TWI820365B - 用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器 - Google Patents

用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器 Download PDF

Info

Publication number
TWI820365B
TWI820365B TW109142867A TW109142867A TWI820365B TW I820365 B TWI820365 B TW I820365B TW 109142867 A TW109142867 A TW 109142867A TW 109142867 A TW109142867 A TW 109142867A TW I820365 B TWI820365 B TW I820365B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
image
plane
hologram
reconstruction
pattern
Prior art date
Application number
TW109142867A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202125128A (zh
Inventor
賈米森 克里斯馬斯
Original Assignee
英商杜阿里特斯有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英商杜阿里特斯有限公司 filed Critical 英商杜阿里特斯有限公司
Publication of TW202125128A publication Critical patent/TW202125128A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI820365B publication Critical patent/TWI820365B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/52—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels the 3D volume being constructed from a stack or sequence of 2D planes, e.g. depth sampling systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0866—Digital holographic imaging, i.e. synthesizing holobjects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/16—Processes or apparatus for producing holograms using Fourier transform
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H1/30—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique discrete holograms only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G02B2027/0105—Holograms with particular structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G02B2027/0109—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements comprising details concerning the making of holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • G03H2001/0088—Adaptation of holography to specific applications for video-holography, i.e. integrating hologram acquisition, transmission and display
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
    • G03H2001/0825—Numerical processing in hologram space, e.g. combination of the CGH [computer generated hologram] with a numerical optical element
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G03H2001/2263—Multicoloured holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G03H2001/2263—Multicoloured holobject
    • G03H2001/2271—RGB holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2249—Holobject properties
    • G03H2001/2284—Superimposing the holobject with other visual information
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H2001/2605—Arrangement of the sub-holograms, e.g. partial overlapping
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H2001/2625—Nature of the sub-holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H1/30—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique discrete holograms only
    • G03H2001/303—Interleaved sub-holograms, e.g. three RGB sub-holograms having interleaved pixels for reconstructing coloured holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H1/30—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique discrete holograms only
    • G03H2001/306—Tiled identical sub-holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2210/00—Object characteristics
    • G03H2210/10—Modulation characteristics, e.g. amplitude, phase, polarisation
    • G03H2210/13—Coloured object
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2210/00—Object characteristics
    • G03H2210/30—3D object
    • G03H2210/33—3D/2D, i.e. the object is formed of stratified 2D planes, e.g. tomographic data
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2210/00—Object characteristics
    • G03H2210/40—Synthetic representation, i.e. digital or optical object decomposition
    • G03H2210/45—Representation of the decomposed object
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/52—Reflective modulator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

本發明記載一種經配置以在設置於一共同投射軸線上的不同平面上形成複數個影像重建之投射器及一種對應方法。一全像圖引擎經配置以判定對應於用於影像重建的每一影像之一全像圖，且形成包括用於每一影像的該對應全像圖之一繞射圖案。一顯示引擎經配置以顯示每一繞射圖案且接收光，使得對應於每一全像圖之一影像重建形成於該複數個不同平面中的一平面上。每一影像重建包含經配置成一圖案的影像光點。形成於一第一平面上的一第一影像重建之影像光點插置在形成於一第二平面上的一第二影像重建之影像光點之間。

Description

用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器
本發明係關於一種投射器。更具體言之，本發明係關於一種全像投射器、一種全像投射方法及一種全像投射系統。一些具體實例係關於抬頭顯示器及頭戴式顯示器。一些具體實例係關於一種經配置以在沿著一共同投射軸線所設置的不同平面上形成複數個影像重建之投射器及一種對應方法。
自目標散射之光含有振幅及相位資訊兩者。可藉由熟知之干涉技術在例如感光性板上俘獲此振幅及相位資訊，以形成包含干涉條紋之全像記錄或「全像圖」。可藉由運用合適光進行照射來重建全像圖，以形成表示原始物件之二維或三維全像重建或重放影像。
電腦產生之全像術可在數值上模擬干涉程序。可藉由基於諸如菲涅爾或傅立葉變換之數學變換之技術來計算電腦產生之全像圖。此等類型全像圖可稱為菲涅爾/傅立葉變換全像圖或簡稱菲涅爾/傅立葉全像圖。傅立葉全像圖可被認為係物件之傅立葉域/平面表示或物件之頻域/平面表示。亦可藉由例如相干射線追蹤或點雲技術來計算電腦產生之全像圖。
可在經配置以調變入射光之振幅及/或相位的空間光調變器上編 碼電腦產生之全像圖。舉例而言，可使用電可定址液晶、光學可定址液晶或微鏡來達成光調變。
空間光調變器典型地包含複數個可個別定址像素，其亦可被稱作單元或元件。光調變方案可為二元的、多層級的或連續的。或者，裝置可為連續的(即不包含像素)，且因此跨越該裝置之光調變可為連續的。空間光調變器可為反射的，意謂調變光以反射方式被輸出。空間光調變器同樣可為透射的，意謂調變光以透射方式被輸出。
可使用本文中描述的系統提供全像投射器。此類投射器可應用於抬頭顯示器「HUD」及頭戴式顯示器「HMD」，包括例如近眼裝置。
移動漫射器可用以改良諸如全像投射器的使用同調光之裝置中的影像品質。
本發明之態樣在隨附獨立申請專利範圍中加以定義。
