CN111486975A - 用于全息投影仪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影系统，其有助于使用对波长变化的原位检测，从而能够即时应用适当的补偿或校正，以改善主图像区域中的图像质量。以这种方式进行的原位检测可以允许同时补偿由于温度波动和硬件变化引起的波长变化，从而减少了线端硬件测试的时间和费用，并且消除了对随温度而变的波长进行原位绘制的需要。这样，可以以更简单、更有效的方式提高提供给用户的图像质量。

Description

用于全息投影仪的方法

技术领域

本公开涉及一种用于波长测量的系统。更具体地，本公开涉及一种用于测量光波长的投影系统。一些方面涉及一种用于测量光波长的全息投影仪或全息投影系统。一些方面涉及一种平视显示器和一种头戴式显示器。一些方面涉及一种测量光波长的方法。

背景技术

从物体散射的光包含振幅和相位信息。该振幅和相位信息可以通过众所周知的干涉技术在例如光敏板上捕获，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。全息图可以通过用合适的光照明来重建，以形成表示原始物体的二维或三维全息重建或重放图像。

计算机生成全息术可以数值模拟干涉过程。计算机生成的全息图“CGH”可以通过基于数学变换(如菲涅耳变换或傅里叶变换)的技术来计算。这些类型的全息图可以称为菲涅耳全息图或傅里叶全息图。傅里叶全息图可以被认为是物体的傅里叶域表示或者物体的频域表示。例如，也可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算CGH。

可以在空间光调制器“SLM”上显示、表示或以其他方式编码CGH，空间光调制器被设置成调制入射光的振幅和/或相位。例如，光调制可以使用电可寻址液晶、光可寻址液晶或微镜来实现。

SLM可以包括多个可单独寻址的像素，这些像素也可以被称为单元或元件。光调制方案可以是二元的、多级的或连续的。替代地，设备可以是连续的(即，不是像素构成的)，因此光调制可以在整个设备上是连续的。SLM可以是反射性的，这意味着调制光从SLM反射输出。SLM同样可以是透射性的，这意味着调制光从SLM透射输出。

可以使用所述技术提供用于成像的全息投影仪。这种投影仪已经在平视显示器“HUD”和头戴显示器“HMD”中得到应用，例如包括近眼设备。

全息投影仪产生的全息重建或图像的质量受到用于形成全息重建的光的波长(即激光的波长)的影响。例如，来自光源的光的波长甚至几纳米的变化都会导致图像中像素的失准，并且会影响整个图像的色彩平衡。色彩平衡和图像质量的这种变化显然是不利的，但是在诸如汽车工业的工业中尤其有害，汽车工业对图像的分辨率和颜色规格有严格的要求。

光波长的变化可以由不同硬件之间的变化引起，或者当使用激光光源时，由使用过程中激光器的温度变化引起。硬件的变化，例如由制造公差等引起的变化，通常作为生产线末端测试的一部分进行测量，但是这种方法会显著增加制造和测试过程的时间和成本。此外，波长变化通常如此之小，以至于在测量公差内检测波长变化可能是一个重大挑战。管理激光器中由激光器腔内温度变化引起的波长误差的方法通常是将激光器波长绘制为原位温度的函数，然后相应地补偿激光器。然而，以这种方式在原位精确测量和绘制激光器的温度是困难的。

希望改善光波长的表征或测量，以便可以适当地校正或补偿由光形成的图像的质量和色彩平衡的退化。这在全息照相术或全息术领域尤其需要。

发明内容

本公开的各方面在所附独立权利要求中定义，可选特征在所附从属权利要求中定义。

本文提供了一种投影系统，其被设置成检测来自光源的光的波长的变化。该投影系统包括：光源，其被设置成输出具有一定波长的光；以及空间光调制器，其被设置成接收来自光源的光，并根据包括计算机生成的全息图的衍射图案输出空间调制光以形成图像。该图像包括包含用于用户的信息的主图像区域以及第一和第二控制图像区域。该图像是计算机生成全息图的全息重建。该投影系统还包括：检测器装置和处理器。检测器装置被配置成检测去往或来自第一控制图像区域的光并输出表示第一控制图像区域的位置的第一信号，和检测去往或来自第二控制图像区域的光并输出表示第二控制图像区域的位置的第二信号。处理器被设置成：使空间光调制器显示包括计算机生成的全息图的衍射图案以形成图像，其中第一和第二控制图像区域的位置取决于计算机生成的全息图和波长；接收第一和第二信号；基于第一和第二信号确定第一和第二控制图像区域的相对位置；并且基于第一和第二控制图像区域的相对位置的变化来检测波长的变化。

投影系统可以集成在另一个设备中，例如，该系统可以与平视显示器集成以在车辆中使用。可选地，投影系统是全息投影系统，但是上述原理可以同样应用于通过全息重建以外的方式形成的图像。

投影系统可以有助于使用波长变化的原位检测，从而能够即时应用适当的补偿或校正，以提高主图像区域中的图像质量。以这种方式进行的原位检测可以允许同时补偿由于温度波动和硬件变化引起的波长变化，从而减少了线端硬件测试的时间和费用，并且消除了对作为温度函数的波长进行原位绘制的需要。这样，可以以更简单、更有效的方式提高提供给用户的图像质量。

此外，检测第一和第二控制图像区域的相对位置的变化以检测波长的变化起到确认任何检测到的变化都是波长变化的结果，而不是由于光学失准或机械平移(即，由于系统中振动的影响)导致的位置变化的作用。因此，波长的任何实际变化都可以被适当地补偿，而没有基于所感知的但错误的波长波动的检测而使图像失真的风险。

仅仅检测光波长的变化已经发生就足以对所述变化进行校正，但是，在一些实施方式中，为了应用适当的调节或补偿，可能需要量化波长变化。因此，处理器可选地被进一步设置成计算光的波长。有利的是，该计算可以用投影系统以任何合适的方式原位执行。例如，处理器可以被配置成根据第一和第二控制图像区域的相对位置的分数变化来计算输出光波长的分数变化。由于重放场的大小与波长成比例，所以波长的变化导致重放场的扩展或收缩，从而导致重放场内显示的图像的扩展或收缩。因此，第一和第二控制图像区域与SLM中心的径向距离都发生变化。换句话说，相对位置的分数变化是由于控制图像区域的径向距离的变化。处理器可以被配置成使用该分数变化来找到当前波长的绝对值。

替代地，处理器可以被配置成根据两个控制图像区域中仅仅一个的位置的分数变化来计算输出光波长的分数变化。同样，因为重放场的大小与波长成比例，所以可以使用简单的几何形状从控制图像区域中仅仅一个的位置的变化的测量结果中直接导出波长变化。在这种设置中，控制图像区域中的一个区域距空间光调制器中心的径向距离的分数变化被确定，并且与输出光波长的分数变化成比例。处理器可以被配置成使用分数变化来找到当前波长的绝对值。

在一些实施例中，仅当显示衍射图案时，才在空间光调制器上显示计算机生成的全息图。全息图是一种衍射图案——也就是说，当显示在空间光调制器上时，会产生光衍射的图案。第一和第二控制图像区域的位置以及主图像区域中的信息可以通过改变计算机生成的全息图来改变。可选地，显示在空间光调制器上的衍射图案可以包括计算机生成的全息图和第二衍射图案。例如，计算机生成的全息图可以与第二衍射图案相结合，该第二衍射图案被设置成执行光栅函数——即光束控制功能，该功能确定主重放场的位置，并因此确定重放平面上的第一和第二控制图像区域。被设置成执行光栅函数的第二衍射图案可以被称为光栅函数分量，因为它是显示在空间光调制器上的衍射图案的组成部分。可选地，可以仅改变光栅函数分量来改变第一和第二控制图像区域的位置；这可以改变第一和第二控制图像区域的位置，而不改变主图像区域中显示的图像内容。

在一些实施例中，处理器可以被配置成直接计算光的波长，即不是基于第一和第二控制图像区域的相对位置。在这种设置中，处理器可以被配置成：改变光栅函数以调节第一和第二控制图像区域的位置；基于接收到的第一信号，确定第一控制图像区域的位置是否与检测器装置的第一检测器区域至少部分重叠；可选地，基于接收到的第二信号，确定第二控制图像区域的位置是否与检测器装置的第二检测器区域至少部分重叠；确定光栅函数，该光栅函数引起第一控制图像区域和第一检测器区域的至少部分重叠，并且可选地引起第二控制图像区域和第二检测器区域的至少部分重叠；基于第一(和可选的第二)检测器区域的位置，计算对应于所述确定的光栅函数的衍射角；并且基于光栅函数的衍射间距和所确定的衍射角计算输出光的波长。上述计算可以仅基于第一控制图像区域来执行——不考虑第二控制图像区域的位置或移动，并且不需要第二检测器区域。可选地，如上所述，也考虑第二控制图像区域的位置。

可选地，如果由第一检测器区域检测的光强度高于基于第一控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则处理器可以被设置成确定第一控制图像区域的位置与检测器装置的第一检测器区域至少部分重叠。可选地，如果由第二检测器区域检测的光强度高于基于第二控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则处理器可以被设置成确定第二控制图像区域的位置与检测器装置的第二检测器区域至少部分重叠。例如，第一和第二控制图像区域可以具有预期的强度；当由第一和/或第二检测器区域检测的光强度高于预定强度阈值时，这表明第一和/或第二控制图像区域与相关检测器区域对准。衍射角因此可以从第一和第二检测器区域的位置确定。第一和第二控制图像区域可选地相对于输出光的光轴以相等但相反的衍射角定位。

替代地，处理器可以被配置成直接使用空间光调制器的像素的衍射效应来计算光的波长。尤其是，处理器可以被配置成关闭空间光调制器，使得不显示计算机生成的全息图。在这种设置中，空间光调制器的像素的规则阵列充当衍射光栅，或“像素光栅”，引起从光源接收的光的衍射。换句话说，空间光调制器本身的结构(由空间光调制器的规则像素阵列形成的像素光栅)充当物理衍射光栅。

