【技术实现步骤摘要】
本公开涉及全息投影仪。更具体地，本公开涉及包括波导和衍射光学元件的全息投影仪。一些实施例涉及图片生成单元或平视显示器。
技术介绍
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
技术实现思路
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2、在第一方面，提供了一种全息投影仪，包括波导和衍射光学元件。波导包括一对表面。这对表面可以彼此互补，可以彼此相对，和/或这对表面中的一个或两个表面可以是至少部分反射的。该对表面布置成在它们之间波导波前。该对表面中的第一表面是反射-透射的或“透反射”的。换句话说，第一表面是部分反射-部分透射的。这样，波前的多个复本从第一表面发射。该对表面中的第二表面是反射性的，例如基本完全反射，例如大于95％的反射率。因此，波导可以充当光瞳扩展器或复制器。在一些实施例中，波导布置成接收全息图或全息波前(即根据全息图编码/调制的波前)。在这样的实施例中，从第一表面发射的波前的多个复本可以是全息图或全息波前的复本。
3、衍射光学元件布置成从波导的第一表面接收多个复本，这些复本可以是如上所述的全息图/全息波前的多个复本。衍射光学元件布置成衍射每个复本的波前。例如，衍射光学元件可以包括特征尺寸小于波前波长的特征。每个衍射波前可以包括零级衍射(也称为零级)和一个或多个非零或“更高级”衍射。衍射光学元件可以布置成使得波前主要被衍射成相应的非零衍射级。换句话说，衍射光学元件可被描述为布置成主要将每个复本重定向到由衍射角定义的相应非零衍射级。例如，每个复本可以主要被重定向到相应的第一衍射级，例如+1或-1衍射级。
4、如本文所用，衍射光学元件布置成主要衍射或重定向或偏转每个波前的非零衍射级可以是用于显示的非衍射级。例如，主要非零衍射级的光可以倾斜，以便在眼盒或观察窗处被接收，而其他非零衍射级的光可能不会到达眼盒。在一些实施例中，衍射光学元件可以布置成重定向由波导发射的相应或对应全息图/复本的超过30％、可选地超过50％、可选地超过90％、可选地超过95％的光能。在一些实施例中，与任何其他衍射级相比，衍射光学元件可以将更多的光能引导到相应的共同(主要)非零衍射级中。这可能包括零级。零级可以对应于衍射光学元件透射的光。这样，零级光的转向/重定向不能由衍射光学元件控制。换句话说，零级光相对于衍射光学元件法线的角度可以等于由衍射光学元件接收的该或每个波前相对于衍射光学元件法线的入射角。以上对被重定向到不同衍射级的光能的比例/量的描述可以指在特定波长范围内衍射的光能的量。在一些实施例中，全息投影仪布置成投射在电磁波谱的不同部分具有多个不同波长的光，例如红光、绿光和/或蓝光。在这样的实施例中，衍射光学元件可以根据一个或多个上述比例主要衍射电磁光谱的每个相应部分的光。在这样的实施例中，衍射光学元件可以布置成使得主要非零衍射的亮度/强度实现期望的色彩平衡。在一些实施例中，衍射光学元件布置成使得相应的非零衍射级的衍射角对于每个相应的复本可以是共同的。换句话说，与每个复本的相应非零衍射级相关的波前或光路或光轴可以是平行的。
5、专利技术人已经发现，上述衍射光学元件有利地允许通过精细控制波前的“衍射”或“重定向”(非零级)分量的角度来有效地重定向或转向由波导发射的波前复本。此外，专利技术人已经发现，这种衍射光学元件可以有利地在两个平面中重定向或转向光。此外，专利技术人已经发现，这种衍射光学元件可以有利地以不会导致全息投影中的暗带或散射的方式制造。专利技术人还惊奇地发现，衍射光学元件的使用允许由波导发射的波前复本被重定向或转向，而没有全息图或重建的实质退化。
6、全息投影仪的许多应用可能需要全息波前以某一角度发射，以便在特定的目标或位置(例如眼盒位置)被接收。然而，由波导发射的波前复本的角度可能取决于波前进入波导的输入角度。输入角度可以具有有限的范围，因为光瞳复制只可能发生在合适的输入角度范围内。输入角度的合适范围可以取决于例如形成波导的材料的折射率、波导的尺寸(例如分开该对表面的距离)和光的波长。在输入角的合适范围之外，可能无法实现波导的一对表面之间的波前的波导，以及第一表面处的波前的相关复制。因此，在没有衍射光学元件的情况下，发射波前的可能角度范围是有限的。因此，在某些情况下，整个全息投影仪可能需要倾斜，以实现发射的波前在所需的角度或位置被接收。这可能会有问题。例如，在车辆中的平视显示器中，由波导的第一表面发射的波前可被投射到光学组合器，以形成可从眼盒观察的图像。波导可以位于车辆的仪表板中。波导可以位于一平面中。优选地，波导所在的平面在仪表板内是水平的。这可以有利地最小化仪表板内波导/全息投影仪所占据的体积。然而，当波导位于所述平面中时，由波导发射的波前的可能角度范围可能不会到达光组合器和/或眼盒。为了纠正这一点，要么必须倾斜整个波导/全息投影仪(不希望地增加仪表板内占据的体积),要么可能需要另外的光学部件来转向发射的波前。
