【技术实现步骤摘要】
本公开涉及光学系统和使用光学系统成像的方法。更具体地，本公开涉及布置成形成全息重建的虚像的光学系统，该虚像远离全息图的图像。本专利技术还涉及移动全息图的图像平面的方法和增加全息重建图像和相应全息图图像之间距离的方法。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
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、这里公开了一种全息投影仪，包括包含显示设备的光学系统。全息投影仪可以包括光中继器。光中继器可以包括第一透镜和第二透镜。第一和第二透镜可以布置成所谓的4f配置。全息投影可以进一步包括一个或多个波导光瞳扩展器。显示设备布置成根据显示在其上的图片的全息图对光进行空间调制。显示设备可以位于第一透镜的前焦平面处。光学系统可以布置成使得显示设备被相干光照明，该相干光根据全息图被空间调制，然后被光中继器的第一透镜接收，使得图片的全息重建形成在第一透镜的后焦平面处。然后，光可以继续传播并被光中继器的第二透镜接收，使得显示设备的中继图像(即全息图的中继图像)可以形成在第二透镜的后焦平面处。第一波导位于第二透镜的后焦平面附近，并且可以布置成接收空间调制光并复制该光以在第一方向上扩展光学系统的出射光瞳。还可以提供第二波导，其布置为接收从第一波导输出的光，以在第二方向上扩展光学系统的出射光瞳。从概念上讲，这样做的结果可以认为是创建了显示设备的复本阵列。复本阵列可以说存在于“虚拟表面”上，该虚拟表面可以交错排列，如2021年12月23日提交的英国专利申请gb2118911.3中所述。具体而言，由于与每个复本相关的波导中不同的路径长度，每个复本可以离显示设备不同的垂直距离。因此，与每个复本相关的虚拟表面部分(例如在x，y维度上)在垂直方向上(例如在z维度上)偏离显示设备。当观察系统(例如用户的眼睛)位于波导下游的观察窗时，全息重建的虚像是可见的。虚像可以在显示设备上游的虚像距离处形成。通常，虚像距离可以在约1米和约10或20米之间。
3、如本文所用，术语“上游”和“下游”可以用来描述光学系统的特征、元件或部件，或者由光学系统形成的(真实或虚拟)图像或全息重建相对于光通过光学系统的传播方向的相对位置。例如，在光传播到第一部件然后到第二部件的光学系统中，第一部件可被描述为第二部件的上游，而第二部件可被描述为第一部件的下游。由光学部件形成的虚像可被描述为形成在相应光学部件的上游。由光学部件形成的实像可被描述为形成在相应光学部件的下游。
4、上述光学系统的优点之一是，它增加了一维或二维的观察窗(即用户的眼盒)，从而使眼睛(或其他观察系统)能够发生一些运动，同时即使在非常小的显示设备/全息图的情况下，仍使得观察系统能够看到全息重建。然而，专利技术人已经发现，尽管全息重建的虚像本身(当聚焦在虚像距离时)可能具有良好的质量，但可能会形成/看到伪像。这些伪像可能出现在全息重建的虚像的前面(即下游)。这些伪像可以在虚拟表面上形成或可见—即对应于显示设备的复本阵列的区域。当波导形成复本阵列时，在单个复本中形成的每个伪像将重复一定数量的次数，在显示设备的复本阵列上形成伪像的重复图案。观察窗处的观察系统/用户可能实际上不得不透过或越过伪像的图案来观察全息重建的虚像。
5、专利技术人已经发现，眼睛通常非常能够在不同深度观察图像内容，或者至少意识到不同深度的特征的存在。因此，全息重建的虚像和复本平面上的非均匀强度阵列可被人类观察者同时至少半感知。专利技术人已经发现，用户的眼睛被伪像(重复图案)吸引，伪像会分散用户想要观察的全息重建的虚像的注意力—即使当观察者聚焦在图像(即全息重建)上，而不是与观察者有不同距离的相应全息图(或其图像)上。专利技术人通过他们的研究已经认识到(即使一些观察者最初没有注意到),一旦观察者意识到伪像(重复图案),它就是(或者可能成为)显著干扰。专利技术人提出，与此类似，可以通过透明的玻璃窗观察远处的场景。在这种情况下，玻璃上的标记或特征(例如污垢或污迹)可能构成伪像，观察者必须透过或越过它才能看到后面的景象。如果观察者意识到玻璃上的标记(同样，他们可能没有意识到)，即使观察者将注意力集中在场景而不是玻璃上，标记的存在也可能至少部分地破坏场景的视图。总之，专利技术人已经发现，由本公开的波导复制器形成的虚拟表面可以影响观察体验的质量。
6、在虚拟表面(即显示设备的复本区域)可能会形成许多不同的伪像。这种伪像可能是由光学系统的光散射引起的，例如由显示设备形成的全息波前的散射。显示设备的物理特征(例如显示设备的边界)也可能导致伪像的形成。同样，这些伪像可能出现在复本阵列的位置处，而不是出现在虚像的位置处，因此可能引起用户眼睛的注意，并分散虚像的注意力。
