CN114326353A - 包括具有不同光波长的光束的尺寸校正和对准的全息投影仪 - Google Patents

包括具有不同光波长的光束的尺寸校正和对准的全息投影仪 Download PDF

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Abstract

全息投影系统包括第一、第二和第三光源、SLM、透镜、组合器和控制模块。第一、第二和第三光源产生相应光束。光束具有相应波长。SLM分别衍射光束。透镜被设置成调节光束中的一个的发散角，使得从SLM中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角。SLM基于由光源产生的光、包括从透镜输出的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束。组合器组合相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像。控制模块在SLM中的一个上编码棱镜全息图，以对准SLM的输出。

Description

包括具有不同光波长的光束的尺寸校正和对准的全息投影仪
技术领域
在此部分中提供的信息是为了总体上呈现本公开的语境的目的。在此部分中描述其的程度上，当前提名的发明人的工作以及在提交时可不以其它方式被认同作为现有技术的本说明书的方面既不明确地也不隐含地被承认为相对于本公开的现有技术。
本公开涉及交通工具的投影全息显示系统和平视显示系统。
背景技术
显示装置用于各种应用中。一些示例性显示装置是平板显示器、投影显示器和平视显示器。显示装置可为透射型或反射型。
传统上，交通工具的驾驶员通过窗户、挡风玻璃和交通工具的其它玻璃查看交通工具的周围环境。驾驶员可基于驾驶员对于交通工具的周围环境的视觉观察而控制交通工具的加速、减速和转向。交通工具可包括向驾驶员显示各种信息的一个或多个显示器。例如，一些交通工具包括信息娱乐系统，所述信息娱乐系统包括显示各种信息娱乐和其它交通工具信息的显示器。交通工具还可包括平视显示器(HUD)，其通过利用挡风玻璃的反射在一定距离处形成虚拟图像而显示信息。例如，HUD可显示交通工具速度和其它交通工具信息（例如，警告，诸如，行道偏离警告和避碰警告）。
发明内容
全息投影系统包括第一光源、第二光源、第三光源、空间光调制器、第一透镜、组合器和控制模块。第一光源被配置成产生第一光束。第二光源被配置成产生第二光束。第三光源被配置成产生第三光束。第一光束、第二光束和第三光束具有相应波长。空间光调制器被配置成分别衍射第一光束、第二光束和第三光束。第一透镜被设置成调节第一光束、第二光束或第三光束中的一个的发散角，使得从空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角。空间光调制器被配置成基于由第一光源、第二光源和第三光源产生的光、包括从第一透镜输出的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束。组合器被配置成组合相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像。控制模块被配置成在空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准空间光调制器的输出。
在其它特征中，第一光束是红色激光光束。第二光束是绿色激光光束。第三光束是蓝色激光光束。
在其它特征中，全息投影系统进一步包括第二透镜。第一透镜调节绿色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的一个衍射的红色激光光束的发散角。第二透镜调节蓝色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的一个衍射的红色激光光束的发散角。
在其它特征中，第一透镜调节红色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的一个衍射的绿色激光光束的发散角。
在其它特征中，全息投影系统缺少用于调节蓝色激光光束的发散角的透镜。
在其它特征中，空间光调制器中的一个或多个包括非周期性光子筛层，以调节第一光束、第二光束和第三光束中的一个或多个的发散角。
在其它特征中，控制模块被配置成在空间光调制器中的一个或多个上编码透镜全息图，以调节第一光束、第二光束和第三光束中的一个或多个的尺寸。
在其它特征中，控制模块被配置成分别在空间光调制器中的两个上编码两个棱镜全息图，以移位第一光束、第二光束和第三光束中的两个的位置。
在其它特征中，控制模块被配置成将第一光束、第二光束和第三光束定尺寸，以不填充可用图像面积，并且调节第一光束、第二光束和第三光束中的一个或多个的位置，以对准第一光束、第二光束和第三光束。
在其它特征中，提供了全息投影系统，并且所述全息投影系统包括第一光源、第二光源、第三光源、空间光调制器、组合器和控制模块。第一光源被配置成产生第一光束。第二光源被配置成产生第二光束。第三光源被配置成产生第三光束，其中，第一光束、第二光束和第三光束具有相应波长。空间光调制器被配置成基于由第一光源、第二光源和第三光源产生的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束。空间光调制器中的第一个包括第一非周期性光子筛层。第一非周期性光子筛层被配置成调节第一光束、第二光束或第三光束中的一个的发散角，使得从空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角。组合器被配置成组合相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像。控制模块被配置成在空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准空间光调制器的输出。
在其它特征中，空间光调制器中包括第一非周期性光子筛层的第一个是控制模块对于其编码棱镜全息图的相同空间光调制器。
在其它特征中，空间光调制器中包括第一非周期性光子筛层的第一个是控制模块对于其编码棱镜全息图的不同空间光调制器。
在其它特征中，第一光束是红色激光光束。第二光束是绿色激光光束。第三光束是蓝色激光光束。
