CN112987298A - 光瞳扩展器 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，包括图片生成单元、波导光瞳扩展器和观看者跟踪系统。图片生成单元包括第一和第二显示通道、控制器。第一和第二显示通道分别布置成输出第一和第二颜色的第一和第二空间调制光。第一和第二空间调制光分别对应于第一和第二图片。波导光瞳扩展器包括一对平行反射表面。波导光瞳扩展器限定输入端口和观看窗口。输入端口布置为接收第一和第二空间调制光。第一反射表面的反射率由渐变涂层提供。渐变涂层部分地透射第一和第二颜色的光。渐变涂层的透射率是非消色差的。观看者跟踪系统布置为确定观看窗口内的观看位置。控制器布置为基于由观看者跟踪系统确定的观看位置来将从观看位置看到的第一和第二图片的色彩平衡保持为基本恒定。

Description

光瞳扩展器

技术领域

本公开涉及一种光瞳扩展器，比如波导光瞳扩展器。更具体地，本公开涉及一种多色波导光瞳扩展器，比如用于两种或三种颜色显示器的波导光瞳扩展器。本公开还涉及一种投影仪和投影方法，比如全息投影和全息投影方法。一些实施例涉及平视显示器。一些实施例涉及优化观看窗口内的图像均匀性。

背景技术

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回放图像。

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，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。

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。

空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元素。光调制方案可以是二态、多级或连续的。可替代地，装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个装置上是连续的。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。

可以使用本文描述的系统来提供全息显示装置，比如全息投影仪。这样的投影仪已经在平视显示器“HUD”中找到了应用。

发明内容

本公开的各方面在所附的独立权利要求中限定。

本文公开了一种显示装置，包括图片生成单元、波导光瞳扩展器和观看者跟踪系统。图片生成单元包括第一显示通道、第二显示通道和控制器。第一显示通道布置成输出第一颜色的第一空间调制光。第一空间调制光对应于第一图片(或图像)。第二显示通道布置成输出第二颜色的第二空间调制光。第二空间调制光对应于第二图片(或图像)。控制器布置成驱动第一显示通道和第二显示通道。波导光瞳扩展器包括一对平行反射表面。波导光瞳扩展器限定输入端口和观看窗口。输入端口布置为接收第一空间调制光和第二空间调制光。观看窗口是观看者可以在其内观看第一图片/图像和第二图片/图像的区域或体积。该对平行反射表面布置为通过一系列内部反射将第一空间调制光和第二空间调制光从输入端口引导到观看窗口。该对平行反射表面中的第一反射表面的反射率由渐变涂层提供。渐变涂层部分地透射第一颜色的光和第二颜色的光。渐变涂层的透射率是非消色差的。观看者跟踪系统布置为确定观看窗口内的观看位置。控制器布置为基于由观看者跟踪系统确定的观看位置来将从观看位置看到的第一和第二图片的色彩平衡保持为基本恒定。

波导光瞳扩展器包括两个反射表面。一个反射表面—例如第一反射表面—是部分透射和部分反射的。部分透射率导致形成由波导接收的光线的副本。波导的另一个反射表面—例如第二反射表面—是完全或接近完全的反射器—例如完全镜。在波导的输入端口处接收空间调制光。波导可以是基本平板状的，其中两个反射表面的间隔小于两个反射表面的尺寸。每个反射表面基本上是平面的。波导配置为使得观看者应注视反射表面之一的大表面—例如部分反射的表面。该表面可被称为观看表面。输入端口可以与观看者在平板的同一侧，或者其可以在相反侧。输入端口可以在全反射表面或部分反射表面的反射部件—例如反射层或涂层中包括裂口或缝隙。输入端口可以可替代地从反射部件的端部开始。

观看窗口可以是眼盒或眼动盒。由于入射波前的振幅的划分产生了多余的光线，因此波导扩大了观看窗口。根据本公开，入射光(即由波导接收的光)是空间调制光。空间调制光可以用图片的全息图编码或者用图片本身编码。无论哪种情况，入射光都可以被准直。

本公开的实施例涉及一种多色波导光瞳扩展器。也就是说，波导配置为执行第一颜色图片(即由第一波长的光形成的第一图片)和第二颜色图片(即由第二波长的光形成的第二图片，其中第一波长不同于第二波长)的光瞳扩展。该系统可以配置为使得第一颜色图片和第二颜色图片以阅读者熟悉的方式在观看窗口处被感知为基本重合。例如，系统可以通过组合多个单色图像比如红色、绿色和蓝色图像(在此称为“合成彩色图像/图片”)来形成全彩色图像。

波导的第一表面包括部分透射反射涂层。涂层的反射率沿着波导的长度(在总体光传播方向上)不是恒定的。然而，为了最佳的观看体验，当观看者在观看窗口内四处移动时，每个颜色图像的亮度都不应改变。此外，不同单色图像分量之间的颜色平衡应保持恒定。涂层可包括多于25个介电层，以便在多个波长下提供必要的光学性能。可以花很多精力来优化涂层，但是几乎不可能提供完全消色差的涂层。

第一反射表面/渐变镜的非消色差导致图像的色彩平衡在整个观看窗口上变化。发明人已经发现，观看者对这种类型的不平衡特别敏感，尤其是在观看位置不稳定的现实世界系统中，比如平视显示器。发明人已经设计出一种方法来补偿在观看表面/渐变镜上的不完全(即非消色差)涂层。值得注意的是，发明人已经意识到色度是观看位置的敏感函数的重要性。这种对位置的敏感依赖性是通过使用波导的内部反射引导光的结果。具体地，这是由于在不同的观看位置处由不同的光线形成的感知图像。这些不同光线在波导内可能经历了不同数量的反弹(即反射)。不同光线将沿着平板内的不同反射路径，因此已被渐变涂层的不同局部区域反射。根据本公开，观看者在观看窗口内的位置用于微调各个单色图像的亮度，以便补偿渐变镜的色度。观众跟踪系统用作反馈系统的一部分。观看者跟踪系统可以是眼睛跟踪系统或头部跟踪系统。校准数据可用于实时微调一个或多个单色图像的亮度，以保持颜色平衡。可以通过校准过程来获得校准数据，该校准过程包括在观看窗口内的多个不同观看位置处测量每个单色图像的相对亮度。

波导复制入射波前的光线，以扩展观看窗口/光瞳。每个连续的副本由波导内的光线的一个或多个反弹形成。因此，观看表面的反射率/透射率是渐变的，即随着沿波导的距离而变化，以补偿由于光在每次反弹时的部分逸出而导致沿波导的光强度下降。因此，渐变涂层的反射率随距输入端口的距离而降低。渐变涂层可以包括薄膜堆叠，任选地，其中每个薄膜是电介质或金属。本领域技术人员将熟悉这种堆叠的设计，并且将理解在提供如本文所述的多色光瞳扩展所需的光学特性方面的困难。

在一些实施例中，空间调制光是在图像生成单元和观看窗口之间的中间平面上形成的图片的光。在中间平面处形成的图片可以形成在自由空间中，或者可以形成在屏幕比如漫射器上。在这些实施例中，光的幅度根据显示的图片在空间上被调制。因此，在这些实施例中，可以说第一显示通道布置为显示第一图片，第二显示通道布置为显示第二图片。可以使用图片的全息图通过全息投影在中间平面或屏幕上形成每个图片。即，每个显示通道可以显示全息图，该全息图被照射并且通过全息重建在中间平面或屏幕(例如漫射器)上形成图片。在图片(即全息重建)形成于屏幕上的实施例中，可能优选地将屏幕视为图片生成单元的一部分。在这种情况下，可以说屏幕设置在全息图平面和观看平面之间。

在其他实施例中，用全息图对空间调制光进行编码。在这些实施例中，显示全息图并且根据全息图图案的空间调制光可以用于重建图片。有时会说，在这种配置下，观看者的眼睛的晶状体执行全息图到图像(例如频域到空间域)转换。全息重建因此可以形成在观看者的视网膜上。可选地，透镜可以包括在显示器/全息图和观看者之间，以便中继全息图重建或确定重建平面的位置。全息图可以是傅立叶全息图。观看者直接观看全息图(例如空间光调制器显示全息图)的实施例可被称为直接观看。直接观看实施例的特征在于在观看者和全息图之间没有屏幕(例如漫射器)。直接观看实施例可能是有利的，因为不会遇到与使用屏幕/漫射器相关的问题。

第一/第二全息重建可以包括包含第一/第二图片(或图像)的第一/第二图片(或图像)区域和包含第一/第二非图片(或非图像)内容的第一/第二非图片(或非图像)区域。投影仪还包括闭环反馈系统，其包括布置为测量第一/第二非图像区域的亮度的第一/第二光检测器。全息图将光重定向到回放场上的不同点。全息图可以是相位全息图，比如仅相位全息图。因此，由于全息过程的性质，非图像区域的亮度可以指示相应图像区域的亮度。在一些实施例中，如果非图像区域的亮度得以保持，例如通过调制光源的输出，则将保持图像区域的亮度。这些实施例解决了全息回放场的亮度是由全息图形成的图像内容量的函数的问题。

