CN109891332B - 用于波导显示的全息投影仪 - Google Patents

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Abstract

公开了涉及包括全息显示系统(102R，102L)的近眼显示设备(100)的示例。全息显示系统包括：光源(207，307，…)，其被配置为发射正在会聚或者发散的光；波导(202，302，…)，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；以及数字动态全息图(204，304，…)，其被配置为接收光，并且将光投影到波导中，使得光传播通过波导。

Description

用于波导显示的全息投影仪
背景技术
近眼显示设备可以利用波导将图像从图像产生元件递送至用户的眼睛以用于查看。
发明内容
公开了涉及包括全息显示系统的近眼显示设备的示例。全息显示系统包括：光源，其被配置为发射会聚或者发散的光；波导，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；以及数字动态全息图，其被配置为接收光，并且将光投影到波导中，使得光传播通过波导。
提供本发明内容以引入将在下面的详细描述中进一步描述的简化形式的概念的选择。本发明内容不旨标识所要求保护的主题内容的关键特征或基本特征，其也不旨在被用来限制所要求保护的主题内容的范围。此外，所要求保护的主题内容不限于解决本公开的任何部分中所陈述的任何或所有缺点的实现。
附图说明
图1示出了示例近眼显示设备。
图2至图9示出了可以被实现在近眼显示设备中的示例全息显示系统。
图10示出了示例计算系统。
具体实施方式
在包括将图像引导到用户的眼睛的波导的近眼显示设备中，各种不同的方法可以被用来将图像引导到波导的入口。在一些示例中，包括微型显示器的光引擎(例如，投影仪)结合准直和成像光学器件被用来将图像引导到波导的入口。然而，光引擎具有在大小和/或分辨率方面的限制。如此，虽然波导可能能够支持高分辨率影像同时具有紧凑的形状因子，但是光引擎的固有特性可以防止近眼显示设备的形状因子的减少。作为更具体的示例，由于微型显示器的有限大小，被用来将图像从微型显示器引导到波导的中继光学器件可以在长度和直径这两个方面占用大量的空间，因为中继光学器件将与微型显示器隔开以便采集从微型显示器的像素发射的光锥。而且，减少显示区域的大小不减少中继光学器件的大小。随着像素变得更小，其在较大的锥角上发射。因此，透镜的直径(即，数值孔径(NA))将增加。因此，给定针对设备的许多微米的最小像素大小(直径或者对角线大小)和光引擎的最大大小，在图像质量上存在上限。
相应地，公开了涉及包括被配置为将图像引导到波导的全息显示系统的近眼显示设备的示例。如下文更详细地描述的，全息显示系统包括由发散或者会聚波束照射以在波导处形成图像的数字动态全息图(DDH)。
通过使用用于图像形成的DDH而不是微型显示器，不需要DDH与波导的入口之间的附加的中继光学器件。另外，DDH可以在大小方面是大的，其帮助减少孔径衍射，并且因此改进图像质量。而且，这样的配置可以相对于使用微型显示器的其他配置是在光学上高效的，因为光主要地转向而不是衰减以形成图像。进一步地，任何光学部件中的偏差可以由DDH校正。附加地，DDH中的像素可以与期望的一样小，因为衍射效应被用来形成图像。换言之，不存在最小像素大小要求以便达到期望的分辨率。
此外，通过利用发散或者会聚波束照射DDH，近眼显示设备的视场(FOV)可以相对于包括被配置为发射准直波束的照明源的其他配置而被增加。另外，DDH的不同的部分创建图像的不同的部分。因此，被定位在波导的入口处的波导耦合全息图(WGCH)可以在空间上被配置为仅接受对应于DDH的窄角范围。由于WGCH总是在其所配置的入射角处操作，因而光传播效率增加，使得更多光相对于不采用DDH的其他配置被耦合到波导中。
上述特征可以使得具有这样的特征的近眼显示设备能够相对于采用光投影引擎的近眼显示设备具有重量和大小方面的减少。
在一些实现中，近眼显示设备可以包括DDH的低分辨率振幅显示器(LRAD)上游或者下游。当相位全息图不吸收光时，其可以形成图像，但是可以不减少强度的平均值。LRAD通过本地调制光的强度移除该问题。例如，LRAD的像素大小可以比DDH像素大小(例如，100μm量级)大10到100倍。在这样的示例中，LRAD可以被配置为不减少DDH的孔径大小。在一个示例中，LRAD的像素在～1mm2的区域中被一起分组，因此由LRAD形成的孔径大小是足够大的，因此孔径衍射足够小以低于人眼的敏锐度。注意，如果要求较高的分辨率，那么LRAD的像素可以以占用较大面积的群组来布置。虽然LRAD在图2至图9的全息显示系统中被示出为在波导和DDH中间，但是将理解到，LRAD可以被布置在全息显示系统中的其他位置。
