CN117590591A - 全息波导 - Google Patents

Abstract

车辆平视显示器，包括第一、第二光引擎、至少一个波导、用于观察者的眼盒和光检测器。第一光引擎布置成形成第一全息波前。第二光引擎布置成形成第二波前。波导包括输入、一对相对反射表面；以及输出。输入布置成接收第一全息波前和第二波前。该对相对反射表面布置成通过内部反射在其间波导第一全息波前和第二波前。该对相对反射表面中的第一表面是部分透射的，从而为第一全息波前和第二波前的多个复本形成输出端口。观察者的眼盒接收第一个全息波前。观察者从第一全息波前形成图片的第一全息图像，该图像出现在第一全息图和眼盒之间的区域中。第二波前在该区域中形成光图案。光检测器布置成如果在该区域中存在物体则接收光图案的光返回。

Description

全息波导

技术领域

本公开涉及全息投影仪和全息投影方法。更具体地，本公开涉及包括物体检测系统的平视显示器和检测物体以增强全息图像形成的方法。实施例涉及波导平视显示器、增加平视显示器的眼盒尺寸的方法以及扩展平视显示器的光瞳的方法。

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重放图像。

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，还可以通过相干光线跟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，其也可被称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，该设备可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在设备上是连续的。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。

使用这里描述的系统可以提供全息投影仪。这种投影仪已经在平视显示器“HUD”中得到应用。

发明内容

在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。

这里公开了一种用于车辆的平视显示器。平视显示器包括第一光引擎、第二光引擎、至少一个波导、用于观察者的眼盒和光检测器。第一光引擎布置成形成第一波前。第一波前是通过照射平视显示图片的第一全息图而形成的第一全息波前。第二光引擎布置成形成用于物体检测的第二波前。该波导包括输入，一对相对反射表面；以及输出。输入布置成接收第一全息波前和第二波前。该对相对反射表面布置成通过内部反射在其间波导第一全息波前和第二波前。该对相对反射表面中的第一表面是部分透射的，从而为第一全息波前和第二波前的多个复本形成输出端口。观察者的眼盒接收第一全息波前。观察者从第一全息波前形成图片的第一全息图像，该图像出现在第一全息图和眼盒之间的区域。第二波前在该区域中形成光图案。光检测器布置成(仅)在该区域中存在物体时接收光图案的光返回。“光返回”是指检测光图案的散射光或反射光。换句话说，光检测器布置(例如被引导)成检测从该区域散射或反射的光图案的任何光。

发明人已经认识到，波导不仅可以用于扩展全息平视显示器的眼盒，而且可以扩展检测系统的工作范围。具体而言，波导可用于复制携带用于物体检测的光图案的第二波前。在一些实施例中，这种复制增加由用于物体检测的光图案照射的区域的大小。当全息图像是在全息图下游形成的真实图像，并且显示设备特别小，从而引入显著的角度限制时，这是特别有利的。此外，用于物体检测的光图案的每个复本沿着不同的光路传播，因此在复本到达目标平面之间存在小的时间差。这个时间差对于物体检测是有用的。例如，这个时间差提供了高水平的时间分辨率，因为复本之间的时间差可能只有几皮秒。进一步有利地，第二光引擎不需要精确地补偿到达复本的强度随传播距离的降低—不像当波前对应于有意义的图片时—因为该系统固有地基于检测变化。在这方面，在波导和检测系统之间存在积极的协同作用。

该区域可以是车辆内部的区域。也就是说，第一全息图像可以是在全息图下游形成的真实图像。

光图案可以包括至少一个离散光特征。光图案可以包括均匀照射区域。

图片可以包括车辆输入设备的视觉表示。输入设备可以包括驱动选择单元，其包括驻车、驱动、空档和倒车驱动选择按钮中的至少一个。输入设备可以另外或可替代地包括用于车辆的启动-停止按钮。

第二波前可以是通过照射光图案的第二全息图而形成的第二全息波前。第二光引擎可以布置成及时改变第二波前的位置。第二光引擎和光检测器可以形成光检测和测距系统。

光检测器可以包括多个独立光检测元件，每个具有该区域的独立视场，比如CCD阵列或SPAD阵列。在一些实施例中，每个光检测元件输出相应的飞行时间测量。

第一光引擎可以布置成如果光检测器检测到光返回则改变第一全息图。第一全息图的变化可以对应于输入设备的视觉表示的至少一部分的变化。

第一全息波前可以包括可见光，第二波前可以包括不可见光。第二波前可以包括红外光，并且检测器可以是红外光检测器。

这里还公开了一种全息投影方法。该方法包括通过照射图片的第一全息图而形成第一全息波前的步骤。形成第一全息波前的步骤可以使用第一光引擎来执行。该方法还包括形成第二波前的步骤。形成第二波前的步骤可以使用第二光引擎来执行。该方法还包括在波导的输入处接收第一全息波前和第二波前的步骤。该方法还包括通过内部反射在波导的一对相对反射表面之间波导第一全息波前和第二波前的步骤。该方法还包括在该对相对反射表面的部分透射的第一表面处输出第一全息波前和第二波前的多个复本的步骤，第一表面由此形成波导的输出端口。该方法还包括在观察者的眼盒处接收第一全息波前和第二波前。为眼盒处的观察者形成图片的第一全息图像，第一全息图像出现在第一全息图和眼盒之间的区域中，其中第二波前在该区域中为眼盒处的观察者形成光图案。该方法还包括如果在该区域中存在物体，则在光检测器处检测/接收光图案的光返回。

在一些实施例中，第一全息图和眼盒之间的区域是车辆内部的区域。在一些实施例中，形成光图案的步骤包括形成至少一个离散光特征。

在一些实施例中，光图案包括均匀照射区域。在一些实施例中，图片包括车辆输入设备的视觉表示。在一些实施例中，输入设备包括驱动选择单元，其包括驻车、驱动、空档和倒车驱动选择按钮中的至少一个。在一些实施例中，输入设备包括用于车辆的启动-停止按钮。

