本公開涉及包括光控制設備的顯示系統。本公開還涉及諸如薄膜的光控制設備以及補償諸如車輛擋風玻璃的光學組合器的曲率的方法。一些實施例涉及全息投影儀、圖片生成單元或平視顯示器。

背景技術：

1、從物體散射的光包含振幅和相位信息?？梢酝ㄟ^眾所周知的干涉技術在例如感光板上捕獲該振幅和相位信息，以形成包括干涉條紋的全息記錄或“全息圖”?？梢酝ㄟ^用合適的光照射來重建全息圖，以形成代表原始物體的二維或三維全息重建或重放圖像。

2、計算機生成的全息術可以在數值上模擬干涉過程。可以通過基于數學變換比如菲涅耳或傅立葉變換的技術來計算計算機生成的全息圖。這些類型的全息圖可被稱為菲涅耳/傅立葉變換全息圖或簡稱為菲涅耳/傅立葉全息圖。傅立葉全息圖可被認為是物體的傅立葉域/平面表示或物體的頻域/平面表示。例如，還可以通過相干光線跟蹤或點云技術來計算計算機生成的全息圖。

3、可以在布置為調制入射光的振幅和/或相位的空間光調制器上對計算機生成的全息圖進行編碼。例如，可以使用電可尋址液晶、光學可尋址液晶或微鏡來實現光調制。

4、空間光調制器通常包括多個單獨可尋址像素，其也可被稱為單元或元素。光調制方案可以是二進制、多級或連續(xù)的?？商娲兀撛O備可以是連續(xù)的(即不包括像素)，因此光調制可以在設備上是連續(xù)的?？臻g光調制器可以是反射性的，這意味著調制光以反射輸出?？臻g光調制器可以同樣是透射性的，這意味著調制光以透射輸出。

5、使用這里描述的系統可以提供全息投影儀。這種投影儀已經在平視顯示器“hud”中得到應用。

技術實現思路

1、在所附的獨立權利要求中定義了本公開的各方面。

2、概括地說，提供了一種用于顯示光的光控制設備或眩光緩解設備，其布置成補償顯示光的光學路徑上的彎曲光學部件的曲率。在實施例中，光控制設備或眩光緩解設備用于顯示系統的顯示光。在實施例中，彎曲光學部件位于顯示系統的光學路徑上。在一些實施例中，彎曲光學部件是光學組合器，例如車輛擋風玻璃，其布置成將來自顯示設備的顯示光重定向到觀察窗或所謂的眼盒。光學部件可以具有在第一方向上的第一曲率和在垂直于第一方向的第二方向上的第二曲率。第一和/或第二曲率可以是非線性的。光學部件具有復雜的曲率，當用于顯示系統，特別是基于全息投影的顯示系統時，會引入復雜的失真。

3、顯示光可以是空間調制光。顯示系統可以布置成將空間調制光中繼到觀察平面或眼盒。在一些實施例中，顯示系統是全息顯示系統，并且空間調制光是根據全息圖進行空間調制的光。空間調制光可被稱為全息波前。在其他實施例中，顯示系統是圖像或圖片顯示系統(例如傳統圖片生成單元的一部分)，并且空間調制光是根據圖像或圖片進行空間調制的光。在這些實施例中，空間調制光可被稱為圖像或圖片波前。圖片波前可以從屏幕或漫射器接收。因此，圖片波前可以是漫射的和/或包含一系列光線角度。本公開的光控制設備提供了用于控制環(huán)境光反射的裝置，以防止或抑制眩光到達觀察平面，同時允許空間調制光到達觀察平面。例如，顯示設備可以包括包含反射表面的光學部件。在沒有光控制設備的情況下，環(huán)境光可能被反射表面朝向顯示設備的觀察平面/眼盒反射，從而形成眩光。本公開的光控制設備布置成抑制這種反射。

