CN108351614A - 全息显示器 - Google Patents

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Abstract

一种显示设备(100)包括被配置成对用户眼睛成像的光学传感器(110，206)、被配置成提供图像光的图像源(210)、包括多个全息图(216)的全息胶片(214)以及控制器(204)。每个全息图用相同的参考束来记录，但是被不同地记录以便不同地衍射从光源接收的图像光。控制器被配置成经由光学传感器确定用户眼睛的位置，以及基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息胶片的状态，使得多个全息图中的特定全息图将图像光衍射到用户眼睛的位置。其中调整全息胶片的状态可包括剪切机构(220)或液晶结构。

Description

全息显示器
背景
显示设备可投影全息生成的虚拟图像以向查看者提供沉浸式体验。虚拟图像可以以各种方式来被全息地生成。例如，显示设备可使用用全息图记录的全息胶片来将虚拟图像递送给用户的眼睛。具体而言，全息图可以用图像光以参考角度来照明，并且全息图可以以与用户的眼睛相交的角度来衍射该图像光。
附图简述
图1示出了示例近眼显示设备。
图2A-2B示出了用于近眼显示设备的示例光学系统。
图3示出了处于要透射图像光的状态的示例全息胶片。
图4示出了对应于图3的全息胶片的状态的示例向量图。
图5示出了处于要衍射图像光的状态的示例全息胶片。
图6示出了对应于图5的全息胶片的状态的示例向量图。
图7A-7B示出了示例剪切机构。
图8示出了用于投影全息图的示例方法。
图9示出了示例计算系统。
详细描述
如以上所讨论的，显示设备可被配置成通过向记录在全息胶片中的全息图提供图像光来将虚拟图像投影到用户的眼睛。当图像光以参考角度被提供给全息图时，全息图以特定的出站角度衍射该图像光。如果用户的瞳孔处于使得成出站角度的光射线与瞳孔相交的位置，则用户能够查看虚拟图像。然而，如果瞳孔从该位置移开(例如，如果用户的眼睛朝左、右、上或下看)，则虚拟图像不再能够由用户的眼睛查看到。换言之，全息胶片的性质使得虚拟图像仅能够用单个瞳孔位置或非常有限的范围的瞳孔位置来查看。
相应地，本描述涉及将虚拟图像投影到用户的眼睛，使得虚拟图像可以从各种不同的瞳孔位置查看到。在许多示例中，初始步骤是要确定用户眼睛的位置。图像光被提供给包括多个不同全息图的全息胶片。每个全息图用相同的参考束来记录，但是各个个体全息图被不同地记录。差分记录被执行以使得对于以给定参考角度入射的图像光，每个全息图不同地衍射该图像光。换言之，每个全息图不同地“瞄准”或“重定向”以该入射参考角度进入的光，使得该光以不同的衍射角出射。全息胶片的状态可基于所确定的用户眼睛的位置来调整。该调整可促使特定全息图被照明/激活，全息图是基于其具有与所确定的用户眼睛的位置相交的衍射角而被选择的。通过基于用户眼睛的瞳孔的位置来调整全息胶片的状态以照明特定全息图，系统即使在瞳孔显著地改变位置时也能够查看虚拟图像。
图1示出了可包括本文中所描述的示例光学系统中的一者或多者的示例显示设备。更具体而言，图1示出了具有近眼显示器102的一对可穿戴眼镜形式的示例头戴式显示器(HMD)设备100。该HMD设备100以简化形式示出。在一些实现中，近眼显示器102可被至少部分地透视，使得虚拟图像可以看起来增强能够通过近眼显示器102查看到的真实世界环境。在其他实现中，近眼显示器102可以是封闭的虚拟现实显示器。近眼显示设备可采取与所示示例不同的任何其他合适的形式。此外，本文中所讨论的概念可以广泛地适用于其他类型的显示设备，诸如大画幅显示设备。
HMD设备100包括被配置成控制显示器102的操作的控制器104。对显示器102的操作的控制可附加地或替换地由与HMD设备100通信的(例如，位于HMD设备100的远程的)一个或多个计算设备控制。控制器104可包括逻辑设备和存储设备，如下面参考图9更详细地讨论的。逻辑设备和存储设备可以与HMD设备100的各种传感器和显示系统组件通信。
HMD设备100还包括由控制器控制的全息显示系统106。以下参考图2A-2B更详细地描述用于与全息显示系统106一起使用的示例显示系统。
HMD设备100还可包括用于向控制器104提供信息的各种传感器和相关系统。这些传感器可包括但不限于一个或多个面向外的图像传感器108以及一个或多个面向内的图像传感器110。
该一个或多个面向外的图像传感器108可被配置成测量其中HMD设备100所处的物理环境的属性。物理环境的这种视觉数据可被用来向全息显示系统106提供基于视频的增强现实显示数据。在一个示例中，如由面向外的图像传感器108成像的用户真实世界环境的实况或半实况视频/图像馈送可经由全息显示系统106显示，以模拟透视显示系统。虚拟对象可被显示在真实世界环境的图像上以向用户呈现增强现实场景。在另一示例中，面向外的图像传感器108可以对真实世界环境进行成像以用于对真实世界环境中的对象进行位置跟踪和映射。
