具有相位调制器的用于车前灯的照明设备的制作方法

公开领域

本公开涉及照明领域。此处所公开的示例一般涉及使用空间调光器的车辆前大灯。

背景技术：

从物体散射的光包含了振幅和相位信息。这一振幅和相位信息可例如通过公知干涉技术在光敏平板上捕捉，以形成包括干涉条纹的全息记录，或，“全息图”。“全息图”可通过用合适的光照亮它来被重构，以形成表示例如原始物体的全息重构，或，图像。

已经发现，具备可接受质量的用于查看物体的图像的全息重构可以从仅包含与原始物体有关的相位信息的“全息图”中形成。这样的全息记录可被称为纯相位全息图。

术语“全息图”因此涉及如下记录：该记录包含与该物体有关的信息并且可被用来形成重构。全息图可包含频率或傅立叶域中的信息。

计算机生成的全息术可以用数字来模拟干涉过程，使用傅立叶技术例如来产生计算机生成的纯相位全息图。计算机生成的纯相位全息图可被用来产生全息重构。

已提出将全息图技术用于照明系统中。该系统可以接受2D照明分布的时间序列作为输入。该输入可被转换成对应全息图(例如，纯相位全息图)的实时序列，其中每一全息图对应于一个图像帧。全息图可被实时地重构以产生表示该输入的2D投影。因此，可提供一种使用计算机生成的全息图的序列来对帧的序列进行投影的实时2D投影仪。

经由纯相位全息图对视频图像或光分布进行投射的优点是经由计算方法来控制许多重构属性(例如，所投射的光的高宽比、分辨率、对比度以及动态范围)的能力。纯相位全息图的进一步优点是基本没有光学能量会经由振幅调制而失去。

计算机生成的纯相位全息图可以被“像素化”。即，纯相位全息图可被表示在分立相位元素的阵列上。每一分立元素可被称为“像素”。每一像素可担当诸如调相元件等调光元件。计算机生成的纯相位全息图因此可被表示在调相元件的阵列上，如硅上液晶(LCOS)空间调光器(SLM)。LCOS可以是反射性的，意味着经调制的光从LCOS中以反射输出。

每一调相元件(即，像素)可变化状态以向入射在该调相元件上的光提供可控制的相位延迟。调相元件的阵列(如，LCOS SLM)因此可表示(或“显示”)通过计算确定的相位延迟分布。如果入射在调相元件阵列上的光是相干的，则该光将用全息信息，或全息图来调制。全息信息可以在频率或傅立叶域中。

或者，相位延迟分布可被记录在相息图上。词语“相息图”可被一般地用来指纯相位全息记录，或全息图。

相位延迟可被量化。即，每一像素可设置为离散数量的相位水平之一。

相位延迟分布可被应用于入射光波(通过例如照射LCOS SLM)。重构在空间中的位置可通过使用光学傅立叶变换透镜来控制，以形成空间域中的全息重构，或“图像”。

计算机生成的全息图可以用多种方式来计算得到，包括使用诸如Gerchberg-Saxton等算法。Gerchberg-Saxton算法可被用来从空间域(如2D图像或光分布)中的振幅信息导出傅立叶域中的相位信息。即，与该物体相关的相位信息可从空间域中的纯强度，或振幅信息中“恢复”。因此，物体在傅立叶域中的纯相位全息表示可被计算得到。

全息重构可通过照亮傅立叶域全息图并使用傅立叶变换透镜执行光学傅立叶变换来形成，例如以在回应区处(如屏幕上)形成图像(全息重构)。

图1示出使用反射SLM(如LCOS)在重放区位置处产生全息重构的示例。

光源(110)，例如激光或激光二极管，被部署以经由准直透镜(111)照射SLM(140)。准直透镜使得光的一般平面的波前变成入射在SLM上。波前的方向稍微偏离法线(即，与真正垂直于透明层的平面偏离2或3度)。这一安排使得来自光源的光反射离开SLM的镜背面，并且与调相层交互以形成出射波前(112)。出射波前(112)被应用于焦点处于屏幕(125)处的包括傅立叶变换透镜(120)的光学器件。