在一些实施例中，控制器布置为基于由第一/第二检测器测量的第一/第二非图像区域的亮度通过向第一/第二光源的驱动信号施加主驱动信号校正来将第一图片区域和第二图片区域的相对亮度保持为基本恒定。主驱动信号校正可以是对驱动信号的电压的校正或对驱动信号的开关时间选通的校正。

控制器可以布置为通过向第一/第二光源的驱动信号施加副驱动信号校正来将从观看位置看到的第一和第二图片的相对亮度保持为基本恒定。副驱动信号校正是观看窗口内的观看位置的函数。主驱动信号校正补偿全息过程，而副驱动信号校正补偿渐变镜的非消色差。主驱动信号校正可保持光检测器的目标输出，而副驱动信号校正可提供目标输出的变化，例如副驱动信号校正可以是相对于目标输出的偏移。目标输出可以例如是电压或电流的值。保持第一/第二图像亮度所需的偏移值可以通过校准来确定。根据观看位置的目标输出和偏移可以存储在投影仪的存储器的查找表中。

可替代地或另外，控制器可以布置为响应于由观看者跟踪系统确定的观看位置而通过改变/重新计算第一/第二全息图来将从观看位置看到的第一和第二图像的相对亮度保持为基本恒定。全息回放平面包括零级回放场。零级回放场在其中心包括零级光斑。零级光斑包括尚未被空间光调制器调制的光。本文公开了在零级回放场中改变调制光与未调制光的比率的各种方式。这些方法中的每一个可用于基于检测的观看位置来微调第一/第二图像的亮度。

每个全息图像素的值可以根据量化方案而被限制为多个可允许光调制水平之一。重新计算第一/第二全息图可以包括改变量化方案以便改变有助于全息重建的零级光斑的光比例。

改变量化方案可以包括减小在其内分配可允许光调制水平的光调制范围。可替代地或另外，改变量化方案可以包括改变代表复数平面上的可允许光调制水平的矢量的矢量和。这改变了有助于零级光斑的光比例，因此改变所感知图像的亮度。

术语“全息图”用于指代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”用于指代通过照射全息图而形成的物体的光学重建。本文中公开的系统被描述为“全息投影仪”，因为全息重建是真实图像并且与全息图在空间上分离。术语“回放场”用于指代在其内形成全息重建并完全聚焦的2D区域。如果将全息图显示在包括像素的空间光调制器上，则回放场将以多个衍射级的形式重复，其中每个衍射级是零级回放场的副本。零级回放场通常对应于优选或主要回放场，因为它是最亮的回放场。除非另有明确说明，否则术语“回放场”应被认为是指零级回放场。术语“回放平面”用于指代包含所有回放场的空间中的平面。术语“图像”、“回放图像”和“图像区域”指的是通过全息重建的光照射的回放场的区域。在一些实施例中，“图像”可包括离散光斑，其可被称为“图像光斑”，或仅出于方便起见，被称为“图像像素”。

术语“写入”或“寻址”可以用于描述向SLM的多个像素提供分别确定每个像素的调制水平的相应多个控制值的过程。可以说，SLM的像素配置为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，并且全息图可被认为是光调制值或水平的阵列。

已经发现，可以从仅包含与原始物体的傅立叶变换有关的相位信息的“全息图”形成可接受质量的全息重建。这样的全息记录可被称为仅相位全息图。实施例涉及仅相位全息图，但本公开同样适用于仅振幅全息图。

本公开也同样适用于使用与原始物体的傅立叶变换有关的振幅和相位信息来形成全息重建。在一些实施例中，这是通过使用包含与原始物体有关的振幅和相位信息的所谓全复数全息图的复数调制来实现的。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，所以这种全息图可被称为全复数全息图。分配给每个像素的值(灰度级)可以表示为具有振幅和相位分量的复数。在一些实施例中，计算全复数计算机生成的全息图。

可以参考计算机生成的全息图或空间光调制器的像素的相位值、相位分量、相位信息或者简单地说是相位，作为“相位延迟”的简写。即，所描述的任何相位值实际上是代表该像素提供的相位延迟量的数字(例如在0至2范围内)。例如，空间光调制器的描述为具有π/2相位值的像素将使接收光的相位延迟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水平。例如，术语“灰度级”可以为了方便而用于指代仅相位调制器中的多个可用相位水平，即使不同的相位水平没有提供不同的灰色阴影。为了方便起见，术语“灰度级”也可以用来指复数调制器中的多个可用复数调制水平。

因此，全息图包括灰度级阵列，即光调制值阵列，比如相位延迟值或复数调制值阵列。全息图也被认为是衍射图案，因为它是当在空间光调制器上显示并且用波长相对于(通常小于)空间光调制器的像素间距的光照射时引起衍射的图案。本文中参考将全息图与其他衍射图案比如用作透镜或光栅的衍射图案组合。例如，可以将用作光栅的衍射图案与全息图组合以在回放平面上平移回放场，或者可以将用作透镜的衍射图案与全息图组合以将全息重建聚焦在近场中的回放平面上。

尽管可以在下面的详细描述中分别公开不同的实施例和实施例组，但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的组合相结合。即，设想了本公开中所公开的特征的所有可能的组合和置换。

附图说明

仅参考以下附图以示例的方式描述特定实施例：

图1是示出在屏幕上产生全息重建的反射型SLM的示意图；

图2A示出了示例Gerchberg-Saxton类型算法的第一迭代；

图2B示出了示例Gerchberg-Saxton类型算法的第二及后续迭代；

图2C示出了示例Gerchberg-Saxton类型算法的替代第二及后续迭代；

图3是反射型LCOS SLM的示意图；

图4示出了包括波导的示例光瞳扩展器；

图5示出了对于不同波长的光的透射率与沿着图4的波导的传播距离的关系的示例图；

图6示出了根据实施例的包括光瞳扩展器的全息显示装置；

图7A-C示出了根据实施例的光瞳扩展器的几何形状；

图8示出了由根据实施例的全息显示装置形成的全息回放场；

图9示出了根据其他实施例的包括光瞳扩展器的全息显示装置；

图10示出了在复数平面上在0至2π的范围内绘制的一组均匀分布的可允许相位/调制水平；

图11示出了一组可允许相位调制水平中所有可用调制水平的和矢量；

图12A示出了具有平衡截断的类似于图10的一组可允许相位调制水平的截断范围；

图12B示出了具有不平衡截断的类似于图12A的一组可允许相位调制水平的截断范围；以及

图13示出了使用光瞳扩展器和光学组合器比如挡风玻璃的平视显示器中的虚拟图像形成。

在整个附图中将使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。

具体实施方式

本发明不限于以下描述的实施例，而是扩展到所附权利要求的全部范围。即，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于所描述的实施例，实施例出于说明的目的而阐述。

除非另有说明，否则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/之下的结构应被解释为包括结构彼此接触的情况以及在其之间设置有第三结构的情况。

在描述时间关系时，例如当事件的时间顺序描述为“之后”、“随后”、“下一个”、“之前”等时，本公开应被认为包括连续和非连续事件，除非另有规定。例如，描述应被认为包括不连续的情况，除非使用诸如“仅”、“紧邻”或“直接”之类的措词。

尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分各个元件。例如，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件。

不同实施例的特征可以部分或整体地彼此结合或组合，并且可以彼此不同地互操作。一些实施例可以彼此独立地执行，或者可以以相互依存的关系一起执行。

光学配置

图1示出了其中计算机生成的全息图被编码在单个空间光调制器上的实施例。计算机生成的全息图是用于重建的物体的傅立叶变换。因此可以说全息图是物体的傅立叶域或频域或光谱域表示。在该实施例中，空间光调制器是反射型硅上液晶“LCOS”装置。全息图在空间光调制器上编码，并且在回放场例如光接收表面比如屏幕或漫射器处形成全息重建。

设置光源110，例如激光或激光二极管，以经由准直透镜111照射SLM140。准直透镜使光的大致平面波前入射在SLM上。在图1中，波前的方向是偏离法线的(例如，与真正垂直于透明层的平面相距两或三度)。然而，在其他实施例中，大致平面波前以法向入射提供，并且分束器布置用于分离输入和输出光路。在图1所示的实施例中，布置使得来自光源的光从SLM的镜面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被施加到包括傅立叶变换透镜120的光学器件，其焦点位于屏幕125上。更具体地，傅立叶变换透镜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，在这种类型的全息图中，全息图的每个像素都有助于整个重建。回放场上的特定点(或图像像素)与特定的光调制元件(或全息图像素)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整个回放场上。

在这些实施例中，全息重建在空间中的位置由傅立叶变换透镜的屈光度(聚焦)确定。在图1所示的实施例中，傅立叶变换透镜是物理透镜。即，傅立叶变换透镜是光学傅立叶变换透镜，并且傅立叶变换是光学进行的。任何透镜都可以充当傅立叶变换透镜，但透镜的性能将限制其执行的傅立叶变换的准确性。技术人员理解如何使用透镜来执行光学傅立叶变换。