在一个示例中，一个或多个图像传感器108可包括被配置成收集物理空间的可见光图像的可见光相机。此外，该一个或多个图像传感器108可包括被配置成收集物理空间的深度图像的深度相机。更具体而言，在一个示例中，深度相机是红外飞行时间深度相机。在另一示例中，深度相机是红外结构光深度相机。
一个或多个面向内的图像传感器110可被配置成获取来自穿戴者的眼睛的注视跟踪数据形式的图像数据。HMD设备100的控制器104可被配置成基于接收自图像传感器110的信息以任何合适的方式来确定穿戴者眼睛中的每一只眼睛的注视方向。例如，一个或多个光源(诸如红外光源)可被配置成致使闪光或光从穿戴者的每一只眼睛的角膜反射。一个或多个图像传感器110可接着被配置成捕捉穿戴者的眼睛的图像。控制器104可以使用这些闪光的图像和瞳孔的图像来确定每只眼睛的光轴。使用此信息，控制器104可被配置成确定穿戴者正在注视的方向(也被称为注视向量)。在一个示例中，一个或多个光源、一个或多个面向内的图像传感器110和控制器104可共同地包括注视检测器。该注视检测器可被配置成确定用户眼睛的位置、注视向量、瞳孔位置、头部方位、眼睛注视速度、眼睛注视加速度、眼睛注视方向角度的改变和/或用户眼睛的任何其他合适的跟踪信息。在其他实现中，可在HMD设备100中采用不同类型的注视检测器/传感器来测量用户眼睛的一个或多个注视参数。在一些实现中，眼睛注视跟踪可针对HMD设备100的穿戴者的每只眼睛来被独立地记录。
在一个特定示例中，人眼的瞳孔可具有约2毫米的最小直径。在该大小处，瞳孔可移动到离散数量的独立(即，不交叠)位置。在一些情形中，可能存在多达四十个独立的位置。相应地，控制器104可被配置成标识瞳孔所处的可能的四十个位置中的某个位置。
控制器104可被配置成基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息显示系统106的状态。该调整可允许从所确定的位置查看虚拟图像。具体而言，控制器104可调整全息显示系统106的全息胶片的状态来衍射图像光以与用户眼睛的位置相交，如将在下面进一步详细讨论的。
图2A-2B以简化形式示出了示例光学系统200。在一个示例中，光学系统200可以在用于图1的HMD设备100的全息显示系统106或任何其他合适的显示设备中被采用。光学系统200包括布置在用户眼睛202前方或附近的光学元件。控制器204控制光学系统200的操作以尤其确定用户眼睛202的位置以及调整光学系统的状态以将图像光引导到用户眼睛202。
光学系统200包括用于对用户眼睛202进行成像的光学传感器206。控制器204可基于从光学传感器206接收的图像数据来确定用户眼睛202的瞳孔208的位置(或另一方面)。在一个示例中，光学传感器206对应于图1中示出的一个或多个面向内的图像传感器110。控制器204可以如以上所描述地确定瞳孔208的位置，或者以任何其他合适的方式确定瞳孔208的位置。
光学系统200包括被配置成将图像光输出到波导212的图像源210。图像源210可采取任何合适的形式。图像源210可采用各种图像形成技术，包括但不限于液晶显示器(LCD)、硅上液晶(LCOS)显示器或其他合适的显示技术。图像源210可采用任何合适的背光源或其他照明源。在一个示例中，图像源210可包括一个或多个激光源(例如，激光二极管)以向波导212提供空间上相干的图像光。激光具有窄的线宽(例如，以单一波长发射光)，当被全息图衍射时，其产生很少或不产生彩虹效应。
图像源210可以以任何合适的方式将图像光提供给波导212。例如，图像源210可经由输入耦合棱镜、压印光栅、体全息图、倾斜衍射光栅或其他耦合光栅或全息图来提供图像光。在所解说的实现中，图像源210以固定的入射角将图像光提供给波导212。然而，在其他实现中，图像源210可改变图像光被提供给波导212的入射角。
波导212可被配置成将从图像源210接收的图像光传播到用户眼睛202的视场。具体而言，图像光可传播通过波导212直到在一定次数的反射之后最终超过全内反射(TIR)临界角。一旦超过临界角，图像光就离开波导212。波导212可采取任何合适的形式。在所解说的实现中，波导212具有楔形形状。在其他实现中，波导212可取代楔形形状而具有恒定的厚度。
全息胶片214可被配置成接收离开波导212的图像光。在一个示例中，尽管全息胶片214可以以任何合适的方式/位置定位，但是全息胶片214在用户的视场中与波导212相邻。全息胶片214包括多个不同的全息图216。在一个示例中，每个全息图216是布拉格光栅。每个全息图216可以用相同的参考束记录在全息胶片214中。换言之，在具有N个全息图的一个示例中，使用参考束R记录全息图1；使用相同的参考束R记录全息图2；以此类推直到全息图N。然而，这些全息图中的每一个全息图可被不同地记录，以便以参考角度来不同地衍射从波导212接收的图像光。具体而言，可以以每个全息图216以不同角度衍射图像光的方式来记录每个全息图216。例如，不同全息图216的不同衍射角可以与瞳孔208的不同的可能位置相交。在一个示例中，全息胶片214的多个全息图216可对应于用户眼睛202的可能的瞳孔位置的总数(例如37-40)。
