用於移動虛擬圖像的成像設備的製作方法

2023-05-29 09:04:06

本公開涉及成像領域。具體而言，本公開涉及虛擬成像領域。本公開還涉及平視顯示器和用於平視顯示器的查看系統的領域。背景從物體散射的光包含了振幅和相位信息兩者。這一振幅和相位信息可例如通過公知幹涉技術在光敏板上捕捉，以形成包括幹涉條紋的全息記錄或「全息圖」。「全息圖」可通過用合適的光照明該全息圖而被重構以形成表示原始物體的全息重構或重放圖像。已經發現，具備可接受質量的全息重構可以從僅包含與原始物體相關的相位信息的「全息圖」中形成。這樣的全息記錄可被稱為純相位全息圖。計算機生成的全息術可例如使用傅立葉技術來數位化地模擬幹涉過程以產生計算機生成的純相位全息圖。計算機生成的純相位全息圖可被用來產生表示物體的全息重構。術語「全息圖」因此涉及如下記錄：該記錄包含與該物體有關的信息並且可被用來形成表示該物體的重構。全息圖可包含在頻率或傅立葉域中與該物體有關的信息。已提出了在二維圖像投影系統中使用全息技術。使用純相位全息圖對圖像進行投影的優點是經由計算方法來控制許多圖像屬性——例如，所投影的圖像的高寬比、解析度、對比度以及動態範圍——的能力。純相位全息圖的進一步優點是沒有光學能量會經由調幅而丟失。計算機生成的純相位全息圖可以被「像素化」。也就是說，純相位全息圖可被表示在離散相位元件陣列上。每一離散元件都可被稱為「像素」。每一像素都可充當諸如調相元件之類的光調製元件。計算機生成的純相位全息圖因此可被表示在調相元件陣列上，如矽上液晶空間調光器(SLM)。SLM可以是反射性的，意味著經調製的光以反射方式從SLM輸出。每一調相元件(即，像素)可變化狀態以向入射在該調相元件上的光提供可控制的相位延遲。諸如矽上液晶(LCOS)SLM之類的調相元件陣列可因此表示(或「顯示」)通過計算確定的相位延遲分布。如果入射在調相元件陣列上的光是相干的，則該光將用全息信息或全息圖來調製。全息信息可以在頻率或傅立葉域中。或者，相位延遲分布可被記錄在相息圖上。詞語「相息圖」可被一般地用來指純相位全息記錄或全息圖。相位延遲可被量化。即，每一像素可設置為離散數量的相位水平之一。相位延遲分布可被應用於入射光波(通過例如照射LCOSSLM)並被重構。重構在空間中的位置可通過使用光學傅立葉變換透鏡來控制，以形成空間域中的全息重構或「圖像」。或者，如果重構發生在遠場，則可不需要傅立葉變換透鏡。計算機生成的全息圖可以用多種方式來計算得到，包括使用諸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用來從空間域(如2D圖像)中的振幅信息導出傅立葉域中的相位信息。即，與該物體相關的相位信息可從空間域中的純強度(即，振幅)信息中「恢復」。因此，物體在傅立葉域中的純相位全息表示可被計算。全息重構可通過照亮傅立葉域全息圖並例如使用傅立葉變換透鏡執行光學傅立葉變換來形成，以在重放區處(如屏幕上)形成圖像(全息重構)。圖1示出了根據本公開的使用反射SLM(如LCOS-SLM)來在重放區位置處產生全息重構的示例。光源(110)(例如雷射器或雷射二極體)被部署以經由準直透鏡(111)照射SLM(140)。準直透鏡使得光的一般平面波前變為入射在SLM上。波前的方向稍微偏離法線(例如，與真正垂直於透明層的平面偏離2或3度)。該布置為使得來自光源的光被從SLM的反射後表面反射出，並與調相層相交以形成出射波前(112)。出射波前(112)被應用於包括傅立葉變換透鏡(120)在內的光學器件，從而使其焦點處於屏幕(125)處。傅立葉變換透鏡(120)接收從SLM出射的經調相光的光束並執行頻率-空間變換以在屏幕(125)處在空間域中產生全息重構。在該過程中，來自光源的光——在圖像投影系統的情況下是可見光——跨SLM(140)以及調相層(即，調相元件陣列)分布。