在其它特征中，空间光调制器中的第一个接收绿色激光光束。空间光调制器中的第二个接收蓝色激光光束，并且包括第二非周期性光子筛层。第一非周期性光子筛层调节绿色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的第三个衍射的红色激光光束的发散角。第二非周期性光子筛层调节蓝色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的第三个衍射的红色激光光束的发散角。
在其它特征中，第一非周期性光子筛层调节红色激光光束的发散角，以匹配由空间光调制器中的第一个衍射的绿色激光光束的发散角。
在其它特征中，全息投影系统缺少用于调节蓝色激光光束的发散角的非周期性光子筛层。
在其它特征中，提供了全息投影系统，并且所述全息投影系统包括第一光源、第二光源、第三光源、空间光调制器和控制模块。第一光源被配置成产生第一光束。第二光源被配置成产生第二光束。第三光源被配置成产生第三光束。第一光束、第二光束和第三光束具有相应波长。空间光调制器被配置成编码包括图形图像的相位全息图，基于来自第一光束、第二光束和第三光束的光的组合而生成所述图形图像。控制模块被配置成：在空间光调制器中的第一个或多个上编码一个或多个透镜全息图，以相对于第一光束、第二光束或第三光束中的一个而调节第一光束、第二光束或第三光束中的另一个的尺寸；以及在空间光调制器中的第二个或多个上编码一个或多个棱镜全息图，以对准第一光束、第二光束和第三光束。
在其它特征中，全息投影系统进一步包括组合器，用于：组合空间光调制器中的三个的输出，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；或者在第一光束、第二光束和第三光束在空间光调制器处被接收之前，组合第一光源、第二光源和第三光源的输出。
在其它特征中，空间光调制器包括：第一空间光调制器；以及第二空间光调制器，在第一空间光调制器下游。控制模块被配置成：在第一空间光调制器上编码透镜全息图或棱镜全息图中的至少一个；以及在第二空间光调制器上编码图形图像。
在其它特征中，空间光调制器包括：第三空间光调制器；以及第四空间光调制器，在第一空间光调制器下游。第一空间光调制器接收第一光束。第三空间光调制器接收第二光束。控制模块被配置成：在第三空间光调制器上编码透镜全息图或棱镜全息图中的至少一个；以及在第二空间光调制器和第四空间光调制器上编码图形图像。
本公开还提出了以下技术方案。
1. 全息投影系统，包括：
第一光源，被配置成产生第一光束；
第二光源，被配置成产生第二光束；
第三光源，被配置成产生第三光束，其中，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束具有相应波长；
多个空间光调制器，被配置成分别衍射所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束；
第一透镜，被设置成调节所述第一光束、所述第二光束或所述第三光束中的一个的发散角，使得从所述多个空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角，
其中，所述多个空间光调制器被配置成基于由所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源产生的光、包括从所述第一透镜输出的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束；
组合器，被配置成组合所述相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；以及
控制模块，被配置成在所述多个空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准所述多个空间光调制器的输出。
2. 根据技术方案1所述的全息投影系统，其中：
所述第一光束是红色激光光束；
所述第二光束是绿色激光光束；以及
所述第三光束是蓝色激光光束。
3. 根据技术方案2所述的全息投影系统，进一步包括第二透镜，其中：
所述第一透镜调节所述绿色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述红色激光光束的发散角；以及
所述第二透镜调节所述蓝色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述红色激光光束的发散角。
4. 根据技术方案2所述的全息投影系统，其中，所述第一透镜调节所述红色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述绿色激光光束的发散角。
5. 根据技术方案4所述的全息投影系统，其中，所述全息投影系统缺少用于调节所述蓝色激光光束的发散角的透镜。
6. 根据技术方案1所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器中的一个或多个包括非周期性光子筛层，以调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的发散角。
7. 根据技术方案1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成在所述多个空间光调制器中的一个或多个上编码透镜全息图，以调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的尺寸。
8. 根据技术方案1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成分别在所述多个空间光调制器中的两个上编码两个棱镜全息图，以移位所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的两个的位置。
9. 根据技术方案1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成将所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束定尺寸，以不填充可用图像面积，并且调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的位置，以对准所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
10. 全息投影系统，包括：
第一光源，被配置成产生第一光束；
第二光源，被配置成产生第二光束；