控制器204可被配置成基于如经由光学传感器206确定的用户眼睛202的位置218来调整全息胶片214的状态。具体而言，控制器204可调整全息胶片214的状态，使得全息图216中的特定一个全息图被选择/激活/激发来衍射图像光以与所确定的用户眼睛202的位置218相交。在全息胶片214的这种状态下，其他非活动全息图不会将图像光衍射到用户眼睛的位置。相反，非活动全息图透射图像光。
通过改变全息胶片214的状态来选择不同地衍射图像光的不同全息图，光学系统200可选择性地向瞳孔208的一定范围的可能位置提供图像光。例如，如图2A所示，瞳孔208被定向在第一位置218A处。控制器204经由光学传感器206确定瞳孔处于该第一位置218A处，并且作为响应来调整全息胶片214的状态。全息胶片的状态调整激发具有衍射图像光以与位置218A相交的特定衍射角的第一全息图。
在另一示例中(图2B)，瞳孔208被定向在第二位置218B。控制器204(例如，经由光学传感器206)确定第二位置218B，并且调整全息胶片214的状态以激发第二不同的全息图。第二全息图具有衍射图像光以与位置218B相交的特定衍射角，并且出于该原因而被选择/激活。换言之，控制器204响应于瞳孔位置的变化来调整全息胶片214的状态，使得图像光在改变的瞳孔位置处被提供给瞳孔。具体而言，随着瞳孔位置的每次改变，全息胶片214的不同全息图216可被激发以在瞳孔208移动时适当地将图像光衍射到瞳孔。
多个全息图216可以以任何合适的方式记录在全息胶片214中。在一个示例中，每个全息图216用相同的参考束来记录，但是其中全息胶片214经受不同的剪切量。剪切可包括在一个方向上施加到全息胶片214的一个部分以及在相反方向上施加到全息胶片214的另一部分的任何合适量的非对准的力。(诸)剪切力可以以任何合适的方式来被施加到全息胶片214。通过针对每次记录调整施加到全息胶片214的剪切量，衍射角可针对每个全息图而改变，例如使得每个全息图具有与其他全息图中的一者或多者不同的衍射角。换言之，同一全息图的多个实例(例如，具有相同的参考和信号)可被记录在全息胶片214上，并且每个全息图可基于在全息图的记录期间所施加的不同的剪切量而被不同地定向。
在一个特定示例中，全息胶片214可通过生成参考束和信号而被记录，以创建期望的全息干涉图案。例如，参考束可包括平面波前。例如，对于布拉格光栅，该信号也可包括平面波前。例如，对于3D图像，该信号可包括从3D物体散射的光。干涉图案可被印刷在离子束机器上。所印刷的干涉图案可放置在厚的感光胶片(诸如重铬酸盐明胶或卤化银)附近。胶片的基板可经由激光来照明，直到全息图已被复制到基板中。在一个示例中，复制过程被重复以将每个全息图记录在胶片中，并且对于每次记录，将对胶片施加不同的剪切量。在另一示例中，包括所有不同全息图的主体全息图被印刷，从而允许主体全息图在单个记录步骤中被复制到光敏胶片的基板中。
在采用全息胶片214(包括用被施加到全息胶片214的不同的剪切量记录的不同全息图)的光学系统200的实现中，全息胶片214的状态可通过调整施加到全息胶片214的剪切量而被改变。
图3和5示意性地示出了在影响全息胶片300的全息图302的操作状态的不同的剪切量下的示例全息胶片300。图4和6示出了对应于在不同的剪切量下的全息图302的向量图，且将在贯穿对全息图302的讨论中被参考。
图3示出了在相对于图5中所示的更大的剪切量下的全息胶片300。具体而言，全息胶片300(例如，布拉格光栅)的顶表面304在相对于全息胶片300的底表面306的相反方向上被移位。光射线308以角度(α)被提供给全息胶片300。向全息胶片300施加较大的剪切量使全息胶片300失真。具体而言，全息胶片300的失真致使布拉格光栅的平面相对于光射线308的角度(α)旋转。由此，光射线308以与参考角度不同的角度入射在全息图302上，并且光射线308透射通过全息图302而未被衍射。换言之，全息图302处于非活动状态，其中全息图302对光射线308而言显得透明。
图4示出了对应于如图3所示的当全息胶片300经受较大量的剪切时的全息图302的向量图400。参考向量402对应于图3中所示的光射线308。参考向量402具有等于光射线308的波长的倒数的长度。向量402具有垂直于光射线308的波前的方向。全息图向量404对应于图3中所示的全息图302。全息图向量404具有等于全息图302的平面之间的距离的倒数的长度。全息图向量404具有垂直于全息图302的平面的方向。具有恒定半径的圆406由被用来记录全息图302的信号向量408和参考向量402的组合形成。在该情形中，全息图向量404不与恒定半径的圆406对准(例如，向量的端部不位于圆的周界上)。由此，光射线308以与参考角度不同的角度入射在全息图302上，并且全息图302不衍射光射线308，如图3所示。