空间光调制器输出根据空间光调制器的像素的规则阵列衍射的光，以形成包括第一和第二图像区域的图像，其中第一和第二图像区域的位置基于像素间距和波长。第一图像区域可以是与像素光栅引起的衍射图案相对应的整个图像中的光点。尤其是，第一图像区域可以对应于由像素光栅衍射的一阶衍射光；并且第二图像区域也可以对应于由像素光栅衍射的一阶光。也就是说，第一和第二图像区域可以被认为对应于由像素光栅形成的-1和+1阶衍射光，并且相对于输出光的光轴以相等但相反的衍射角定位。检测器装置被设置成检测去往或来自第一图像区域的光，并输出表示第一图像区域的位置的第一信号。可选地，检测器装置还被设置成检测去往或来自第二图像区域的光，并输出表示第二图像区域的位置的第二信号。

处理器被设置成：接收第一信号；基于第一信号确定第一图像区域的位置；基于第一图像区域的位置计算衍射角；并且基于空间光调制器的像素间距和所计算的衍射角来计算输出光的波长。可选地，处理器还被设置成：接收第二信号；基于第二信号确定第二图像区域的位置；基于第二图像区域和第一图像区域的位置计算衍射角，并基于所计算的衍射角计算波长。

可选地，处理器还被设置成调节光源以补偿检测到的波长变化。可选地，处理器还被设置成调节计算机生成的全息图以补偿检测到的波长变化。通过根据检测到的波长变化(或者可选地，当计算出波长时，根据计算出的波长)补偿或调节光源和/或计算机生成的全息图，可以连续地保持要显示给用户的全息重建或图像的质量(例如分辨率和色彩平衡)，尽管在使用过程中光源的波长发生变化。

可选地，检测器装置包括第一检测器区域和第二检测器区域。第一和第二检测器区域可以对应于独立且不同的检测器；第一检测器可以包括第一检测器区域，第二检测器可以包括第二检测器区域。替代地，检测器装置可以是包括第一和第二检测器区域的单个检测器。检测器装置可以包括例如照相机装置或光电二极管装置，尽管可以使用任何合适形式的检测器装置。

可选地，检测器装置和空间光调制器的位置相对于彼此是固定的，尽管检测器装置可以被配置成随着时间在空间中移动，只要检测器在任何给定时间的位置是已知的。这可以有助于简化波长的计算。

本文提供了一种检测来自光源的光的波长变化的方法。该方法包括：在空间光调制器处接收来自光源的具有一定波长的光；在空间光调制器上显示包括计算机生成的全息图的衍射图案；根据所显示的计算机生成的全息图对接收到的光进行空间调制以形成图像，该图像包括包含用于用户的信息的主图像区域以及第一和第二控制图像区域，其中第一和第二控制图像区域的位置取决于计算机生成的全息图和波长；在检测器装置处检测去往或来自第一控制图像区域的光和去往或来自第二控制图像区域的光；接收表示第一控制图像区域的位置的第一信号，并基于检测到的光接收表示第二控制图像区域的位置的第二信号；基于第一和第二信号确定第一和第二控制图像区域的相对位置；基于第一和第二控制图像区域的相对位置的变化检测波长的变化。

可选地，该方法还包括根据第一和第二控制图像区域的相对位置的分数变化来计算输出光波长的分数变化。替代地，该方法还可以包括根据第一控制图像区域的位置的分数变化来计算输出光波长的分数变化。替代地，在一些实施方式中，计算波长的绝对值而不是波长的分数变化可能是有益的——该方法然后还可以包括计算波长。

可选地，衍射图案还包括光栅函数分量或光栅函数，并且计算波长的方法包括改变光栅函数以调节第一控制图像区域的位置；基于接收到的第一信号，确定第一控制图像区域的位置是否与检测器装置的第一检测器区域的位置至少部分重叠；确定引起第一图像控制区域和第一检测器区域至少部分重叠的光栅函数；基于第一检测器区域的位置计算与所述确定的光栅函数相对应的衍射角；以及基于光栅函数的衍射间距和所确定的衍射角计算输出光的波长。在这种设置中，计算机生成的全息图不变，使得在用户的主图像区域中显示的图像内容不变。

可选地，该方法还包括：基于接收到的第二信号，确定第二控制图像区域的位置是否与检测器装置的第二检测器区域的位置至少部分重叠；确定引起第一图像控制区域和第一检测器区域的至少部分重叠以及第二控制图像区域和第二检测器区域的至少部分重叠的光栅函数；以及基于第一和第二检测器区域的位置计算与所述确定的光栅函数相对应的衍射角。

可选地，计算波长的方法包括：在检测波长变化之后，显示衍射光栅以形成图像，其中图像区域的位置取决于衍射光栅和在检测器装置处检测到的去往或来自图像的光的波长；基于检测到的光接收表示图像区域位置的信号；改变衍射光栅以调节图像区域的位置；基于接收到的信号，确定图像区域的位置是否与检测器装置的位置至少部分重叠；确定引起至少部分重叠的衍射光栅的衍射间距；基于检测器装置的位置计算与所述确定的衍射光栅相对应的衍射角；以及基于衍射间距和所确定的衍射角计算输出光的波长。在这种设置中，显示在空间光调制器上的衍射光栅不是全息图，而是真实图像。考虑中的图像区域包括图像的特征；例如图像区域可以包括衍射光点，例如一阶或二阶衍射光的点。替代地，图像区域可以包括另一衍射特征。

在这种设置中，真实的衍射光栅显示在空间光调制器上(即衍射光栅不是全息图)。衍射光栅可以是闪耀光栅或红外光栅。闪耀光栅被优化以在给定的衍射阶中获得最大的光栅效率。光栅的周期性或光栅衍射分量之间的间距被改变，以上述方式计算入射到SLM上的光的波长。替代地，衍射光栅可以是具有交替的0和π相位延迟列以引起衍射的朗奇光栅(Ronchi grating)，或者任何其他合适形式的衍射光栅。图像是由初级或零阶重放场中显示的衍射光栅形成的衍射图案。因此，图像包括未衍射光点和一个或多个衍射光点。可选地，所考虑的图像区域对应于与一阶衍射光相对应的光点所在的图像区域。

可选地，空间光调制器本身(像素光栅)的结构可以用于计算波长，并且计算波长的方法包括：在检测到波长变化后关闭空间光调制器；以及根据空间光调制器的像素间距衍射接收到的光以形成至少第一图像区域，其中第一图像区域的位置取决于像素间距和波长。第一图像区域可以是与像素光栅引起的衍射图案相对应的整个图像中的光点。尤其是，第一图像区域可以对应于由像素光栅衍射的一阶衍射光；可选地，可以考虑图像的第一和第二图像区域，对应于由像素光栅形成的-1和+1阶衍射光，并且相对于输出光的光轴以相等但相反的衍射角定位。

该方法还包括：在检测器装置处检测去往或来自图像的光；基于检测到的光接收表示第一图像区域的位置的信号；基于该信号确定第一图像区域的位置；基于第一图像区域的位置计算衍射角；以及基于空间光调制器的像素间距和计算出的衍射角来计算输出光的波长。当考虑第一和第二区域时，一个或两个图像区域的位置可以用于计算衍射角。

一旦计算出波长(无论是根据上述方法之一进行，还是通过任何其他合适的方法)，该方法可以可选地还包括通过调节光源来补偿计算出的波长。可选地，该方法可以还包括通过调节计算机生成的全息图来补偿计算出的波长。

还公开了一种投影系统，其设置成计算来自光源的光的波长。投影系统可以是全息投影系统。该投影系统包括：光源，其被设置成输出具有一定波长的光；空间光调制器，其被设置成接收来自光源的光，并根据显示在空间光调制器上的衍射光栅输出空间调制光以形成图像；检测器，其被设置成检测图像区域的光，并被设置成基于检测到的光输出表示图像区域位置的信号；以及处理器。处理器被设置成：使空间光调制器显示衍射光栅以形成图像，其中图像区域的位置取决于衍射光栅和波长；接收表示图像区域位置的信号；并且基于接收到的信号计算输出光的波长。图像区域包括衍射特征，例如衍射光的点(衍射光点)。

在这种设置中，检测器被设置成检测到光或者未检测到光——换句话说，检测器输出是二元的。当检测器检测到所考虑的图像区域的光时，输出信号；这表明图像区域的位置(即衍射光点或图像的其他特征的位置)与检测器的位置重叠。当图像区域的位置与检测器的位置不重叠时，检测器不输出信号。在这种设置中，可以简单地通过调节衍射光栅来计算波长，直到检测器“发射”或输出指示光被检测到的信号。

替代地，检测器被设置成检测图像区域的光强，并且被设置成输出表示检测到的强度的信号。处理器被设置成接收表示检测到的强度的信号，并基于接收到的信号计算光的波长。图像区域的光强度是去往或来自图像区域的光强度。所考虑的图像区域可以对应于例如由衍射光栅产生的一阶衍射光点，或者二阶或更高阶衍射。检测到的强度可用于计算图像和检测器的相对位置。图像本身包括所显示的衍射光栅引起的衍射图案。

被配置成计算波长的处理器被配置成：改变显示在空间光调制器上的衍射光栅，以调节图像区域的位置；基于接收到的信号确定图像区域的位置是否与检测器的位置至少部分重叠；确定产生所确定的至少部分重叠的衍射光栅；基于检测器的位置计算对应于所述衍射光栅的衍射角；并且根据所确定的衍射光栅的衍射间距和计算出的衍射角来计算输出光的波长。这里，改变衍射光栅包括改变衍射光栅的衍射间距。

在这种设置中，衍射光栅显示在空间光调制器上。如上所述，衍射光栅可以是闪耀光栅或红外光栅，或任何其他合适形式的衍射光栅。

检测器和空间光调制器的位置相对于彼此是固定的，尽管如果检测器在任何给定时间的位置是已知的，检测器可以被配置成随时间在空间中移动。这样可以简化波长的计算。可选地，如果检测到的图像区域的强度高于基于图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则检测器被设置成输出信号。例如，当图像区域对应于一阶衍射光点时，可以基于图像区域的预期强度来设置预定强度。例如，当强度增加到阈值以上时，这示意图像区域的位置与检测器至少部分重叠，因此一阶衍射光点与检测器对准。

这里描述的投影系统可以用来验证入射到SLM上的光的波长。例如，检测器可以被设置成输出表示图像区域的检测光强度的信号，并且处理器还可以被配置成将表示图像区域的光强度(即表示去往或来自该区域的光强度)的接收信号与预期强度进行比较。例如，对于给定的衍射光栅和光源波长，可以预先计算或预先测量图像区域的强度(即，第一衍射阶光点的强度，或者比第一衍射阶更高衍射阶的光点的强度)。处理器然后可以被配置成将该预定或预定义的(“预期的”)强度与由检测器确定的强度进行比较。以这种方式，可以验证入射到SLM上的光源的波长是期望的或预期的波长，或者确定为波长是否已经波动或偏离预期的波长。处理器还可以被配置成根据验证过程来调节光源，以补偿波长。

