CN117280283A - 用于浮动全息图的包括多个可切换光学通道的光学*** - Google Patents

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Abstract

一种光学***(110)包括多个光学通道(31，32)。控制单元(901)可以分别开启和关掉这些光学通道(31，32)的光源(111，111#)。以这种方式，全息图(150)的不同图像主题(780‑1，780‑2)可以被至少一个成像全息光学元件(130)的多个不同照明光源照射。

Description

用于浮动全息图的包括多个可切换光学通道的光学***
技术领域
本披露内容的各个示例涉及一种包括用于产生浮动全息图的多个光学通道的***。各个光学通道可由控制器分别控制。
背景技术
通过成像全息光学元件(HOE)产生浮动全息图的技术是已知的。这种浮动全息图是在布置在成像HOE外部的体积中产生的。这意味着，全息图是偏离成像HOE而重构的。这可以产生光学“浮动效应”；全息图自由地立在空间中。
据确定，对应的光学***的浮动全息图可以具有相对静态且不太交互的形式。此外，这种光学***通常相对较大。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种能够产生浮动全息图的光学***。特别地，本发明的目的是提供一种能够动态地提供一个或多个全息图的光学***。本发明的另一个目的是提供一种紧凑的光学***。
这个目的通过专利独立权利要求的特征来实现。专利从属权利要求的特征定义了实施例。
一种光学***包括多个能够分别被开启和关掉的光学通道。这意味着，在每种情况下光可以沿着这各个光学通道的一个或多个光束路径被选择地传输。因此，光源可以被分别控制。光入射到一个或多个成像HOE上，后者分别产生浮动全息图的对应部分。结果，可以取决于控制的是哪个光学通道来开启和关掉全息图的一个或多个图像主题。
光学***包括至少一个成像HOE。该至少一个HOE被配置为基于光来产生浮动全息图。浮动全息图在该至少一个成像HOE外部的体积中被重构。因此，浮动全息图被布置在该至少一个成像HOE外部的体积中。光学***还包括多个光学通道。这多个光学通道各自包括光源和光束路径。这多个光学通道被配置为将光沿着相应的光束路径朝向该至少一个成像HOE引导/传导。控制器被配置为分别控制用于这多个光学通道的光源。
因此，分别控制光源可能意味着，各个光源可以与其他光源分开地被开启和关掉。这意味着，光可以选择性地沿着各个光学通道的各个光束路径被传输或不传输。换句话说，这意味着，可以分别控制各个光学通道，也就是说被分别地切换。
各个光学通道可以与全息图的不同图像主题相关联。这些不同的图像主题可以提供浮动全息图的不同部分。不同的图像主题可以再现不同的几何结构或图像。不同的图像主题也可以再现相同的几何结构或图像，尽管颜色不同。
一种计算机实施的方法包括分别控制光学***的多个光源。在此过程中，这多个光源是基于一个或多个决定标准来控制的。因此，取决于该一个或多个决定标准的对应检查的结果，可以开启或关掉这多个光源中的某个光源，并且可以关掉或开启这多个光源中的另一个光源。这种检查可以针对每个光源分别实施。
在这种情况下，这多个光源被指派给光学***的多个光学通道。这些光学通道各自包括相关联的光束路径。这些光学通道各自被配置为将由这多个光源中的相应光源发射的光朝向光学***的至少一个成像HOE引导。在这种情况下，该至少一个成像HOE被配置为基于该光在该至少一个成像HOE外部的体积中产生浮动全息图。
在不脱离本发明的保护范围的情况下，上文阐述的特征和下文描述的特征不仅可以以明确阐述的对应组合方式使用，而且可以以另外组合方式使用、或单独使用。
附图说明
图1是根据多个不同示例的光学***的示意图，该光学***包括光学通道、控制器和深度传感器。
图2展示了根据多个不同示例的来自图1的光学***的示例性结构实现方式。
图3展示了根据多个不同示例可以由实现偏转元件的光整形HOE提供的光谱滤波。
图4展示了根据多个不同示例的来自图1的光学***的示例性实现方式。
图5展示了根据多个不同示例的来自图1的光学***的示例性实现方式。
图6A展示了根据多个不同示例的光学***与反射镜的示例性集成。
图6B是根据图2的光学***的示例性实现方式的立体图。
图7是示例性方法的流程图。
图8是根据多个不同示例的光学***的示意图，该光学***包括成像HOE和光波导。
图9是根据多个不同示例的来自图8的光学***的示例性实现方式的立体图。
图10是来自图9的实现方式。
图11是根据多个不同示例的光学***的示意图，该光学***包括多个光学通道。
图12是根据多个不同示例的光学***的示意图，该光学***包括多个光学通道。
图13是根据多个不同示例的光学***的示意图，该光学***包括多个光学通道。
图14是根据多个不同示例的来自图11至图13之一的光学***的示例性实现方式的立体图。
图15是根据多个不同示例的来自图11至图13之一的光学***的示例性实现方式的立体图。
图16是根据多个不同示例的来自图11至图13之一的光学***的示例性实现方式的侧视图。
图17是来自图16的光学***的实现方式的立体图。
图18是根据多个不同示例的来自图11至图13之一的光学***的示例性实现方式的立体图。