图5示出了在相对于图3中所示的更小的剪切量下的全息胶片300。具体而言，全息胶片300(例如，布拉格光栅)的顶表面304在相对于全息胶片300的底表面306的相反方向上在小于图3中的程度上被移位。光射线308以与图3中所示的相同的角度(α)被提供给全息胶片300。向全息胶片300施加较小量的剪切使全息胶片300在较小的程度上失真。具体而言，全息胶片300的失真致使布拉格光栅的平面相对于光射线308的角度(α)旋转，使得光射线308以参考角度入射在全息图302上。由此，光射线308以参考角度入射在全息图302上，并且光射线308被全息图302衍射。换言之，全息图302可处于受激发状态，在该受激发状态下，全息图302衍射光射线308。
图6示出了对应于如图5所示的当全息胶片300经受较小量的剪切时的全息图302的向量图600。参考向量602对应于图5中所示的光射线308。全息图向量604对应于图5中所示的全息图302。具有恒定半径的圆606由被用来记录全息图302的信号向量608和参考向量602的组合形成。在该情形中，全息图向量604与恒定半径的圆606对准(例如，向量的端部的确位于圆的周界上)。由此，光射线308以参考角度入射在全息图302上，并且全息图302衍射光射线308，如图5所示。
虽然在单个全息图/布拉格光栅的上下文中讨论了对全息胶片施加剪切的概念，但是这样的概念可同样适用于记录在全息胶片中的全息图。
继续参考图2A-2B，在采用通过施加不同的剪切量而被调整的全息胶片214的光学系统200的实现中，光学系统200可包括剪切机构220，该剪切机构220被配置成调整施加到全息胶片214的剪切量。具体而言，控制器204可控制剪切机构220来调整施加到全息胶片的剪切量。
图7A-7B示出了示例剪切机构700。剪切机构700包括连接到全息胶片704的一个或多个压电元件702。具体而言，压电元件702可以在第一位置708处连接(1)到全息胶片704的顶表面706，并且在第二位置712处连接(2)到全息胶片704的底表面710。在图7A中，控制器714将第一电压施加到压电元件702以施加第一剪切量，其中第一和第二位置708和712被分开第一距离D1。该第一剪切量可将全息胶片704的全息图716置于受激发状态(如图5所示)，其中全息图以参考角度衍射从波导入射的图像光。在图7B中，控制器714将第二不同的电压施加到压电元件702以施加第二更大的剪切量。第二剪切量致使第一位置708和第二位置712分开第二距离D2，该第二距离D2大于第一距离D1。在所描绘的示例中，第二剪切量将全息图716置于非活动状态(图3)，其中全息图透射光，而不是衍射光。
以上所描述的场景意图是非限制性的。控制器714可以以任何合适的方式控制压电元件702以向全息胶片704施加任何合适的剪切量。在一个示例中，20mm长的压电元件可以在高达约100伏的电压下被拉伸/扭曲达20微米。这种拉伸/变形的范围可适于将不同的剪切量施加到全息胶片以如所期望地激发全息胶片的任何不同的全息图。
返回图2，在替代实现中，全息胶片214可包括其中全息图216被记录的液晶和聚合物(例如，UV固化聚合物)的混合。在该示例实现中，可以不通过可变剪切而是通过向全息胶片214施加电场(例如电压)来调整全息胶片，以便影响液晶的取向。具体而言，电场的存在可致使液晶分子是双折射的。液晶分子的这种重新取向可对具有合适的线偏振的光具有相同的效果，如全息胶片的折射率方面的变化。改变液晶的表观折射率致使液晶和周围聚合物的平均折射率改变。平均折射率的改变致使材料内的参考光射线的角度改变(根据斯奈尔定律)。参考光射线的角度的改变致使所记录的全息图中的一个全息图被选择/激活，而剩余的全息图保持不活动。换言之，在这样的配置中，不同的全息图可通过向全息胶片214施加合适的电压而被选择性地启用/禁用。
多个全息图216可被储存在全息胶片214的液晶和聚合物混合中。每个全息图216可以用相同的参考束来记录。然而，每个全息图216可以在对全息胶片214中的特定全息图而言唯一的液晶的不同折射率下被激活。而且，不同的折射率可致使图像光以与每个所记录的全息图相关的不同角度来被衍射。
在一个特定示例中，液晶显示器(例如，具有大约25mm乘25mm的尺寸)与透镜(例如，具有25mm焦距)对准。参考束和信号(两者皆平面波前)被引导通过对准的组件以创建期望的全息干涉图案。厚的感光胶片(诸如重铬酸盐明胶)被置于透镜的焦平面中以记录干涉图案。记录步骤可以在约1mm的距离处被重复，同时适当地调制液晶显示器以针对每个全息图实现不同的折射率。
在采用以该方式记录的全息胶片214的光学系统200的实现中，全息胶片214的状态可被调整以通过调整施加到全息胶片214的电压来激发特定的全息图216。例如，控制器204可将特定电压施加到全息胶片214的液晶结构，以将液晶结构的折射率调整到对应于特定全息图的所选择的折射率。