從調相層出射的光可跨重放區分布。全息圖的每一像素作為整體對重放圖像作出貢獻。即，在重放圖像上的特定點和特定調相元件之間不存在一對一的關聯。當光束分別在平面A和B中的強度截面IA(x,y)和IB(x,y)是已知的並且IA(x,y)和IB(x,y)通過單個傅立葉變換相關時，GerchbergSaxton算法考慮相位恢復問題。對於該給定強度截面，分別在平面A和B中的相位分布ΦA(x,y)和ΦB(x,y)的近似被發現。Gerchberg-Saxton算法根據迭代過程找到該問題的解決方案。Gerchberg-Saxton算法迭代地應用空間和頻譜約束，同時重複地在空間域和傅立葉(頻譜)域之間轉換(表示IA(x,y)和IB(x,y)的)數據集(振幅和相位)。空間和頻譜約束分別是IA(x,y)和IB(x,y)。空間或頻譜域中任一個中的約束被施加到該數據集的振幅上。相應的相位信息是通過一系列迭代來恢復的。全息投影儀可使用這樣的技術來提供。這樣的投影儀已在用於車輛的平視顯示器中得到應用。在汽車中使用平視顯示器正變得越來越流行。平視顯示器被劃分成兩個主要類別，使用組合器(其目的在於將虛擬圖像反射到駕駛員的視線中的獨立式玻璃屏幕)的那些平視顯示器以及利用車輛的擋風玻璃來實現同一目的的那些平視顯示器。圖2示出示例平視顯示器，該平視顯示器包括：光源206、被布置成用表示供投影的圖像的全息數據來空間地調製來自光源的光的空間調光器204、傅立葉變換光學器件205、漫射器203、自由曲面反射鏡201、擋風玻璃202和查看位置207。圖2示出了所謂的「間接視圖」系統，在該系統中，全息重構的實像被形成在漫射器203上的重放區處。全息重構因此被投影在漫射器203上，並可通過聚焦在漫射器203上從查看位置207查看。投影的圖像是通過離開自由曲面反射鏡201的第一反射以及離開擋風玻璃202的第二反射來查看的。漫射器用於增加全息系統的數值孔徑，從而完全照明這些自由曲面反射鏡，由此允許虛擬圖像例如被駕駛員查看到。這樣的顯示系統需要使用固定的漫射器或類似組件來增加視角。此漫射器用作成像系統中的關鍵組件；其與投影光學器件(通常為自由曲面反射鏡)的距離確定了與查看者的眼睛的虛擬圖像距離。或者，可以間接查看全息重構。使用「直接視圖」全息術確實使得信息能夠以3D形式被呈現，然而顧名思義直接視圖需要查看者在查看者和光源之間沒有漫射器的情況下直接看著全息圖。此類型的3D顯示器具有多個問題，首先當代調相器具有相對較小的衍射角，並且因此要形成足夠大的查看區域(眼框)需要使用複雜而昂貴的光學器件部件。其次並且更重要地，此類型的配置需要查看者被直接暴露於雷射輻射。存在圍繞雷射器的使用的非常嚴格的規定，並且提供將確保眼睛永遠都不會以危險的級別被暴露於雷射輻射的足夠穩健的安全系統顯著增加了系統複雜性。在查看者和投影引擎之間使用漫射器消除了以上強調的這兩個問題，並且因此藉此可在提供多個虛擬距離的顯示器中使用漫射器的方法將提供顯著的優勢。在直接視圖系統中提供「深度」的最明顯的方式將是將漫射器安裝在能夠在虛擬成像光學器件的焦距內向後和向前移動的線性鏡臺，從而提供一種改變虛擬距離的機制。然而，這種類型的系統在製造時安裝的組件被期望提供超過10,000小時的使用壽命的車輛中的使用是不合乎需要的。另外，當非基於雷射器的投影引擎改變位置時它將需要能夠在漫射器上重新聚焦，從而增加了系統的額外成本和複雜性。本公開旨在提供一種安全且穩健的查看系統，其中感知到的正被顯示的信息的深度可以被改變。發明概述本發明的各方面在所附的獨立權利要求中被限定。公開了利用多個漫射器和控制器的查看設備，所述控制器被安排為確定所述多個漫射器中的哪個漫射器顯示物體。在實施例中，物體被投影到所選的漫射器上。