第三光源，被配置成产生第三光束，其中，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束具有相应波长；
多个空间光调制器，被配置成基于由所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源产生的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束，其中，所述空间光调制器中的第一个包括第一非周期性光子筛层，以及其中，所述第一非周期性光子筛层被配置成调节所述第一光束、所述第二光束或所述第三光束中的一个的发散角，使得从所述多个空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角；
组合器，被配置成组合所述相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；以及
控制模块，被配置成在所述多个空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准所述多个空间光调制器的输出。
11. 根据技术方案10所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器中包括所述第一非周期性光子筛层的所述第一个是所述控制模块对于其编码所述棱镜全息图的相同空间光调制器。
12. 根据技术方案10所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器中包括所述第一非周期性光子筛层的所述第一个是所述控制模块对于其编码所述棱镜全息图的不同空间光调制器。
13. 根据技术方案10所述的全息投影系统，其中：
所述第一光束是红色激光光束；
所述第二光束是绿色激光光束；以及
所述第三光束是蓝色激光光束。
14. 根据技术方案13所述的全息投影系统，其中：
所述多个空间光调制器中的所述第一个接收所述绿色激光光束；
所述多个空间光调制器中的第二个接收所述蓝色激光光束，并且包括第二非周期性光子筛层；
所述第一非周期性光子筛层调节所述绿色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的第三个衍射的所述红色激光光束的发散角；以及
所述第二非周期性光子筛层调节所述蓝色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的所述第三个衍射的所述红色激光光束的发散角。
15. 根据技术方案13所述的全息投影系统，其中，所述第一非周期性光子筛层调节所述红色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的所述第一个衍射的所述绿色激光光束的发散角。
16. 根据技术方案15所述的全息投影系统，其中，所述全息投影系统缺少用于调节所述蓝色激光光束的发散角的非周期性光子筛层。
17. 全息投影系统，包括：
第一光源，被配置成产生第一光束；
第二光源，被配置成产生第二光束；
第三光源，被配置成产生第三光束，其中，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束具有相应波长；
多个空间光调制器，被配置成编码包括图形图像的相位全息图，基于来自所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束的光的组合而生成所述图形图像；以及
控制模块，被配置成
在所述多个空间光调制器中的第一个或多个上编码一个或多个透镜全息图，以相对于所述第一光束、第二光束或第三光束中的一个而调节所述第一光束、第二光束或第三光束中的另一个的尺寸，以及
在所述多个空间光调制器中的第二个或多个上编码一个或多个棱镜全息图，以对准所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
18. 根据技术方案17所述的全息投影系统，进一步包括组合器，用于：
组合所述多个空间光调制器中的三个的输出，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；或者
在所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束在所述多个空间光调制器处被接收之前，组合所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源的输出。
19. 根据技术方案17所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器包括：
第一空间光调制器；以及
第二空间光调制器，在所述第一空间光调制器下游，
其中，所述控制模块被配置成
在所述第一空间光调制器上编码透镜全息图或棱镜全息图中的至少一个，以及
在所述第二空间光调制器上编码所述图形图像。
20. 根据技术方案19所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器包括：
第三空间光调制器；以及
第四空间光调制器，在所述第一空间光调制器下游，
其中，
所述第一空间光调制器接收所述第一光束，
所述第三空间光调制器接收所述第二光束，以及
所述控制模块被配置成
在所述第三空间光调制器上编码透镜全息图或棱镜全息图中的至少一个，以及
在所述第二空间光调制器和所述第四空间光调制器上编码所述图形图像。
根据具体实施方式、权利要求和附图，本公开的其它适用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
根据具体实施方式和所附附图，将变得更全面地理解本公开，其中：
图1是示出对于空间光调制器(SLM)的衍射角的示例性图示；
图2是示出对于红光与蓝光的衍射角中的差异的示例性强度对于衍射角的图表；
图3是示出蓝色、绿色和红色光束由于不同衍射角的对准和尺寸中的差异的示例性条形图；
图4是示出不同的红绿蓝(RGB)图像由于衍射角差异的错位以及根据本公开的在校正错位之后所导致的图像的示例性图示；
图5是根据本公开的包括RGB SLM和X立方体组合器的全息投影系统的示例的功能框图；
图6A是根据本公开的示出红光的激光发散的红色激光器和SLM的侧视图；
图6B是根据本公开的示出绿光的激光发散的绿色激光器、透镜和SLM的侧视图；
图6C是根据本公开的示出蓝光的激光发散的蓝色激光器、透镜和SLM的侧视图；
