睛)所在的观察区域。这一要求与显示设备的尺寸相结合，限制了其在原位的放置。例如，当实现为车辆中驾驶员的平视显示器时，显示设备必须放置在车辆仪表板内输出光可被中继到驾驶员眼睛所在的观察区域的位置。
12、本公开提出了光瞳扩展的替代方法。不是在显示设备本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全息系统，包括：
2.如权利要求1所述的全息系统，其中，所述多个光导中的每个布置成形成在其输入端接收的空间调制光的复本，以便在所述第一维度上扩展所述出射光瞳。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述多个光导的输出端在所述第一维度上以一维阵列布置。
4.如权利要求1、2或3所述的系统，还包括光导分束器，其布置成将由所述空间光调制器输出的空间调制光同时耦合到所述多个光导中的每个的输入端。
5.如任一前述权利要求所述的系统，还包括多路复用器，其布置成以定义的序列将由所述空间光调制器输出的空间调制光一次一个地耦合到所述多个光导中的每个中，其中可选地，该序列的持续时间小于人眼的积分时间。
6.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述空间光调制器布置成以多个角度输出用所述全息图编码的空间调制光，使得每个角度的输出光形成相应的光通道，其耦合到所述多个光导中的每个或相应的一个或多个的输入端中，可选地，其中，每个角度光通道包括按角度划分的图像信息的一部分。
7.如权利要求6所述的系统，其中，每个光通道耦合到至少两个
8.如权利要求6或7所述的系统，其中，所述系统布置成响应于来自眼睛跟踪系统的反馈来动态控制光通道到多个光导的分配。
9.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述出射光瞳在第二维度上被额外扩展，其中第二维度与所述第一维度正交，并且可选地对应于所述观察区域的维度。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述多个光导的输出端在所述第一和第二维度上以二维阵列布置。
11.如任一前述权利要求所述的系统，还包括准直透镜，其布置成准直从光导的输出端输出的光，以便中继到所述观察区域。
12.如任一前述权利要求所述的系统，还包括光源，其布置成照射所述空间光调制器，以便根据所述全息图对光进行空间调制。
13.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述空间光调制器包括用所述全息图编码的硅基液晶(“LCOS”)空间光调制器。
14.如任一前述权利要求所述的系统，还包括放大光学器件，其布置成将所述观察区域的可用衍射角范围增大到所述空间光调制器的衍射角之外。
15.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述系统以直视配置布置，并且所述观察区域是用于通过人眼观察所述图像的区域。
16.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述观察区域与所述空间光调制器在空间上分开的传播距离比空间光调制器的孔径宽度大至少一个数量级，可选地，其中投影距离在30cm至150cm的范围内。
17.一种平视显示器，包括任一前述权利要求所述的系统，可选地，其中，观察区域是眼动盒。
18.一种扩展全息系统的出射光瞳的方法，该方法包括：
19.一种全息系统，包括：
20.一种全息系统，包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种全息系统，包括：
2.如权利要求1所述的全息系统，其中，所述多个光导中的每个布置成形成在其输入端接收的空间调制光的复本，以便在所述第一维度上扩展所述出射光瞳。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述多个光导的输出端在所述第一维度上以一维阵列布置。
4.如权利要求1、2或3所述的系统，还包括光导分束器，其布置成将由所述空间光调制器输出的空间调制光同时耦合到所述多个光导中的每个的输入端。
5.如任一前述权利要求所述的系统，还包括多路复用器，其布置成以定义的序列将由所述空间光调制器输出的空间调制光一次一个地耦合到所述多个光导中的每个中，其中可选地，该序列的持续时间小于人眼的积分时间。
6.如任一前述权利要求所述的系统，其中，所述空间光调制器布置成以多个角度输出用所述全息图编码的空间调制光，使得每个角度的输出光形成相应的光通道，其耦合到所述多个光导中的每个或相应的一个或多个的输入端中，可选地，其中，每个角度光通道包括按角度划分的图像信息的一部分。
7.如权利要求6所述的系统，其中，每个光通道耦合到至少两个光导的输入端，其中，至少两个光导中的每个复制相应的光通道，以便在所述第一维度上扩展所述出射光瞳，并且可选地，其中，至少两个光导中的每个在第一维度上具有相邻的输出端。
8.如权利要求6或7所述的系统，其中，所述系统布置成响应于来自眼睛跟踪系统的反馈来动态控制光通道到多个光导的分配。
9.如任一前述权利要求所述的系...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·伯纳姆，T·斯密顿，
申请(专利权)人：恩维世科斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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