4、如上所述，本公開的光控制設備還布置成補償顯示系統的光學路徑上的彎曲光學部件的曲率。在顯示系統的光學路徑上的彎曲光學部件可以意味著通過顯示系統傳播的空間調制光可以入射到彎曲光學部件上、被彎曲光學部件反射、透射通過彎曲光學部件或者以其他方式與彎曲光學部件相互作用。如技術人員將理解，光學部件的曲率可以改變空間調制光的發(fā)散或會聚及其角度。例如，如果空間調制光在彎曲光學部件的上游是基本準直的(在與光學部件相互作用之前)，則空間調制光在彎曲光學部件的下游可以是不平行的(例如會聚或發(fā)散的)(在與光學部件相互作用之后)。換句話說，彎曲光學部件可以對入射到其上的空間調制光具有透鏡效應。如果彎曲光學部件的曲率不均勻，則透鏡效應可能不均勻。例如，彎曲光學部件的不同部分可以具有不同的曲率半徑，因此可以對入射到其上的空間調制光具有不同的透鏡效應。在一些實施例中，彎曲光學部件是車輛的擋風玻璃或防風玻璃。擋風玻璃或防風玻璃可以具有復雜的曲率，對入射到其上的顯示光具有復雜的透鏡效應。

5、發(fā)明人已經發(fā)現了與彎曲光學部件的透鏡效應相關的許多問題。一個問題是透鏡效應可能扭曲(顯示系統的)顯示光。例如，顯示光可以使得圖片在觀察平面處可觀察。例如，可以根據圖片的全息圖或者簡單地根據圖片對顯示光進行空間調制。彎曲光學部件的透鏡效應可能使在觀察平面處可觀察到的圖片失真。這可能不利地影響顯示系統的觀察體驗。發(fā)明人發(fā)現的另一個問題是在彎曲光學部件上游包括復制器的顯示系統所特有的。復制器可以布置成復制空間調制光以形成空間調制光的多個復本。例如，如果空間調制光是全息波前，則復制器可以布置成形成全息波前的多個復本。在實施例中，如下所述，復制器可以是波導。例如，波導可以包括布置成接收空間調制光的輸入端口。波導可以包括一對表面，該對表面布置成在它們之間引導在輸入處接收的空間調制光。該對表面中的第一表面可以是部分透射部分反射的。第一表面可以布置成形成空間調制光的多個復本。可以說第一表面的至少一部分形成復制器/波導的輸出端口。復制器可以布置成使得多個復本被中繼朝向彎曲光學部件。顯示系統還可以布置成使得多個復本被中繼朝向顯示系統的觀察平面/眼盒。發(fā)明人已經發(fā)現，空間調制光的復本的間距(在觀察平面處)對于確保良好的觀察體驗是重要的。通過模擬和實驗，發(fā)明人還發(fā)現，復本的間距會受到彎曲光學部件的透鏡效應的影響。例如，可以增加或減少觀察平面處復本的間距。這可能會對觀察體驗產生不利影響。例如，如果復本的間距減小，所謂的重影效應可能變得更加明顯，在重影效應中，預期圖片或圖像內容的副本被顯示為稍微偏離預期圖片或圖像內容。如果彎曲光學部件具有凹形，例如擋風玻璃或防風玻璃的內表面，則復本的間距可以減小。如本文所用，復本的間距指的是相鄰復本的中心之間的間隔或距離。

6、用于反射/眩光抑制的光控制設備/眩光緩解設備以前已經公開過，例如在英國專利gb2607672和英國專利申請gb2303536.3(公開號gb2627988a)中。在英國專利申請2317637.3和2401627.1中也公開了用于補償彎曲光學部件曲率的光控制設備。這些申請在此引入作為參考。

7、然而，發(fā)明人已經解決的問題是，如在這些申請中描述，僅用物理透鏡來減輕彎曲光學部件的透鏡效應，對于彎曲光學部件的任何變化，都需要不同的透鏡。例如，如果彎曲光學部件是車輛的擋風玻璃，則不同的透鏡將不得不用于系統需要被裝配到的每個不同的車輛線。如果透鏡沒有被微調或優(yōu)化到彎曲光學部件的曲率，那么上述問題的要素可能仍存在。這需要大量額外的開發(fā)時間和費用，因為必須完成對每個車輛線的透鏡的微調/優(yōu)化過程，以及額外的制造復雜性，因為任何生產設施都必須處理與各種彎曲光學部件結合使用的多個不同的透鏡。