傅立叶变换透镜从SLM接收(经调相的)光并执行频率－空间变换以在屏幕(125)处在空间域中产生全息重构。

在这一过程中，来自光源的光一般均匀地分布在SLM(140)上以及调相层(调相元件阵列)上。从调相层出射的光可被分布在屏幕上。屏幕的特定图像区域与任一个调相元件之间没有对应关系。

当分别在平面A和B中光束的强度截面I_A(x,y)和I_B(x,y)是已知的并且I_A(x,y)和I_B(x,y)通过单个傅立叶变换相关时，Gerchberg Saxton算法考虑相位恢复问题。对于给定强度截面，找出分别在平面A和B中的相位分布的近似ψ_A(x,y)和ψ_B(x,y)。Gerchberg-Saxton算法通过遵循一迭代过程来找出这一问题的良好解。

Gerchberg-Saxton算法迭代地应用空间和频谱约束，同时重复地在空间域和傅立叶(频谱)域之间转换(表示I_A(x,y)和I_B(x,y)的)数据集(振幅和相位)。空间和频谱约束分别是I_A(x,y)和I_B(x,y)。空间或频谱域中任一个中的约束被施加到该数据集的振幅上。通过一系列迭代来恢复对应的相位信息。

已公开了用于使用计算机生成的全息图来提供改进的2D图像投射的各种技术，而这些技术也可被应用于用在照明应用中的光分布。

概述

在一个方面，动态变化全息图被用于提供对场景的想要的部分的受控照明。

在另一方面，提供了一种用于对场景照明的方法，方法包括在空间调光器上形成变化的相位分布集，照射空间调光器以提供射出光束，将射出光束施加到傅立叶光学器件以形成图像，以及投射该图像以提供场景照明光束。

该方法可包括选择所述集以对场景照明光束转向。

该方法可包括选择所述集以照射场景的选择区域而不照射其它区域。

该方法可包括从存储器中读取预计算的相位分布。

空间调光器可以是LCOS SLM。

在另一方面，提供了一种配置成生成用于照射场景的可控光束的照明设备，该设备包括：被配置成为入射光的光束提供可选择的相位延迟分布集的可寻址空间调光器；被配置成接收来自所述空间调光器的经相位调制的光并形成图像的傅立叶光学器件；以及被配置成投射所述图像以形成照明图案作为所述可控光束的投影光学器件。

傅立叶透镜被配置成形成重放区处的光分布，这在一些情况下可被认为是“图像”。从本公开中可以理解，傅立叶透镜的重放区处的光分布可以不是空间中的真实图像。

概括来说，本公开涉及使用计算机生成的纯相位全息图来生成用于诸如车前大灯之类的照明设备的光分布。使用投影光学器件来投射全息重构(或重构的图像)以生成空间中的光分布。例如，全息重构可被投射在例如道路上以生成适用于夜间驾驶的光分布。由于计算机生成的全息图可被容易地或者快速地改变，因此被投射的光分布可被动态地改变。例如，被投射的光分布可被移动或转向。系统可以此被纳入到机动车的车前灯中以提供可控照明。计算机生成的全息图可被实时地改变以向例如驾驶员提供动态变化的照明。计算机生成的全息图可响应于例如道路或驾驶情况而被改变。

附图说明

在附图中：

图1是示出反射SLM(如LCOS)在重放区位置处产生全息重构的示意图；

图2是示出经修改的Gerchberg-Saxton算法的功能的流程图；

图3示出图2的算法的第一次迭代的示例随机相位种子；

图4示出照明系统；

图5是LCOS SLM的示意图；

图6是用于按照正在靠近的车辆的视角来动态修改前照灯照明分布的实施例的流程图；

图7示出根据本公开的用于照亮路标的示例系统；

图8是用于动态道路照明的实施例的流程图；以及

图9示出根据各实施例的示例红外线网格系统。

在这些附图中，相同的标号指的是相同的部件。

附图的详细描述

全息生成的2D图像已知拥有超过它们常规投影的对应物的大量优点，尤其是在分辨率和效率方面。然而，当前全息图生成算法的计算和硬件复杂性在以前排除了它们在实时应用中的使用。最近，这些问题已被解决——参见例如已公布的PCT申请WO 2005/059881，它通过援引纳入于此。