在一些实现中，控制器204可以与全息胶片214结合地控制图像源210。具体而言，控制器204可在控制器调整全息胶片214的液晶结构的状态时暂时地关闭图像源210。随后，一旦液晶结构的状态已改变，控制器204就可重新打开图像源210。通过以该方式控制图像源210和全息胶片214，用户眼睛可能感知不到全息胶片214的状态的任何改变。
图8示出了用于投影图像的示例方法800。方法800可由诸如HMD设备100(图1)之类的显示设备或者在诸如HMD设备100(图1)之类的显示设备上执行。一般而言，方法800可通过任何合适的显示设备来执行，其中具有使用公共参考束来被不同地记录到胶片中的多个全息图的全息胶片被采用。
在802处，方法800包括经由光学传感器确定用户眼睛的位置。用户眼睛的位置可以以任何合适的方式来确定。在一个示例中，用户眼睛的注视向量可被确定，如以上所描述的。在一个示例中，用户眼睛的位置对应于用户眼睛的瞳孔的位置。
在804处，方法800包括经由图像源来将图像光提供给显示设备的全息胶片。在一个示例中(图2)，图像光经由波导212从光源210提供给全息胶片214。全息胶片包括用相同参考束记录的、但被不同地记录以不同地衍射从图像源接收的图像光的多个全息图。
在806处，方法800包括基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息胶片的状态，使得全息图中的特定的一个全息图衍射图像光以与用户眼睛的位置相交。
在一些实现中，全息胶片的全息图可被记录，同时在每个全息图的记录期间向全息胶片施加不同的剪切量(或者在主体全息图中模拟这些条件)。在一些这样的实现中，在808处，方法800任选地可包括控制剪切机构来调整施加到全息胶片的剪切量以调整全息胶片的状态。
在一些实现中，全息胶片的全息图可被记录在液晶结构(例如，液晶和聚合物混合)中。在一些这样的实现中，在810处，方法800任选地可包括将特定电压施加到全息胶片的液晶结构来将液晶结构的折射率调整到对应于特定全息图的所选择的折射率以调整全息胶片的状态。
根据以上所描述的方法，虚拟图像即使在瞳孔的位置跨瞳孔的运动范围改变时也可被投影到用户眼睛的瞳孔。
在一些实现中，本文中所描述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统绑定。具体而言，这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品。
图9示意性地示出了可执行上述方法和过程中的一个或多个的计算系统900的非限制性实现。以简化形式示出了计算系统900。计算系统900可采取以下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)和/或其他计算设备。例如，计算系统900可对应于图1中所示的HMD设备100。
计算系统900包括逻辑机902和存储机904。计算系统900可任选地包括显示子系统906、输入子系统908、通信子系统910和/或在图9中未示出的其他组件。
逻辑机902包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机902可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构、或其他逻辑构造。这种指令可被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个组件的状态、实现技术效果、或以其他方式得到期望结果。
逻辑机902可以包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。例如，这些指令可由逻辑机902执行以处理眼睛成像数据，基于眼睛成像数据确定眼睛位置，以及控制光学系统200的状态以在所确定的眼睛位置处向用户的眼睛提供图像光。附加地或替换地，逻辑机902可以包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机902的处理器可以是单核的或多核的，其上执行的指令可以被配置用于串行、并行和/或分布式处理。逻辑机902的个体组件可任选地分布在两个或更多个分开的设备之间，该设备可以位于远程以及/或者被配置用于协同处理。逻辑机902的各方面可由以云计算配置进行配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储机904包括被配置成保持可由逻辑机902执行的指令以实现此处描述的方法和过程的一个或多个物理设备。在实现这些方法和过程时，可以变换存储机904的状态(例如，保存不同的数据)。