在一些实施例中，形成第二波前的步骤包括形成第二全息波前。形成第二全息波前的步骤可以包括照射第二全息图。第二全息图可以是光图案的全息图。

在一些实施例中，该方法还包括及时改变第二波前的位置。及时改变第二波前的位置可以包括使用第二光引擎。

在一些实施例中，第二光引擎和光检测器形成光检测和测距系统。

在一些实施例中，检测光返回的步骤包括使用多个独立光检测元件来检测光返回，每个具有该区域的独立视场，例如CCD阵列或SPAD阵列。

在一些实施例中，该方法还包括如果第一检测器检测到光返回，则改变第一全息图。改变第一全息图的步骤可以通过/使用第一光引擎来执行。改变第一全息图的步骤可以包括改变第一全息图以对应于输入设备的视觉表示的至少一部分的改变。

第一全息波前可以包括可见光，第二全息波前可以包括不可见光。第二波前包括红外光，并且检测器是红外光检测器。

与平视显示器相关的特征和优点可能适用于全息投影方法，反之亦然。

在本公开中，术语“复本”仅用于反映空间调制光被分割，使得复合光场沿着多个不同的光路被引导。“复本”一词用于指复制事件后复合光场的每一次出现或实例—比如光瞳扩展器的部分反射-透射。每个复本沿着不同的光路传播。本公开的一些实施例涉及用全息图而不是图像编码的光的传播—即用图像的全息图而不是图像本身进行空间调制的光。因此，可以说形成了全息图的多个复本。全息术领域的技术人员将理解，与用全息图编码的光的传播相关的复合光场将随着传播距离而变化。这里使用的术语“复本”与传播距离无关，因此与复制事件相关的两个光分支或路径仍被称为彼此的“复本”，即使分支具有不同的长度，使得复合光场沿着每条路径不同地演化。也就是说，根据本公开，即使两个复合光场与不同的传播距离相关，它们仍被认为是“复本”—假设它们源自相同的复制事件或一系列复制事件。

根据本公开的“衍射光场”是由衍射形成的光场。可以通过照射相应的衍射图案来形成衍射光场。根据本公开，衍射图案的示例是全息图，衍射光场的示例是全息光场或形成图像的全息重建的光场。全息光场在重放平面上形成图像的(全息)重建。全息光场也可以称为全息波前，以避免与光场显示混淆。从全息图传播到重放平面的全息光场或波前可以说包括用全息图编码的光或全息域中的光。衍射光场的特征在于由衍射结构的最小特征尺寸和(衍射光场的)光的波长确定的衍射角。根据本公开，也可以说“衍射光场”是在与相应衍射结构空间分离的平面上形成重建的光场。本文公开了一种用于将衍射光场从衍射结构传播到观察者的光学系统。衍射光场可以形成图像。

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“重放场”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，则重放场将以多个衍射级的形式重复，其中每个衍射级是零级重放场的复本。零级重放场通常对应于优选或主重放场，因为它是最亮重放场。除非另有明确说明，术语“重放场”应被认为是指零级重放场。术语“重放平面”用于指代包含所有重放场的空间中的平面。术语“图像”、“重放图像”和“图像区域”指通过全息重建的光照射的重放场的区域。在一些实施例中，“图像”可包括离散点，其可被称为“图像点”，或仅出于方便起见而被称为“图像像素”。

术语“编码”、“写入”和“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，可接受质量的全息重建可以由仅包含与原始物体的傅立叶变换相关的相位信息的“全息图”形成。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术。

本公开也同样适用于使用与原始物体的傅立叶变换相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2π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重放平面上平移重放场，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重放平面上。

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2示出了投影图像，包括八个图像区域/分量V1至V8，以及相应全息通道的横截面H1-H8；

图3示出了显示在LCOS上的全息图，其将光导向多个离散区域；

图4示出了包括显示如图2和3所示计算的全息图的显示设备的系统；

图5A示出了包括两个复制器的第一示例二维光瞳扩展器的透视图；

图5B示出了包括两个复制器的第二示例二维光瞳扩展器；

图6示出了根据实施例的车辆输入设备的全息图像；

图7示出了覆盖全息图像的用于物体检测和可选的测距的光图案；

图8示出了存在物体时光图案的光的散射和/或反射；以及

图9示出了响应于在检测区域中检测到物体而修改的全息图像。

在所有附图中，相同的附图标记将用于指代相同或相似的部分。

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，本发明可以不同的形式实施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，单数形式的术语可以包括复数形式。

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，此外，还包括在它们之间设置第三结构的情况。

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，除非另有说明。例如，除非使用诸如“刚好”、“紧邻”或“直接”等措辞，否则描述应被视为包括不连续的情况。

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耦合或组合，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，或者可以相互依存的关系一起执行。

在本公开中，术语“基本”当应用于装置的结构单元时可被解释为在用于制造其的方法的技术公差内生产的结构单元的技术特征。

全息投影的传统光学配置

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”器件。全息图在空间光调制器上编码，并且在重放场例如光接收表面比如屏幕或漫射器处形成全息重建。

光源110例如激光或激光二极管设置成经由准直透镜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(例如与真正正交于透明层的平面相距两度或三度)。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学路径。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，傅立叶变换透镜120的焦点位于屏幕125处。更具体地，傅立叶变换透镜120接收来自SLM140的调制光束，并执行频率-空间变换以在屏幕125处产生全息重建。

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。重放场上的特定点(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重放场上。

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，并且在光学上执行傅立叶变换。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。在本公开的一些实施例中，观察者眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换。

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，或者简单地是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。通过将重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。仅作为示例，实施例涉及傅立叶全息术和Gerchberg-Saxton型算法。本公开同样适用于可以通过类似方法计算的菲涅耳全息术和菲涅耳全息图。在一些实施例中，全息图是相位或纯相位全息图。然而，本公开也适用于通过其他技术计算的全息图，例如基于点云方法的技术。