图7A是示出在不使用非周期性光子筛的情况下的衍射角和查看区域尺寸的示例性图示；
图7B是示出根据本公开的在使用非周期性光子筛的情况下的衍射角和查看区域尺寸的示例性图示；
图8是示出根据本公开的经由软件和（多个）SLM引入棱镜和透镜全息图用于RGB图像的位置和尺寸调节的示例性全息图；
图9是根据本公开的并入双SLM并且引入棱镜和透镜全息图以及焦平面距离补偿的全息投影系统的示例的功能框图；
图10是包括HUD的交通工具的示例性内部的透视图；
图11是图9的全息投影系统的示例性实施方案的功能框图；
图12示出了根据本公开的示例性全息投影方法；
图13是根据本公开的硅上液晶(LCoS)SLM的示例的截面视图；以及
图14是根据本公开的LCoS SLM的部分和控制模块的示例的功能框图。
在附图中，可重复使用附图标记，以标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
交通工具可包括全息HUD，所述全息HUD包括SLM以及相干或部分相干光源。在SLM上编码相位全息图。来自相干或部分相干光源的光照射利用相位全息图而编码的SLM，并且光按由全息图指定的方式衍射。衍射光由交通工具的挡风玻璃反射，并且在驾驶员的视网膜上形成实像。
全息显示系统通常结合其它显示部件而采用相干光源（例如，激光）。相干光可指代在空间和时间上同相的光。当相干光从表面反射时，表面上的各个点被视为二次光波。当例如在3-LCoS全息HUD中使用单独RGB通道时，必要的是，在眼箱处提供三个空间对准的RGB图像，否则查看者将看到三个错位图像。眼箱可指代其中查看者能够看到图像的矩形平面面积。
图1和图2显示了示出对于SLM 100的衍射角θ的图示以及对于SLM100的对于红光和蓝光的强度分别相对于衍射角曲线206、208的图示。如所显示的，入射光束102在SLM 100处被引导，并且从SLM 100反射。入射光束102的反射提供了：(i) 沿着中心轴线在0峰值处的中心最大值；以及(ii)按衍射次序围绕中心最大值的中心轴线对称的尺寸最大值中的附加减小。最大值可由等式1表示，其中，Λ是SLM 100的间距，m是整数，并且λ是光波长。间距Λ指代SLM 100的凹槽110之间的距离：
Λsinθ = mλ
对于不同波长RGB所导致的衍射光分布取决于SLM 100处的根据波长的衍射角以及对应全息投影系统的光学部件错位。光学部件错位可指代全息投影系统的任何光学部件的错位。错位可例如是由于挡风玻璃角度、透镜角度、SLM的角度和/或位置、光束扩展器的角度等等。与第一（-1和1）最大值相关联的光的不同反射光谱由“派”形状112、114表示。强度调制在图2中由分别对于红光和蓝光的虚线曲线216、218表示。在中心最大值与第一最大值之间显示了第一最小值220、222。
全息显示的图像尺寸和位置随着波长变化。这在图3和图4中示出。图3显示了示出蓝光、绿光和红光由于相应彩色光束的不同衍射角的对准和尺寸中的差异的条形图。例如，显示了相应蓝光、绿光和红光的第一条带300a、300b、302a、302b、304a、304b，其相对于中心轴线310的位置不同，并且宽度（或尺寸）不同。图4显示了：(i) 红色图像400、绿色图像402和蓝色图像404由于相应衍射角中的差异的错位；以及 (ii) 在使用本文公开的技术而校正错位之后所导致的图像410。所导致的图像410可为由于组合相同尺寸的RGB图像400、402、404而提供的白色图像。
在全息显示系统中，三个原色图片生成单元的对准具有挑战性。错位可为：(i) 由于从相应SLM反射的不同颜色的光束的不同衍射角；(ii) 由于对应全息成像系统的光学部件的错位；和/或(iii) 由衍射式光学扩展器导致。由于光学部件导致的错位可涉及SLM、从SLM离开的光束与光学扩展器之间的距离以及光学扩展器与查看者的眼睛之间的距离。
此外，全息成像系统的图片生成硬件控制光的衍射，所述衍射是根据波长的。投影图像尺寸与该投影图像的光的衍射角成比例。衍射角与光的波长直接相关。如果利用不同波长而照射全息图，则单个输出图像将被视为具有不同尺寸和不同位置的三个图像。当图片生成硬件与查看者的眼睛之间的距离增加时，不同颜色图像的错位和尺寸差异对于查看者可变得更显而易见。对于其中图像被投影在查看者的眼睛附近的近眼显示器（例如，虚拟现实或增强现实头戴式机器中的那些），颜色错位问题最小。例如，在交通工具中，在使用HUD的情况下，当按比例调节全息系统光学器件并且在全息图到达查看者的眼睛之前在大距离上被投影时，对于不同颜色的错位和尺寸差异的问题加重。而且，在不同交通工具中，图片生成硬件与查看者的眼睛之间的距离不同。
本文公开的示例校正并且考虑颜色错位和图像尺寸差异。示例包括投影全息显示系统，所述投影全息显示系统调节RGB图像的尺寸和位置，以提供重叠的相同尺寸图像。当调节单色光束的尺寸时，调节了垂直于光束的发射方向（或光束的路径）截取的光束的发散角和/或截面面积。当调节单色图像的位置以及因此对应光束的位置时，相对于眼箱调节了竖直和/或水平位置。例如，图像可在查看者的眼睛处在像平面中竖直地或水平地移动。对准RGB图像，使得图像具有相同重叠中心点，并且竖直地以及水平地对准，以提供单个图像，其中，图像中的任何一个不悬于任何其它图像之上。此示例在图4中显示。其中，图像400、402、404具有的相应中心点412、414、416重叠，并且由点418表示。
提供了多个不同示例，用于消除颜色错位。其中的一些包括用于实现图像重新定尺寸的衍射角匹配和用于空间对准的软件棱镜编码。作为示例，全息显示系统中的一个使用RGB LCoS SLM而调节RGB激光发散，以补偿衍射角差异，以使用固体透镜、可电调谐透镜和/或具有针孔层的SLM而形成相同尺寸的RGB图像。然后，使用一个或多个棱镜函数全息图，以调节RGB图像中的一个或多个的对准，以使RGB图像在眼箱处相对于彼此对准。示例允许考虑变化的虚拟图像距离，以维持不同彩色图像对准。
图5显示了全息投影系统500的示例，所述全息投影系统500包括控制模块502、红色光源504、绿色光源506、蓝色光源508、RGB SLM 510、512、514、X立方体组合器516和光学扩展器518。光源502、504、506可为激光器或其它合适光源。在一个实施例中，RGB SLM 510、512、514被实施为LCoS SLM。由光源502、504、506产生的光束被提供到RGB SLM 510、512、514。