本文还公开了一种计算来自光源的光的波长的方法，该方法包括：在空间光调制器处接收来自光源的具有一定波长的光；在空间光调制器上显示衍射光栅；根据衍射光栅空间调制接收到的光以形成图像区域，其中图像区域的位置取决于衍射光栅和波长；在检测器处检测去往或来自图像区域的光；以及基于检测到的光接收表示图像区域位置的信号；以及基于图像区域的位置计算波长。计算波长可以包括：改变显示在空间光调制器上的衍射光栅，以调节图像区域的位置；基于接收到的信号确定图像区域的位置是否与检测器的位置至少部分重叠；确定产生所确定的至少部分重叠的衍射光栅；基于检测器的位置计算对应于所述衍射光栅的衍射角；以及根据所确定的衍射光栅的光栅间距和计算出的衍射角来计算输出光的波长。

可选地，该方法还包括通过调节光源来补偿计算出的波长。可选地，该方法还包括根据验证步骤调节光源以补偿波长。

在任一上述设置中，空间光调制器可选地是硅基液晶空间光调制器。可选地，空间光调制器是光学寻址SLM。优选地，SLM被设置成对输入光束的光的相位和/或振幅进行空间调制。可选地，全息重建由空间调制光的干涉形成。

在一些实施例中，提供给SLM以在SLM上显示或表示的全息图是计算机生成的全息图。换句话说，全息图是由全息图计算引擎计算的，而不仅仅是存储在存储器中或者显示或表示在SLM上。可选地，当全息图是计算机生成的全息图时，计算机生成的全息图是全息重建的数学变换。可选地，当全息图是计算机生成的全息图时，可以提供存储器来存储表示全息图的全息数据。可选地，计算机生成的全息图是全息重建的傅里叶变换或菲涅耳变换。可选地，计算机生成的全息图是傅里叶全息图或菲涅耳全息图。可选地，计算机生成的全息图通过点云方法生成。

任何上述可选实施例可以以任何合适的组合进行组合。此外，尽管可以在随后的详细描述中单独公开不同的实施例和实施例组，但是任何实施例或实施例组的任何特征可以与任何实施例或实施例组的任何其他特征或特征组合相结合。也就是说，设想了本公开中公开的特征的所有可能的组合和置换。

术语“全息图”用于指包含关于物体的振幅信息或相位信息或其某种组合的记录。术语“全息重建”用于指通过照射全息图形成的物体的光学重建。术语“重放场”用于指全息重建形成的区域。如果全息图显示在包括像素的空间光调制器上，重放场将以多个衍射阶的形式重复，其中每个衍射阶是零阶重放场的副本。零阶重放场对应于优选的或主重放场。除非另有明确说明，术语“重放场”在这里应该被理解为指零阶或主重放场。术语“重放平面”用于指空间中包含所有重放场的平面。术语“图像”、“重放图像”和“图像区域”是指重放场被全息重建的光照射的区域。在一些实施例中，“图像”可以包括离散点，这些离散点可以被称为“图像点”或“图像像素”。

术语“编码”、“写入”或“寻址”用于描述向SLM的多个像素提供分别确定每个像素的调制级的相应多个控制值的过程。可以说，SLM的像素被配置成响应于接收到多个控制值而“显示”光调制分布。因此，可以说SLM“显示”全息图，并且全息图可以被认为是光调制值或水平的阵列。

已经发现，可接受质量的全息重建可以由仅包含与原始物体相关的相位信息的“全息图”形成。这种全息记录可以被称为纯相位全息图。实施例涉及纯相位全息图，但是本公开同样适用于纯振幅全息图。

本公开同样适用于使用与原始物体相关的振幅和相位信息形成全息重建。在一些实施例中，这是通过使用所谓的全复合全息图的复调制来实现的，该全复合全息图包含与原始物体相关的振幅和相位信息。这种全息图可以被称为全复合全息图，因为分配给全息图的每个像素的值(灰度级)具有振幅和相位分量。分配给每个像素的值(灰度级)可以表示为具有振幅和相位两种分量的复数。在一些实施例中，计算全复合计算机生成全息图。

可以参考相位值、相位分量、相位信息，或者简单地说，计算机生成的全息图或空间光调制器的像素相位，作为“相位延迟”的简写。也就是说，所描述的任何相位值实际上都是表示该像素提供的相位延迟量的数字(例如，在0到2π的范围内)。例如，被描述为具有π/2相位值的空间光调制器的像素将使接收到的光的相位改变π/2弧度。在一些实施例中，空间光调制器的每个像素可在多个可能的调制值(例如相位延迟值)之一中操作。术语“灰度级”可以用来指多个可用的调制级。例如，为了方便起见，术语“灰度级”可以用来指纯相位调制器中的多个可用相位级，即使不同的相位级不提供不同的灰度。为了方便起见，术语“灰度级”也可以用来指复合调制器中多个可用的复合调制级。

全息图因此包括灰度级阵列——即光调制值阵列，例如相位延迟值阵列或复合调制值阵列。全息图也被认为是衍射图案，因为它是当显示在空间光调制器上并被波长与空间光调制器的像素间距相当的光照射时引起衍射的图案。这里提到将全息图与其他衍射图案相结合，例如用作透镜或光栅的衍射图案。例如，用作光栅的衍射图案可以与全息图相结合，以在重放平面上平移重放场，如本文进一步描述的。

附图说明

具体实施例参考以下附图仅通过示例的方式描述：

图1是示出在屏幕上产生全息重建的反射式SLM的示意图；

图2A示出了示例Gerchberg-Saxton型算法的第一次迭代；

图2B示出了示例Gerchberg-Saxton型算法的第二次和后续迭代；

图2C示出了示例Gerchberg-Saxton型算法的替代的第二次和后续迭代；

图3是反射式LCOS SLM的示意图；

图4示出了用于测量光波长的波长测量系统；

图5示出了不同光的波长的重放场大小；

图6示出了由于失准导致的重放场中的平移；

图7A至图7F示出了图5和图6所示的设置的图像区域的移动；

图8示出了由于波长变化引起的重放场的缩放；和

图9示出了平移对缩放重放场的影响。

具体实施方式

本发明不限于下面描述的实施例，而是延伸到所附权利要求的全部范围。也就是说，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于所描述的实施例，这些实施例是为了说明的目的而阐述的。

除非另有说明，单数形式的术语可以包括复数形式。

被描述为形成在另一结构的上部/下部或者在另一结构之上/之下的结构应当被解释为包括这些结构彼此接触的情况，并且此外，还包括第三结构设置在它们之间的情况。

在描述时间关系时——例如，当事件的时间顺序被描述为“之后”、“后续”、“下一个”、“之前”等时——除非另有说明，否则本公开应当被认为包括连续和非连续事件。例如，除非使用“就在”、“立即”或“直接”等措辞，否则描述应被理解为包括不连续的情况。

虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元素，但这些元素不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，第二元素可以被称为第一元素。

不同实施例的特征可以部分或全部彼此耦合或组合，并且可以彼此不同地相互操作。一些实施例可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。

光学配置

图1示出了一个实施例，其中计算机生成的全息图被编码在单个空间光调制器上。计算机生成的全息图是用于重建的物体的傅里叶变换。因此，可以说全息图是物体的傅里叶域或频域或谱域表示。在该实施例中，空间光调制器是硅基反射液晶“LCOS”设备。全息图被编码在空间光调制器上，并且全息重建形成在重放场处，例如光接收表面，如屏幕或漫射体上。

光源110，例如激光器或激光二极管，被设置成通过准直透镜111照射SLM 140。准直透镜使得光的大致平面的波前入射到SLM上。在图1中，波前的方向是偏离法线的(例如，偏离与透明层平面真正正交的线两到三度)。然而，在其他实施例中，大致平面的波前以垂直入射提供，并且分束器装置用于分离输入和输出光路。在图1所示的实施例中，该装置使得来自光源的光从SLM的镜射后表面反射，并与光调制层相互作用以形成出射波前112。出射波前112被应用于包括傅里叶变换透镜120的光学器件，傅里叶变换透镜120的焦点在屏幕125上。更具体地，傅里叶变换透镜120接收来自SLM 140的调制光束，并执行频率空间变换以在屏幕125上产生全息重建。

值得注意的是，在这种类型的全息术中，全息图的每个像素都有助于整个重建。重放场上的特定点(或图像像素)和特定光调制元件(或全息像素)之间没有一对一的相关性。换句话说，离开光调制层的调制光分布在重放场中。

在这些实施例中，全息重建在空间中的位置由傅里叶变换透镜的屈光度(聚焦度)决定。在图1所示的实施例中，傅里叶变换透镜是物理透镜。即，傅里叶变换透镜是光学傅里叶变换透镜，并且傅里叶变换是光学执行的。任何透镜都可以充当傅里叶变换透镜，但是透镜的性能会限制其执行傅里叶变换的精度。本领域技术人员理解如何使用透镜来执行光学傅里叶变换。

全息图计算

在一些实施例中，计算机生成的全息图是傅里叶变换全息图，或者简单地是傅里叶全息图或基于傅里叶的全息图，其中通过利用正透镜的傅里叶变换特性在远场中重建图像。傅里叶全息图是通过将重放平面中的所需光场傅里叶变换回透镜平面来计算的。计算机生成的傅里叶全息图可以使用傅里叶变换来计算。

傅里叶变换全息图可以使用诸如Gerchberg-Saxton算法的算法来计算。此外，Gerchberg-Saxton算法可用于从空间域中的纯振幅信息(例如照片)计算傅里叶域中的全息图(即傅里叶变换全息图)。从空间域中的纯振幅信息中有效地“检索”与物体相关的相位信息。在一些实施例中，使用Gerchberg-Saxton算法或其变型从纯振幅信息计算计算机生成的全息图。