在一些实施例中，全息图引擎布置成从全息图计算中排除被显示系统的限制孔径阻挡的光的贡献。于2021年2月5日提交并通过引用结合于此的英国专利申请2101666.2公开了第一种全息图计算方法，其中使用眼睛跟踪和光线跟踪来识别显示设备的子区域，用于计算消除重影图像的点云全息图。显示设备的子区域对应于本公开的孔径，并且用于从全息图计算中排除光路。于2021年8月26日提交并通过引用结合于此的英国专利申请2112213.0公开了基于改进的Gerchberg-Saxton型算法的第二种方法，该方法包括在全息图计算期间根据光学系统的光瞳进行光场裁剪的步骤。光场的裁剪对应于本公开的限制孔径的确定。于2021年12月23日提交并且也通过引用结合于此的英国专利申请2118911.3公开了计算全息图的第三种方法，该方法包括确定由全息图复制器形成的所谓扩展调制器的区域的步骤。根据本公开，扩展调制器的区域也是孔径。

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在SLM上显示。也就是说，在一些实施例中，提供了预定全息图的储存库。

使用小显示设备的大观察窗口和长距离投射

概括地说，本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统，其中图像投影仪将来自显示设备的光投影或中继到观察系统。本公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多只眼睛。观察系统包括具有光焦度的光学元件(例如人眼的晶状体)和观察平面(例如人眼的视网膜)。投影仪可被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。观察者在显示平面上形成或感知图像。在一些实施例中，图像是虚拟图像，并且显示平面可被称为虚拟图像平面。在其他示例中，图像是通过全息重建形成的真实图像，并且该图像被投影或中继到观察平面。在这些其他示例中，在自由空间中或者在显示设备和观察者之间的屏幕或其他光接收表面上形成的中间全息重建的空间调制光被传播到观察者。在这两种情况下，通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图或相息图)来形成图像。

显示设备包括像素。显示器的像素可以显示衍射光的衍射图案或结构。衍射光可以在与显示设备空间分离的平面上形成图像。根据众所周知的光学原理，最大衍射角的幅度由像素的大小和其他因素比如光的波长决定。

在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅上液晶(“LCOS”)空间光调制器(SLM)。光在衍射角范围内(例如从零到最大衍射角)从LCOS向观察实体/系统比如相机或眼睛传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加可用衍射角的范围，使其超过LCOS的传统最大衍射角。

在一些实施例中，全息图本身(的光)传播到眼睛。例如，全息图的空间调制光(尚未完全转换为全息重建，即图像)—可以非正式地称为用/由全息图“编码”—直接传播到观察者的眼睛。观察者可以感知到真实或虚拟图像。在这些实施例中，在显示设备和观察者之间没有形成中间全息重建/图像。有时说，在这些实施例中，眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换或变换。投影系统或光引擎可以配置成使得观察者有效地直视显示设备。

这里提到的“光场”是“复合光场”。术语“光场”仅仅表示在至少两个正交的空间方向例如x和y上具有有限尺寸的光图案。这里使用的“复合”一词仅仅表示光场中每个点处的光可以由振幅值和相位值来定义，因此可以由复数或一对值来表示。出于全息图计算的目的，复合光场可以是复数的二维阵列，其中复数定义光场内多个离散位置处的光强度和相位。

根据众所周知的光学原理，眼睛或其他观察实体/系统可以观察到的从显示设备传播的光的角度范围随着显示设备和观察实体之间的距离而变化。例如，在1米的观察距离，来自LCOS的仅小范围角度可以传播通过眼睛的瞳孔，以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。从显示设备传播的光线的角度范围决定了观察者“可见”的图像部分，该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。换句话说，不是图像的所有部分从观察平面上的任何一点都是可见的(例如诸如眼盒的观察窗口内的任何一个眼睛位置)。

在一些实施例中，观察者感知的图像是出现在显示设备上游的虚拟图像，也就是说，观察者感知图像比显示设备离他们更远。因此，从概念上讲，可以认为观察者正在通过“显示设备大小的窗口”观察虚拟图像，该窗口可以非常小，例如直径为1厘米，距离相对较大，例如1米。并且用户将通过他们眼睛的瞳孔观察显示设备大小的窗口，瞳孔也可以非常小。因此，在任何给定时间，视场变小，并且能够看到的特定角度范围严重依赖于眼睛位置。

光瞳扩展器解决了如何增加从显示设备传播的光线的角度范围，并且该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以形成图像。显示设备通常(相对而言)小，投影距离(相对而言)大。在一些实施例中，投影距离比显示设备的入射光瞳和/或孔径的直径或宽度(即像素阵列的尺寸)大至少一个数量级，例如至少两个数量级。

光瞳扩展器的使用横向增加了观察区域(即用户的眼盒)，从而使得眼睛能够发生一些运动，同时仍使得用户能够看到图像。如技术人员将理解，在成像系统中，观察区域(用户的眼盒)是观察者的眼睛能够感知图像的区域。本公开包含非无限虚拟图像距离—即近场虚拟图像。

传统上，二维光瞳扩展器包括一个或多个一维光波导，每个使用一对相对反射表面形成，其中来自表面的输出光形成观察窗口或眼盒。从显示设备接收的光(例如来自LCOS的空间调制光)被该或每个波导复制，以便在至少一个维度上增加视场(或观察区域)。特别是，由于通过划分入射波前的振幅产生额外的光线或“复本”，波导扩大了观察窗。

显示设备可以具有有效或显示区域，该有效或显示区域具有小于10厘米的第一维度，例如小于5厘米或小于2厘米。显示设备和观察系统之间的传播距离可以大于1m，例如大于1.5m或大于2m。波导内的光学传播距离可以高达2m，例如高达1.5m或高达1m。该方法能够在小于20ms比如小于15ms或小于10ms内接收图像并确定足够质量的相应全息图。