全息图计算

在一些实施例中，计算机生成的全息图是傅立叶变换全息图，或者简称傅立叶全息图或基于傅立叶的全息图，其中通过利用正透镜的傅立叶变换特性在远场中重建图像。通过将回放平面中的所需光场傅立叶变换回透镜平面来计算傅立叶全息图。可以使用傅立叶变换来计算计算机生成的傅立叶全息图。

可以使用算法比如Gerchberg-Saxton算法来计算傅立叶变换全息图。此外，Gerchberg-Saxton算法可用于根据空间域(比如照片)中的仅振幅信息来计算傅立叶域中的全息图(即傅立叶变换全息图)。从空间域中的仅振幅信息中有效地“获得”与物体有关的相位信息。在一些实施例中，使用Gerchberg-Saxton算法或其变型从仅振幅信息计算计算机生成的全息图。

Gerchberg-Saxton算法考虑了当已知分别在平面A和B中的光束的强度截面IA(x,y)和IB(x,y)并且IA(x,y)和IB(x,y)通过单个傅立叶变换关联时的情况。对于给定的强度横截面，求出了平面A和B中的相位分布的近似值，分别为ΨA(x,y)和ΨB(x,y)。Gerchberg-Saxton算法通过遵循迭代过程来找到该问题的解决方案。更具体地，Gerchberg-Saxton算法迭代地应用空间和频谱约束，同时在空间域和傅立叶(频谱或频率)域之间重复传输代表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频谱域中的相应计算机生成的全息图。该算法是收敛的并且布置为产生表示输入图像的全息图。全息图可以是仅振幅全息图、仅相位全息图或全复数全息图。

在一些实施例中，仅相位全息图是使用基于Gerchberg-Saxton算法的算法来计算的，比如在英国专利2498170或2501112中描述的，其全部内容通过引用结合于此。然而，本文公开的实施例仅通过示例的方式描述计算仅相位全息图。在这些实施例中，Gerchberg-Saxton算法获得数据集的傅立叶变换的相位信息Ψ[u,v]，其产生已知的振幅信息T[x,y]，其中振幅信息T[x,y]代表目标图像(例如照片)。由于幅度和相位在傅立叶变换中是固有组合的，因此变换后的幅度和相位包含有关计算数据集的准确性的有用信息。因此，该算法可以与振幅和相位信息的反馈一起迭代地使用。然而，在这些实施例中，仅相位信息Ψ[u,v]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算法的算法用于计算全复数全息图。全复数全息图是具有幅度分量和相位分量的全息图。全息图是包括复数数据值阵列的数据集(例如2D阵列)，其中每个复数数据值包括幅度分量和相位分量。

在一些实施例中，算法处理复数数据，并且傅立叶变换是复数傅立叶变换。可以将复数数据视为包括(i)实数分量和虚数分量，或(ii)幅度分量和相位分量。在一些实施例中，复数数据的两个分量在算法的各个阶段被不同地处理。

图2A示出了根据一些实施例的用于计算仅相位全息图的算法的第一迭代。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或振幅值。即，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可被视为仅幅度或仅振幅或仅强度分布。这样的输入图像210的示例是照片或包括帧时序序列的视频的一帧。算法的第一迭代从数据形成步骤202A开始，该步骤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，以形成起始复数数据集，其中数据集的每个数据元素包括幅度和相位。可以说，起始复数数据集代表了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数傅立叶变换以形成傅立叶变换的复数数据集。第二处理块253接收傅立叶变换的复数数据集并输出全息图280A。在一些实施例中，全息图280A是仅相位全息图。在这些实施例中，第二处理块253量化每个相位值并将每个振幅值设置为单位值(unity)，以便形成全息图280A。根据可以在空间光调制器的像素上表示的相位水平来量化每个相位值，该空间光调制器的像素将用于“显示”仅相位全息图。例如，如果空间光调制器的每个像素提供256个不同的相位水平，则将全息图的每个相位值量化为256个可能相位水平中的一个相位水平。全息图280A是代表输入图像的仅相位傅立叶全息图。在其他实施例中，全息图280A是全复数全息图，其包括从接收的傅立叶变换的复数数据集导出的复数数据值(每个包括振幅分量和相位分量)阵列。在一些实施例中，第二处理块253将每个复数数据值约束到多个可允许复数调制水平之一以形成全息图280A。约束步骤可以包括将每个复数数据值设置为复数平面中最接近的可允许复数调制水平。可以说全息图280A代表频谱或傅立叶或频域中的输入图像。在一些实施例中，算法在该点处停止。

然而，在其他实施例中，算法继续，如图2A中的虚线箭头所示。换句话说，遵循图2A中的虚线箭头的步骤是可选的(即并非对所有实施例都是必不可少的)。

第三处理块256从第二处理块253接收修改的复数数据集，并执行逆傅立叶变换以形成逆傅立叶变换的复数据集。可以说逆傅立叶变换的复数数据集代表空间域中的输入图像。

第四处理块259接收逆傅立叶逆变换的复数数据集，并提取幅度值211A的分布和相位值213A的分布。可选地，第四处理块259评估幅度值211A的分布。具体地，第四处理块259可以将逆傅立叶变换的复数数据集的幅度值211A的分布与输入图像510进行比较，输入图像510本身当然是幅度值的分布。如果幅度值211A的分布与输入图像210之间的差足够小，则第四处理块259可以确定全息图280A是可接受的。即，如果幅度值211A的分布与输入图像210之间的差足够小，则第四处理块259可以确定全息图280A是输入图像210的足够准确表示。在一些实施例中，为了比较的目的，忽略了逆傅立叶变换的复数数据集的相位值213A的分布。应理解的是，可以采用任何数量的不同方法来比较幅度值211A的分布和输入图像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，则认为全息图280A是可接受的。如果第四处理块259确定全息图280A是不可接受的，则可以执行算法的进一步迭代。然而，该比较步骤不是必需的，并且在其他实施例中，执行的算法的迭代次数是预定的或预设的或用户定义的。

图2B表示算法的第二迭代以及算法的任何进一步迭代。通过算法的处理块来反馈先前迭代的相位值213A的分布。幅度值211A的分布被丢弃，以有利于输入图像210的幅度值的分布。在第一迭代中，数据形成步骤202A通过将输入图像210的幅度值的分布与随机相位分布230相结合来形成第一复数数据集。然而，在第二和后续迭代中，数据形成步骤202B包括通过将(i)来自算法的先前迭代的相位值213A的分布与(ii)输入图像210的幅度值的分布相结合来形成复数数据集。

然后，以参照图2A描述的相同方式处理由图2B的数据形成步骤202B形成的复数数据集，以形成第二迭代全息图280B。因此，此处不再重复对该过程的说明。当已经计算了第二迭代全息图280B时，算法可以停止。然而，可以执行该算法的任何数量的进一步迭代。将理解的是，仅在需要第四处理块259或需要进一步的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，实际上，通常会达到一个无法观察到可测量的改进的点，或者执行进一步迭代的正面好处被额外的处理时间所带来的负面影响抵消。因此，该算法被描述为迭代和收敛的。

图2C表示第二和后续迭代的替代实施例。通过算法的处理块来反馈先前迭代的相位值213A的分布。幅度值211A的分布被丢弃，以有利于幅度值的替代分布。在该替代实施例中，幅度值的替代分布是从先前迭代的幅度值211的分布中得出的。具体地，处理块258从先前迭代的幅度值211的分布中减去输入图像210的幅度值的分布，通过增益因子α缩放该差，并从输入图像210中减去经缩放的差。通过以下等式在数学上来表达此，其中下标文本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'是逆傅立叶变换；

F是正向傅立叶变换；

R[x,y]是第三处理块256输出的复数数据集；

T[x,y]是输入或目标图像；

∠是相位分量；

Ψ是仅相位全息图280B；

η是幅度值211B的新分布；以及

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，基于输入目标图像数据的尺寸和速率来确定增益因子α。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。