图19是来自图18的光学***的实现方式的立体图。
图20示意性展示了根据多个不同示例的用于多个光学通道的控制器。
图21是示例性方法的流程图。
图22示意性展示了根据多个不同示例的GUI的菜单级。
具体实施方式
结合以下对示例性实施例的描述，上文描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式将变得更清楚且更清晰明白，这些示例性实施例结合附图进行更详细地解释。
下面基于优选的实施例，参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的要素。附图是本发明的不同实施例的示意性表示。图中展示的要素不一定按真实比例展示。替代地，附图中展示的不同要素以使得它们的功能和一般用途对于本领域技术人员来说易懂的方式呈现。
下文描述了能够产生浮动全息图的技术。全息图可以再现一个图像主题，例如按钮或信息标志。全息图也可以再现多个图像主题。举例来说，一个图像可以由多个图像主题组合而成，或可以再现分离的图像主题。
为此，使用一种包括多个光学通道的光学***。每个光学通道可以分别具有所指派的光源和光束路径。这些光学通道被配置为分别沿着相应的光束路径朝向至少一个成像HOE传输光。该至少一个成像HOE被配置为基于光而产生浮动全息图。这个浮动全息图在该至少一个成像HOE外部的体积中重构或布置。
通过对应光学***产生的全息图可以具有特别高的浮动高度和/或特别大的深度效果。举例来说，在对该至少一个成像HOE进行适当照明的情况下描绘全息图的体积与该至少一个成像HOE之间的距离可以不小于该至少一个成像HOE的折射率调制区域的侧向尺寸(垂直于该距离)的60％。
原则上，全息图可以具有一个或多个图像主题。各个图像主题可以由经过不同光束路径或被指派给不同光学通道的光产生。
该至少一个成像HOE可以被实现为体积HOE，也就是说，它可以具有3D的折射率变化。对应的折射率调制区域具有3D范围。这种折射率变化以衍射模式来折射光，从而形成全息图。体积HOE不同于表面HOE，其中对基材的表面的调制产生了衍射图案。举例来说，表面可以是波浪形的。
该至少一个成像HOE可以被实现为透射HOE或反射HOE。在透射HOE的情况下，从一侧对折射率调制区域进行照明，并且在面向相反侧的体积中产生全息图。在反射HOE的情况下，从一侧对折射率调制区域进行照明，并且在面向同一侧的体积中产生全息图。
例如，光的光束路径可以以侧入式几何形状(edge lit geometry)入射在成像HOE上。这意味着该至少一个成像HOE包括基材(由光学密度大于空气的透明材料制成)，折射率调制区域已施加到该基材上。对应的光束路径在窄侧耦合到基材中，并且接着在入射到折射率调制区域上之前穿过基材，例如玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。典型地，基材的层厚度显著大于折射率调制区域的层厚度。所谓的重构角表示光入射到折射率调制区域上的角度。该折射率调制区域可以沿着该至少一个成像HOE的表面布置。为了产生全息图，没有被折射率调制区域衍射的光接着可以在该至少一个成像HOE的表面处经历全内反射，并且被反射回基材中。
在一些变体中，可以想到吸收材料吸收这种反射回的光(束流收集器)；结果，全息图的再现不受“背景光”的干扰。然而，在其他示例中，也可以想到基材用于实现光波导。接着，在该至少一个成像HOE的表面处反射回的光在光波导的另一表面处反射，并且再次入射到该至少一个成像HOE上。因此，光波导可以布置在该至少一个成像HOE下方并沿着该至少一个成像HOE延伸，并且在光波导中传播的光可以用于完全对该至少一个成像HOE进行照明。在这种情况下，该至少一个成像HOE被施加到光波导的外表面。使用光波导能够实现特别紧凑的设计，因为形成光波导的基材的厚度可以小于该至少一个成像HOE的侧向尺寸。举例来说，可以想到光波导的垂直于该至少一个成像HOE(即，沿着背离成像HOE延伸的方向)的厚度不超过该至少一个成像HOE的沿着光波导的长度的20％。
举例来说，多个成像HOE可以附接到共同的光波导上，多个光学通道的光延伸穿过该共同的光波导。也可以对每个光学通道使用一个光波导。
所使用的光源优选地发射可见光谱中、特别是在380nm至780nm之间的光。在本文描述的多个不同示例中，可以使用一个或多个发光二极管作为光源。发光二极管特别简单、耐用且便宜，并且关于多种照明功能(特别是全息照明功能)具有足够的光学特性，特别是在发射光的相干性方面。发光二极管特别有效。例如，发光二极管可以包括尺寸在0.5×0.5mm2与1×1mm2之间的光发射器(发射光子的有效区域)。特别地，对于前述应用，使用小的发射器表面可以是有利的。
光学***可以对每个光学通道包括一个光源。这个光源被配置为将光沿着相应的光束路径发射到该至少一个成像HOE。例如，光束路径可以由具有光学部件的对应光学通道的光轴来定义。光沿着光束路径传播到该至少一个成像HOE。
举例来说，可以想到对每个光学通道指派对应的成像HOE。
然而，也可以想到将单一成像HOE指派给多个光学通道。因此，这意味着，成像HOE的连续折射率调制区域是存在的(其被相位相干地曝光)，并被来自多个光束路径的光照射。然而，可以使用不同的技术来通过各个光学通道产生全息图的不同图像主题。下文在表格的上下文中总结了这些技术。
1.