提供一種經配置以在設置於一共同投射軸線上的不同平面上形成複數個影像重建之投射器。該等影像重建可由檢視者直接檢視。舉例而言，自眼框在實質上平行於共同投射軸線的方向上檢視影像重建。在具體實例中，該等影像重建出現於距檢視者相同的距離或深度處。在其他實例中，不同影像重建中之一些出現於距檢視者不同的距離或深度處。該等不同影像重建可由檢視者感知為複合或組合影像。該投射器包含一全像圖引擎及一顯示引擎。該全像圖引擎經配置以判定對應於用於影像重建的每一影像之一全像圖。該全像圖引擎經進一步配置以形成一繞射圖案，該繞射圖案包括用於該等影像重建之一全像圖或用於每一影像重建之一全像圖。該顯示引擎經配置以顯示繞射圖案且接收光，使得對應於每一全像圖之至少一個影像重建形成於該複數個不同平面中之一平面 上。每一影像重建包含經配置成一圖案的影像光點。形成於一第一平面上的一第一影像重建之影像光點插置在形成於一第二平面上的一第二影像重建之影像光點之間。
因此，形成於一第一平面上的一第一影像重建之影像光點在兩個維度(該第一平面及該第二平面之(第一及第二)維度(例如，x、y))上插置在形成於一第二平面上的一第二影像重建之影像光點之間。此外，該第一影像重建之影像光點在第三維度(該共同投射軸線(或與之平行)的維度(例如，z))上與該第二影像重建之影像光點在空間上分離。可稱在三個維度上將該第一影像重建之影像光點在空間上插置在該第二重建之影像光點之間。
可使用「直接檢視」組態實施本發明之具體實例，「直接檢視」組態即檢視者直接看向顯示裝置(例如，空間光調變器)之光學組態。在此等具體實例中，影像重建並不形成於中間螢幕(例如，漫射器)上，且檢視者直接自顯示裝置接收光。在此等情況下，在全像圖為傅立葉(Fourier)或菲涅爾(Fresnel)全像圖時，有時可稱檢視者的眼睛之晶體執行所顯示全像圖之傅立葉變換。在一些具體實例中，影像重建形成於顯示裝置與檢視者之間的自由空間中，且檢視者能夠在顯示期間集中於此等平面。
本發明之一些具體實例亦可使用「間接檢視」組態來實施，在「間接檢視」組態中，影像重建形成於一或多個螢幕上。螢幕可為可移動的，使得每一影像重建集中於對應螢幕上。或者，可使用諸如在WO/2015/173556中描述的複數個可切換螢幕，其中成堆疊的平行、可切換螢幕各自使用液晶以透射或擴散模式操作。影像重建僅在對應螢幕以擴散模式操作的情況下才可見。在一些具體實例中，一次僅一個螢幕以擴散模式操作。在其他具體實例中，多於一個螢幕同時以擴散模式操作。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，本文中描述的一些具體實例並不適合於此類方案。
無關於檢視組態，檢視者看到複數個不同影像重建之疊加內容。在不同影像重建形成於不同顯示平面上時，在顯示平面之間的距離足夠小，使得檢視者不可分辨出重建係在共同投射軸線上的不同平面上。在具體實例中，檢視者感知由相同目標影像之至少第一及第二組成性(或部分)影像重建形成的單一複合影像。在一些具體實例中，全像投射器在沿著其投射軸線的不同重放(replay)平面上形成複數個全像重建。影像重建(其實際上在不同平面上)因此由檢視者看到為「整個」影像。該等不同平面足夠接近，使得檢視者看到包含複數個二維影像重建、看似已形成於同一平面上之複合影像。可稱不同影像重建看似共面的。在一些具體實例中，該組態使得檢視者不具備改變共面性之感知的任何視覺線索。在一些具體實例中，該等部分影像中之至少一者在全像圖計算之前加以處理，以便確保不存在不同的深度線索。舉例而言，第一平面上的第一影像重建可在大小上縮放以確保其看似與實際上形成於第二平面上的第二影像重建共面的。此類型的影像處理在影像顯示技術領域中具有通常知識者之能力內，且因此本文中不提供影像縮放之詳細描述。
每一影像重建包含形成於各別平面上之複數個影像光點。然而，若形成於不同平面上的兩個或更多個影像重建包括在其各別二維平面上的等效空間位置處的影像光點，則可能發生檢視困難。可稱等效空間位置具有二維座標系統之實質上相同的座標(例如，x、y)，其中座標系統之原點由共同投射軸線之位置界定(例如，在每一平面之中心處)。詳言之，形成於相同二維空間位置處但在不同平面上之影像光點可能並不完全可見，此係因為其重合或在複合影像中完全重疊。此由平面沿著共同投射軸線之平行配置所造成。
發明人在本文中已記載一種涉及插置形成於不同平面上的不同影像重建之影像光點的方法。詳言之，形成於第一平面上的第一影像重建之影像光點插置在形成於第二平面上的第二影像重建之影像光點之間，且因此與其在 空間上分離。因此，不同影像重建之影像光點並不形成於等效二維空間位置處，以致在由檢視者看到的複合影像中重合或重疊。可稱不同影像重建之影像光點在其各別平行影像平面之第一及第二維度(x、y)上且因此在複合二維影像之平面中在空間上分離。此外，不同影像重建之影像光點在共同投射軸線之第三維度(z)上在空間上分離。因此，檢視者能夠更清楚地看到複合影像(其看似形成於單一平面上，但包含形成於不同平面上的不同影像重建)，如下文進一步描述。本發明解決影像像素串擾之技術問題，亦如下文進一步描述。
全像圖引擎經配置以形成包括對應於複數個影像重建的該一或多個全像圖之繞射圖案，其中該繞射圖案判定該一或多個影像重建之一或多個平面。在一些具體實例中，全像圖引擎形成包括具有焦距之透鏡函數的繞射圖案。該透鏡函數之該焦距可影響影像重建之平面在共同投射軸線上的位置(例如，沿著投射路徑之軸線相距空間光調變器之距離-本文中稱為「傳播距離」)。
第一影像重建與第二影像重建在實質上相同時間形成。在一些具體實例中，第一影像重建與第二影像重建同時形成。在其他實例中，第一影像重建與第二影像重建快速接續地一個接一個形成。
在具體實例中，第一影像重建之影像光點配置成第一圖案，且第二影像重建之影像光點配置成第二圖案，其中該第一圖案與該第二圖案相反。舉例而言，第一圖案可為第一棋盤圖案，且第二圖案可為與第一棋盤圖案相反的第二棋盤圖案。因此，第一影像重建之影像光點填充在第二影像重建之影像光點之間的間隙，且反之亦然。
該投射器可經配置以藉由在配置成第一圖案的影像光點與配置成第二圖案的影像光點之間交替而在第一平面上形成一系列影像重建。該投射器可進一步經配置以與形成於第一平面上的一系列影像重建同步地，以藉由在配置成第二圖案的影像光點與配置成第一圖案的影像光點之間交替而在第二平 面上形成一系列影像重建。
在一些具體實例中，該投射器可經配置以形成單一顏色的影像重建以顯示單色影像。在此情況下，第一影像重建與第二影像重建為具有相同顏色的單一顏色影像重建。
在其他具體實例中，該投射器可經配置以形成不同顏色的影像重建，以便顯示多色影像。在一些具體實例中，第一/第二平面上的每一影像重建為單一顏色，但形成於第一/第二平面上的一系列影像重建之連續影像重建為不同顏色。在其他實例中，形成於第一平面上的第一影像重建與在實質上相同時間形成於第二平面上的第二影像重建可能具有不同顏色。在此等實例中，在任何時間點處，形成於第一平面上的影像光點之顏色不同於形成於第二平面上的影像光點之顏色。
在具體實例中，第一影像重建為第一全像重建，且第二影像建構為第二全像重建。因此，第一平面為第一重放平面，且第二平面為第二重放平面。
在一些具體實例中，投射器進一步包含影像處理引擎。影像處理引擎經配置以接收複數個源影像。該影像處理引擎經進一步配置以根據選自複數個不同取樣方案中的取樣方案來處理每一源影像，以便減小形成於每一重放平面上的影像像素之數目。由顯示引擎形成的每一影像重建之影像光點的圖案由對應取樣方案來判定。與第一影像重建相關聯的第一取樣方案不同於與第二影像重建相關聯的第二取樣方案，使得形成於第一平面上的第一影像之影像光點插置在形成於第二平面上的第二影像之影像光點之間。
藉由根據取樣方案對每一源影像進行取樣，可計算全像圖以形成影像重建，其包含經配置成一圖案的影像之影像光點的群組或子集。因此，形成於每一重放平面上的影像光點之圖案中的影像光點之間的間隔可能增大。
可自以下理解根據本發明之技術進步。值得注意的是，本發明之 一些具體實例係關於在空間/深度上交錯以便解決全像影像中的像素串擾問題。已發現，同時形成鄰近的緊密隔開的影像光點(即，在影像光點陣列中)可能造成像素串擾或像素間干擾，藉此降低影像品質。根據本發明之具體實例，藉由增大在重放場上的影像光點之間的間隔，像素串擾得以減小或甚至消除。然而，藉由在第二全像重放平面上插置影像光點來保持全像影像之感知解析度。第一平面上的影像像素並不干擾第二平面上的影像光點。第一平面上的第一全像重建包含經配置成第一棋盤圖案的影像光點，且第二平面上的第二全像重建包含經配置成第二棋盤圖案的影像光點。第一棋盤圖案與第二棋盤圖案互補。第二全像重建之影像光點在第一全像重建之影像光點之間所感知，使得不存在解析度之表觀損失。然而，全像影像中的像素間串擾減小。
形成用於投射的源影像之第一棋盤及第二棋盤。舉例而言，可根據包含第一棋盤圖案及第二棋盤圖案之取樣方案對源影像之影像像素進行取樣，以導出源影像之第一棋盤及第二棋盤。可計算單一全像圖，其同時形成第一棋盤與第二棋盤之影像重建。該單一全像圖可為諸如菲涅爾全像圖之雙平面全像圖或使用雙平面Gerchberg-Saxton演算法計算的雙平面全像圖。或者，第一全像圖通道可用以在第一平面上形成第一棋盤之第一影像重建，且第二全像圖通道可用以在第二平面上形成第二棋盤之第二影像重建。第一全像投射通道與第二全像投射通道可實質上共線。第一影像重建與第二影像重建在相同投射軸線上形成。第一重建與第二重之影像光點可為相同顏色。每一重建可包括由第一紅色、綠色及藍色全像投射通道形成的紅色、綠色及藍色影像像素來組成。
值得注意的是，在一些具體實例中，複數個全像重放場(在不同重放平面上)使用相同全像圖(例如，菲涅爾全像圖)或逐顏色使用兩個全像投射通道或藉由在每一單色空間光調變器上同時顯示兩個不同全像圖(例如，與不同透鏡函數組合的兩個不同傅立葉全像圖)同時形成。
影像處理引擎可經配置以在根據取樣方案進行處理之前按比例增大一源影像。影像處理引擎可經配置以在形成第一棋盤及第二棋盤中的一者之前改變源影像之大小(視情況按比例擴大)，以使得第一影像重建與第二影像重建看似形成於相同平面上(即，在距檢視者相同的深度處)，儘管其形成於不同平面上。
在一些具體實例中，第一取樣方案包含根據第一棋盤圖案來對交替像素值置零(nulling)，且第二取樣方案包含根據第二棋盤圖案來對交替像素值置零，其中第一棋盤圖案與第二棋盤圖案相反。因此，根據第一取樣方案及第二取樣方案，對一列/行之每隔一個像素值進行取樣，且其餘像素值為零。
在一些具體實例中，每一取樣方案包含對複數個取樣窗口位置處的一取樣窗口內的像素值求平均。舉例而言，求平均可為基於取樣窗口內的像素的位置之加權平均。例如，對各別取樣窗口中的每一像素值給出的加權隨著距取樣窗口之中心的距離而減小。在一些實例中，第一取樣方案包含第一組取樣窗口位置，且第二取樣方案包含第二組取樣窗口位置，其中第一組取樣窗口位置自第二組取樣窗口位置對角地偏移。第一組取樣窗口位置可與第二組取樣窗口位置部分地重疊。
在其他具體實例中，全像圖引擎經配置以形成具有相位斜坡函數的繞射圖案。與第一影像重建相關聯的第一相位斜坡函數之斜坡梯度不同於與第二影像重建相關聯的第二相位斜坡函數之斜坡梯度，以便提供在第一影像重建之影像光點相對於第二影像重建之影像光點之間的位移。因此，不同的第一斜坡梯度與第二斜坡梯度使得第一影像重建之影像光點能夠相對於第二影像重建之影像光點在空間上移位。在此類具體實例中，可能不需要源影像之子取樣。在實例中，在第一相位斜坡函數之斜坡梯度與第二相位斜坡函數之斜坡梯度之間的差異使得形成於第一平面上的第一影像之影像光點插置在形成於第二平面上 的第二影像之影像光點之間。
進一步提供一種包含如本文所記載的投射器之抬頭顯示器。
進一步提供一種使用如本文所記載的投射器進行全像投射之方法。
術語「全像圖」用以指含有關於物件之振幅資訊或相位資訊或其某一組合的記錄。術語「全像重建」用以指藉由照射全像圖形成的物件之光學重建。本文中所記載之系統被描述為「全像投射器」，此係因為全像重建係真實影像且與全像圖在空間上分離。術語「重放場」用以指在其內形成且完全聚焦全像重建的2D區域。若在包含像素之空間光調變器上顯示全像圖，則重放場將以複數個繞射階之形式重複進行，其中每一繞射階係零階重放場之複本。零階重放場大體上對應於較佳或初級重放場，此係因為其係最亮的重放場。除非另外明確陳述，否則術語「重放場」應被視為係指零階重放場。術語「重放平面」用以指含有所有重放場之空間中的平面。術語「影像」、「重放影像」及「影像區」係指由全像重建之光照射的重放場之區域。在一些具體實例中，「影像」可包含離散光點，其可被稱作「影像光點」或僅出於方便起見被稱作「影像像素」。影像光點為形成於重放場中的光點。因此，術語「影像光點」及「影像像素」係指構成全像重建的光之離散光點或點，其在重放平面上形成於重放場中。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，每一影像光點或影像像素表示形成於重放平面上的全像重建之最小可解析元素。
