公開領(lǐng)域

本公開涉及照明領(lǐng)域。此處所公開的示例一般涉及使用空間調(diào)光器的車輛前大燈。

背景技術(shù)：

從物體散射的光包含了振幅和相位信息。這一振幅和相位信息可例如通過公知干涉技術(shù)在光敏平板上捕捉，以形成包括干涉條紋的全息記錄，或，“全息圖”?！叭D”可通過用合適的光照亮它來被重構(gòu)，以形成表示例如原始物體的全息重構(gòu)，或，圖像。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具備可接受質(zhì)量的用于查看物體的圖像的全息重構(gòu)可以從僅包含與原始物體有關(guān)的相位信息的“全息圖”中形成。這樣的全息記錄可被稱為純相位全息圖。

術(shù)語“全息圖”因此涉及如下記錄：該記錄包含與該物體有關(guān)的信息并且可被用來形成重構(gòu)。全息圖可包含頻率或傅立葉域中的信息。

計(jì)算機(jī)生成的全息術(shù)可以用數(shù)字來模擬干涉過程，使用傅立葉技術(shù)例如來產(chǎn)生計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖。計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖可被用來產(chǎn)生全息重構(gòu)。

已提出將全息圖技術(shù)用于照明系統(tǒng)中。該系統(tǒng)可以接受2D照明分布的時(shí)間序列作為輸入。該輸入可被轉(zhuǎn)換成對應(yīng)全息圖(例如，純相位全息圖)的實(shí)時(shí)序列，其中每一全息圖對應(yīng)于一個(gè)圖像幀。全息圖可被實(shí)時(shí)地重構(gòu)以產(chǎn)生表示該輸入的2D投影。因此，可提供一種使用計(jì)算機(jī)生成的全息圖的序列來對幀的序列進(jìn)行投影的實(shí)時(shí)2D投影儀。

經(jīng)由純相位全息圖對視頻圖像或光分布進(jìn)行投射的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)由計(jì)算方法來控制許多重構(gòu)屬性(例如，所投射的光的高寬比、分辨率、對比度以及動態(tài)范圍)的能力。純相位全息圖的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是基本沒有光學(xué)能量會經(jīng)由振幅調(diào)制而失去。

計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖可以被“像素化”。即，純相位全息圖可被表示在分立相位元素的陣列上。每一分立元素可被稱為“像素”。每一像素可擔(dān)當(dāng)諸如調(diào)相元件等調(diào)光元件。計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖因此可被表示在調(diào)相元件的陣列上，如硅上液晶(LCOS)空間調(diào)光器(SLM)。LCOS可以是反射性的，意味著經(jīng)調(diào)制的光從LCOS中以反射輸出。

每一調(diào)相元件(即，像素)可變化狀態(tài)以向入射在該調(diào)相元件上的光提供可控制的相位延遲。調(diào)相元件的陣列(如，LCOS SLM)因此可表示(或“顯示”)通過計(jì)算確定的相位延遲分布。如果入射在調(diào)相元件陣列上的光是相干的，則該光將用全息信息，或全息圖來調(diào)制。全息信息可以在頻率或傅立葉域中。

或者，相位延遲分布可被記錄在相息圖上。詞語“相息圖”可被一般地用來指純相位全息記錄，或全息圖。

相位延遲可被量化。即，每一像素可設(shè)置為離散數(shù)量的相位水平之一。

相位延遲分布可被應(yīng)用于入射光波(通過例如照射LCOS SLM)。重構(gòu)在空間中的位置可通過使用光學(xué)傅立葉變換透鏡來控制，以形成空間域中的全息重構(gòu)，或“圖像”。

計(jì)算機(jī)生成的全息圖可以用多種方式來計(jì)算得到，包括使用諸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用來從空間域(如2D圖像或光分布)中的振幅信息導(dǎo)出傅立葉域中的相位信息。即，與該物體相關(guān)的相位信息可從空間域中的純強(qiáng)度，或振幅信息中“恢復(fù)”。因此，物體在傅立葉域中的純相位全息表示可被計(jì)算得到。

全息重構(gòu)可通過照亮傅立葉域全息圖并使用傅立葉變換透鏡執(zhí)行光學(xué)傅立葉變換來形成，例如以在回應(yīng)區(qū)處(如屏幕上)形成圖像(全息重構(gòu))。

圖1示出使用反射SLM(如LCOS)在重放區(qū)位置處產(chǎn)生全息重構(gòu)的示例。

光源(110)，例如激光或激光二極管，被部署以經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡(111)照射SLM(140)。準(zhǔn)直透鏡使得光的一般平面的波前變成入射在SLM上。波前的方向稍微偏離法線(即，與真正垂直于透明層的平面偏離2或3度)。這一安排使得來自光源的光反射離開SLM的鏡背面，并且與調(diào)相層交互以形成出射波前(112)。出射波前(112)被應(yīng)用于焦點(diǎn)處于屏幕(125)處的包括傅立葉變換透鏡(120)的光學(xué)器件。

傅立葉變換透鏡從SLM接收(經(jīng)調(diào)相的)光并執(zhí)行頻率－空間變換以在屏幕(125)處在空間域中產(chǎn)生全息重構(gòu)。

在這一過程中，來自光源的光一般均勻地分布在SLM(140)上以及調(diào)相層(調(diào)相元件陣列)上。從調(diào)相層出射的光可被分布在屏幕上。屏幕的特定圖像區(qū)域與任一個(gè)調(diào)相元件之間沒有對應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)分別在平面A和B中光束的強(qiáng)度截面I_A(x,y)和I_B(x,y)是已知的并且I_A(x,y)和I_B(x,y)通過單個(gè)傅立葉變換相關(guān)時(shí)，Gerchberg Saxton算法考慮相位恢復(fù)問題。對于給定強(qiáng)度截面，找出分別在平面A和B中的相位分布的近似ψ_A(x,y)和ψ_B(x,y)。Gerchberg-Saxton算法通過遵循一迭代過程來找出這一問題的良好解。