在一些实现中，近眼显示设备可以包括用于阻止、重定向或者以其他方式禁止不需要的光被耦合到波导中的适当的平面处的固定孔径掩模(FAM)。例如，零阶和/或高阶光可以由FAM阻止。在这样的配置中，FAM可以与DDH隔开适当的距离，使得不需要的光被集中(即，聚焦)在掩模上，同时最小地影响期望的图像。FAM的非限制性示例包括吸收光的幅度掩模、将光引导出全息显示系统的衍射光栅或其他衍射元件、以及在波导的另一侧未受影响的光通过的透明接口。
图1示出了示例近眼显示设备100。显示设备100包括右眼全息显示系统102R和左眼全息显示系统102L，其被安装到被配置为放在穿戴者的头部上的框架104。右眼和左眼全息显示系统102中的每一个包括被配置为将计算机化虚拟影像投影到穿戴者的视场(FOV)中的左和右显示窗口106R和106L中的图像显示部件。在一个示例中，光偏转图像显示部件包括一个或多个全息光学部件。下文参考图2至图7更详细地描述了代表右眼和左眼全息显示系统102R和102L的不同的示例全息显示系统。
在一些实现中，右和左显示窗口106R和106L从穿戴者的视角是全部或者部分透明的，来给予穿戴者周围环境的视图。在其他实现中，右和左显示窗口106R、106L是不透明的，使得穿戴者完全地被吸收在经由近眼显示设备提供的虚拟现实(VR)影像中。在其他实现中，右和/或左显示窗口106R、106L的不透明性可以是经由调光滤波器动态地可控制的。相应地，基本上透明的显示窗口可以被切换到用于完全沉浸式虚拟现实体验的完全不透明性。
显示设备100包括板上计算系统108，其被配置为渲染计算机化显示影像，其经由右眼和左眼全息显示系统102被提供到右和左显示窗口106。计算系统108被配置为将适当的控制信号发送到右显示窗口106R，其使得右显示窗口形成右显示图像。同样地，计算系统108被配置为将适当的控制信号发送到左显示窗口106L，其使得左显示窗口形成左显示图像。显示设备100的穿戴者分别地利用右眼和左眼查看右显示图像和左显示图像。当以适当的方式呈现右显示图像和左显示图像时，穿戴者经历虚拟影像的感知——即指定位置处的一个或多个虚拟对象，并且具有指定的3D内容和其他显示特性。这样的虚拟影像可以具有任何期望的复杂性；其可以例如包括具有前景部分和背景部分二者或者前景和背景中的一个以排除另一个的完全虚拟场景。计算系统108可以包括逻辑子系统和存储子系统，如下文相对于图10更详细地讨论的。显示设备100的操作附加地或者备选地由远程于显示设备100的、与显示设备100通信的一个或多个计算设备(示意性地被表示为远程计算设备116)控制。
计算系统108与显示设备100的各种传感器和视觉系统部件通信，以向计算系统108提供信息。这样的传感器可以包括但不限于位置感测部件110、面向世界的视觉系统112和面向穿戴者的视觉系统114。位置感测部件110由计算系统108可用，以确定所选择的参考系中的显示设备100的位置和定向。在一些实现中，位置感测部件110提供显示系统的三个笛卡尔坐标加上三个笛卡尔坐标轴中的每一个的旋转的六个自由度(6DOF)估计。为此目的，位置感测部件110可以包括加速度计、陀螺仪、磁强计和全球定位系统(GPS)接收器中的任一个、一些或每一个。位置感测部件110的输出被用来将虚拟显示对象的位置、大小和定向映射到右显示窗口和左显示窗口106上。
面向世界的机器视觉系统112可以包括彩色或者单色平面成像相机、深度成像相机和红外投影仪中的一个或多个。术语“相机”在本文中指代被配置为对场景或对象进行成像的任何机器视觉部件。深度成像相机可以被配置为采集场景或对象的深度图的时间分辨序列。在一些示例中，分立的平面成像和深度成像相机可以利用在相同方向上定向的平行光轴来布置。进一步地，在一些示例中，从平面成像和深度成像相机输出的图像或者视频可以被共同配准并且被组合为单一(例如，RGB+深度)数据结构或流。在其中深度成像相机是被适合地配置的飞行时间深度成像相机的示例中，表示深度和亮度二者(例如，IR+深度)的数据流可以是通过组合在相位方面不同的输出可用的。当被包括时，红外投影仪可以被配置为将红外对准光发射到物理空间。红外对准光可以从物理空间被反射回到显示设备100并且通过左眼光学系统102R和右眼光学系统102L中的每一个的相机来成像。