存储机904可以包括可移动和/或内置设备。存储机904可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等等。存储机904可包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
可以理解，存储机904包括一个或多个物理设备。然而，本文描述的指令的各方面可替换地通过不由物理设备在有限时长内持有的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。
逻辑机902和存储机904的各方面可被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。例如，逻辑机902和存储机904可被集成在图1所示的控制器104、图2A-2B所示的控制器204和/或图7A-7B所示的控制器714中。在一些实现中，控制器104、204和714可被实现为纯粹的硬件。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
在被包括时，显示子系统906可用于呈现由存储机904保持的数据的视觉表示。例如，视觉表示可包括虚拟图像。此视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于本文所描述的方法和过程改变了由存储机904保持的数据，并由此变换了存储机904的状态，因此同样可以转变显示子系统906的状态以视觉地表示底层数据的改变。显示子系统906可包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示设备。可将此类显示设备与逻辑机902和/或存储机904组合在共享封装中(诸如HMD设备)，或者此类显示设备可以是外围显示设备。
在包括输入子系统908时，输入子系统908包括诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器之类的一个或多个用户输入设备或者与其对接。在一些实现中，输入子系统908可以包括所选择的自然用户输入(NUI)部件或与其对接。此类组件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转导和/或处理可以在板上或板外被处理。NUI组件的示例可包括用于语言和/或语音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体显示和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速度计和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测组件。
当包括通信子系统910时，通信子系统910可被配置为将计算系统900与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统910可包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统910可被配置成用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网来进行通信。在一些实现中，通信子系统910可允许计算系统900经由诸如因特网这样的网络将消息发送至其他设备以及/或者从其他设备接收消息。
在另一示例实现中，显示设备包括被配置成对用户眼睛成像的光学传感器；被配置成提供图像光的图像源；包括多个全息图的全息胶片，每个全息图用相同的参考束来记录，但被不同地记录以便不同地衍射从光源接收的图像光；以及控制器，其被配置成1)经由光学传感器确定用户眼睛的位置，以及2)基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息胶片的状态使得多个全息图中的特定全息图衍射图像光以与用户眼睛的位置相交。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，每个全息图用施加到全息胶片的不同的剪切量来记录。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，除了特定全息图以外的非活动全息图不会将图像光衍射到用户眼睛的位置，而特定全息图将图像光衍射到用户眼睛的位置。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，显示设备进一步包括剪切机构，该剪切机构被配置成调整施加到全息胶片的剪切量，并且全息胶片的状态通过控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量而被调整。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，剪切机构包括一个或多个压电元件，并且控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量包括调整施加到一个或多个压电元件的电压。