在操作期间，RGB SLM 510、512、514从控制模块502接收控制信号，所述控制模块502提供待投影图形的相位全息图。从RGB SLM 510、512、514离开的相位全息图光束520、522、524是待投影在频域中的图形的波前与相位全息图的乘积。RGB SLM 510、512、514的输出由X立方体组合器516组合。X立方体组合器516的输出被提供到光学扩展器518，所述光学扩展器518扩展从X立方体组合器516接收的光束（在从挡风玻璃530反射并且在查看者的视网膜532处被接收之前）。查看者感知挡风玻璃530前方的物体的图像534。
可将图5的示例修改为包括下文相对于图6A-图8描述的特征和/或其它所公开特征。可将图5的示例修改为包括图6A-图8中多于一个的特征和/或其它所公开特征。
作为第一示例，图6A-图6C（共同地为图6）显示红色光源600、绿色光源602和蓝色光源604、透镜606、608以及SLM 610、612、614。光源600、602、604和SLM 610、612、614可代表图5的光源504、506、508和RGB SLM 510、512、514。在一个实施例中，将图5的系统500修改为包括透镜606、608。可将系统500修改为包括一个或多个透镜，用于光源504（或600）、506（或602）、508（或604）中的对应一个或多个。
提供了图6A-图6C作为实施方案的示例，用于调节光束的衍射角，以提供具有相同尺寸的所导致的光束620、622、624。图6A显示了红光发散的示例。图6B显示了绿光发散的示例。图6C显示了蓝光发散的示例。如本文使用的，术语发散指代光束发散，其是光束直径或半径中随着距离的增加的角度量度。虽然透镜606、608被显示为用于绿色和蓝色光束，但是可包括透镜，用于红色、绿色和蓝色光束中的任何。透镜可为固体固定透镜或可电调谐透镜。如果可电调谐，则图5的控制模块502可连接到透镜，并且控制透镜的状态。如图6B和图6C中显示的，透镜可被设置在光源与对应SLM之间。透镜被包括和/或被控制，以调谐光束发散以及因此光束尺寸。透镜改变所接收光束的发散。在所显示的示例中，提供透镜，用于绿色和蓝色光源，以进一步发散光源的输出，以匹配红光的发散。在此示例中，为了最大化视场，RGB光的三个波长中的最长是红色，并且被指定为基线（或参考），并且将补偿部件（例如，如上文描述的透镜和/或具有针孔层的SLM和/或如下文描述的透镜全息图）应用于绿色和蓝色光束。
在另一实施例中，为了最小化补偿部件的数量，选择中心波长（绿色）作为基线（或参考）。不补偿蓝色，因为蓝色的衍射角接近于绿色的衍射角。将补偿部件（例如，如上文描述的透镜和/或具有针孔层的SLM和/或如下文描述的透镜全息图）应用于红色。在实施例中，控制模块（例如，本文公开的控制模块中的一个）选择实际上使用作为基线的彩色光源（或波长），并且然后调节其它光源中的一个或多个的发散角。
作为使用透镜的可选例或附加于使用透镜，SLM 610、612、614中的一个或多个可包括针孔层（或非周期性光子筛），所述针孔层包括“针”孔，用于加宽通过SLM的光的衍射。这由图7A和图7B示出。图7A示出了SLM 700的衍射角φ1和观察平面702处的对应查看区域尺寸。SLM 700不包括非周期性光子筛（或针孔层）。图7B显示了在使用非周期性光子筛（或针孔层）712的情况下的SLM 710的衍射角φ2和观察平面711处的对应查看区域尺寸。针孔层712被设置在基层714上，并且包括针孔716，用于使光通过。图7B的虚线720、722与图7A的实线724、726对应（匹配），并且被提供，以示出发散和查看区域尺寸中的差异。对于图7A和图7B的示例的焦点被表示为z1和z2。针孔716允许光通过并且衍射光。针孔层712的其余部分是吸收性的，并且防止光的通过。针孔716改变所接收光的发散。
图8示出了经由软件和一个或多个SLM引入棱镜全息图800和透镜全息图802，分别用于RGB图像的位置和尺寸调节。图8的示例可用作可选例和/或与本文描述的包括上文相对于图5-图7B描述的那些的示例结合使用。控制模块502可在SLM 510、512、514、610、612和614中的一个或多个上编码棱镜全息图和/或透镜全息图。这可附加于图形全息图（例如，图形全息图804、806），其还可经由控制模块502在SLM 510、512、514、610、612和614中的一个或多个上编码。棱镜全息图导致对应图像向上、向下、向左和/或向右移位。透镜全息图改变图像的尺寸。如所显示的，棱镜全息图和透镜全息图实际上与图形全息图相乘，以提供所导致的图像。可包括不同棱镜和透镜功能，以去除和/或补偿不同错位和/或位置误差。
图9显示了全息投影系统910，所述全息投影系统910包括一个或多个光（或激光）源912、光束扩展器914、反射装置916、LCoS SLM 918和控制模块920。激光器912产生激光光束922，所述激光光束922在光束扩展器914处被接收。光束扩展器914扩展激光光束922的宽度，以提供扩展光束924。反射装置916接收扩展光束924，并且提供反射的扩展光束928，所述反射的扩展光束928在LCoS SLM 918处被接收。SLM 918经由控制模块920利用图形全息图编码，并且提供投影光束930，所述投影光束930由查看者的眼睛934的视网膜932看到。控制模块920可包括用于控制反射装置916和/或LCoS SLM 918的状态的显示驱动器940。LCoSSLM 118可包括限制孔口950，以减轻杂散光。限制孔口950可被实施为保持LCoS SLM 918的框。
反射装置916可为反射SLM或微反射镜阵列。当为SLM时，使用反射装置916，以调节光源912的发散角和/或图像尺寸。在一个实施例中，使用反射装置（或SLM）916，以微调光束尺寸和位置。这包括使用反射装置916，用于：(i) 利用由控制模块920在反射装置916上编码的透镜全息图而调节光束的发散角；(ii) 利用由控制模块920在反射装置916上编码的棱镜全息图而移位（向上、向下、向左和/或向右）所投影图形；和/或(iii) 补偿由软件透镜相位全息图编码引起的焦平面差。显示了示例性焦平面921。反射装置916在LCoS SLM 918处反射和衍射所接收的扩展光束。
在一个实施例中，被提供用于每个RGB光束的反射装置可被提供有透镜功能，以维持RGB光束的适当（相同）尺寸。可使用透镜功能，以补偿虚拟图像距离，以在查看者的眼睛处维持相同焦平面。可对于在反射装置的下游的LCoS SLM处发生的尺寸误差提供补偿。LCoS SLM可具有不同焦平面，并且可使用在反射装置处实施的透镜功能，以相对于查看者的眼睛和/或参考平面将焦平面调节为处于相同位置处。