在各實施例中，漫射器是可在透射狀態和散射狀態之間切換的液晶設備，在所述透射狀態中，漫射器對於所投影的光實際上是透明的，而在散射狀態中漫射器顯示所述物體。在散射狀態中，漫射器用作屏幕。各實施例描述了一種設備，在其中物體被投影到多個漫射器或漫射器陣列上，但該物體僅僅在所述漫射器中的一個漫射器上是可見的。每個漫射器被獨立地控制以通過例如控制施加給該漫射器的電壓來要麼在顯示模式(例如散射)要麼在非顯示(例如透明)模式中操作。可選地，所述多個漫射器是緊密間隔或層疊的。值得注意的是，各漫射器距虛擬成像光學器件不同的距離。在有利的實施例中，物體是使用全息投影儀被投影的全息重構，在該投影儀中，可編程的純相位透鏡數據被應用到全息數據以有效移動全息重構的焦平面。因此，可以容易地完成對聚焦的小的調節以補償多個漫射器的不同空間位置。因此，提供了用於無論哪個漫射器被激活以供顯示都確保物體被聚焦的裝置。雖然各實施例描述了「漫射器」，可以理解在示例中所公開的漫射器以非漫射模式(例如透射模式)而操作。漫射器可以被認為是具有可選擇的漫射器狀態或模式的元件。附圖說明現將針對附圖來描述各實施例，在各附圖中：圖1是示出被布置成在重放區位置處產生全息重構的反射SLM(如LCOS)的示意圖；圖2示出用於車輛的平視顯示器的所謂的「間接視圖」全息投影儀；圖3示出供計算機生成純相位全息圖的示例算法；圖4示出圖3的示例算法的示例隨機相位種子；圖5是虛擬成像示意圖；圖6是根據本公開的多漫射器示意圖；以及圖7是LCOSSLM的示意圖。在這些附圖中，相同的參考標記指示相同的部分。附圖的詳細描述本公開涉及一種改善的所謂「間接視圖」系統，在該系統中，查看者查看全息重構的虛擬圖像。然而，所公開的間接視圖系統同樣適合於間接地查看漫射器上可見的任何類型的物體。即，雖然各實施例描述了全息重構的間接視圖，但被間接查看的「物體」不需要必須為全息重構。換言之，本公開同樣適用於其他顯示系統，諸如較傳統的LED背光液晶顯示投影儀等。各實施例僅作為示例描述了一種計算機生成全息圖的方法。全息地生成的2D圖像已知擁有超越它們常規地投影的對應物的大量優點，尤其是在清晰度和效率方面。基於Gerchberg-Saxton的經修改的算法已被開發——參見例如共同待審的已公布PCT申請WO2007/131650，它通過援引納入於此。圖3示出了經修改的算法，該算法恢復數據集的傅立葉變換的相位信息ψ[u,v]，這產生了已知振幅信息T[x,y]362。振幅信息T[x,y]362表示目標圖像(例如，照片)。相位信息ψ[u,v]被用於在圖像平面處產生目標圖像的全息表示。因為振幅和相位在傅立葉變換中被固有地組合在一起，所以經變換的振幅(以及相位)包含與計算得到的數據集的準確性有關的有用信息。由此，該算法可提供關于振幅和相位信息兩者的反饋。圖3中示出的算法可被認為具有複雜的波輸入(具有振幅信息301和相位信息303)和複雜的波輸出(同樣具有振幅信息311和相位信息313)。出於該描述的目的，振幅和相位信息被分開地考慮，但是它們被固有地組合以形成數據集。應當記住，振幅和相位信息兩者本身都是遠場圖像的空間坐標(x,y)以及全息圖的空間坐標(u,v)的函數，並且兩者都可被認為是振幅和相位分布。參考圖3，處理框350根據具有振幅信息301和相位信息303的第一數據集產生傅立葉變換。結果是具有振幅信息和相位信息ψn[u,v]305的第二數據集。來自處理框350的振幅信息被設為表示光源的分布，但相位信息ψn[u,v]305被保留。相位信息305通過處理框354來量化，並且作為相位信息ψ[u,v]309來輸出。相位信息309被傳遞到處理框356，並且通過處理框352與新的振幅組合。第三數據集307、309被應用於執行逆傅立葉變換的處理框356。這產生空間域中的具有振幅信息311和相位信息313的第四數據集Rn[x,y]。