7、专利技术人考虑的一个选择是在波导的第一表面上提供包括透明棱镜阵列的转向层。专利技术人已经发现，这种转向层可以紧凑的方式有利地转向由波导发射的波前，而不需要复杂的光学器件。然而，这种解决方案有局限性。例如，棱镜表面的不连续性可能会在投影图像/全息图中引入暗带。此外，转向角的范围受到棱镜几何形状的限制，并且通常只可能用一个棱镜阵列在一个维度上转向波前。此外，很难制造棱镜阵列。棱镜阵列中的任何缺陷(例如棱镜的角部)都可能导致发射波前的不希望的散射。
8、专利技术人已经发现，衍射光学元件允许在两个正交方向上精细控制由波导发射的波前的转向/重定向，而不会产生暗带并且不会散射发射的波前。
9、众所周知，衍射波前将形成多个衍射级。衍射级包括零级(包括透射而不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全息投影仪，包括：
2.如权利要求1所述的全息投影仪，其中，所述百叶片阵列布置成吸收所述零衍射级。
3.如权利要求1或2所述的全息投影仪，其中，在第一平面中，所述零衍射级和非零衍射级之间的角度在第一波前波长下，可选地在第二和第三波前波长下，在40到70度的范围内。
4.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，在第二平面中，所述零衍射级和非零衍射级之间的角度在10到20度的范围内。
5.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述全息波前的复本主要被重定向到的非零衍射级是第一衍射级。
6.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述波导包括布置成接收所述波前的输入端口。
7.如权利要求6所述的全息投影仪，其中，所述输入端口位于或朝向所述波导的最靠近所述全息投影仪的眼盒的一端。
8.如权利要求6或7所述的全息投影仪，其中，所述百叶片阵列中的每个百叶片朝向所述输入端口倾斜。
9.如权利要求8所述的全息投影仪，其中，每个百叶片的远端/边缘更靠近百叶片的相应近端/边缘的
10.如权利要求6至9中任一项所述的全息投影仪，其中，所述百叶片相对于所述第一表面所在平面的法线倾斜。
11.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述全息投影仪还包括反射抑制层，该反射抑制层包括所述百叶片阵列。
12.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述衍射光学元件是全息光学元件。
13.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述衍射光学元件包括体全息图，例如体布拉格光栅。
14.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述衍射光学元件布置成使得对于每个复本波前，所述非零衍射级的亮度与其他衍射级的亮度之和的比值随着距所述输入端口的距离而变化。
15.一种显示系统，包括前述权利要求中任一项的全息投影仪，并且还包括光学组合器，其中全息投影仪布置成使得由波导发射的全息波前的多个复本从光学组合器被重定向，以形成可从眼盒观察的虚拟图像。
16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述波导包括第一端和第二端，第一端最靠近所述光学组合器，并且其中波导还包括布置成接收所述波前的输入端口，该输入端口位于或朝向波导的第二端。
...【技术特征摘要】
1.一种全息投影仪，包括：
2.如权利要求1所述的全息投影仪，其中，所述百叶片阵列布置成吸收所述零衍射级。
3.如权利要求1或2所述的全息投影仪，其中，在第一平面中，所述零衍射级和非零衍射级之间的角度在第一波前波长下，可选地在第二和第三波前波长下，在40到70度的范围内。
4.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，在第二平面中，所述零衍射级和非零衍射级之间的角度在10到20度的范围内。
5.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述全息波前的复本主要被重定向到的非零衍射级是第一衍射级。
6.如前述权利要求中任一项所述的全息投影仪，其中，所述波导包括布置成接收所述波前的输入端口。
7.如权利要求6所述的全息投影仪，其中，所述输入端口位于或朝向所述波导的最靠近所述全息投影仪的眼盒的一端。
8.如权利要求6或7所述的全息投影仪，其中，所述百叶片阵列中的每个百叶片朝向所述输入端口倾斜。
9.如权利要求8所述的全息投影仪，其中，每个百叶片的远端/边缘更靠近百叶片的相应近端/边缘的输入端口，并且其中远端/边缘离所述第一表面最远。<...
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