在一些实现中，显示设备100可以包括面向穿戴者的机器视觉系统114。面向穿戴者的机器视觉系统114可以包括彩色或者单色平面成像相机、深度成像相机和/或红外投影仪。面向穿戴者的视觉系统114被配置为测量显示设备100的穿戴者的属性。在一些示例中，这样的属性数据由计算系统108用来将左眼光学系统102L与右眼光学系统102R校准，以及确定穿戴者的(多个)眼睛的位置、视线向量、视线目标、光瞳位置、头部定向、眼睛视线速度、眼睛视线加速度、眼睛视线方向的角度的改变和/或任何其他适合的眼睛跟踪信息。
图2至图7示出了简化形式的不同的示例全息显示系统。例如，这样的全息显示系统可以以图1的示例近眼显示设备100以及图10的示例计算系统1000的形式被实现在计算系统中。本文所描述的全息显示系统可以包括光瞳复制波导组件，包括波导(WG)、波导耦合全息图(WGCH)和一个或多个光瞳复制全息图(PRH)作为示例部件。
术语全息图可以具有不同的含义。全息图可以是一维、二维或者甚至三维上的简单或者非常复杂的结构。全息图可以调制相位、幅度或二者。在一些情况下，术语全息图和光栅可以是可交换的。如本文所使用的，图像形成全息图将被称为数字动态全息图(DDH)。
WG可以是或者平面的或者弯曲的。当弯曲时，可以对PRH做出适合的调整来补偿曲率。可变厚度的波导是可能的。为了简单起见，WG被描绘为平面的，但是本文中的描述还适用于弯曲波导。WG可以由任何适合的材料制成，包括玻璃或者塑性材料。另外，PRH可以被消除或者利用从波导当中提取光的其他光学元件替换。这样的光学元件可能不必复制光瞳。这样的光学元件的非限制性示例包括体积全息图、转向膜和其组合。
WGCH从外部接受光并且以足够大的角度将光衍射到WG中，使得光由于全内反射(TIR)被吸收在波导中。注意，其他技术可以被用来将波束发射到WG(诸如棱镜或者菲涅耳棱镜)中。进一步地，这样的部件可以被嵌入在WG中，而不是被定位在WG的表面上。附加地，补充或者取代WGCH，其他机构可以被用来将光发射到WG中。
在光束进入WG之后，光束传播通过WG直到其命中PRH。在PRH处，光束分成两个波束，其中第一光束离开WG并且被引导到用户的眼睛，并且第二光束在通过WG的路径上继续。光束继续向下WG并且可以再次分成PRH。用户的眼睛处的光线的角分布与在其中光束进入WGCH的波导组件的入口处相同。两个全息图处(即在WGCH的入口和RPH的出口处)的光线的该角分布与图像的傅里叶变换有关，或者在与由用户的眼睛聚焦的图像空间相比较的傅里叶空间中。注意，PRH可以包括超过一个全息图。例如，PRH可以包括可以协同地复制光瞳的水平全息图和垂直全息图。
图2示出了包括光瞳复制波导(WG)202、利用发散光照射的DDH 204、LRAD 206的示例全息显示系统200。从源207发散的光照射以DDH 204的形式的相位(或者幅度)调制设备。DDH 204可以是适当地配置的LCD、LCoS或者其他相位(或者幅度)调制设备。在一些实现中，DDH可以是透射的。在其他实现中，DDH可以是反射的。DDH 204使光偏转小角度(例如，几度)以通过在该小部分附近移动光形成图像的小部分。由于光不由DDH 204吸收，因而LRAD可以被用来吸收一些光以将平均强度降低到目标水平。在光经由WGCH 208被耦合到WG 202中之后，由DDH 204形成的小光瞳由WG 202的PRH 210复制，有效地扩大了眼睛框。DDH 204可以被配置为接收发散光并且调制发散光以用于由WGCH 208准直并且耦合到WG 202中，使得光传播通过波导以形成用户的眼睛中的图像。
在这样的配置中，较大的WGCH 208可以被用来相对于其中照明光会聚的配置将发散光耦合到WG 202中。通过使用具有更多区域的较大WGCH 208，可以要求每个区域支持照明光的总带宽的较小的角范围。进一步地，每个区域的衍射效率可以被调谐到较小的角范围以改进区域的耦合效率。
在所描绘的示例中，DDH 204、WG 202和WGCH 208被示出为彼此平行。在其他示例中，不同的部件可以相对于彼此被布置在其他角度处。进一步地，在其他示例中，反射性DDH和分束器可以代替图2的透射性DDH 204被使用。
图3示出了包括光瞳复制波导302、WGCH 303、利用会聚光照射的DDH 304、和LRAD306的示例全息显示系统300。示例光源示意性地被描绘为被配置为形成会聚光的光学器件307。光学器件307可以包括用于形成会聚光以提供到DDH 304的任何适合的部件。
在该示例中，在DDH 304与WGCH 303之间可以存在某个距离。如此，入射光瞳直径减小，其可以允许WGCH 303的大小相对于其中照明光发散的配置被减少。WGCH 303的大小方面的这样的减少可以帮助减少全息显示系统的形状因子。备选地，DDH 304、LRAD 306和WGCH 303可以非常接近或者接触。这样的配置可以利用具有与DDH 304的面积可比较的面积并且具有薄形状因子的WGCH 303。