在根据本公开仅通过衍射或全息光场的示例描述的一些实施例中，全息图配置成将光路由到多个通道中，每个通道对应于图像的不同部分(即子区域)。由衍射结构形成的通道在这里被称为“全息图通道”，仅仅是为了反映它们是由具有图像信息的全息图编码的光通道。可以说每个通道的光是在全息域中，而不是在图像或空间域中。在一些实施例中，全息图是傅立叶或傅立叶变换全息图，因此全息图域是傅立叶或频域。全息图同样可以是菲涅耳或菲涅耳变换全息图。全息图也可以是点云全息图。全息图在本文中被描述为将光路由到多个全息图通道中，以反映可从全息图重建的图像具有有限的尺寸，并且可被任意划分成多个图像子区域，其中每个全息图通道将对应于每个图像子区域。重要地，这个示例的全息图的特征在于它在被照射时如何分布图像内容。具体而独特地，全息图按角度划分图像内容。也就是说，图像上的每个点都与照射时全息图形成的空间调制光中的唯一光线角度相关—至少是唯一的一对角度，因为全息图是二维的。为了避免疑问，这种全息图行为不是常规的。当被照射时，由这种特殊类型的全息图形成的空间调制光可被分成多个全息图通道，其中每个全息图通道由一定范围的光线角度(以二维)限定。从上文可以理解，可以在空间调制光中考虑的任何全息图通道(即光线角度的子范围)将与图像的相应部分或子区域相关。也就是说，重建图像的该部分或子区域所需的所有信息都包含在由图像的全息图形成的空间调制光的角度子范围内。当作为整体观察空间调制光时，不一定存在多个离散光通道的任何证据。

尽管如此，全息图仍可被识别。例如，如果只有由全息图形成的空间调制光的连续部分或子区域被重建，则只有图像的子区域应是可见的。如果空间调制光的不同连续部分或子区域被重建，图像的不同子区域应是可见的。这种类型全息图的另一识别特征是任何全息图通道的横截面的形状基本对应于入射光瞳的形状(即基本与之相同)，虽然大小可能不同—至少在计算全息图的正确平面处。每个光/全息图通道以不同的角度或角度范围从全息图传播。虽然这些是表征或识别这种类型全息图的示例方式，但也可以使用其他方式。总之，本文公开的全息图通过图像内容在全息图编码的光内如何分布来表征和识别。此外，为了避免任何疑问，本文中对配置成引导光或将图像成角度地划分成多个全息图通道的全息图的叙述仅作为示例，并且本公开同样适用于任何类型的全息光场或者甚至任何类型的衍射或衍射光场的光瞳扩展。

该系统可以紧凑和流线型的物理形式提供。这使得该系统适用于广泛的实际应用，包括那些空间有限且资产价值高的应用。例如，它可以在平视显示器(HUD)中实现，比如车辆或汽车HUD。

根据本公开，为衍射光提供光瞳扩展，其可以包括发散的光线束。衍射光场可以由“光锥”来定义。因此，衍射光场的大小(如在二维平面上定义的)随着距相应衍射结构(即显示设备)的传播距离而增加。可以说，光瞳扩展器复制全息图或形成全息图的至少一个复本，以传达传递给观察者的光根据全息图被空间调制。

在一些实施例中，提供了两个一维波导光瞳扩展器，每个一维波导光瞳扩展器布置成通过形成空间光调制器的出射光瞳(或出射光瞳的光)的多个复本或副本来有效地增加系统的出射光瞳的尺寸。出射光瞳可以理解为系统输出光的物理区域。也可以说，每个波导光瞳扩展器布置成扩展系统的出射光瞳的尺寸。也可以说，每个波导光瞳扩展器布置成扩展/增加观察者的眼睛可以位于其中的眼盒的尺寸，以便看到/接收由系统输出的光。

光通道

根据一些实施例形成的全息图对图像内容进行角度划分，以提供多个全息图通道，这些通道可以具有由光学系统的孔径限定的横截面形状。全息图被计算来提供衍射光场的这种通道。在一些实施例中，如上所述，这是在全息图计算期间通过考虑光学系统的孔径(虚拟或真实)来实现的。

图2和3示出了这种类型的全息图的示例，该全息图可以与这里公开的光瞳扩展器结合使用。然而，该示例不应被视为对本公开的限制。

图2示出了用于投影的图像252，包括八个图像区域/分量V1到V8。仅作为示例，图2示出了八个图像分量，并且图像252可被分成任意数量的分量。图2还示出了编码光图案254(即全息图)，其可以重建图像252—例如，当被合适的观察系统的透镜转换时。编码光图案454包括第一至第八子全息图或分量H1至H8，对应于第一至第八图像分量/区域V1至V8。图2进一步显示了全息图如何通过角度分解图像内容。因此，全息图的特征在于它对光的引导。这在图3中示出。具体而言，本示例中的全息图将光导入多个离散区域。在所示的示例中，离散区域是盘，但也可以设想其他形状。在通过波导传播之后，最佳盘的尺寸和形状可以与光学系统的孔径(例如观察系统的入射光瞳)的尺寸和形状相关。

图4示出了系统400，包括显示如图2和3所示计算的全息图的显示设备。

系统400包括显示设备，该显示设备在该布置中包括LCOS 402。LCOS 402布置成显示包括全息图的调制图案(或“衍射图案”)，并将已经全息编码的光投射到眼睛405，眼睛405包括充当孔径404的瞳孔、晶状体409和充当观察平面的视网膜(未示出)。具有布置成照射LCOS 402的光源(未示出)。眼睛405的晶状体409执行全息图到图像的转换。光源可以是任何合适的类型。例如，它可以包括激光源。

观察系统400还包括位于LCOS 402和眼睛405之间的波导408。波导408的存在使得来自LCOS 402的所有角度内容能够被眼睛接收，即使在所示的相对大的投影距离下。这是因为波导408以众所周知的方式充当光瞳扩展器，因此在此仅简要描述。