術語「編碼」、「寫入」或「定址」用於描述將分別判定每一像素之調變位準的各別複數個控制值提供給SLM之複數個像素的程序。可稱SLM之像素經組態以回應於接收到複數個控制值而「顯示」光調變分佈。因此，可稱SLM「顯示」全像圖且全像圖可被認為係光調變值或位準之陣列。
已發現，具有可接受品質的全像重建可由僅含有與原始物件之傅 立葉變換相關之相位資訊的「全像圖」來形成。此全像記錄可被稱作僅相位全像圖。具體實例係關於僅相位全像圖，但本發明同樣適用於僅振幅全像術。
本發明亦同樣適用於使用與原始物件之傅立葉變換相關之振幅及相位資訊來形成全像重建。在一些具體實例中，此係藉由使用含有與原始物件相關之振幅及相位資訊兩者之所謂的完全複合全像圖之複合調變來達成。此全像圖可稱作完全複合全像圖，此係因為指派給全像圖之每一像素之值(灰階)具有振幅及相位分量。指派給每一像素之值(灰階)可被表示為具有振幅及相位分量兩者之複數。在一些具體實例中，計算完全複合的電腦產生之全像圖。
可將相位值、相位分量、相位資訊或電腦產生之全像圖或空間光調變器之像素的僅相位參考為「相位延遲」之簡寫。即，所描述之任何相位值實際上為表示藉由彼像素提供的相位延遲之量的數目(例如在0至2π範圍內)。舉例而言，描述為具有π/2之相位值的空間光調變器之像素使所接收到之光的相位延遲π/2弧度。在一些具體實例中，空間光調變器之每一像素在複數個可能調變值(例如相位延遲值)中之一者中可操作。術語「灰階」可用以指複數個可用調變位準。舉例而言，術語「灰度位準」為方便起見可用於指代僅相位調變器中之複數個可獲得相位位準，即使不同相位位準未必提供不同灰度級。術語「灰階」為方便起見亦可用以指複合調變器中之複數個可用複合調變位準。
全像圖因此包含灰階之陣列-即光調變值之陣列，諸如相位延遲值或複合調變值之陣列。全像圖亦視為繞射圖案，此係因為其為當顯示於空間光調變器上並運用具有與空間光調變器之像素間距相當(大體上小於該像素間距)的波長的光照射時促使繞射的圖案。本文中對組合全像圖與其他繞射圖案(諸如充當透鏡或光柵之繞射圖案)進行參考。舉例而言，充當光柵之繞射圖案可與全像圖組合以平移重放平面上之重放場，或充當透鏡之繞射圖案可與全像圖組合以在近場中之重放平面上聚焦全像重建。
在以下描述中，術語「影像」在本文中用以指所需影像(亦稱為「目標影像」，其可自「源影像」導出)。術語「影像重建」係指所需影像或目標影像在一平面上的重建。因此，在全像顯示裝置之上下文中，術語「影像重建」係指「全像重建」。在涉及形成於平面上的影像時，術語「影像」亦可在本文中用作「影像重建」之簡寫。如先前所述，「影像重建」可包含稱為「影像光點」或「影像像素」之光之離散光點或點的圖案。
術語「顯示事件」習知地係指其中單一影像重建形成於顯示平面上的時間間隔。在如本文中所描述的全像顯示裝置之上下文中，此對應於顯示寫入至空間光調變器的單一全像圖的時間間隔。顯示事件可對應於視訊影像之圖框或子圖框之顯示。在以下描述中，術語「顯示事件」亦用以指其中複數個影像重建在實質上相同時間同步地形成於不同平面上的時間間隔。
儘管不同具體實例及具體實例之群可在以下詳細描述中單獨地記載，但任何具體實例或具體實例之群的任何特徵可與任何具體實例或具體實例之群的任何其他特徵或特徵之組合組合。即，設想本發明中記載的特徵之所有可能組合及排列。
110:光源
111:準直透鏡
112:出射波前
120:傅立葉變換透鏡
125:螢幕
140:SLM
202A:資料形成步驟
202B:資料形成步驟
210:輸入影像
211A:幅度值
211B:幅度值
213A:相位值
230:隨機相位分佈
250:第一處理區塊
253:第二處理區塊
256:第三處理區塊
258:處理區塊
259:第四處理區塊
280A:全像圖
280B:第二迭代全像圖
301:電極
301a:空隙
302:基板
302a:電路
303:對準層
304:液晶層
305:第二對準層
306:平面透明層
307:透明電極
308:可控相位調變元件
400:檢視者
601:第一影像光點
602:第二影像光點
621:影像光點
623:位置
910:光源
920:影像源
925a:重放平面
925b:重放平面
930:控制器
940:空間光調變器(SLM)
950:影像處理引擎
955:次級影像產生器
960:全像圖引擎
970:拼接引擎
980:資料框產生器
990:顯示引擎
A:第一影像
B:第二影像
C:第三影像
D:第四影像
P1:第一平面
P2:第二平面
P3:第三平面
P4:第四平面
僅作為實例參考下圖描述特定具體實例：[圖1]為展示在螢幕上產生全像重建之反射SLM的示意圖；[圖2A]說明實例Gerchberg-Saxton類型演算法之第一迭代；[圖2B]說明實例Gerchberg-Saxton類型演算法之第二及後續迭代；[圖2C]說明實例Gerchberg-Saxton類型演算法之替代第二及後續迭代；[圖3]為反射性LCOS SLM之示意圖；[圖4A]展示在沿著相對於檢視者配置的共同投射軸線設置的各別平面上形 成的複數個影像重建之實例，且[圖4B]展示如由檢視者所看到的包含圖4A之複數個影像重建的複合影像；[圖5A]展示根據具體實例的第一影像重建之影像光點之第一圖案，且[圖5B]展示根據具體實例的第二影像重建之影像光點之第二圖案；[圖6]展示形成於第一平面上的圖5A之第一影像重建及形成於第二平面上的圖5B之第二影像重建；[圖7]展示如由檢視者所看到的包含圖6之第一影像重建及第二影像重建的複合影像；[圖8A-C]展示根據具體實例的包含影像光點之不同圖案、形成於各別第一平面及第二平面上的第一影像重建及第二影像重建之一系列實例；以及[圖9]為展示根據具體實例的全像投射系統之示意圖。
貫穿圖式將使用相同元件符號指代相同或類似部分。
本發明並不受限於下文描述之具體實例但擴展至所附申請專利範圍之完整範圍。即，本發明可以不同形式體現且不應被解釋為受限於為了說明之目的而陳述之所描述具體實例。
除非另外指定，否則單數形式的術語可包括複數形式。
一結構被描述為形成於另一結構之上部部分/下部部分處或其他結構上/下應被解釋為包括其中該等結構彼此接觸的情況，及(此外)其中第三結構設置在該等結構之間的情況。
在描述時間關係(例如，當事件之時間順序描述為「在之後」、「後續」、「接下來」、「在之前」或諸如此類」時)中，除非另外指定，否則本發明應被視為包括連續及非連續事件。舉例而言，描述應被視為包括不連續之情 況，除非使用諸如「剛剛」、「緊接」或「直接」之措辭。
儘管在本文中可使用術語「第一」、「第二」等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於將一個元件與另一元件區分開來。舉例而言，在不脫離所附申請專利範圍之範圍的情況下，可將第一元件稱為第二元件，且類似地，可將第二元件稱為第一元件。
不同具體實例之特徵可部分或整體彼此耦接或組合，且可以不同方式彼此互相操作。一些具體實例可彼此獨立地進行，或可以相互依賴關係一起進行。
光學組態
圖1展示其中在單一空間光調變器上編碼電腦產生之全像圖的配置。該電腦產生之全像圖係為了重建而對物件進行之傅立葉變換。因此可稱全像圖為物件之傅立葉域或頻域或譜域表示。在此配置中，空間光調變器為反射性矽上液晶「liquid crystal on silicon，LCOS」裝置。全像圖經編碼於空間光調變器上且全像重建形成於重放場(例如諸如螢幕或漫射器之光接收表面)處。在根據本發明之替代性配置中，檢視者直接看向顯示全像圖之空間光調變器，且省略光接收表面。替代地，全像重建形成於自由空間中的位置處，或全像重建形成於檢視者的眼睛之視網膜上。
光源110(例如雷射器或雷射二極體)經設置以經由準直透鏡111照射SLM 140。準直透鏡致使光之大體上平面的波前入射於SLM上。在圖1中，波前之方向係離位的(例如與真正正交於透明層之平面相距二或三度)。然而，在其他配置中，大體上平面的波前提供於法線入射處，且分束器配置用以分開輸入與輸出光學路徑。在圖1中所示之配置中，來自光源之光自SLM之鏡像後表面反射且與光調變層相互作用以形成出射波前112。出射波前112被施加至包括傅立葉變換透鏡120的光學件，其焦點處於螢幕125處。更特定言之，傅立葉變換透 鏡120自SLM 140接收調變光之光束並執行頻率空間變換以在螢幕125處產生全像重建。
值得注意在此類型之全像術中，全像圖之每一像素促成整個重建。在重放場上之特定點(或影像像素)與特定光調變元件(或全像圖像素)之間不存在一對一相關性。換言之，射出光調變層之調變光橫越重放場來分佈。
在此等配置中，全像重建在空間中之位置係藉由傅立葉變換透鏡之折射(聚焦)功率來判定。在圖1中所展示之配置中，傅立葉變換透鏡為實體透鏡。即，傅立葉變換透鏡為光學傅立葉變換透鏡且光學地執行傅立葉變換。任何透鏡皆可充當傅立葉變換透鏡但透鏡之效能將限制其執行的傅立葉變換之準確度。熟習所屬技術領域者理解如何使用透鏡來執行光學傅立葉變換。
全像圖計算
在一些具體實例中，電腦產生之全像圖為傅立葉變換全像圖，或僅傅立葉全像圖或基於傅立葉之全像圖，其中影像藉由利用正透鏡之傅立葉變換性質而重建於遠場中。藉由將重放平面中之所要光場傅立葉變換回至透鏡平面來計算傅立葉全像圖。電腦產生之傅立葉全像圖可使用傅立葉變換來計算。在具體實例中，全像圖引擎用以使用任何合適的技術或演算法來計算電腦產生之全像圖。在下文描述用於計算電腦產生之全像圖的演算法之實例。
可使用諸如Gerchberg-Saxton演算法之演算法來計算傅立葉變換全像圖。此外，Gerchberg-Saxton演算法可用以自空間域中之僅振幅資訊(諸如像片)來計算傅立葉域中之全像圖(即傅立葉變換全像圖)。與目標相關之相位資訊實際上自空間域中之僅振幅資訊來「擷取」。在一些具體實例中，使用Gerchberg-Saxton演算法或其變體自僅振幅資訊來計算電腦產生之全像圖。
Gerchberg Saxton演算法考慮當分別在平面A及B中之光束之強度橫截面(IA(x,y)及IB(x,y))係已知的且IA(x,y)及IB(x,y)藉由單一傅立葉變換相關時 的情形。在給定強度橫截面情況下，分別發現平面A及B中之相位分佈的近似值ψA(x,y)及ψB(x,y)。Gerchberg-Saxton演算法藉由遵循迭代程序而發現此問題之解決方案。更特定言之，Gerchberg-Saxton演算法迭代地應用空間及光譜約束，同時在空間域與傅立葉(光譜或頻率)域之間重複地傳送表示IA(x,y)及IB(x,y)之資料集(振幅及相位)。經由演算法之至少一次迭代來獲得光譜域中之對應電腦產生之全像圖。演算法收斂且經配置以產生表示輸入影像之全像圖。全像圖可為僅振幅全像圖、僅相位全像圖或完全複合全像圖。
在一些具體實例中，使用基於諸如英國專利2,498,170或2,501,112中所描述的Gerchberg-Saxton演算法之演算法來計算僅相位全像圖，該專利之全文特此係以引用方式併入。然而，本文所記載之具體實例描述計算僅相位全像圖，僅作為實例。在此等具體實例中，Gerchberg-Saxton演算法擷取將產生已知振幅資訊T[x,y]的資料集之傅立葉變換之相位資訊ψ[u,v]，其中振幅資訊T[x,y]表示目標影像(例如像片)。由於幅度及相位固有地組合於傅立葉變換中，因此所變換幅度及相位含有關於所計算資料集合之準確度的適用資訊。因此，可運用對振幅及相位資訊兩者之回饋而迭代地使用演算法。然而，在此等具體實例中，僅僅相位資訊ψ[u,v]用作全像圖以形成表示影像平面處目標影像之全像。全像圖為相位值之資料集(例如2D陣列)。
