全息投影仪制造技术

描述了一种具有光路的全息投影仪。全息投影仪包括布置成显示第一全息图的第一空间光调制器和第一光源。第一光源布置为用第一波长的光照射第一空间光调制器，使得在回放平面上形成与第一全息图相对应的第一全息重建。全息投影仪还包括透明材料的连续块。通过透明材料的连续块形成光路的至少一部分。透明材料的折射率大于空气。射率大于空气。射率大于空气。

【技术实现步骤摘要】
全息投影仪


[0001]本公开涉及一种投影仪。更具体地，本公开涉及全息投影仪和全息投影系统。一些实施例涉及平视显示器和头戴式显示器。

技术介绍

[0002]从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或“全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的二维或三维全息重建或回放图像。
[0003]计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。例如，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
[0004]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。
[0005]空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可以称为单元或元素。光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，装置可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个装置上是连续的。空间光调制器可以是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射输出。
[0006]可以使用本文描述的系统来提供全息投影仪。例如，这种投影仪已经应用于平视显示器“HUD”和头戴显示器“HMD”，包括近眼设备。
[0007]在使用相干光的设备比如全息投影仪中，可以使用移动漫射器来提高图像质量。

技术实现思路

[0008]本公开的各方面在所附独立权利要求中定义。
[0009]本文公开了一种具有光路的全息投影仪。全息投影仪包括第一空间光调制器、第一光源和透明材料的连续块。第一空间光调制器布置为显示第一全息图。第一光源布置为用第一波长的光照射第一空间光调制器，使得在回放平面上形成与第一全息图相对应的第一全息重建。透明材料的连续块形成全息投影仪的光路的至少一部分。透明材料的折射率大于空气。
[0010]透明材料的连续块包括：透明材料的至少一个平行六面体块，其布置成使得投影仪的光纵向行进通过平行六面体块(没有从其侧面的内反射)，以及至少一个棱镜，其布置成使得投影仪的光行进通过棱镜而具有一个全内反射。因此，光从第一端到第二端沿直线(即不因反射而改变方向)行进通过平行六面体块，并由棱镜通过一个全内反射而重定向。因此，投影仪的光完全在透明材料内传播。
[0011]透明材料在全息投影仪的波长处具有大于1的折射率。更具体地，透明材料在由光
源发射的光的波长处具有大于1的折射率。
[0012]本文中使用词语“块”来定义透明材料是在空间中占据一定体积的透明固体材料。本公开的全息投影仪由诸如玻璃的透明材料的固体块形成。这提供了两个重要的技术优势：首先，提高了机械和热稳定性；其次，在不影响体积的前提下提高了光学效率。
[0013]表述“投影仪的光”包括来自光源的沿着照射路径行进并照射空间光调制器的光，其对应于本文所述的“输入光束”的光。另外，“投影仪的光”包括来自空间光调制器的沿着投影路径行进到回放平面的空间调制的光，其对应于本文所述的“输出光束”的光。
[0014]全息投影仪的光路包括从光源到空间光调制器的照射路径。全息投影仪的光路还包括从空间光调制器到回放平面的投影路径。全息投影仪的光路的至少一部分通过连续块形成。即，光路是穿过透明材料的光路。因此，透明材料的连续块形成和/或限定了全息投影仪的光路的至少一部分。光路纵向地延伸通过该至少一个平行六面体块。因此，光沿直线传播通过平行六面体块。光路被至少一个棱镜重定向。特别地，棱镜由棱镜的单个表面通过全内反射来使光重定向。连续块的配置可以确定从其第一端到第二端的光路的长度和路径(包括方向)。因此，连续块的构造决定了穿过其中形成的光路的至少一部分。显著地，光沿着光路纵向穿过连续块的平行六面体块传播，而没有从平行六面体块的侧面进行全内反射，并且光通过连续块的棱镜传播，而仅有改变光路方向的单个全内反射。
[0015]根据本公开的透明材料块是坚固的，并且提供了对机械振动和运动的改进的弹性。例如，投影仪可以机械地固定到其他部件，比如容纳投影仪的较大系统的其他部件。这在诸如车辆中的平视显示器的应用中尤其重要。使用更少的单个零件和更少的不同材料。例如，在常规投影仪中，玻璃镜可以通过金属螺钉调节支撑在塑料镜安装件中。使用一种材料来形成结构主体，特别是包括反射元件，提高热稳定性，因为结构主体作为整体膨胀和收缩。即，在很大程度上避免了具有不同热膨胀系数的材料之间的应力和应变。