7、虚拟表面可能会分散注意力有多个原因。仅作为示例，专利技术人已经认识到虚拟表面上的一个分散注意力的来源可能是显示设备的不均匀照射的结果。如果光源的轮廓不均匀(例如具有高斯强度轮廓),则可能会出现这种不均匀照射。专利技术人发现，照射全息图的光点边缘处强度的微小降低导致形成了从眼盒中可见的延伸的对比度带或轮廓(复本邻接处)。显著地，这些带或轮廓基本是直的(并且基本与全息图复制的两个正交方向对齐/平行)。虽然这种条带极其细微(就强度而言)，但人眼对边缘和线条特征(即直线对比度)非常敏感，因此对视觉体验质量的负面影响惊人地高。也就是说，延伸的直线带或轮廓—由全息图复制的规则图案和光源光的“正常”非均匀性产生，这对于其他类型的全息显示是完全可接受的—对于一些人类观察者来说是惊人地突出。暗带可以在复本平面处形成，因此观察系统可能必须有效地透过或穿过暗带来观察全息重建的虚像。
8、根据本公本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有观察窗的光学系统，其中，该光学系统包括：
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学部件布置成使得耦合到所述波导中的波前是编码图片的全息波前的变换，可选地是全息波前的傅立叶变换。
3.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，该光学系统还包括：
4.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，该光学系统还包括：
5.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，(i)所述全息重建和光学部件之间的距离小于光学部件的焦距，使得全息重建的图像是在所述显示设备上游形成的虚像，并且(ii)显示设备和波导之间的距离等于光学部件的焦距，使得全息图的图像形成在无穷远处(全息图的上游)。
6.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，(i)所述全息重建和光学部件之间的距离小于光学部件的焦距，使得全息重建的图像是在所述显示设备上游形成的虚像，并且(ii)显示设备和波导之间的距离大于光学部件的焦距，使得全息图的图像形成在波导的下游。
7.如权利要求4或6所述的光学系统，其中，由所述光学部件形成的全息图或中继全息图的图像是在所述光学系统的
8.如前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述全息重建的虚像和由所述光学部件形成的显示全息图的图像之间的距离大于1米，例如大于2米或大于5米。
9.如前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述光学部件布置成使得从光学部件到所述全息重建的虚像的距离在0.5至10米的范围内。
10.如前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述光学部件的焦距小于150mm，例如小于120mm或小于100mm。
11.如前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，由所述波导接收的全息波前包括非准直光，例如发散光。
12.如前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，每个衍射图案代表透镜/将光带到焦点。
13.一种全息图像形成方法，该方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种具有观察窗的光学系统，其中，该光学系统包括：
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学部件布置成使得耦合到所述波导中的波前是编码图片的全息波前的变换，可选地是全息波前的傅立叶变换。
3.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，该光学系统还包括：
4.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，该光学系统还包括：
5.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，(i)所述全息重建和光学部件之间的距离小于光学部件的焦距，使得全息重建的图像是在所述显示设备上游形成的虚像，并且(ii)显示设备和波导之间的距离等于光学部件的焦距，使得全息图的图像形成在无穷远处(全息图的上游)。
6.如权利要求1或2所述的光学系统，其中，(i)所述全息重建和光学部件之间的距离小于光学部件的焦距，使得全息重建的图像是在所述显示设备上游形成的虚像，并且(ii)显示设备和波导之间的距离大于光学部件的焦距，使得全息图的图像形成在...
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