Gerchberg-Saxton算法迭代地應(yīng)用空間和頻譜約束，同時(shí)重復(fù)地在空間域和傅立葉(頻譜)域之間轉(zhuǎn)換(表示I_A(x,y)和I_B(x,y)的)數(shù)據(jù)集(振幅和相位)?？臻g和頻譜約束分別是I_A(x,y)和I_B(x,y)?？臻g或頻譜域中任一個(gè)中的約束被施加到該數(shù)據(jù)集的振幅上。通過一系列迭代來恢復(fù)對應(yīng)的相位信息。

已公開了用于使用計(jì)算機(jī)生成的全息圖來提供改進(jìn)的2D圖像投射的各種技術(shù)，而這些技術(shù)也可被應(yīng)用于用在照明應(yīng)用中的光分布。

概述

在一個(gè)方面，動態(tài)變化全息圖被用于提供對場景的想要的部分的受控照明。

在另一方面，提供了一種用于對場景照明的方法，方法包括在空間調(diào)光器上形成變化的相位分布集，照射空間調(diào)光器以提供射出光束，將射出光束施加到傅立葉光學(xué)器件以形成圖像，以及投射該圖像以提供場景照明光束。

該方法可包括選擇所述集以對場景照明光束轉(zhuǎn)向。

該方法可包括選擇所述集以照射場景的選擇區(qū)域而不照射其它區(qū)域。

該方法可包括從存儲器中讀取預(yù)計(jì)算的相位分布。

空間調(diào)光器可以是LCOS SLM。

在另一方面，提供了一種配置成生成用于照射場景的可控光束的照明設(shè)備，該設(shè)備包括：被配置成為入射光的光束提供可選擇的相位延遲分布集的可尋址空間調(diào)光器；被配置成接收來自所述空間調(diào)光器的經(jīng)相位調(diào)制的光并形成圖像的傅立葉光學(xué)器件；以及被配置成投射所述圖像以形成照明圖案作為所述可控光束的投影光學(xué)器件。

傅立葉透鏡被配置成形成重放區(qū)處的光分布，這在一些情況下可被認(rèn)為是“圖像”。從本公開中可以理解，傅立葉透鏡的重放區(qū)處的光分布可以不是空間中的真實(shí)圖像。

概括來說，本公開涉及使用計(jì)算機(jī)生成的純相位全息圖來生成用于諸如車前大燈之類的照明設(shè)備的光分布。使用投影光學(xué)器件來投射全息重構(gòu)(或重構(gòu)的圖像)以生成空間中的光分布。例如，全息重構(gòu)可被投射在例如道路上以生成適用于夜間駕駛的光分布。由于計(jì)算機(jī)生成的全息圖可被容易地或者快速地改變，因此被投射的光分布可被動態(tài)地改變。例如，被投射的光分布可被移動或轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)可以此被納入到機(jī)動車的車前燈中以提供可控照明。計(jì)算機(jī)生成的全息圖可被實(shí)時(shí)地改變以向例如駕駛員提供動態(tài)變化的照明。計(jì)算機(jī)生成的全息圖可響應(yīng)于例如道路或駕駛情況而被改變。

附圖說明

在附圖中：

圖1是示出反射SLM(如LCOS)在重放區(qū)位置處產(chǎn)生全息重構(gòu)的示意圖；

圖2是示出經(jīng)修改的Gerchberg-Saxton算法的功能的流程圖；

圖3示出圖2的算法的第一次迭代的示例隨機(jī)相位種子；

圖4示出照明系統(tǒng)；

圖5是LCOS SLM的示意圖；

圖6是用于按照正在靠近的車輛的視角來動態(tài)修改前照燈照明分布的實(shí)施例的流程圖；

圖7示出根據(jù)本公開的用于照亮路標(biāo)的示例系統(tǒng)；

圖8是用于動態(tài)道路照明的實(shí)施例的流程圖；以及

圖9示出根據(jù)各實(shí)施例的示例紅外線網(wǎng)格系統(tǒng)。

在這些附圖中，相同的標(biāo)號指的是相同的部件。

附圖的詳細(xì)描述

全息生成的2D圖像已知擁有超過它們常規(guī)投影的對應(yīng)物的大量優(yōu)點(diǎn)，尤其是在分辨率和效率方面。然而，當(dāng)前全息圖生成算法的計(jì)算和硬件復(fù)雜性在以前排除了它們在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的使用。最近，這些問題已被解決——參見例如已公布的PCT申請WO 2005/059881，它通過援引納入于此。

基于Gerchberg-Saxton的經(jīng)修改的算法已被開發(fā)——參見例如共同待審的已公布PCT申請WO 2007/131650，它通過援引納入于此。

這些改進(jìn)技術(shù)能夠以實(shí)現(xiàn)2D視頻投影的足夠速度來計(jì)算全息圖。在此描述的各示例涉及使用用這樣的經(jīng)修改的Gerchberg-Saxton算法計(jì)算得到的計(jì)算機(jī)生成的全息圖的投影。

圖2示出了經(jīng)修改的算法，該算法恢復(fù)數(shù)據(jù)集的傅立葉變換的相位信息ψ[x,y]，這產(chǎn)生了已知振幅信息T[x,y]362。振幅信息T[x,y]362表示目標(biāo)圖像(例如，照片)。相位信息ψ[x,y]被用來產(chǎn)生目標(biāo)圖像在圖像平面處的全息表示。