在所有其他方面，图2C的实施例与图2A和图2B的实施例相同。可以说，仅相位全息图Ψ(u,v)包括频域或傅立叶域中的相位分布。

在一些实施例中，使用空间光调制器执行傅立叶变换。具体地，全息图数据与提供光焦度的第二数据组合。即，写入空间光调制的数据包括表示物体的全息图数据和表示透镜的透镜数据。当显示在空间光调制器上并用光照射时，透镜数据会模拟物理透镜，即，它以与相应物理光学元件相同的方式将光聚焦。因此，透镜数据提供了光学或聚焦焦度。在这些实施例中，可以省略图1的物理傅立叶变换透镜120。已知如何计算代表透镜的数据。代表透镜的数据可以称为软件透镜。例如，仅相位透镜可以通过计算由透镜的每个点由于其折射率和空间变化的光路长度而引起的相位延迟来形成。例如，在凸透镜的中心的光路长度大于在透镜的边缘的光路长度。仅振幅透镜可以由菲涅耳波带片形成。在计算机生成的全息术领域中，还已知如何将代表透镜的数据与全息图相结合，从而可以在不需要物理傅立叶透镜的情况下执行全息图的傅立叶变换。在一些实施例中，通过简单的加法比如简单的矢量加法将透镜化数据与全息图组合。在一些实施例中，物理透镜与软件透镜结合使用以执行傅立叶变换。可替代地，在其他实施例中，完全省略傅立叶变换透镜，使得全息重建在远场中发生。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组合，光栅数据即布置成执行光栅功能(比如图像转向)的数据。同样，在本领域中已知如何计算这样的数据。例如，可以通过对由闪耀光栅的表面上的每个点引起的相位延迟进行建模来形成仅相位光栅。仅振幅光栅可以简单地与仅振幅全息图叠加以提供全息重建的角度转向。提供透镜化和/或转向的第二数据可被称为光处理功能或光处理图案，以与可被称为图像形成功能或图像形成图案的全息图数据区分开。

在一些实施例中，傅立叶变换由物理傅立叶变换透镜和软件透镜联合执行。即，由软件透镜提供有助于傅立叶变换的一些光焦度，而由一个或多个物理光学器件提供有助于傅立叶变换的其余光焦度。

在一些实施例中，提供了一种实时引擎，其布置为使用算法接收图像数据并实时计算全息图。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，全息图被预先计算，存储在计算机存储器中并且根据需要被调出以显示在SLM上。即，在一些实施例中，提供了预定全息图的储存库。

实施例仅通过示例的方式涉及傅立叶全息术和Gerchberg-Saxton类型算法。本公开同样适用于可通过类似方法计算的菲涅耳全息术和菲涅耳全息图。本公开还适用于通过其他技术比如基于点云方法的技术计算的全息图。

光调制

可以使用空间光调制器来显示包括计算机生成的全息图的衍射图案。如果全息图是仅相位全息图，则需要调制相位的空间光调制器。如果全息图是全复数全息图，则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。即，在一些实施例中，空间光调制器是其中光学活性成分是液晶的液晶装置。每个液晶单元配置为选择性地提供多个光调制水平。即，每个液晶单元在任何时候配置为以从多个可能光调制水平中选择的一个光调制水平操作。每个液晶单元从多个光调制水平可动态地重新配置为不同的光调制水平。在一些实施例中，空间光调制器是反射型硅上液晶(LCOS)空间光调制器，但本公开不限于这种类型的空间光调制器。

LCOS装置在小孔径(例如几厘米宽)内提供密集的光调制元件或像素阵列。像素通常约为10微米或更小，这导致几度的衍射角，意味着光学系统可以紧凑。充分照射LCOS SLM的小孔径比其他液晶装置的大孔径要容易得多。LCOS装置通常是反射型的，这意味着驱动LCOS SLM像素的电路可以埋在反射表面下。结果导致更高的孔径比。换句话说，像素紧密堆积，这意味着像素之间几乎没有死角。这是有利的，因为它减少了回放场中的光学噪声。LCOS SLM使用硅底板，其优点是像素在光学上是平坦的。这对于相位调制装置特别重要。

下面仅以举例的方式，参考图3来描述合适的LCOS SLM。使用单晶硅基板302形成LCOS器件。其具有方形的平面铝电极301的2D阵列，其由间隙301a间隔开，布置在基板的上表面上。可以通过掩埋在基板302中的电路302a来对每个电极301进行寻址。每个电极形成各自的平面镜。取向层303设置在电极阵列上，液晶层304设置在取向层303上。第二取向层305设置在例如由玻璃制成的平面透明层306上。例如由ITO制成的单个透明电极307设置在透明层306和第二取向层305之间。

每个方形电极301与透明电极307的覆盖区域和中间的液晶材料一起限定可控的相位调制元件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上活性的总像素的百分比。通过控制相对于透明电极307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，从而为入射在其上的光提供可变延迟。效果是向波前提供仅相位调制，即不发生振幅效果。

所描述的LCOS SLM以反射方式输出空间调制的光。反射型LCOS SLM具有的优势在于，信号线、光栅线和晶体管位于镜面之下，这导致了高填充因子(通常大于90％)和高分辨率。使用反射型LCOS空间光调制器的另一优势在于，液晶层的厚度可以是使用透射型装置时所需厚度的一半。这大大提高了液晶的切换速度(投影运动视频图像的关键优势)。然而，可以使用透射型LCOS SLM同样地实现本公开的教导。

波导光瞳/观看窗口扩展器

在诸如平视显示器(HUD)之类的全息投影系统中，期望扩展与眼盒区域或观看窗口相对应的出射光瞳。特别地，观看者需要能够左右移动其头部，从而能够在眼盒/观看距离的有限区域内从任何位置观看完整图像。这就是所谓的眼动盒(eye motion box)(EMB)或观看窗口。因此，可以采用光瞳扩展器来扩大EMB或观看窗口。通常，光瞳扩展器通过划分入射波前的振幅产生额外光线来扩大EMB。

图4示出了包括波导的示例光瞳扩展器。波导的一般原理在本领域中是已知的，在此不详细描述。波导通过内部反射在一对平行反射表面之间的层内引导光。光瞳扩展器由包括第一渐变(graded)/部分反射表面420(例如具有随距离变化的反射率的渐变镜)和第二全反射表面410(例如具有基本100％的反射率的镜)的波导形成。特别地，第一反射表面420包括反射涂层，其反射率沿着平板的长度减小。该层可以是玻璃或有机玻璃。因此，波导可以是玻璃或有机玻璃块或平板。第一反射表面可以是玻璃块的第一表面，第二反射表面可以是玻璃块的第二表面，其中第一表面与第二表面相对并平行。可替代地，该层可以是空气，而第一和第二反射表面可以是分开的部件，例如在空间上分开的第一和第二镜，以形成气隙，光在其内通过内部反射传播。

因此，如图4所示，包括输入光线的输入光束402(其可以包括用图片(即图片/图像的光或仅图片)编码的空间调制光或者用全息图编码的空间调制光，如下所述)通过其输入端口进入波导。波导布置成将在输入端口处接收的光引导至观看窗口。在所示的布置中，输入端口在波导的一端附近在第一部分反射表面420中包括间隙，但用于输入端口的其他位置也是可能的。观看窗口是观看者可以在其内观看图像的区域或体积，如本文所述。输入光束402的入射角使得光线由于第一部分反射表面420和第二全反射表面410的内部反射而沿着波导的长度传播。示例性光线在图4中示出。由于第一反射表面420的渐变反射率，一定比例的光被第一反射表面420透射，以沿波导的长度提供多个输出光线404a-f(在这里称为“副本(replicas)”，因为它们复制输入光线)。因此，第一反射表面420形成观看表面。光瞳(或观看窗口)被波导形成的副本扩展。特别地，通过沿着波导的长度形成多个副本404a-f，观看窗口的尺寸增加。每个副本404a-f对应于输入光束402的一定比例的振幅(强度或亮度)。期望渐变沿着波导的长度提供第一反射表面420的反射率的减小(或者相反，透射率的增加)，使得每个副本404a-f具有基本相同的振幅。因此，在距第一反射表面420的观看距离处的眼盒处的观看者430能够在扩展的观看窗口内的任何位置处观看图像，如箭头440所示。

如图4所示的波导在一维上扩展观看窗口，该一维对应于光束在波导内传播所沿的纵向方向，如箭头440所示。如技术人员将理解的，如果需要，可以通过使用两个正交波导在二维上扩展观看窗口。

波导的第一反射表面420可以涂覆有包括大量薄膜(例如25个或更多的薄膜)的涂层，以便提供必要的渐变反射率。特别地，如上所述，这样的薄膜或类似涂层需要随着传播距离来提供降低的反射率，从而增加透射率，使得每个副本404a-f的亮度(光线强度)基本恒定。由于副本404a-f的输出以及由于任何其他光学损耗(例如来自第二反射表面410的不完全反射)，传播光束的振幅随着传播距离而减小。因此，将第一反射表面420的渐变设计成考虑到传播光束的强度随传播距离的下降，同时确保每个副本404a-f具有基本相同的强度，以使所看到的图像在整个观看窗口上(即在所有观看位置处)具有均匀的亮度。

在实施方式中，波导光瞳扩展器用于扩展不同波长的输入光束402的观看窗口。例如，合成彩色图像可以由诸如红色、绿色和蓝色图像的多个单个颜色(单色)图像形成。因此，图4的波导可能需要为多个单独波长的输入光束402提供相同的性能。在实施例中，各个波长在可见光谱内。因此，第一反射表面420的渐变反射率需要输出对于每个波长(例如对于红色、绿色和蓝色入射光束402)随传播距离具有基本恒定强度的副本404a-f。然而，使用薄膜和涂层为两个或更多个波长形成沿着波导的整个长度提供相同性能/光响应的第一反射表面420是困难的，如果不是不可能的话。该问题示于图5中，其示出了沿着示例第一反射表面420的相应红色510和绿色520输入光束的透射率与距离的关系图。如图5所示，对于红色和绿色波长，第一反射表面的透射率随距离的变化很大。特别地，第一反射表面对红色和绿色波长具有不同的反射率响应。可以说第一反射表面是“非消色差的”—第一反射表面(例如薄膜或涂层)的反射率/透射率与波长有关，因此变化取决于光的入射波长。这意味着副本404a-f在不同的波长(颜色)下具有不同的强度。当从观看窗口内的不同位置观看时，这导致不同单色图像之间的强度不均匀。可以说，整个观看窗口上的合成彩色图像的色彩平衡不均匀。