图4示出了另一示例全息显示系统400。图4的系统400类似于图3的布置，但是被配置为经由反射生成图像。如此，DDH 404是反射性的并且通过在由DDH 404反射回到WGCH403之前被引导通过WG 402、WGCH 403和LRAD 407的会聚光照射。照明光可以由从DDH 404被定位在WG 402的相对侧上的光学器件409在DDH 404处引导。在该配置中，WGCH 403可以被配置为仅在某个输入角范围处操作。由于入射角和反射角对于DDH 404上的大多数位置是不同的，因此WGCH 403可以被配置为仅将反射光耦合到WG 402中。在这样的示例中，正常入射光线具有相同的输入角和输出角。因此，为了避免将正常入射光线耦合到WG 202中，DDH 404可以被布置在足够大的角度处，因此所有入射光线和反射光线在不同的角度处面向WGCH 403。在一些实现中，DDH 404可以在WG 402的相同侧(例如，利用折叠和离轴光学器件中的一个或多个)上而不是从WG 402的相对侧在反射模式中被照射。下文参考图8和图9更详细地讨论了这样的配置的示例。
图4的配置可以提供各种优点。例如，反射性DDH 404可以具有相对于透射性DDH的较高的效率。进一步地，反射性DDH 404可以具有相对于透射性DDH的较高的填充因子(有效面积/无效面积)，其在高阶中产生较少的能量。而且，由于光穿过反射性DDH 404两次，因而DDH可以具有相对于透射性DDH的较薄的相位调制层，其导致反射性DDH比透射性DDH更快地操作。在其中光穿过LRAD两次的实现中，当计算DDH上的相位剖面和LRAD上的幅度剖面时，可以考虑两次通过。
图5示出了利用反射性DDH 504和光瞳复制WG 502的另一示例全息显示系统500。在图5中，使用前光波导(FLWG)506照射反射性DDH 504。FLWG 506具有将光线从光源光学器件507引入到波导中的输入耦合全息图(FLCH)508。输入到波导中的光可以包括会聚、发散或者准直光束。FLWG还包括第二全息图作为输出耦合。在一些示例中，输出耦合全息图可以采取角度选择性全息图(诸如体积全息图(前光体积全息图(FLVH))510)的形式。FLVH 510以某些角度将光衍射出波导并且形成类似于由折射透镜形成的波束的会聚波束或发散波束。使用用于前照射设备的第二波导的优点在于，设备可以是更紧凑的，因为用于制造发散/会聚源的光学器件被嵌入在FLWG 506中。系统500还包括LRAD 512和将光耦合到WG 502中的WGCH 514。
在包括FLWG 506的配置中，不同的方法可以被用来在从DDH 504反射之后避免使光耦合回到FLWG 506中。作为一个示例，被折叠到FLWG 506中的离轴全息中继器可以被用来将发散或会聚光耦合到WG 502中。全息中继器不复制光线。相反，光线经由例如耦合全息图或者棱镜进入FLWG 506中，并且行进直到其命中满足布拉格条件(kin-kout＝kgrating)的表面。通过将适当的体积全息图记录在FLWG 506之上，组件充当平面放大透镜，这允许在期望的位置处离开并且允许会聚或者发散照明形成。
在另一示例中，准直波束(即，单个输入角)经由第一衍射光学元件(DOE)(诸如耦合全息图)进入WG 502，并且波导中的第二DOE(诸如表面浮雕光栅(SRG))将波束复制到X方向中。第三DOE(诸如SRG)被定位在WG的出口上以利用每个入射反弹将离开波导的至少一些光引导向用户的眼睛。第三DOE的效率可以被配置为是低的，以避免在少量的反弹之后使基本上所有光离开。由于第三DOE的效率是低的，因而未显著地影响来自DDH的反射光。
图6示出了另一示例全息显示系统600。除WGCH包括偏振敏感全息图602之外，图6的示例类似于图4的系统。在所图示的示例中，偏振敏感全息图602是偏振光栅(PG)602。PG602可以被配置为在不同的方向上衍射圆偏振光，这取决于其是左手圆偏振(LHCP)还是右手圆偏振(RHCP)。在一个简单示例形式中，PG 602将衍射LHCP光，但是使RHCP光不受影响。进一步地，全息显示系统包括被定位在DDH 604与PG 602之间的波板606。为了简单起见，示出了单个光线。假定PG 602被配置为忽略LHCP光，则LHCP的入射光不受PG 602影响并且穿过PG 602。波板606将极化从圆形改变为线性以用于由DDH 604相位调制。反射光线然后穿过波板，其将线性偏振光转换为RHCP。RHCP然后由PG 602衍射适合的角度以耦合到WG 608中。在其他实现中，除偏振光栅之外的偏振选择性衍射元件可以相反被使用在全息显示系统中。