8、根據本公開的第一方面，提供了一種顯示系統。顯示系統包括復制器，其布置成接收空間調制光并復制空間調制光，以通過反射表面和透射反射表面之間的波導形成空間調制光的多個復本。透射反射表面形成空間調制光的多個復本的輸出表面。顯示系統還包括位于復制器的輸出表面下游的空間調制光的多個復本的光學路徑中的光控制設備。光控制設備布置成對光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率提供第一補償。第一補償是輸出表面(或光控制設備)上的位置(或地點)的函數，并且布置成僅部分地抵消光學部件的曲率。換句話說，第一補償不是恒定的，或者在輸出表面或光控制設備的位置上變化。

9、也就是說，對于復制器的輸出表面上的每個位置，光控制設備的對應點為彎曲光學部件的對應點的曲率提供補償?！皩秉c是指光控制設備或彎曲光學部件上的點，這些點將與從復制器輸出表面上的任何給定點發(fā)出的復本相互作用—即當光線通過系統追蹤復本時，光控制設備、彎曲光學部件和復制器輸出表面上由同一復本連接的點。與光控制設備向從輸出表面上的相鄰點發(fā)射的復本提供的補償相比，光控制設備向從輸出表面上的給定點發(fā)射的復本提供的補償可以變化，并且同樣地，第一補償在輸出表面上變化(即是輸出表面上的位置的函數)。換句話說，對于具有第一和第二維度的輸出表面，復本從第一和第二維度(的陣列)的輸出表面發(fā)射，由光控制設備提供給任何復本的補償將取決于所述復本從其發(fā)射的第一和第二維度的輸出表面的對應點的位置。也就是說，補償是部件的至少一個維度(例如x或y)的函數。雖然這里的討論涉及輸出表面、光控制設備和彎曲光學部件的“點”，但本領域技術人員應該理解，這可能純粹是說明性的?？赡苁沁@樣的情況，不是對應的有限“點”，而是光控制設備的“區(qū)域”為彎曲光學部件的對應區(qū)域的曲率提供所需的補償。

10、這里使用的措詞“部分補償”反映了第一補償布置成保留來自光學部件曲率的一些失真。這種失真可以是至少一個復本相比于另一個復本的失真。第一補償的幅度減小由光學部件的曲率引起的(波前)失真，但沒有完全消除它。也就是說，盡管光控制設備具有部分校正效果，但仍保留了一些(波前)失真。換句話說，具有第一(部分)補償的(波前)失真比不存在第一(部分)補償時更小(具有更低的幅度)，但是沒有低到好像存在完全補償一樣。

11、換句話說，提供了一種包括復制器和光控制設備的投影儀。復制器布置成接收空間調制光，并復制空間調制光，以通過反射表面和透射反射表面之間的波導形成空間調制光的多個復本。透射反射表面形成空間調制光的多個復本的輸出表面。光控制設備(例如實施為薄膜的透鏡)位于復制器的輸出表面下游的空間調制光的多個復本的光學路徑中，并且布置成對與投影儀配合使用(例如接收投影儀的光)的彎曲光學組合器(例如具有正光焦度)的曲率提供第一部分補償(例如第一負光焦度)。第一部分補償是輸出表面上不完全抵消光學組合器的曲率的位置的函數。

12、同樣地，發(fā)明人已經發(fā)現，有目的地選擇僅部分補償彎曲光學部件的曲率的光控制設備允許以其他方式對系統進行微調，以適應特定的彎曲光學部件。這允許相同的系統和光控制設備與各種各樣的彎曲光學部件一起使用，消除了上述額外的開發(fā)和制造時間和費用。

13、補償或可替代的校正可以解決由彎曲光學部件(的曲率)賦予任何或所有復本的任何光學效應(例如波前畸變、像差或差異)。換句話說，(部分)補償的目的是，在與彎曲光學部件相互作用之后，至少一個復本的至少一個光學性質或特征(例如尺寸、形狀、縱橫比…)比補償不在適當位置時更接近預期的光學性質或特征。總之，補償是為了減少復本相比于彼此的(波前)畸變，其中畸變是光學性質相比于其預期值的變化。