從第四數據集開始，它的相位信息313形成第五數據集的相位信息，用作下一迭代303′的第一數據集。它的振幅信息Rn[x,y]311通過減去來自目標圖像的振幅信息T[x,y]362來修改以產生振幅信息315集合。從目標振幅信息T[x,y]362中減去經縮放的振幅信息315(被縮放了α)以產生第五數據集的輸入振幅信息η[x,y]301以供用作下一迭代的第一數據集。這在數學上在以下等式中表達：Rn+1[x,y]＝F'{exp(iψn[u,v])}ψn[u,v]＝∠F{η·exp(i∠Rn[x,y])}η＝T[x,y]-α(|Rn[x,y]|-T[x,y])其中：F'是逆傅立葉變換；F是正傅立葉變換；R是重放區；T是目標圖像；∠是角度信息。Ψ是角度信息的經量化的版本；ε是新目標振幅，ε≥0；以及α是增益元素～1。增益元素α可基於傳入目標圖像數據的尺寸和速率來預先確定。在缺少來自在前迭代的相位信息的情況下，該算法的第一次迭代使用隨機相位生成器來提供隨機相位信息作為起始點。圖4示出了示例隨機相位種子。在一修改中，從處理框350所得的振幅信息不被丟棄。從振幅信息中減去目標振幅信息362以產生新的振幅信息。從振幅信息362中減去多個振幅信息以產生處理框356的輸入振幅信息。作為又一替換方案，相位不被完全回饋，而是只有與它在最後兩次迭代上的變化成比例的一部分被回饋。因此，表示感興趣的圖像的傅立葉域數據可被形成。總之，提供了一種包括多個可控制漫射器或選擇性地漫射的元件的經改進的成像設備。控制漫射器以便在任何一個時間點上圖像僅在所述漫射器的一個漫射器上是可見的。通過使用虛擬投影透鏡並在距虛擬投影光學器件的不同距離處定位漫射器，可變位置虛擬圖像被形成。圖5示出本公開的其中虛擬投影光學器件505形成物體503的虛擬圖像501的實施例。物體503在漫射器上是可見的。虛擬圖像501通過觀察平面507來觀察。虛擬圖像距離是通過將物體放置在成像光學器件的焦距內部來設置的，該明顯的虛擬距離隨後可被計算。對於以上示出的光學示意圖，虛擬圖像距離(i)通過以下等式來確定：物體距離的線性改變導致虛擬距離的非線性改變。虛擬圖像必須足夠遠離眼睛，使得從無限遠(在駕駛時其為正常焦距)到顯示信息的眼睛重聚焦時間是小的，由此降低盲眼飛行時間。然而，虛擬圖像距離還必須足夠接近，使得向駕駛員呈現的信息是清楚可辨的。這兩個競爭性的因素通常導致虛擬圖像距離被配置為使得必要的駕駛信息被呈現在距駕駛員的眼睛1.5到3.5m(優選為2.5m)的距離處。本公開提供了包括多個漫射器和控制器的查看設備，所述控制器被安排為控制圖像在哪個漫射器上是可見的。圖6示出本公開的實施例，在其中從觀看者620到由虛擬投影光學器件630形成的虛擬圖像651、652、653、654的距離通過選擇該圖像在哪個漫射器601、602、603、604上是可見的來改變。在該實施例中，漫射器601、602、603、604是基本上平行的且層疊在一起。在該實施例中，各漫射器由玻璃基板610間隔開。如果圖像在漫射器601上是可見的，則虛擬圖像651將出現在距觀看者620的第一深度處。如果圖像在漫射器602上是可見的，則虛擬圖像652將出現在距觀看者620的第二深度處。因此，提供了一種成像設備，包括：安排為形成實像的虛擬圖像的投影光學器件；定位在距所述虛擬投影光學器件第一距離處的第一漫射器；定位在距所述虛擬投影光學器件第二距離處的第二漫射器；以及控制器，其被安排為控制所述第一和第二漫射器以使得所述實像在所述漫射器之一上是可見的。就是說，控制器可以被安排為控制所述實像在哪個漫射器上是可見的。因此，虛擬圖像的有效位置可以通過選擇實像在哪個漫射器上是可見的或將實像「顯示」在哪個漫射器上來改變。