在其他具體實例中，基於Gerchberg-Saxton演算法之演算法用以計算完全複合全像圖。完全複合全像圖為具有幅度分量及相位分量之全像圖。全像圖為包含複合資料值之陣列的資料集(例如2D陣列)，其中每一複合資料值包含幅度分量及相位分量。
在一些具體實例中，演算法處理複合資料且傅立葉變換為複合傅立葉變換。複合資料可被視為包含(i)實分量及虛分量或(ii)幅度分量及相位分量。在一些具體實例中，在演算法之各個階段以不同方式處理複合資料之兩個 分量。
圖2A說明用於計算僅相位全像圖的根據一些具體實例之演算法的第一迭代。至演算法之輸入為包含2D像素陣列或資料值的輸入影像210，其中每一像素或資料值為幅度(或振幅)值。即，輸入影像210之每一像素或資料值不具有相位分量。輸入影像210因此可被認為僅幅度或僅振幅或僅強度分佈。此輸入影像210之實例為像片或一個視訊圖框，其包含圖框之時間序列。演算法之第一迭代以資料形成步驟202A開始，該步驟包含使用隨機相位分佈(或隨機相位種子)230來指派隨機相位值至輸入影像之每一像素以形成起始複合資料集合，其中集合之每一資料元素包含幅度及相位。可稱起始複合資料集合表示空間域中之輸入影像。
第一處理區塊250接收起始複合資料集合並執行複合傅立葉變換以形成傅立葉變換之複合資料集合。第二處理區塊253接收傅立葉變換之複合資料集合並輸出全像圖280A。在一些具體實例中，全像圖280A為僅相位全像圖。在此等具體實例中，第二處理區塊253量化每一相位值且將每一振幅值設定成單位以便形成全像圖280A。根據可在將用以「顯示」僅相位全像圖之空間光調變器之像素上所表示的相位位準來量化每一相位值。舉例而言，若空間光調變器之每一像素提供256個不同相位位準，則將全像圖之每一相位值量化成256個可能相位位準中之一個相位位準。全像圖280A為表示輸入影像之僅相位傅立葉全像圖。在其他具體實例中，全像圖280A為包含自所接收傅立葉變換複合資料集合推導出的複合資料值(各自包括振幅分量及相位分量)之陣列的完全複合全像圖。在一些具體實例中，第二處理區塊253將每一複合資料值限制於複數個可允許複合調變位準中之一者以形成全像圖280A。約束之步驟可包括將每一複合資料值設定成複合平面中之最接近可允許複合調變位準。可稱全像圖280A表示頻譜或傅立葉或頻域中的輸入影像。在一些具體實例中，演算法此時停止。
然而，在其他具體實例中，演算法繼續，如由圖2A中之點線箭頭表示。換言之，遵循圖2A中之點線箭頭的步驟係可選的(即對於所有具體實例並非必需的)。
第三處理區塊256自第二處理區塊253接收經修改複合資料集合，並執行反相傅立葉變換以形成反相傅立葉變換之複合資料集合。可稱反向傅立葉變換的複合資料集表示空域中的輸入影像。
第四處理區塊259接收反相傅立葉變換之複合資料集合並提取幅度值211A之分佈及相位值213A之分佈。視情況，第四處理區塊259評估幅度值211A之分佈。特定言之，第四處理區塊259可比較反向傅立葉變換之複合資料集的幅度值211A之分佈與輸入影像210，該輸入影像自身當然為幅度值之分佈。若在幅度值211A之分佈與輸入影像210之間的差充分小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A係可接受的。即，若在幅度值211A之分佈與輸入影像210之間的差充分小，則第四處理區塊259可判定全像圖280A為輸入影像210之充分準確表示。在一些具體實例中，反相傅立葉變換複合資料集合的相位值213A之分佈出於比較之目的而忽略。將瞭解可採用用於比較幅度值211A之分佈與輸入影像210的任何數目個不同方法且本發明不限於任何特定方法。在一些具體實例中，計算均方差且若均方差小於臨限值，則全像圖280A被視為可接受的。若第四處理區塊259判定全像圖280A不可接受，則可執行演算法之一另外迭代。然而，此比較步驟並不必要且在其他具體實例中，所執行演算法之迭代的數目經預定或預設或使用者定義。
圖2B表示演算法之第二迭代及演算法之任何其他迭代。經由演算法之處理區塊回饋前一迭代之相位值213A的分佈。幅度值211A之分佈被拒絕，以促進輸入影像210之幅度值的分佈。在第一迭代中，資料形成步驟202A藉由組合輸入影像210之幅度值之分佈與隨機相位分佈230而形成第一複合資料集。然 而，在第二及後續迭代中，資料形成步驟202B包含藉由組合(i)來自演算法之前一迭代的相位值213A之分佈與(ii)輸入影像210之幅度值的分佈而形成複合資料集合。
藉由圖2B之資料形成步驟202B形成的複合資料集合接著以參看圖2A描述之相同方式來處理以形成第二迭代全像圖280B。因此，此處不重複對程序之解釋。當已計算第二迭代全像圖280B時演算法可停止。然而，可執行演算法之任何數目次其他迭代。應理解，第三處理區塊256僅若需要第四處理區塊259或需要另一迭代而需要。輸出全像圖280B運用每一迭代大體上變得較佳。然而，實務上通常達到以下結論：未觀測到可量測改良或額外處理時間之負面效應超過執行另一迭代之正面益處。因此，演算法描述為迭代及收斂。
圖2C表示第二及後續迭代之替代具體實例。經由演算法之處理區塊回饋前一迭代之相位值213A的分佈。幅度值211A之分佈被拒絕，以促進幅度值之替代分佈。在此替代具體實例中，幅度值之替代分佈係自前一迭代之幅度值211A的分佈導出。特定言之，處理區塊258自前一迭代之幅度值211A的分佈減去輸入影像210之幅度值的分佈，以增益因數α按比例縮放彼差且自輸入影像210減去該按比例縮放之差。此在數學上藉由以下方程式表示，其中下標文字及數字指示迭代數目：R n+1[x,y]=F'{exp(i ψ 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'為反向傅立葉變換；F為前向傅立葉變換；R[x,y]為由第三處理區塊256輸出之複合資料集； T[x,y]為輸入或目標影像；∠為相位分量；ψ為僅相位全像圖280B；η為幅度值211B之新分佈；且α為增益因數。
增益因數α可為固定或可變的。在一些具體實例中，增益因數α係基於入射目標影像資料之大小及速率而判定。在一些具體實例中，增益因數α取決於迭代數目。在一些具體實例中，增益因數α僅隨迭代數目而變。
圖2C之具體實例在所有其他方面與圖2A及圖2B之具體實例相同。可稱僅相位全像圖ψ(u,v)包含在頻域或傅立葉域中的相位分佈。
在一些具體實例中，使用空間光調變器來執行傅立葉變換。特定言之，全像圖資料與提供光功率之第二資料組合。即，寫入至空間光調變之資料包含表示物件之全像圖資料及表示透鏡之透鏡資料。當顯示於空間光調變器上並運用光照射時，透鏡資料仿真實體透鏡，即，其以與對應實體光學件相同的方式使光至一焦點。因此，透鏡資料提供光功率或聚焦功率。在此等具體實例中，可省略圖1之實體傅立葉變換透鏡120。如何計算表示透鏡之資料係已知的。表示透鏡之資料可被稱作軟體透鏡。舉例而言，僅相位透鏡可藉由計算由透鏡之每一點由於其折射率及空間上變化之光學路徑長度所引起的相位延遲而形成。舉例而言，在凸透鏡之中心處的光學路徑長度大於在透鏡之邊緣處的光學路徑長度。僅振幅透鏡可藉由菲涅爾分區板形成。在電腦產生之全像術技術領域中亦已知如何組合表示透鏡之資料與全像圖，以使得可在無需實體傅立葉透鏡的情況下執行全像圖之傅立葉變換。在一些具體實例中，透鏡資料藉由諸如簡單向量加法之簡單加法與全像圖組合。在一些具體實例中，實體透鏡與軟體透鏡結合使用以執行傅立葉變換。替代地，在其他具體實例中，完全省略傅立葉變換透鏡，使得 全像重建發生在遠場中。在其他具體實例中，全像圖可以相同方式與光柵資料組合，光柵資料即經配置以執行光柵之功能(諸如影像轉向)的資料。同樣，在該領域中已知如何計算此資料。舉例而言，僅相位光柵可藉由模型化由傾斜式光柵(blazed grating)之表面上的每一點所引起的相位延遲而形成。僅振幅光柵可簡單地與僅振幅全像圖疊置以提供全像重建之角度轉向。提供透鏡化及/或轉向之第二資料可被稱作光處理功能或光處理圖案，以與可被稱作影像形成功能或影像形成圖案之全像圖資料進行區分。
在一些具體實例中，傅立葉變換藉由實體傅立葉變換透鏡及軟體透鏡聯合地執行。即，藉由軟體透鏡提供促進傅立葉變換的一些光功率，且藉由一或多個實體光學件提供促進傅立葉變換的光功率之剩餘部分。
在一些具體實例中，提供經配置以接收影像資料且使用演算法即時計算全像圖的即時引擎。舉例而言，影像處理引擎可接收並處理對應於所需或目標影像之源影像，且全像圖引擎可計算對應於由影像處理引擎輸出的影像之全像圖。在一些具體實例中，影像資料為包含一系列影像圖框之視訊。在其他具體實例中，全像圖經預計算、儲存於電腦記憶體中且根據需要被重新呼叫以顯示於SLM上。即，在一些具體實例中，提供預定全像圖之儲存庫。
具體實例關於僅作為實例之傅立葉全像術及Gerchberg-Saxton類型演算法。一些具體實例關於在複數個平面上同時形成重建之全像圖。此類全像圖可為菲涅爾全像圖或使用多平面Gerchberg-Saxton演算法計算的全像圖。本發明亦適用於藉由諸如基於點雲方法之彼等技術之其他技術計算的全像圖。
光調變
空間光調變器可用以顯示包括電腦產生之全像圖的繞射圖案。舉例而言，繞射圖案可包含表示所需影像且視情況表示判定影像重建之位置的軟件透鏡等(例如，光柵/相位斜坡函數)之全像圖，如本文所描述。若全像圖為 僅相位全像圖，則需要調變相位之空間光調變器。若全像圖為完全複合全像圖，則可使用調變相位及振幅之空間光調變器，或可使用調變相位之第一空間光調變器及調變振幅之第二空間光調變器。
在一些具體實例中，空間光調變器之光調變元件(即像素)為含有液晶之單元。即，在一些具體實例中，空間光調變器為其中光學活性組件為液晶的液晶裝置。每一液晶單元經組態以選擇性地提供複數個光調變位準。即，每一液晶單元在任一時間經組態以在選自複數個可能的光調變位準之一個光調變位準下進行操作。每一液晶單元可動態重組態至與該複數個光調變位準不同的光調變位準。在一些具體實例中，空間光調變器為反射性矽上液晶(LCOS)空間光調變器，但本發明並不限於此類型之空間光調變器。
LCOS裝置在小孔隙(例如寬度幾個厘米)內提供光調變元件或像素之密集陣列。像素典型地為大致10微米或更小，其導致為幾度之繞射角，此意謂光學系統可為緊湊的。與其他液晶裝置之較大孔隙相比，更易於充分照射LCOS SLM之小孔隙。LCOS裝置典型地係反射的，此意謂驅動LCOS SLM之像素的電路可內埋於反射表面之下。此導致較高孔隙比。換言之，像素被緊密充填，此意謂在該等像素之間存在極少的無效空間(dead space)。此係有利的，此係因為其減少在重放場中之光學雜訊。LCOS SLM使用具有像素在光學上係平坦的優點的矽背板。此對於相位調變裝置特別重要。
僅作為實例，在下文參看圖3描述合適之LCOS SLM。使用單晶體矽基板302形成LCOS裝置。其具有藉由空隙301a間隔開、配置於基板之上部表面上的正方形平面鋁電極301之2D陣列。電極301中之每一者可經由內埋於基板302中之電路302a而定址。電極中之每一者形成各別平面鏡面。對準層303設置於電極之陣列上，且液晶層304設置於對準層303上。第二對準層305設置於例如玻璃之平面透明層306上。例如為ITO之單個透明電極307設置於透明層306與第二 對準層305之間。
正方形電極301中之每一者與透明電極307之上覆區及中介之液晶材料一起界定可控相位調變元件308，其常常被稱作像素。考慮像素之間的空間，有效像素區域或填充因數為光活性之總像素之百分比。藉由控制相對於透明電極307施加至每一電極301之電壓，各別相位調變元件之液晶材料之性質可變化，從而提供對入射於其上之光之可變延遲。效果為向波前提供僅相位調變，即不發生振幅效應。
所描述LCOS SLM以反射方式輸出空間上調變之光。反射式LCOS SLM具有信號線、閘極線及電晶體在鏡像表面下方的優點，此導致高填充因數(通常大於90%)及高解析度。使用反射性LCOS空間光調變器之另一優點為與在使用透射裝置情況下將需要的厚度相比，液晶層可為該厚度的一半。此極大地改良了液晶之切換速度(移動視訊影像之投射的關鍵優點)。然而，本發明之教示內容可同樣使用透射LCOS SLM來實施。
在多個平面上形成多個影像重建