表1：共同的成像HOE与指派给不同光学通道的光的联合使用(“多路复用”)的不同变体。因此，光可以从不同方向入射到成像HOE上。结果是，可以由各个光学通道产生不同的图像主题。由于光学通道能够分别被切换，全息图可以由各个图像主题灵活地放在一起。
多个不同示例是基于以下认识：通过使用至少一个光学偏转元件，可以实现对应的光学***的特别紧凑的结构。这意味着，光由光源沿着相应的光束路径发射，然后被光学偏转元件朝向至少一个成像HOE偏转。这允许光源被布置在该至少一个成像HOE的附近或后方。换句话说：该至少一个成像HOE中的至少一个可以被布置在体积(在其中重构全息图)与相应的光源之间。归因于光学偏转元件而实现的是，光源不直接将光发射到该至少一个成像HOE，而是最初将光发射到偏转元件。这可以在比直接照明的情况下更大的面积上实现对该至少一个成像HOE的折射率调制区域的照明。可以获得更平坦的重构角。这改进了对全息图的图像主题的表示。
举例来说，这种偏转元件可以被实施为反射镜。偏转元件也可以被实施为光学棱镜，或者通过光波导来实施，该光波导借助于全内反射在光学致密介质中引导光。
还可以想到偏转元件的更复杂的实现方式。特别地，可以想到除了光的偏转之外还提供其他光整形功能的偏转元件实现方式。为此，还可以使用在下文中称为光整形HOE的HOE。
多个不同示例是基于这种认识：通过使用被布置在光源与成像HOE之间的光束路径中并且除了光整形功能之外还使光偏转的光整形HOE，可以实现对成像HOE的照明的进一步改进。因此，光整形HOE可以实现反向元件。
下文在表2的上下文中描述了光整形HOE可以提供的一些这样的光整形功能。
表2：光整形HOE可以提供的多个不同光整形功能。通过这样的光整形功能，可以获得成像HOE的照明的均匀的角谱和波长谱，因此，可以重构全息图，该全息图距该至少一个成像HOE的折射率调制区域的距离很大、并且具有大的景深。
原则上，光整形HOE的多种不同实现方式是可以想到的。举例来说，光整形HOE可以以反射几何形状偏转光束路径。也就是说，可以使用反射HOE。反射HOE是波长选择性的，也就是说，对于特定出射角度，只有来自窄波长谱的光被有效地衍射。结果，可以实现根据表2的示例I的光谱滤波。例如，在光谱滤波之后，可以获得不大于10nm、特别是不大于5nm的光的波长谱的半峰全宽。结果，可以以全息图的形式实现图像的更好重构，因为避免了拖尾和重影—这原本会在该至少一个成像HOE的宽带照明的情况下出现。
类似于上文在该至少一个成像HOE的上下文中描述的，可以想到将光整形HOE附接到光波导的外表面。光整形HOE和成像HOE可以被施加到光波导的不同外表面。
举例来说，每个光学通道可以具有所指派的偏转元件、特别地所指派的光整形HOE。不同光学通道的光整形HOE可以由共同的光栅结构形成，也就是说，共同的光栅结构的不同区域被来自不同光学通道的光照明。然而，也可以使用单独的光栅结构。
一般来说，光学通道有不同的布置选项。通道可以彼此相邻布置，因此，使得能够逐行或逐列的重构。这意味着各个光学通道的光束路径至少在局部中彼此平行或垂直地延伸。光学通道同样可以布置在光栅结构中，因此，提供了逐行且逐列的重构。此外，通道也可以相对于彼此在对角线方向上或以另外的方位角布置。因此，光束路径之间的角度例如可以在45°到90°的范围内。
光束路径可以被光阑元件分开。这意味着光束路径可以例如由相应光学通道的特定光学元件的光轴限定，例如由对应准直透镜限定。
光学***可以包括控制器。这个控制器可以切换各个光学通道。这意味着，控制器可以被配置为分别控制用于该多个光学通道的光源。
例如，控制器可以包括处理器，例如微处理器、专用集成电路或现场可编程可切换阵列。基于程序代码，控制器能够执行一种或多种用于切换光学通道的技术。
举例来说，可以想到将控制器配置为基于光学***中的深度传感器(有时也称为距离传感器)的测量信号来控制用于该多个光学通道的光源。深度传感器可以被配置为检测体积中的或体积附近的物体，并且输出对应的测量信号。
例如，从用户的角度来看，深度传感器可以被布置在成像HOE的后方。这意味着，成像HOE可以被布置在体积(在其中重构全息图)与深度传感器之间。
特别地，深度传感器因此可以被配置为确定物体的侧向位置(X-Y-位置)和距离(Z-位置)。然后可以基于这些特性来控制用于各个光学通道的光源。
原则上，可以使用深度传感器的不同实现方式。例如，可以使用基于飞行时间的传感器(TOF传感器)，该传感器基于光脉冲的飞行时间测量来确定物体的深度位置。也可以使用激光，也就是说可以使用激光雷达(光检测和测距)传感器。原则上，也可以想到使用雷达传感器，该雷达传感器基于雷达波来确定物体的深度位置。同样，可以想到使用超声传感器，以基于超声波来确定物体的深度位置。当使用光学深度传感器时，特别地可以提出，用于确定深度位置的光的波长不同于用于产生浮动全息图的光的波长。例如，针对深度传感器，可以使用来自红外范围的光，并且针对浮动全息图，可以使用来自可见范围的光。通过使用不同的波长，特别地可以避免深度传感器受到全息图的影响。因此，在重构全息图的体积中或体积附近，可以以更大的可靠性来检测物体。特别地，可以更准确地确定物体的侧向位置和距离。