還提供了一種使用多個漫射器移動虛擬圖像的方法，所述方法包括：使用投影光學器件形成在漫射器上可見的實像的虛擬圖像；控制所述實像是在定位在距所述投影光學器件第一距離處的第一漫射器上還是在定位在距所述投影光學器件第二距離處的第二漫射器上可見。在一個實施例中，實像是全息重構，但如前所述，實像可以通過任何手段被投影到一個/多個漫射器上。在一個實施例中，每個漫射器可以獨立地在散射模式和透射模式之間切換。在透射模式中操作的漫射器將使投影的物體透過，而在散射模式中操作的漫射器將有效地「顯示」該物體。就是說，(真實)圖像在散射模式中操作的漫射器上是可見的。通過將多個漫射器層疊在一起並安排它們使得每個漫射器在距虛擬投影光學器件的不同距離處，公式1中的參數「o」可以變化。因此，從觀察平面到被查看的虛擬圖像的距離被改變。因此，可以理解，觀察到的所顯示的信息的深度可以通過選擇漫射器而改變。在一個實施例中，控制器被安排成在任意一個時間點上在散射模式下操作不超過一個漫射器。就是說，一個漫射器在散射模式中操作，而所有其它漫射器在透射模式中操作。在一個實施例中，為了實現眼睛安全，可以在散射和透射模式之間切換的低複雜度的、可變距離的平視顯示器、液晶設備被使用。就是說，在一個實施例中，第一和/或第二漫射器包括在其中可以選擇性地感生光散射狀態的液晶。通過將這些設備夾在一起，可以通過選擇哪個設備通電到散射狀態來簡單確定漫射器的有效位置。光散射狀態可以通過多種機制被包括在薄的液晶層中。在每個情況中，在幅度和空間頻率足夠接近光的波長時液晶的折射率隨點到點改變，從而導致強的散射。這些液晶光電效應中的一些是靜態的，而另一些則是動態的(由渦旋運動構成)。靜態效應可以是暫時的(僅當電壓被維持時存在)、雙穩態的(可以通過電壓脈衝接通和斷開的單個穩定狀態)或多穩態的(可以通過電壓脈衝接通和斷開的多個不同的穩定散射狀態)。就是說，在一個實施例中，散射狀態是通過電壓來選擇性地感生的。各實施例使用從下述組中選擇的液晶，包括：(1)具有適合的小膽甾相間距的膽甾相液晶(也被稱為手性向列相)可以通過介電重定向被驅動成透明狀態和光散射狀態。聚合物材料可以被添加到這些材料中以穩定紋理。所述紋理是靜態的並且可以展現雙-穩定性(但非多-穩定性)。為尋求關於這種類型的液晶的更多信息，請讀者參考Gruebel.W、U.Wolff.和H.Kruber的「Electricfieldinducetexturechangesincertainnematicalcholestericliquidcrystalmixtures(電場引起特定向列膽甾相液晶混合物中的紋理變化)」Mol.Cryst.Liq.Cryst，卷24，1973，第103-109頁，以及V.G.Chigrinov的「LiquidCrystaldevices,PhysicsandApplications(液晶設備、物理性質和應用)」，ISBN0-89006-895-4，由ArtechHouse在1999年出版，第134-148頁。(2)聚合物矩陣中的向列液滴膜(聚合物分散液晶或「PDLC」)可以展現光散射，並且可以通過介電重定向被切換成透明狀態。這是一種靜態紋理，並且在移除驅動電壓就鬆弛回透明狀態，即PDLC並不總是雙-穩定的。一些雙-穩定性可以通過使用手性向列液晶(即膽甾相液晶)來感生以取代液滴中的向列相。為尋求關於這種類型的液晶的更多信息，請讀者參考CoatesD.的「PolymerdispersedLiquidCrystals(聚合物分散液晶)」，J.Mater.Chem.，卷5，第12期，1994年，第2063-2072頁，以及Doane,J.W.等人的「Wide-angleViewPDLCDisplays(寬視角PDLC顯示器)」。SID』90文摘，1990年，第224-226頁。