在一个实施例中，可对于三个RGB光源中的每个实施图9的配置，其中，对于三个RGB光源中的每个单独控制发散和位置。在此示例中，提供了三个光源（红色、绿色和蓝色光源），如图5中显示的，并且包括6个SLM。对于每个光源提供一对SLM。每对SLM包括类似于反射装置916的第一SLM（反射装置）和类似于SLM 918的第二SLM。所述对中的第二SLM可为LCoS SLM，并且其输出可被提供到X立方体组合器，例如，图5中显示的。
所包括的SLM的数量取决于SLM的速度。在一个实施例中，包括6个SLM。在另一实施例中，包括4个SLM。在又一实施例中，包括2个SLM。在4个SLM的实施例中，所显示的配置用于一个光源，并且相同配置的另一版本用于两个光源，其中，两个光源的输出经由例如组合器而被提供到相同光束扩展器。在2个SLM的实施例中，所显示的配置的单个版本用于所有三个光源，其中，三个光源的输出经由例如组合器而被提供到相同光束扩展器。
图10显示了来自交通工具1000的驾驶员座椅的示例性透视图。交通工具1000包括位于交通工具1000的前开口中的挡风玻璃1004。交通工具1000的乘客舱1008内的乘客可通过挡风玻璃1004看到交通工具1000前方。虽然描述了基于陆地的交通工具的示例，但是本申请还适用于基于空中的交通工具（例如，飞机、直升机等等）和基于水的交通工具（例如，船只等等）。而且，虽然本文相对于交通工具实施方案公开了一些示例，但是示例也适用于非交通工具实施方案。
如图10中显示的，挡风玻璃1004在视觉上位于交通工具1000的仪表板1006上方。交通工具1000可包括方向盘1010。交通工具1000可为自主交通工具、半自主交通工具或非自主交通工具。
HUD系统（例如，上文相对于图5-图9描述的）通过仪表板1006中的孔口1016将图10中显示的全息图1012投影到挡风玻璃1004的部分上。全息图1012包括各种交通工具信息，例如，交通工具1000的当前速度、交通工具1000的变速器的当前档位、发动机速度、交通工具1000的方向航向、当前信息娱乐系统设置和/或其它交通工具信息。全息图1012将数据呈现到交通工具的驾驶员，而驾驶员不必将目光从交通工具前方的物体移开。如下文进一步论述的，全息图1012包括不同颜色重叠图像，所述不同颜色重叠图像具有相同尺寸，并且在空间上对准，以提供由查看者看到的单个图像，如本文描述的。
图11显示了HUD系统1100，所述HUD系统1100包括交通工具的反射器1102和具有控制模块920的修改版本（被标识为控制模块920’）的图9的全息投影系统910。在所显示的示例中，反射器被实施为挡风玻璃，但是也可为不同反射器。控制模块920’可执行上文描述的操作和附加操作，例如，确定将经由反射器（或挡风玻璃1102）显示的交通工具信息。全息投影系统910包括一个或多个光源（显示了一个激光器912）、光束扩展器914、反射装置916、LCoS SLM 918和控制模块920’。激光器912产生激光光束922，所述激光光束922在光束扩展器914处被接收。光束扩展器914扩展激光光束922的宽度，以提供扩展光束924。反射装置916反射扩展光束924，以提供光束928，所述光束928在LCoS SLM 918处被接收。LCoS SLM918提供投影光束930。
控制模块920’可包括图9的一个或多个显示驱动器940。显示驱动器940可用于控制反射装置916和/或LCoS SLM 118的状态。显示驱动器940可在控制模块920’处和/或切换SLM 916和/或LCoS SLM 918处实施。LCoS SLM 918可包括限制孔口950，以减轻杂散光。限制孔口950可被实施为保持LCoS SLM 918的框。
图12显示了全息投影方法，其可由上文公开的全息投影系统和对应控制模块中的一个实施。虽然主要相对于图5-图9的实施方案描述了以下操作，但是可容易地修改操作，以应用于本公开的其它实施方案。提供了操作作为示例，可不执行和/或跳过操作中的一个或多个。可迭代地执行操作。
方法可在1200处开始。在1202处，控制模块（例如，控制模块502、920、920’中的一个）激活RGB光源，以产生RGB光（或激光）束。如上文显示的，光束可被引导到透镜、SLM、光束（或光学）扩展器。
在1204处，控制模块可确定是否对于RGB光源中的每个包括单个SLM。如果是，则可执行操作1206，否则可执行操作1224。
在1206处，如上文描述的，控制模块可确定是否利用一个或多个透镜而调节所产生光束中的一个或多个的尺寸。如果是，则可执行操作1208，否则可执行操作1216。在1208处，控制模块可经由一个或多个透镜调节RGB光束中的一个或多个的发散角，如上文描述的。
在1210处，控制模块可确定是否经由一个或多个SLM调节RGB光束中的一个或多个的尺寸。这可在上文提到的任何SLM、LCoS SLM和/或反射装置中的一个或多个处完成。如果是，则可执行操作1212，否则可执行操作1214。
在1212处，控制模块可：(i)利用一个或多个透镜全息图而调节RGB光束中的一个或多个的尺寸；以及(ii) 利用一个或多个棱镜全息图而调节RGB光束中的一个或多个的位置。被调节尺寸的RGB光束中的一个或多个可与被调节位置的RGB光束中的一个或多个相同或不同。可相对于参考（例如，参考点）和/或相对于未被调节位置的其它RGB光束中的一个或多个而调节位置。
在1214处，控制模块可利用一个或多个棱镜全息图而调节RGB光束中的一个或多个的位置。可相对于参考（例如，参考点）和/或相对于未被调节位置的其它RGB光束中的一个或多个而调节位置。
在1216处，如上文描述的，控制模块可确定是否使用SLM的针孔层而调节尺寸。如果是，则执行操作1218，否则可执行操作1210。
在1218处，控制模块可确定是否经由SLM调节尺寸。如果是，则可执行操作1220，否则可执行操作1222。这可在上文提到的任何SLM、LCoS SLM和/或反射装置中的一个或多个处完成。如果是，则可执行操作1220，否则可执行操作1222。
在1220处，控制模块可：(i) 对于一个或多个相应RGB光束经由相应SLM的一个或多个针孔层调节RGB光束中的一个或多个的发散角；以及(ii) 经由一个或多个相应透镜全息图调节RGB光束中的一个或多个的尺寸。
在1222处，控制模块可对于一个或多个相应RGB光束经由相应SLM的一个或多个针孔层调节RGB光束中的一个或多个的发散角。
在1224处，例如，在上文相对于图9和图11描述的示例中，控制模块可确定是否对于RGB光源中的每个使用双SLM。如果是，则可执行操作1226，否则可执行操作1228。