本公开的示例实施方式包括全息显示装置和方法，其使用波导作为光瞳扩展器以在整个扩展的观看窗口上提供更均匀的彩色图像。

第一实施例

图6示出了根据本公开第一示例实施例的包括形成波导光瞳扩展器的波导的全息显示装置。

全息显示装置包括图片生成单元，其布置为形成第一图片(也称为“第一图像”)和第二图片(也称为“第二图像”)。第一单色通道(也称为“第一显示通道”)布置为形成第一图片，并且包括第一光源610、第一准直透镜612和第一二向色镜(first dichroic mirror)614。第一二向色镜614布置为沿着公共光路反射第一波长的光以照射空间光调制器(SLM)640。光的第一波长对应于第一颜色(例如红色)的第一显示通道。第二单色通道(也称为“第二显示通道”)布置为形成第二图片，并且包括第二光源620、第二准直透镜622和第二镜624。第二镜624布置为沿着公共光路反射第二波长的光以照射SLM640。光的第二波长对应于第二颜色(例如绿色)的第二单色通道。如下所述，在其他实施例中，图片生成单元可以包括布置为形成第三图片的第三单色/显示通道(等同于第一和第二通道)，其中第三颜色通道对应于第三颜色(例如蓝色)的光的波长。在所示的实施例中，SLM640包括由第一和第二波长的光照射的光调制像素(例如LCOS)的单个阵列。在其他实施例中，SLM640可以包括由相应的第一和第二波长的光照射的光调制像素的单独阵列。

全息显示装置还包括全息控制器602，其布置成控制图片生成单元，特别是如本文所述由图片生成单元输出的光。SLM 640输出与第一图片相对应的第一颜色的第一空间调制光，以在诸如屏幕或漫射器的光接收表面670上形成第一单色图像(例如红色图像)。第一单色计算机生成的全息图由全息控制器602计算，并例如通过显示驱动器642在SLM640上编码。SLM640显示第一全息图，并被来自第一颜色/显示通道的第一颜色的光照射，以在位于回放平面处的光接收表面670上形成第一全息重建。类似地，SLM640输出与第二图片相对应的第二颜色的第二空间调制光，以在光接收表面670上形成第二单色图像(例如绿色图像)。第二单色计算机生成的全息图由全息控制器602被编码在SLM640上。SLM640显示第二全息图，并被来自第二颜色/显示通道的第二颜色的光照射，以在回放平面处的光接收表面上形成第二全息重建。在所示的布置中，分束器立方体630布置成将到SLM640的输入光和由SLM640输出的空间调制光分离。在输出空间调制光到光接收表面670的光路中提供傅立叶透镜650和镜660。可以说第一/第二图片形成在光接收表面670上。第一/第二图片是相应第一/第二全息图的第一/第二全息重建。因此，可以在组合第一和第二图片的光接收表面670上形成合成彩色图片。布置投影透镜680，以将形成在光接收表面672上的第一和第二图片投影到波导690形式的光瞳扩展器的输入端口。观看者608可以从由于投影透镜680的光焦度而由波导690形成的扩展的眼盒(“观看窗口”)观看图片的放大图像。波导690包括光学透明介质，其由第一和第二反射表面分开，如上面参考图4所述。因此，全息显示装置具有“间接视图”配置—即观看者不直接观看全息重建，而是观看在光接收表面670上形成的图片。

全息显示装置还包括观看者追踪系统，其包括眼睛跟踪相机606和眼睛跟踪控制器604。如本领域中已知，眼睛跟踪相机布置为捕获观看者的眼睛的图像以追踪眼睛位置且因此观看窗口内的观看位置。眼睛跟踪控制器604向全息控制器602提供指示当前观看位置的反馈。在示例实施方式中，全息控制器602布置为根据当前观看位置动态地调节第一和第二图像的相对亮度。特别地，可以调节第一和第二图像的相对亮度，以补偿平板波导的第一(部分)反射表面的第一和第二波长的光在对应于当前观看位置的传播距离处的反射率的差异。可以说，全息控制器602布置为调节在当前观看位置处看到的第一和第二图像的相对亮度，以补偿第二反射表面对相应第一和第二波长的光的反射率响应的差异。这在观看窗口内的不同观看位置处保持感知的色彩平衡。校准数据可用于实时微调一个或多个单色图像的亮度，以保持色彩平衡。可以通过校准过程来获得校准数据，该校准过程包括在观看窗口内的多个不同观看位置处测量每个单色图像的相对亮度。

在一些实施方式中，全息控制器602可以布置为根据当前观看位置通过调节到第一光源610和第二光源620的一个或多个驱动信号(例如由光源控制器提供)来调节第一和第二图片的相对亮度。到光源的驱动信号控制到光源的功率且因此输出光的光功率。在其他实施方式中，全息控制器602可以布置为通过调节第一和第二计算机生成的全息图中的一个或多个来调节第一和第二图片的相对亮度。例如，可以根据当前观看位置来改变用于计算第一和/或第二全息图的量化方案。可以改变量化方案以减小在其内分配可允许光调制水平的光调制范围，这可以改变所计算的全息图的像素的强度。下面描述为此的调节量化方案的示例。

另外，光检测器(未示出)布置成测量形成在光接收表面670上的第一/第二全息重建的回放场的非图像区域的光功率。光检测器可以位于光接收表面670的前面或光接收表面670的后面。光检测器可以将光检测信号提供给全息控制器602，作为闭环反馈系统的一部分，以在图像内容的变化时保持图像内容的亮度，如下面参考图8进一步描述。

除了来自观看者跟踪系统和闭环反馈系统(未示出)的反馈输入之外，全息控制器602还可以接收其他外部和内部输入600，以用于生成如本领域中已知的计算机生成的全息图。这样的输入可以确定要由全息显示装置显示的图像内容。

图6所示的全息显示装置具有图片生成单元，其包括布置成显示第一单色全息图的第一颜色(例如红色)显示通道和布置成显示第二单色全息图的第二颜色(例如绿色)显示通道，仅作为示例。在示例实施方式中，可以提供三个或更多个显示通道，其配置为显示相应的单色全息图。例如，可以通过显示相应的红色、绿色和蓝色单色全息图来形成全色合成图像/图片。

波导几何形状

图7A-C示出了根据实施例的波导光瞳扩展器的几何形状。特别地，图7B和7C示出了输入图像光束702(如上所述)的主光线的定位和沿着波导的传播以及对观看者730可见的副本的输出。波导包括如上所述的第一部分反射表面720和第二全反射表面710。

图7C所示的几何形状可以由以下等式表示。

w₁＝2dtan(θ-φ)

w₂＝2dtan(θ+φ)

p₁＝2dsin(θ-φ)

p₂＝2dsin(θ+φ)

tan(θ-φ)＝s₁/d＝(s₁+w₁-s)/d₁

tan(θ+φ)＝s₂/d＝(s₂+w₂-s)/d₁

s₁d₁＝(s₁+w₁-s)d

s₁Δd＝2d²tan(θ-φ)-sd (1)

s₂d₁＝(s₂+w₂-s)d

s₂Δd＝2d²tan(θ+φ)-sd (2)

从(2)减去(1)

Δd＝2d²(tan(θ+φ)-tan(θ-φ))/(s₂-s₁)

从s₁(2)减去s₂(1)

0＝2s₂d²tan(θ-φ)-ss₂d-2s₁d²tan(θ+φ)-ss₁d

s＝(2s₂dtan(θ-φ)-2s₁dtan(θ+φ))/(s₁+s₂)

＝(s₂w₁-s₁w₂)/(s₁+s₂)

闭环反馈系统

图8示出了根据实施例的示例全息回放场800。例如，所示的全息回放场包括合成彩色图像，其包括通过根据实施例的全息显示装置显示三个对应的单色全息图(例如红色、绿色和蓝色)而形成的三个颜色全息重建。如下所述，合成彩色图像可以通过同时形成三个颜色全息图重建或者通过在人眼的整合时间内依次形成三个颜色全息图重建而被观看者感知。