图7示出了其中以与在图2中类似的方式利用固定孔径掩模(FAM)702的全息投影系统700。从DDH 704出现的会聚光线将会聚到小孔径中；如此，FAM 702可以被放置在包含该孔径的平面中。非衍射光线将紧密地被聚焦到单个点，使得FAM 702可以阻止光线或者将光线转移出波导。FAM 702还可以被配置为阻止或者转移对应于DDH 704的高阶的光线。因此，FAM 702可以被配置为仅通过来自DDH 704的(一个或多个)所选择阶的光，并且选择性地阻止其他阶。在这样的示例中，FAM 702与WGCH 706之间的距离可以是零，从而允许空间紧凑系统的形成。在这种情况下，FAM可以依赖于体积全息图的角度选择性以重定向不需要的光，而不是使用衰减掩模元件。FAM 702可以被定位在WG 708的另一侧上或者被并入WGCH706中，这取决于光线会聚的位置。进一步地，WGCH 706可以包含不同的全息图，或者在其中FAM 702将吸收或偏转波束的位置处根本没有全息图。这有效地帮助避免将不需要的光耦合到WG 708中。
图8示出了被配置为经由通过折叠光学器件的反射生成图像的另一示例全息显示系统800。光学器件809将会聚光(例如，从离轴光源)提供到折叠光学器件808。在一个示例中，折叠光学器件808包括分束器。分束器被配置为向DDH 804“折叠”或者引导会聚光。DDH804被配置为将会聚光引导通过LRAD 807、WGCH 803并且到WG 802中。在该配置中，DDH 804被定位在与光源/光学器件809相同的WG 802的一侧上。
图9示出了被配置为经由来自离轴光源的反射生成图像的另一示例全息显示系统900。特别地，光学器件908向DDH 904提供发散光(例如，从离轴光源)。DDH 904被配置为将发散光引导通过LRAD 907、WGCH 903并且到WG 902中。在该配置中，DDH 904被定位在与光源/光学器件908相同的WG 802的一侧上。
上文所描述的全息显示系统被提供为示例，并且可以预期其中DDH将发散或者会聚光引导到WG中的其他配置。
图10示意性地示出了简化形式的计算系统1000的非限制性实现。计算系统1000可以采取以下各项的形式：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)、虚拟现实设备和/或其他计算设备。例如，计算系统1000可以是图1的显示设备100的计算系统108的非限制性示例。
计算系统1000包括逻辑机器1002和存储机器1004。计算系统1000可以可选地包括显示子系统1006、输入子系统1008、通信子系统1010和/或图10中未示出的其他部件。
逻辑机器1002包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机器1002可以被配置为执行作为以下各项中的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、部件、数据结构或其他逻辑构造。这样的指令可以被实现为执行任务、实现数据类型、变换一个或多个部件的状态、实现技术效果或以其他方式达到期望的结果。
逻辑机器1002可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或者备选地，逻辑机器1002可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。逻辑机器1002的处理器可以是单核的或多核的，并且在其上执行的指令可以被配置用于顺序、并行和/或分布式处理。逻辑机器1002的单独部件可选地可以分布在两个或两个以上分离的设备中间，其可以远程被定位和/或被配置用于协同处理。可以由在云计算中所配置的远程地可访问的联网计算设备来虚拟化和执行逻辑机器1002的各方面。
存储机器1004包括一个或多个物理设备，其被配置为保持由逻辑机器1002可执行以实现本文所描述的方法和过程的指令。当实现这样的方法和过程时，可以变换存储机器1004的状态——例如，以保持不同的数据。
存储机器1004可以包括可移除和/或内置设备。存储机器1004可以包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁性存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等。存储机器1004可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序访问、位置可寻址的、文件可寻址的和/或内容可寻址的设备。