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，全息胶片包括具有根据施加到液晶结构的电压而改变的折射率的液晶结构，多个全息图中的每个全息图以液晶结构的不同折射率来被记录，并且全息胶片的状态是通过向液晶结构施加特定的电压来将液晶结构的折射率调整到与特定全息图对应的所选择的折射率而被调整的。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，显示器进一步包括被配置成将图像光从图像源传播到全息胶片的波导，并且全息胶片与该波导相邻。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，显示设备是近眼显示设备。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，用户眼睛的位置是用户眼睛的瞳孔的位置。
在另一示例实现中，近眼显示设备包括被配置成对用户眼睛成像的光学传感器；被配置成提供图像光的图像源；被配置成将来自图像源的图像光传播到用户的视场的波导；与该波导相邻的全息胶片，该全息胶片包括多个全息图，每个全息图用相同的参考束来记录，但被不同地记录以便不同地衍射从波导接收的图像光；以及控制器，其被配置成1)经由光学传感器确定用户眼睛的位置，以及2)基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息胶片的状态，使得多个全息图中的特定全息图衍射图像光以与用户眼睛的位置相交。在任选地可与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，每个全息图用施加到全息胶片的不同的剪切量来记录。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，除了特定全息图以外的非活动全息图不会将图像光衍射到用户眼睛的位置，而特定全息图将图像光衍射到用户眼睛的位置。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，近眼显示器进一步包括剪切机构，该剪切机构被配置成调整施加到全息胶片的剪切量，并且全息胶片的状态通过控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量而被调整。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，剪切机构包括一个或多个压电元件，并且控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量包括调整施加到一个或多个压电元件的电压。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，全息胶片包括具有根据施加到液晶结构的电压而改变的折射率的液晶结构，多个全息图中的每个全息图以液晶结构的不同折射率来被记录，并且全息胶片的状态是通过向液晶结构施加特定的电压来将液晶结构的折射率调整到与特定全息图对应的所选择的折射率而被调整的。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，用户眼睛的位置是用户眼睛的瞳孔的位置。
在另一示例实现中，一种在包括包含多个全息图(每个全息图用相同的参考束来记录，但被不同地记录以不同地衍射图像光)的全息胶片的显示设备上的用于投影图像的方法，该方法包括经由光学传感器确定用户眼睛的位置，经由图像源向全息胶片提供图像光，以及基于所确定的用户眼睛的位置来调整全息胶片的状态，使得多个全息图中的特定全息图衍射图像光以与用户眼睛的位置相交。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，显示设备进一步包括剪切机构，该剪切机构被配置成调整施加到全息胶片的剪切量，并且全息胶片的状态通过控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量而被调整。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，剪切机构包括一个或多个压电元件，并且控制剪切机构调整施加到全息胶片的剪切量包括调整施加到一个或多个压电元件的电压。在任选地可以与本文中所描述的任何特征组合的一个示例实现中，全息胶片包括具有根据施加到液晶结构的电压而改变的折射率的液晶结构，多个全息图中的每个全息图以液晶结构的不同折射率来被记录，并且全息胶片的状态是通过向液晶结构施加特定的电压来将液晶结构的折射率调整到与特定全息图对应的所选择的折射率而被调整的。