基于Gerchberg-Saxton的经修改的算法已被开发——参见例如共同待审的已公布PCT申请WO 2007/131650，它通过援引纳入于此。

这些改进技术能够以实现2D视频投影的足够速度来计算全息图。在此描述的各示例涉及使用用这样的经修改的Gerchberg-Saxton算法计算得到的计算机生成的全息图的投影。

图2示出了经修改的算法，该算法恢复数据集的傅立叶变换的相位信息ψ[x,y]，这产生了已知振幅信息T[x,y]362。振幅信息T[x,y]362表示目标图像(例如，照片)。相位信息ψ[x,y]被用来产生目标图像在图像平面处的全息表示。

因为幅度和相位在傅立叶变换中被固有地组合在一起，所以经变换的幅度(以及相位)包含与计算得到的数据集的准确性有关的有用信息。因而，该算法可以提供与振幅和相位信息两者有关的反馈。

图2中示出的算法可被认为具有复杂的波输入(具有振幅信息301和相位信息303)和复杂的波输出(同样具有振幅信息311和相位信息313)。出于本描述的目的，振幅和相位信息被认为是分开的，但它们固有地组合在一起以形成数据集。应当记住，振幅和相位信息两者本身都是空间坐标x和y的函数并且可被认为是振幅和相位分布。

参考图2，处理框350根据具有幅度信息301和相位信息303的第一数据集产生傅立叶变换。结果是第二数据集，具有幅度信息和相位信息ψ_n[x,y]305。来自处理框350的振幅信息被设为表示光源的分布，但相位信息ψ_n[x,y]305被保留。相位信息305由处理框354量化并输出作为相位信息ψ[x,y]309。相位信息309被传递给处理框356并通过处理框352与新幅度组合在一起。第三数据集307、309被应用于处理框356，处理框356执行逆傅立叶变换。这产生空间域中的具有振幅信息|R_n[x,y]|311和相位信息∠R_n[x,y]313的第四数据集R_n[x,y]。

从第四数据集开始，它的相位信息313形成第五数据集的相位信息，用作下一迭代303′的第一数据集。通过从来自目标图像的振幅信息T[x,y]362减去来修改它的振幅信息R_n[x,y]311，以产生振幅信息315集合。经伸缩的振幅信息315(按α伸缩)被从目标振幅信息T[x,y]362减去以产生第五数据集的输入振幅信息η[x,y]301，来用作下一迭代的第一数据集。这在数学上表达在以下方程中：

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'是逆傅立叶变换。

F是正傅立叶变换。

R是重放区。

T是目标图像。

∠ψ是角度信息。

Ψ是角度信息的经量化的版本。

ε是新目标幅度，ε≥0。

α是增益元素～1。

增益元素α可基于传入目标图像数据的大小和速率来选择。

在缺少来自在前迭代的相位信息的情况下，在该示例中，该算法的第一次迭代使用随机相位生成器来提供相位信息作为起始点。图3示出示例随机相位种子。

在一替换示例中，从处理框350所得的振幅信息不被丢弃。目标振幅信息362被从振幅信息减去以产生新振幅信息。新振幅信息的多个(通常少于全部的)振幅信息被从振幅信息362减去以产生处理框356的输入振幅信息。

进一步可替代的，相位不被完全回馈，而是只有与它在最后几次(例如，两次)迭代上的变化成比例的一部分被回馈。

这类技术已被开发用于实施视频投影仪，其中从例如输入视频数据中实时计算全息图。然而，在本公开陈述的各示例中，不必实时计算一个或多个全息图。

在各示例中，计算机生成的全息图被预计算。有限数目的预确定的计算机生成的全息图被存储在本地存储器中。这是可能的，因为系统只要求有限数目的预确定的计算机生成的全息图。

本领域的技术人员因此将理解用于计算纯相位的全息图的任何技术由此是合适的。例如，全息图可同等地通过已知的Direct Binary Search(直接二分搜索)或Simulated Annealing(模拟退火)技术来计算。然而，在所描述的示例中，全息图通过Gerchberg-Saxton算法或经修改版本的Gerchberg-Saxton算法来计算。