控制器可以被配置为使用测量信号作为用于确定状态数据的基础，该状态数据指示用户对由全息图作为图像主题显示的交互元素的致动。
因此，这意味着，由来自不同光学通道的光重构的图像主题可以表示图形用户界面(GUI)的交互元素，例如按钮、滑块等。不同的交互元素可以由不同的光学通道来显示。然后，可以使用来自深度传感器的测量信号来确定用户是否正在致动这些交互元素之一。
在此过程中，可以在对用户致动进行的这种确定的范围内考虑不同的因素。例如，可以检查用户的指尖是否位于该体积的被布置有交互元素的对应部分区域中(例如，用户是否“按下”按钮)。例如，可以想到基于手指相对于体积的取向来确定这种状态数据。也就是说，可以检查手指是指向对应的交互元素，还是背向该交互元素。特别地，例如可以想到在对应的致动期间确定全息图的观察者的视差。特别地，观察者的视差可以理解为是指观察者相对于全息图的观看方向。也就是说，可以检查用户是否从特别倾斜的角度观察全息图，并且因此手指也倾斜地指向体积，其结果是牵引元件相对于观察者在其中以相对垂直的角度感知牵引元件的空间位置是偏移地布置的。例如，这可以通过确定手指的取向是相对于体积为倾斜的还是垂直的来确定。一般来说，观察者的视差可以基于手指的取向来确定。作为替代方案或此外，也可以通过在由环绕相机拍摄的图像中识别眼睛来确定观察者的视角。
特别地，深度传感器可以被配置为确定手指的位置和取向。举例来说，深度传感器可以被配置为检测位于约15cm乘15cm乘3cm的体积中的手指。在示例中，深度传感器的空间分辨率可以是10乘10像素。这种低分辨率可能足以确定手指的取向。进一步，可以提供一种深度传感器，该深度传感器允许以规则的时间间隔(例如每100ms)来检测手指或确定其取向。举例来说，可以以这种方式来识别手指的运动。
控制器可以被配置为基于深度传感器的测量信号来识别用户的手指或手的手势。例如，示例性手势是“双击”、“挥扫”等。在这种情况下，可以相对于体积来确定手势。这意味着，“双击”必须具有相对于体积的特定位置，例如特别地相对于显示了交互元素的部分区域，以便被识别为手势。
可以使用本领域技术人员原则上已知的算法来识别物体、物体(比如手指)的取向和/或手势。也可以使用机器学习算法。这些算法的具体实现方式对于本文所述技术的功能并不是决定性的，并且因此没有规定其他细节。
一般来说，本文所述的光学***可以集成到不同的应用中。例如，可以想到该***包括光学***和反射镜，该反射镜具有镜面表面，该镜面表面沿着该至少一个成像HOE延伸并且被布置在该至少一个成像HOE与产生浮动全息图的体积之间。举例来说，可以产生具有多个交互元素的图形用户界面，这些交互元素“浮动”在镜面表面的前方。例如，可以以这种方式来控制单选按钮，或在不同位置处集成在反射镜中的电子视觉显示器的图像再现。
例如，另一应用是集成到电子视觉显示器中。因此，一种***可以包括光学***和电子视觉显示器，该电子视觉显示器沿着该至少一个成像HOE延伸。因此，该至少一个成像HOE可以布置在电子视觉显示器与体积之间。以这种方式，可以例如实现具有多个交互元素的图形用户界面，该图形用户界面浮动在电视或计算机显示器的电子视觉显示器上。
图1展示了与光学***110相关的各个方面。图1是光学***110的示意图，该光学***被配置为产生全息图150。全息图150包括单一图像主题780，在这种情况下是作为GUI的交互元素的按钮。
在图1中，举例来说，出于解释功能的目的，示出了单一光学通道31。然而，光学***可以具有其他光学通道，这些光学通道类似于光学通道31配置。
光学***110包括光源111。光源111可以由一个或多个发光二极管来实现。光源111被配置为沿着光束路径81发射光90。光90用于产生全息图150。这定义了对应的光学通道31。
各种光学部件171、120、130沿着光束路径81布置。
举例来说，折射或镜像光学式光学元件171、172可以在光源81之间邻近于光源111布置在光束路径81中。此折射或镜像光学式光学元件被配置成收集光90。结果，可以获得更大的光输出。
例如，光学元件171、172可以由凹面镜或透镜(即准直透镜)实现。
光90沿着光束路径81朝偏转元件120的方向继续传播。举例来说，偏转元件120可以被实现为光整形HOE 120。已在上文在表2的上下文中描述了光整形HOE 120可以提供的多个不同光整形功能。
光90在被偏转元件120(图1的示意图中未示出)偏转之后，然后沿着光束路径81继续传播到成像HOE 130。成像HOE 130被配置为基于光90来产生浮动全息图150。
光学***还包括控制器901。控制器901被配置为控制光源111。这意味着，控制器901可以开启或关掉光源111。
在这种情况下，控制器901可以被配置为分别控制多个光学通道(图1中仅示出了一个光学通道31)的光源。以这种方式，光可以选择性地沿着这多个光学通道的各个光束路径传输，并且全息图150的不同图像主题780可以被开启或关掉。
一般来说，这里可以想到关于开启或关掉不同光源的不同决定标准。举例来说，可以想到控制器101被配置为基于来自深度传感器950的测量信号来控制用于多个光学通道的光源。深度传感器950被配置为在显示全息图150的体积中或体积附近检测物体790，在这种情况下是用户的手指，并且将测量信号输出到控制器901。
可以想到光束路径31的各种结构实现方式。下文例如在图2的上下文中描述了一些实现方式。
图2展示了与光学***110相关的方面。特别地，图2展示了光学通道31的示例性结构实现方式。在图2的示例中，光学***110不包括在光源111与光整形HOE 120之间布置在光束路径81中的折射或镜像光学式光学元件。
光源111发射显著发散的光90，也就是说具有相对宽的角谱的光。举例来说，图2示出了沿着光束路径81的光线90(“光线跟踪”)，该光束路径限定了光学通道31。
光90入射到光整形HOE 120上。光整形HOE 120包括基材122和折射率调制区域121。光整形HOE 120将光90沿着光束路径以反射几何形状偏转。此外，实施了光谱滤波。由于光谱滤波，入射到成像HOE 130上的光90比由光源111发射的光90是更窄带的(图3展示了未经滤波的光的光谱601和经滤波的光的光谱602，以及相应的相关联半峰全宽611、612)。
图2还描绘了光整形HOE 120沿着光束路径81来反射光的反射角125。此外，还描绘了光90在光整形HOE 120上的入射角126。在这种情况下，这些角度125、126对应于在光整形HOE 120从两个不同的激光源被曝光期间参考光入射到成像HOE 120上的角度。
图2还描绘了所谓的重构角135。重构角135表示沿着光束路径81的光90入射到成像HOE 130的折射率调制区域131上所沿着的方向。此重构角135由反射角125、光整形HOE120相对于成像HOE 130的相对布置、以及空气与基材132的界面处的折射来限定。
接着，基于光90在体积159中产生全息图150，该体积被布置在距成像HOE 130的折射率调制区域131的距离155处。因此，产生了浮动全息图150。
在图2的示例中，基材132的厚度134的尺寸被确定成相对较大。特别地，基材132的厚度134的尺寸被确定成使得光90对成像HOE 130的折射率调制区域131的整个侧向表面进行照明，而不会在基材132的远离成像HOE 130的背面139处反射。这意味着在图2的所展示的示例中，基材132没有实现光波导功能。例如，光吸收材料(所谓的“束流收集器”)可以附接到背面139。
在多个不同示例中，一个或多个另外的光束整形部件可以在光源111与光整形HOE120之间沿着光束路径81布置。举例来说，可以使用透镜171(参见图4)或反射镜172(参见图5)。结果，可以增加光输出，也就是说，可以使用由光源111发射的更大量的光90来对成像HOE 130进行照明。
图6A展示了与反射镜791结合的光学***110的示例性实施例，由此定义了对应的***40。反射镜791包括镜面表面793，例如被实现为基材799的薄金属背侧涂层。在镜面表面793中还提供了切口792，其被布置在成像HOE 130附近。光90可以穿过切口792。例如，部分反射层可以位于切口792中，所述层允许在光源111的波长范围内的光90穿过，并且反射环境光。可以使用带通滤波器。
从图6A可以看出，成像HOE 130沿着镜面表面793延伸。在这种情况下，镜面表面793布置在形成全息图150的体积与成像HOE 130之间。成像HOE 130进而布置在镜面表面793与光源111之间，其中提供了光阑959。
图6A的示例中还提供了深度传感器950。在这种情况下，成像HOE 130布置在重构全息图150的体积与深度传感器950之间。
例如，如果深度传感器950使用光(而不是微波)，则可以使用来自不受成像HOE130的折射率调制区域131影响的光谱范围的光。例如，用于重构全息图150的光90可以位于可见光谱内，而来自深度传感器950的光可以位于红外范围内。
光学***110与反射镜791的组合仅是一个示例。还可以想到形成一种具有电子视觉显示器的***，该电子视觉显示器沿着成像HOE 130延伸。在这种情况下，成像HOE 130于是可以布置在电子视觉显示器与体积之间，也就是说，电子视觉显示器可以布置在成像HOE130的后方(从观察者的角度看)。
图6B是光束路径31的立体图。图6B描绘了在HOE 130上方的图像主题780(开/关按钮)的浮动高度155。此外，偏转元件120、例如光整形HOE是可见的。
图7示出了用于生产光学***的示例性方法的流程图。举例来说，可以使用图7的方法制造根据上文讨论的任一示例的光学***110。在图7中使用虚线描绘了可选框。
最初在框3005中提供成像HOE。例如，可以根据上述示例来实现成像HOE 130。
例如，框3005可以包括用来自多个干涉激光光源的参考光对成像HOE 130进行曝光。以这种方式，可以在对应基材上形成折射率调制区域。由此限定了重构角135。
原则上，本领域技术人员知道用于对成像HOE进行曝光的技术，因此，此处不需要详细说明。
在框3010中，提供光整形HOE。例如，可以根据上述示例来提供光整形HOE 120。
框3010可以包括用来自多个干涉激光光源的参考光对光整形HOE 120进行曝光。
在框3015中，可以提供光源。特别地，此光源可以布置在距光整形HOE合适的距离处。
接着，在框3020中，可以可选地将如此获得的光学***集成到另一单元中，例如机动车辆的反射镜、电子视觉显示器或内部装饰面板中。
图8展示了与光学***110相关的方面。图8是光学***110的示意图，该光学***被配置为产生全息图150。原则上，图8的光学***110对应于图1的光学***110。然而，图8中的光学***110还包括光波导301。光波导301将光90的光束路径81(概括地说)引导到成像HOE 130。在展示的示例中，光波导301还将光90引导到偏转元件HOE 120，并且从偏转元件120继续引导到成像HOE 130。光波导301可以例如通过在其界面处的全内反射将光引导到周围的光学较薄介质。
这意味着光波导301的输入耦合表面302布置在折射或镜像光学元件171(例如准直透镜)与光整形HOE 120之间。例如，如果使用折射式准直透镜，那么输入耦合表面302可以是垂直于准直透镜的光轴定向的。
然而，原则上也可以想到，输入耦合表面302例如布置在光整形HOE 120与成像HOE130之间。
通过使用光波导301，可以实现光学***110的特别紧凑的结构。举例来说，光波导301可以实现其上布置有成像HOE 130的基材132。通过在光波导301中并沿着折射率调制区域131引导光90，因此可以将基材132或光波导301的厚度134的尺寸设计得相对较小(例如，与图2的情况相比)。针对示例性结构实现方式，在图9和图10中描绘了这种情况。
图9是具有光波导301的图8的光学***110的示例性结构实现方式的立体图。图10是图9的光学***110的结构实现方式的侧视图。
从图9和图10可以明显看出，光波导301由块状材料(例如玻璃或塑料)形成。光波导301可以被实现为光学块350。偏转元件(这里被实现为光整形HOE 120)被施加到光波导301的外表面308，并且成像HOE 130被施加到光波导301的与该外表面垂直的外表面309。通常，光整形HOE和成像HOE 130可以布置在不同外表面上。
从图9可以明显看出(不同于图2)，由于光波导301中的反射，光多次入射在成像HOE 130的折射率调制区域131上，因为光波导301在成像HOE 130下方延伸并实现其基材。因此，厚度134比侧向尺寸136小很多倍，或者特别是比沿着光波导301的长度小很多倍。通常，厚度134可以不大于成像HOE 130的沿着光波导130的长度的20％。
光90的光束截面也可以随着厚度134的减小而减小。因此，可以减小光整形HOE120的侧向范围，使得光学***110的设计更加紧凑。
下文描述了光学***110的关于使用多个光学通道的多个方面。
图11展示了与光学***110相关的各个方面。图11是光学***110的示意图，该光学***被配置为产生全息图150。图11的示例中的光学***110包括两个光学通道31、32。
光学通道31对应于图8的示例，并且已在图8的上下文中讨论过。
光学***110还包括另一光学通道32。该另一光学通道以类似于光学通道31的方式实现，也就是说，它包括光源111#、光整形HOE 171#、以及具有对应输入耦合表面302#的光波导301#。
可选地，光学***110还可以包括光阑元件39，该光阑元件布置在光学通道31、32之间并且避免光学通道31、32之间的光串扰。光阑元件39可以由光吸收材料制成。光阑元件39可以例如在相应光源111、111#之间延伸，直到准直透镜171、171#(或者通常到如上所述的折射或镜像光学元件)。在准直之后，光阑可以是可省去的。
光学通道31、32在图11中被相应地配置。概括地说，光学通道31、32可以就光学元件的布置和/或存在而言被不同地配置。下面列出几种示例性变型：
第一变型：例如，可以以类似于图1的情况中的光学通道31的方式省去光波导301和/或光波导301#。
第二变型：虽然图11和随后的图各自示出了两个光学通道31、32，但是原则上可以实现更多数量的光学通道。
第三变型：在图11的示例中，光学通道31、32寻址不同的成像HOE 130、130#，这些成像HOE各自通过光90、90#重构全息图150的对应的图像主题780-1、780-2。然而，光学通道31、32寻址同一成像HOE 130(例如在不同或重叠的区域中)的变体也是可以想到的。这样的示例在图12和图13中示出。
在图12的示例中，第一光学通道31被配置成用光90对成像HOE的区域801进行照明，并且第二光学通道32被配置成用光90#对成像HOE 130的区域802进行照明。区域801和区域802彼此相邻地布置。结果，如果两个光学通道31、32同时被激活，则可以通过光90和光90#重构共同的图像主题780。结果，对应的图像主题可以具有面积特别大的实施方案。
代替相邻布置的区域801、802由两个光学通道31、32实现的如图12所示的这种实现方式，也可以想到光学通道31用光90对成像HOE 130的第一区域进行照明，并且光学通道32用光90#对成像HOE 130的第二区域进行照明，其中第一区域和第二区域具有共同的重叠区域。图13中描绘了这种示例。
在图13的示例中，光学通道31因此被配置成用光90对成像HOE 130的区域811进行照明，并且光学通道32被配置成用光90#对成像HOE 130的区域812进行照明。区域801和区域802具有重叠区域813，该重叠区域因此由两个光学通道服务。
在图13所展示的示例中，光90用于在全息图150的范围内产生图像主题780-1，并且光90#用于在全息图150的范围内产生图像主题780-2。这些图像主题可以布置在相同的空间区域中，即以重叠的方式布置在全息图150的体积中(这在图13的示意图中未示出)。例如，因此取决于是光学通道31还是光学通道32被激活，可以在相同的空间区域中显示交互元素(例如按钮)。
因此，这允许取决于哪个光学通道31、32被激活而改变要显示在相同位置处的图像主题(例如GUI的交互元素)。还可以在一个区域中实现具有不同颜色的图像主题(在光90和光90#使用不同的波长进行重构的情况下)。这种几何形状是特别有利的，因为这允许图像主题在波长和重构角两个方面均分离，并且这使得能够避免光学通道之间的串扰。还可以想到通过增加单独的光学通道(具有相同的图像主题和颜色)来递增地切换亮度。
为了产生不同的图像主题780-1、780-2，光学通道的对应分离可以以不同的方式来实现；参见表1。
下文讨论具有多个光学通道的光学***110的示例性结构实现方式。
图14是具有三个光学通道31、32、33的立体图，这些光学通道分别具有彼此平行延伸的光束路径81、81#和81##。使用了联合呈光学块350形式的光导元件301、301#、301##。例如，准直透镜171、171#、171##也一体地形成为透镜阵列。例如，准直透镜171、171#、171##可以在联合注射成型工艺或联合3D打印工艺中制造。
图15是图14的示例的增强。图15中使用了总共六个光学通道31-36，其中光学通道31-33和34-36分别彼此垂直地布置(即，对应光束路径包含90°的角度)。通道31-33对应于图14的示例；通道34-36也对应于图14的示例。
以这种方式，可以为不同的成像HOE 130或者至少为共同的成像HOE的不同区域形成行列阵列。可以重构不同图像主题的行列阵列。
一般来说，多个不同光学通道的光束路径可以彼此形成不同的角度，例如从45°到90°。
图16是具有两个光学通道31、32的光学***110的可能实施方式的另一示例，这些光学通道的光束路径81、81#彼此平行，确切地说，彼此成180°角。因此，重构角在方位角方向相差180°。图17是图16的光学***的对应立体图。
图18和图19以两个不同的立体图示出了光学***110，该***是图16和图17的光学***110的增强。图18和图19中的光学***110使用四个光学通道31-34，其中两个相应通道具有彼此平行延伸的光束路径、并且分别对应于图16或图17的光学***110。
图20示意性地展示了根据多个不同示例的控制器。图20示出了数据处理设备901，该数据处理设备包括处理器902和存储器903。数据处理设备901实现该控制器，该控制器能够控制如上所述的光学***的多个光学通道。为此，处理器902可以从存储器903加载并执行程序代码。接着，借助于经由接口904输出的适当指令，处理器902能够分别开启和关掉与光学***的不同光学通道相关联的个别光源。因此，处理器902能够分别控制来自不同通道的多个光源。
下文在图21的上下文中描述了用于控制光学***的示例性方法。
图21是示例性方法的流程图。图21的方法用于控制具有多个光学通道的光学装置。例如，可以如上所述地控制光学***110。
基于来自存储器903(参见图20)的程序代码，图21的方法可以由控制器执行，例如由数据处理设备901的处理器902执行。
在框920中，执行关于是否应开启第一光学通道的检查。例如，为此可以进行关于是否应显示浮动全息图的特定图像主题的检查，其中旨在显示的图像主题由第一光学通道产生。
框920中的检查可以考虑不同的决定标准。表3中描述了一些示例性决定标准。
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表3：在框920中可以分别地或累积地考虑的不同决定标准。
如果第一光学通道被开启，那么在框925中，与第一光学通道相关联的第一光源被开启。
在框930中实施与框920中的检查相对应的检查，然而是针对另一光学通道。接着，框935再次对应于框925，然而是针对另一光学通道。因此，可以分别控制光学通道。
不言而喻，上述本发明的实施例和方面的特征可以彼此组合。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，这些特征不仅可以在所描述的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。

Claims (19)

1.一种光学***，包括：
-至少一个成像全息光学元件(HOE)(130)，该至少一个成像全息光学元件被配置为基于光(90)来产生浮动全息图(150)，所述全息图在该至少一个成像HOE(130)外部的体积中重构，
-多个光学通道(31)，每个光学通道包括光源和光束路径，该光束路径被配置为将该光(90)沿着相应的光束路径引导到该至少一个成像HOE(130)，以及
-控制器(901)，该控制器被配置为分别控制用于该多个光学通道(31)的光源(111)。
2.如权利要求1所述的光学***，还包括：
-深度传感器(950)，该深度传感器配置为检测该体积中或该体积附近的物体(790)，并且输出对应的测量信号。
3.如权利要求2所述的光学***，
其中，该深度传感器(950)被配置为使用波长与用于产生该浮动全息图(150)的光的波长不同的光来检测该物体(790)。
4.如权利要求2和3所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为基于该测量信号来控制用于该多个光学通道(31)的光源(111)。
5.如权利要求2至4中任一项所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为使用该测量信号作为用于确定状态数据的基础，该状态数据指示用户对由该全息图(150)作为图像主题(780)显示的交互元素的致动。
6.如权利要求5所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为基于手指(790)相对于该体积的取向来确定该状态数据。
7.如权利要求5或6所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为取决于该全息图(150)的观察者的视差来确定该状态数据。
8.如权利要求2至7中任一项所述的光学***，
其中，该至少一个成像HOE(130)被布置在该深度传感器(950)与该体积之间。
9.如前述权利要求中任一项所述的光学***，
其中，该全息图(150)被配置为将多个交互元素显示为图像主题(780-1，780-2)，
其中，该多个交互元素的图像主题(780-1，780-2)是通过用来自各个光束路径(81，81#)的该光(90)照射该至少一个HOE(130)来产生的。
10.如权利要求9所述的光学***，
其中，该多个交互元素(780-1，780-2，780-3，780-4，780-5)中的至少两个以重叠方式被布置在该体积中。
11.如权利要求10所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为取决于控制算法的运行状态来显示该多个交互元素中的该至少两个交互元素中的不同交互元素。
12.如权利要求10或11所述的光学***，
其中，该控制器(901)被配置为取决于控制算法的参数化来显示该多个交互元素中的不同交互元素。
13.如前述权利要求中任一项所述的光学***，还包括：
-至少一个偏转元件(120)，该至少一个偏转元件被配置为将该多个光学通道(31)的光束路径朝向该成像HOE(130)偏转。
14.一种***(40)，包括：
-如前述权利要求中任一项所述的光学***(100)，以及
-镜面表面(793)，该镜面表面沿着该至少一个成像HOE(130)延伸并且被布置在该至少一个成像HOE(130)与该体积之间。
15.如权利要求14所述的***(40)，还包括：
-在该镜面表面(793)中的、布置在该成像HOE(130)附近的切口(792)。
16.如权利要求15所述的***(40)，还包括：
-允许该光(90)穿过并且反射环境光的部分反射层。
17.一种***，包括：
-如权利要求1至16中任一项所述的光学***，以及
-沿着该至少一个成像HOE(130)延伸的电子视觉显示器，
其中，该至少一个成像HOE(130)被布置在该电子视觉显示器与该体积之间。
18.一种计算机实施的方法，包括：
-基于一个或多个决定标准来分别控制光学***中的多个光源，
其中，该多个光源被指派给该光学***的多个光学通道，每个光学通道包括相关联的光束路径并且被配置为将由该多个光源中的相应光源发射的光朝向该光学***的至少一个成像全息光学元件(HOE)引导，
其中，该至少一个成像HOE被配置为基于该光在该至少一个成像HOE外部的体积中产生浮动全息图。
19.如权利要求18所述的计算机实施的方法，
其中，该一个或多个决定标准包括来自深度传感器的测量信号，该深度传感器被配置为检测该体积中或该体积附近的物体(790)，并且输出对应的测量信号。
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