14、空間調制光可以是全息波前，并且復制器可以布置成形成全息波前的多個復本。這樣，該系統可以與全息投影儀一起使用。在其他實施例中，空間調制光是圖片的波前。

15、光控制設備可以包括透鏡或透鏡函數，可選地包括具有透鏡效應的菲涅耳結構。物理透鏡可以是膜，可選地具有小于5mm的厚度，例如小于2mm、1mm或0.5mm。該設備提供所需的補償/校正，同時最小化其在系統中占據的空間，減少包裝約束。

16、第一補償可以具有與彎曲光學部件相反的透鏡效應。為避免疑問，這里使用的詞語“相反”與方向有關，但不一定與大小有關。也就是說，相反的透鏡效應方向相反，而非大小。第一補償可以是負光焦度。彎曲光學部件可以是正光焦度。因此，補償提供了相應的光焦度，以解決彎曲光學部件的光焦度。

17、顯示系統還可以包括處理器，其布置成確定圖像的全息圖和透鏡函數，透鏡函數為光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率提供第二補償。第二補償布置成僅部分地抵消光學部件的曲率。第二補償還可以布置成保留至少一個復本相比于另一個復本的光學部件的曲率的一些失真(例如至少一些失真)。顯示系統還可以還包括顯示設備，顯示設備布置成根據顯示在其上的衍射圖案對光進行空間調制。衍射圖案包括全息圖和透鏡函數。

18、換句話說，系統(或投影儀)還可以包括處理器，其布置成確定圖片的全息圖和(像素化)透鏡函數，該透鏡函數為與投影儀配合使用(例如接收投影儀的光)的彎曲光學組合器(例如具有正光焦度)的曲率提供第二部分補償(例如第二負光焦度)。系統(或投影儀)還可以包括顯示設備，顯示設備布置成根據其上顯示的衍射圖案對光進行空間調制，其中衍射圖案包括全息圖和透鏡函數(例如其疊加或總和)。

19、在一些實施例中，光控制設備(提供硬件補償/校正)和處理器的透鏡函數(提供軟件補償/校正)的組合允許對彎曲光學部件的任何曲率進行完全校正或補償，而不改變用于每個不同彎曲光學部件的硬件。也就是說，大部分的校正/補償是由光控制設備完成的，而微調是由處理器的軟件執(zhí)行的。這允許使用一組/固定的“一個尺寸適合所有”(硬件)系統，而不管彎曲光學部件的曲率如何，從而減少與為與該系統結合使用的任何新的彎曲光學部件生產新的光控制設備相關的開發(fā)和制造時間。

20、換句話說，光控制設備是無源部件(即在使用期間不能根據需要改變的部件)。這樣，為了增加用于彎曲光學部件的曲率的校正/補償的自由度，光控制設備不對彎曲光學部件的光焦度進行精確補償。相反，光控制設備補償低階光焦度(例如散焦和散光)，而基于軟件的補償用于微調。

21、這種硬件和軟件補償/校正的組合比純粹使用硬件或軟件解決方案的校正有更多的好處。如上所述，使用純硬件校正/補償將導致必須為該系統要使用的彎曲光學部件的每個曲率安裝一件新硬件。下面討論純軟件解決方案的優(yōu)勢。

22、虛像(即觀察者觀察或感知的圖像)的深度信息被編碼在從復制器的輸出表面發(fā)射的復本波前中。當波前被彎曲光學部件反射時，由于所述部件的曲率，正光焦度被加到波前，這將圖像推得更遠并增加虛像距離(觀察者觀察虛像的距離)。這可能導致虛像太遠而不能被觀察者清楚地觀察到，或者相對于觀察者的環(huán)境處于錯誤的位置。為了讓觀察者感知正確的虛像距離，波前需要在碰到彎曲光學部件之前用相反的光焦度(即負光焦度)進行預像差。