本公开涉及使用计算机生成的全息图来提供用于诸如车前大灯之类的照明设备的受控的光分布。全息图被存储在存储器中，并且根据需要被索取。然而，本公开也设想实时计算。

任何一个已知车前大灯具有移动的(马达驱动的)光学器件或组件，用于允许光束上下左右移动。然而，这样的系统是极其限制的。

图4示出一个示例，其中全息图重构由投影光学器件投射在例如道路上。

图4示出了具有用于提供全息重构(310)的实像的基于SLM的系统(305)的照明系统(300)。基于SLM的系统(305)对应于图1。该全息重构(310)被形成在所谓的重放区。该全息重构由投影透镜(420)投射到例如道路上。

本领域的技术人员将理解任何适当的投影光学器件可被使用并且本公开不限于投影透镜。投影光学器件可同样是例如镜子。

光学系统的一些方面可被纳入到全息图中以简化投影系统或者帮助光束调节。

因此，提供了一种受控的照明设备，诸如车前大灯。设备可通过将全息重构投射在例如道路上生成光分布。

光分布(或投射的光)可被称为“光束”。

可以理解，投射的光分布可通过移动全息重构来移动(转向)。图像(例如，一块白光)可从重放区的一部分移动到重放区的另一部分。图像可以任何选定的方向被移动或推动。本领域的技术人员将理解如何校准系统，使得已知全息图(以及因此的已知重放区)对应于被投射在道路上的已知照明图案。相应地，可以理解光束的位置可被受控地调整。

本领域的技术人员将理解车辆的前大灯可以所谓高(或全)光束模式或者驾驶员可要求的任何其它模式来工作。

在一个示例中，提供了一种具有可调整光束形状的车前大灯。这是通过改变全息图，更具体地，是通过改变空间调光器上呈现的/写入到空间调光器的相位延迟分布来实现的。接着，这改变了全息重构(例如，重构的光的分布)并因此改变了被投射的光分布(或光束)。根据这些示例，通过在汽车正靠近时开启高光束，全息图被改变以放置针对正靠近的驾驶员的一暗灯区域，从而避免他/她被眩目。一旦该汽车已驶过，则立即恢复全光束。在一些示例中，光束形状被动态调整。

在其它示例中，光束自身的色温甚至是颜色根据天气/日间/夜间条件被动态调整。此外，光束内的颜色分布也可被控制。

在进一步的示例中，光束的分布可根据道路情况来调整，以提供更好的边缘可视性等。这可以是在驾驶员控制下。

在各示例中，在驶过转角时，光束还可被动态地左/右(例如，响应于大陆/UK光束要求)转向。光束还可根据道路情况/汽车装载而被上下转向。

有利地，由于具有对光分布的动态控制，所公开的示例所需的投影光学器件(例如，镜子组件)可能更便宜地制造。

在各示例中，例如通过将橙色(红色/绿色)光引向组件的一侧，车辆指示灯被包括作为功能的一部分。同样，全息图也可动态地实现这一效果。组件的这一侧可以或可以不使用扩散器来拓宽光分布角。

在各示例中，场景的不同区域中的照明的颜色基于例如道路情况或驾驶员失误而被选择性地改变。在各示例中，如果例如驾驶员偏移越过了道路的中心，则场景的一侧是红色(或任何其它区别性颜色)。在各示例中，指示灯被动态呈现。在进一步示例中，例如道路设施或路标可被选择性地并且动态地被照亮。

进一步有利地，在使用像素化空间调光器的示例中，由于像素化，更高的衍射级(这在例如视频成像系统中一般是不想要的)可被用于创建对道路的宽角度照明。

有利地，由于这一系统不需要具有移动部件，因此它能够比现有系统更牢固。

在进一步的示例中，照明可包含同样受全息控制的红外线(IR)光，红外线光可被用作为例如更大的夜视系统或平视显示器的一部分。在各示例中，提供了IR网格的全息投影。此外，IR系统能够可选地被用作为预判系统的一部分用于判断道路质量(坑洞等)以允许调整悬挂以及允许车前灯相应补偿。本领域技术任意将理解例如悬挂和车前灯响应于IR系统所作出的测量或检测可如何调整。