在1226处，控制模块可利用一个或多个相应透镜全息图而调节RGB光束中的一个或多个的（多个）尺寸，并且经由第一SLM处（例如，反射装置916处）的一个或多个相应棱镜全息图而调节一个或多个RGB光束的（多个）位置。虽然图12中未显示，但是可在操作1226之后在第二SLM上编码附加透镜和/或棱镜全息图。
在1228处，控制模块可对于单个SLM路径进行到操作1206，并且对于双SLM路径进行到操作1226。可在操作1212、1214、1220、1222和1226之后执行操作1230。
在1230处，控制模块控制一个或多个LCoS SLM的操作，以显示待投影图形的相位全息图。操作1230可在执行操作1212和/或操作1220时执行。利用对应扩展激光光束而照射LCoS SLM中的每个（其利用图形的相位全息图而被编码），并且生成已编码的相位全息图光束。如果投影多于一个光束，则可经由组合器组合投影光束。这可在操作1232之前发生。可使用显示驱动器940中的一个或多个，以产生驱动电压，以控制一个或多个LCoS SLM的状态。
在1232处，已编码的相位全息图的RGB情景可被引导在查看者的眼睛处，使得查看者看到单个图形图像。相位全息图可基于来自交通工具控制模块的信号而生成。控制模块可被实施为交通工具控制模块，或者可与交通工具控制模块通信。控制模块基于交通工具数据而生成相位全息图。控制模块可例如从交通工具的通信总线获得交通工具数据。交通工具数据可包括例如交通工具的当前速度、交通工具的变速器的当前档位、当前发动机速度、交通工具的当前方向航向、当前信息娱乐系统设置和/或其它交通工具信息。方法可在1234处结束。
上文描述的操作旨在是说明性示例。根据应用，操作可顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠时间周期期间或者按不同次序执行。而且，根据事件的实施和/或顺序，可不执行或跳过操作中的任何。
本文公开的示例提供了显示组件灵活性，其允许光学部件的不精确对准并且适应部件的根据波长的光学性质。通过调节RGB光束的尺寸和位置而补偿不精确对准。示例消除了颜色错位，所述颜色错位与来自单独RGB颜色通道的图像在HUD的眼箱中不精确重叠相关联。通过选择和调节一个或多个RGB光束的发散角，以补偿根据波长的差异，用于衍射角补偿，通过将RGB图形图像重新定尺寸，示例实现了图像尺寸匹配。可对于RGB图形全息图中的一个或多个中的每个使用编码软件透镜（例如，棱镜全息图），以在HUD眼箱处空间对准尺寸匹配的图像。
本文公开的控制模块可包括图形软件，以经由LCoS SLM生成图像图形，以在HUD眼箱处对准图像。这可例如在LCoS SLM处完成，所述LCoS SLM利用图形全息图而编码，并且包括对于所生成的对应光束使用减少的像素集或可用图像面积。例如，可使光束投影到可用图像面积的部分上，并且然后可在可用图像面积内移动光束的位置。这可用于RGB光束中的一个或多个。
图13显示了图9的LCoS SLM 918的示例。LCoS SLM 918可用于本文公开的实施例中的任何中。LCoS SLM 918可包括：硅底板层1302；LCoS SLM（或相位调制器）层，包括电路（或像素化电极）层1304、第一对准层1308、液晶层1310、第二对准层1312和透明电极层1314；以及玻璃衬底层1316。
电路层1304包括控制电路系统和/或像素驱动器，用于控制液晶层1310。电路层1304可包括用于每个像素的晶体管。每个像素单独地调制离开LCoS SLM的光的相位。作为示例，如果被提供到像素的电压不同，则从LCoS SLM的对应部分离开的光射线的相位具有不同相位。像素中的每个可具有相关联电压集。被提供到每个像素的电压范围可例如在0-2π之间改变相位全息图光束930的对应部分的相位，以提前或延迟从LCoS SLM 918离开的光波的相应部分。
电路层1304控制从液晶层1310发射的光的量和相位。在液晶层1310中并且与LCoSSLM 918的像素相关联的分子的定向随着电压变化。分子的根据电压的定向在LCoS SLM918上引发在空间上变化的相位分布。根据液晶的物理性质，所调制相位量与所施加电压之间的关系可正相关或负相关。相对于图14进一步描述了LCoS SLM层。当被实施为反射全息投影仪时，LCoS SLM 918可包括反射膜层。
图14显示了可在图9的实施例中实施的LCoS SLM层的部分1400和控制模块920。LCoS SLM层可包括按阵列布置并且连接到驱动电路1406、1408的像素1404。LCoS SLM层还可包括SLM控制模块1410，所述SLM控制模块1410可控制驱动器电路1406和1408。驱动器电路1406、1408可经由开关1407、1409从SLM控制模块1410或控制模块920接收电力。SLM控制模块1410可直接从波前传感器接收信号，和/或从控制模块920接收控制信号。控制模块920可接收相位检测信号，并且控制SLM控制模块1410的操作，以调节被提供到像素1404的电压。在另一实施例中，SLM控制模块1410直接接收相位检测信号，并且控制驱动电路1406、1408，以产生被施加在像素1404处的适当电压。
前述描述在本质上仅是说明性的，并且不以任何方式旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可按各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应如此受限，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其它修改将变得显而易见。应理解的是，方法内的一个或多个步骤可按不同次序（或同时）执行，而不改变本公开的原理。此外，虽然上文将实施例中的每个描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可在其它实施例中的任何的特征中实施和/或与其组合，即使未明确描述该组合。换句话说，所描述实施例不是互相排斥的，并且一个或多个实施例与彼此的置换保留在本公开的范围内。