将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实现或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所例示和/或所描述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。
本公开的主题包括本文公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及其任何和所有等同物。

Claims (15)

1.一种显示设备，包括：
被配置成对用户眼睛成像的光学传感器；
被配置成提供图像光的图像源；
包括多个全息图的全息胶片，每个全息图用相同的参考束来记录，但被不同地记录以便不同地衍射从所述光源接收的图像光；以及
控制器，所述控制器被配置成1)经由所述光学传感器确定所述用户眼睛的位置，以及2)基于所确定的所述用户眼睛的位置来调整所述全息胶片的状态使得所述多个全息图中的特定全息图衍射图像光以与所述用户眼睛的位置相交。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，每个全息图用施加到所述全息胶片的不同的剪切量来记录。
3.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，除了所述特定全息图以外的非活动全息图不会将图像光衍射到所述用户眼睛的位置，而所述特定全息图将图像光衍射到所述用户眼睛的位置。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，进一步包括：
剪切机构，所述剪切机构被配置成调整施加到所述全息胶片的剪切量，并且其中所述全息胶片的状态对应于施加到所述全息胶片的剪切量。
5.根据权利要求4所述的显示设备，其特征在于，所述剪切机构包括一个或多个压电元件，并且其中调整施加到所述全息胶片的剪切量包括调整施加到所述一个或多个压电元件的电压。
6.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述全息胶片包括液晶结构，所述液晶结构具有根据施加到所述液晶结构的电压而改变的折射率，其中所述多个全息图中的每个全息图以所述液晶结构的不同折射率来被记录，并且其中所述全息胶片的状态是通过向所述液晶结构施加特定的电压来将所述液晶结构的折射率调整到与所述特定全息图对应的所选择的折射率而被调整的。
7.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，进一步包括：
被配置成将所述图像光从所述图像源传播到所述全息胶片的波导，并且其中所述全息胶片与所述波导相邻。
8.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备是近眼显示设备。
9.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述用户眼睛的位置是所述用户眼睛的瞳孔的位置。
10.一种在包括包含多个全息图的全息胶片的显示设备上的用于投影图像的方法，其中每个全息图用相同的参考束来记录，但被不同地记录以不同地衍射图像光，所述方法包括：
经由光学传感器确定用户眼睛的位置；
经由图像源向所述全息胶片提供图像光；以及
基于所确定的所述用户眼睛的位置来调整所述全息胶片的状态，使得多个全息图中的特定全息图衍射图像光以与所述用户眼睛的位置相交。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述显示设备进一步包括剪切机构，所述剪切机构被配置成调整施加到所述全息胶片的剪切量，并且其中所述全息胶片的状态对应于施加到所述全息胶片的剪切量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述剪切机构包括一个或多个压电元件，并且其中调整施加到所述全息胶片的所述剪切量包括调整施加到所述一个或多个压电元件的电压。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述全息胶片包括液晶结构，所述液晶结构具有根据施加到所述液晶结构的电压而改变的折射率，其中所述多个全息图中的每个全息图以所述液晶结构的不同折射率来被记录，并且其中所述全息胶片的状态是通过向所述液晶结构施加特定的电压来将所述液晶结构的折射率调整到与所述特定全息图对应的所选择的折射率而被调整的。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述显示设备是近眼显示设备。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述用户眼睛的位置是所述用户眼睛的瞳孔的位置。
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