简而言之，图4所示的波导408包括基本细长的结构。在该示例中，波导408包括折射材料的光学板，但其他类型的波导也是众所周知的并且可被使用。波导408定位成与从LCOS 402投射的光锥(即衍射光场)相交，例如以斜角相交。在该示例中，波导408的尺寸、位置和定位配置成确保来自光锥内的八个光束中的每个的光进入波导408。来自光锥的光经由波导408的第一平面表面(位置最靠近LCOS 402)进入波导408，并且在经由波导408的与第一表面基本相对的第二平面表面(位置最靠近眼睛)发射之前，至少部分地沿着波导408的长度被引导。很容易理解，第二平面表面是部分反射、部分透射的。换句话说，当每条光线从第一平面表面在波导408内传播并撞击第二平面表面时，一些光将透射出波导408，一些光将被第二平面表面反射回第一平面表面。第一平面表面是反射性的，使得从波导408内撞击它的所有光将被反射回第二平面表面。因此，一些光在被透射之前可以简单地在波导408的两个平面表面之间折射，而其他光可以被反射，因此在被透射之前可以在波导408的平面表面之间经历一次或多次反射(或“反弹”)。

图4示出了沿着波导408长度的总共九个“反弹”点B0到B8。尽管如图2所示，与图像(V1-V8)所有点相关的光在从波导408的第二平面表面的每次“反弹”时被透射出波导，但只有来自图像的一个角度部分的光(例如V1到V8之一的光)具有使其能够从每个相应的“反弹”点B0到B8到达眼睛405的轨迹。此外，来自图像的不同角度部分(V1到V8)的光从每个相应的“反弹”点到达眼睛405。因此，在图4的示例中，编码光的每个角度通道仅从波导408到达眼睛一次。

尽管这里已经一般性地讨论了虚像，虚像需要眼睛转换接收的调制光以形成感知图像，但这里描述的方法和装置可以应用于实像。

在实施例中，一个或多个全息图是如上所述的通道全息图，其通过全息图域中的角度来划分空间域中的相应图像内容。

二维光瞳扩展—示例1

虽然图4所示的布置包括在一个维度上提供光瞳扩展的单个波导，但光瞳扩展可以在不止一个维度上提供，例如在两个维度上。此外，虽然图4中的示例使用了已被计算以创建光通道的全息图，每个光通道对应于图像的不同部分，但本公开和下面描述的系统不限于这种全息图类型。

图5A示出了系统500的透视图，该系统包括两个复制器504、506，布置用于在二维上扩展光束502。

在图5A的系统500中，第一复制器504包括彼此平行堆叠的第一对表面，其布置成以类似于图4的波导408的方式提供复制或者光瞳扩展。第一对表面的尺寸和形状彼此相似(在某些情况下相同),并且在一个方向上基本是细长的。准直光束502被导向第一复制器504上的输入。由于两个表面之间的内部反射过程，以及来自其中一个表面(上表面，如图5A所示)上的多个输出点中的每个的光的部分透射，这对于熟练的读者来说是熟悉的，光束502的光沿着第一复制器504的长度在第一方向上被复制。因此，第一多个复本光束508从第一复制器504朝向第二复制器506发射。

第二复制器506包括彼此平行堆叠的第二对表面，布置成接收第一多个光束508的每个准直光束，并且进一步布置成通过在基本正交于第一方向的第二方向上扩展这些光束中的每个来提供复制或者光瞳扩展。第一对表面的尺寸和形状彼此相似(在某些情况下相同),并且基本为矩形。为第二复制器实现矩形形状，以使其具有沿着第一方向的长度，以便接收第一多个光束508，并且具有沿着第二正交方向的长度，以便在该第二方向上提供复制。由于两个表面之间的内部反射过程，以及来自其中一个表面(如图5A所示的上表面)上的多个输出点中的每个的光的部分透射，第一多个光束508内的每个光束的光在第二方向上被复制。因此，第二多个光束510从第二复制器506发射，其中第二多个光束510包括输入光束502沿着第一方向和第二方向中的每个的复本。因此，第二多个光束510可被视为包括复本光束的二维网格或阵列。

因此，可以说图5A的第一和第二复制器504、505组合以提供二维复制器(或“二维光瞳扩展器”)。

二维光瞳扩展—示例2

图5B示出了第二示例系统500的透视图，该系统包括两个复制器520、540，其布置用于在两个维度上扩展光束522。

在第二示例系统500中，第一复制器是实心细长波导520，第二复制器是实心平面波导540。具体而言，第一复制器/波导520布置成使得其一对细长平行反射表面524a、524b垂直于第二复制器/波导540的平面。

第二示例系统500包括光耦合器，其布置成将来自第一复制器520的输出端口的光耦合到第二复制器540的输入端口中。在所示的布置中，光学耦合器是平面/折叠镜530，其布置成折叠或转向光的光路，以实现从第一复制器到第二复制器的所需光学耦合。如图5B所示，镜530布置成接收来自第一复制器/波导520的输出端口/反射-透射表面524a的光—包括在第一维度上延伸的一维阵列复本。镜530是倾斜的，以便以一定角度将接收到的光重定向到第二复制器540的(全)反射表面中的输入端口的光路上，从而在第二维度上沿着其长度提供波导和复本形成。

在所示的布置中，第一复制器520的反射-透射表面524a邻近第一复制器/波导520的输入端口，该第一复制器/波导520以一定角度接收输入光束522，以在第一维度上沿着其长度提供波导和复本形成。因此，第一复制器/波导520的输入端口位于其输入端，与反射-透射表面524a在同一表面。熟练的读者将理解，第一复制器/波导520的输入端口可以在任何其他合适的位置。