使用各种术语（包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“顶部上”、“上方”、“下方”和“设置”）而描述元件之间（例如，模块、电路元件、层等等之间）的空间和功能关系。当在上文的公开中描述第一与第二元件之间的关系时，除非明确描述为“直接”，否则该关系可为其中在第一与第二元件之间不存在有其它中间元件的直接关系，但是也可为其中在第一与第二元件之间存在有（在空间上或功能上）一个或多个中间元件的间接关系。如本文使用的，短语A、B和C中的至少一个应该使用非排他性逻辑“或”而被解释为意指逻辑（A或B或C），并且不应被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在附图中，箭头的方向（如由箭头指示的）总体上表示图示所关注的信息流（例如，数据或指令）。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。此单向箭头不暗示没有其它信息从元件B传输到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可将对于信息的请求或信息接受确认发送到元件A。
在此申请（包括下文的限定）中，可利用术语“电路”替代术语“模块”或术语“控制器”。术语“模块”可指代以下、为以下的部分或包括以下：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路（共享、专用或群组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或群组）；提供所描述功能的其它合适硬件部件；或者上文中的一些或全部的组合，例如，在片上系统中。

Claims (10)

1.全息投影系统，包括：
第一光源，被配置成产生第一光束；
第二光源，被配置成产生第二光束；
第三光源，被配置成产生第三光束，其中，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束具有相应波长；
多个空间光调制器，被配置成分别衍射所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束；
第一透镜，被设置成调节所述第一光束、所述第二光束或所述第三光束中的一个的发散角，使得从所述多个空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角，
其中，所述多个空间光调制器被配置成基于由所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源产生的光、包括从所述第一透镜输出的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束；
组合器，被配置成组合所述相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；以及
控制模块，被配置成在所述多个空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准所述多个空间光调制器的输出。
2.根据权利要求1所述的全息投影系统，其中：
所述第一光束是红色激光光束；
所述第二光束是绿色激光光束；以及
所述第三光束是蓝色激光光束。
3.根据权利要求2所述的全息投影系统，进一步包括第二透镜，其中：
所述第一透镜调节所述绿色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述红色激光光束的发散角；以及
所述第二透镜调节所述蓝色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述红色激光光束的发散角。
4.根据权利要求2所述的全息投影系统，其中，所述第一透镜调节所述红色激光光束的发散角，以匹配由所述多个空间光调制器中的一个衍射的所述绿色激光光束的发散角。
5.根据权利要求4所述的全息投影系统，其中，所述全息投影系统缺少用于调节所述蓝色激光光束的发散角的透镜。
6.根据权利要求1所述的全息投影系统，其中，所述多个空间光调制器中的一个或多个包括非周期性光子筛层，以调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的发散角。
7.根据权利要求1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成在所述多个空间光调制器中的一个或多个上编码透镜全息图，以调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的尺寸。
8.根据权利要求1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成分别在所述多个空间光调制器中的两个上编码两个棱镜全息图，以移位所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的两个的位置。
9.根据权利要求1所述的全息投影系统，其中，所述控制模块被配置成将所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束定尺寸，以不填充可用图像面积，并且调节所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的一个或多个的位置，以对准所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束。
10.全息投影系统，包括：
第一光源，被配置成产生第一光束；
第二光源，被配置成产生第二光束；
第三光源，被配置成产生第三光束，其中，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束具有相应波长；
多个空间光调制器，被配置成基于由所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源产生的光而编码包括图形图像的相应版本的相位全息图，以提供相位全息图光束，其中，所述空间光调制器中的第一个包括第一非周期性光子筛层，以及其中，所述第一非周期性光子筛层被配置成调节所述第一光束、所述第二光束或所述第三光束中的一个的发散角，使得从所述多个空间光调制器中的每个离开的衍射光处于相同的衍射角；
组合器，被配置成组合所述相位全息图光束，以提供已组合的相位全息图光束，所述已组合的相位全息图光束被投影，用于查看已组合的图形图像；以及
控制模块，被配置成在所述多个空间光调制器中的一个上编码棱镜全息图，以对准所述多个空间光调制器的输出。
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