因?yàn)榉群拖辔辉诟盗⑷~變換中被固有地組合在一起，所以經(jīng)變換的幅度(以及相位)包含與計(jì)算得到的數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確性有關(guān)的有用信息。因而，該算法可以提供與振幅和相位信息兩者有關(guān)的反饋。

圖2中示出的算法可被認(rèn)為具有復(fù)雜的波輸入(具有振幅信息301和相位信息303)和復(fù)雜的波輸出(同樣具有振幅信息311和相位信息313)。出于本描述的目的，振幅和相位信息被認(rèn)為是分開的，但它們固有地組合在一起以形成數(shù)據(jù)集。應(yīng)當(dāng)記住，振幅和相位信息兩者本身都是空間坐標(biāo)x和y的函數(shù)并且可被認(rèn)為是振幅和相位分布。

參考圖2，處理框350根據(jù)具有幅度信息301和相位信息303的第一數(shù)據(jù)集產(chǎn)生傅立葉變換。結(jié)果是第二數(shù)據(jù)集，具有幅度信息和相位信息ψ_n[x,y]305。來自處理框350的振幅信息被設(shè)為表示光源的分布，但相位信息ψ_n[x,y]305被保留。相位信息305由處理框354量化并輸出作為相位信息ψ[x,y]309。相位信息309被傳遞給處理框356并通過處理框352與新幅度組合在一起。第三數(shù)據(jù)集307、309被應(yīng)用于處理框356，處理框356執(zhí)行逆傅立葉變換。這產(chǎn)生空間域中的具有振幅信息|R_n[x,y]|311和相位信息∠R_n[x,y]313的第四數(shù)據(jù)集R_n[x,y]。

從第四數(shù)據(jù)集開始，它的相位信息313形成第五數(shù)據(jù)集的相位信息，用作下一迭代303′的第一數(shù)據(jù)集。通過從來自目標(biāo)圖像的振幅信息T[x,y]362減去來修改它的振幅信息R_n[x,y]311，以產(chǎn)生振幅信息315集合。經(jīng)伸縮的振幅信息315(按α伸縮)被從目標(biāo)振幅信息T[x,y]362減去以產(chǎn)生第五數(shù)據(jù)集的輸入振幅信息η[x,y]301，來用作下一迭代的第一數(shù)據(jù)集。這在數(shù)學(xué)上表達(dá)在以下方程中：

R_n+1[x,y]＝F'{exp(iψ_n[u,v])}

ψ_n[u,v]＝∠F{η·exp(i∠R_n[x,y])}

η＝T[x,y]-α(|R_n[x,y]|-T[x,y])

其中：

F'是逆傅立葉變換。

F是正傅立葉變換。

R是重放區(qū)。

T是目標(biāo)圖像。

∠ψ是角度信息。

Ψ是角度信息的經(jīng)量化的版本。

ε是新目標(biāo)幅度，ε≥0。

α是增益元素～1。

增益元素α可基于傳入目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)的大小和速率來選擇。

在缺少來自在前迭代的相位信息的情況下，在該示例中，該算法的第一次迭代使用隨機(jī)相位生成器來提供相位信息作為起始點(diǎn)。圖3示出示例隨機(jī)相位種子。

在一替換示例中，從處理框350所得的振幅信息不被丟棄。目標(biāo)振幅信息362被從振幅信息減去以產(chǎn)生新振幅信息。新振幅信息的多個(gè)(通常少于全部的)振幅信息被從振幅信息362減去以產(chǎn)生處理框356的輸入振幅信息。

進(jìn)一步可替代的，相位不被完全回饋，而是只有與它在最后幾次(例如，兩次)迭代上的變化成比例的一部分被回饋。

這類技術(shù)已被開發(fā)用于實(shí)施視頻投影儀，其中從例如輸入視頻數(shù)據(jù)中實(shí)時(shí)計(jì)算全息圖。然而，在本公開陳述的各示例中，不必實(shí)時(shí)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)全息圖。

在各示例中，計(jì)算機(jī)生成的全息圖被預(yù)計(jì)算。有限數(shù)目的預(yù)確定的計(jì)算機(jī)生成的全息圖被存儲在本地存儲器中。這是可能的，因?yàn)橄到y(tǒng)只要求有限數(shù)目的預(yù)確定的計(jì)算機(jī)生成的全息圖。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員因此將理解用于計(jì)算純相位的全息圖的任何技術(shù)由此是合適的。例如，全息圖可同等地通過已知的Direct Binary Search(直接二分搜索)或Simulated Annealing(模擬退火)技術(shù)來計(jì)算。然而，在所描述的示例中，全息圖通過Gerchberg-Saxton算法或經(jīng)修改版本的Gerchberg-Saxton算法來計(jì)算。

本公開涉及使用計(jì)算機(jī)生成的全息圖來提供用于諸如車前大燈之類的照明設(shè)備的受控的光分布。全息圖被存儲在存儲器中，并且根據(jù)需要被索取。然而，本公開也設(shè)想實(shí)時(shí)計(jì)算。

任何一個(gè)已知車前大燈具有移動的(馬達(dá)驅(qū)動的)光學(xué)器件或組件，用于允許光束上下左右移動。然而，這樣的系統(tǒng)是極其限制的。