Gerchberg Saxton算法考虑了光束分别在平面A和平面B中的强度横截面IA(x,y)和IB(x,y)是已知的并且IA(x,y)和IB(x,y)通过单个傅里叶变换相关联的情况。在给定的强度横截面下，找到了平面A和平面B中相位分布的近似值，分别是ψA(x,y)和ψB(x,y)。Gerchberg-Saxton算法通过跟随迭代过程找到这个问题的解。更具体地说，Gerchberg-Saxton算法迭代地应用空间和频谱约束，同时在空间域和傅里叶(频谱或频率)域之间重复传输表示IA(x,y)和IB(x,y)的数据集(振幅和相位)。通过算法的至少一次迭代获得谱域中相应的计算机生成全息图。该算法是收敛的，并且被设置成产生表示输入图像的全息图。全息图可以是纯振幅全息图、纯相位全息图或全复合全息图。

在一些实施例中，使用基于Gerchberg-Saxton算法的算法来计算纯相位全息图，例如在英国专利2,498,170或2,501,112中描述的算法，在此通过引用将其全部并入。然而，这里公开的实施例仅通过示例的方式描述了计算纯相位全息图。在这些实施例中，Gerchberg-Saxton算法检索数据集的傅里叶变换的相位信息ψ[u,v]，该相位信息产生已知的振幅信息T[x,y]，其中振幅信息T[x,y]表示目标图像(例如照片)。由于幅度和相位在傅里叶变换中本质上是结合的，所以变换后的幅度和相位包含关于计算数据集的精度的有用信息。因此，可以迭代地使用该算法，反馈幅度和相位两种信息。然而，在这些实施例中，只有相位信息ψ[u,v]被用作全息图，以在图像平面上形成目标图像的全息表示。全息图是相位值的数据集(例如2D阵列)。

在其他实施例中，基于Gerchberg-Saxton算法的算法被用于计算全复合全息图。全复合全息图是具有幅度分量和相位分量的全息图。全息图是包括复合数据值阵列的数据集(例如2D阵列)，其中每个复合数据值包括幅度分量和相位分量。

在一些实施例中，该算法处理复合数据，并且傅里叶变换是复合傅里叶变换。复合数据可以被认为包括(i)实数分量和虚数分量，或者(ii)幅度分量和相位分量。在一些实施例中，复合数据的两个分量在算法的不同阶段被不同地处理。

图2A示出了根据一些实施例的用于计算纯相位全息图的算法的第一次迭代。算法的输入是包括像素或数据值的2D阵列的输入图像210，其中每个像素或数据值是幅度值或振幅值。也就是说，输入图像210的每个像素或数据值不具有相位分量。因此，输入图像210可以被认为是纯幅度或纯振幅或纯强度分布。这种输入图像210的一个例子是照片或包括帧的时间序列的一帧视频。该算法的第一次迭代从数据形成步骤202A开始，包括使用随机相位分布(或随机相位种子)230将随机相位值分配给输入图像的每个像素，以形成起始复合数据集，其中该集合的每个数据元素包括幅度和相位。可以说，起始复合数据集表示空间域中的输入图像。

第一处理块250接收起始复数数据集，并执行复合傅里叶变换以形成傅里叶变换的复合数据集。第二处理块253接收经过傅里叶变换的复合数据集，并提取相位值集。第二处理块253量化每个相位值以形成全息图280A。每个相位值根据可以在将用于“显示”全息图的空间光调制器的像素上表示的相位级来量化。例如，如果空间光调制器的每个像素提供256个不同的相位级，全息图的每个相位值被量化成256个可能相位级中的一个相位级。全息图280A是表示输入图像的纯相位傅里叶全息图。可以说全息图280A表示频谱或傅里叶或频域中的输入图像。在一些实施例中，算法在这一点上停止。

然而，在其他实施例中，该算法继续，如图2A中的虚线箭头所示。换句话说，图2A中虚线箭头后面的步骤是可选的(即，不是所有实施例都必须的)。如果算法继续，第二处理块253另外用新的幅度值替换经过傅里叶变换的复合数据集的幅度值。新的幅度值是表示将用于照射空间光调制器的光图案的幅度值分布的值分布。在一些实施例中，每个新的幅度值是一。在其他实施例中，第二处理块253处理第二复合数据集的幅度值，例如，对每个幅度值执行数学运算或一系列数学运算，以形成新的幅度值。第二处理块253输出包括量化相位值和新幅度值的复合数据集。

第三处理块256接收由第二处理块253输出的复合数据集，并执行逆傅里叶变换以形成经过逆傅里叶变换的复合数据集。可以说，经过逆傅里叶变换的复合数据集表示空间域中的输入图像。

第四处理块259接收经过逆傅里叶变换的复合数据集，并评估幅度值分布211A。具体而言，第四处理块259将经过傅里叶逆变换的复合数据集的幅度值分布211A与输入图像510进行比较，输入图像510本身当然是幅度值分布。如果幅度值分布211A和输入图像210之间的差异足够小，则第四处理块259确定全息图280A是可接受的。也就是说，如果幅度值分布211A和输入图像210之间的差异足够小，则第四处理块259确定全息图280A是输入图像210的足够精确的表示。在一些实施例中，为了比较的目的，忽略经过逆傅里叶变换的复合数据集的相位值分布213A。

应当理解，可以采用任何数量的不同方法来比较幅度值分布211A和输入图像210，并且本公开不限于任何特定方法。在一些实施例中，计算均方差，并且如果均方差小于阈值，全息图280A被认为是可接受的。如果第四处理块259确定全息图280A不可接受，则执行算法的进一步迭代。

图2B表示算法的第二次迭代和算法的任何进一步迭代。前一迭代的相位值分布213A通过算法的处理块被反馈。幅度值分布211A被拒绝，而有利于输入图像210的幅度值分布。在第一次迭代中，数据形成步骤202A通过将输入图像210的幅度值分布与随机相位分布230相结合来形成第一复合数据集。然而，在第二次和随后的迭代中，数据形成步骤202B包括通过将(i)来自算法的前一次迭代的相位值分布213A与(ii)输入图像210的幅度值分布相结合来形成复合数据集。

由图2B的数据形成步骤202B形成的复合数据集然后以参考图2A描述的相同方式被处理，以形成第二次迭代全息图280B。因此，这里不再重复对该过程的解释。当已经计算出第二次迭代全息图280B时，该算法可以停止。然而，可以执行算法的任何数量的进一步迭代。应当理解，只有当需要第四处理块259或者需要进一步迭代时，才需要第三处理块256。输出全息图280B通常随着每次迭代而变得更好。然而，在实践中，通常会达到这样一个点，即没有观察到可测量的改进，或者执行进一步迭代的正面益处被额外处理时间的负面影响抵消了。因此，该算法被描述为迭代和收敛的。

图2C表示第二次和后续迭代的替代实施例。前一迭代的相位值分布213A通过算法的处理块被反馈。幅度值分布211A被拒绝，而支持幅度值的替代分布。在该替代实施例中，幅度值的替代分布从前一迭代的幅度值分布211中导出。具体地，处理块258从上一次迭代的幅度值分布211中减去输入图像210的幅度值分布，将该差值以增益因子α缩放，并从输入图像210中减去缩放后的差值。这通过以下等式数学表达，其中下标文字和数字表示迭代次数：

R_n+1[x,y]＝F’{exp(iΨ_n[u,v])}

Ψ_n[u,v]＝∠F{η·exp(i∠R_n[x,y])}

η＝T[x,y]-α(|R_n[x,y]|-T[x,y])

其中：

F’是逆向傅里叶变换；

F是正向傅里叶变换；

R[x,y]是由第三处理块256输出的复合数据集；

T[x,y]是输入或目标图像；

∠是相位分量；

ψ是纯相位全息图280B；

η是幅度值的新分布211B；和

α是增益因子。

增益因子α可以是固定的或可变的。在一些实施例中，增益因子α基于传入目标图像数据的大小和速率来确定。在一些实施例中，增益因子α取决于迭代次数。在一些实施例中，增益因子α仅是迭代次数的函数。图2C的实施例在所有其他方面与图2A和图2B的实施例相同。可以说，纯相位全息图ψ(u,v)包括频率域或傅里叶域中的相位分布。

在一些实施例中，傅里叶变换通过将透镜数据与全息图数据相结合来计算执行。也就是说，显示在空间光调制上的衍射图案包括表示物体的全息图数据和表示透镜的透镜数据。在这些实施例中，省略了图1的物理傅里叶变换透镜120。在计算机生成全息术领域中，已知如何计算表示透镜的数据。表示透镜的数据可以被称为软件透镜。例如，纯相位透镜可以通过计算由于折射率和空间变化的光路长度而由透镜的每个点引起的相位延迟来形成。例如，凸透镜中心的光路长度大于透镜边缘的光路长度。纯振幅透镜可以由菲涅耳波带片形成。在计算机生成全息术领域中，也已知如何将表示透镜的数据与全息图相结合，使得全息图的傅里叶变换可以在不需要物理傅里叶透镜的情况下执行。在一些实施例中，透镜化数据通过简单的加法如简单的向量加法与全息图结合。

在一些实施例中，物理透镜与软件透镜结合使用来执行傅里叶变换。替代地，在其他实施例中，傅里叶变换透镜被完全省略，使得全息重建发生在远场中。在进一步的实施例中，全息图可以以相同的方式与光栅数据相结合，光栅数据即被设置来执行光栅函数(例如光束转向)的数据。同样，在计算机生成全息术领域中，已知如何计算这样的数据。例如，可以通过为闪耀光栅表面上每个点引起的相位延迟建模来形成纯相位光栅。纯振幅光栅可以简单地与纯振幅全息图叠加，以提供全息重建的角度转向。

在一些实施例中，提供了实时引擎，该实时引擎被设置成接收图像数据并使用该算法实时计算全息图。在一些实施例中，图像数据是包括图像帧序列的视频。在其他实施例中，全息图是预先计算的，存储在计算机存储器中，并且根据需要被调用以显示在SLM上。也就是说，在一些实施例中，提供了预定全息图的储存库。

实施例仅作为示例涉及傅里叶全息术和Gerchberg-Saxton型算法。本公开同样适用于菲涅耳全息术和通过其他技术计算的全息图，例如基于点云方法的技术。

光调制

空间光调制器可用于显示计算机生成的全息图。如果全息图是纯相位全息图，则需要调制相位的空间光调制器。如果全息图是全复合全息图，可以使用调制相位和振幅的空间光调制器，或者可以使用调制相位的第一空间光调制器和调制振幅的第二空间光调制器。