[0016]连续块可以包括多个光学端口。光学端口是布置为将光接收到连续块中和/或从连续块中输出光的表面。因此，存在布置成将光耦合到连续块中的输入端口和布置成耦合来自连续块的光的输出光学端口。每个光学端口可以用作输入端口、输出端口或这两者。
[0017]在实施例中，连续块包括布置成耦合到空间光调制器的光学端口。连续块的光学端口还可包括布置成耦合至光源的输入端口和/或布置成耦合至回放平面的输出端口。布置成耦合到空间光调制器的光学端口将来自连续块的光耦合到空间光调制器和/或将来自空间光调制器的光耦合到连续块中。一个或多个光学端口可以配置为棱镜。
[0018]连续块的至少一个棱镜包括布置为通过全内反射来反射行进通过棱镜的光的表面，以改变沿着光路行进的光的方向。因此，至少一个表面“转向”(即旋转)全息投影仪的光路。特别是，棱镜的全内反射(TIR)表面改变光路的方向，从而确定光路穿过连续块的路径。
[0019]折叠光路以减小物理体积是常见的。然而，折叠光路需要反射，即使使用介电涂层，反射也会导致一些光损失。在诸如平视显示器的一些应用中，迫切需要最小化体积和最大化光效率。值得注意的是，根据本公开的全息投影仪由诸如玻璃的固体材料形成，使得可以遵守全内反射的定律以便提供无损反射。因此，可以根据需要使用任意数量的反射以最小化体积并因此增加设计选项。例如，如果不需要考虑由镜子引起的光学损耗，则可以提供更大的设计自由度。此外，这在诸如平视显示器的应用中是显著有利的，其中由于对对比度的不利影响，需要将反射次数最小化。值得注意的是，根据本公开的固体块可包括提供全内
反射的至少一个表面，比如加工表面。即，在来自这些表面之一的光的每次反射处都超过了临界角。空气和玻璃之间的临界角为约41度，并且在至少一个表面的每个上的入射角可以为约45度。
[0020]提供全内反射的每个表面可以是相应棱镜的表面。每个相应棱镜由透明材料形成。至少一个反射表面是透明材料和空气之间的界面。
[0021]通过无缝连接透明材料的多个块，可以方便地形成根据本公开的连续块。无缝连接可以通过邻接抛光表面并可选地使用折射率匹配流体来形成。光学意义上的连接是无缝的。也就是说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光路(505)的全息投影仪，其中，所述全息投影仪包括：第一空间光调制器，其布置为显示第一全息图；第一光源，其布置为用第一波长的光照射第一空间光调制器，使得在回放平面上形成与第一全息图相对应的第一全息重建；以及透明材料的连续块(400)，其折射率大于空气，该连续块形成投影仪的光路(505)的至少一部分，其中，所述连续块(400)包括透明材料的至少一个平行六面体块(430、470)，所述平行六面体块布置成使得投影仪的光纵向行进通过平行六面体块而没有从其侧面的内反射，以及至少一个棱镜(420、450、460)，所述至少一个棱镜布置成使得投影仪的光行进通过棱镜而具有一个全内反射。2.如权利要求1所述的全息投影仪，其中，所述至少一个棱镜(420、450、460)包括表面(425、445、465)，所述表面布置为通过全内反射来反射行进通过棱镜的光，从而改变沿光路(505)行进的光的方向，可选地，其中提供全内反射的棱镜表面是具有与空气的界面的表面。3.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述连续块(400)包括透明材料的多个平行六面体块(430、470)和/或透明材料的多个棱镜(420、450、460)。4.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，通过透明材料的连续块(400)形成的光路(505)的所述至少一部分是全息投影仪的光路的长度的至少25％，诸如至少50％或至少75％。5.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述全息投影仪的光路(505)包括：用于从第一光源到第一空间光调制器的投影仪的光的照射路径(705)；以及用于来自第一空间光调制器在回放平面上形成第一全息投影的投影仪的光的投影路径(805)，其中，所述照射路径(705)的光轴和所述投影路径(805)的投影轴是基本共线的，并且其中，所述照射路径(705)和投影路径(805)的方向相反。6.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述连续块(400)包括耦合至第一空间光调制器的第一光学端口(572)。7.如权利要求6所述的全息投影仪，其中：所述第一空间光调制器邻接第一光学端口(572)，或者所述第一光学端口(572)包括成形表面，所述成形表面布置成提供光焦度，使得入射在空间光调制器上的光被准直。8.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，还包括：第二空间光调制器，其布置为显示第二全息图；以及第二光源，其布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：J克里斯特马斯，M卡纳，
申请(专利权)人：杜尔利塔斯有限公司，
类型：发明
国别省市：