在各示例中，光分布被链接到GPS(卫星定位)以预测驾驶员的用光需要。

在一个示例中，提供了自动调暗的车前大灯。

自动调暗或自动防眩目车前大灯已经成为一些车辆上的特征，然而，该实施方式是非常简单的：预判光传感器检测靠近的主要车前灯的存在。一旦光等级达到某一等级，则主光束自动切换到调暗的光束或者驱动一机械快门以遮挡光束的原先将驶接近车辆的驾驶员眩目的那部分。机械快门或“光束遮挡器”物理地阻挡光束的一部分。

在一个实施例中，根据本公开的照明设备提供了更智能的自动调暗或自动防眩目车前大灯。在一个实施例中，预判相机被用于识别车辆正在靠近。然而，本领域的技术人员将理解其它识别车辆正在靠近的技术也可同样地适用。即使处于很远的距离，根据本公开的系统可开始针对正在靠近的车辆改变光束分布(即，照明的图案)。在远距离处，仅有少量的光束将需要被重新引导，但随着车辆靠近，系统追踪该车辆，并作为响应，改变照明的图案。照明的图案可响应于接近的车辆改变大小和/或形状。本领域的技术任意将理解照明的图案可如何被改变以减少照明的图案对例如接近车辆上的驾驶员的影响(例如，减少“眩目”)。

由于根据本公开的照明设备基于纯相位全息技术(即，应用可选择的相位延迟分布以形成傅立叶域中经相位调制的光)，因此在自动调暗或自动防眩目期间光不再被浪费地阻挡。取而代之的，计算全息图(相位延迟分布图案)并写入到相位调制器，该相位调制器在被照射时创建具有想要的分布(即照明图案)的光分布。也就是说，出于清楚的目的，在全息图计算过程期间，原先在“被遮挡”的区域的光被重新引导到光束分布的其它区域。以此方式，光不是被简单地阻挡而从系统中损失掉(就像机械快门系统一样)，而是取而代之地被引导到照明图案的其它部分。因此，系统的能效更高。

图6示出了根据实施例的一种算法，用于针对正在靠近的车辆动态地修改车前灯照明分布。

在图6中，示出了被配置成监视正在靠近的车辆的相机601。在框603，判断是否检测到正在靠近的车辆。例如，框603可确定(正在靠近的车辆的)车前大灯的图像是否出现在相机601的图像帧序列的检测帧中。如果正在靠近的车辆未被检测到，则适用“普通”光束数据来形成全息图(相位延迟分布)713。“普通”光束数据611提供适用于不存在正在靠近的车辆的照明图案(即，没有一个或多个遮挡区域)。然而，如果检测到正在靠近的车辆，则过程移动到框605，在此，计算正在靠近的车辆的位置。本领域的技术人员将理解可适用各种技术来从图像帧中确定正在靠近的车辆的大致位置或接近程度。术语“遮挡区域”可被用于指由于正在靠近的车辆的接近而不应再接收到来自车前大灯的光的区域(即，不再是被照亮区域的一部分)。在现有技术方法中，“遮挡区域”是将被机械快门阻挡的那部分光束。在框607，基于例如正在靠近的车辆的车前大灯的间隔来判断“遮挡区域”的大小。本领域的技术人员将理解，在其它实施例中，可适用与正在靠近的车辆有关的其它车辆来确定“遮挡区域”的大小。在框609，应用遮挡区域(诸如添加)到“普通”光束数据611以形成经修改的全息图613(相位延迟分布)。在框617，相位延迟分布被应用(诸如写入)到可寻址的空间调光器。方法可从框603开始重复。

因此提供了一种修改场景照明的方法，该方法包括计算正在靠近的车辆的大致接近度，确定遮挡区域的大小和形状，修改空间调光器上的相位延迟集，照射空间调光器以提供射出光束，将射出光束施加到傅立叶光学器件以形成图像，以及投射该图像以提供经修改的场景照明光束。

在另一实施例中，根据本公开的照明设备提供自动强光照明系统。图7显式了一个示例，其中车辆709的车前大灯701和703被用于照亮道路705，另外还有路标707。除了重新引导光以避免接近车辆的驾驶员眩目的能力(遮挡)之外，在一个实施例中，根据本公开的照明设备被用于动态地提供额外照明以帮助驾驶员知晓驾驶环境。

