[发明专利]全息图计算的方法

说明书

一种计算具有振幅和相位分量的全息图的方法。该方法包括(i)接收包括代表振幅的多个数据值的输入图像。该方法然后包括(ii)将随机相位值分配给多个数据值中的每个数据值以形成复数数据集。该方法然后包括(iii)对复数数据集进行逆傅立叶变换。该方法然后包括(iv)将变换的复数数据集中的每个复数数据值(X1,X2)约束为多个可允许复数数据值(GL1‑GL8)之一，以形成全息图，每个可允许复数数据值包括振幅调制值和相位调制值。如上所述，多个可允许复数数据值的相位调制值(GL1‑GL8)基本跨越至少3π/2，并且可允许复数数据值中的至少一个具有基本为零的振幅调制值(GL8)和基本为零的相位调制值。

技术领域

本公开涉及计算全息图的方法和布置为计算全息图的全息引擎。更具体地，本公开涉及一种全复数全息图的计算机生成方法和布置为计算全复数全息图的全息计算引擎。本公开还涉及一种用于计算包括振幅和相位值的2D阵列的全息图的算法以及布置成计算包括全复数全息图数据值的2D阵列的全息图的全息图引擎。一些实施例涉及布置为使用所生成的全息图来形成全息重建的全息投影仪。一些其他实施例涉及包括全息投影仪的平视显示器、头戴式显示器或近眼设备。

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回放图像。

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“CGH”。这些类型的全息图可被称为菲涅耳或傅立叶变换全息图。傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域表示或物体的频域表示。例如，还可以通过相干射线追踪或点云技术来计算CGH。

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“SLM”上对CGH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。

SLM可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元、多级或连续的。可替代地，设备可以是连续的(即不包括像素)，因此光调制可以在整个设备上是连续的。SLM可以是反射性的，这意味着调制光以反射从SLM输出。SLM可以同样是透射性的，这意味着调制光以透射从SLM输出。

可以使用本文描述的技术来提供用于成像的全息投影仪。例如，这种投影仪已经应用于平视显示器“HUD”和头戴式显示器“HMD”，其包括近眼设备。

本文公开了用于光的复数调制的改进的显示设备和计算复数全息图的改进方法。

发明内容

提供了一种全息投影仪，其包括显示设备和显示驱动器。显示设备包括光调制像素阵列。每个光调制像素是可操作成调制振幅和相位的包含液晶的单元。显示驱动器布置为驱动显示设备以通过以从各自具有振幅调制值和相位调制值的多个复数调制水平中选择的相应复数调制水平独立地驱动每个光调制像素来显示全息图。多个复数调制水平包括基本跨越至少3π/2可选地为2π的相位调制值。复数调制水平中的至少一个具有基本为零的振幅调制值和基本为零的相位调制值。

每个像素都是可单独寻址的，并且能够调制接收光的振幅和相位。具体地，每个像素可以选择性地衰减接收光的振幅并且选择性地时间延迟接收光以引入受控的相位延迟。每个像素配置为接收光，例如相干光的平面波的一部分，并输出对回放平面处的图像有贡献的调制光。因此，每个像素都可以控制其输出的调制光的振幅和相位。像素阵列包括以行和列布置的多个像素，它们共同提供相位和振幅分布。显示在像素阵列上的相位和振幅分布是全息图，可以通过照射对其进行重建，以在与像素阵列空间分离的回放平面处形成全息重建或图像。