圖4示出一個(gè)示例，其中全息圖重構(gòu)由投影光學(xué)器件投射在例如道路上。

圖4示出了具有用于提供全息重構(gòu)(310)的實(shí)像的基于SLM的系統(tǒng)(305)的照明系統(tǒng)(300)?；赟LM的系統(tǒng)(305)對應(yīng)于圖1。該全息重構(gòu)(310)被形成在所謂的重放區(qū)。該全息重構(gòu)由投影透鏡(420)投射到例如道路上。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解任何適當(dāng)?shù)耐队肮鈱W(xué)器件可被使用并且本公開不限于投影透鏡。投影光學(xué)器件可同樣是例如鏡子。

光學(xué)系統(tǒng)的一些方面可被納入到全息圖中以簡化投影系統(tǒng)或者幫助光束調(diào)節(jié)。

因此，提供了一種受控的照明設(shè)備，諸如車前大燈。設(shè)備可通過將全息重構(gòu)投射在例如道路上生成光分布。

光分布(或投射的光)可被稱為“光束”。

可以理解，投射的光分布可通過移動全息重構(gòu)來移動(轉(zhuǎn)向)。圖像(例如，一塊白光)可從重放區(qū)的一部分移動到重放區(qū)的另一部分。圖像可以任何選定的方向被移動或推動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解如何校準(zhǔn)系統(tǒng)，使得已知全息圖(以及因此的已知重放區(qū))對應(yīng)于被投射在道路上的已知照明圖案。相應(yīng)地，可以理解光束的位置可被受控地調(diào)整。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解車輛的前大燈可以所謂高(或全)光束模式或者駕駛員可要求的任何其它模式來工作。

在一個(gè)示例中，提供了一種具有可調(diào)整光束形狀的車前大燈。這是通過改變?nèi)D，更具體地，是通過改變空間調(diào)光器上呈現(xiàn)的/寫入到空間調(diào)光器的相位延遲分布來實(shí)現(xiàn)的。接著，這改變了全息重構(gòu)(例如，重構(gòu)的光的分布)并因此改變了被投射的光分布(或光束)。根據(jù)這些示例，通過在汽車正靠近時(shí)開啟高光束，全息圖被改變以放置針對正靠近的駕駛員的一暗燈區(qū)域，從而避免他/她被眩目。一旦該汽車已駛過，則立即恢復(fù)全光束。在一些示例中，光束形狀被動態(tài)調(diào)整。

在其它示例中，光束自身的色溫甚至是顏色根據(jù)天氣/日間/夜間條件被動態(tài)調(diào)整。此外，光束內(nèi)的顏色分布也可被控制。

在進(jìn)一步的示例中，光束的分布可根據(jù)道路情況來調(diào)整，以提供更好的邊緣可視性等。這可以是在駕駛員控制下。

在各示例中，在駛過轉(zhuǎn)角時(shí)，光束還可被動態(tài)地左/右(例如，響應(yīng)于大陸/UK光束要求)轉(zhuǎn)向。光束還可根據(jù)道路情況/汽車裝載而被上下轉(zhuǎn)向。

有利地，由于具有對光分布的動態(tài)控制，所公開的示例所需的投影光學(xué)器件(例如，鏡子組件)可能更便宜地制造。

在各示例中，例如通過將橙色(紅色/綠色)光引向組件的一側(cè)，車輛指示燈被包括作為功能的一部分。同樣，全息圖也可動態(tài)地實(shí)現(xiàn)這一效果。組件的這一側(cè)可以或可以不使用擴(kuò)散器來拓寬光分布角。

在各示例中，場景的不同區(qū)域中的照明的顏色基于例如道路情況或駕駛員失誤而被選擇性地改變。在各示例中，如果例如駕駛員偏移越過了道路的中心，則場景的一側(cè)是紅色(或任何其它區(qū)別性顏色)。在各示例中，指示燈被動態(tài)呈現(xiàn)。在進(jìn)一步示例中，例如道路設(shè)施或路標(biāo)可被選擇性地并且動態(tài)地被照亮。

進(jìn)一步有利地，在使用像素化空間調(diào)光器的示例中，由于像素化，更高的衍射級(這在例如視頻成像系統(tǒng)中一般是不想要的)可被用于創(chuàng)建對道路的寬角度照明。

有利地，由于這一系統(tǒng)不需要具有移動部件，因此它能夠比現(xiàn)有系統(tǒng)更牢固。

在進(jìn)一步的示例中，照明可包含同樣受全息控制的紅外線(IR)光，紅外線光可被用作為例如更大的夜視系統(tǒng)或平視顯示器的一部分。在各示例中，提供了IR網(wǎng)格的全息投影。此外，IR系統(tǒng)能夠可選地被用作為預(yù)判系統(tǒng)的一部分用于判斷道路質(zhì)量(坑洞等)以允許調(diào)整懸掛以及允許車前燈相應(yīng)補(bǔ)償。本領(lǐng)域技術(shù)任意將理解例如懸掛和車前燈響應(yīng)于IR系統(tǒng)所作出的測量或檢測可如何調(diào)整。

