图像投影的制作方法

本公开涉及图像投影。更具体地，本公开涉及衍射结构和用于确定诸如全息图或相息图的衍射结构的方法。一些实施例涉及基于眼睛跟踪信息的实时全息图计算。一些实施例涉及虚拟图像投影。其他实施例涉及真实图像投影。实施例涉及通过波导观察投影图像。一些实施例涉及诸如图片生成单元的光引擎。一些实施例涉及平视显示器。

背景技术：

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。例如，这种投影仪已经在平视显示器“hud”以及光探测和测距“lidar”中得到应用。

技术实现思路

1、在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。

2、为了便于解释和说明，本公开和附图通常示出一维情况。然而，光学领域的技术人员将理解，所描述和示出的概念可以二维扩展，以从二维全息图提供二维图像。例如，虽然仅描述和示出了一维光瞳扩展，但读者应该理解，本公开例如使用串联的两个一维光瞳扩展器延伸到二维光瞳扩展。

3、本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统。本公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多只眼睛。观察系统包括具有光功率的光学元件(例如人眼的晶状体)和观察平面(例如人眼的视网膜)。投影仪可被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。观察者在显示平面上形成或感知图像。在一些实施例中，图像是虚拟图像，并且显示平面可被称为虚拟图像平面。通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图)来形成图像。本公开还涉及提供(例如计算)用于图像投影的衍射图案，并且涉及该衍射图案。

4、显示设备包括像素。显示设备的像素衍射光。根据众所周知的光学原理，最大衍射角的幅度取决于像素的大小(以及其他因素，比如光的波长)。

5、在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅上液晶(“lcos”)空间光调制器(slm)。光在衍射角范围内(例如从零到最大衍射角)从lcos向观察实体/系统比如相机或眼睛传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加可用衍射角的范围，使其超过lcos的传统最大衍射角。

6、在实施例中，图像是真实图像。在其他实施例中，图像是由人眼(或多只眼睛)感知的虚拟图像。投影系统或光引擎因此可以配置成使得观察者直接看着显示设备。在这样的实施例中，用全息图编码的光直接传播到眼睛。该光可被称为“空间调制光”或“全息光”。在这样的实施例中，在显示设备和观察者之间的自由空间或屏幕或其他光接收表面上没有形成中间全息重建。在这样的实施例中，眼睛的瞳孔可被认为是观察系统的入射孔径，眼睛的视网膜可被认为是观察系统的观察平面。有时据说，在这种配置中，眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换。

7、根据众所周知的光学原理，眼睛或其他观察实体/系统可以观察到的从显示设备或观察窗传播的光的角度范围随着显示设备和观察实体之间的距离而变化。例如，在1米的观察距离，来自lcos的仅小范围角度可以传播通过眼睛的瞳孔，以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。从显示设备传播的光线的角度范围决定了观察者“可见”的图像部分，该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。换句话说，不是图像的所有部分从观察平面上的任何一点都是可见的(例如诸如眼动盒的观察窗口内的任何一个眼睛位置)。

8、在一些实施例中，观察者感知的图像是出现在显示设备上游的虚拟图像，也就是说，观察者感知图像比显示设备离他们更远。从概念上讲，可以考虑虚拟图像的多个不同虚拟图像点。对于该虚拟图像点，从虚拟点到观察者的距离在这里被称为虚拟图像距离。当然，不同虚拟点可以具有不同的虚拟图像距离。与每个虚拟点相关的光线束中的各个光线可以经由显示设备采取不同相应光路到达观察者。然而，只有显示设备的一些部分且因此只有来自虚拟图像的一个或多个虚拟点的一些光线可能在用户的视场内。换句话说，只有来自虚拟图像上的一些虚拟点的一些光线将通过显示设备传播到用户眼睛中并且因此将被观察者看到。因此，从概念上讲，可以认为观察者正在通过“显示设备大小的窗口”观察虚拟图像，该窗口可以非常小，例如直径为1cm，处于相对较大的距离，例如1米。并且用户将通过他们眼睛的瞳孔观察显示设备大小的窗口，瞳孔也可以非常小。因此，在任何给定时间，视场变小，并且能够看到的特定角度范围严重依赖于眼睛位置。

9、通常希望光学系统的物理尺寸较小—例如，在空间有限和/或不动产价值较高的地方使用。然而，物理约束通常与功能限制相关。例如，在传统光学系统中，使用小的显示设备通常与有限的视场(fov)相关，因此限制了图像的可视性。本公开解决了如何增加视场的技术问题—即当显示设备(相对而言)小且投影距离(相对而言)大时，如何增加从显示设备传播的光线的角度范围，并且该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以形成图像。在一些实施例中，投影距离比显示设备的孔径的直径或宽度(即像素阵列的尺寸)大至少一个(比如至少两个)数量级。更具体地，本公开解决了如何用所谓的直视全息术来做到这一点的技术问题，在直视全息术中，图像的全息图而不是图像本身被传播到人眼。换句话说，观察者接收的光是根据图像的全息图进行了空间调制的“全息光”。

10、光瞳扩展器用于扩展视场，因此增加了显示设备的全衍射角可以使用的最大传播距离。波导的使用还可以横向增大用户的眼盒，从而使得眼睛能够发生一些运动，同时仍使得用户能够看到图像。在实施例中，光瞳扩展器是波导光瞳扩展器。本公开总体(但不排他地)涉及非无限虚拟图像距离，即近场虚拟图像。

11、本发明人已经发现，对于非无限虚拟图像距离(即近场虚拟图像)的传统全息术，会出现所谓的“重影图像”。这可能是由通过波导的不同可能光传播路径造成的。重影图像是主图像的低亮度复本。主最高强度图像可被称为主要图像。每个重影图像可被称为次要图像。重影图像的存在会显著降低感知到的虚拟图像的质量。重影图像可能会使主要图像看起来模糊。

12、本公开的各方面涉及用于解决由重影图像引起的问题的不同方法。这里公开的一些解决方案已经表明成功地消除或防止形成重影图像。在此公开的一些解决方案已经表明修改/操纵重影图像，以便增强或加强主要/非重影图像。

13、根据本公开的各方面，光引擎布置成向具有入射光瞳的观察系统提供空间调制光。显示系统包括显示设备，其布置成显示全息图并根据全息图对光进行空间调制。显示系统还包括全息引擎，其布置成输出用于在显示设备上显示的全息图，以使观察系统能够看到或感知特定位置处的目标图像或物体的图像。提供光瞳扩展器，并且可以相对于显示设备布置光瞳扩展器，以确保观察系统接收对应于整个图像的光(即提供最大视场)，而不需要改变入射光瞳的位置。

14、本文公开了一种为包括显示设备和观察系统的系统确定图像的衍射结构的方法。衍射结构可以是全息图，术语“全息图”此后仅用作根据本公开的衍射结构的示例。衍射结构可以是复合全息图、纯相位全息图或相息图。显示设备布置成显示全息图。观察系统布置成通过光瞳扩展器观察全息图。光瞳扩展器提供了从显示设备到观察系统的多个光传播路径。

15、根据本公开的各方面，提供(例如计算)全息图，该全息图使得显示全息图的显示设备在被适当照射时输出空间调制光的通道。至少在一些布置中，每个通道对应于由全息图表示的图像的相应连续区域。每个通道可以对应于图像的不同连续部分或区域，使得这些通道组合起来提供整个图像的全息光。可以在显示设备和观察系统之间提供光瞳扩展器，该光瞳扩展器布置成将每个通道引导到观察系统的入射孔径。每个通道可被认为具有唯一的各自的中心轴线，其相对于显示设备例如相对于显示设备的发光面上的中心点或另一参考点定义该通道的主要(或“芯”)行进方向。因此，读者将理解，每个通道可以由轴线来表征，轴线可被认为是通道的光轴或传播轴。每个轴线可以由相对于显示设备的法线的唯一角度来表征。每个轴线可以是将显示设备(或全息图)的中心连接到通道的照射区域或光图案的中心(即光通道的横截面区域的中心)的直线。

16、一个或多个通道的横截面积的尺寸和/或形状可以与观察系统的入射孔径的尺寸和/或形状相对应。例如，如果入射孔径是人眼，通道的横截面可以基本是椭圆形或卵形。在包括全息图计算的实施例中，计算过程可以包括根据入射孔径的尺寸和/或形状和/或根据显示设备的尺寸和/或形状限制或裁剪全息图。

17、在一些实施例中，就图像内容而言，通道之间没有重叠。在其他实施例中，就图像内容而言，通道之间有一些重叠。这种重叠是部分的且相对较小。例如，两个相邻通道可能都包含关于图像同一部分的一些信息。因此，就视场中的图像内容/空间角度而言，可以说通道可能部分重叠。

18、可以根据视场中的角度来表征通道。这些角度可以从显示设备/全息图的法线开始测量。每个通道可以由两个角度来表征—例如xz平面上的第一角度和yz平面上的第二角度，其中z方向垂直于显示设备/全息图，并表示来自全息图的一般光传播方向。x方向可以是水平的，而y方向可以是竖直的。例如，在x方向(水平视场)中，第一通道可以对应于0到+4度的角度范围，第二角度可以涉及+3到+7度。在这个示例中，存在1度的重叠。在这个示例中，第一通道和第二通道都包含与图像的角度内容或+3到+4度范围内的水平视场的角度相关的信息。当然，两个通道都包含附加信息。重叠相对较小—例如不超过与每个通道相关的角度范围的25％，例如不超过10％。

19、在一些实施例中，与每个通道相关的总角度范围(不仅仅是重叠的角度范围)的大小是相同的。在其他实施例中，与一个角度通道相关的角度范围的大小不同于另一个角度通道的角度范围的大小。

20、本文公开了一种计算图像的全息图的方法，该方法包括至少一个步骤，该步骤包括根据观察系统的入射光瞳进行裁剪以形成全息图，该全息图在被照射时形成空间调制光，其中空间调制光的连续光通道对应于图像的连续区域。连续的光通道可以由空间调制光的光线角度的连续范围来定义。全息图的所有像素对每个通道都有贡献，使得对每个通道都有贡献的光线可以从在其上显示和照射全息图的显示设备的多个不同像素发出。这些光线组合形成连续通道，其中每个通道相对于显示设备具有唯一相应的主传播方向。可以在传播方向上为每个通道定义芯或轴线。对于每个单独的全息图像素，不同相应通道的光将以不同相应角度从该像素输出。

21、空间调制光的每个连续光通道对应于图像的相应连续区域。空间调制光可被分成任意数量的连续光通道。在一些实施例中，光通道是不重叠的。在其他实施例中，例如，在波导和观察者之间另外包括具有光功率的光组合器(例如车辆挡风玻璃)的实施例中，一些光通道可以至少部分重叠。本文公开的方法确定衍射结构，该衍射结构布置成将可由观察系统转换的光空间调制成图像，其中该衍射结构配置成将光路由到多个全息图通道中，每个全息图通道对应于图像的不同部分。

22、为了避免疑问，由观察者形成或感知的图像是目标图像的全息再现。全息重建从基于目标图像的全息图形成。在一些实施例中，从目标图像确定(例如计算)全息图。

23、可以使用任何合适的技术来计算全息图。本文公开了多种可能的全息图计算技术，然而本公开不限于所提供的示例。根据一些实施例，可以使用建模技术来计算全息图，例如光线跟踪技术，例如所谓的“点云”全息图计算技术。在这样的实施例中，全息引擎可以布置成接收贡献信息，该贡献信息基于入射光瞳的位置来识别显示设备的贡献区域和非贡献区域。显示设备的贡献区域基本传播在确定位置穿过入射光瞳的光。显示设备的非贡献区域基本传播被确定位置处的入射光瞳阻挡的光。贡献信息还识别(i)将光传播到观察系统的显示设备的至少一个主要贡献区域，其对主要图像有贡献，以及(ii)将光传播到观察系统的显示设备的至少一个次要贡献区域，其对次要图像有贡献。全息引擎还布置成基于由处理引擎识别的显示设备的至少一个主要贡献区域来确定全息图。全息引擎还布置成将全息图输出到显示设备进行显示。

24、通过识别显示设备的贡献和非贡献区域，对于观察系统的入射孔径的给定位置，光引擎可以确定显示设备的哪个或哪些部分可被全息图有效地编码，以便积极地有助于主要图像的形成。例如，这可以对应于在给定时间观察者眼睛的位置。此外，光引擎可以确定显示设备的哪些部分不能通过入射孔径传播光，因此不值得填充全息图值。此外，光引擎可以区分显示设备中对“主”目标图像有积极贡献的部分和对主要图像的拷贝/复本或“重影”版本有贡献的部分。因此，可以在所谓的次要贡献区域中省略全息图，以消除重影。

25、可替代地，在显著的进一步改进中，可以基于图像点(即期望图像内的点，其将被全息重建)的位移或修正位置来确定在附加贡献区域中显示的全息图。该修正位置可被称为“次要图像点”，但这是它是(主要)图像点的次要(即改变的)位置的简写。简而言之，可以修改(例如在图像平面上平移)图像点的模型化/计算的位置，使得从所述修改位置经由显示设备上的附加贡献区域传播的光将到达观察平面上的期望位置，以便有效地增强主要图像。因此，在该替代方法中，基于图像点的与用于识别显示设备上的主要贡献区域的位置不同的位置来确定附加贡献区域的全息图。从主要图像点开始的到在观察平面上形成的相应图像的光路长度通常不同于从次要图像点到在观察平面上形成的相应图像的光路长度。因此可以说，与附加贡献区域相关的全息图确定过程包括平移或移动在全息图确定过程中使用的图像点。

26、因此，提供了智能且高效的光引擎，其可以配置和操作以提供清晰、准确的图像，对应于已经以流线型且计算高效的方式确定的全息图。

27、提供了一种确定用于在显示设备上显示的全息图的方法。该方法包括确定布置成观察全息图的观察系统的入射光瞳的位置，并且识别显示设备的贡献区域和非贡献区域，其中显示设备的贡献区域基本传播在确定位置处穿过观察系统的入射光瞳的光，并且显示设备的非贡献区域基本传播在确定位置处被观察系统的入射光瞳阻挡的光。该方法还包括识别提供对主要图像有贡献的光的显示设备的至少一个主要贡献区域和提供对次要图像有贡献的光的显示设备的至少一个次要贡献区域；以及基于显示设备的至少一个主要贡献区域来确定全息图。

28、提供了衍射结构，其布置成将可由观察系统转换的光空间调制成目标图像，其中衍射结构配置成生成多个离散光图案，每个光图案对应于目标图像的不同部分，其中每个离散光图案的形状基本对应于观察系统的入射孔径的形状。

29、提供了衍射结构，其布置成将可由观察系统(包括透镜)转换的光空间调制成图像，其中衍射结构布置成将光引导到多个离散的光通道中，其中每个光通道具有基本对应于观察系统的入射光瞳的横截面形状，并且每个光通道基本对应于图像的不同部分。

30、提供了一种确定用于显示在显示设备上的全息图以及通过观察显示在显示设备上的全息图经由波导来形成可从观察平面感知的虚拟图像的方法。该方法包括，对于虚拟图像的每个虚拟图像点，确定虚拟图像点的坐标[xvirtual,yvirtual,zvirtual]，确定观察平面上的观察位置，以及确定与波导形成的主要图像相关的波导内的光反射数量b。该方法还包括对于波导内的“b”次光反射，从虚拟图像点到观察平面的光线进行跟踪，以及对于从[xvirtual,yvirtual,zvirtual]到观察平面的具有b次反射的光传播，确定主光线在显示设备处的坐标[xlcos(b),ylcos(b)]。该方法还包括确定由[xlcos(b),ylcos(b)]定义的区域内的显示设备的有效像素；以及通过从[xvirtual,yvirtual,zvirtual]向有效像素传播光波来确定包括有效像素的振幅和/或相位全息图分量的子全息图。

31、主光线可以包括被确定(例如计算或模拟)为从虚拟图像点经由显示设备行进到观察平面上的虚拟图像点的主要或“主”图像点的光线。

32、该方法还可以包括组合分别为两个或更多个对应虚拟图像点计算的子全息图，以便形成全息图。

33、该方法还可以包括确定虚拟图像点的主图像在观察平面上的位置[xsensor,ysensor]。

34、该方法可以还包括，对于波导允许的每个δb值，针对b+δb次反弹，进行从[xsensor,ysensor]到虚拟图像平面zvirtual光线追踪，并且确定虚拟点坐标[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]，其将针对b+δb次反射成像到[xsensor,ysensor]。该方法还可以包括针对从[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]到观察平面的具有b+δb次反弹的光传播，确定显示设备处的主光线的坐标[xlcos(b+δb),ylcos(b+δb)]，并且识别由[xlcos(b+δb),ylcos(b+δb)]定义的第二区域(即附加区域)内的显示设备的附加有效像素。该方法还可以包括通过将来自[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]的光波传播到附加有效像素来确定附加子全息图，该附加子全息图包括附加有效像素的振幅和/或相位全息图分量。

35、根据一些实施例，可以通过确定复合光场来计算全息图，其中该方法可以是迭代的。根据一实施例，该方法包括第一至第五阶段。第一阶段包括确定观察系统的入射光瞳处的第一复合光场。第一复合光场由来自显示设备的显示平面的光沿着光瞳扩展器的至少一个光传播路径的传播而产生。第一阶段还包括根据观察系统的入射光瞳进行裁剪。第二阶段包括确定观察系统的传感器的传感器平面处的第二复合光场。第二复合光场由第一复合光场的光从入射光瞳通过观察系统的透镜的传播而产生。第二阶段还包括根据图像修改振幅分量。第三阶段包括确定入射光瞳处的第三复合光场。第三复合光场由第二复合光场的光从传感器平面反向传播通过透镜而产生。第三阶段还包括根据入射光瞳进行裁剪。第四阶段包括确定显示平面处的第四复合光场。第四复合光场由第三复合光场的光沿着光瞳扩展器的至少一个光传播返回的传播而产生。第四阶段还包括根据显示设备进行裁剪。全息图是从第四数据集提取的。第一至第四步骤可以迭代地重复。随着每次迭代，全息图会收敛，可能会改善，但会趋于平稳。例如，当可从第四阶段提取的全息图被认为具有可接受的质量或者每次迭代的变化率低于阈值或者分配的时间已经到期时，该方法可以停止。为了避免疑问，提取的全息图是用于在显示设备上显示的全息图。

36、术语“反向传播”仅用于反映第三和第四阶段中的光传播方向与第一和第二阶段中的光传播方向不同或基本相反。在这方面，第一和第二阶段中的光传播可称为“正向传播”。在一些实施例中，“正向传播”和“反向传播”是彼此的数学逆。

37、这里使用的术语“裁剪”指的是选择性地丢弃感兴趣的区域或范围之外(例如光孔径之外)的信息(例如光场信息)的过程。在一些实施例中，“裁剪”是一个数据处理步骤，包括丢弃孔径之外的数据点，或置零数据点，或简单地忽略数据点。

38、这里提到了“复合光场”。术语“光场”仅仅表示在至少两个正交空间方向(x和y)上具有有限尺寸的光图案。这里使用的“复合”一词仅仅表示光场中每个点处的光可以由振幅值和相位值来定义，因此可以由复数或一对值来表示。出于全息图计算的目的，复合光场可以是复数的二维阵列，其中复数定义光场内多个离散位置处的光强和相位。根据本文公开的方法，复合光场在全息平面和图像平面之间沿+z和-z方向向前和向后传播。可以使用波动光学领域的技术人员熟悉的多种不同方法或数学变换中的任何一种来模拟或建模光传播。

39、发明人设计了一种为相对小的显示设备和在相对长距离上投影确定全息图的方法，其中全息图被直接投影到观察系统，并且该方法能够实时实施。显示设备的相对小的尺寸和相对长的投影距离可能需要光瞳扩展器。发明人设计的方法还解决了使用光瞳扩展器引入的光学复杂性。至少在一些实施例中，该方法还允许图像内容出现在离观察系统不同的距离和/或多个距离处，可选地，同时出现，例如使用一个全息图。此外，该方法允许图像内容出现在显示设备的下游和显示设备的上游，可选地，同时出现，例如使用一个全息图。

40、重要的是，全息图本身的光(即全息光)传播到观察系统，而不是由全息图形成的全息重建(即图像)。可以说由观察系统接收的空间调制光是在全息域中，而不是在空间或图像域中。也可以说观察系统执行全息图到图像的转换。更具体地，诸如每个观察系统的透镜的光学元件执行转换。在实施例中，在显示设备和观察系统之间不形成全息重建或图像。在一些实施例中，可选地，使用交错方案，计算不同的全息图并将其传播到观察者的每只眼睛。

41、显示设备具有有有效或显示区域，该有效或显示区域具有小于10厘米的第一维度，例如小于5厘米或小于2厘米。显示设备和观察系统之间的传播距离可以大于1m，例如大于1.5m或大于2m。波导内的光学传播距离可以高达2m，例如高达1.5m或高达1m。该方法能够在小于20ms比如小于15ms或小于10ms内接收图像并确定足够质量的相应全息图。

42、本文公开的方法形成全息图，该全息图配置成将光路由到多个通道中，每个通道对应于图像的不同部分(即子区域)。全息图可以在诸如空间光调制器的显示设备上展示(比如显示)。当显示在适当的显示设备上时，全息图可以对可由观察系统转换成图像的光进行空间调制。由衍射结构形成的通道在这里被称为“全息图通道”,仅仅是为了反映它们是由具有图像信息的全息图编码的光通道。可以说每个通道的光是在全息域中，而不是在图像或空间域中。在一些实施例中，全息图是傅立叶或傅立叶变换全息图，因此全息图域是傅立叶或频域。全息图同样可以是菲涅耳或菲涅耳变换全息图。

43、全息图在本文中被描述为将光路由到多个全息图通道中，仅仅是为了反映可由全息图重建的图像具有有限的大小，并且可被任意划分成多个图像子区域，其中每个全息图通道对应于相应的图像子区域。重要的是，本公开的全息图的特征在于它在被照射时如何分布图像内容。具体来说，全息图通过角度来划分图像内容。也就是说，图像上的每个点都与由全息图在被照射时形成的空间调制光中唯一的光线角度或角度范围(至少是唯一的一对角度或角度范围，因为全息图是二维的)相关。也就是说，目标/期望图像的每个点可以与由重建图像的全息图形成的光通道相关。更具体地，与每个图像点相关的图像内容或信息在相应的通道内被编码。除非如上所述存在一些重叠，否则每个图像点(或形成图像子区域的图像点的连续范围)唯一地与对应的光通道相关。因此，图像的每个部分可以与定义由全息图形成的离散光通道的轴线的角度(或一对角度)相关。为了避免疑问，这种全息图行为不是常规的。当被照射时，由这种特殊类型的全息图形成的空间调制光可被任意分成多个全息图通道。从上文可以理解，在空间调制光中可以考虑的任何全息图将与图像的相应部分或子区域相关。也就是说，重建图像的该部分或子区域所需的所有信息都包含在由图像的全息图形成的空间调制光的通道内。当作为整体观察空间调制光时，不一定存在多个离散光通道的任何证据。然而，在一些实施例中，通过有意地将计算全息图的目标图像的区域留为空白或空的(即不存在图像内容)来形成多个空间分离的全息图通道。

44、然而，全息图仍可被识别。例如，如果仅一个全息图通道(即，仅一个由全息图形成的空间调制光的连续部分或子区域)被重建，则仅图像的一个相应子区域应是可见的。如果不同的全息图通道(即，空间调制光的不同连续部分或子区域)被重建，则图像的不同相应子区域应是可见的。这种类型的全息图的另一个识别特征是，任何全息图通道的横截面区域的形状基本对应于入射光瞳的形状(即基本相同)，尽管尺寸可以不同—至少在计算全息图的正确平面上是不同的。每个光全息图通道从全息图沿芯(或轴向)方向传播。虽然这些是表征或识别这种类型全息图的示例方式，但也可以使用其他方式。总之，本文公开的全息图通过图像内容如何分布在全息图编码的光内来表征和识别，并且相应地陈述了所附权利要求。

45、该方法可以包括在全息图计算期间分割图像，使得由全息图形成的光通道数量且因此光通道之间的间隔与这里描述的复制过程协同。在一些实施例中，每个通道唯一地对应于波导内的多次反射反弹。例如，第一通道可以对应于零个“反弹”，第二通道可以对应于一个“反弹”等。

46、本文公开的方法提供了许多技术进步。首先，该方法不形成可能由其他方法形成的重影图像。这是因为该方法通过充分考虑波导中所有可能的光传播路径而固有地确保了正确的图像内容到达正确的位置。其次，至少在一些实施例中，该方法可以在任何深度平面呈现图像内容，而不像其他方法(其在图像点距离非常小时可能很差)。这在利用具有光功率的光组合器(例如汽车挡风玻璃)来形成虚拟图像的光学系统中是一个重大问题。第三，该方法固有地考虑了波长的影响，使得在包括多个单色全息通道的彩色投影仪中，不需要比如在美国专利10514658中公开的那样通过波长进行图像尺寸校正。

47、全息图通道的不同传播路径可以不同相应角度穿过观察系统的入射孔径。光瞳扩展器可以布置成使得在观察平面上的任何观察位置处所有的全息图通道被路由通过观察系统的入射孔径。对于每个允许的观察位置，光瞳扩展器仅将每个全息图通道经由一个传播路径路由到观察系统。多个全息图通道中的至少两个全息图通道可以在观察系统的入射孔径处部分重叠。

48、在该方法包括第一至第五阶段的实施例中，第一至第四阶段可以是有序的阶段。所公开的方法通过在图像平面和全息图之间来回投影来操作，并且该方法可以从图像平面或全息图平面开始。光场在每次传播到图像平面或全息平面之后的振幅分量被修改或约束，但相位分量被保留。在一些实施例中，该方法从第一阶段开始，这等同于从全息平面开始。然而，在其他实施例中，该方法从第三阶段开始，这等同于从图像平面开始。在这些其他实施例中，第三阶段之后是第四阶段。第四阶段之后是第一阶段，第一阶段之后是第二阶段。每个阶段可以在全息图提取之前执行一次，或者至少一些阶段可以在全息图提取之前执行多次。

49、至少一个光传播路径可以包括由光瞳扩展器提供的多个光传播路径。光瞳扩展器的结构便于或允许多个不同的可能光路通过。不同的可能光路可以部分重叠。在一些实施例中，由光瞳扩展器创建一系列不同的光路，其中该系列中的每个光路都比上一个光路长。该系列的每个光路在其出射表面上的不同点离开光瞳扩展器，以创建相应系列的光出射点或子区域。这一系列光出射点或子区域可以沿着光瞳扩展器的出射面基本均匀地间隔开。

50、光瞳扩展器可以是波导光瞳扩展器。进入光瞳扩展器的每个光线可被复制多次。光瞳扩展器可以布置成通过一系列内部反射传播光，并且在沿着其主面的多个点处输出光。每个光传播路径可以由与该光传播路径相关的波导内的内部反射的数量来定义。例如，第一光传播路径可以包括零次内部反射，因此对应于直接穿过波导的光。例如，第二光传播路径可以包括在离开波导之前的两次内部反射，即在波导的第一主/反射表面处的第一反射和在波导的第二主/反射表面处的第二反射，其中第二主/反射表面与第一主/反射表面相对或互补。为了避免疑问，光传播路径因此具有一些重叠。在其他示例中，第一光传播路径包括一次反射，第二光传播路径包括三次反射。第一光传播路径可以是最短的光传播路径，第n光传播路径可以是最长的光传播路径。不同的传播路径可以不同的角度穿过观察系统的入射孔径。

51、至少一个光传播路径可以仅仅是由光瞳扩展器提供的多个光传播路径中的一个。可以对多个光传播路径中的每个光传播路径执行第一至第四阶段，以便为每个光传播路径提取全息图。对于每个光传播路径，可以独立地执行第一至第四阶段。可以组合对应于多个光传播路径的多个全息图，以便形成用于在显示设备上显示的全息图。

52、值得注意的是，该方法通过对每个光传播路径执行第一至第四步骤(不考虑起始点)来考虑通过波导的多个光传播路径。可以对每个传播路径依次执行第一至第四步骤。可替代地，可以对每个传播路径执行第一步骤，然后对每个传播路径执行第二步骤，然后执行第三步骤，依此类推。应当理解，由于不同传播路径的部分重叠，关于第n个传播路径执行的步骤可以重用关于第n-1个传播路径的计算，其中第n个传播路径是在第n-1个传播路径之后的下一个最长的传播路径。分别为多个不同的光传播路径确定的多个全息图可以通过相加来组合，特别是如果全息图是相位或纯相位全息图。

53、在第一阶段中从显示平面传播的光可以包括具有随机相位分量的第零复合光场、二次函数或采样二次函数。

54、第零复合光场的振幅分量可以等于照射光束的振幅分量。在一些实施例中，第零复合光场的振幅是1。如果该方法从第一阶段开始，则第零复合光场的相位分量可能是随机的。随机相位分布有时被称为随机相位种子，并且当该方法在全息平面(即第一阶段)开始时，可以仅被用作该方法的起始点。

55、在从最终迭代中提取全息图的步骤之前，可以迭代地重复第一至第四阶段。对于第二次和后续迭代，从显示设备传播的光可以包括前一次迭代的第四复合光场的相位分布。

56、如果在该方法停止之前执行第一阶段的进一步迭代(即全息图是可接受的)，则来自第四步骤的相位分量被保存或保留或结转。即，根据第一阶段传播到显示平面的复合光场的相位分量等于第四复合光场的相位分量。

57、全息图可以是第四数据集的相位分量。全息图可以是该方法的最终迭代或阶段的第四数据集的相位分量。在一些实施例中，全息图是相息图或相位全息图或纯相位全息图。可以丢弃第四复合光场的振幅分量。

58、全息图可以是多个图像的全息图。每个图像可以具有不同的图像距离。该方法的第二阶段可以针对每个图像独立执行。重要地，本文公开的方法形成了可以同时在多个平面上形成图像内容的全息图。这是通过对每个不同的平面执行第二阶段并组合结果来实现的，例如将复合光场相加在一起。每个图像可以是真实图像或虚拟图像。图像内容可能在显示设备的前面(即显示设备的下游)和/或显示设备的后面(即显示设备的上游)可见。

59、每个复合光场由波传播光学确定，例如菲涅耳传播、移位菲涅耳传播、分数菲涅耳传播、分数傅立叶变换或缩放快速傅立叶变换。

60、第二阶段的振幅分量的修改可以包括用图像的振幅分量替换第二复合光场的振幅分量，或者基于图像的振幅分量对第二复合光场的振幅分量进行加权。

61、剪裁的每个步骤可以包括根据相应瞳孔的尺寸和位置中的至少一个来剪裁复合光场。入射光瞳的尺寸和位置中的至少一个可以通过跟踪或监控观察系统或接收关于观察系统的信息来确定。在观察系统是眼睛的实施例中，该方法可以包括眼睛跟踪或头部跟踪。如果入射光瞳的至少一个属性(例如位置或尺寸)改变，则可以重复本文公开的第一至第四阶段。

62、所述图像或每个图像可以是虚拟图像。所述图像或每个图像对于观察系统来说可能看起来在显示设备的后面或较远的一面。也就是说，从观察系统到感知图像的图像距离可能大于从观察系统到显示设备的距离。然而，在其他实施例中，图像内容另外或可替代地形成在显示设备的下游，即在显示设备和观察系统之间。

63、观察系统可以是观察者的眼睛。该方法还可以包括跟踪观察者的眼睛或头部，以便确定观察系统的入射光瞳的尺寸和位置中的至少一个。在一些实施例中，观察系统的入射光瞳的尺寸和/或位置被用作确定全息图的方法的一部分。在一些实施例中，如果观察者移动或者例如环境光条件改变影响了观察者的入射光瞳的尺寸，则该方法实时(例如以视频速率)执行，并且全息图被重新确定，例如重新计算。

64、沿着由光瞳扩展器提供的每个光传播路径的传播可以包括组合各个单独光传播路径的单独复合光场。可以通过相加来组合单独复合光场。由光瞳扩展器提供的多个不同光传播路径中的每个光传播路径被单独考虑。由每个光传播路径形成的复合光场被单独确定。

65、光瞳扩展器可以是波导光瞳扩展器。每个光传播路径对应于波导内不同数量的内部反射。在一些实施例中，光瞳扩展器是具有基本一维(即细长的)或二维形状(例如基本平面的，比如板形)的波导光瞳扩展器。在实施例中，出射光瞳在部件的长方向或维度上扩展。光瞳扩展器可以包括一对相对或互补的反射表面。这些表面中的一个可以仅仅是部分反射的，以允许光在一系列光出射点或子区域离开。

66、组合单独复合光场可以包括确定每个单独复合光场在包含入射光瞳的平面上的横向位置。波导内的内部反射次数决定了横向位置。

67、组合单独复合光场还可以包括确定与每个光传播路径的内部反射相关的总相移。这可以包括对与每个光传播路径相关的多个相移进行求和，其中每个相移由光瞳扩展器内的反射产生。

68、这里还公开了一种全息引擎，其布置为确定图像的全息图，以使用平视显示器进行观察。平视显示器包括显示设备和光瞳扩展器。平视显示器配置成与至少一个观察系统一起操作。每个观察系统包括入射光瞳平面上的入射光瞳、透镜平面上的透镜和传感器平面上的传感器。平视显示器可以配置成与一对观察系统比如一双眼睛一起操作。显示设备(例如空间光调制器)布置成显示全息图。光瞳扩展器布置成接收根据全息图进行空间调制的光。例如，显示的全息图可以用来自光源的至少部分相干光照射。显示设备根据显示的全息图对接收的光进行空间调制。全息引擎布置成确定在观察系统的入射光瞳处的第一复合光场。第一复合光场由来自显示设备的显示平面的光沿着光瞳扩展器的每个光传播路径的传播而产生。第一复合光场还由根据观察系统的入射光瞳裁剪而产生。全息引擎还布置成确定在观察系统的传感器的传感器平面处的第二复合光场。第二复合光场由第一复合光场的光从输入光瞳通过观察系统的透镜的传播而产生。第二复合光场还由根据图像对振幅分量的修改而产生。全息引擎还布置成确定在入射光瞳处的第三复合光场。第三复合光场由第二复合光场的光从传感器平面反向传播通过透镜而产生。第三复合光场还由根据入射光瞳的裁剪而产生。全息引擎还布置成确定显示平面上的第四复合光场。第四复合光场由第三复合光场的光沿着光瞳扩展器的每个光传播的反向传播而产生。第四复合光场还由根据显示设备的裁剪而产生。全息引擎布置成从第四数据集中提取全息图。全息引擎可以嵌入在显示驱动器中，比如现场可编程门阵列“fpga”或专用集成电路“asic”。显示驱动器可以是用于平视显示器“hud”的图片生成单元“pgu”的一部分。

69、本公开的各方面涉及一种全息图或相息图，其特征在于全息光的引导或路由。具体而言，本文公开了一种衍射结构，其布置成将可由观察系统转换成图像的光进行空间调制，其中该衍射结构配置成将光路由到多个全息图通道中，每个全息图通道对应于图像的不同部分。

70、衍射结构可以显示在显示设备处，例如空间光调制器，例如但不限于硅上液晶(lcos)空间光调制器(slm)。当显示衍射结构的显示设备被适当照射时，衍射结构配置成对光进行空间调制，结果，由显示设备发射的光被路由到多个全息图通道中。单个(即公共)光源可用于照射整个衍射结构。衍射结构可以包括多个像素，其中衍射结构的每个像素向每个全息图通道贡献光。

71、全息图通道可被称为“全息通道”，因为它们包括已经被衍射结构空间调制的光通道。

72、衍射结构可以布置成使得全息图通道以不同的角度从衍射结构传播。也就是说，相对于如上所述的显示设备，每个全息图通道的特征在于唯一的轴角或一对角。每个这样的角度可以在相应通道的主要或芯行进方向和显示设备上的点(例如显示设备上显示衍射结构的中心点)之间定义。全息图或衍射结构的每个像素可以对每个通道有贡献。

73、根据图像的相应不同部分，每个全息图通道可以主要包括空间调制光。单词“主要”用于反映通道之间可能发生一些重叠，但是重叠相对较小。例如，第一通道可以主要(即大致或基本)对应于视场(即图像)的第一角度部分，第二通道可以大致或基本对应于视场(即图像)的第二角度部分，但是在第一和第二角度部分之间可以有一些部分重叠。也就是说，第一通道和第二通道都可以编码视场的重叠区域的信息。

74、每个通道对应于图像的子区域(即视场的角区域)。虽然在子区域之间可能有一些部分重叠(如上所述)，但是每个通道唯一地与视场中形成对应子区域中心的点相关。在一些实施例中，子区域具有相同的尺寸和/或形状。在其他实施例中，子区域具有不同的尺寸和/或形状。在一些实施例中，每个子区域的形状由显示设备的形状决定，更具体地说，由限定像素阵列的区域的形状决定。

75、衍射结构可以布置成对光的相位进行空间调制。

76、衍射结构可以布置成通过波导路由光。波导可以布置用于光瞳扩展或光瞳复制。

77、可由每个全息图通道形成的光图案的横截面形状可以基本对应于观察系统的入射孔径的形状。当在入射孔径的平面处观察横截面时，每个通道的横截面尺寸也可以基本对应于入射孔径的尺寸。当在入射孔径的平面处观察横截面时，横截面的尺寸可以类似于入射孔径但大于入射孔径的尺寸。

78、全息图通道可以是空间分离的或至少部分空间分离的。当通道从衍射结构朝向观察者或观察系统传播时，通道可以散开或发散，以便在空间上彼此分离。在一些实施例中，通道仅在一个方向/维度上散开，例如水平方向。

79、这里还公开了一种系统，该系统包括衍射结构、布置成接收来自衍射结构的空间调制光的波导以及布置成经由波导接收空间调制光的观察系统。

80、该系统可以布置成使得每个全息图通道的光沿着不同的光路从衍射结构到达观察系统。

81、不同的光路可以包括波导内不同数量的反射。不同的光路可以具有不同的长度。不同的光路可以不同的相应角度穿过观察系统的入射孔径。

82、波导可以布置成使得所有全息图通道在观察平面上的任何观察位置处被路由通过观察系统的入射孔径。对于每个允许的观察位置，波导可以仅通过一个光路将每个全息图通道路由到观察系统。

83、多个全息图通道中的至少两个全息图通道可以在观察系统的入射孔径处部分重叠。

84、衍射结构可以是相息图或全息图。它可以包括计算机生成的全息图。可以提供全息图引擎或其他控制器或处理器来输出信号，以控制显示设备显示衍射结构。

85、术语“全息图”用于指代包含关于物体的振幅信息或相位信息或其某种组合的记录。术语“全息重建”用于指代通过照射全息图而形成的物体的光学重建。本文中公开的系统被描述为“全息投影仪”，因为全息重建可以是真实图像并且与全息图在空间上分离。术语“重放场”用于指代在其内形成全息重建并完全聚焦的2d区域。如果将全息图显示在包括像素的空间光调制器上，则重放场将以多个衍射级的形式重复，其中每个衍射级是零级重放场的复本。零级重放场通常对应于优选或主重放场，因为它是最亮重放场。除非另有明确说明，术语“重放场”应被认为是指零级重放场。术语“重放平面”用于指代包含所有重放场的空间中的平面。术语“图像”、“重放图像”和“图像区域”指通过全息重建的光所照射的重放场的区域。在一些实施例中，“图像”可包括离散点，其可被称为“图像点”，或仅出于方便起见而被称为“图像像素”。

86、术语“编码”、“写入”和“寻址”用于描述向slm的多个像素提供分别确定每个像素的调制水平的相应多个控制值的过程。可以说，slm的像素配置为响应于接收到多个控制值而“显示”光调制分布。因此，可以说slm“显示”全息图，并且全息图可被认为是光调制值或水平的阵列。

87、已经发现，可接受质量的全息重建可以由仅包含与原始物体(即用于重建的目标图像)相关的相位信息的“全息图”形成。这样的全息记录可被称为仅相位全息图。实施例涉及仅相位全息图，但本公开同样适用于仅振幅全息术。本公开不限于任何特定的全息图计算方法。仅作为示例，一些实施例涉及点云全息图，即使用点云方法构建的全息图。然而，本公开同样适用于傅立叶或菲涅耳型全息图以及根据诸如相干光线跟踪的其他技术计算的全息图。

88、本公开也同样适用于使用与原始物体(即目标图像)相关的振幅和相位信息来形成全息重建。在一些实施例中，这是通过使用包含与原始物体有关的振幅和相位信息的所谓全复数全息图的复数调制来实现的。因为分配给全息图的每个像素的值(灰度级)具有振幅和相位分量，所以这种全息图可被称为全复数全息图。分配给每个像素的值(灰度级)可以表示为具有振幅和相位分量的复数。在一些实施例中，计算全复数计算机生成的全息图。

89、可以参考计算机生成的全息图或空间光调制器的像素的相位值、相位分量、相位信息或者简单地说是相位，作为“相位延迟”的简写。即，所描述的任何相位值实际上是代表该像素提供的相位延迟量的数字(例如在0至2π范围内)。例如，空间光调制器的描述为具有π/2相位值的像素将使接收光的相位延迟π/2弧度。在一些实施例中，空间光调制器的每个像素可在多个可能的调制值(例如相位延迟值)之一中操作。术语“灰度级”可以用来指多个可用的调制水平。例如，术语“灰度级”可以为了方便而用于指代仅相位调制器中的多个可用相位水平，即使不同的相位水平没有提供不同的灰色阴影。为了方便起见，术语“灰度级”也可以用来指复数调制器中的多个可用复数调制水平。

90、因此，全息图包括灰度级阵列，即光调制值阵列，比如相位延迟值或复数调制值阵列。全息图也被认为是衍射图案，因为它是当在空间光调制器上显示并且用波长相对于(通常小于)空间光调制器的像素间距的光照射时引起衍射的图案。本文中参考将全息图与其他衍射图案比如用作透镜或光栅的衍射图案组合。例如，可以将用作光栅的衍射图案与全息图组合以在重放平面上平移重放场，或者可以将用作透镜的衍射图案与全息图组合以将全息重建聚焦在近场中的重放平面上。

91、尽管可以在下面的详细描述中分别公开不同的实施例和实施例组，但任何实施例或实施例组的任何特征可以与任何实施例或实施例组的任何其他特征或特征的组合相结合。即，设想了本公开中所公开的特征的所有可能的组合和置换。

92、还公开了以下编号的项目：

93、1.一种光引擎，其布置为向具有入射光瞳的观察系统提供空间调制光，其中，所述显示系统包括：

94、显示设备，其布置成显示全息图并根据全息图对光进行空间调制；以及

95、全息引擎，其布置成接收基于入射光瞳的位置识别显示设备的贡献区域和非贡献区域的贡献信息，其中显示设备的贡献区域基本传播穿过该位置处的入射光瞳的空间调制光，并且显示设备的非贡献区域基本传播被该位置处的入射光瞳阻挡的空间调制光，

96、其中，贡献信息进一步识别(i)将光传播到观察系统的显示设备的至少一个主要贡献区域，其对主要图像有贡献，以及(ii)将光传播到观察系统的显示设备的至少一个次要贡献区域，其对次要图像有贡献，其中，

97、全息引擎还布置成基于显示设备的至少一个主要贡献区域来确定全息图，并将全息图输出到显示设备用于显示。

98、2.如项目1所述的光引擎，其中光引擎还包括监控系统，其布置成确定观察系统的入射光瞳的位置。

99、3.如项目1或2所述的光引擎，其中光引擎还包括波导，其布置成接收来自显示设备的空间调制光，并为从显示设备到入射光瞳的空间调制光提供多个不同光传播路径，其中每个贡献区域对应于由波导提供的不同的相应光传播路径。

100、4.如项目1至3中任一项所述的光引擎，其中观察系统布置成形成对应于全息图的图像。

101、5.如项目4所述的光引擎，其中主要图像包括图像的第一版本，次要图像包括图像的第二版本。

102、6.如任一前述项目所述的光引擎，其中贡献信息为图像的多个图像点中的每个图像点识别显示设备的相应贡献区域和非贡献区域。

103、7.如项目6所述的光引擎，其中全息图包括多个子全息图，其中每个子全息图由全息图引擎基于图像的相应图像点的贡献信息来确定。

104、8.一种确定用于在显示设备上显示的全息图的方法；该方法包括：

105、(i)确定布置成观察全息图的观察系统的入射光瞳的位置；

106、(ii)识别显示设备的贡献区域和非贡献区域，其中显示设备的贡献区域基本传播在确定位置穿过观察系统的入射光瞳的光，并且显示设备的非贡献区域基本传播在确定位置被观察系统的入射光瞳阻挡的光；

107、(iii)识别提供对主要图像有贡献的光的显示设备的至少一个主要贡献区域和提供对次要图像有贡献的光的显示设备的至少一个次要贡献区域；以及

108、(iv)基于显示设备的至少一个主要贡献区域来确定全息图。

109、9.如项目8所述的确定全息图的方法，其中对图像的多个图像点中的每个图像点执行步骤(ii)至(iv),并且其中确定每个图像点的每个贡献区域的位置包括识别从所述图像点传播到入射光瞳的光线与显示设备相交的位置。

110、10.如项目8或9所述的确定全息图的方法，其中观察系统包括波导，其布置成接收来自显示设备的空间调制光，并为从显示设备到入射光瞳的空间调制光提供多个不同光传播路径，并且其中步骤(iii)包括对于每个图像点，确定对应于主要图像的波导光瞳扩展器内的内部反射数量b。

111、11.如项目10所述的方法，其中确定内部反射数量(b)的步骤基于与对应图像点相关的角度，其中该角度是相对于通过将连接显示设备的中心和所确定的入射光瞳位置的线外推至图像而形成的线的光轴的角度。

112、12.如项目11所述的方法，其中每个贡献区域具有基于入射光瞳直径的尺寸。

113、13.如项目8至12中任一项所述的方法，其中步骤(ii)和(iii)包括对于每个图像点：

114、对于波导内的b次光反射，进行从图像点[xvirtual,yvirtual,zvirtual]到观察系统的观察平面的光线跟踪，以识别观察平面上的位置[xsensor,ysensor]；

115、对于从图像点[xvirtual,yvirtual,zvirtual]到观察平面上的位置[xsensor,ysensor]的具有b次反射的光传播，确定主光线在显示设备处的坐标[xlcos(b),ylcos(b)]；以及

116、识别由[xlcos(b),ylcos(b)]定义的区域内的显示设备的有效像素。

117、14.如项目8至13中任一项所述的方法，其中步骤(iv)包括仅在显示设备的至少一个主要贡献区域中确定全息图的一个或多个值。

118、15.如项目8至13中任一项所述的方法，还包括排除在显示设备的不包括在主要贡献区域内的区域中的全息图的值。

119、16.如项目8至13中任一项所述的确定全息图的方法，其中步骤(iv)包括在确定全息图期间排除与至少一个次要贡献区域相关的全息图值。

120、17.如项目8至13中任一项所述的确定全息图的方法，其中步骤(iv)包括将全息图确定仅限制到显示设备的至少一个主要贡献区域。

121、18.如项目8至17中任一项所述的确定全息图的方法，其中步骤(iv)包括对于每个图像点在相应至少一个主要贡献区域内确定子全息图，并组合子全息图以形成全息图。

122、19.如项目18所述的确定全息图的方法，其中每个子全息图包括通过将光波从[xvirtual,yvirtual,zvirtual]传播到对应主要贡献区域而确定的振幅和/或相位全息图分量。

123、20.如项目8至13中任一项所述的确定全息图的方法，还包括，对于每个图像点，识别与b+δb反弹相关的显示设备的附加贡献区域。

124、21.如项目20所述的确定全息图的方法，其中识别附加贡献区域包括：

125、对于b+δb次反弹，进行从[xsensor,ysensor]到虚拟图像平面zvirtual的反向光线跟踪；

126、确定针对b+δb次反射的将成像到[xsensor,ysensor]的虚拟点坐标[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]；

127、针对具有b+δb次反弹的从[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]到观察平面的光传播，确定主光线在显示设备处的坐标[xlcos(b+δb),ylcos(b+δb)]；以及

128、识别由[xlcos(b+δb),ylcos(b+δb)]定义的第二区域内的显示设备的附加有效像素。

129、22.如项目21所述的确定全息图的方法，还包括为每个附加有效像素确定附加子全息图，并将附加子全息图与子全息图组合。

130、23.如项目22所述的确定全息图的方法，其中每个附加子全息图包括振幅和/或相位全息图分量，其是通过将光波从[xvirtual(δb),yvirtual(δb),zvirtual]传播到附加贡献区域而确定的。

131、24.如任一前述项目所述的光引擎或确定全息图的方法，其中全息图配置成使得主要图像和至少一个次要图像是虚拟图像，每个虚拟图像具有非无限虚拟图像距离。

132、25.如前述项目所述的光引擎或确定全息图的方法，其中显示设备的显示区域具有小于5厘米的第一尺寸，例如小于2厘米或小于1厘米。

133、26.如前述项目所述的光引擎或确定全息图的方法，其中从显示设备到观察系统的入射光瞳的距离等于或大于20厘米或50厘米，例如大于75厘米或大于100厘米。

134、27.如任一前述项目所述的光引擎或确定全息图的方法，其中波导布置成接收来自显示设备的空间调制光，并且其中主要图像是从由波导形成的多个图像中选择的具有最大亮度的图像。