全息回放场800包括回放平面的整个回放场区域。如前所述，回放场是回放平面上可以使用全息图来重定向光的区域。根据实施例，指定主区域810用于显示图像内容，其对应于观看者要观看的期望的合成彩色图像。主区域810可被认为是第一/第二/第三图片区域(或图像区域)。另外，与主区域810在空间上分开的第一、第二和第三副区域820a-c被指定用于显示非图像内容。副区域820a-c可被认为是第一/第二/第三非图片(或非图像)区域。特别地，第一单色全息重建包括第一非图像区域820a，第二单色全息重建包括第二非图像区域820b，第三单色全息重建包括第三非图像区域820c。第一、第二和第三非图像区域820a-c中的每个显示相应的单色非图像内容，例如图像像素的定义的色斑或图案。非图像区域820a-c与图像区域810在空间上分开，例如布置在图像区域810的外围。如图8所示，第一、第二和第三非图像区域820a-c布置成邻近全息回放场800的每个边界附近。如技术人员将理解，计算每个单色全息图以包括期望的图像内容和非图像内容。下面描述非图像内容的目的。

如前所述，通过显示全息图形成的全息重建包括在回放平面处的回放场内形成的图像像素。如本文所述，当使用像素化空间光调制器(SLM)显示全息图时，所计算的全息图的每个全息图像素有助于在回放场中形成的每个图像像素。此外，SLM的输出功率取决于入射光的功率，因为全息图仅重定向光。入射光的功率通常保持恒定。结果，每个图像像素以及由此形成的图像的强度或亮度取决于回放场中明亮图像像素的数量。然而，显示的图像像素的数量根据显示的图像而动态变化。因此，在显示随时间动态变化的图像期间，可能发生图像亮度的可见变化。

因此，实施例包括闭环反馈系统，如上面参考图6简要描述，以使用图8所示的非图像内容来保持图像的亮度。特别地，闭环反馈系统基于对相应单色副/非图像区域820a-c的光功率的测量，确保每个单色图片的亮度保持基本恒定。如技术人员将理解，每个非图像区域820a-c中的非图像内容中的图像像素的亮度与图像区域810中的对应单色图像内容中的图像像素的亮度成比例地变化。因此，非图像内容的光功率的测量指示图像内容的亮度。因此，所测量的光功率的反馈可用于通过将副(非图像)图像区域820a-c的期望的光功率相应地设置为纠错反馈回路的参数来将主(图像)区域810中的每个单色图像的亮度保持基本恒定。在一些实施例中，用于每个单色光源(例如激光)的光控制器和/或全息控制器布置为响应于在副图像区域820a-c中显示的非图像内容的检测到的光功率来将主图像区域810中的单色图像的光功率保持在基本恒定值。

对于给定的单色全息重建/图像，可以通过使用副(非图像)区域820的基准光功率来保持主(图像)区域810的亮度。具体地，图像区域810的亮度可以保持在非图像区域820的光功率处于基准值的水平。在一些实施例中，光控制器布置成如果非图像区域820的检测到的光功率大于基准光功率则减小由光源输出的光的光功率和/或如果非图像区域820的检测到的光功率小于基准光功率则增加由光源输出的光的光功率。

可以通过任何方式确定非图像区域820的基准光功率，以与例如根据发光度测量的期望亮度相对应，该期望亮度通过考虑非图像区域820的面积(例如图像像素的数量)和可能的其他因素(例如感知波长缩放)来进行计算。例如，基准光功率可以在系统中硬连线，由用户预定或由用户选择。在一些实施例中，基准光功率由较早时间的非图像区域820的光功率确定，例如以保持图像亮度随时间恒定。

在一些实施例中，关于基准值的反馈控制可以包括反馈回路，例如在光控制器使光输出的光功率与从基准光功率中减去检测到的光功率而获得的值成比例以提供比例控制项。增益因子可以用于乘以该差以将反馈信号转换为与亮度(例如发光度)有关的单位。也可以使用其他控制项，比如差分和积分项或其他例如非线性项。在一些实施例中，反馈控制可以包括滞后元素，例如如果检测到的光功率比基准光功率少第一阈值量以上，则光输出的光功率可以增加，并且如果检测到的光功率超过基准光功率第二阈值量以上，则可以减小光输出的光功率。

本公开的实施例布置为根据观看者跟踪系统检测到的观看位置来动态地调节每个单色图像的亮度，从而对于扩展的观看窗口内的所有观看位置，单色图像的相对亮度基本恒定。因此，实施例可以实现闭环反馈系统，其布置为根据所显示的图像内容量(例如在指定图像区域810中形成的图像像素的数量)动态地调节每个单色图像的亮度。闭环反馈系统可以配置为在图像内容随时间变化时提供主反馈以保持图像内容亮度。观看者跟踪系统可以配置为提供作为检测到的观看位置的函数的副反馈，以补偿如上所述的波导光瞳扩展器的部分反射层的非消色差。例如，副反馈可以提供作为观看位置的函数的偏移值。因此，主反馈可以提供对到光源的驱动信号的主驱动信号校正，其针对由全息图像内容的变化量引起的亮度变化进行校正。副反馈可以提供副驱动信号校正，其补偿非消色差渐变镜。可以通过如本文所述的校准过程来确定针对检测到的观看位置的副驱动信号校正。

如前所述，可以使用各种技术来调节每个单色图像的亮度。在一些实施例中，可以使用光控制器，以改变用于控制输出光的光功率的相应单色光源的驱动信号，来调节单色图像的亮度。通过动态地改变驱动信号，可以动态地增加或减少显示装置(即SLM)的光功率。在其他实施例中，可以改变全息图计算以调节单色图像的亮度，如下文进一步所述。

第二实施例

图9示出了根据本公开第二示例实施例的包括波导光瞳扩展器的全息显示装置。

图9所示的全息显示装置类似于图6的全息显示装置。特别地，全息显示装置包括图片生成单元，其布置为形成第一图片(或第一图像)和第二图片(或第二图像)。第一单色/显示通道(例如红色通道)包括第一光源910、第一准直透镜912和第一二向色镜914，其布置为用第一波长的光照射SLM940。第二单色/显示通道(例如绿色通道)包括第二光源920、第二准直透镜922和第二反射镜924，其布置成用第二波长的光照射SLM940。第一显示通道布置为在光接收表面970上形成第一图像(例如红色图像)。第一单色计算机生成的全息图由全息控制器902在SLM940上编码。SLM940显示第一全息图，并且由来自第一颜色通道的光照射，以在位于回放平面处的光接收表面970上形成第一全息重建。类似地，第二显示通道布置为在光接收表面970上形成第二图像(例如绿色图像)。第二单色计算机生成的全息图由全息控制器902在SLM940上编码。SLM940显示第二全息图，并且由来自第二颜色通道的光照射，以在回放平面处的光接收表面上形成第二全息重建。

全息显示装置还包括分束器立方体930，其布置成分离到SLM940的输入光和分离来自SLM940的输出光。然而，与图6相反，全息显示装置是直接观看系统。在所示的布置中，透镜950位于由SLM940输出的空间调制光的光路中。透镜950是可选的。观看者908可以直接观看来自空间光调制器的空间调制光。如上所述，在一些实施例中，观看者眼睛的晶状体在眼睛的视网膜上形成全息重建。在这些实施例中，可以说观看者接收到用全息图编码的空间调制光。在其他实施例中，观看者接收图片的光或用图片编码的光。图片可以形成在自由空间中的中间平面处。波导990包括由如上所述的第一和第二反射表面分开的光学透明介质。因此，全息显示装置具有“直接观看”配置，即观看者直接注视显示装置(即空间光调制器)，并且图6的光接收表面是可选的。

用于调节单独单色图像亮度的全息计算

可以改变在SLM上编码的全息图，以改变由SLM根据全息图在空间上调制的入射光的比例。入射光的其余部分未经调制并且有助于零级光斑，称为如本文所述的“DC光斑”。因此，通过改变由SLM在空间上调制的入射光的比例，可以改变相应全息重建的强度，因为全息图仅使入射光的空间调制分量重定向。

当如本文所述计算由全息显示装置显示的计算机生成的全息图时，每个全息图像素的值被限制为多个可允许光调制水平之一。可允许光调制水平(也称为“灰度级”)在量化方案中定义。

可以用来改变有助于零级/DC光斑的入射光的比例且因此由SLM在空间上调制的入射光的比例的一种技术是改变可允许光调制水平。可以将可允许调制水平表示为矢量，作为复数平面上的图。“量化”(如上所述)的步骤也可以称为“约束”，因为计算值被有效地约束为可允许值。在仅相位全息术的情况下，多个可允许调制水平是复数平面中的圆上的多个可允许相位值(具有单位振幅)。可以说，用于编码全息图的调制水平的数量被改变(例如基于或根据检测到的观看位置)。

图10示出了包括多个可允许光调制水平的典型量化方案的示例。特别地，图10示出了在复数平面中在0至2π的范围上绘制的均匀分布的一组可允许光调制水平。

如以上参考图2A至2C所述，使用傅立叶变换计算的全息图包括复数的2D阵列，并且在仅相位全息术的情况下，通过将振幅分量设置为单位值(unity)并根据灰度级之一来量化相位值，每个复数都转换成可允许调制水平(或灰度级)，可以在空间光调制器的像素上表示灰度级(如图2A的处理块253所示)。