在一些实施例中，空间光调制器的光调制元件(即像素)是包含液晶的单元。也就是说，在一些实施例中，空间光调制器是液晶设备，其中光学活性成分是液晶。每个液晶单元被配置成选择性地提供多个光调制级。也就是说，每个液晶单元在任一时间被配置成在从多个可能的光调制级中选择的一个光调制级下操作。每个液晶单元可动态地重新配置成与多个光调制级不同的光调制级。在一些实施例中，空间光调制器是反射式硅基液晶(LCOS)空间光调制器，但是本公开不限于这种类型的空间光调制器。

LCOS设备在小孔径(例如，几厘米宽)内提供光调制元件或像素的密集阵列。像素通常约为10微米或更小，这样能得到几度的衍射角，这意味着光学系统可以是紧凑的。与其他液晶设备的大孔径相比，LCOS SLM的小孔径更容易充分照射。LCOS设备通常是反射式的，这意味着驱动LCOS SLM的像素的电路可以埋在反射表面之下。这样能得到较高的孔径比。换句话说，像素密集分布，意味着像素之间几乎没有死区。这是有利的，因为它减少了重放场中的光学噪声。LCOS SLM使用硅背板，其优点是像素是光学平坦的。这对相位调制设备尤其重要。

下面参考图3，仅通过示例的方式描述合适的LCOS SLM。使用单晶硅衬底302形成LCOS设备。它具有方形平面铝电极301的2D阵列，这些电极由间隙301a隔开，设置在衬底的上表面上。每个电极301可以通过埋在衬底302中的电路302a寻址。每个电极形成各自的平面镜。对准层303设置在电极阵列上，液晶层304设置在对准层303上。第二对准层305设置在液晶层304上，例如玻璃制成的平面透明层306设置在第二对准层305上。例如ITO制成的单个透明电极307设置在透明层306和第二对准层305之间。

每个方形电极301与透明电极307和中间液晶材料的覆盖区域一起限定可控相位调制元件308，通常称为像素。考虑到像素301a之间的空间，有效像素面积或填充因子是光学活性的总像素的百分比。通过相对于透明电极307控制施加到每个电极301的电压，可以改变各个相位调制元件的液晶材料的特性，从而为入射到其上的光提供可变延迟。其效果是为波前提供纯相位调制，即没有振幅效应发生。

所描述的LCOS SLM反射输出空间调制光。反射式LCOS SLM的优点是信号线、栅极线和晶体管位于镜面之下，这样能得到高填充因子(通常大于90％)和高分辨率。使用反射式LCOS空间光调制器的另一个优点是，液晶层的厚度可以是使用透射设备时所需厚度的一半。这大大改进了液晶的切换速度(这是投影运动视频图像的关键优点)。然而，本公开的教导同样可以使用透射式LCOS SLM来实现。

波长测量

参考图4描述了被设置成计算来自光源的光的波长的投影系统。光源被设置成输出具有一定波长的光401。该实施例中的光401是来自激光源的准直光束。光401入射到空间光调制器(或SLM)403上，空间光调制器403被设置成接收来自激光源的激光401。SLM 403被设置成显示衍射光栅的真实图像，以便根据显示在SLM 403上的衍射光栅对接收光401进行空间调制，从而在重放场409中形成图像。显示在SLM 403上的衍射光栅可以是闪耀光栅或红外光栅。闪耀光栅被优化以在给定的衍射阶中获得最大的光栅效率。然而，可以使用任何其他合适形式的衍射光栅。例如，衍射光栅可以是具有交替的0和π相位延迟列以引起衍射的朗奇光栅。

重放场409与投影系统相关联。重放场409是光可以投影到其中的空间区域。重放场409包括主图像区域411，在主图像区域411中可以投影用于用户的信息。主图像区域411是重放场409的特定区域，如果全息图显示在SLM上而不是衍射光栅上，则主图像将在该特定区域上。例如，当投影系统部署在汽车中时，可以在主图像区域411中提供显示给驾驶员的信息(例如速度计)。用于控制投影系统的信息也可以投影到重放场409中，优选投影到主图像区域411之外的区域中。这些区域可以称为二次图像区域或图像控制区域。

有两种类型的衍射有助于产生衍射图案。也就是说，存在由于显示在SLM上的光栅而产生的衍射图案，该衍射图案由于入射光在由SLM 403的像素形成的光栅处的衍射而在空间中重复(由于像素的规则排列的间距而产生的“像素光栅”)。实际上，所显示的衍射光栅和像素光栅在傅里叶空间中相乘，其结果是光栅衍射图案与像素衍射图案在真实空间中的卷积。换句话说，由于显示的衍射光栅产生的衍射图案在空间中对应于由于像素光栅产生的衍射图案的点处重复。

来自显示的衍射光栅的衍射图案在空间上的这种重复可以被称为多个重放场，每个重放场对应于由像素光栅形成的衍射图案的峰值，因此不同的重放场可以被称为表示不同的重放场阶。通常，只有零阶重放场用于显示。在一些实施例中，重放场409是零阶重放场。为了简单起见，这里将只考虑初级或零阶重放场409，因为高阶重放场通常被屏蔽。

在重放场409内，对应于由于显示在SLM上的衍射光栅产生的衍射图案，存在不同的光衍射阶。以这种方式，在重放场409中形成的图像(即，由于显示的衍射光栅产生的衍射图案)包括未衍射或零阶光405和由更高衍射阶的衍射光栅衍射的光(例如，一阶衍射光、二阶衍射光等)。例如，形成衍射图案的图像包括未衍射光点、围绕未衍射光点的一阶衍射光点、围绕一阶衍射光点的二阶衍射光点等。检测器413可以被放置成截取图像区域中的-1衍射阶，并且检测器415可以被放置成截取图像的另一个第二区域中的+1衍射阶。在这种设置中，光407表示-1衍射阶，但是这里更一般地称为“一阶衍射光”。

光检测器装置与重放场409相关联。光检测器装置位于重放场409内，但是在主图像区域411之外，以便不干扰向用户显示信息。优选地，光检测器装置被设置成检测来自重放场409中固定点的光。光检测器装置可以是包括多个检测器区域的单个检测器，或者检测器装置可以包括分离的独立的检测器，每个检测器包括不同的检测器区域。在这种设置中，检测器装置包括独立的第一检测器413和第二检测器415，但是在其他设置中，在检测器装置中可以仅提供一个检测器413。替代地，根据需要，可以提供不止两个检测器。检测器413和415在这种设置中是光电二极管，但是可以使用任何其他合适类型的光检测器。

在下面的描述中，由入射到SLM 403上的光的衍射在主重放场409中形成的图像由未衍射光点405和由显示在SLM 403上的衍射光栅衍射的一阶衍射光点407形成。图像还可以包含额外的一阶衍射光点，以及由更高阶衍射光(例如二阶衍射光)形成的光点。这里，一阶衍射光407形成在重放场409的二次图像区域中。检测器413被设置成检测光407的强度，并输出表示检测到的强度的信号。这里，光407的强度是去往或来自一阶衍射光407的光点的光的强度。然而，在其他设置中，检测器装置可以被设置成检测光，并基于检测到的光输出表示光点407相对于检测器的位置的信号。

已知入射到衍射光栅上的光的波长的变化，或者衍射光栅的周期性(或衍射间距)的变化，将产生不同阶衍射光的衍射角的相应变化。例如，重放场409中的一阶衍射光点407的位置通过以下关系取决于入射光401的波长(λ)和显示在SLM 403上的衍射光栅的衍射间距(d):

mλ＝d sin(θ)， (等式1)

其中θ是相对于未衍射光光轴的衍射角，m是衍射光点的“阶数”(即一阶衍射光点407的阶数为m＝-1；二阶衍射光的阶数为m＝2等)。未衍射光或零阶光的阶数为m＝0，并在每个重放场的中心显示为亮点。等式1可用于原位计算入射光401的波长。为了便于波长的简化计算，检测器413和SLM 403的位置相对于彼此是固定的——这使得基于检测器413的位置可以容易地计算衍射角。

SLM 403连接到处理器402，处理器402使SLM 403显示衍射光栅。处理器402还被设置成控制衍射光栅的周期性(或衍射间距)。因为衍射光栅具有计算机控制的周期性，所以显示在SLM 403上的衍射光栅可以由处理器402在软件中改变。这意味着提供了用于测量波长而不用改变硬件的简单有效的系统，这有助于改进原位测量光401波长的方法。

处理器402被设置成使得SLM 403显示衍射光栅，以便衍射接收到的光401并形成图像。由于本实施例的图像由一阶衍射光407形成，所以图像的位置取决于显示在SLM 403上的衍射光栅和入射光401的波长。检测器413被设置成检测图像的光强，并输出表示检测到的强度的信号，并且处理器402被配置成接收该信号。

基于入射光401的强度、入射光401的波长和显示在SLM 403上的衍射光栅的特性，可以预先计算或预先测量一阶衍射光点407的强度。换句话说，对于给定的分量设置，一阶衍射光点407具有预期强度，该预期强度可以预先确定或预先定义，然后存储在处理器402的存储器中，用于计算光401的波长。

具体而言，处理器402从检测器413接收表示强度的信号，并将该预定或预定义(“预期”)强度与检测器413检测到的光强进行比较。如果检测到的强度匹配预期强度，或者高于基于预期强度设置的阈值，则可以说图像的位置与检测器413的位置至少部分重叠或重合。然后可以基于检测器413相对于SLM 403输出的光的光轴(即未衍射光405沿其传播的光轴)的位置来计算衍射光点407的衍射角。由于所选衍射光点(无论是一阶衍射光点407还是二阶衍射光点)的阶数m是已知的，并且显示在SLM 403上的衍射光栅的特性是已知的，所以可以根据等式1计算光的波长。

处理器402被配置成改变显示在SLM 403上的衍射光栅；因为对于给定波长，衍射角取决于衍射光栅的周期性或衍射间距，所以调节或改变衍射光栅通过改变衍射角来调节图像在空间中的位置。如果检测到的强度与预期强度不匹配，这表明一阶衍射光点407的地点或位置不对应于检测器413的位置；处理器402然后改变显示在SLM 403上的衍射光栅，并且衍射光点407的强度再次被检测器413检测。这里，改变衍射光栅包括改变衍射光栅的衍射间距。取决于检测方法，可以重复该过程，直到由检测器413检测的强度匹配预期强度，或者高于预定强度阈值。然后，衍射角与显示在SLM 403上的衍射光栅的衍射间距结合使用，以根据等式1计算输入光401的波长。