将理解到，存储机器1004包括一个或多个物理设备。然而，可以备选地由在有限持续时间内未由物理设备保持的通信介质(例如，电磁信号、光学信号等)传播本文所描述的指令的各方面。
逻辑机器1002和存储机器1004的各方面可以一起被集成到一个或多个硬件逻辑部件中。这样的硬件逻辑部件可以包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用和应用专用集成电路(PASIC/ASIC)、程序专用和应用专用标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
当被包括时，显示子系统1006可以被用来呈现由存储机器1004保持的数据的视觉表示。该视觉表示可以采取图形用户界面(GUI)的形式。当本文所描述的方法和过程改变由存储子系统保持的数据并且因此变换存储机器的状态时，显示子系统1006的状态可以同样地被变换以视觉地表示底层数据中的改变。显示子系统1006可以包括实际上利用任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与共享外壳中的逻辑机器1002和/或存储机器1004组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。作为非限制性示例，显示子系统1006可以包括上文所描述的近眼显示器。
当被包括时，输入子系统1008可以包括一个或多个用户输入设备(诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器)或者与其进行接口。在一些实现中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)部件或者与其进行接口。这样的部件可以是集成或者外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以板上或者离板地被处理。示例NUI部件可以包括用于语言和/或语音识别的麦克风；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、彩色、立体和/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；以及用于评估大脑活动的电场感测部件。
当被包括时，通信子系统1010可以被配置为将计算系统1000与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统1010可以包括与一个或多个不同的通信协议可兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络或有线或无线局域网或广域网通信。在一些实现中，通信子系统1010可以允许计算系统1000经由网络(诸如因特网)将消息发送到其他设备和/或从其他设备接收消息。
在示例中，近眼显示设备包括全息显示系统，其包括：光源，其被配置为发射会聚或者发散的光；波导，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；以及数字动态全息图，其被配置为接收光，并且空间地调制光以用于耦合到波导中，使得光传播通过波导。在该示例和/或其他示例中，数字动态全息图可以被定位在光源与波导中间，并且数字动态全息图可以被配置为从光源接收会聚光。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括固定孔径掩模，其被配置为阻止会聚光的一阶或多阶进入波导。在该示例和/或其他示例中，数字动态全息图可以被定位在光源与波导中间，并且其中数字动态全息图被配置为接收发散光。在该示例和/或其他示例中，动态数字全息图可以被配置为朝向波导耦合全息图反射光以用于将光耦合到波导中。在该示例和/或其他示例中，数字动态全息图可以被定位在从光源的波导的相对侧，光可以通过波导从光源行进到数字动态全息图，并且数字动态全息图可以朝向波导反射回光以用于耦合到波导中。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括波导耦合全息图，其被配置为传送从被引导朝向数字动态全息图的光源所接收到的、来自该光源的光，并且将从数字动态全息图接收到的光耦合到波导中。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括：偏振敏感全息图，其被定位在波导与数字动态全息图之间并且被配置为衍射在第一圆形方向上偏振的光并且传送在第二圆形方向上偏振的光；波板，其被定位在数字动态全息图与偏振敏感全息图中间并且被配置为接收在第二圆形方向上偏振的光，将光从在第二圆形方向上偏振改变为线性偏振，并且将线性偏振光引导到数字动态全息图，其中数字动态全息图被配置为将线性偏振光反射回到波板以将反射光从线性偏振改变为在第一圆形方向上偏振以用于由偏振敏感全息图衍射到波导中。