因此，第二示例系统的布置使得第一复制器520和镜530能够被提供为第一和第三维度(示为x-z平面)上的平面中的第一相对薄层的一部分。具体而言，第一复制器520所在的第一平面层在第二维度(示为y维)中的尺寸或“高度”减小。镜530配置成引导光远离第一复制器520所在的第一层/平面(即“第一平面层”)，并将其引向第二复制器540所在的第二层/平面(即“第二平面层”)，其位于第一层/平面之上并与之基本平行。因此，可以说包含第一复制器520和镜530的第一平面层在包含第二复制器540的第二平面层的覆盖区内。

因此，系统的整体尺寸或“高度”是紧凑的，该系统包括位于第一和第三维度(示为x-z平面)上—第二维度(示为y维)上的堆叠的第一和第二层/平面中的第一和第二复制器520、540以及镜530。熟练的读者将理解，用于实现本公开的图5B的布置的许多变化是可能的和预期的。

于2021年9月21日提交并通过引用结合于此的英国专利申请GB2113454.9公开了一种图像投影仪，其包括根据本公开布置的更先进的二维光瞳扩展器。

图像投影仪可以布置成投影发散或衍射的光场。在一些实施例中，光场用全息图编码。在一些实施例中，衍射光场包括发散的光线束。在一些实施例中，由衍射光场形成的图像是虚拟图像。

在一些实施例中，第一对平行/互补表面是伸长或细长表面，沿着第一维度相对较长，沿着第二维度相对较短，例如沿着两个其他维度中的每个相对较短，每个维度基本与相应其他维度中的每个正交。光在第一对平行表面之间/从第一对平行表面反射/透射的过程布置成使得光在第一波导光瞳扩展器内传播，光传播的大致方向是第一波导光瞳扩展器相对较长的方向(即在其“伸长”方向)。

这里公开了一种系统，其使用衍射光形成图像，并提供适合于真实世界应用的眼盒尺寸和视场—例如在汽车工业中通过平视显示器。衍射光是从衍射结构形成图像全息重建的光—例如全息图比如傅立叶或菲涅耳全息图。使用衍射和衍射结构需要具有非常小的像素(例如1微米)的高密度的显示设备—这在实践中意味着小显示设备(例如1cm)。发明人已经解决了如何为2D光瞳扩展提供衍射光场的问题，例如包括发散(非准直)光线束的衍射光。

在一些实施例中，显示系统包括显示设备—比如像素化显示设备，例如空间光调制器(SLM)或硅上液晶(LCoS)SLM—其布置为提供或形成衍射或发散光。在这些方面，空间光调制器(SLM)的孔径是系统的极限孔径。也就是说，空间光调制器的孔径—更具体地说，界定包含在SLM内的光调制像素阵列的区域的尺寸—决定了可以离开系统的光线束的尺寸(例如空间范围)。根据本公开，陈述了通过使用至少一个光瞳扩展器，系统的出射光瞳被扩展以反映系统的出射光瞳(其受到具有用于光衍射的像素尺寸的小显示设备的限制)在空间延伸上变得更大。

衍射或发散光场可被称为具有“光场尺寸”，其被定义在与光场的传播方向基本正交的方向上。因为光被衍射/发散，所以光场尺寸随着传播距离而增加。

在一些实施例中，衍射光场根据全息图被空间调制。换句话说，在这些方面，衍射光场包括“全息光场”。全息图可以显示在像素化显示设备上。全息图可以是计算机生成的全息图(CGH)。它可以是傅立叶全息图或菲涅耳全息图或点云全息图或任何其他合适类型的全息图。可选地，可以计算全息图，以便形成全息光的通道，每个通道对应于观察者想要观察(或者感知，如果是虚像的话)的图像的不同部分。像素化显示设备可以配置成连续或依次显示多个不同的全息图。这里公开的每个方面和实施例可以应用于多个全息图的显示。

第一波导光瞳扩展器的输出端口可以耦合到第二波导光瞳扩展器的输入端口。第二波导光瞳扩展器可以布置成通过第二波导光瞳扩展器的第三对平行表面之间的内反射将衍射光场(包括由第一波导光瞳扩展器输出的光场的一些、优选大部分、优选全部复本)从其输入端口引导到相应的输出端口。

第一波导光瞳扩展器可以布置成在第一方向上提供光瞳扩展或复制，而第二波导光瞳扩展器可以布置成在不同的第二方向上提供光瞳扩展或复制。第二方向可以基本正交于第一方向。第二波导光瞳扩展器可以布置成保持第一波导光瞳扩展器在第一方向上已经提供的光瞳扩展，并且扩展(或复制)它在不同的第二方向上从第一波导光瞳扩展器接收的一些、优选大多数、优选全部复本。第二波导光瞳扩展器可以布置成直接或间接地从第一波导光瞳扩展器接收光场。可以沿着第一和第二波导光瞳扩展器之间的光场的传播路径提供一个或多个其他元件。

第一波导光瞳扩展器可以是基本细长的，第二波导光瞳扩展器可以是基本平面的。第一波导光瞳扩展器的细长形状可以由沿着第一维度的长度来定义。第二波导光瞳扩展器的平面或矩形形状可以由沿着第一维度的长度和沿着基本正交于第一维度的第二维度的宽度或阔度来定义。第一波导光瞳扩展器沿其第一维的尺寸或长度可以分别对应于第二波导光瞳扩展器沿其第一维或第二维的长度或宽度。包括其输入端口的第二波导光瞳扩展器的一对平行表面中的第一表面可被成形、定尺寸和/或定位成对应于由第一波导光瞳扩展器上的成对平行表面中的第一表面上的输出端口限定的区域，使得第二波导光瞳扩展器布置成接收由第一波导光瞳扩展器输出的每个复本。