在各示例中，光分布被鏈接到GPS(衛(wèi)星定位)以預(yù)測駕駛員的用光需要。

在一個(gè)示例中，提供了自動調(diào)暗的車前大燈。

自動調(diào)暗或自動防眩目車前大燈已經(jīng)成為一些車輛上的特征，然而，該實(shí)施方式是非常簡單的：預(yù)判光傳感器檢測靠近的主要車前燈的存在。一旦光等級達(dá)到某一等級，則主光束自動切換到調(diào)暗的光束或者驅(qū)動一機(jī)械快門以遮擋光束的原先將駛接近車輛的駕駛員眩目的那部分。機(jī)械快門或“光束遮擋器”物理地阻擋光束的一部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本公開的照明設(shè)備提供了更智能的自動調(diào)暗或自動防眩目車前大燈。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)判相機(jī)被用于識別車輛正在靠近。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解其它識別車輛正在靠近的技術(shù)也可同樣地適用。即使處于很遠(yuǎn)的距離，根據(jù)本公開的系統(tǒng)可開始針對正在靠近的車輛改變光束分布(即，照明的圖案)。在遠(yuǎn)距離處，僅有少量的光束將需要被重新引導(dǎo)，但隨著車輛靠近，系統(tǒng)追蹤該車輛，并作為響應(yīng)，改變照明的圖案。照明的圖案可響應(yīng)于接近的車輛改變大小和/或形狀。本領(lǐng)域的技術(shù)任意將理解照明的圖案可如何被改變以減少照明的圖案對例如接近車輛上的駕駛員的影響(例如，減少“眩目”)。

由于根據(jù)本公開的照明設(shè)備基于純相位全息技術(shù)(即，應(yīng)用可選擇的相位延遲分布以形成傅立葉域中經(jīng)相位調(diào)制的光)，因此在自動調(diào)暗或自動防眩目期間光不再被浪費(fèi)地阻擋。取而代之的，計(jì)算全息圖(相位延遲分布圖案)并寫入到相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器在被照射時(shí)創(chuàng)建具有想要的分布(即照明圖案)的光分布。也就是說，出于清楚的目的，在全息圖計(jì)算過程期間，原先在“被遮擋”的區(qū)域的光被重新引導(dǎo)到光束分布的其它區(qū)域。以此方式，光不是被簡單地阻擋而從系統(tǒng)中損失掉(就像機(jī)械快門系統(tǒng)一樣)，而是取而代之地被引導(dǎo)到照明圖案的其它部分。因此，系統(tǒng)的能效更高。

圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的一種算法，用于針對正在靠近的車輛動態(tài)地修改車前燈照明分布。

在圖6中，示出了被配置成監(jiān)視正在靠近的車輛的相機(jī)601。在框603，判斷是否檢測到正在靠近的車輛。例如，框603可確定(正在靠近的車輛的)車前大燈的圖像是否出現(xiàn)在相機(jī)601的圖像幀序列的檢測幀中。如果正在靠近的車輛未被檢測到，則適用“普通”光束數(shù)據(jù)來形成全息圖(相位延遲分布)713。“普通”光束數(shù)據(jù)611提供適用于不存在正在靠近的車輛的照明圖案(即，沒有一個(gè)或多個(gè)遮擋區(qū)域)。然而，如果檢測到正在靠近的車輛，則過程移動到框605，在此，計(jì)算正在靠近的車輛的位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可適用各種技術(shù)來從圖像幀中確定正在靠近的車輛的大致位置或接近程度。術(shù)語“遮擋區(qū)域”可被用于指由于正在靠近的車輛的接近而不應(yīng)再接收到來自車前大燈的光的區(qū)域(即，不再是被照亮區(qū)域的一部分)。在現(xiàn)有技術(shù)方法中，“遮擋區(qū)域”是將被機(jī)械快門阻擋的那部分光束。在框607，基于例如正在靠近的車輛的車前大燈的間隔來判斷“遮擋區(qū)域”的大小。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在其它實(shí)施例中，可適用與正在靠近的車輛有關(guān)的其它車輛來確定“遮擋區(qū)域”的大小。在框609，應(yīng)用遮擋區(qū)域(諸如添加)到“普通”光束數(shù)據(jù)611以形成經(jīng)修改的全息圖613(相位延遲分布)。在框617，相位延遲分布被應(yīng)用(諸如寫入)到可尋址的空間調(diào)光器。方法可從框603開始重復(fù)。

因此提供了一種修改場景照明的方法，該方法包括計(jì)算正在靠近的車輛的大致接近度，確定遮擋區(qū)域的大小和形狀，修改空間調(diào)光器上的相位延遲集，照射空間調(diào)光器以提供射出光束，將射出光束施加到傅立葉光學(xué)器件以形成圖像，以及投射該圖像以提供經(jīng)修改的場景照明光束。

在另一實(shí)施例中，根據(jù)本公開的照明設(shè)備提供自動強(qiáng)光照明系統(tǒng)。圖7顯式了一個(gè)示例，其中車輛709的車前大燈701和703被用于照亮道路705，另外還有路標(biāo)707。除了重新引導(dǎo)光以避免接近車輛的駕駛員眩目的能力(遮擋)之外，在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本公開的照明設(shè)備被用于動態(tài)地提供額外照明以幫助駕駛員知曉駕駛環(huán)境。

出現(xiàn)了許多具有路標(biāo)識別以及碰撞避免雷達(dá)系統(tǒng)的新車，這兩者都可用作為本公開的全息計(jì)算引擎的輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，這些系統(tǒng)的輸出被使用使得它不僅指示什么被發(fā)現(xiàn)，還指示該物體在空間中的何處被發(fā)現(xiàn)(即，相對于車輛的接近度)。全息圖(即應(yīng)用到空間調(diào)光器的相位延遲分布)隨后被計(jì)算以將可編程的光量重新引導(dǎo)到指定位置，由此將駕駛員的注意力吸引到障礙物或道路旁的信息。