(3)動態散射也可以是在液晶近晶(smectic)A相中電化學地被感生，其使得所述向列相更加有序。低頻電壓的施加產生了類似在向列液晶中發生的擾動的動態散射狀態。然而，當移除電壓時，所述散射狀態沒有鬆弛回透明狀態，而是保持為半永久靜態紋理。然而，通過施加更高的頻率電壓(>1KHz)，可以將其移除。該散射狀態是「多-穩定」，因為可以感生不同的散射程度並且它們在缺少電壓的情況下都是穩定的。對於近晶動態散射需要高電壓(大約100V)。為尋求關於這種類型的液晶的更多信息，請讀者參考D.Coates、W.A.Crossl和J.H.Morrissy以及B.Needham、J.Phys.D.11,1(1978)；以及CrosslandW.A.、DaveyA.B.、ChuD.、ClappT.V.的「SmecticAMemoryDisplays(近晶A存儲器顯示器)」，在由J.W.Goodby、P.J.Collings、T.Kato、C.Tschierske、H.Gleeson和P.Raynes編輯的，在2013年由Wiley-VCHVerlagGmbH&Co.KGaA出版的液晶手冊，7卷組，第二版，章節7，第1-39頁。發明人已經根據本發明標識出這些液晶中的哪些是適用的。這些可能性被概括在下表中。可切換的漫射器散射狀態的雙‐穩定性散射狀態的多‐穩定性膽甾相液晶是是否PDLC是可能否近晶動態散射是是是表1在一個實施例中，第一和/或第二漫射器包括膽甾相液晶。在另一個實施例中，第一和/或第二漫射器包括聚合物分散液晶。在又一個實施例中，第一和/或第二漫射器包括近晶-A液晶。如在圖6中所示，在一個實施例中，第一和第二漫射器基本上平行和/或被定位在共同光軸上。雖然圖6示出了4個漫射器的布置，但可以理解可以依據所需的解析度使用任何數目的漫射器。就是說，在一個實施例中，該設備進一步包括定位在距投影光學器件不同距離處的多個進一步的漫射器。所有的漫射器基本上平行和/或被定位在共同光軸上。在一個實施例中，漫射器是在和虛擬投影光學器件共同的光軸上。在可選實施例中，圖像在所選的漫射器上是可見的，因為該漫射器是散射的，並且圖像通過投影儀被投影到漫射器上。在一實施例中，圖像由全息投影儀投影到漫射器上，並且物體是預定物體的全息重構。一個示例的全息投影儀已經在先前的例如WO2013/153354(通過援引納入於此)中被描述。在一個實施例中，因此，提供了一種包括先前所述的成像設備和全息投影儀的顯示系統，所述全息投影儀包括被安排成將相位延遲分布應用於入射光的空間調光器，其中相位延遲分布包括表示透鏡的純相位數據和表示物體的純相位數據。在現有技術中已知如何將純相位可編程透鏡與純相位物體數據組合起來，這樣當由逆傅立葉變換(例如可選的)重構時，聚焦的全息重構在重放區的所選深度處形成。在各實施例中，該數據通過簡單的向量加法來組合。在一個實施例中，全息投影儀因而還包括被安排為執行從空間調光器接收到的調相光的光學傅立葉變換以形成物體的傅立葉變換光學器件。因此，所公開的移動虛擬圖像的方法還包括：將相位延遲分布應用於入射光，其中相位延遲分布包括表示透鏡的純相位數據和表示物體的純相位數據；執行從空間調光器接收到的調相光的光學傅立葉變換以形成物體；以及選擇菲涅耳透鏡的焦距，以便圖像基本上聚焦於圖像在其上是可見的漫射器上。由於漫射平面可能被改變，距投影系統的距離也可以被改變，這可能失焦並因而降低了所顯示的圖像的質量。然而，有利地，當上述系統結合純相位全息投影儀使用時，可以通過將全息與表示合適的焦距的透鏡的相位組合來克服該問題。在非基於雷射器的系統中，可能需要使用可調節自動對焦，增加了投影引擎的複雜度。就是說，在一個有利的實施例中，全息投影儀還安排為選擇純相位透鏡的焦距，這樣，圖像基本上被聚焦在該圖像在其上是可見的漫射器上。