23、增加負光焦度的本能方法是通過負責生成全息圖的處理器在全息圖“頂部”應用負軟件透鏡。雖然這確實可以將虛像帶回到其標稱距離，但發(fā)明人已經發(fā)現，隨著虛像和顯示設備之間的距離減小，會引入明顯的重影贗像。彎曲光學部件越彎曲，需要添加到全息圖的光焦度越強，并且已經觀察到的重影效應越多。

24、因此，發(fā)明人發(fā)現校正虛像距離的更好方法是在復制器之后添加負光焦度。添加這種負光控制設備使虛像更靠近觀察者，這產生了正確的虛像距離。然而，如上所述，使用(僅)硬件解決方案對于開發(fā)和制造時間和成本來說是次優(yōu)的，因此包括軟件解決方案(以更互補的能力)來微調補償/校正。換句話說，硬件透鏡的光焦度將類似于彎曲光學部件的散焦和散光，而軟件校正將是取決于實際彎曲光學部件和系統參數(例如視場)的微調。軟件校正中可能有大量的項(即澤尼克多項式)。此外，發(fā)明人發(fā)現僅使用硬件解決方案不能完全恢復彎曲光學部件的圖像質量。然而，在全息圖的計算期間，可以通過發(fā)明人已知的基于軟件的反重影技術來去除殘留的重影贗像。

25、發(fā)明人發(fā)現在設計這種顯示系統時有兩個關鍵平面：顯示器所在的平面和虛像所在的平面。彎曲光學部件的光焦度會將這兩個平面推得更遠，因此虛像對觀察者來說會顯得離預期距離太遠。使用負軟件透鏡將使虛像更近，但顯示設備保持相同的距離，因此虛像和顯示設備之間的間隔將減少(引入更多的重影)。在顯示設備和觀察者之間添加硬件透鏡，因為這將使虛像和顯示設備更近，從而它們之間的間隔保持足夠長以避免重影。總之，軟件透鏡只能影響虛像而不能影響顯示設備，而硬件透鏡可以影響兩者。

26、為了獲得最佳性能，由高質量光學玻璃制成的薄負透鏡是優(yōu)選的。然而，在一些實施例中，菲涅耳結構比如菲涅耳透鏡用于減少單元的總體積和重量。可以說菲涅耳結構具有透鏡效應或光焦度。可替代地，可以說光控制設備包括菲涅耳結構或相位包裹結構。

27、透鏡函數可以是像素化透鏡函數。第二補償可以是負光焦度。衍射圖案可以包括全息圖和透鏡函數的疊加或總和。以這種方式，校正/補償的軟件部分被包括作為由彎曲光學部件反射的復本的一部分。

28、顯示系統還可以包括觀察者跟蹤系統，其布置成確定眼盒內的位置，并將所述位置與彎曲光學部件的子區(qū)域和復制器的輸出表面上的位置相關。第一和第二補償可以補償彎曲光學部件的子區(qū)域的曲率。

29、總的來說，本文公開了一種混合的軟件-硬件方法來補償彎曲光學部件的曲率，例如組合器，比如擋風玻璃。第一補償和第二補償可以共同為彎曲光學部件的曲率提供完全補償。換句話說，在本公開中，通過由軟件和硬件解決方案提供的校正/補償的總和，實現了先前由定制的硬件解決方案為每個不同的彎曲光學部件提供的校正/補償。

30、第一補償可以是第二補償的2到10倍。可替代地，第一補償可以提供75％到99％范圍內的虛像偏移校正，第二補償可以提供1％到25％范圍內的虛像偏移校正。換句話說，主要/大部分校正/補償是通過硬件解決方案實現的，而校正/補償的微調是通過軟件解決方案實現的。本領域技術人員將理解與彎曲光學部件相關的光焦度如何引起像距的變化。因此，虛像偏移可以是距離。因此，虛像偏移校正是像距的百分比變化。