在该示例和/或其他示例中，数字动态全息图可以被定位在与光源相同的波导的一侧上，光可以经由折叠光学器件和离轴光学器件中的一个或多个被引导朝向数字动态全息图，并且数字动态全息图可以朝向波导反射光以用于耦合到波导中。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括：前光波导，其被定位在数字动态全息图与波导中间；前光输入耦合全息图，其被配置为接收光并且将光引导到前光波导中；前光输出耦合全息图，其被配置为将离开前光波导的光引导到数字动态全息图并且完成光会聚或者光发散；以及光瞳复制波导，其被配置为接收由数字动态全息图反射的光并且朝向用户的眼睛引导所接收到的光。在该示例和/或其他示例中，前光输出耦合全息图可以包括体积全息图。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括被定位在数字动态全息图与波导之间的幅度显示器。在该示例和/或其他示例中，还可以包括与形成复制的出射光瞳的波导耦合的一个或多个光瞳复制全息图。
在示例中，近眼显示设备包括全息显示系统，包括：波导，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；数字动态全息图，其被配置为从光源接收光、调制光并且将光引导朝向波导以用于耦合到波导中，使得光朝向用户的眼睛传播通过波导；前光波导，其被定位在数字动态全息图与波导中间；前光输入耦合全息图，其被配置为从光源接收光并且将光耦合到前光波导中；以及前光输出全息图，其被配置为从前光波导当中将光耦合到数字动态全息图并且完成光会聚或者光发散。在该示例和/或其他示例中，光源可以被配置为向前光输入耦合全息图提供准直光。在该示例和/或其他示例中，光源可以被配置为向前光输入耦合全息图提供会聚光或者发散光。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括被定位在数字动态全息图与波导耦合全息图之间的幅度显示器。
在示例中，近眼显示设备包括全息显示系统，包括：光源，其包括被配置为输出会聚光的光学器件；波导，其被定位在用户的眼睛的视场中；数字动态全息图，其被配置为接收会聚光并且空间地调制会聚光以用于耦合到波导中，使得光传播通过波导以形成用户的眼睛中的图像；以及固定孔径掩模，其被定位在数字动态全息图与波导之间并且被配置为阻止未由数字动态全息图衍射的来自光源的会聚光。在该示例和/或其他示例中，近眼显示设备还可以包括：光瞳复制全息图，其与波导耦合并且被配置为接收由数字动态全息图反射的光并且将所接收到的光引导朝向用户的眼睛。在该示例和/或其他示例中，固定孔径掩模还可以被配置为阻止从数字动态全息图接收的衍射光中的一阶或多阶。
将理解到，本文所描述的配置和/或方法实际上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不应当以限制性意义被考虑，因为许多变型是可能的。本文所描述的特定例程或方法可以表示任何数目的处理策略中的一个或多个。如此，可以以所图示和/或所描述的顺序、以其他顺序、并行或者省略地执行所图示和/或所描述的各种动作。同样地，可以改变上述过程的次序。
本公开的主题内容包括本文所公开的各种过程、系统和配置和其他特征、功能、动作和/或特性的所有新颖和非明显的组合和子组合以及其任何和所有等同物。

Claims (20)

1.一种近眼显示设备，包括：
全息显示系统，包括：
光源，其被配置为发射正在会聚或者发散的光；
波导，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；以及
数字动态全息图，其被配置为接收正在会聚或者发散的所述光并且空间地调制所述光以形成用于耦合到所述波导中的图像，使得所述光传播通过所述波导。
2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述数字动态全息图被定位在所述光源与所述波导中间，并且其中所述数字动态全息图被配置为从所述光源接收会聚光。
3.根据权利要求2所述的近眼显示设备，还包括固定孔径掩模，其被配置为阻止所述会聚光的一阶或多阶进入所述波导。
4.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述数字动态全息图被定位在所述光源与所述波导中间，并且其中所述数字动态全息图被配置为接收发散光。