第一和第二波导光瞳扩展器可以共同地在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上提供光瞳扩展，可选地，其中包含第一和第二方向的平面基本平行于第二波导光瞳扩展器的平面。换句话说，分别限定第二波导光瞳扩展器的长度和宽度的第一和第二维度可以分别平行于第一和第二方向(或者分别平行于第二和第一方向)，其中波导光瞳扩展器提供光瞳扩展。第一波导光瞳扩展器和第二波导光瞳扩展器的组合通常可被称为“光瞳扩展器”。

可以说，由第一和第二波导扩展器提供的扩展/复制具有在两个方向中的每个方向上扩展显示系统的出射光瞳的效果。由扩展的出射光瞳定义的区域又可以定义扩展的眼盒区域，观察者可以从该区域接收输入衍射或发散光场的光。可以说眼盒区域位于或定义了观察平面。

出射光瞳扩展的两个方向可以与第一和第二波导光瞳扩展器提供复制/扩展的第一和第二方向共面或平行。可替代地，在包括诸如光学组合器的其他元件的布置中，例如车辆的挡风玻璃，出射光瞳可被认为是来自该其他元件的出射光瞳，比如来自挡风玻璃。在这种布置中，出射光瞳可以与第一和第二波导光瞳扩展器提供复制/扩展的第一和第二方向不共面且不平行。例如，出射光瞳可以基本垂直于第一和第二波导光瞳扩展器提供复制/扩展的第一和第二方向。

观察平面和/或眼盒区域可以与第一和第二波导光瞳扩展器提供复制/扩展的第一和第二方向不共面或不平行。例如，观察平面可以基本垂直于第一和第二波导光瞳扩展器提供复制/扩展的第一和第二方向。

为了提供合适的发射条件以实现第一和第二波导光瞳扩展器内的内部反射，第一波导光瞳扩展器的细长维度可以相对于第二波导光瞳扩展器的第一和第二维度倾斜。

为了避免疑问，本公开的教导可以应用于包括两个复制器的二维光瞳扩展器的一个或两个复制器。

组合器形状补偿

将全息图投影到眼盒的优点是光学补偿可被编码在全息图中(例如，参见欧洲专利2936252，在此引入作为参考)。本公开与补偿用作投影系统一部分的光学组合器的复杂曲率的全息图兼容。在一些实施例中，光学组合器是车辆的挡风玻璃。这种方法的全部细节在欧洲专利2936252中提供，并且在此不重复，因为这些系统和方法的详细特征对于本文的此公开的新教导不是必要的，并且仅仅是受益于本公开教导的配置的示例。

控制装置

本公开还与包括控制设备(例如光快门设备)的光学配置兼容，以控制光从光通道全息图到观察者的传递。全息投影仪还可以包括控制设备，其布置成控制角通道向眼盒位置的传递。于2021年6月14日提交并通过引用结合于此的英国专利申请2108456.1公开了至少一个波导光瞳扩展器和控制设备。读者将从至少该在先公开中理解，控制设备的光学配置基本基于用户的眼盒位置，并且与实现这里描述的光通道的任何全息图计算方法兼容。可以说控制设备是光快门或光圈设备。光快门设备可以包括1D或2D阵列孔径或窗口，其中每个孔径或窗口可以独立地在透光和不透光状态之间切换，以便控制全息图光通道及其复本向眼盒的传递。每个孔径或窗口可以包括多个液晶单元或像素。

两用波导

图6示出了车辆的输入设备600的示例视觉表示。根据本公开，视觉表示通过全息术在车辆内部形成。更具体地，视觉表示是通过照射输入设备的图片的全息图并在全息图和眼盒之间形成图片的全息重建来形成的。通过使用本文所述的用于光瞳扩展的一个波导或一对正交波导来增加眼盒的尺寸(例如在两个维度上)。在实施例中，系统的限制光瞳是用于显示全息图的显示设备。波导也可被描述为复制由显示设备输出的全息波前。全息波前编码图片的信息。全息波前形成全息图像。全息图像是图片的全息重建。全息图可以通过任何方式计算，例如使用相位恢复算法或点云方法。这些方法在本领域中是已知的，因此这里不需要详细描述。三个示例方法在上面题为“全息图计算”的部分中给出。仅为了完整性，通过引用并入本文的2022年8月10日的英国专利公开GB2603517(2021年2月5日提交的申请GB2101666.2)公开了一种与本公开兼容的全息图计算方法。不同寻常的是，根据这些方法，全息波前被直接传递到观察者的眼睛。这种方法有时被称为“眼全息”。与其他全息投影方法相比，不需要屏幕。

在实施例中，车辆输入设备的全息图像形成在车辆内部。虽然通过引用并入本文的早期英国专利申请公开了形成“虚拟”全息图像(即出现在全息图上游的图像)，但全息术领域的技术人员将理解，这些方法可以容易地适用于形成出现在全息图下游的“真实”全息图像。例如，该方法的修改可以简单地包括在全息图计算期间改变光波的传播方向。根据本发明，全息图像(由观察者)形成在车辆内部。为了避免疑问，由于全息波前直接传递到观察者眼睛的性质，全息图像被车辆内部的观察者感知。没有从显示设备接收全息波前的观察者(例如车辆中的乘客)通常看不到图像。为了简单起见，有时说观察者的眼睛执行全息图到图像的转换。在观察者的每个视网膜上形成全息重建。每只眼睛接收到的全息重建可能略有不同，以解决视差问题。全息图像可以是3D的。

在图6中，车辆的输入设备600的视觉表示是驱动选择单元，仅作为示例。示例输入设备600包括驱动601(D)、空档602(N)、倒档603(R)和驻车档604(P)驱动模式，这是大多数读者所熟悉的。通常，输入设备可以是包括四个可独立操作的按钮的物理部件。根据本公开，输入设备600由可以是二维或三维的全息图像可视地表示。全息图像是通过将全息波前传递给眼睛来感知的。如上所述，全息波前由一个波导或一对正交波导复制，从而为车辆中的实际应用提供可接受的眼盒尺寸。