31、第一和/或第二補償的幅度可以使得顯示系統的觀察平面處的多個復本中的每個的間距可以是人類瞳孔尺寸的至少一半。

32、同樣，根據本公開的第二方面，提供了一種顯示系統。顯示系統包括復制器，其布置成接收空間調制光并復制空間調制光，以通過反射表面和透射反射表面之間的波導形成空間調制光的多個復本。透射反射表面形成空間調制光的多個復本的輸出表面。顯示系統還包括位于復制器的輸出表面下游的空間調制光的多個復本的光學路徑中的光控制設備。光控制設備布置成對光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率提供補償。補償是輸出表面上的位置的函數。第一和/或第二補償的大小使得顯示系統的觀察平面處的多個復本中的每個的間距可以是人類瞳孔尺寸的至少一半。

33、為了向觀察者產生完整圖像，必須跟蹤他們的眼睛，以確保正確的復本能夠穿過其瞳孔到達其視網膜(并因此被觀察者看到)，并可選地提供3d顯示。如果正確的一個或多個復本沒有通過瞳孔，那么觀察者可能會錯過至少一部分預期圖像，或者可能會出現串擾問題。同樣，如果多個沖突的復本到達眼睛，可能會出現(其他)圖像的重影。這對于彎曲光學部件的存在尤其成問題，這會導致多個復本以不同的相位到達觀察者(由于部件的彎曲而賦予不同復本不同的相位)，導致觀察者看到的圖像失真。因此，大量的計算能力可用于跟蹤眼盒內觀察者的眼睛，以確保這種失真和重影被最小化或消除。

34、通過增加復本的間距，減少了多個沖突復本同時通過觀察者的瞳孔并導致上述圖像失真的機會。這降低了對眼睛跟蹤系統的要求，因為通過觀察者的瞳孔允許多個沖突復本的機會減少了。這樣，可以放松對眼睛跟蹤系統的要求。

35、發(fā)明人發(fā)現，這可以使用如上所述的硬件校正來實現。硬件校正實際上使顯示設備更靠近眼盒，這又有效地增加了復本之間的間隔，因此允許眼睛跟蹤有更大的容差。

36、發(fā)明人已經發(fā)現，最佳地，對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)包含顯示設備的至少50個像素，可選地50到75個像素，或者可替代地100個像素。對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)基本對稱。對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)具有縱橫比在1:1至1:1.25范圍內的區(qū)域。

37、同樣，根據本公開的第三方面，提供了一種顯示系統。顯示系統包括復制器，其布置成接收空間調制光并復制空間調制光，以通過反射表面和透射反射表面之間的波導形成空間調制光的多個復本。透射反射表面形成空間調制光的多個復本的輸出表面。顯示系統還包括位于復制器的輸出表面下游的空間調制光的多個復本的光學路徑中的光控制設備。光控制設備布置成對光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率提供補償。補償是輸出表面上的位置的函數。顯示系統也還包括布置成空間調制光的顯示設備。對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)包含顯示設備的至少50個像素，可選地50到75個像素或者可替代地100個像素。可替代地，對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)基本對稱?？商娲兀瑢澢鈱W部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)具有縱橫比在1:1至1:1.25范圍內的區(qū)域。

38、通過對復本通過系統回到顯示設備的光學路徑進行光線跟蹤，發(fā)明人已經發(fā)現，彎曲光學部件的失真也減少和失真顯示設備上的區(qū)域，該區(qū)域負責觀察者感知的圖像的特定點。例如，如果顯示設備上的區(qū)域是圓形或大致/基本圓形，則由彎曲光學部件引起的失真可能使得該區(qū)域變成橢圓形。也就是說，圓形區(qū)域在第一方向上的寬度可以保持相同，但在垂直于第一方向的第二方向上減小?？傊д嫦搮^(qū)域的對稱性，減小其尺寸并增加其縱橫比。重建圖像中每個點的質量很大程度上取決于有多少像素對該點有貢獻以及這些像素是如何分布的。

39、通過利用本公開中描述的補償，發(fā)明人已經發(fā)現顯示設備上的區(qū)域可以至少部分地恢復到如果所述失真沒有發(fā)生時的形狀和大小。也就是說，該區(qū)域在第二方向上的寬度可以更接近第一方向的寬度。換句話說，補償增加區(qū)域的對稱性，增加其尺寸并減小其縱橫比。負責觀察者感知的圖像的每個點的顯示設備區(qū)域的增加意味著可以更大/更精細的細節(jié)(換句話說，以更高的分辨率)來呈現圖像。發(fā)明人已經發(fā)現，使用這種方法可以提高感知的圖像質量，例如分辨率。