5.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述数字动态全息图被配置为朝向波导耦合全息图反射所述光，以用于将光耦合到所述波导中。
6.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其中所述数字动态全息图被定位在从所述光源的所述波导的相对侧上，其中所述光通过所述波导从所述光源行进到所述数字动态全息图，并且其中所述数字动态全息图朝向所述波导反射回所述光，以用于耦合到所述波导中。
7.根据权利要求6所述的近眼显示设备，还包括波导耦合全息图，其被配置为传送从被引导向所述数字动态全息图的所述光源所接收到的、来自所述光源的光，并且将从所述数字动态全息图接收到的光耦合到所述波导中。
8.根据权利要求6所述的近眼显示设备，还包括：
偏振敏感全息图，其被定位在所述波导与所述数字动态全息图之间，并且被配置为衍射在第一圆形方向上被偏振的光并且传送在第二圆形方向上被偏振的光；
波板，其被定位在所述数字动态全息图与所述偏振敏感全息图中间，并且被配置为接收在所述第二圆形方向上被偏振的所述光，将所述光从在所述第二圆形方向上被偏振改变为被线性偏振，并且将被线性偏振的所述光引导到所述数字动态全息图，其中所述数字动态全息图被配置为将被线性偏振的所述光反射回到所述波板，以将反射的所述光从被线性偏振改变为在所述第一圆形方向上被偏振以用于由所述偏振敏感全息图衍射到所述波导中。
9.根据权利要求5所述的近眼显示设备，其中所述数字动态全息图被定位在与所述光源相同的所述波导的一侧上，其中所述光经由折叠光学器件和离轴光学器件中的一个或多个被引导朝向所述数字动态全息图，并且其中所述数字动态全息图朝向所述波导反射所述光以用于耦合到所述波导中。
10.根据权利要求5所述的近眼显示设备，还包括：
前光波导，其被定位在所述数字动态全息图与所述波导中间；
前光输入耦合全息图，其被配置为接收所述光并且将所述光引导到所述前光波导中；
前光输出耦合全息图，其被配置为将离开所述前光波导的所述光引导到所述数字动态全息图并且使所述光会聚或者发散；以及
光瞳复制波导，其被配置为接收由所述数字动态全息图反射的光并且朝向所述用户的眼睛引导所接收到的所述光。
11.根据权利要求10所述的近眼显示设备，其中所述前光输出耦合全息图包括体积全息图。
12.根据权利要求1所述的近眼显示设备，还包括被定位在所述数字动态全息图与所述波导之间的幅度显示器。
13.根据权利要求1所述的近眼显示设备，还包括与形成复制的出射光瞳的波导耦合的一个或多个光瞳复制全息图。
14.一种近眼显示设备，包括：
全息显示系统，其包括：
波导，其被配置为被定位在用户的眼睛的视场中；
数字动态全息图，其被配置为从光源接收光、调制所述光以形成图像、并且将所述光引导朝向所述波导以用于耦合到所述波导中，使得所述光朝向所述用户的眼睛传播通过所述波导；
前光波导，其被定位在所述数字动态全息图与所述波导中间；
前光输入耦合全息图，其被配置为从所述光源接收所述光并且将所述光耦合到所述前光波导中；以及
前光输出全息图，其被配置为将所述前光波导当中的光耦合到所述数字动态全息图并且使得所述光会聚或者发散。
15.根据权利要求14所述的近眼显示设备，其中所述光源被配置为向所述前光输入耦合全息图提供准直光。
16.根据权利要求14所述的近眼显示设备，其中所述光源被配置为向所述前光输入耦合全息图提供会聚光或者发散光。
17.根据权利要求14所述的近眼显示设备，还包括被定位在所述数字动态全息图与所述波导耦合全息图之间的幅度显示器。
18.一种近眼显示设备，包括：
全息显示系统，其包括：
光源，其包括被配置为输出会聚光的光学器件；
波导，其被定位在用户的眼睛的视场中；
数字动态全息图，其被配置为接收所述会聚光并且空间地调制所述会聚光以形成用于耦合到所述波导中的图像，使得所述光传播通过所述波导以形成所述用户的眼睛中的图像；以及
固定孔径掩模，其被定位在所述数字动态全息图与所述波导之间并且被配置为阻止未由所述数字动态全息图衍射的来自所述光源的会聚光。
19.根据权利要求18所述的近眼显示设备，还包括光瞳复制全息图，其与所述波导耦合并且被配置为接收由所述数字动态全息图反射的光并且将所接收到的所述光引导朝向所述用户的眼睛。
20.根据权利要求18所述的近眼显示设备，其中所述固定孔径掩模还被配置为阻止从所述数字动态全息图接收到的衍射光中的一阶或多阶。
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