圖8示出了在一個(gè)實(shí)施例中這是如何實(shí)現(xiàn)的流程圖。在框805，判斷是否從路標(biāo)識別系統(tǒng)801和/或防撞系統(tǒng)803接收到輸入。如果在框805沒有接收到輸入，則用“普通”照明圖案來照射場景。即，在框813，“普通”光束數(shù)據(jù)被用于形成全息圖(即相位延遲分布)。如果在框805接收到輸入，則在框807，判斷所需要的額外照明的大小和分布。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解來自路標(biāo)識別系統(tǒng)801和/或防撞系統(tǒng)803的輸入可被用于確定場景的哪些部分應(yīng)當(dāng)根據(jù)被公開被額外照明。將與所需要的額外照明有關(guān)的數(shù)據(jù)同“普通”光束數(shù)據(jù)組合(諸如添加)以在框813形成全息圖(相位延遲分布)。全息圖被應(yīng)用(諸如寫入)到空間調(diào)光器，空間調(diào)光器隨后被照射以形成照明圖案。

因此提供了一種修改場景照明的方法，該方法包括計(jì)算場景中感興趣的特征的大致接近度，確定額外照明區(qū)域的大小和形狀，修改空間調(diào)光器上的相位延遲集，照射空間調(diào)光器以提供射出光束，將射出光束施加到傅立葉光學(xué)器件以形成圖像，以及投射該圖像以提供經(jīng)修改的場景照明光束。

在另一實(shí)施例中，提供了一種用于動態(tài)道路照明的改進(jìn)的系統(tǒng)。

在傳統(tǒng)投射型車前燈中，對于光動態(tài)調(diào)整以避免另一側(cè)道路用戶眩目存在法律要求。如果車輛被向前或向后傾斜，則使用傳感器來確定傾斜的程度并且馬達(dá)驅(qū)動的致動器調(diào)整投影透鏡位置以校正光束指向偏差。另外，可能還有對從左側(cè)駕駛移動到右側(cè)駕駛的需要。在這些情況下，光束分布和/或引導(dǎo)可能需要被調(diào)整。一些現(xiàn)代車輛具有額外的馬達(dá)驅(qū)動的致動器來實(shí)現(xiàn)這些特征。在各實(shí)施例中，根據(jù)本公開的照明設(shè)備被用于提供這類控制。

本公開的全息圖具有相同的能力但具有無需移動部件的優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算具有控制光束的方向和分布的能力，由此提供了校正道路照明的能力。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，這一功能被擴(kuò)展，如果車輛具有與前方道路的地形有關(guān)的導(dǎo)航信息，則該信息可被饋送到計(jì)算系統(tǒng)，由此為駕駛員改進(jìn)了道路照明。

動態(tài)車前大燈的一個(gè)具體示例是在拐彎時(shí)車輛的車前大燈向左或右轉(zhuǎn)向。傳統(tǒng)地，這是通過車前大燈和駕駛桿之間的機(jī)械鏈動裝置來實(shí)現(xiàn)的，然而，這也可同樣地通過對方向盤的旋轉(zhuǎn)傳感以及對光/透鏡的馬達(dá)驅(qū)動控制來實(shí)現(xiàn)。

在各實(shí)施例中，本公開的全息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相同的效果：傳感器檢測到方向盤的旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)改變相位延遲分布并因此改變照明圖案。在進(jìn)一步實(shí)施例中，這進(jìn)一步通過將車輛的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與全息照明計(jì)算機(jī)對接來增強(qiáng)。GPS單元指示接近彎道，則全息系統(tǒng)為拐角的接近分配額外的光，從而在施加轉(zhuǎn)向輸入之前照亮道路中的彎道。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，提供了一種紅外線(IR)全息照明系統(tǒng)。

除了動態(tài)全息照明為駕駛員帶來的知曉其周圍環(huán)境的益處，在一個(gè)實(shí)施例中，本公開的全息系統(tǒng)被用于生成不可視的紅外線全息光分布，這將使車輛能夠檢測前方道路的情況。

在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)將包括網(wǎng)格圖案的IR照明圖案投射到車輛的前方道路。預(yù)判IR相機(jī)檢測全息IR網(wǎng)格。例如，當(dāng)坑洞、路拱等存在時(shí)，網(wǎng)格會被變形而這一變形會被相機(jī)所檢測。這使得車輛能夠改變其懸掛設(shè)置以及功率分布以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的安全性和舒適性。

圖9示出了平坦道路上的第一示例網(wǎng)格901，以及具有坑洞(諸如坑洞905)的道路上的第二示例網(wǎng)格903。

因此提供了一種在場景上投射紅外線網(wǎng)格的方法，方法包括在空間調(diào)光器上形成可變的相位延遲集，用紅外光照射空間調(diào)光器以提供射出光束，將射出光束應(yīng)用到傅立葉光學(xué)器件以形成空間域中的包括網(wǎng)格圖案的紅外圖像，以及將紅外圖像投射到場景上。該方法還包括捕捉場景的圖像并將捕捉的圖像與投射的紅外圖像作比較以檢測場景中的異常。

在另一實(shí)施例中，相同的IR被用作為光檢測和測距(LIDAR)防碰撞系統(tǒng)的一部分。選擇IR波長，使得它具有更強(qiáng)的穿透霧的能力(減少的水汽吸收)，從而允許車輛即使在降低的可視性條件下也能夠具有更大的傳感范圍。在這些實(shí)施例，照明圖案因此是紅外線照明圖案，并且設(shè)備進(jìn)一步包括用于檢測場景上的照明圖案的檢測裝置以及用于通過例如標(biāo)識所檢測到的照明圖案與對應(yīng)于相位延遲分布的照明圖案之間的差別來標(biāo)識場景中的異常的處理裝置。

由于純相位全息系統(tǒng)固有地衍射性質(zhì)，任何白光源會根據(jù)其波長而不同地分布(波長越長，衍射角越大)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，全息系統(tǒng)被用于校正這一色彩變化。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該系統(tǒng)還被用于操縱用于整個(gè)光束或用于光束的選擇性部分的波長的比值(由此改變光的顏色)。