通过使用不同的衍射光栅，用不同衍射阶的衍射光点重复上述计算步骤，可以改进上述波长计算的精度。例如，衍射光栅可以被选择并显示在SLM上，使得重放场409内的图像的二阶衍射光点形成在检测器413附近。检测器413被设置成检测二阶衍射光点的强度并输出表示检测到的强度的信号，或者被设置成检测光并基于检测到的光输出表示二阶衍射光点相对于检测器的位置的信号。

这样，确定二阶衍射光点是否与检测器413至少部分重叠或重合。处理器402被配置成改变显示在SLM 403上的衍射光栅，直到由检测器413检测到的强度匹配例如二阶衍射光点的预期强度，或者高于预定强度阈值，这取决于检测方法。然后，衍射角与显示在SLM403上的衍射光栅的衍射间距结合使用，以根据等式1重新计算输入光401的波长。这个过程可以用不同衍射阶的衍射光点进一步重复，以进一步改进波长计算的精度。

上面参照图4描述的系统可以用于计算光401的波长。然而，该系统也可以用于验证入射到SLM 403上的光401的波长是期望的或预期的波长。例如，如果光401的波长存在波动或偏差，那么一阶衍射光点407的位置将不会与检测器413的位置重叠，并且由检测器413检测的光的强度将不会匹配预期强度。这种设置有助于快速有效地验证入射光401的波长是否是期望的或预期的波长——不需要计算光401的实际波长。

处理器402还可以被配置成根据验证或计算过程来调节光源，以补偿光401的波长与预期或期望波长的差异。例如，这种补偿可以改进使用投影系统形成的后续全息重建的质量。当光源是激光器时，这种调节可以包括调节激光腔的温度以引起激光波长的变化。

波长变化检测

参考图5描述了被设置成检测来自光源的光的波长变化的投影系统。该系统包括连接或耦合到处理器502的空间光调制器或SLM 503。处理器502使SLM 503显示包括计算机生成全息图的衍射图案。SLM 503从光源接收具有一定波长的入射光，并根据计算机生成的全息图对入射光进行空间调制，以在重放平面509的主重放场中形成图像。这里，与在上面参考图4描述的系统中一样，光源是激光源，入射光是相干光的准直光束。

该图像是计算机生成全息图的全息重建，通过衍射形成。该图像包括主图像区域以及第一和第二控制图像区域，该主图像区域包括用于用户的信息(例如，由显示在SLM503上的计算机生成的全息图表示的原始图像或物体的全息重建)。这些第一和第二控制图像区域位于主图像区域之外，在重放场的次图像区域中。第一和第二控制图像区域包括由显示的全息图形成的衍射光。

在这种设置中，第一和第二控制图像区域中的光可以被认为是“控制点”，即位于主图像区域之外的衍射光的聚焦点，用于投影系统的控制。包括主图像区域以及第一和第二控制图像区域的图像在重放平面509处的主重放场519内形成。重放场519具有角度范围523，以从SLM 503输出的空间调制光的光轴522为中心。换句话说，其中形成图像的重放场519的大小取决于角度523。

该系统还包括检测器装置。检测器装置被设置成检测去往或来自第一控制图像区域的光和去往或来自第二图像区域的光。检测器装置被设置成基于对第一控制图像区域的光的检测来输出表示第一控制图像区域的位置的第一信号，并且基于对第二控制图像区域中的光的检测来输出表示第二控制图像区域的位置的第二信号。这里描述的检测器装置包括两个独立的检测器。这两个检测器是照相机装置，每个照相机装置监测控制点之一(即，控制图像区域之一)的位置，尽管在相应的实施例中可以使用可以测量每个控制点的位置的任何其他合适的检测器装置。

处理器被设置成从检测器装置接收表示第一和第二控制图像区域的位置的第一和第二信号，并基于第一和第二信号确定第一和第二控制图像区域的相对位置。换句话说，处理器被设置成监测重放场519内的第一和第二控制图像区域的分离。

如上参考图4所述，第一和第二控制图像区域的位置取决于入射光的波长和该入射光衍射的程度。重放场519的范围523取决于波长和SLM 503的像素间距。形成包括第一和第二控制图像区域的图像的光的衍射根据显示在SLM上的衍射图案被衍射——该衍射图案可以仅仅是计算机生成的全息图，或者全息图和第二衍射图案(例如具有限定衍射间距的光栅函数分量)的组合。

对于给定的SLM 503和包括计算机生成全息图的给定衍射图案，波长的变化引起衍射角的变化，从而引起第一和第二控制图像区域的位置的变化——即，当入射光的波长变化时(例如，由于激光腔中的温度波动)，控制图像区域的位置也变化。因此，包含包括第一和第二控制图像区域的图像的重放场的角度范围作为波长变化的结果而变化。通过监测两个控制点的相对位置，即通过监测它们的分离，可以检测波长的变化。例如，如果入射光的波长增加，衍射角也增加，从而得到角度范围521大于角度523的更大重放场517。换句话说，波长的变化引起重放场大小的变化。图像大小的这种变化可以定义如下，其中L是到光学系统的重放平面509的距离，θ是衍射角：

图像大小＝2L tan(θ) (等式2)

由重放场大小的变化引起的第一和第二控制图像区域的相对位置的这种变化由监测第一和第二控制图像区域的位置的检测器装置检测，如下所述。这种相对变化表示波长的变化，因此能够将波长变化与由于光学失准或机械平移引起的整个重放场的仅仅位置偏移区分开，如下面参考图6所述。

由系统的碰撞或振动或由系统的分量的移动导致的失准引起重放场中的平移，而不是放大或去放大，如由波长变化引起的并在上面参考图5描述的。例如，如上所述，入射光被显示在SLM 603上的计算机生成的全息图空间调制，以在重放平面609处形成图像。重放平面609处的图像包括主图像以及第一和第二控制图像区域。在这种设置中，第一和第二控制图像区域中的光同样可以被认为是“控制点”，即位于主图像区域之外的聚焦光点。重放场619具有角度范围623，并且在这里以从SLM 603输出的空间调制光的光轴622为中心。换句话说，重放平面609处重放场619的大小由角度623确定。

如果系统受到振动，可能会发生机械平移。这种平移导致系统内的光学失准，并导致重放平面609处重放场的偏移。尤其是，包含第一控制图像区域和第二控制图像区域的重放场可以不再以光轴622为中心，而是可以相对于光轴622倾斜，以形成具有角度范围621的重放场617。角度621等于角度623——换句话说，重放平面609处的图像在平移前后大小相同，它只是位于空间中的不同位置，因为重放场617相对于重放场619偏移。整个重放场已经被平移，但是第一和第二控制图像区域的相对位置没有变化(即，两个区域的分离没有增加或减少)。

这与上面参照图5描述的情况形成对比，在图5中，重放场没有被平移，而是由于入射光波长的变化而被放大或缩小，使得所描述的设置能够区分平移/机械扰动引起的变化和波长波动/变化引起的变化。图像509的缩放根据等式2发生，并且第一和第二控制图像区域的相对位置的相应变化充当任何检测到的变化是波长变化的结果而不是机械平移的结果(即，由于系统中振动的影响)的确认。因此，波长的任何实际变化都可以被适当地补偿，而没有基于感知的但错误的波长波动检测而使图像失真的风险。

这里描述的投影系统可以有助于使用波长变化的原位检测，从而能够即时应用适当的补偿或校正，以改进主图像区域中显示的图像质量。以这种方式进行的原位检测还可以允许同时补偿由于温度波动和硬件变化引起的波长变化，从而减少了线端硬件测试的时间和费用，并且消除了对作为温度函数的波长进行原位绘制的需要。这样，可以以更简单、更有效的方式改进提供给用户的图像质量。

下文将更详细地描述在本系统中区分波长变化与机械平移的过程。参考图7A和图7B，并且如上参考图5和图6所述，投影系统包括检测器装置。检测器装置包括第一检测器区域701和第二检测器区域703，所述检测器区域位于图像区域(即位于重放平面509/609的图像区域)内，以便检测图像控制区域中的光。这里，第一检测器区域701对应于第一CCD，第二检测器区域703对应于第二CCD，但是可以采用任何其他合适的检测器装置。当系统处于光学对准并且来自光源的入射光的波长等于预期波长时，第一图像控制区域的控制点(第一控制点)位于第一检测器区域701内的位置705，并且第二图像控制区域的控制点(第二控制点)位于第二检测器区域703内的位置707。

如参考图7C和图7D所述以及图6所示，当系统受到机械失准时，控制点的位置相等地平移，使得图像(例如，重放平面609处的图像)被平移。例如，可能有机械振动导致向左的光学失准，其中第一控制点的位置从位置705移到位置709，第二控制点的位置从位置707移到位置711，如图6所示。替代地，可能存在向右的光学失准，其中第一控制点的位置从位置705移到位置713，第二控制点的位置从位置707移到位置715。在这两种情况下，图像都在空间中平移。

相反，如参考图7E和图7F所述以及图5所示，当入射光的波长改变时，控制点移动到一起或者进一步分开，使得图像(例如，重放平面509处的图像)根据上面的等式2缩放。例如，当波长增加时，第一控制点的位置从位置705移到位置717，并且第二控制点的位置从位置707移到位置719，并且图像被放大，如图5所示。替代地，当波长减小时，第一控制点的位置从位置705移到位置721，并且第二控制点的位置从位置707移到位置723，并且图像被去放大。换句话说，第一和第二控制图像区域相对于SLM中心的径向距离都有变化。通过考虑两个控制图像区域的相对位置，或者通过仅确定一个点的径向距离的分数变化，径向距离的这种变化可以用于计算光波长的分数变化。

这样，基于第一和第二控制图像区域的控制点或光的相对位置，检测器装置可以区别于参考图7C和图7D描述的装置以及参考图7E和图7F描述的装置。这是有利的，因为显示给用户的图像的缩放或平移需要不同地补偿，如下面更详细描述的。因此，本投影系统能够应用适当的补偿来将失真的图像恢复成原始的、预期的图像。

仅仅检测波长的变化就足以校正波长的变化，但是在一些实施方式中，可能需要实际量化波长的变化，以便应用适当的调节或补偿。因此，处理器可选地被进一步设置成计算光的波长。有利的是，该计算可以以任何合适的方式原地执行。

在一种设置中，处理器502可以被配置成根据第一和第二控制图像区域的相对位置的分数变化来计算输出光波长的分数变化，如参考图8所述。原始图像(通过根据计算机生成的全息图空间调制入射到SLM 503上的光而形成)包括包含用于向用户显示的信息的主图像区域809，以及位于主图像区域809外部的第一和第二控制图像区域813。主区域809的中心(x)中的光点和第一图像控制区域813的中心之间的距离是距离850。