40、顯示系統還可以包括位于光控制設備下游的彎曲光學部件。彎曲光學部件可以是光學組合器。彎曲光學部件可以是車輛的擋風玻璃。

41、光控制設備還可以包括“轉動膜”的功能(即光控制設備可以充當轉動膜)。也就是說，光控制設備可以提供“整體轉動”(即向每個復本提供相等的、最小的轉動量)，該轉動將眼盒/觀察窗的位置移動到觀察者/用戶更舒適和/或更容易接近的位置。換句話說，第一補償函數可以具有(靜態(tài))系數，使得光控制設備上的每個位置提供最小的轉動量。

42、根據本公開的第四方面，提供了一種處理空間調制光的方法。該方法包括在復制器處接收空間調制光，復制器具有反射表面和透射反射表面。透射反射表面形成輸出表面。該方法還包括通過在反射表面和透射反射表面之間波導空間調制光來復制空間調制光以形成空間調制光的多個復本。空間調制光的多個復本在輸出表面處從復制器輸出。該方法還包括在光控制設備處接收多個復本。最后，該方法包括經由光控制設備提供對光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率的第一補償。第一補償是輸出表面上的位置的函數，并且布置成僅部分地抵消光學部件的曲率。

43、以這種方式，提供了一種方法，其提供利用部分補償的益處，如上文關于本公開的第一方面討論。

44、該方法還可以包括通過處理器確定圖像的全息圖和透鏡函數，該透鏡函數為光控制設備下游的彎曲光學部件的曲率提供第二補償。第二補償布置成僅部分地抵消光學部件的曲率。該方法還可以包括根據顯示在顯示設備上的衍射圖案對顯示設備上的光進行空間調制。衍射圖案包括全息圖和透鏡函數。

45、第一和/或第二補償的幅度可以使得顯示系統的觀察平面處的多個復本中的每個的間距至少是人類瞳孔尺寸的一半。對彎曲光學部件的曲率的補償可以使得顯示設備上的觀察光瞳的覆蓋區(qū)包含顯示設備的至少50個像素，可選地50到75個像素或者可替代地100個像素。

46、應當理解，上面討論的與本公開第一方面的顯示系統相關的特征也可以是本公開第二和第三方面的顯示系統和/或本公開第四方面的方法的特征，反之亦然。

47、在本公開中，術語“復本”僅用于反映空間調制光被分割，使得復合光場沿著多個不同的光路被引導?！皬捅尽币辉~用于指復制事件后復合光場的每一次出現或實例—比如光瞳擴展器的部分反射-透射。每個復本沿著不同的光路傳播。本公開的一些實施例涉及用全息圖而不是圖像編碼的光的傳播—即用圖像的全息圖而不是圖像本身進行空間調制的光。因此，可以說形成了全息圖的多個復本。全息術領域的技術人員將理解，與用全息圖編碼的光的傳播相關的復合光場將隨著傳播距離而變化。這里使用的術語“復本”與傳播距離無關，因此與復制事件相關的兩個光分支或路徑仍被稱為彼此的“復本”，即使分支具有不同的長度，使得復合光場沿著每條路徑不同地演化。也就是說，根據本公開，即使兩個復合光場與不同的傳播距離相關，它們仍被認為是“復本”—假設它們源自相同的復制事件或一系列復制事件。

48、根據本公開的“衍射光場”是由衍射形成的光場。可以通過照射相應的衍射圖案來形成衍射光場。根據本公開，衍射圖案的示例是全息圖，衍射光場的示例是全息光場或形成圖像的全息重建的光場。全息光場在重放平面上形成圖像的(全息)重建。從全息圖傳播到再現平面的全息光場可以說包括用全息圖編碼的光或全息域中的光。衍射光場的特征在于由衍射結構的最小特征尺寸和(衍射光場的)光的波長確定的衍射角。根據本公開，也可以說“衍射光場”是在與相應衍射結構空間分離的平面上形成重建的光場。本文公開了一種用于將衍射光場從衍射結構傳播到觀察者的光學系統。衍射光場可以形成圖像。