图10示出了具有16个可允许调制水平1003(标记为0至15)的示例，其表示为“平衡”全息图中的复数平面中的单位振幅相位圆1001上的矢量，如下文进一步所述。尽管原则上量化点可以在图10的单位幅度相位圆周围随机分布，但是发现当量化点均匀分布时可以获得最佳质量的全息图像。

因此，在图10的示例中，在量化步骤中，将所计算的全息图的复数阵列中的每个计算的复数分配给可允许调制水平0至15之一。例如，任何数学方法(比如使用一组比较器)可用于识别最接近复数平面中计算的复数值的可允许调制水平。

常规上，对于仅相位全息术中的高质量全息图像，将全部2π的可允许相位值用作可允许相位值的范围。即，可允许相位值(例如图10中的0至15)应在复数平面中跨度2π。该方法最小化零级未衍射/未调制光，其代表全息图像中不期望的“光学噪声”，如上所述。相反，本公开的实施例可以以“不平衡”方式动态地减小或“截断”可允许相位值的范围，以便增加零级未衍射/未调制光，并因此减小空间调制光的光功率。减小空间调制光的光功率减小显示图像的强度。

特别地，全息控制器602、902可以动态地计算在SLM640、940上编码的单色全息图(或改变预先计算的全息图)，以便响应于来自闭环反馈系统的反馈而改变可允许相位值的分布和/或范围。这可以通过各种方式来实现。例如，在实时全息图计算期间，全息控制器602、902可以动态地改变可允许调制水平的范围，以便动态地改变(减小或增加)对应于形成全息重建的空间调制光的来自SLM640、940的输出光的比例。在另一示例中，全息控制器602、902可以在计算全息图之后使用加权或缩放因子来调节全息图值的权重。特别地，全息控制器602、902可以将每个量化的相位值乘以缩放因子以减小可允许相位值的范围(例如将每个量化的相位值乘以1/2将范围从0到2π减小到0到π)。在另一示例中，全息控制器602、902可以改变SLM 640、940的像素的可允许调制水平(即灰度级)到电压的映射。特别地，查找表(LUT)可以用于将每个灰度级与模拟电压(如果装置具有模拟底板)或所谓的位平面序列(如果SLM具有数字底板)相关联。可以操纵LUT中的值以提供减小的相位范围。在另一示例中，全息控制器602、902可以在0到2π的范围内(或更有限的范围内)改变相位值的分布，以提供不均匀分布。例如，可允许调制水平(例如相位值)之间的间隔可以取决于调制水平(例如相位)。在另一示例中，每个可允许调制水平可以由位大小(bin size)限制，其可以取决于调制水平。这些及其他示例在下面更详细地描述。

图10所示的可允许调制水平1003围绕相位圆的圆心均匀分布。当加在一起时，图10中表示的所有矢量没有净效应。在这种布置中，可以说调制方案是“平衡的”。因此，本文中对“平衡全息图”、“平衡调制方案”和“平衡系统”的引用是指代表全息图、调制方案或全息系统的可允许调制水平的矢量和为零。相反，对“不平衡全息图”、“不平衡调制方案”和“不平衡系统”的引用是指相应的矢量和不为零。

已发现，相位演算算法(例比如基于Gerchberg-Saxton算法的那些)在本质上平衡了全息图的调制水平的使用。即，均等地使用灰度级。当调制方案和全息图平衡时，该系统被称为是平衡的。即，如果每个全息图像素的复数值由复数平面中的矢量表示，则所有矢量的和将为零。因此，在实现如图10所示的平衡调制方案和使用Gerchberg-Saxton算法的全息图计算的平衡系统中，零级未调制光(即DC光斑)的强度被最小化。

因此，通过动态地改变在仅相位LCOS SLM上编码的全息图以具有可允许相位值的不同分布，可以实现“不平衡”系统，以便更改(增加/减少)零级未调制光的强度且因此形成全息重建的空间调制光的强度。特别地，可以通过从全息图像素的矢量和为零的平衡系统改变为全息图像素值的矢量和为非零且因此代表如图11所示的DC光斑的不平衡系统来降低空间调制光的强度。

可以以多种方式来实现系统的不平衡，例如通过使调制方案不平衡和/或通过使全息图不平衡。

相位圆的不平衡截断

在实现相位全息图的一些实施例中，可以使用用于可允许调制水平的相位圆的不平衡“截断”。如上所述，通常在仅相位全息术中，需要全部2π的可允许相位值来实现高质量全息图像。也就是说，可允许相位值(例如图10中的0至15的灰度级)在复数平面中应跨越2π。如果可允许相位值的范围从2π减小，则相位圆被称为是“截断”的。如果全息图像素值在复杂平面上仍是和为零，则可以说具有“平衡截断”。平衡截断的示例在图12A中示出。在图12A中由实线表示的相位圆的弧表示用于可允许相位值的区域，由虚线表示的弧是不允许相位值的截断区域。当截断是平衡的时，相位圆上的每个可允许调制水平在相位圆的直径相对侧上具有相等且相反的点，例如图12A中标记为“X”的一对点所示。特别地，在图12A中标记为X的一对点具有相等且相反的实部和虚部。然而，当截断是平衡的时，如图12A所示，零级未衍射/未调制光以与常规2π范围的可允许相位值相同的方式最小化，因为和矢量仍为零。

因此，需要“不平衡”截断以生成非零和矢量。不平衡截断的示例在图12B中示出。可以看出，相位圆上的某些调制水平(例如在实弧上标记为“X”的点)在相位圆的另一侧没有相同且相反的调制水平(因为在相位圆上沿直径与点X相反的点落在虚弧内)。因此，在如图12B所示的可允许相位值的不平衡分布的情况下，和矢量为非零，并且零级未衍射/未调制光(即DC光斑)的强度增加。结果，降低了空间调制光的强度，从而降低了全息重建。

通过动态地改变不平衡截断，可以动态地改变用于形成全息重建的空间调制光的强度。特别地，在实施例中，全息控制器602、902可以动态地实时计算在SLM 640、940上编码的全息图(或改变预先计算的全息图)，以便实时地提供可允许相位值(即灰度级)的不平衡分布或范围。灰度级不平衡的程度又决定了有助于零级光斑的入射光的比例。

如技术人员将理解，可以以各种方式实现不平衡截断，这在其计算之后或期间修改全息图数据，或者通过电压转换或其他方式使调制方案不平衡(改变可允许相位值的分布)。

因此，在实施例中，全息控制器602、902可以响应于由观看者跟踪系统确定的观看位置和/或响应于闭环反馈系统来重新计算第一/第二全息图。特别地，通过改变量化方案来重新计算第一/第二全息图，以便改变有助于全息重建的零级光斑的光的比例，从而改变在空间上被调制并有助于第一/第二图片(或图像)的光的比例。如上所述，改变量化方案可以包括减小在其内分布可允许光调制水平的光调制范围。例如，改变量化方案可以包括改变代表复数平面上的可允许光调制水平的矢量的矢量和。

平视显示器

使用包括相位调制器的动态空间光调制器，提出了用于汽车工业的商业上可行的显示器。相位调制的主要优点是光效率和容错能力。

图13示出了用于使用本公开的光瞳扩展器1305形成虚拟图像的系统。全息回放场1301的物理范围受到SLM的最大衍射角θm的限制。与回放场1301中的每个点相关的是光线锥，其以角度φ发散，并且主光线也发散。在傅立叶全息回放中，角度φ给出了重建的视场(FOV)。小FOV与大回放场大小相关。主光线的角度由回放场的曲率确定。投影光学器件1303(例如透镜或焦度镜(powered mirror))用于以大距离(例如2m、5m、15m等)观看回放场1301的虚拟图像。这在图13中示出。图13中所示的组合器1307通常是汽车的挡风玻璃。如果来自每个光线锥的主光线向后投影，它们将在距透镜一定距离u处相遇，该距离由回放场表面的曲率确定。放置在距投影透镜1303的距离v的眼睛瞳孔(其中v由透镜方程式给出)将观看完整图像。现在，FOV是图13中眼睛瞳孔1309所包含的总视场。

除了观看完整图像之外，驾驶员还必须能够在有限的区域内以设计的距离v转动其头部。在汽车工业中，这被称为“眼动盒”(EMB)—但在本文中更统称为观看窗口。为了能够在眼睛围绕EMB移动时保持观看完整图像，采用了光瞳扩展器1305。光瞳扩展器1305由于划分入射波前的振幅而产生多余光线来扩大EMB，如上所述。多余光线会增强眼睛正下方的视野。进一步的结果是可以支持更大的图像尺寸，因此可以支持更大的FOV。

申请人已经制造了基于玻璃和空气腔的波导，以用作光瞳扩展器。扩展的均匀性可以在波导表面或整体中使用渐变反射器或定制衍射光栅进行定制。替代技术可以用于光瞳扩展器。例如，微透镜阵列会导致虚拟图像位置靠近扩展器后面。包括本公开的显示装置的HUD的主要优点是减少了虚拟图像和驾驶员所观看的道路之间的眼睛焦点校正。