圖4A說明形成於不同平面處、相對於檢視者400配置的複數個，即四個目標影像(即影像重建)之實例。詳言之，第一影像「A」形成於第一平面「P1」處，第二影像「B」形成於第二平面「P2」處，第三影像「C」形成於第三平面「P3」處，且第四影像「D」形成於第四平面「P4」處。平面P1至P4設置在沿著共同投射軸線(未展示)之不同位置處。因此，平面P1至P4彼此平行且與投射軸線正交地配置，投射軸線延伸穿過每一平面P1至P4之中心。第一平面P1位於沿著投射軸線相距空間光調變器(未展示)之最大距離處，且第四平面P4位於沿著投射軸線相距空間光調變器之最小距離處。圖4B展示由檢視者感知的複合影像，其包含圖4A之第一影像A、第二影像B、第三影像C及第四影像D。第二影像B、第三影像C及第四影像D可調整大小以避免導致對深度之任何感知。為 了易於說明，複數個影像A至D在其各別二維平面中的在空間上分離的位置(即，x、y座標位置)處形成，使得影像在由檢視者看到的複合影像中並不重合或重疊。在其他實例中，複數個影像可形成於其各別平面中的位置處，以使得其在由檢視者看到的複合影像中鄰近但至少非重疊。
如上所述，在空間光調變器顯示全像圖時，全像重建(即影像重建)形成於至少一個平面上，其中每一影像重建包含影像光點或影像像素。詳言之，配置成陣列的一組影像光點可選擇性地形成於至少一個重放平面上。
本發明人已發現，可藉由在不同平面上形成(即顯示)影像重建的影像光點之不同群組或子集來改良影像重建之品質。詳言之，影像品質可藉由在空間上多工處理影像光點之不同群組或子集之顯示來加以改良。影像光點之陣列的不同子集形成於不同平面上。詳言之，每一平面上的鄰近影像光點比影像光點之完整感知陣列中的鄰近影像光點隔開地更寬。快速接續地或在實質上相同時間將具有較少且隔開較寬的影像光點的圖案中之影像光點之不同子集顯示不同平面上來改良影像品質。例如，具有相反棋盤圖案之影像光點陣列可顯示於不同平面上。此方法避免在同一平面上形成鄰近的緊密隔開的影像光點(即在影像重建之影像光點陣列中)，且因此發現其減小像素串擾或像素間干擾，藉此改良影像品質。顯示影像光點之子集不會造成影像品質劣化，此係因為目標影像之所有影像光點由人眼感知。因此，檢視者看到全解析度影像重建。
根據本發明之具體實例，複數個影像重建在實質上相同時間同步地形成於不同平面上。圖5至圖7展示根據具體實例的形成於不同平面上的相同目標影像之影像光點之子集之顯示的實例，該等影像光點各自配置成棋盤圖案。本發明不限於使用配置成棋盤圖案的影像光點圖案。相反，如本文中所描述，使得能夠插置影像光點之各種其他影像光點圖案係可能的且被預期。
圖5A展示第一影像重建之第一影像光點，且圖5B展示第二影像 重建之第二影像光點。第一影像光點包含經配置成第一圖案的影像光點之一子集，且第二影像光點包含經配置成第二圖案的影像光點之一子集。在所說明實例中，可藉由空間光調變器在重放場中形成的該組影像光點為5×5之影像光點陣列(即，第一影像光點與第二影像光點之組合)。將瞭解，實務上，空間光調變器形成的影像重建包含大得多的影像光點陣列。此外，將瞭解，影像光點之值未在圖5A及圖5B中說明，其意謂例如所說明影像光點中之一些可能具有零值，且因此可能看似並非影像重建中的光點。
圖5A之影像光點之第一圖案包含第一棋盤圖案，且圖5B之影像光點之第二圖案包含第二棋盤圖案，其中第一圖案與第二棋盤圖案相反(即，為其反轉)。舉例而言，第一圖案包含經配置成第一棋盤圖案的影像光點之第一子集(例如，對應於棋盤之黑色正方形)，且第二圖案包含經配置成第二(相反)棋盤圖案的影像光點之第二子集(例如，對應於棋盤之白色正方形)。因此，第一圖案及第二圖案中之每一者包含影像光點陣列之減小數目的影像光點(即，5×5影像光點陣列之一子集)。
根據具體實例，相同目標影像之第一影像重建與第二影像重建在各別第一平面及第二平面處同步地形成，如圖6及圖7中所示。詳言之，第一影像重建與第二影像重建實質上同時形成，以使得其由人眼感知為共面。用以計算第一全像圖及第二全像圖中的一者的影像可基於在該第一平面與該第二平面之間的距離而將大小調整一定量，以使得第一影像重建與第二影像重建看似共面。第一影像重建與第二影像重建同時形成或顯示(例如，藉由在實質上相同時間在相同或不同空間光調變器之各別第一陣列及第二陣列上同步地顯示各別第一及第二單平面全像圖，或在空間光調變器上顯示雙平面全像圖)。
如圖6中所展示，第一影像光點601形成於第一平面P1上，且第二影像光點602形成於第二平面P2上，其中第一平面P1與第二平面P2配置成沿著共 同投射軸線(未展示)平行。因為第一影像光點及第二影像光點中之每一者包含經配置成棋盤圖案的相同目標影像之影像光點之一子集，因此各別平面上的在鄰近影像光點之間的間隔增大至兩倍(即，與在5×5陣列之鄰近影像光點之間的間隔相比)。此外，因為第一影像光點601與第二影像光點602配置成相反的棋盤圖案，因此在檢視複合影像時，第二影像光點602插置在第一影像光點601之間。可稱第二影像光點602在複合二維影像中填充在第一影像光點601之間的間隙。詳言之，如圖6中所展示，形成於第二平面P2上的第二影像光點602之影像光點621在位置623處插置在形成於第一平面P1上的第一影像光點601中的三者之間。因此，形成於第一平面P1上的第一影像重建之第一影像光點601與形成於第二平面P2上的第二影像重建之第二影像光點602在空間上分離，且插置在其之間。可稱第一影像光點601與第二影像光點602之座標位置(如由其各別平面之二維座標系統(x、y)所界定)自彼此移位或偏移，以使得第一影像光點與第二影像光點經插置且在空間上分離。圖7展示如檢視者所見的複合影像，其包含形成於第一平面P1上的第一影像重建之第一影像光點601及形成於圖6之第二平面P2上的第二影像重建之第二影像光點602。
提供一種影像投射方法，該方法用於在設置在共同投射軸線上的不同平面上形成複數個影像重建。該方法包含判定對應於用於影像重建的目標影像之至少一個全像圖。該方法進一步包含形成繞射圖案，其包括對應全像圖。該方法包含使用顯示引擎來顯示每一繞射圖案。該方法進一步包含用光照射顯示引擎且在複數個不同平面中的一平面上形成對應於每一全像圖的影像重建，其中每一影像重建包含經配置成圖案的影像光點，且其中形成於第一平面上的第一影像重建之影像光點插置在形成於第二平面上的第二影像重建之影像光點之間。
因此，記載形成於不同平面上的二維影像重建之影像光點在第三 維度(在投射軸線之方向上延伸)上進行的空間插置或交錯。影像光點在三個維度上進行空間插置之原理可應用於相同顏色之影像光點(例如，在形成單色影像的情況下)及不同顏色之影像光點(例如，在形成多色(全色)影像的情況下)。實例描述如下。
用於棋盤化之全像圖計算
在上文參考圖5至圖7所描述的具體實例中，每一影像重建包含經配置成棋盤圖案的單一所需或目標影像之影像光點之一子集。此在本文中稱為「棋盤化」。在單一時間點顯示在空間光調變器上的個別全像圖(例如，形成的影像光點在不同平面上具有相反棋盤化圖案的雙平面全像圖)來重建完整目標影像，但跨越兩個平面。或者，兩個個別全像圖(例如，形成的影像光點在各別平面上具有相反棋盤化圖案的一對全像圖)可一起重建跨越兩個平面的完整目標影像。可稱對應於目標影像之部分影像重建的影像光點之一子集形成於每一平面上。用於計算將形成目標影像之部分影像重建的全像圖之各種技術係可能的。以下使用棋盤化方法描述各實例，其中每一個別全像圖表示經配置成棋盤圖案的目標影像的影像光點之一子集，如上所述。
棋盤化
詳言之，包含源影像之影像資料可由影像處理引擎接收及處理，該源影像表示所需或目標影像。在一些實例中，源影像可為用於處理的影像。影像處理引擎可處理(例如，子取樣)該影像以產生一對次級影像。子取樣可基於棋盤圖案。可藉由選擇第一棋盤圖案中的影像之每隔一個影像像素且對其餘像素置零(即用「零」填充其餘像素)來產生第一次級影像。可藉由選擇第二棋盤圖案中的影像之每隔一個影像像素且對其餘像素置零(即，用「零」填充其餘像素)來產生第二次級影像，其中第一棋盤圖案與第二棋盤圖案相反，且反之亦然。因此，第一次級影像包含影像像素之第一子集，且第二次級影像包含影像像素之 第二子集，其中第一子集與第二子集並不重疊，且一起形成該組影像像素。
在本發明之一些具體實例中，基於所需或目標影像之所有影像像素來計算單一全像圖。該單一全像圖形成包含具有棋盤圖案的影像光點之各別子集(每一平面上一個子集)的第一影像重建及第二影像重建，其感知為經配置成陣列的目標影像之完整重建。在其他具體實例中，計算一對全像圖，其中基於目標影像的影像像素之一子集來計算每一全像圖。因此，第一全像圖及第二全像圖形成包含在各別平面上具有棋盤圖案的影像光點之各別子集的各別第一影像重建及第二影像重建。像素之每一子集包含減小數目之像素。像素之子集可使用取樣方案基於棋盤化圖案來判定。詳言之，用於棋盤化之取樣方案選擇(或子取樣)影像之每隔一個影像像素，以使得影像像素之數目降低為一半。每一平面上的每一影像重建包含形成目標影像之部分影像重建的影像光點之一子集。藉助於棋盤化方法，在每一平面上的陣列中的影像光點之間的間隔增大至兩倍。然而，所感知複合影像重建之空間解析率(即影像光點之密度)並不降低一半。
在一些具體實例中，每一全像圖為包括於繞射圖案中的傅立葉全像圖，其中傅立葉全像圖與判定在重放場之投射軸線上的位置的透鏡函數疊加。在此等具體實例中，與第一全像圖疊加的透鏡函數不同於與第二全像圖疊加的透鏡函數。第一平面上的第一影像重建與第二平面上的第二影像重建可為相同顏色或不同顏色。在此等具體實例中，可逐顏色提供兩個全像投射通道。舉例而言，第一紅色全像投射通道可用以在第一平面上形成第一紅色影像重建，且第二紅色全像投射通道可用以形成第二紅色影像重建。在一些具體實例中，紅色、綠色及藍色影像重建形成於投射軸線上的複數個平面上。
檢視者看到每一目標影像之單一完整影像重構，其對應於經組合的第一及第二部分影像重建。因此，所投射影像看似目標影像之真實且完整的重建。
以上技術可用以計算待顯示於沿著共同投射軸線所設置的複數個平面中的不同平面上的每一目標影像之全像圖，如本文所描述。
用於插置影像光點之相位斜坡函數
在使用不同全像投射通道以在不同平面上形成複數個全像重建之其他具體實例中，藉由添加相位斜坡或軟體光柵函數來使(部分)影像重建中的一者相對於另一者平移，目標影像之第一(部分)影像重建之影像光點看似插置在目標影像之第二(部分)影像重建之影像光點之間。在使用不同全像投射通道之其他具體實例中，應用不同相位斜坡函數，使得一個影像重建之影像光點(感知為)插置在另一影像重建之影像光點之間。此有助於防止在形成於相同平面上的鄰近影像光點之間的任何重疊(即，其減少或防止「像素串擾」或「像素間干擾」)。在同一平面上的鄰近影像光點或影像像素之重疊可產生對檢視者看似為紋理/雜訊之干擾。藉由在實質上相同時間而在不同的平行平面上形成第一(部分)影像重建及第二(部分)影像重建，可管理此干擾。可基於目標影像而自各別解析度減小之影像來計算第一全像圖及第二全像圖，其實例在下文描述。
具有內核的子取樣
一個實例取樣方案為使用所謂的「內核」對源影像之影像像素進行取樣。內核可視為擷取小影像像素群組(例如，4×4像素陣列)且對其操作的移動取樣窗口。內核遞增地移動至覆蓋或擷取影像中的連續(即鄰近且非重疊)像素群組之一系列取樣窗口位置。可稱內核對源影像之連續像素群組進行操作。對於每一取樣窗口位置，內核操作以判定次級影像之單一子取樣像素值，表示在取樣窗口中擷取的影像像素之值。舉例而言，次級影像之單一子取樣像素值可計算為像素值之平均或加權像素值之平均，其中應用於像素值的加權由內核操作界定。因此，次級影像包含經子取樣或解析度減小之影像(即具有減小數目之影像像素)。不同的基於內核之取樣方案(例如，界定不同取樣窗口位置及/或不同 內核操作)可用以判定用於計算一或多個對應全像圖之第一次級影像及第二次級影像。
利用扭曲校正對中間影像進行子取樣