49、術語“全息圖”用于指代包含關于物體的振幅信息或相位信息或其某種組合的記錄。術語“全息重建”用于指代通過照射全息圖而形成的物體的光學重建。本文中公開的系統被描述為“全息投影儀”，因為全息重建是真實圖像并且與全息圖在空間上分離。術語“重放場”用于指代在其內形成全息重建并完全聚焦的2d區(qū)域。如果將全息圖顯示在包括像素的空間光調制器上，則重放場將以多個衍射級的形式重復，其中每個衍射級是零級重放場的復本。零級重放場通常對應于優(yōu)選或主重放場，因為它是最亮重放場。除非另有明確說明，術語“重放場”應被認為是指零級重放場。術語“重放平面”用于指代包含所有重放場的空間中的平面。術語“圖像”、“重放圖像”和“圖像區(qū)域”指通過全息重建的光照射的重放場的區(qū)域。在一些實施例中，“圖像”可包括離散點，其可被稱為“圖像點”，或僅出于方便起見而被稱為“圖像像素”。

50、術語“編碼”、“寫入”和“尋址”用于描述向slm的多個像素提供分別確定每個像素的調制水平的相應多個控制值的過程。可以說，slm的像素配置為響應于接收到多個控制值而“顯示”光調制分布。因此，可以說slm“顯示”全息圖，并且全息圖可被認為是光調制值或水平的陣列。

51、已經發(fā)現，可接受質量的全息重建可以由僅包含與原始物體的傅立葉變換相關的相位信息的“全息圖”形成。這樣的全息記錄可被稱為僅相位全息圖。實施例涉及僅相位全息圖，但本公開同樣適用于僅振幅全息術。

52、本公開也同樣適用于使用與原始物體的傅立葉變換相關的振幅和相位信息來形成全息重建。在一些實施例中，這是通過使用包含與原始物體有關的振幅和相位信息的所謂全復數全息圖的復數調制來實現的。因為分配給全息圖的每個像素的值(灰度級)具有振幅和相位分量，所以這種全息圖可被稱為全復數全息圖。分配給每個像素的值(灰度級)可以表示為具有振幅和相位分量的復數。在一些實施例中，計算全復數計算機生成的全息圖。

53、可以參考計算機生成的全息圖或空間光調制器的像素的相位值、相位分量、相位信息或者簡單地說是相位，作為“相位延遲”的簡寫。即，所描述的任何相位值實際上是代表該像素提供的相位延遲量的數字(例如在0至2π范圍內)。例如，空間光調制器的描述為具有π/2相位值的像素將使接收光的相位延遲π/2弧度。在一些實施例中，空間光調制器的每個像素可在多個可能的調制值(例如相位延遲值)之一中操作。術語“灰度級”可以用來指多個可用的調制水平。例如，術語“灰度級”可以為了方便而用于指代僅相位調制器中的多個可用相位水平，即使不同的相位水平沒有提供不同的灰色陰影。為了方便起見，術語“灰度級”也可以用來指復數調制器中的多個可用復數調制水平。

54、因此，全息圖包括灰度級陣列，即光調制值陣列，比如相位延遲值或復數調制值陣列。全息圖也被認為是衍射圖案，因為它是當在空間光調制器上顯示并且用波長相對于(通常小于)空間光調制器的像素間距的光照射時引起衍射的圖案。本文中參考將全息圖與其他衍射圖案比如用作透鏡或光柵的衍射圖案組合。例如，可以將用作光柵的衍射圖案與全息圖組合以在重放平面上平移重放場，或者可以將用作透鏡的衍射圖案與全息圖組合以將全息重建聚焦在近場中的重放平面上。

55、盡管可以在下面的詳細描述中分別公開不同的實施例和實施例組，但任何實施例或實施例組的任何特征可以與任何實施例或實施例組的任何其他特征或特征的組合相結合。即，設想了本公開中所公開的特征的所有可能的組合和置換。