在又一個實施例中，全息投影儀所利用的傅立葉變換光學器件不是物理光學器件，而改為是使用相同全息技術實現的其他純相位透鏡。在實施例中，顯示系統是平視顯示器，但是可以理解所公開的成像設備可等同地應用於其它顯示系統和投影系統。示例系統在圖6中論述的系統示出了具有由玻璃窗分隔的4個液晶漫射器的系統。對於使用具有200mm後焦距的虛擬成像透鏡和分隔每個可切換的漫射器的5mm厚的窗的系統，下述虛擬距離是可能的。漫射器漫射器位置虛擬圖像距離1181mm2.02m2187mm2.88m3192mm4.80m4197mm13.13m表2儘管示例示出被線性間隔的4個漫射器，所述間隔可以是非線性的，並且漫射器的數目可以根據期望的距離解析度而被改變。有利地，由於缺少了像素化電路和相關聯的驅動器，這些液晶漫射器的製造和組裝是低成本的，在封裝中使用多個漫射器將不是成本高昂的。可理解，平視顯示器可顯示如本領域公知的各種信息。因此，與所有可能的顯示相對應的全息圖可被預先計算並被存儲在儲存庫中，或者被實時地計算。在一實施例中，投影儀進一步包括表示多個2D圖像的傅立葉域數據的儲存庫。僅作為示例，本文中描述的各實施例涉及傅立葉全息術。本公開同等地適用於其中菲涅爾變換在全息圖的計算期間被使用的菲涅爾全息術。所重構的全息圖的質量可受所謂的零階問題的影響，這是該重構的衍射性質的結果。這樣的零階光可被認為是「噪聲」並且包括例如鏡面反射光以及來自SLM的其他不想要的光。這一「噪聲」一般聚焦在傅立葉透鏡的焦點處，從而在所重構的全息圖的中心處造成亮點。傳統地，零階光被簡單地阻擋，然而這將清楚地意味著用暗點來代替亮點。選擇性濾波器可被替換地並成角度地用於僅移除該零階光中的準直光線。也可使用其他管理零階光的方法。儘管在此描述的各實施例涉及每幀顯示一個全息圖，但本公開決不限於在一方面，並且在任何一次可在SLM上顯示一個以上全息圖。例如，各實施例實現分塊(「tiling」)技術，其中SLM的表面區域被進一步分成多個塊，這些塊中的每一個被設置成與原始塊的相位分布相似或相同的相位分布。因此，相比於SLM的整個分配區域被用作一個大型相位模式的情況，每一塊具有更小的表面區域。在圖像被產生時，塊中頻率分量的數目越小，經重構的像素分開得越遠。該圖像在第零衍射階內被創建，並且第一和後續階移位得足夠遠以便不與該圖像重疊並且可通過空間過濾器來阻塞是優選的。如上所示，通過本方法所產生的圖像(無論是否使用分塊)包括形成圖像像素的各點。所使用的塊的數目越高，這些點變得越小。如果以無限正弦波的傅立葉變換為例，則單個頻率被產生。這是最優的輸出。在實踐中，如果只使用一個塊，則這對應於正弦波的單個周期的輸入，其中零值在正和負方向上從正弦波的端節點延伸到無窮遠。取代從其傅立葉變換中產生單個頻率，主頻率分量與一系列毗鄰頻率分量一起在其任一側上被產生。對分塊的使用降低了這些毗鄰頻率分量的振幅，並且作為這個事實的直接結果，更少的幹擾(建設性的和破壞性的)發生在毗鄰圖像像素之間，由此改善了圖像質量。優選地，每一個塊是整個塊，但使用塊的小部分是可能的。僅作為示例，各實施例涉及Gerchberg-Saxton算法的變型。本領域技術人員將理解，在此公開的改進方法同樣適用於計算被用來形成物體的三維重構的全息圖。同樣，本公開不限於單色圖像的投影。彩色2D全息重構可被產生並且有兩種主要方法來達到這一點。這些方法之一被稱為「幀順序制色」(FSC)。在FSC系統中，使用三個雷射(紅色、綠色、以及藍色)，並且每一雷射器在SLM處接連發光以產生視頻的每一幀。這些色彩以足夠快的速率被循環(紅色、綠色、藍色、紅色、綠色、藍色等)，使得人類查看者從此三個雷射的組合中看見多色圖像。因此，每一全息圖都是特定色彩的。例如，在每秒鐘25個幀的視頻中，第一幀將通過在1/75秒內發射紅色雷射、隨後在1/75秒內發射綠色雷射、並最後在1/75秒內發射藍色雷射來被產生。