另一實例取樣方案為處理源影像之影像像素以判定中間影像，且使用該中間影像作為用於取樣之初級影像以判定用於全像圖計算之次級影像。舉例而言，可使用位移映射來判定中間影像，該位移映射包含源影像之每一像素的位移值(例如，在x及y方向上)，表示由經配置以形成每一影像重建的光學中繼系統(沿著共同投射軸線延伸)而造成的影像失真。詳言之，全像投射器之光學中繼系統可包括具有光功率之光學件及/或影像組合器。由該光學系統形成的影像重建可能失真。可藉由考慮每一像素之個別位移(x及y)來模型化該失真。在諸如抬頭顯示器之實際應用中，此類失真可由自重放平面至眼框的光學路徑中的放大光學件、自由形式光學件、擋風玻璃等而造成。該效應稱為「扭曲」，且因此中間影像可稱為「扭曲影像」，其使用「扭曲映射」加以判定。用於處理之中間影像或初級影像根據一扭曲映射或一對扭曲映射(例如，x及y)以自源影像導出。可藉由使源影像扭曲來形成中間影像。像素在中間影像中之位置可藉由建立由扭曲而在x及y方向上造成的平移來判定。此可藉由計算射線追蹤或藉由使用相機來量測現實世界位移且內插結果來判定。對扭曲影像(即中間影像而非源或目標影像)進行子取樣以產生複數個次級影像。用於計算全像圖之次級影像有效地補償扭曲效應，此係因為次級影像係自中間影像(即扭曲影像)而非源影像來計算。因此，此技術具有同時補償由投射器之光學中繼系統而造成的扭曲之額外優點。
可使用如上所述之內核或其他類型之固定或移動取樣窗口來對扭曲影像進行子取樣。舉例而言，覆蓋實質上整個扭曲影像之經對稱配置圓形取樣窗口之第一群組可用以判定第一次級影像之像素值。在自第一群組對角地偏 移但與第一群組部分重疊的位置處的經對稱配置圓形取樣窗口之等效第二群組可用以判定第二次級影像之像素值。每一取樣窗口可藉由將加權應用於在該取樣窗口中所擷取的像素值(即，灰階值)且計算加權值之平均來判定對應次級影像之單一子取樣像素值。舉例而言，加權可採用高斯分佈(Gaussian distribution)，使得根據高斯分佈，取樣窗口之中心處的影像像素具有最高加權，且取樣窗口之邊緣處的像素值具有最低加權。
基於扭曲映射之子取樣
另一實例子取樣方案為對高解析度影像之像素進行子取樣以導出複數個次級影像，其中用於對子取樣影像之像素群組進行子取樣之取樣窗口位置係基於扭曲映射而判定。舉例而言，可藉由按比例增大源或目標影像來形成高解析度影像。用於投射器之位移映射(或扭曲映射)可用以判定由扭曲而造成的像素位移。因此，因為由扭曲效應而造成像素在x及y方向上的位移係已知的，因此可出於子取樣以補償扭曲效應的目的來利用移位位置。因此，此技術藉由對取樣窗口在移位像素位置處所擷取的影像像素之群組(例如，包含4×4像素陣列的區塊)進行子取樣而自高解析度影像導出複數個次級影像，以補償扭曲效應。
因此，使用取樣窗口在對應於移位位置的一組取樣窗口位置處對源影像進行子取樣，以使得自在對應取樣窗口內擷取的影像像素之像素值導出用於每一次級影像的每一像素之單一子取樣像素值。與其中通常預定義取樣窗口位置的其他子取樣技術相比，以用於光學中繼系統的位移/扭曲映射為基礎來計算取樣窗口位置。
因此，可產生第一次級影像及第二次級影像。第一次級影像及第二次級影像藉助於取樣方案(即，取樣窗口之位置)而自動地補償扭曲效應。可使用第一次級影像及第二次級影像來計算第一全像圖及第二全像圖。或者，可計算一個全像圖(例如，諸如菲涅爾全像圖之雙平面全像圖)，其以全像圖形方式 在第一平面上重建第一次級影像且在不同於第一平面的第二平面上重建第二次級影像。因此，檢視者能夠在全像投射器之投射軸線上看到目標影像之真實重建，其已補償光學中繼系統之扭曲效應。
使多個平面上的多個棋盤影像重建同步
在一些具體實例中，單色目標影像之影像重建可形成於不同平面上，其中每一影像重建包含相同顏色之影像光點。在第一顯示事件期間，形成於第一平面上的影像之第一部分影像重建為影像光點之第一棋盤圖案，且形成於第二平面上的影像之第二部分影像重建為影像光點之第二棋盤圖案，如圖6中所展示。在第二顯示事件期間，形成於第一平面上的影像之互補第一部分影像重建為影像光點之第二棋盤圖案，且形成於第二平面上的影像之互補第二部分影像重建為影像光點之第一棋盤圖案。在每一顯示事件期間，第一影像重建與第二影像重建之形成同步。在一些具體實例中，第一影像重建與第二影像重建自相同全像圖同時形成。在一些具體實例中，第一影像重建與第二影像重建係以空間分離方法(例如，藉由使用兩個單獨的全像通道/空間光調變器顯示對應全像圖)而同時形成。在其他具體實例中，第一影像重建與第二影像重建以如下文所描述的圖框依次方法而一個接一個地形成(例如，藉由以高速度在單一空間光調變器上依次顯示對應全像圖)。
實例1-兩個平面上的單色(紅色)影像：
Figure 109142867-A0305-02-0033-1
實例1
在實例1之方案中，形成於第一平面中的影像重建之影像光點具有第一棋盤圖案(「第一方格」)，而形成於第二平面上的影像重建之影像光點具有第二棋盤圖案(「第二方格」)，且反之亦然。因此，在由檢視者檢視時，形成 於第一平面上的影像重建之影像光點插置在形成於第二平面上的影像重建之影像光點之間。此外，在第一平面上一個接一個(即依次/連續地)形成的影像重建之影像光點在第一棋盤圖案與第二棋盤圖案之間交替，且在第二平面上一個接一個形成的影像重建之影像光點在第二棋盤圖案與第一棋盤圖案之間交替。由檢視者看到的複合影像包含形成於不同平面上的影像重建，不遭受每一重放場中的影像像素干擾之問題。
實例2及3-兩個平面上的兩色(紅色及綠色)影像
在其他具體實例中，預期例如使用不同顏色以在每一平面上形成多色或「全色」影像重建之更複雜方案。形成彩色影像重建之兩種不同方法為吾人所知。稱為空間分離顏色「SSC」之第一方法使用光調變像素之三個空間分離陣列以同時顯示三個單色全像圖(例如，紅色、藍色及綠色全像圖)。稱為圖框依序顏色「FSC」之第二方法使用共同空間光調變器之所有像素以按一定順序顯示三個單色全像圖，其在人眼之整合時間內執行。
在以下實例方案中，目標影像為對應於其紅色、綠色(及藍色)影像像素之紅色、綠色(及藍色)影像之複合體。如上所述，對於每一顏色或波長計算單獨的全像圖。根據本發明，形成於第一顯示平面上的影像光點在顯示事件期間插置在形成於第二顯示平面上的影像光點之間。
Figure 109142867-A0305-02-0034-2
實例2
在實例2之方案中，形成於第一平面上的影像重建之紅色影像光 點具有第一棋盤圖案，而形成於第二平面上的影像重建之紅色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。類似地，形成於第一平面上的影像重建之綠色影像光點具有第二棋盤圖案，而形成於第二平面上的影像重建之綠色影像光點具有第一棋盤圖案，且反之亦然。因此，紅色影像的第一部分影像重建之紅色影像光點在顯示事件期間插置在紅色影像的第二部分影像重建之紅色影像光點之間，且綠色影像的第一部分影像重建之綠色影像光點在顯示事件期間插置在綠色影像的第二部分影像重建之綠色影像光點之間。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，此方案可擴展為包括第三顏色，即在各別第一平面及第二平面上的第一影像及第二影像中之每一者的藍色影像光點。
Figure 109142867-A0305-02-0035-3
實例3
在實例3之方案中，第一平面上的紅色影像光點具有第一棋盤圖案，而第一平面上的綠色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。類似地，第二平面上的紅色影像光點具有第一棋盤圖案，而第二平面上的綠色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。因此，紅色影像的第一部分影像重建之紅色影像光點在顯示事件之兩個子圖框期間皆插置在綠色影像的第二部分影像重建之綠色影像光點之間。
實例4及5-兩個平面上的三色(紅色、綠色及藍色)影像
Figure 109142867-A0305-02-0035-4
Figure 109142867-A0305-02-0036-5
實例4
在實例4之方案中，第一平面上的紅色/綠色影像光點具有第一棋盤圖案，而第一平面上的藍色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。類似地，第二平面上的藍色影像光點具有第一棋盤圖案，而第二平面上的紅色/綠色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。因此，在每一顯示事件期間，形成於第一平面上的紅色、綠色及藍色影像光點插置在形成於第二平面上的各別紅色、綠色及藍色影像光點之間。
Figure 109142867-A0305-02-0036-6
實例5
在實例5之方案中，顯示複數個目標影像，其中每一目標影像為對應於其紅色、綠色及藍色影像像素的紅色、綠色及藍色影像之複合體。每一顯示事件可顯示複數個目標影像中的一不同者。形成於第一平面上的各別影像的影像重建之紅色、綠色及藍色影像光點具有第一棋盤圖案，而形成於第二平面上的相同影像的影像重建之紅色、綠色及藍色影像光點具有第二棋盤圖案，且反之亦然。因此，在每一顯示事件期間，形成於第一平面上的經疊加的紅色、綠色及 藍色影像光點插置在形成於第二平面上的經疊加的紅色、綠色及藍色影像光點之間。在此方案中，第一及第二影像重建/平面中之每一者需要三個單獨的全像通道(紅色、綠色及藍色通道)，以使得能夠在不同平面上同時顯示相同顏色。
圖8A-C展示使用實例5之方案來顯示各別第一、第二及第三目標影像。因此，在圖8A中所展示之第一顯示事件期間，形成於第一平面P1中的第一影像的第一部分影像重建之RGB影像光點具有第一棋盤圖案，且形成於第二平面P2上的第一影像的第二部分影像重建之RGB影像光點具有第二棋盤圖案。在圖8B中所展示之第二顯示事件期間，形成於第一平面P1中的第二影像的第一部分影像重建之RGB影像光點具有第二棋盤圖案，且形成於第二平面P2上的第二影像的第二部分影像重建之RGB影像光點具有第一棋盤圖案。最後，在圖8C中所展示之第三顯示事件期間，形成於第一平面P1中的第三影像的第一部分影像重建之RGB影像光點具有第一棋盤圖案，且形成於第二平面P2上的第三影像的第二部分影像重建之RGB影像光點具有第二棋盤圖案。因此，在每一顯示事件期間，形成於第一平面上的RGB影像光點插置在形成於第二平面上的RGB影像光點之間。
所屬技術領域中具有通常知識者將容易地瞭解用於根據本發明之原理使顏色及棋盤圖案同步的其他方案。
如上所述，由本文中記載的投射器之空間光調變器顯示的全像圖可為傅立葉或菲涅爾全像圖。在包含傅立葉全像圖之具體實例中，單一傅立葉全像圖僅在一個平面上形成影像重建。該平面之位置由包括該全像圖的繞射圖案之可變軟體透鏡來判定，如上所述。在包含菲涅爾全像圖之具體實例中，單一菲涅爾全像圖可用以在複數個平面中之每一者上同時形成影像重建。在其他具體實例中，雙平面全像圖用以同步在不同平面上同時形成兩個全像重放場。
在一個特定具體實例中，使用傅立葉全像術，其中可變軟體透鏡 應用於繞射圖案以在各別第一及第二平面上形成全像圖之影像重建。一個紅色、一個綠色及一個藍色全像通道用以選擇性地在各別第一平面及第二平面上形成紅色、綠色及藍色影像重建。
系統圖
圖9為展示根據具體實例的全像系統之示意圖。空間光調變器(spatial light modulator；SLM)940經配置以顯示自控制器930接收的全像圖。在操作中，光源910照射顯示於SLM 940上的全像圖，且全像重建形成於重放平面925a上的重放場中。根據具體實例，重放平面925a可處於自由空間中。全像重建可根據對應可變軟體透鏡之焦距而另外或替代地形成於重放平面925b上。控制器930自影像源920接收影像。舉例而言，影像源920可為影像擷取裝置，諸如經配置以擷取單一靜態影像的靜態相機或經配置以擷取移動影像之一系列視訊的視訊攝影機。
控制器930包含影像處理引擎950、全像圖引擎960、資料框產生器980及顯示引擎990。影像處理引擎950自影像源920接收複數個源影像，該等源影像用於顯示在複合影像中的各別平面上。影像處理引擎950可如下文所描述來處理所接收影像，或可將所接收影像直接傳遞至全像圖引擎960以用於計算對應全像圖。
影像處理引擎950包含次級影像產生器955，其經配置以根據所界定方案而自每一所接收影像(例如，表示所需或目標影像之源影像)產生複數個次級影像，如本文所描述。影像處理引擎950可接收控制信號或以其他方式來判定用於產生次級影像之方案。因此，每一次級影像包含比所接收影像少的像素。影像處理引擎950可使用源影像作為初級影像以產生複數個次級影像。源影像可為目標影像之按比例增大版本，或影像處理引擎可執行按比例增大，如本文所描述。或者，影像處理引擎950可處理源影像以判定中間影像，且使用中間影像作 為初級影像。舉例而言，中間影像可為「扭曲影像」，如本文所描述。可使用位移映射判定扭曲影像，該位移映射包含源影像之每一像素的位移值(例如，在x及y方向上)，表示由經配置以對每一全像重建進行成像的光學中繼系統而造成的影像失真。影像處理引擎950可藉由對初級影像進行子取樣(或欠取樣)來產生複數個次級影像，如本文所描述。影像處理引擎950可判定第一次級影像及第二次級影像，其中自初級影像之第一像素群組計算第一次級影像的每一像素之像素值，且自初級影像的第二像素群組計算第二次級影像的每一像素之像素值。在一些實施中，用以選擇第二像素群組的取樣窗口自用以選擇第一像素群組的取樣窗口偏移及/或與其部分地重疊。在其他實施中，在每一情況下，取樣窗口位置可配置成棋盤圖案，其中針對每一次級影像使用不同棋盤圖案。在一些實施中，使用位移映射來判定用於選擇第一像素群組及第二像素群組之取樣窗口位置。影像處理引擎950將複數個次級影像傳遞至全像圖引擎960。
全像圖引擎960經配置以判定對應於自影像處理引擎950接收的每一影像之全像圖，如本文所描述。此外，全像圖引擎經配置以對於每一影像判定包括該全像圖且視情況包括軟體透鏡及/或光柵/相位斜坡函數之繞射圖案，如本文所描述。全像圖引擎960將繞射圖案傳遞至資料框產生器980。資料框產生器980經配置以產生包含複數個繞射圖案之資料框(例如，HDMI框)，如本文所描述。詳言之，資料框產生器980產生包含用於複數個全像圖中之每一者的全像圖資料之資料框。資料框產生器980將資料框傳遞至顯示引擎990。顯示引擎990經配置以依次在SLM 940上顯示複數個全像圖中之每一者。顯示引擎990包含全像圖提取器992、拼接引擎970及軟體光學件994。顯示引擎990使用全像圖提取器992自資料框提取每一全像圖，且根據由拼接引擎970產生的拼接方案來拼接該全像圖，如本文所描述。詳言之，拼接引擎970可接收控制信號以判定拼接方案，或可基於全像圖以其他方式判定用於拼接的拼接方案。顯示引擎990可視情況使 用軟體光學件994來添加相位斜坡函數(軟體光柵函數)、在重放平面上平移重放場之位置，如本文所描述。因此，對於每一全像圖，顯示引擎990經配置以將驅動信號輸出至SLM 940，以根據對應拼接方案以同步方案在各別平面上顯示包括複數個全像圖中的一全像圖之每一繞射圖案，如本文所描述。
控制器930可動態地控制次級影像產生器955如何產生次級影像，如本文所描述。控制器930可動態地控制全像圖之刷新速率。如本文中所描述，刷新速率可視為藉由全像圖引擎依據由影像處理引擎950自影像源920接收的一序序中的下一源影像來重新計算全像圖的頻率。如本文中所描述，可動態控制的特徵及參數可基於由控制信號指示的外部因素而判定。控制器930可接收與此類外部因素相關的控制信號，或可包括用於判定此類外部因素且相應地產生此類控制信號的模組。
如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，控制器930之上述特徵可在軟體、韌體或硬體及其任何組合中來實施。
因此，提供一種經配置以形成可自檢視區域所檢視的影像之投射器。該投射器包含至少一個空間光調變器及至少一個光源(根據顏色)。每一空間光調變器經配置以顯示電腦產生之繞射圖案。每一對應光源經配置以在空間光調變器顯示期間照射空間光調變器，使得第一影像形成於第一平面上且第二影像形成於第二平面上。第一平面與空間光調變器在空間上分離第一傳播距離，且第二平面與空間光調變器在空間上分離不同於第一傳播距離的第二傳播距離。第一影像包含經配置成第一圖案之第一影像光點，且第二影像包含經配置成第二圖案之第二影像光點。第一影像光點與第二影像光點交插(即在影像之兩個維度(x、y)及與投射軸線平行的第三維度(z)上進行空間上之插置及偏移/分離)，使得第一影像光點與第二光點可同時自檢視區域看到。電腦產生之繞射圖案可為經配置以同時形成第一影像與第二影像之菲涅爾全像圖。或者，電腦產生 之繞射圖案可包含兩個在空間上分離的傅立葉全像圖，每一者與界定相距各別(重放)平面之各別傳播距離的各別透鏡函數加以組合(即，疊加/相加)。即，第一傅立葉全像圖顯示於空間光調變器之第一像素子集(例如，第一半)上，且第二傅立葉全像圖與第一傅立葉全像圖在實質上相同時間顯示於空間光調變器之第二像素子集(例如，第二半)上。
在一些具體實例中，影像處理引擎經配置以根據第一取樣方案對用於投射的第一初級影像進行欠取樣(under-sample)，以形成包含經配置成第一棋盤圖案的像素之第一次級影像。影像處理引擎經進一步配置以根據第二取樣方案對用於投射的第一初級影像進行欠取樣，以形成包含經配置成第二棋盤圖案的像素之第二次級影像。第二取樣方案可不同於第一取樣方案，且第二棋盤圖案可與第一棋盤圖案相反。全像圖引擎經配置以自第一次級影像判定第一全像圖；以及自第二次級影像判定第二全像圖。或者，全像圖引擎可經配置以判定(例如，計算)單一全像圖(例如，菲涅爾全像圖)，其編碼第一次級影像及第二次級影像。光源經配置以照射空間光調變器，使得對應於第一全像圖的第一影像重建形成於第一平面上，且同時地，對應於第二全像圖的第二影像重建形成於第二平面上。第一平面與空間光調變器在空間上分離第一傳播距離，且第二平面與空間光調變器在空間上分離第二傳播距離。第二傳播距離不同於第一傳播距離。第一影像重建包含經配置成第一圖案的第一影像光點，且第二影像重建包含經配置成第二圖案的第二影像光點。第一影像光點插置在第二影像光點之間，使得第一影像光點及第二影像光點兩者可同時自檢視區域看到。
額外特徵
諸具體實例涉及電啟動LCOS空間光調變器(僅作為實例)。本發明之教示可同等地實施於能夠根據本發明來顯示電腦產生之全像圖的任何空間光調變器上，諸如(例如)任何電啟動SLM、光啟動SLM、數位微鏡裝置或微機 電裝置。
在一些具體實例中，光源為諸如雷射二極體之雷射器。在一些具體實例中，光接收表面為漫射器表面或諸如漫射器之螢幕。本發明之全像投射系統可用以提供改良之抬頭顯示器(HUD)或頭戴式顯示器。在一些具體實例中，提供一種運輸工具，其包含經安裝在該運輸工具中以提供HUD之全像投射系統。該車輛可為自動運輸工具，諸如汽車、卡車、廂式車、貨車、機車、火車、飛機、小艇或船舶。
在一些具體實例中，全像圖之大小(在每一方向上之像素數目)等於空間光調變器之大小而使得全像圖填滿空間光調變器。即，全像圖使用空間光調變器之全部像素。在其他具體實例中，全像圖小於空間光調變器。更特定言之，全像圖像素之數目小於空間光調變器上可用的光調變像素之數目。在此等其他具體實例中之一些中，在未使用的像素中重複全像圖之部分(即全像圖之像素之連續子集)。此技術可被稱作「拼接」，其中空間光調變器之表面積劃分成複數個「影像塊」，其各者表示全像圖之至少一子集。因此，每一影像塊之大小小於空間光調變器之大小。在一些具體實例中，實施「拼接」技術以提高影像品質。特定言之，一些具體實例實施拼接技術以最小化影像像素之大小，同時最大化進入全像重建之信號內容之量。在一些具體實例中，寫入至空間光調變器之全像圖案包含至少一個完整影像塊(即完整的全像圖)及至少一部分的影像塊(即全像圖之像素之連續子集)。
在具體實例中，僅利用初級重放場來在每一平面上形成影像重建，且系統包含諸如擋板之實體區塊，其經配置以限制高階重放場經由系統之傳播。
如本文中所描述，在具體實例中，全像重建為有色的。在一些具體實例中，稱為空間分離顏色「SSC」之方法用以提供彩色全像重建。在其他具 體實例中，使用稱為圖框依序顏色「FSC」之方法。
SSC方法對於三個單色全像圖使用三個在空間上分離的光調變像素陣列。SSC方法之優點為影像可極亮，此係因為全部三個全像重建可同時形成。然而，若歸因於空間限制，三個在空間上分離的光調變像素陣列設置於共同SLM上，則每一單色影像之品質係次佳的，此係因為可用光調變像素之僅一子集用於每一顏色。因此，提供相對較低解析度的彩色影像。
FSC方法可使用共同空間光調變器之所有像素來按順序顯示三個單色全像圖。單色重建快速足夠地循環(例如，紅色、綠色、藍色、紅色、綠色、藍色等)，使得人類檢視者自三個單色影像之整合感知到多色影像。FSC之優點為整個SLM用於每一顏色。此意謂所產生的三色影像之品質係最佳的，此係因為SLM之所有像素用於彩色影像中之每一者。然而，FSC方法之缺點為複合彩色影像之亮度低於SSC方法(僅低約三分之一)，此係因為每一單色照射事件僅可發生圖框時間之三分之一。此缺陷可潛在地藉由過驅動雷射器或藉由使用更強大的雷射器來解決，但如此需要更多電力，從而導致較高成本及系統大小之增大。
本文中所描述之方法及程序可體現於電腦可讀取媒體上。術語「電腦可讀取媒體」包括經配置以暫時或永久地儲存資料之媒體，諸如隨機存取記憶體(random-access memory；RAM)、唯讀記憶體(read-only memory；ROM)、緩衝記憶體、快閃記憶體及快取記憶體。亦應將術語「電腦可讀取媒體」視為包括能夠儲存供機器執行之指令的任何媒體或多個媒體之組合，使得當由一或多個處理器執行時，該等指令致使機器整體或部分地執行本文中所描述之方法中的任一或多者。
術語「電腦可讀取媒體」亦涵蓋基於雲端之儲存系統。術語「電腦可讀取媒體」包括但不限於呈固態記憶體晶片、光碟、磁碟或其任何合適組合 之實例形式的一或多個有形及非暫時性資料儲存庫(例如資料磁碟區)。在一些實例具體實例中，用於執行之指令可藉由載體媒體來傳達。此載體媒體的實例包括暫態媒體(例如，傳達指令之傳播信號)。
對於熟習所屬技術領域者將顯而易見，可在不脫離所附申請專利範圍之範圍的情況下進行各種修改及變化。本發明覆蓋在所附申請專利範圍及其等效物之範圍內的所有修改及變化。
601:第一影像光點
602:第二影像光點
621:影像光點
623:位置
P1:第一平面
P2:第二平面

Claims (20)

  1. 一種經配置以在設置於共同投射軸線上的不同平面上形成複數個影像重建之投射器，其中該投射器包含：全像圖引擎，其經配置以判定對應於用於影像重建的至少一個影像之複數個全像圖，且對於該複數個全像圖中的每一全像圖，形成包括該對應全像圖之繞射圖案；顯示引擎，其經配置以將每一繞射圖案顯示在顯示裝置上，該顯示裝置經配置以接收光而使得對應於每一全像圖之影像重建形成於該複數個不同平面中的平面上，其中每一影像重建包含經配置成圖案之影像光點，且其中形成於第一平面上的第一影像重建之影像光點插置在形成於第二平面上的第二影像重建之影像光點之間。
  2. 如請求項1之投射器，其中該第一影像重建與該第二影像重建係同時形成。
  3. 如請求項1或2之投射器，其中該第一影像重建為目標影像之一部分重建，且該第二影像重建為該目標影像之一部分重建。
  4. 如請求項1或2之投射器，其中該第一影像重建之該影像光點配置成第一圖案，且該第二影像重建之該影像光點配置成第二圖案，其中該第一圖案與該第二圖案相反。
  5. 如請求項4之投射器，其中該第一圖案為第一棋盤圖案，且該第二圖案為第二棋盤圖案。
  6. 如請求項4之投射器，其經配置以藉由在配置成該第一圖案的影像光點與配置成該第二圖案的影像光點之間交替而在該第一平面上形成一系列影像重建，且同步地藉由在配置成該第二圖案的影像光點與配置成該第一圖案的影像光點之間交替而在該第二平面上形成一系列影像重建。
  7. 如請求項6之投射器，其中該第一平面上的該系列影像重建中之連續的影像重建為不同顏色。
  8. 如請求項1或2之投射器，其中，在任何時間點處，形成於該第一平面上的該影像光點之顏色不同於形成於該第二平面上的該影像光點之顏色。
  9. 如請求項1或2之投射器，其中該第一影像重建為第一全像重建，且該第二影像重建為第二全像重建。