出现了许多具有路标识别以及碰撞避免雷达系统的新车，这两者都可用作为本公开的全息计算引擎的输入。在一个实施例中，这些系统的输出被使用使得它不仅指示什么被发现，还指示该物体在空间中的何处被发现(即，相对于车辆的接近度)。全息图(即应用到空间调光器的相位延迟分布)随后被计算以将可编程的光量重新引导到指定位置，由此将驾驶员的注意力吸引到障碍物或道路旁的信息。

图8示出了在一个实施例中这是如何实现的流程图。在框805，判断是否从路标识别系统801和/或防撞系统803接收到输入。如果在框805没有接收到输入，则用“普通”照明图案来照射场景。即，在框813，“普通”光束数据被用于形成全息图(即相位延迟分布)。如果在框805接收到输入，则在框807，判断所需要的额外照明的大小和分布。本领域的技术人员将理解来自路标识别系统801和/或防撞系统803的输入可被用于确定场景的哪些部分应当根据被公开被额外照明。将与所需要的额外照明有关的数据同“普通”光束数据组合(诸如添加)以在框813形成全息图(相位延迟分布)。全息图被应用(诸如写入)到空间调光器，空间调光器随后被照射以形成照明图案。

因此提供了一种修改场景照明的方法，该方法包括计算场景中感兴趣的特征的大致接近度，确定额外照明区域的大小和形状，修改空间调光器上的相位延迟集，照射空间调光器以提供射出光束，将射出光束施加到傅立叶光学器件以形成图像，以及投射该图像以提供经修改的场景照明光束。

在另一实施例中，提供了一种用于动态道路照明的改进的系统。

在传统投射型车前灯中，对于光动态调整以避免另一侧道路用户眩目存在法律要求。如果车辆被向前或向后倾斜，则使用传感器来确定倾斜的程度并且马达驱动的致动器调整投影透镜位置以校正光束指向偏差。另外，可能还有对从左侧驾驶移动到右侧驾驶的需要。在这些情况下，光束分布和/或引导可能需要被调整。一些现代车辆具有额外的马达驱动的致动器来实现这些特征。在各实施例中，根据本公开的照明设备被用于提供这类控制。

本公开的全息图具有相同的能力但具有无需移动部件的优点。计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。

在进一步的实施例中，这一功能被扩展，如果车辆具有与前方道路的地形有关的导航信息，则该信息可被馈送到计算系统，由此为驾驶员改进了道路照明。

动态车前大灯的一个具体示例是在拐弯时车辆的车前大灯向左或右转向。传统地，这是通过车前大灯和驾驶杆之间的机械链动装置来实现的，然而，这也可同样地通过对方向盘的旋转传感以及对光/透镜的马达驱动控制来实现。

在各实施例中，本公开的全息系统实现相同的效果：传感器检测到方向盘的旋转，该旋转改变相位延迟分布并因此改变照明图案。在进一步实施例中，这进一步通过将车辆的GPS导航系统与全息照明计算机对接来增强。GPS单元指示接近弯道，则全息系统为拐角的接近分配额外的光，从而在施加转向输入之前照亮道路中的弯道。

在进一步的实施例中，提供了一种红外线(IR)全息照明系统。

除了动态全息照明为驾驶员带来的知晓其周围环境的益处，在一个实施例中，本公开的全息系统被用于生成不可视的红外线全息光分布，这将使车辆能够检测前方道路的情况。

在一个实施例中，系统将包括网格图案的IR照明图案投射到车辆的前方道路。预判IR相机检测全息IR网格。例如，当坑洞、路拱等存在时，网格会被变形而这一变形会被相机所检测。这使得车辆能够改变其悬挂设置以及功率分布以实现优化的安全性和舒适性。

图9示出了平坦道路上的第一示例网格901，以及具有坑洞(诸如坑洞905)的道路上的第二示例网格903。

因此提供了一种在场景上投射红外线网格的方法，方法包括在空间调光器上形成可变的相位延迟集，用红外光照射空间调光器以提供射出光束，将射出光束应用到傅立叶光学器件以形成空间域中的包括网格图案的红外图像，以及将红外图像投射到场景上。该方法还包括捕捉场景的图像并将捕捉的图像与投射的红外图像作比较以检测场景中的异常。