下一幀隨後被產生，以紅色雷射開始，以此類推。一種替換方法(將被稱為「空間上分開的制色」(SSC))涉及同時發射全部三個雷射，但採取不同的光路，例如每一個雷射使用不同的SLM或單個SLM的不同區域並隨後組合以形成彩色圖像。幀順序制色(FSC)方法的優點是整個SLM被用於每一顏色。這意味著所產生的這些三色圖像的質量將被折衷，因為SLM上的所有像素被用於這些彩色圖像中的每一者。然而，FSC方法的缺點是所產生的整個圖像將不與通過SSC方法產生的對應圖像乘以約3的因子一樣亮，因為每一雷射僅被使用三分之一的時間。這一缺陷可潛在地通過過速驅動這些雷射器或者通過使用更強大的雷射來解決，但這會需要使用更多的功率，會涉及更高的成本並且會使得系統更不緊湊。SSC(空間上分開的制色)方法的優點是圖像因所有三個雷射同時發射而更亮。然而，如果由於空間限制它需要只使用一個SLM，則SLM的表面區域可被分成三個部分，實際上擔當了三個分開的SLM。這一點的缺陷是由於可用於每一單色圖像的SLM表面區域的減少，每一單顏色圖像的質量降低。因此，多色圖像的質量被相應地降低了。可用的SLM表面區域的減少意味著SLM上更少的像素可被使用，由此降低了圖像的質量。圖像的質量被降低了，因為其解析度被降低了。在各實施例中，SLM是矽上液晶(LCOS)設備。LCOSSLM具有以下優點：信號線、柵極線、以及電晶體處於反射表面之下，這造成高填充因子(通常大於90％)和高解析度。現在可獲得具有2.5μm和15μm之間的像素的LCOS設備。LCOS設備的結構在圖7中示出。LCOS設備是使用單個晶體矽基板(802)來形成的。它具有由間隙(801a)隔開的、安排在基板的上表面上的方形平面鋁電極(801)的2D陣列。電極(801)中的每一者都可經由埋在基板(802)中的電路系統(802a)來尋址。電極中的每一者形成各自的平面反射鏡。對準層(803)被設置在電極陣列上，並且液晶層(804)被設置在對準層(803)上。第二對準層(805)被設置在液晶層(404)上，並且例如為玻璃的平面透明層(806)被設置在第二對準層(805)上。例如為ITO的單個透明電極(807)被設置在透明層(806)和第二對準層(805)之間。方形電極(801)中的每一個與透明電極(807)的覆蓋區和居間液晶材料一起限定了可控制的調相元素(808)，通常稱為像素。在考慮像素(801a)之間的間隔的情況下，有效像素區域或填充因子是光學上活躍的總像素的百分比。通過相對於透明電極(807)控制向每一電極(801)施加的電壓，相應的調相元件的液晶材料的屬性可被改變，由此向入射在其上的光提供可變的延遲。效果是向波前提供純相位調製，即沒有發生振幅影響。使用反射LCOS空間調光器的主要優點是液晶層的厚度可以是在使用透射設備的情況下的所需厚度的一半。這大大地改善了液晶的切換速度(用於移動視頻圖像的投影的關鍵點)。LCOS設備還獨有地能夠在小孔徑中顯示大型純相位元件的陣列。小元件(通常為大致10微米或更小)導致實用的衍射角(為幾度)，使得該光學系統不需要非常長的光學路徑。與較大的液晶設備的孔徑相比，充分地照亮LCOSSLM的小孔徑(幾平方釐米)是更容易的。LCOSSLM還具有大孔徑比，在各像素之間存在非常小的死角(因為用於驅動這些像素的電路系統被埋在這些反射鏡之下)。這對於降低重放區中的光學噪聲而言是一個重要的問題。使用矽背板具有各像素在光學上平坦的優點，這對於調相器件而言是重要的。儘管各實施例涉及反射LCOSSLM，但本領域技術人員將理解，可以使用包括透射SLM在內的任何SLM。本發明不限於所描述的實施例，而是延及所附權利要求書的完全範圍。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp