扩展眼盒的制作方法

本公开涉及图像投影仪和图像投影方法。更具体地，本公开涉及包括图像投影仪的平视显示器系统。一些实施例涉及平视显示器，用于形成从由多个子眼盒限定的眼盒可见的虚拟图像。一些实施例涉及用于包括挡风玻璃的车辆的平视显示器。

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。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

1、在所附的独立权利要求中定义了本公开的各方面。

2、这里公开了用于机动车辆的改进的hud。hud包括图片生成单元。图片生成单元可以布置成生成包括诸如速度或导航信息的信息内容的图片。还提供了光学中继或投影系统，其布置成形成信息内容的虚拟图像。信息内容的虚拟图像可以形成在驾驶员的合适观察位置，例如在驾驶员操作机动车辆时的正常视野内。例如，信息内容的虚拟图像可以出现在车辆的发动机罩下方距驾驶员一定距离处。信息内容的虚拟图像定位成不会不利地影响驾驶员对场景的正常观察。信息内容的虚拟图像可以覆盖在驾驶员对真实世界的观察上。信息内容是计算机生成的，并且可被实时控制或更新，以向驾驶员提供实时信息。

3、仅作为示例，实施例涉及包括全息投影仪的图片生成单元。在涉及全息投影仪的实施例中，图片可以是计算机生成全息图的全息重建。图像可以形成在或投射到作为显示表面的光接收表面上。下面详细描述的基于全息投影仪的hud能够提供比目前可用的竞争技术大得多的对比度，这是因为全息过程的效率及其与激光光源一起使用的固有适用性。

4、平视显示器可以包括全息处理器。图片可能是全息重建。全息处理器可以布置成将计算机生成的全息图输出到空间光调制器。计算机生成的全息图可以布置成至少部分地补偿车辆挡风玻璃的形状。

5、该系统可以布置成利用挡风玻璃通过(部分地)将空间调制光反射离开挡风玻璃来形成图片的虚拟图像。光源可以是激光器和/或图片的光可以是激光。空间光调制器可以是硅基液晶空间光调制器。图片可以通过空间调制光在光接收表面的干涉过程形成。每个计算机生成的全息图可以是图片的数学变换，可选的是傅立叶或菲涅耳变换。计算机生成的全息图可以是傅立叶或菲涅耳全息图。计算机生成的全息图可以是通过点云方法计算机生成的全息图。空间光调制器可以布置成对来自光源的光的相位进行空间调制。空间光调制器可以布置成对来自光源的光的振幅进行空间调制。

6、提供了用于具有窗户的车辆的平视显示器。平视显示器包括图片生成单元和光学中继系统(投影引擎)。图片生成单元布置成输出图片。投影引擎(或光学系统)布置成接收由图片生成单元输出的图像，并将图片投影到车窗上，以便在(公共)虚拟图像区域内形成每个图片的虚拟图像。

7、通过从车辆的挡风玻璃反射空间调制光形成的虚拟图像可从眼盒观察。如本领域技术人员将理解，在成像系统中，观察区域(用户的眼盒)是观察者的眼睛能够感知图像的区域。通常希望车辆中的hud系统提供足够大的眼盒，以使眼睛能够发生一些运动，同时仍使用户能够观察图像。然而，增加眼盒的尺寸也可能导致hud系统所占据的尺寸/体积的相应增加。这是因为光学中继系统(投影引擎)可以包括至少一个大光学部件，例如将来自图片生成单元的光中继到车辆挡风玻璃的大镜，以及实现相对大眼盒所需的必要放大倍数的大光学投射。这是一个问题，因为hud系统通常容纳在车辆的仪表板内。座舱空间内尤其是仪表板体积内的不动产在包含许多复杂电子系统的现代车辆中非常有价值，而平视显示器在不动产方面非常昂贵。hud的光学部件的有限空间限制了眼盒的最大尺寸。

8、通过增加光学部件(比如大镜)的尺寸来增加眼盒尺寸的另一个问题是，与任何光学部件一样，光学部件的性能随着与光轴的距离而下降。特别是，像差随着离光轴的距离而增加。因此，投影引擎的至少一个光学部件的最外面部分对图像质量具有最有害的影响。因此，如果通过增加投影引擎的至少一个光学部件的尺寸来增加眼盒，则整体图像质量会降低。

9、希望提供一种具有大眼盒的hud系统，hud系统的用户可以从该大眼盒中观察高质量的图像，同时占用较少的空间/体积。

10、根据本公开的第一方面，提供了一种平视显示器系统(hud系统)。平视显示器系统特别适用于在包括光学组合器的车辆中使用的hud，并且可以位于车辆的仪表板中。hud系统包括眼盒。眼盒具有第一维度或在其上延伸。第一维度可以是眼盒的高度。眼盒具有第二维度或在其上延伸。第二维度可以是眼盒的宽度。第一维度可以正交于第二维度。

11、hud系统还包括图片生成单元和光学系统。图片生成单元包括空间光调制器。空间光调制器布置成显示全息图或图片内容，使得入射到空间光调制器上的光根据全息图或图片内容被空间调制。光学系统布置成中继来自图片生成单元的空间调制光。在一些实施例中，光学系统布置成将空间调制光中继到光学组合器。在一些实施例中，光学系统布置成将空间调制光中继到平视显示器系统的眼盒。这可以通过或不通过光学组合器。例如，当光学系统布置成经由光学组合器将空间调制光中继到眼盒时，平视显示器系统可以布置成使得空间调制光至少部分地被光学组合器反射，然后被中继到眼盒。光学组合器可以是外部光学组合器。换句话说，光学组合器本身可能不是hud系统的特征。相反，光学组合器可以是诸如挡风玻璃的车辆的光学组合器。

12、hud系统还包括移动组件，其布置成在多个(离散)位置之间移动图像投影仪的至少一部分。在一些实施例中，移动组件布置成在多个(离散)位置之间整体移动图像投影仪。在这种情况下，移动组件布置成移动图像投影仪(整体)在这里意味着图像投影仪的每个部件通过移动组件一起移动，并且图像投影仪的每个部件可以在多个位置中的每个位置之间在相同的方向上移动相同的量。这里的部件是指(至少)图片生成单元和光学系统。换句话说，图片生成单元和光学系统之间的间隔在图像投影仪的每个位置可以是恒定的。

13、在一些实施例中，移动组件布置成在多个(离散)位置之间移动图像投影仪的一部分。因此，移动组件可以布置成比整个图像投影仪移动得少。在一些实施例中，移动组件可以布置成当图像投影仪的一部分在多个位置之间移动时与光学系统一起移动图片生成单元的至少一个部件。在这种情况下，图像投影仪的相应部分的每个部件通过移动组件一起移动，并且图像投影仪的相应部分的每个部件可以在多个位置中的每个位置之间在相同方向上移动相同的量。因此，图片生成单元的相应(移动)部件和光学系统之间的间隔在多个位置中的每个位置可以是恒定的。然而，图像投影仪的移动和未移动部件之间的间隔可以在多个位置中的每个位置改变。在一些实施例中，图像投影仪可以包括壳体。图像投影仪的壳体不能被移动组件移动。因此，移动组件可以布置为相对于壳体一起移动图像投影仪和光学系统的至少一个部件。

14、这里，参考图像投影仪的位置(由移动组件驱动/移动)。除非另有说明，否则该措辞还包括由移动组件确定的图像投影仪的一部分的位置。因此，提及图像投影仪处于(图像投影仪的)多个位置中的第一位置也将涵盖投影仪的处于(相应部分的)多个位置中的第一位置的相应部分。

15、平视显示器布置成使得向图像投影仪的眼盒中继的空间调制光(可选地经由光学组合器)形成从子眼盒可观察的虚拟图像。子眼盒在第一维度上的范围小于眼盒在第一维度上的范围。平视显示器可以布置成使得向图像投影仪的眼盒中继的空间调制光(可选地经由光学组合器)形成从图像投影仪的每个位置中的子眼盒可观察的虚拟图像。换句话说，可能存在与图像投影仪的多个位置中的每个相关的子眼盒。子眼盒的位置(在第一维度上)取决于图像投影仪的至少一部分的位置。更详细地，图像投影仪(的至少一部分)可以至少具有第一位置和第二位置。图像投影仪(的至少一部分)可以通过移动组件在第一位置和第二位置之间移动。在图像投影仪(的至少一部分)的第一位置，可以从第一子眼盒观察虚拟图像。在图像投影仪(的至少一部分)的第二位置，可以从第二子眼盒观察虚拟图像。第一子眼盒在第一维度上可以具有与第二子眼盒不同的位置。换句话说，第一子眼盒可被定义在与第一子眼盒不同的空间位置，空间位置的差异是沿着第一维度的。

16、眼盒可以是与图像投影仪(的至少一部分)的多个位置中的每个相关的子眼盒的总和。例如，眼盒可以是上述至少第一子眼盒和第二子眼盒的总和。形成为子眼盒之和的眼盒在这里可被称为“有效”或“扩展”眼盒。移动组件可以布置成使得子眼盒的总和限定连续的(有效或扩展)眼盒，例如形成(有效或扩展)眼盒的相邻子眼盒可以不在空间上彼此分离或者可以彼此重叠。

17、通过将(有效)眼盒形成为在第一维度上具有不同位置的子眼盒的总和，该(有效)眼盒具有在第一维度上相对于子眼盒的尺寸扩展的尺寸。在任何一个时刻，虚拟图像不可能在(有效)眼盒内的所有点处同时可见。代替地，图像投影仪可以由移动组件移动到多个位置中的适当位置，使得根据需要，虚拟图像从(有效)眼盒的期望部分内的(瞬时)子眼盒可见。通常，hud系统可以布置成移动图像投影仪，使得虚拟图像从包含诸如用户眼睛的观察系统的子眼盒可见。hud系统还可以布置成响应于观察系统的位置的检测或推断的变化，将图像投影仪移动到多个位置中的其他位置，使得虚拟图像保持可见，而不管观察系统的位置变化。这样，虚拟图像对于位于有效眼盒内任何点的观察系统都可以保持可见。

18、根据本公开的hud系统的显著优点是平视显示器的物理尺寸减小，同时保持相对较大的眼盒。这是因为hud系统的光学部件仅需要合适的尺寸来形成(相对较小的)子眼盒，并且通过平移图像投影仪来形成多个子眼盒。因此，与使用固定图像投影仪形成完整(扩展)眼盒所需的尺寸/体积相比，hud系统的尺寸/体积减小了。特别地，hud系统的光学系统(投影引擎)可以包括布置成将图片生成单元的空间调制光中继到光学组合器的光学部件，例如镜。镜可以是自由曲面镜。镜可以至少部分地在第一维度上延伸。例如，虽然镜可能不在第一维度上的平面中，但镜占据的区域或体积可被分解成在第一维度上延伸的第一分量和在第二维度上延伸的第二分量。镜在第一维度上的范围越大，子眼盒在第一维度上的尺寸就越大。因此，通过形成在第一维度上具有减小的尺寸的子眼盒，也可以提供更小的镜，使得hud系统(包括镜)的总体积可以减小。

19、第一维度可以对应于(有效)眼盒和/或子眼盒的高度。所以，可能是hud系统在第一维度上的高度也降低了(因为镜在第一维度上的高度相应降低)。在减小hud系统的总体积方面，减小子眼盒的高度可能比在第二维度上减小子眼盒更有效。这是因为hud系统通常可以主要在基本平行于第二维的平面中延伸。因此，hud系统的尺寸可以主要由hud系统的部件的尺寸和位置来确定，而不依赖于眼盒的尺寸(例如不是镜)。因此，镜在第二维度上的尺寸的增加或减少会导致hud系统体积的最小整体变化。然而，镜通常可以是hud系统中在第一维度上延伸最显著的部件。因此，镜在第一维度上的尺寸的增加对hud系统占据的总体积具有相对较大的影响。

20、本公开的hud系统的另一个优点是从每个子眼盒可见的虚拟图像经历更少的(光学)像差，因为hud系统的光学部件可以做得更小(至少在第一维度上)。因此，从子眼盒可见的虚拟图像的整体质量得到了改善。

21、如上所述，本公开描述了移动图像投影仪(包括图片生成单元和光学系统)的至少一部分，以便在各种不同的位置提供子眼盒。特别地，本公开描述了将图片生成单元的至少一个部件与光学系统一起移动，以便在各种不同的位置提供子眼盒。在技术领域中存在反对以这种方式移动图像投影仪的明显偏见。

22、在用于车辆的常规hud系统(包括诸如lcd或tft屏幕的常规显示器)中，简单地将常规显示器和相关的光学系统一起移动以便移动眼盒会不利地影响图像的质量和从眼盒可见的虚拟图像的俯视角。当光学组合器具有(复杂)弯曲形状(例如挡风玻璃)时，这是很特别的问题。在显示器和光学系统的不同位置，空间调制光可被中继到光学组合器的不同部分，以形成虚拟图像。如果光学组合器具有(复杂)弯曲形状，例如车辆的挡风玻璃，则光在其上中继的光学组合器的部分的形状对于图像投影仪的每个位置都是不同的。这可能导致虚拟图像失真和俯视角改变。

23、为了补偿这种变形和俯视角的变化，需要更加复杂的移动机构。例如，中继来自传统显示设备的光的镜可以相对于显示设备和光学组合器旋转和倾斜。如果该机构具有合适数量的自由度和运动范围，镜可以旋转和倾斜成使得观察者对图像的俯视角在眼盒的不同空间位置不变，并且使得观察系统(例如使用者的眼睛)接收的图像不会被挡风玻璃扭曲。包括如此复杂的运动机构有许多缺点。一个缺点是用于旋转和倾斜镜的机构非常复杂(例如包括许多移动部件)。另一个缺点是该机构体积庞大，这进一步增加了hud系统的总体积。此外，该机构必须靠近镜。这种系统中的镜通常位于仪表板的中心，在那里不动产最有价值。因此，该机构不仅增加了hud系统的整体体积，而且在hud系统中最不方便的部分也增加了体积。

24、因此，当任务是提供能够投影大的高质量图像的紧凑和简单的hud系统时，在hud内提供移动的光学部件存在很大的偏见。移动这种光学部件通常需要的移动组件复杂而庞大。

25、然而，尽管存在这种偏见，发明人还是设计了一种简单的1d平移组件，其不包括用于例如旋转和倾斜中继镜的复杂机构，而是利用动态全息术来解决上述问题。特别地，该方法包括在屏幕上形成hud图像的全息重建，该屏幕在空间上与显示hud图像的全息图的像素阵列分离。这在图像尺寸和形状上提供了显著的灵活性，可以解决传统图像系统的问题，而不损害光学效率，因为全息过程通过光重定向而不是简单地打开/关闭图像像素来形成hud图像。本公开的hud系统布置成在空间光调制器上显示图像的(计算机生成的)全息图，使得入射在空间光调制器上的光被全息图编码。显示在空间光调制器上的全息图可以被确定成使得考虑到光学组合器的形状(其可以具有复杂弯曲形状)以及考虑到图像投影仪相对于光学组合器在每个位置的变化的几何形状。全息图可被动态地重新配置。hud系统可以布置成使得显示在空间光调制器上的全息图补偿这些差异，以从虚拟图像中消除失真，并确保保持恒定的俯视角，而不需要复杂的硬件来操纵光学(中继)系统的镜。在一示例中，通过在基于平移组件的平移位置进行全息图计算之前处理(例如扭曲)hud图像来实现这些益处。

26、在本公开的hud系统中，移动组件可以布置成在位置之间向图像投影仪(的至少一部分)施加简单运动(例如线性/直线运动)。因此，移动组件可被制造得简单和紧凑，导致hud系统具有更小的总体积。在用于车辆的hud系统的情况下，大部分移动组件可以布置成存在于hud系统的一部分中，该部分填充了仪表板的一部分，在该部分中不动产较便宜。此外，图片生成单元(的至少一个部件)和光学系统可以一起使用公共移动装置。将图片生成单元(的至少一个部件)和光学系统作为单个部分/图像投影仪一起移动可以有利地确保两者之间的间隔在每个位置都是恒定的(即图片生成单元的至少一个部件和光学系统之间的间隔在每个位置都可以是恒定的)。因此，从图片生成单元的至少一个组件(可选地从空间光调制器)通过光学系统的光路在图像投影仪的每个位置都是相同的。可以在图像投影仪和光学组合器之间定义投影距离。投影距离可以是从图像投影仪中继到光学组合器的光传播的距离。投影距离在图像投影仪的多个位置中的每位置可以是不同的。

27、如上所述，移动组件可以布置成整体移动图像投影仪。发明人预期这是优选的布置，因为将图像投影仪作为整体(即作为单个单元)移动是简单的。此外，相对于彼此移动图像投影仪的部件可能导致部件之间的路径长度/间隔的变化，因此预计会增加系统的复杂性(例如保持图像投影仪的各个部件的光学对准，并确保投影保持聚焦)。然而，在彻底的模拟和实验之后，发明人发现仅移动图像投影仪的一部分是有利的(如上所述)。主要优点是，发明人发现这种布置占用较少的空间。特别地，发明人已经发现，如果仅仅移动图像投影仪的一部分(而不是图像投影仪的整体),将会更加节省空间，因为不需要在每个位置为整个图像投影仪留出空间。发明人还认识到，上述仅移动图像投影仪的一部分的其他缺点可以在空间光调制器上显示的内容中得到补偿。例如，发明人已经认识到，可以通过在空间光调制器上显示具有适当光焦度的衍射图案来补偿图片生成单元/图像投影仪的部件之间的相对间隔的变化，以补偿间隔的变化。衍射图案可以是透镜(例如软件透镜)。衍射图案可以与全息图同时显示。

28、移动组件可以布置成在多个位置之间直线地(或线性地)移动图像投影仪。如上所述，这种移动组件可以有利地简单和紧凑。此外，发明人已经意识到，图像投影仪的直线运动仅仅是可能的，因为图片生成单元包括空间光调制器，而不是传统的显示器。如上所述，显示在空间光调制器上的全息图/图片内容可以产生，补偿空间调制光被中继到的光学组合器部分的形状的任何变化。

29、平视显示器可以进一步包括全息引擎。全息引擎可以布置成生成图像的计算机生成的全息图。全息引擎可以布置成根据图像投影仪的位置生成计算机生成的全息图。例如，全息引擎可以布置成使得在光接收表面(例如屏幕或漫射器)上形成或显示的全息重建(即图像)的位置和/或大小取决于图像投影仪的(平移)位置。这可以通过在确定或计算用于显示的全息图之前处理图像来实现。

30、发明人发现子眼盒的数量和大小可以优化。如上所述，子眼盒在第一维度上的范围小是有利的，因为hud系统的体积可以最小化。然而，子眼盒的尺寸越小，提供大(有效)眼盒所需的(小)子眼盒的数量就越多。在这种(有效)眼盒(包括小子眼盒)中移动的观察系统(例如眼睛)可能导致移动组件需要非常频繁地将图像投影仪移动到不同的位置。这可能具有提供不和谐观察体验的效果。在第一维度上增加子眼盒的范围提供了更平滑的观察体验，但是以增加hud系统的总体积为代价(尽管hud系统的体积可能仍小于光学器件配置成提供全尺寸眼盒的情况)。在模拟和实验之后，发明人已经发现以下数量和尺寸的子眼盒和眼盒提供了平滑的观察体验，同时最小化hud系统的体积。移动组件可以布置成使得图像投影仪有四个或更多个位置，可选地，图像投影仪有六个或更多个位置。移动组件可以布置成使得图像投影仪有十二个或更少，可选地八个或更少的位置。可以有与图像投影仪的每个位置相关的子眼盒，从而可以有四个或更多个，可选地六个或更多个子眼盒位置和/或十二个或更少，可选地八个或更少的子眼盒位置。(有效)眼盒在第一维度(高度)上的范围可以是100毫米或更大，可选地125毫米或更大，可选地150毫米或更大。每个子眼盒在第一维度(高度)上的范围在每个位置可以基本相同。每个子眼盒在第一维度(高度)上的范围可以是75毫米或更小，可选地在每个独特位置是50毫米或更小。每个子眼盒在第一维度(高度)的范围可以是10毫米或更大，可选地20毫米或更大。

31、移动组件可以包括步进电机。步进电机可以直接或间接联接到图像投影仪。步进电机可以布置成移动图像投影仪。步进电机有利地易于控制。步进电机的完整旋转可被分成离散数量的步，并且步进电机可被控制以移动特定数量的步并保持在特定的步。因此，可以简单地控制包括步进电机的移动组件，以基于步进电机的预定步数在多个位置之间移动图像投影仪。因此，为了在图像投影仪的多个位置中的任意两个位置之间移动，控制器可以直接指示步进电机旋转特定步数。在图像投影仪的相邻位置之间，步进电机的步数可以相同或不同。

32、移动组件可以包括将步进电机的旋转运动转换成图像投影仪的线性或直线运动的装置。在一些实施例中，移动组件包括包含步进电机的线性致动器。线性致动器还可以包括螺杆，该螺杆布置成将步进电机的旋转运动转换成螺杆的线性运动。螺杆可以联接到图像投影仪，使得螺杆的线性运动也导致图像投影仪的线性运动。在一些实施例中，移动组件可以包括齿条和小齿轮。小齿轮可以由步进电机驱动。齿条可以联接到图像投影仪，并且布置成使得小齿轮的旋转引起齿条(以及联接到齿条的图像投影仪)的线性运动。

33、hud系统可以进一步包括框架。图片生成单元可以联接到框架。光学系统可以联接到框架。框架可以是刚性的。框架可以将图片生成单元保持在相对于光学系统的固定距离处。移动组件可以布置成移动框架。例如，步进电机可以例如通过上述的螺钉或齿条联接到框架。

34、hud系统可以进一步包括控制器。控制器可以配置成控制移动组件将图像投影仪(的至少一部分)移动到多个位置之一。控制器可以配置为控制移动组件在多个位置中的第一位置和第二位置之间移动图像投影仪(的至少一部分)。当移动组件包括步进电机时，控制器可以配置成控制步进电机。控制器可以配置成基于与观察系统的位置相关的输入来控制移动组件。

35、在一些实施例中，hud系统可以包括眼睛跟踪器。眼睛跟踪器可以布置成监测/检测观察系统的位置。观察系统可以是用户的眼睛。输入可以是来自眼睛跟踪器的输出。控制器可以配置成控制移动组件将图像投影仪(的至少一部分)移动到子眼盒与观察系统的检测位置对准的位置。换句话说，观察系统可能落在子眼盒内。这样，可以说平视显示器跟踪观察系统并相应地移动图像投影仪。

36、在一些实施例中，hud系统可以用于车辆，并且输入可以涉及车辆的特定设置。例如，输入可以涉及在控制器处接收的车辆(驾驶员)座椅的位置和/或高度信息。基于该信息，控制器可以有利地推断驾驶员眼睛的位置，并且可以控制移动组件以相应地移动图像投影仪。这是因为驾驶员的眼睛位置可能取决于座椅位置/高度。因此，当驾驶员调节座椅的高度/位置时(使得他们的眼睛相应地移动)，子眼盒可被重新定位，使得子眼盒仍与驾驶员的至少一只眼睛重合。

37、图片生成单元还可以包括光源。图片生成单元还可以包括光接收构件。光接收构件可以是屏幕或漫射器。光接收构件(例如屏幕或漫射器)可以布置成接收空间调制光，从而可以在光接收构件上形成全息重建。光接收构件可以在空间上与显示设备分离。

38、在一些实施例中，图片生成单元包括光接收表面。光接收表面布置成使得在光接收表面上形成或显示全息重建。全息重建可以是全息图中编码的图片或图像的重建。

39、在一些实施例中，由移动组件移动的图片生成单元的至少一个组件包括光接收表面或由光接收表面构成。在一些实施例中，图片生成单元的空间光调制器相对于光学系统永久固定。换句话说，移动组件布置成不移动空间光调制器。因此，移动组件可以布置为当图像投影仪的一部分在多个位置之间移动时相对于空间光调制器移动光接收表面。换句话说，空间光调制器和光接收表面之间的间隔可以随着图像投影仪的一部分被移动组件在多个位置之间移动而改变。

40、在一些实施例中，hud系统还包括控制器，其布置成驱动空间光调制器以显示衍射图案。衍射图案可以具有光焦度。例如，衍射图案可以表现为透镜。这里，衍射图案可被称为软件透镜。衍射图案可以布置成使得全息重建形成在与光接收表面基本重合的重放平面处。例如，衍射图案的光焦度可以使得全息重建形成在所述重放平面处。如上所述，图像投影仪的光学部件之间的间隔的变化可能导致光学问题(例如因为光学部件之间的路径长度已经改变)。例如，重要的是，重放平面与光接收表面基本重合，使得在光接收表面上形成的全息重建是聚焦的。改变空间光调制器和光接收表面之间的间隔(因为移动组件移动光接收表面而不是空间光调制器)可能意味着全息重建变得失焦。然而，发明人已经认识到，使用软件透镜可以补偿分离的变化。在一些实施例中，控制器布置成根据空间光调制器和光接收表面之间的间隔来改变衍射图案。控制器可以布置成选择具有光焦度的衍射图案，该光焦度布置成使得对于空间光调制器和光接收表面之间的给定间隔，重放平面在给定位置与光接收表面基本重合。因此，全息重建可以在图像投影仪的该部分的多个位置中的每个都是聚焦的。

41、在第二方面，提供了一种显示系统。该显示系统包括平视显示器系统。平视显示器系统可以是根据第一方面的hud系统。显示系统还可以包括光学组合器。光学组合器可以具有弯曲形状。光学组合器可以具有复杂弯曲形状。

42、虽然光学组合器可以具有(复杂)弯曲形状，但光学组合器可以基本是平面的，因为光学组合器可以在第一和第二维度上比在第三维度上延伸得更远。光学组合器的第三维度可以对应于光学组合器的厚度。光学组合器的第一维度可以对应于光学组合器的高度，光学组合器的第二维度可以对应于光学组合器的重量。厚度可以小于光学组合器的宽度或高度的10％，可选地小于5％，可选地小于1％。光学组合器的第一和第二维度可能不平行于上述眼盒的第一和第二维度。光学组合器可以基本位于第一平面中。由眼盒定义的第二平面可以相对于第一平面成锐角。

43、移动组件可以布置成在相对于第一平面成角度的第一方向上线性地(直线地)移动图像投影仪(使得第一方向不位于第一平面中)。第一方向可以平行于由图片生成单元发射的空间光调制光。第一方向可以垂直于第一眼盒的第一维度。图像投影仪的多个离散位置可以包括第一位置和第二位置。当图像投影仪处于第一位置时，从图片生成单元中继到光学组合器的光传播的距离可以最小，而当图像投影仪处于第二位置时，该距离可以最大。当图像投影仪处于第一位置时，扩展眼盒的底部可以由瞬时眼盒定义，而当图像投影仪处于第二位置时，扩展眼盒的顶部由瞬时眼盒定义。

44、显示系统可以用于车辆。hud系统可以用于车辆。光学组合器可以是车辆的挡风玻璃。

45、在第三方面，提供了一种形成可从具有第一维度和第二维度的眼盒中观察的虚拟图像的方法。该方法包括移动图像投影仪的至少一部分。图像投影仪包括图片生成单元和光学系统。移动图像投影仪的至少一部分包括将图像投影仪的至少一部分移动到图像投影仪的多个位置中的第一位置，使得图片生成单元的至少一个部件与光学系统一起移动。图片生成单元包括空间光调制器，其布置成显示全息图，使得入射到空间光调制器上的光根据全息图被空间调制。光学系统布置成将来自图片生成单元的空间调制光中继到光学组合器。该方法还包括在第一维度上的第一位置形成可从第一子眼盒观察的虚拟图像。图像投影仪布置成使得在图像投影仪的每个位置都可从子眼盒观察虚拟图像。眼盒是子眼盒的总和，特别地，眼盒可以是与图像投影仪的多个位置中的每个相关的子眼盒的总和。眼盒可被称为扩展眼盒(如第一方面讨论)。

46、该方法还可以包括将图像投影仪移动到第二位置。该方法还可以包括在第一维度上的第二位置形成可从第二子眼盒观察的虚拟图像。在这种情况下，扩展眼盒可以包括至少第一和第二子眼盒。该方法还可以包括响应于与观察系统的位置相关的输入，将投影仪移动到多个位置之一。该方法还可以包括用眼睛跟踪装置监测观察系统的位置。输入可以是眼睛跟踪器设备的输出。该方法还可以包括将图像投影仪移动到一个位置，在该位置可以从对应于观察系统的子眼盒观察虚拟图像。

47、在第四方面，提供了一种图像投影仪。图像投影仪包括眼盒。眼盒具有第一维度和第二维度。图像投影仪还包括壳体。图像投影仪还包括图片生成单元，其包括空间光调制器。空间光调制器布置成显示全息图，使得入射到空间光调制器上的光根据全息图被空间调制。图像投影仪还包括光学系统，其布置成将来自图片生成单元的空间调制光中继到图像投影仪的眼盒。图像投影仪还包括移动组件，其布置成在相对于图像投影仪的壳体的多个位置之间移动图片生成单元的至少一个部件以及光学系统。图像投影仪布置成使得空间调制光被中继到子眼盒，子眼盒在第一维度上的位置取决于相对于壳体的光学系统位置，其中眼盒是与光学系统的多个位置中的每个相关的子眼盒的总和。

48、关于第一方面描述的特征可以应用于第三方面的方法或第四方面的图像投影仪，反之亦然。

49、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副本。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”。

50、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。

51、已经发现，可以从仅包含与原始物体的傅立叶变换相关的相位信息的“全息图”形成可接受质量的全息重建。这样的全息记录可被称为纯相位全息图。实施例涉及纯相位全息图，但本公开同样适用于纯振幅全息图。

52、本公开也同样适用于使用与原始物体的傅立叶变换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。

53、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纯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。

54、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。

55、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。

56、还公开了以下编号的项目。

57、项目1.一种平视显示器系统，包括具有第一维度和第二维度的眼盒，并且还包括：

58、图像投影仪，包括图片生成单元和光学系统，该图片生成单元包括空间光调制器，其布置成显示全息图，使得入射到空间光调制器上的光根据全息图被空间调制，光学系统布置成将来自图片生成单元的空间调制光中继到光学组合器；以及

59、布置成在多个位置之间移动图像投影仪的移动组件；

60、其中平视显示器布置成使得中继到光学组合器的空间调制光形成可从子眼盒观察的虚拟图像，子眼盒在第一维度上的位置取决于图像投影仪的位置；并且

61、其中眼盒是与图像投影仪的多个位置中的每个相关的子眼盒的总和。

62、项目2.如项目1所述的平视显示器，其中，移动组件布置成在多个位置之间直线移动图像投影仪。

63、项目3.如项目1或2所述的平视显示器，其中，平视显示器还包括全息引擎，其布置成生成图像的计算机生成全息图，并且图片生成单元包括光接收表面，其布置成使得在光接收表面上形成或显示全息重建；并且其中在光接收表面上形成或显示的全息重建的尺寸或形状取决于图像投影仪的位置。

64、项目4.如前述任一项目所述的平视显示器，其中，移动组件布置成使得图像投影仪有四个或更多个位置，可选地有六个或更多个位置。

65、项目5.如前述任一项目所述的平视显示器，其中，眼盒在第一维度上的范围(例如尺寸)为100毫米或更大。

66、项目6.如前述任一项目所述的平视显示器，其中，每个子眼盒在第一维度上的范围(例如尺寸)为50毫米或更小。

67、项目7.如前述任一项目所述的平视显示器，其中，移动组件包括步进电机。

68、项目8.如前述任一项目所述的平视显示器，还包括控制器，其配置成基于与观察系统的位置相关的输入来控制移动组件以将图像投影仪移动到多个位置中的一个位置。

69、项目9.如项目8所述的平视显示器，还包括眼睛跟踪器，其布置成监测观察系统的位置，其中输入是眼睛跟踪器的输出。

70、项目10.如前述任一项目所述的平视显示器，其中，图片生成单元还包括光源和光接收构件，例如屏幕或漫射器。

71、项目11.一种显示系统，包括如前述任一项目中定义的平视显示器系统和光学组合器。

72、项目12.如项目11所述的显示系统，其中，光学组合器具有弯曲形状。

73、项目13.如项目11或12所述的显示系统，其中，光学组合器是车辆的窗户或挡风玻璃。

74、项目14.如项目11至13中任一项所述的显示系统，其中，光学组合器基本位于第一平面中，并且其中，移动组件布置成在相对于第一平面倾斜的第一方向上线性移动图像投影仪。

75、项目15.一种形成可从具有第一维度和第二维度的眼盒观察的虚拟图像的方法，该方法包括：

76、将包括图片生成单元和光学系统的图像投影仪移动到图像投影仪的多个位置中的第一位置；其中，图片生成单元包括空间光调制器，其布置为显示全息图，使得入射到空间光调制器上的光根据全息图被空间调制，光学系统布置为将来自图片生成单元的空间调制光中继到光学组合器；

77、形成在第一维度上的第一位置可从第一子眼盒观察的虚拟图像；

78、其中图像投影仪布置成使得在图像投影仪的每个位置都可从子眼盒观察虚拟图像，眼盒是子眼盒的总和。