在另一实施例中，相同的IR被用作为光检测和测距(LIDAR)防碰撞系统的一部分。选择IR波长，使得它具有更强的穿透雾的能力(减少的水汽吸收)，从而允许车辆即使在降低的可视性条件下也能够具有更大的传感范围。在这些实施例，照明图案因此是红外线照明图案，并且设备进一步包括用于检测场景上的照明图案的检测装置以及用于通过例如标识所检测到的照明图案与对应于相位延迟分布的照明图案之间的差别来标识场景中的异常的处理装置。

由于纯相位全息系统固有地衍射性质，任何白光源会根据其波长而不同地分布(波长越长，衍射角越大)。因此，在一个实施例中，全息系统被用于校正这一色彩变化。在进一步的实施例中，该系统还被用于操纵用于整个光束或用于光束的选择性部分的波长的比值(由此改变光的颜色)。

例如，当在雾中驾驶时，让车前大灯具有黄色更好，则本公开的全息系统可被用于动态削弱白光源中的蓝光分量。

在又一些实施例中，这一概念被进一步扩展，使得主车前灯用作为指示灯。在主光束的一小部分中，通过动态地削弱主光束的指定区域中的蓝色和绿色波长，波长分布在例如橙色和白色之间交替。假定全部这些参数是软件控制的，则这为照明系统的设计者提供了优化针对所有驾驶条件的总的照明输出的极好的灵活性和能力。

例如，与视频投影系统不同，本公开的示例不需要全息重构或投影的图像是高质量图像。因此，光空间调制器的光源仅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个发光二极管。在各示例中，光源可包括至少一个激光。本领域技术人员将理解其它光源也可被同样地适用。

空间调光器可以是投射的或反射的。也就是说，经相位调制的光可以透射或反射从空间调光器中输出。

全息图重构(或图像)可受所谓的零阶问题的影响，这是该重构的衍射性质的结果。这样的零阶光一般被认为是“噪声”并且包括例如镜面反射光以及来自SLM的其他不想要的光。

这一“噪声”一般聚焦在傅立叶透镜的焦点处，从而在所重构的全息图的中心处造成亮点。常规上，零阶光被简单地遮蔽，然而这显然意味着用暗点来替换该亮点。

然而，在各示例中，零阶(或DC点，这一般也是不想要的)被用于贡献光束的中心。例如，零阶可被有利地用于提供光束的中心处的更好的照明。

由于全息图包含三维信息，所以将该重构的全息图移位到空间中的不同平面是可能的——参见例如已公布的PCT申请WO 2007/131649，它通过援引纳入于此。

尽管在此描述的各示例涉及每帧显示一个全息图，但本公开决不限于在一方面，并且在任何一次可在SLM上显示一个以上全息图。

例如，各示例实现分块(“tiling”)技术，其中SLM的表面区域被分成多个块，这些块中的每一个被设置成与原始块的相位分布相似或相同的相位分布。每一个块因此具有比在SLM的整个所分配的区域被用作一个大型相位模式的情况下更小的表面区域。该块中频率分量的数量越小，在产生图像时所重构的像素分开得越远。该图像在零衍射阶内创建，并且第一和后续阶移位得足够远以便不与该图像重叠并且可通过空间过滤器来阻塞是优选的。

如上所示，通过本方法所产生的图像(无论是否使用分块)包括形成图像像素的各点。所使用的块的数量越高，这些点变得越小。采用无限正弦波的傅立叶变换的示例，则产生单个频率。这是最优输出。在实践中，如果只使用一个块，则这对应于单个正弦波相位的输入，其中零值在自该正弦波的端节点的正和负方向上延伸到无穷大。替代从其傅立叶变换产生单个频率，主频率分量是用它任一侧的一系列相邻频率分量来产生的。使用分块降低了这些相邻频率分量的幅度并且作为这一点的直接结果，相邻图像像素之间发生较少干扰(建设性的或破坏性的)，从而改进了图像质量。

优选地，每一个块是整个块，但使用块的小部分是可能的。

本公开不限于单色投影或照明。

彩色2D全息重构可被产生并且有两种主要方法来达到这一点。这些方法之一被称为“帧顺序制色”(FSC)。在FSC系统中，使用三个激光(红、绿、以及蓝)，并且每一激光在SLM处接连发光以产生颜色重构。这些色以足够快的速率循环(红、绿、蓝、红、绿、蓝，等等)，使得人类观看者从这三个激光的组合中看到多色图像。每个全息图(空间调光器上的相位延迟分布)因此是因颜色而异的。例如，第一“帧”可通过在1/75秒内发射红色激光、随后在1/75秒内发射绿色激光、并最后在1/75秒内发射蓝色激光来被产生。