根据本公开，第二波前经由该一个波导或一对正交波导传播到输入设备的全息图像被感知的区域。图7示出了由第二波前形成的示例光图案。在图7的示例中，光图案包括规则的光点阵列，例如光点701，尽管本公开同样适用于任何光图案，例如包括至少一个离散光特征的任何布置。在实施例中，第二波前包括波长在可见光谱之外的光，因此即使在第二波前也被直接传递到眼盒的实施例中，观察者也看不到覆盖驱动选择单元的图像的光点阵列。在一些实施例中，第一波前的图像距离基本等于第二波前的图像距离。光图案照射基本对应于全息图像区域的检测区域。光图案可以是脉冲的或门控的，或者以任何可以想到的图案扫描。在一些实施例中，光返回由波导波导回到波导上游的光检测器。在一些实施例中，光检测器包括透镜(例如放大或成像透镜)，用于在其视场和其离散检测元件之间建立空间对应。

在实施例中，光检测器指向输入设备600的视觉表示的区域。例如，光检测器的焦平面可以对应于第二波前的焦平面。光检测器配置成检测第二波前的光。光检测器可以对第一波前的光不敏感。在一些实施例中，使用红外光形成光图案，并且检测器是红外检测器，例如红外相机或SPAD阵列。在一些实施例中，不可见光系统(即红外光引擎和检测器)是光检测和测距系统，例如在通过引用全文并入本文的2022年2月9日的英国专利公开GB2597771中公开的系统。在其他实施例中，不可见系统包括扫描光检测和测距系统，其中所有扫描角度都被波导复制。光学领域的技术人员将理解如何将光学涂层(例如电介质叠层)结合到波导表面上以增强这里公开的光学行为。

图8示出了如果物体800(例如人手)出现在全息图像的区域中，则该物体可以充当光图案的光的散射器或反射器。在图8示出的示例中，十个光点例如光点801用作光图案/第二波前的光的散射器—如由虚线例如虚线810所示。光学领域的技术人员将理解光检测器可以如何布置成检测来自全息图像附近的散射物体的任何光返回信号。在进一步改进中，光检测器包括单独检测元件阵列—例如CCD元件或SPAD元件—使得在每个单独检测元件和空间中的区域或体积之间存在相关性。因此，可以确定光返回产生的位置—即物体在检测器视场中的位置。在这些实施例中，检测器的视场可以对应于光图案的尺寸。

在一些实施例中，响应于光返回的检测，改变输入设备或输入设备的至少一部分的视觉表示。例如，如图8和9所示，如果检测到手指接近空挡按钮(N)—如一个或多个光返回信号指示—空挡按钮(N)的第一视觉表示602可以被空挡按钮(N)的第二视觉表示602’替换。通过改变图片的全息图来实现对空挡按钮的视觉表示的改变。全息图可以存储在存储器中，也可以根据源图像的变化进行实时计算。读者将理解，这样的动作可以指示按钮已被按下或激活。本领域技术人员将理解如何在光源和检测器之间结合简单的反馈系统来实现这种功能，并且图9的示例可以应用于车辆的任何输入设备或者输入设备的视觉表示的任何类型的改变。

附加特征

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)

1.一种用于车辆的平视显示器，该平视显示器包括：

布置成形成第一波前的第一光引擎，其中第一波前是通过照射图片的第一全息图形成的第一全息波前；

布置成形成第二波前的第二光引擎；

波导，包括：输入，其布置成接收第一全息波前和第二波前；一对相对反射表面，其布置成通过内部反射在其间波导第一全息波前和第二波前，其中该对相对反射表面中的第一表面是部分透射的，从而形成用于第一全息波前和第二波前的多个复本的输出端口；

眼盒，用于观察者接收第一全息波前并形成出现在第一全息图和眼盒之间的区域中的图片的第一全息图像，其中第二波前在该区域中形成光图案；以及

光检测器，其布置成如果在该区域中存在物体则接收光图案的光返回。

2.如权利要求1所述的平视显示器，其中，所述区域是车辆内部的区域。

3.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述光图案包括至少一个离散光特征。

4.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述光图案包括均匀照射区域。

5.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述图片包括车辆输入设备的视觉表示。

6.如权利要求5所述的平视显示器，其中，所述输入设备包括驱动选择单元，其包括驻车、驱动、空档和倒车驱动选择按钮中的至少一个。

7.如权利要求5或6所述的平视显示器，其中，所述输入设备包括用于车辆的启动-停止按钮。

8.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第二波前是通过照射所述光图案的第二全息图而形成的第二全息波前。

9.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第二光引擎布置成及时改变所述第二波前的位置。

10.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第二光引擎和光检测器形成光检测和测距系统。

11.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述光检测器包括多个独立的光检测元件，每个具有独立的视场区域，比如CCD阵列或SPAD阵列。

12.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第一光引擎布置成如果所述光检测器检测到光返回，则改变所述第一全息图。

13.如权利要求12所述的平视显示器，其中，所述第一全息图的变化对应于所述输入设备的视觉表示的至少一部分的变化。

14.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第一全息波前包括可见光，所述第二波前包括不可见光。

15.如任一前述权利要求所述的平视显示器，其中，所述第二波前包括红外光，并且所述检测器是红外光检测器。

16.一种全息投影方法，该方法包括以下步骤：

通过照射图片的第一全息图而形成第一全息波前；

形成第二波前；

在波导的输入处接收第一全息波前和第二波前；

通过内部反射在波导的一对相对反射表面之间波导第一全息波前和第二波前；

在该对相对反射表面的部分透射的第一表面处输出第一全息波前和第二波前的多个复本，第一表面由此形成输出端口；

在观察者的眼盒处接收第一全息波前，其中在眼盒处为观察者形成图片的第一全息图像，第一全息图像出现在第一全息图和眼盒之间的区域中，其中第二波前在眼盒处为观察者形成该区域中的光图案；以及

如果在该区域中存在物体，则在光检测器处检测光图案的光返回。