  10. 如請求項1之投射器，其進一步包含：影像處理引擎，其經配置以接收包含用於投射的影像像素之複數個源影像，且根據取樣方案來處理每一源影像以便在該源影像由該全像圖引擎處理之前減小具有像素值的影像像素之數目；其中由該全像圖引擎形成的每一繞射圖案進一步包括具有焦距之透鏡函數，其中該透鏡函數之該焦距判定該影像重建之該平面；其中由該顯示引擎形成的每一影像重建之影像光點的該圖案由對應的該取樣方案來判定，其中與該第一影像重建相關聯的第一取樣方案不同於與該第二影像重建相關聯的第二取樣方案，使得形成於該第一平面上的該第一影像之該影像光點插置在形成於該第二平面上的該第二影像之該影像光點之間。
  11. 如請求項10之投射器，其中該影像處理引擎經進一步配置以在根據取樣方案而在處理每一源影像之前按比例增大每一源影像。
  12. 如請求項10或11之投射器，其中該第一取樣方案包含根據第一棋盤圖案來對交替像素值置零，且該第二取樣方案包含根據第二棋盤圖案來對交替像素值置零，其中該第一棋盤圖案與該第二棋盤圖案相反。
  13. 如請求項10或11之投射器，其中每一取樣方案包含對複數個取 樣窗口位置處的取樣窗口內的像素值求平均，視情況，其中該求平均為基於該取樣窗口內的該像素的位置之加權平均，進一步視情況，其中對該各別取樣窗口中的每一像素值給出的加權隨著距該取樣窗口之中心的距離而減小。
  14. 如請求項13之投射器，其中該第一取樣方案包含第一組取樣窗口位置，且該第二取樣方案包含第二組取樣窗口位置，其中該第一組取樣窗口位置自該第二組取樣窗口位置對角地偏移。
  15. 如請求項14之投射器，其中該第一組取樣窗口位置與該第二組取樣窗口位置部分地重疊。
  16. 如請求項1或2之投射器，其中由該全像圖引擎形成的每一繞射圖案進一步包括相位斜坡函數，其中與該第一影像重建相關聯的第一相位斜坡函數之斜坡梯度不同於與該第二影像重建相關聯的第二相位斜坡函數之斜坡梯度，以便提供在該第一影像重建之該影像光點相對於該第二影像重建之該影像光點之間的位移。
  17. 如請求項16之投射器，其中在該第一相位斜坡函數之該斜坡梯度與該第二相位斜坡函數之該斜坡梯度之間的差異使得形成於該第一平面上的該第一影像之該影像光點插置在形成於該第二平面上的該第二影像之該影像光點之間。
  18. 一種抬頭顯示器，其包含如請求項1或2之投射器，其中該第一平面含有近場影像內容，且該第二平面含有遠場影像內容。
  19. 一種用於在設置於共同投射軸線上的不同平面上形成複數個影像重建之方法，該方法包含：判定對應於用於影像重建的至少一個影像之複數個全像圖；對於該複數個全像圖中的每一全像圖，形成包括對應全像圖之繞射圖案；使用顯示引擎將每一繞射圖案顯示在顯示裝置上； 用光照射該顯示裝置且在該複數個不同平面中的平面上形成對應於每一全像圖的影像重建，其中每一影像重建包含經配置成圖案之影像光點，且其中形成於第一平面上的第一影像重建之影像光點插置在形成於第二平面上的第二影像重建之影像光點之間。
  20. 如請求項19之方法，其包含在實質上相同時間下形成該第一影像重建與該第二影像重建。
TW109142867A 2019-12-20 2020-12-04 用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器 TWI820365B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1918966.1A GB2590621B (en) 2019-12-20 2019-12-20 A projector for forming images on multiple planes
GB1918966.1 2019-12-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202125128A TW202125128A (zh) 2021-07-01
TWI820365B true TWI820365B (zh) 2023-11-01

Family

ID=69323006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109142867A TWI820365B (zh) 2019-12-20 2020-12-04 用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11736667B2 (zh)
EP (1) EP3839639A1 (zh)
CN (1) CN113009710B (zh)
GB (1) GB2590621B (zh)
TW (1) TWI820365B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2587400B (en) * 2019-09-27 2022-02-16 Dualitas Ltd Hologram display using a liquid crystal display device
GB2595696B (en) * 2020-06-04 2022-12-28 Envisics Ltd Forming a hologram of a target image for projection using data streaming
CN113791529B (zh) * 2021-08-13 2022-07-08 北京航空航天大学 一种基于衍射模糊成像原理的无串扰全息3d显示方法
US11915395B2 (en) * 2022-07-20 2024-02-27 GM Global Technology Operations LLC Holographic display system for a motor vehicle with real-time reduction of graphics speckle noise

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110157667A1 (en) * 2008-06-26 2011-06-30 Lilian Lacoste Holographic Image Display Systems
CN107024849A (zh) * 2017-05-02 2017-08-08 四川大学 一种基于数字透镜的彩色计算全息杂光消除系统及方法
US20190121291A1 (en) * 2016-05-18 2019-04-25 Seereal Technologies S.A. Method for producing holograms

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2498170B (en) 2011-10-26 2014-01-08 Two Trees Photonics Ltd Frame inheritance
GB2501112B (en) 2012-04-12 2014-04-16 Two Trees Photonics Ltd Phase retrieval
GB2526158B (en) 2014-05-16 2017-12-20 Two Trees Photonics Ltd Imaging device for moving a virtual image
GB201513333D0 (en) * 2015-07-29 2015-09-09 Khan Javid Volumetric display
CN106773590B (zh) * 2017-02-10 2019-08-30 清华大学深圳研究生院 一种基于多个数字微镜器件的全息显示系统
FR3068489B1 (fr) * 2017-06-29 2019-08-02 B<>Com Procede de generation numerique d'un hologramme, dispositif, equipement terminal, systeme et programme d'ordinateur associes
US10317684B1 (en) * 2018-01-24 2019-06-11 K Laser Technology, Inc. Optical projector with on axis hologram and multiple beam splitter
GB2574058B (en) * 2018-05-25 2021-01-13 Envisics Ltd Holographic light detection and ranging
WO2020164346A1 (zh) * 2019-02-14 2020-08-20 杭州驭光光电科技有限公司 分束光学模组及其制造方法
GB2586511B (en) * 2019-08-23 2021-12-01 Dualitas Ltd Holographic projector
GB2578523B (en) * 2019-09-25 2021-08-11 Dualitas Ltd Holographic projection
CN114868070A (zh) * 2019-11-15 2022-08-05 赛伊视觉公司 具有能转向眼动范围的增强现实平视显示器
GB2584513B (en) * 2019-12-18 2022-09-14 Envisics Ltd Conjugate suppression

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110157667A1 (en) * 2008-06-26 2011-06-30 Lilian Lacoste Holographic Image Display Systems
US20190121291A1 (en) * 2016-05-18 2019-04-25 Seereal Technologies S.A. Method for producing holograms
CN107024849A (zh) * 2017-05-02 2017-08-08 四川大学 一种基于数字透镜的彩色计算全息杂光消除系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113009710A (zh) 2021-06-22
GB2590621B (en) 2022-05-25
GB201918966D0 (en) 2020-02-05
EP3839639A1 (en) 2021-06-23
CN113009710B (zh) 2023-08-01
US11736667B2 (en) 2023-08-22
GB2590621A (en) 2021-07-07
TW202125128A (zh) 2021-07-01
US20210195146A1 (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210333546A1 (en) Holographic image projection with holographic correction
KR102470414B1 (ko) 동공 확장기
TWI820365B (zh) 用於在多個平面上形成影像重建的投射器和方法及相關的抬頭顯示器
CN112415880B (zh) 全息投影
KR20190014479A (ko) 홀로그래픽 프로젝터
CN112558452B (zh) 全息投影
KR102453726B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
CN111176092B (zh) 全息投影显示设备上的像素映射
KR102512258B1 (ko) 홀로그래픽 이미지 정렬
KR102481541B1 (ko) 홀로그램 프로젝터
TWI769697B (zh) 光瞳擴展
KR102575669B1 (ko) 프로젝션
US11940759B2 (en) Holographic projector
US20230116373A1 (en) Holographic Projection
CN115113509A (zh) 图像投影