如上参考图5所述，当入射光的波长增加时，重放场的大小以相应的方式增加。波长增加之后的主图像区域809’大于先前显示的主图像区域809，并且在波长增加之后，第一图像控制区域813’比波长增加之前更大并且更远离主图像区域809’的中心(x)——中心(x)和第一图像控制区域813’的中心之间的距离现在是距离850和距离852的总和。第一控制图像区域813’距主图像区域中心(x)的径向位置的分数变化是距离852除以距离850(或852/850)，该分数变化与入射光波长的分数变化成比例。假设入射光的原始波长是已知的，那么就可以计算出新的波长。

例如，处理器可以使用波长的这种分数变化来调节光源，以便将入射光的波长恢复成预期或期望的波长，从而将图像809’校正回图像809。例如，当光源是激光器时，可以调节激光腔的温度以改变激光器输出的光的波长。替代地，可以响应于检测到的第一和第二图像控制区域的移动来调节或改变计算机生成的全息图。在一些示例中，特别是当波长变化很小时，可以改变计算机生成的全息图，使得入射到SLM 503上的光所经历的衍射间距改变，但是主图像区域中的图像内容保持不变。换句话说，衍射光栅被改变，这在重放场的角度范围上具有相应的变化，如上面参考图5所描述的，因此可以通过衍射间距的改变(通过改变全息图，或者通过改变显示在SLM上的衍射图案的第二衍射图案)适当地放大或去放大图像809’来恢复图像809。

然而，如参考图9所述，尽管第一控制图像区域913可以通过改变衍射光栅而回到其原始位置，但是在波长改变和补偿之前，所得图像909可能与原始图像809不相关。此外，不可能简单地平移显示在SLM 503上的计算机生成的全息图，以便平移图像909并由此恢复原始图像809，因为波长的变化会引起图像大小的显著缩放(如等式2所描述的)。因此，为了将变换图像909改变回原始图像809，可能需要调节或改变计算机生成的全息图以包括放大或去放大分量。实现这种放大/去放大的一种方法在Lin等人的“A holographicprojection system with an electrically tuning and continuously adjustableoptical zoom”，(Optics Express,volume 20,number 25,2012,第27222–27229页(其内容通过引用结合于此))有说明。

在另一个实施例中，处理器可以被配置成直接计算光的波长，而不是基于第一和第二控制图像区域的相对位置的分数变化。这种直接测量可以以上面参考图4描述的方式实现，即通过在SLM 503上显示衍射光栅，然后使用处理器502改变衍射光栅，直到一阶衍射光点的位置与第一检测器413的位置至少部分重叠。例如，可以通过调节显示在SLM 503上的衍射光栅并检查二阶衍射光点的位置与第二检测器413的位置至少部分重叠来进一步验证波长。

在另一个实施例中，处理器502可以被设置成通过关闭SLM 503来直接计算光的波长，从而不显示计算机生成的全息图来使用SLM 503的像素作为衍射光栅。换句话说，可以通过使用SLM 503的规则像素阵列作为物理衍射光栅来衍射从光源和图像509接收的光来计算波长。如上所述，SLM 503的规则像素阵列使得在重放平面509形成多个重放场。当没有衍射光栅显示在SLM上时，这些不同阶的重放场简单地由衍射光点表示。这些不同阶重放场在重放平面中的位置，或者不同阶的衍射光的位置，可以用来确定光的波长。上述重放场409对应于零阶重放场，根据SLM 503的像素间距和入射光的波长，更高阶重放场分布在零阶重放场周围。

可以使用检测器装置来检测来自这些重放场的光，该检测器装置被设置成输出表示各种重放场位置的信号。这里检测器装置包括CCD或其他照相机装置。然后可以基于SLM503的相对位置和基于投影系统的几何形状的重放场的检测位置来计算衍射角。处理器502然后被设置成根据等式1基于SLM 503的像素间距和计算的衍射角来计算输出光的波长。

衍射图案可以可选地包括第二衍射图案(例如光栅函数分量)与计算机生成的全息图相结合。改变衍射图案可以包括改变计算机生成的全息图和光栅函数分量中的一者或两者。在一个实施例中，处理器502可以被设置成使用包括显示在SLM上的计算机生成全息图的衍射图案来计算入射到SLM 503上的光的波长。尤其是，处理器502被配置成改变显示在SLM 503上的衍射图案的光栅函数，以调节第一和第二控制图像区域的位置。如上所述，这里包括第一检测器区域413的检测器装置被设置成确定第一控制图像区域的位置是否与第一检测器区域413的位置至少部分重叠，并且输出表示第一控制图像区域的位置的第一信号。如果没有重叠，则处理器502被设置成改变衍射图案的光栅函数，以调节第一控制图像区域的位置，直到与第一检测器区域413至少部分重叠。处理器502然后可以确定对应于引起重叠的光栅图案的衍射角，并根据等式1基于所确定的衍射角和包括计算机生成全息图的衍射图案的光栅函数的衍射间距来计算光的波长。

可选地，为了验证波长，检测器装置(这里也包括第二检测器区域415)被设置成确定第二控制图像区域的位置是否与第二检测器区域415的位置至少部分重叠，并且输出表示第二控制图像区域的位置的第二信号。处理器502还被配置成接收第二信号，并基于第二信号确定第二图像控制区域和第二检测器区域415之间是否也存在重叠。如果两者之间没有重叠，处理器502被设置成改变计算机生成的全息图，直到计算机生成的全息图显示在SLM 503上，这使得第一控制图像区域和第一检测器区域413至少部分重叠并且第二控制图像区域和第二检测器区域415至少部分重叠。处理器然后可以基于第一检测器区域413和第二检测器区域415的位置计算对应于所述确定的计算机生成全息图的衍射角，并且根据等式1计算光的波长。这里，第一检测器区域413和第二检测器区域415是检测器装置的独立光电二极管检测器，但是它们替代地可以是例如大检测器装置的独立但相邻的区域。检测器无需是光电二极管，而是可以是任何其他合适形式的检测器。

在用于计算入射到SLM 503上的光的波长的任何上述实施例中，如果由第一检测器区域413检测的光强度高于基于第一控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则处理器502可以被设置成确定第一控制图像区域的位置与检测器装置的第一检测器区域413至少部分重叠。可选地，如果由第二检测器区域415检测的光强度高于基于第二控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，处理器502还可以被设置成确定第二控制图像区域的位置与检测器装置的第二检测器区域415至少部分重叠。

与计算波长的方式无关，处理器502被设置来调节光源以补偿检测到的波长变化(或计算出的波长)，和/或处理器502被设置来调节计算机生成的全息图以补偿检测到的波长变化(或计算出的波长)，例如通过结合放大/去放大分量，如上文参考图9所述。通过根据波长变化补偿或调节光源和/或计算机生成的全息图，可以持续保持要显示给用户的全息重建或图像的质量(例如分辨率和色彩平衡)，尽管在使用过程中光源的波长发生变化。

附加功能

实施例仅作为示例涉及光激活LCOS空间光调制器。本公开的教导同样可以在根据本公开的能够显示计算机生成全息图的任何空间光调制器上实现，例如任何电激活的SLM、光激活的SLM、数字微镜设备或微机电设备。

在一些实施例中，光源是激光器。本公开的全息投影系统可用于提供改进的平视显示器(HUD)或头戴式显示器。在一些实施例中，提供了一种包括安装在车辆中以提供HUD的全息投影系统的车辆。车辆可以是机动车辆，例如汽车、卡车、货车、货运车、摩托车、火车、飞机、船或轮船。

在一些实施例中，要重建的全息图的大小(每个方向上的像素数)等于空间光调制器的大小，使得全息图填充空间光调制器。也就是说，全息图使用空间光调制器的所有像素。在其他实施例中，要重建的全息图的大小小于空间光调制器的大小。因此，为了填充全息图的SLM部分，在未使用的像素中重复进行。这种技术可以被称为平铺，其中空间光调制器的表面区域被分成多个平铺块，每个平铺块表示全息图的至少一个子集。因此，每个平铺块的大小小于空间光调制器。

全息重放场的大小(即全息重建的物理或空间范围)由空间光调制器的像素间距(即空间光调制器的相邻光调制元件或像素之间的距离)决定。可以在重放场中形成的最小特征可以被称为“分辨率元素”、“图像点”或“图像像素”。典型地，空间光调制器的每个像素具有四边形形状，可选地，矩形或正方形形状。四边形孔径的傅里叶变换是正弦函数，因此每个图像像素是正弦函数。更具体地，重放场中每个图像像素的空间强度分布是正弦函数。每个正弦函数可以被认为包括峰值强度初级衍射阶和一系列从初级阶径向延伸的强度降低的较高衍射阶。每个正弦函数的大小(即每个正弦函数的物理或空间范围)由空间光调制器的大小(即由光调制元件或空间光调制器像素阵列形成的孔径的物理或空间范围)决定。具体而言，光调制像素阵列形成的孔径越大，图像像素越小。

通常希望有小的图像像素。在显示技术中，希望有尽可能多的图像像素也是常见的。然而，如果重放场中图像像素的密度太高，图像质量可能会退化。这种退化是由于相邻正弦函数的不同阶之间的干扰，并且会导致例如全息重建的信噪比降低。因此，要与图像像素的数量保持平衡。换句话说，存在图像像素的最佳数量或图像像素数量的最佳范围。已经发现，将输入全息图平铺到输出全息图上可以减少这种图像退化并提高图像质量。具体地，一些实施例实现平铺技术，以最小化图像像素的大小，同时最大化进入全息重建的信号内容的量。

然而，如果使用相干光源，例如激光器，则所产生的全息重建仍然会受到“散点”的影响。散点是众所周知的，是从光学粗糙表面散射的光干涉的结果。

全息重建的质量也可能受到所谓的零阶问题的影响，该问题是使用像素化空间光调制器的衍射性质的结果。这种零阶光可以被视为“噪声”，并且包括例如镜面反射光和来自SLM的其他不想要的光。

在傅里叶全息术的示例中，这种“噪声”聚焦在傅里叶透镜的焦点上，在全息重建的中心产生亮点。零阶光可能会被简单地遮挡，但是这意味着用暗点代替亮点。一些实施例包括角度选择性滤光器，以仅去除零阶准直光线。实施例还包括欧洲专利2,030,072中描述的管理零阶的方法，该专利在此全文引入作为参考。