附加特征

实施例仅通过示例的方式涉及电激活的LCOS空间光调制器。本公开的教导可以等同地在能够显示根据本公开的计算机生成的全息图的任何空间光调制器上实现，例如任何电激活的SLM、光学激活的SLM、数字微镜设备或微机电设备。

在一些实施例中，光源是诸如激光二极管的激光器。在一些实施例中，检测器是诸如光电二极管的光电检测器。在一些实施例中，光接收表面是漫射器表面或屏幕，比如漫射器。本公开的全息投影系统可以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，提供了一种车辆，其包括安装在车辆中以提供HUD的全息投影系统。车辆可以是机动车辆，比如汽车、卡车、厢式货车、运货卡车、摩托车、火车、飞机、船或轮船。

全息重建的质量可能受到所谓的零级问题的影响，这是使用像素化空间光调制器的衍射性质的结果。这种零级光可被认为是“噪声”，并且包括例如镜面反射光以及来自SLM的其他不需要的光。

在傅立叶全息术的示例中，这种“噪声”集中在傅立叶透镜的焦点上，从而导致全息重建中心处出现亮光斑。零级光可以简单地被遮挡掉，然而这意味着用暗光斑代替亮光斑。一些实施例包括角度选择性滤光器以仅去除零级的准直光线。实施例还包括在欧洲专利2030072中描述的管理零级的方法，该专利通过引用整体结合于此。

在实施例中，仅利用主回放场，并且系统包括物理块，比如挡板，其布置为限制更高级回放场通过系统的传播。

在上述实施例中，全息重建是合成彩色图像。在一些实施例中，被称为空间分离的颜色“SSC”的方法用于提供彩色全息重建。在其他实施例中，使用被称为帧顺序颜色“FSC”的方法。

SSC方法对三个单色全息图使用三个空间分隔的光调制像素阵列。SSC方法的优点是图像可以非常明亮，因为所有三个全息重建都可以同时形成。然而，如果由于空间限制，在共用SLM上提供了三个空间分隔的光调制像素阵列，则每个单色图像的质量将是次佳的，因为每种颜色仅使用可用光调制像素的子集。因此，提供了相对低分辨率的彩色图像。

FSC的方法可以使用共用空间光调制器的所有像素来依次显示三个单色全息图。单色重建循环(例如红色、绿色、蓝色、红色、绿色、蓝色等)得足够快，使得人类观看者从三个单色图像的整合中感知到多色图像。FSC的优点是，每种颜色都可以使用整个SLM。这意味着产生的三个颜色图像的质量最佳，因为SLM的所有像素都用于每个颜色图像。然而，FSC方法的缺点是合成彩色图像的亮度比SSC方法低—约1/3—因为每个单色照射事件只能发生帧时间的三分之一。可以通过过度驱动激光器或使用更强大的激光器来解决此缺陷，但这需要更多的功率，从而导致更高的成本和系统尺寸的增加。

本文描述的方法和过程可以体现在计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”包括布置为临时或永久地存储数据的介质，比如随机存取存储器(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”也应被认为包括能够存储用于由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该机器整体地或部分地执行本文所述的任何一种或多种方法。

术语“计算机可读介质”还涵盖基于云的存储系统。术语“计算机可读介质”包括但不限于以固态存储芯片、光盘、磁盘或其任何合适的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递。这样的载体介质的示例包括瞬态介质(例如传递指令的传播信号)。

对于本领域技术人员将显而易见的是，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型。本公开涵盖所附权利要求及其等同物的范围内的所有修改和变型。

Claims (16)

1.一种显示装置，其布置为形成在观看窗口内的所有观看位置处可见的第一图片和第二图片，该显示装置包括：

图片生成单元，其布置为输出第一颜色的第一空间调制光和第二颜色的第二空间调制光，其中，第一空间调制光对应于第一图片，第二空间调制光对应于第二图片，其中，图片生成单元包括控制器，该控制器布置为控制第一空间调制光和第二空间调制光，

波导光瞳扩展器，包括：

输入端口，其布置为接收来自图片生成单元的第一空间调制光和第二空间调制光；

观看窗口，第一图片和第二图片在该观看窗口内是可观看的；以及

一对平行反射表面，其布置为通过从所述一对平行反射表面的一系列内部反射将第一空间调制光和第二空间调制光从输入端口引导到观看窗口，其中，该一对平行反射表面中的第一反射表面的反射率由渐变涂层提供，该渐变涂层部分地透射第一颜色的光和第二颜色的光，其中，渐变涂层的透射率是非消色差的，以及

观看者跟踪系统，其布置成确定所述观看窗口内的观看位置，

其中，控制器布置为基于由观看者跟踪系统所确定的观看位置来改变第一和/或第二空间调制光的亮度。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述第一/第二图片是通过一/第二图片的第一/第二全息图的全息重建而形成的，并且所述控制器布置成通过响应于由观看者跟踪系统确定的观看位置而改变/重新计算第一/第二全息图来将从观看位置看到的第一和第二图片的相对亮度保持为基本恒定。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中，每个全息图像素的值根据量化方案而被限制为多个可允许光调制水平之一，并且重新计算第一/第二全息图包括改变所述量化方案以便改变有助于全息重建的零级光斑的光比例。

4.如权利要求3所述的显示装置，其中，改变所述量化方案包括减小在其中分配可允许光调制水平的光调制范围。

5.如权利要求3所述的显示装置，其中，改变所述量化方案包括改变代表复数平面上的可允许光调制水平的矢量的矢量和。

6.如前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中，所述波导光瞳扩展器从图片生成单元接收的第一/第二空间调制光包括用第一/第二全息图编码的空间调制。

7.如权利要求1至5中任一项所述的显示装置，其中，所述波导光瞳扩展器接收的第一/第二空间调制光是所述第一/第二图片的光，其中，所述第一/第二图片形成在图片生成单元和观看窗口之间的中间平面上，可选地，其中，该平面包括布置成显示第一/第二图片的屏幕，比如漫射器。

8.如权利要求7所述的显示装置，其中，所述第一/第二图片通过对由图片生成单元显示的第一/第二全息图的全息重建而形成在所述中间平面上。

9.如权利要求6、7或8所述的显示装置，其中，所述控制器还布置为改变第一和/或第二空间调制光的亮度，以便及时将从观看位置看到的第一和第二图片的相对亮度保持为基本恒定。

10.如权利要求8所述的显示装置，其中，所述第一/第二全息图的全息重建在所述中间平面上形成包含所述第一/第二图片的第一/第二图片区域和包含第一/第二非图片内容的第一/第二非图片区域，其中，所述显示装置还包括闭环反馈系统，闭环反馈系统包括布置成测量第一/第二非图片区域的亮度的第一/第二光检测器。

11.如权利要求10所述的显示装置，其中，所述图片生成单元包括第一/第二光源，第一/第二光源布置为照射第一/第二全息图，以便通过全息重建在所述中间平面上形成第一/第二图片，其中，所述控制器布置成基于由第一/第二光检测器测量的亮度向第一/第二光源的驱动信号施加主驱动信号校正。

12.如权利要求11所述的显示装置，其中，所述控制器布置为向第一/第二光源的驱动信号施加副驱动信号校正，其中，所述副驱动信号校正是在所述观看窗口内的观看位置的函数。

13.如权利要求11或12所述的显示装置，其中，所述主和/或副驱动信号校正是对驱动信号的电压的校正或对驱动信号的开关时间选通的校正。

14.一种用于在观看窗口内显示第一和第二图片的方法，该方法包括：

输出第一颜色的第一空间调制光，其中，第一空间调制光对应于第一图片；

输出第二颜色的第二空间调制光，其中，第二空间调制光对应于第二图片；

在波导光瞳扩展器的输入端口处接收第一空间调制光和第二空间调制光；

在波导光瞳扩展器的一对平行反射表面之间将接收的光引导至观看窗口，其中，该一对平行反射表面中的第一反射表面的反射率由渐变涂层提供，该渐变涂层部分地透射第一颜色的光和第二颜色的光，其中，渐变涂层的透射率是非消色差的；

通过波导光瞳扩展器的第一反射表面将接收的光输出到观看窗口以形成/显示第一图片和第二图片；

在观看者的观看窗口内确定观看位置或观看位置的变化，以及

基于确定的观看位置来改变第一和/或第二空间调制光的亮度。

15.如权利要求14所述的方法，还包括针对第一和第二颜色中的每种颜色的光，根据观看位置校准保持输出到观看窗口的光的亮度基本恒定所需的亮度变化，可选地，在观看窗口内的多个不同观看位置处测量第一和第二图片中的每个的相对亮度。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中，基于确定的观看位置来改变第一和/或第二空间调制光的亮度包括以下中的一个或多个：

改变对应于第一和/或第二空间调制光的光源的驱动信号；

重新计算用于输出第一和/或第二空间调制光的全息图，以改变来自光源被全息图重定向的光比例。

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