例如，當(dāng)在霧中駕駛時(shí)，讓車前大燈具有黃色更好，則本公開的全息系統(tǒng)可被用于動態(tài)削弱白光源中的藍(lán)光分量。

在又一些實(shí)施例中，這一概念被進(jìn)一步擴(kuò)展，使得主車前燈用作為指示燈。在主光束的一小部分中，通過動態(tài)地削弱主光束的指定區(qū)域中的藍(lán)色和綠色波長，波長分布在例如橙色和白色之間交替。假定全部這些參數(shù)是軟件控制的，則這為照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供了優(yōu)化針對所有駕駛條件的總的照明輸出的極好的靈活性和能力。

例如，與視頻投影系統(tǒng)不同，本公開的示例不需要全息重構(gòu)或投影的圖像是高質(zhì)量圖像。因此，光空間調(diào)制器的光源僅需要是至少部分相干的。例如，在各示例中，光源可因此包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。在各示例中，光源可包括至少一個(gè)激光。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解其它光源也可被同樣地適用。

空間調(diào)光器可以是投射的或反射的。也就是說，經(jīng)相位調(diào)制的光可以透射或反射從空間調(diào)光器中輸出。

全息圖重構(gòu)(或圖像)可受所謂的零階問題的影響，這是該重構(gòu)的衍射性質(zhì)的結(jié)果。這樣的零階光一般被認(rèn)為是“噪聲”并且包括例如鏡面反射光以及來自SLM的其他不想要的光。

這一“噪聲”一般聚焦在傅立葉透鏡的焦點(diǎn)處，從而在所重構(gòu)的全息圖的中心處造成亮點(diǎn)。常規(guī)上，零階光被簡單地遮蔽，然而這顯然意味著用暗點(diǎn)來替換該亮點(diǎn)。

然而，在各示例中，零階(或DC點(diǎn)，這一般也是不想要的)被用于貢獻(xiàn)光束的中心。例如，零階可被有利地用于提供光束的中心處的更好的照明。

由于全息圖包含三維信息，所以將該重構(gòu)的全息圖移位到空間中的不同平面是可能的——參見例如已公布的PCT申請WO 2007/131649，它通過援引納入于此。

盡管在此描述的各示例涉及每幀顯示一個(gè)全息圖，但本公開決不限于在一方面，并且在任何一次可在SLM上顯示一個(gè)以上全息圖。

例如，各示例實(shí)現(xiàn)分塊(“tiling”)技術(shù)，其中SLM的表面區(qū)域被分成多個(gè)塊，這些塊中的每一個(gè)被設(shè)置成與原始塊的相位分布相似或相同的相位分布。每一個(gè)塊因此具有比在SLM的整個(gè)所分配的區(qū)域被用作一個(gè)大型相位模式的情況下更小的表面區(qū)域。該塊中頻率分量的數(shù)量越小，在產(chǎn)生圖像時(shí)所重構(gòu)的像素分開得越遠(yuǎn)。該圖像在零衍射階內(nèi)創(chuàng)建，并且第一和后續(xù)階移位得足夠遠(yuǎn)以便不與該圖像重疊并且可通過空間過濾器來阻塞是優(yōu)選的。

如上所示，通過本方法所產(chǎn)生的圖像(無論是否使用分塊)包括形成圖像像素的各點(diǎn)。所使用的塊的數(shù)量越高，這些點(diǎn)變得越小。采用無限正弦波的傅立葉變換的示例，則產(chǎn)生單個(gè)頻率。這是最優(yōu)輸出。在實(shí)踐中，如果只使用一個(gè)塊，則這對應(yīng)于單個(gè)正弦波相位的輸入，其中零值在自該正弦波的端節(jié)點(diǎn)的正和負(fù)方向上延伸到無窮大。替代從其傅立葉變換產(chǎn)生單個(gè)頻率，主頻率分量是用它任一側(cè)的一系列相鄰頻率分量來產(chǎn)生的。使用分塊降低了這些相鄰頻率分量的幅度并且作為這一點(diǎn)的直接結(jié)果，相鄰圖像像素之間發(fā)生較少干擾(建設(shè)性的或破壞性的)，從而改進(jìn)了圖像質(zhì)量。

優(yōu)選地，每一個(gè)塊是整個(gè)塊，但使用塊的小部分是可能的。

本公開不限于單色投影或照明。

彩色2D全息重構(gòu)可被產(chǎn)生并且有兩種主要方法來達(dá)到這一點(diǎn)。這些方法之一被稱為“幀順序制色”(FSC)。在FSC系統(tǒng)中，使用三個(gè)激光(紅、綠、以及藍(lán))，并且每一激光在SLM處接連發(fā)光以產(chǎn)生顏色重構(gòu)。這些色以足夠快的速率循環(huán)(紅、綠、藍(lán)、紅、綠、藍(lán)，等等)，使得人類觀看者從這三個(gè)激光的組合中看到多色圖像。每個(gè)全息圖(空間調(diào)光器上的相位延遲分布)因此是因顏色而異的。例如，第一“幀”可通過在1/75秒內(nèi)發(fā)射紅色激光、隨后在1/75秒內(nèi)發(fā)射綠色激光、并最后在1/75秒內(nèi)發(fā)射藍(lán)色激光來被產(chǎn)生。

一種替換方法(將被稱為“空間上分開的制色”(SSC))涉及同時(shí)發(fā)射全部三個(gè)激光，但采取不同的光路，例如每一個(gè)激光使用不同的SLM并隨后組合以形成彩色圖像。