全息重建是在由空间光调制器限定的整个窗口的零衍射阶内产生的。优选的是，第一和随后的阶被移位足够远，以便不与图像重叠，使得可以使用空间滤光器来阻挡它们。

在实施例中，全息重建是彩色的。在这里公开的示例中，使用三个不同颜色的光源和三个相应的SLM来提供合成颜色。这些示例可以被称为空间分离的颜色“SSC”。在本公开所包含的变型中，每种颜色的不同全息图显示在同一SLM的不同区域上，然后组合形成合成彩色图像。然而，本领域技术人员将理解，本公开的至少一些设备和方法同样适用于提供合成彩色全息图像的其他方法。

其中一种方法被称为帧序列颜色，“FSC”。在示例FSC系统中，使用三个激光器(红色、绿色和蓝色)，并且每个激光器在单个SLM上连续发射，以产生视频的每个帧。这些颜色(红、绿、蓝、红、绿、蓝等)以足够快的速度循环，使得人类观察者从由三个激光器形成的图像的组合中看到多色图像。因此，每个全息图都是特定颜色的。例如，在每秒25帧的视频中，第一帧将通过发射红色激光1/75秒产生，然后绿色激光将发射1/75秒，最后蓝色激光将发射1/75秒。然后产生下一帧，从红色激光开始，依此类推。

FSC方法的优点是每种颜色都使用整个SLM。这意味着所产生的三幅彩色图像的质量不会受到影响，因为SLM上的所有像素都用于每幅彩色图像。然而，FSC方法的缺点是产生的整体图像的亮度大约是SSC方法产生的相应图像的约三分之一，因为每个激光器仅使用三分之一的时间。这个缺点可以通过过度驱动激光器或者使用更强的激光器来解决，但是这将需要使用更多的功率，将涉及更高的成本并且将使系统不那么紧凑。

SSC方法的优点是图像更亮，这是因为所有三个激光器同时发射。然而，如果由于空间限制而要求只使用一个SLM，则SLM的表面积可分为三个部分，实际上作为三个独立的SLM起作用。这样做的缺点是，由于每幅单色图像可用的SLM表面积的减少，每幅单色图像的质量都降低了。多色图像的质量因此相应降低。可用SLM表面积的减少意味着可以使用SLM上更少的像素，从而降低图像质量。图像的质量会因为分辨率降低而降低。实施例利用英国专利2,496,108中公开的改进的SSC技术，该专利在此全文引入作为参考。

示例描述了用可见光照射SLM，但是本领域技术人员将理解，光源和SLM同样可以用于引导红外光或紫外光，例如，如本文所公开的。例如，本领域技术人员将意识到为了向用户提供信息而将红外光和紫外光转换成可见光的技术。例如，本公开延伸到为此目的使用磷光体和/或量子点技术。

一些实施例仅通过示例的方式描述了2D全息重建。在其他实施例中，全息重建是3D全息重建。也就是说，在一些实施例中，每个计算机生成的全息图形成3D全息重建。

这里描述的方法和过程可以在计算机可读介质上实现。术语“计算机可读介质”包括被设置成临时或永久存储数据的介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、缓冲存储器、闪存和高速缓冲存储器。术语“计算机可读介质”还应被理解为包括能够存储供机器执行的指令的任何介质或多种介质的组合，使得当指令被一个或多个处理器执行时，使机器整体或部分执行这里描述的任何一种或多种方法。

术语“计算机可读介质”也包括基于云的存储系统。术语“计算机可读介质”包括但不限于固态存储芯片、光盘、磁盘或其任何合适组合的示例形式的一个或多个有形和非暂时性数据存储库(例如，数据卷)。在一些示例实施例中，用于执行的指令可以由载体介质传送。这种载体介质的例子包括瞬态介质(例如，传送指令的传播信号)。

对于本领域技术人员来说，很明显，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种修改和变化。本公开涵盖所附权利要求及其等同物范围内的所有修改和变化。

Claims (21)

1.一种全息投影系统，其被设置成检测来自光源的光的波长的变化，所述投影系统包括：

光源，其被设置成输出具有波长的光；

空间光调制器，其被设置成接收来自所述光源的所述光，并根据包括计算机生成的全息图的衍射图案输出空间调制光以形成图像，其中所述图像包括包含用于用户的信息的主图像区域以及第一控制图像区域和第二控制图像区域；

检测器装置，其被配置成检测去往或来自所述第一控制图像区域的光并输出表示所述第一控制图像区域的位置的第一信号，和检测去往或来自所述第二控制图像区域的光并输出表示所述第二控制图像区域的位置的第二信号；以及

处理器，其被设置成：

使所述空间光调制器显示包括所述计算机生成的全息图的所述衍射图案以形成所述图像，其中所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的位置取决于所述计算机生成的全息图和所述波长；

接收所述第一信号和第二信号；

基于所述第一信号和第二信号确定所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置；以及

基于所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置的变化检测所述波长的变化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被设置成：

根据所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置的分数变化计算所述输出光波长的分数变化。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被设置成：

根据所述第一控制图像区域位置的分数变化计算所输出的光的波长的分数变化。

4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述衍射图案还包括光栅函数。

5.根据权利要求4所述的系统，其中被配置成检测所述波长变化的所述处理器被配置成：

改变所述光栅函数以调节所述第一控制图像区域的位置；

基于所接收到的第一信号，确定所述第一控制图像区域的位置是否与所述检测器装置的第一检测器区域至少部分重叠；

确定引起所述第一控制图像区域和所述第一检测器区域至少部分重叠的所述光栅函数；

基于所述第一检测器区域的位置计算对应于所确定的光栅函数的衍射角；以及

基于所述光栅函数的衍射间距和所确定的衍射角计算所输出的光的波长。

6.根据权利要求5所述的系统，其中如果由所述第一检测器区域检测的光强度高于基于所述第一控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则所述处理器被设置成确定所述第一控制图像区域的位置与所述检测器装置的所述第一检测器区域至少部分重叠。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其中所述处理器还被设置成：

基于所接收到的第二信号，确定所述第二控制图像区域的位置是否与所述检测器装置的第二检测器区域至少部分重叠；

确定引起所述第一控制图像区域和所述第一检测器区域的至少部分重叠以及所述第二控制图像区域和所述第二检测器区域的至少部分重叠的光栅函数；以及

基于所述第一检测器区域和第二检测器区域的位置计算对应于所述光栅函数的衍射角，

可选地，其中如果由所述第二检测器区域检测的光强度高于基于所述第二控制图像区域的预期强度设置的预定强度阈值，则所述处理器被设置成确定所述第二控制图像区域的位置与所述检测器装置的第二检测器区域至少部分重叠。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述检测器装置包括包括所述第一检测器区域的第一检测器和包括所述第二检测器区域的第二检测器。

9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述处理器还被设置成调节所述光源以补偿所检测到的波长变化。

10.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述处理器还被设置成调节所述计算机生成的全息图以补偿所检测到的波长变化。

11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述检测器装置和所述空间光调制器的位置相对于彼此是固定的。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成，在检测到波长变化之后：

使所述SLM显示衍射光栅以形成图像，其中所述图像区域的位置取决于所述衍射光栅和所述波长；

从所述检测器装置接收表示所述图像区域的位置的信号，所述信号基于去往或来自所述图像区域并由所述检测器装置检测到的检测光；

改变所述衍射光栅以调节所述图像区域的位置；

基于所接收到的信号，确定所述图像区域的位置是否与所述检测器装置的位置至少部分重叠；

确定引起所述至少部分重叠的所述衍射光栅的衍射间距；

基于所述检测器装置的位置计算对应于所述确定的衍射光栅的衍射角；以及

基于所述衍射间距和所确定的衍射角计算所输出的光的波长，

可选地，其中所述图像区域包括衍射光点。

13.一种检测来自光源的光的波长变化的方法，所述方法包括：

在空间光调制器处接收来自光源的具有波长的光；

在所述空间光调制器上显示包括计算机生成的全息图的衍射图案；

根据包括所述计算机生成的全息图的所显示的衍射图案对所接收到的光进行空间调制以形成图像，所述图像包括包括用于用户的信息的主图像区域以及第一控制图像区域和第二控制图像区域，其中所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的位置取决于所述衍射图案和所述波长；

在检测器装置处检测去往或来自所述第一控制图像区域的光和去往或来自所述第二控制图像区域的光；

基于所检测到的光，接收表示所述第一控制图像区域的位置的第一信号，并接收表示所述第二控制图像区域的位置的第二信号；

基于所述第一信号和第二信号确定所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置；

基于所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置的变化检测所述波长的变化。

14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：

根据所述第一控制图像区域和第二控制图像区域的相对位置的分数变化计算所输出的光的波长的分数变化。

15.根据权利要求13所述的方法，其还包括：

根据所述第一控制图像区域的位置的分数变化计算所输出的光的波长的分数变化。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述衍射图案还包括光栅函数。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：

改变所述光栅函数以调节所述第一控制图像区域的位置；

基于所接收到的第一信号，确定所述第一控制图像区域的位置是否与所述检测器装置的第一检测器区域的位置至少部分重叠；

确定引起所述第一图像控制区域和所述第一检测器区域的所述至少部分重叠的光栅函数；

基于所述第一检测器区域的位置计算对应于所确定的光栅函数的衍射角；以及

基于所述光栅函数的衍射间距和所确定的衍射角计算所输出的光的波长。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其还包括通过调节所述光源来补偿所检测到的波长变化。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其还包括通过调节所述计算机生成的全息图来补偿所检测到的波长变化。

20.根据权利要求13所述的方法，其还包括

在检测到所述波长变化之后，显示衍射光栅以形成图像，其中所述图像的区域的位置取决于所述衍射光栅和所述波长；

在所述检测器装置处检测去往或来自所述图像的所述区域的光；

基于所检测到的光接收表示所述图像的所述区域的位置的信号；

改变所述衍射光栅以调节所述图像的所述区域的所述位置；

基于所接收到的信号，确定所述图像的所述区域的所述位置是否与所述检测器装置的位置至少部分重叠；

确定引起所述至少部分重叠的所述衍射光栅的衍射间距；

基于所述检测器装置的位置计算对应于所述确定的衍射光栅的衍射角；以及

基于所述衍射间距和所确定的衍射角计算所输出的光的波长。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述图像区域包括衍射光点。

Images