幀順序制色(FSC)方法的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)SLM被用于每一顏色。這意味著所產(chǎn)生的三個(gè)彩色的圖像的質(zhì)量將不會受損，因?yàn)镾LM上的所有像素被用于這些彩色圖像中的每一個(gè)。然而，F(xiàn)SC方法的缺點(diǎn)是所產(chǎn)生的總體圖像將不像SSC方法所產(chǎn)生的對應(yīng)圖像那樣明亮，因子大約是3，因?yàn)槊恳患す庵槐皇褂昧藭r(shí)間的三分之一。這一缺點(diǎn)可潛在地通過對這些激光進(jìn)行過驅(qū)動或通過使用更強(qiáng)大的激光來解決，但這會需要使用更多功率、會涉及更高成本并且會使得系統(tǒng)較不緊湊。

SSC(空間上分開的制色)方法的優(yōu)點(diǎn)是圖像因所有三個(gè)激光同時(shí)發(fā)射而更亮。然而，如果由于空間限制它需要只使用一個(gè)SLM，則SLM的表面區(qū)域可被分成三個(gè)相等的部分，實(shí)際上擔(dān)當(dāng)了三個(gè)分開的SLM。這一點(diǎn)的缺陷是由于可用于每一單色圖像的SLM表面區(qū)域的減少，每一單顏色圖像的質(zhì)量降低。多色圖像的質(zhì)量因此降低。可用SLM表面區(qū)域的減少意味著SLM上的更少像素可被使用，從而降低了圖像的質(zhì)量。圖像質(zhì)量被降低，因?yàn)樗姆直媛式档汀?/p>

從前述可以理解，光源可包括例如至少一個(gè)紅外線光源。

在各實(shí)施例中，空間調(diào)光器是反射型硅上液晶(LCOS)設(shè)備。LCOS設(shè)備是傳統(tǒng)透射液晶顯示設(shè)備的混合，其中前基板是涂有銦錫氧化物以擔(dān)當(dāng)常見導(dǎo)電體的玻璃。較低基板是使用硅半導(dǎo)體工藝來創(chuàng)建的，其中附加的最終鋁蒸發(fā)工藝被用來創(chuàng)建鏡面，這些鏡隨后擔(dān)當(dāng)像素計(jì)數(shù)電極。這類SLM可被形成以具有好于百分之九十的填充因數(shù)。

現(xiàn)在可獲得具有4.5μm和12μm之間的像素的LCOS設(shè)備。根據(jù)要放置SLM的應(yīng)用、操作的模式以及因此每個(gè)像素處需要的電路量來確定必要的大小。

LCOS設(shè)備的結(jié)構(gòu)在圖5中示出。

LCOS設(shè)備是使用單個(gè)晶體硅基板(402)來形成的。它具有由間隙(401a)隔開的、安排在基板的上表面上的方形平面鋁電極(401)的2D陣列。電極(410)中的每一個(gè)連接到埋在襯底(402)中的電路(402a)以允許每個(gè)電極的尋址。電極中的每一個(gè)形成相應(yīng)的平面鏡。對準(zhǔn)層(403)部署在電極陣列上，并且液晶層(404)部署在對準(zhǔn)層(403)上。第二對準(zhǔn)層(405)部署在液晶層(406)上，并且例如玻璃的平面透明層(405)部署在第二對準(zhǔn)層(805)上。例如ITO的單個(gè)透明電極(407)部署在透明層(406)與第二對準(zhǔn)層(405)之間。

方形電極(401)中的每一個(gè)與透明電極(407)的覆蓋區(qū)和居間液晶材料一起限定了可控制的調(diào)相元件(404)，通常稱為像素。有效像素區(qū)域(即，填充因子)是在光學(xué)上活動的總像素的百分比，計(jì)入了像素(401a)之間的空間。通過控制施加到每一電極(401)的相對于透明電極(407)的電壓，相應(yīng)調(diào)相元件的液晶材料的性質(zhì)可被改變，由此向入射在其上的光提供可變延遲。效果是向波前提供純相位調(diào)制，即，沒有振幅效果發(fā)生。

使用反射LCOS空間調(diào)光器的主要優(yōu)點(diǎn)是液晶層的厚度是在使用透射設(shè)備的情況下的厚度的一半。這極大地提高了液晶的切換速度。LCOS設(shè)備還唯一地能夠在小孔徑中顯示純相位元件的大型陣列。小元件(典型地大約10微米)導(dǎo)致實(shí)用的衍射角(幾度)。

與較大液晶設(shè)備的孔徑相比，充分地照亮LCOS SLM的小孔徑(幾平方厘米)是更容易的。LCOS SLM還具有大孔徑比，像素之間存在極少死區(qū)(因?yàn)轵?qū)動它們的電路被埋在鏡下)。這是降低重放區(qū)中的光學(xué)噪聲的重要問題。

上述設(shè)備通常在10℃到約50℃的溫度范圍內(nèi)工作。

因?yàn)長COS設(shè)備將控制電子器件嵌入在硅背板中，所以像素的填充因子更高，從而造成較少的未散射光離開該設(shè)備。

使用硅背板具有各像素在光學(xué)上平坦的優(yōu)點(diǎn)，這對于調(diào)相器件而言是重要的。

盡管各示例涉及反射LCOS SLM，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以使用包括透射SLM在內(nèi)的任何SLM。

本公開已被置于車輛前大燈的上下文中，但顯然本公開也適用于用于照明目的的其它設(shè)備，諸如探照燈、手電筒、諸如此類。

本發(fā)明不限于所描述的示例，而是延及所附權(quán)利要求書的完全范圍。