一种替换方法(将被称为“空间上分开的制色”(SSC))涉及同时发射全部三个激光，但采取不同的光路，例如每一个激光使用不同的SLM并随后组合以形成彩色图像。

帧顺序制色(FSC)方法的优点是整个SLM被用于每一颜色。这意味着所产生的三个彩色的图像的质量将不会受损，因为SLM上的所有像素被用于这些彩色图像中的每一个。然而，FSC方法的缺点是所产生的总体图像将不像SSC方法所产生的对应图像那样明亮，因子大约是3，因为每一激光只被使用了时间的三分之一。这一缺点可潜在地通过对这些激光进行过驱动或通过使用更强大的激光来解决，但这会需要使用更多功率、会涉及更高成本并且会使得系统较不紧凑。

SSC(空间上分开的制色)方法的优点是图像因所有三个激光同时发射而更亮。然而，如果由于空间限制它需要只使用一个SLM，则SLM的表面区域可被分成三个相等的部分，实际上担当了三个分开的SLM。这一点的缺陷是由于可用于每一单色图像的SLM表面区域的减少，每一单颜色图像的质量降低。多色图像的质量因此降低。可用SLM表面区域的减少意味着SLM上的更少像素可被使用，从而降低了图像的质量。图像质量被降低，因为它的分辨率降低。

从前述可以理解，光源可包括例如至少一个红外线光源。

在各实施例中，空间调光器是反射型硅上液晶(LCOS)设备。LCOS设备是传统透射液晶显示设备的混合，其中前基板是涂有铟锡氧化物以担当常见导电体的玻璃。较低基板是使用硅半导体工艺来创建的，其中附加的最终铝蒸发工艺被用来创建镜面，这些镜随后担当像素计数电极。这类SLM可被形成以具有好于百分之九十的填充因数。

现在可获得具有4.5μm和12μm之间的像素的LCOS设备。根据要放置SLM的应用、操作的模式以及因此每个像素处需要的电路量来确定必要的大小。

LCOS设备的结构在图5中示出。

LCOS设备是使用单个晶体硅基板(402)来形成的。它具有由间隙(401a)隔开的、安排在基板的上表面上的方形平面铝电极(401)的2D阵列。电极(410)中的每一个连接到埋在衬底(402)中的电路(402a)以允许每个电极的寻址。电极中的每一个形成相应的平面镜。对准层(403)部署在电极阵列上，并且液晶层(404)部署在对准层(403)上。第二对准层(405)部署在液晶层(406)上，并且例如玻璃的平面透明层(405)部署在第二对准层(805)上。例如ITO的单个透明电极(407)部署在透明层(406)与第二对准层(405)之间。

方形电极(401)中的每一个与透明电极(407)的覆盖区和居间液晶材料一起限定了可控制的调相元件(404)，通常称为像素。有效像素区域(即，填充因子)是在光学上活动的总像素的百分比，计入了像素(401a)之间的空间。通过控制施加到每一电极(401)的相对于透明电极(407)的电压，相应调相元件的液晶材料的性质可被改变，由此向入射在其上的光提供可变延迟。效果是向波前提供纯相位调制，即，没有振幅效果发生。

使用反射LCOS空间调光器的主要优点是液晶层的厚度是在使用透射设备的情况下的厚度的一半。这极大地提高了液晶的切换速度。LCOS设备还唯一地能够在小孔径中显示纯相位元件的大型阵列。小元件(典型地大约10微米)导致实用的衍射角(几度)。

与较大液晶设备的孔径相比，充分地照亮LCOS SLM的小孔径(几平方厘米)是更容易的。LCOS SLM还具有大孔径比，像素之间存在极少死区(因为驱动它们的电路被埋在镜下)。这是降低重放区中的光学噪声的重要问题。

上述设备通常在10℃到约50℃的温度范围内工作。

因为LCOS设备将控制电子器件嵌入在硅背板中，所以像素的填充因子更高，从而造成较少的未散射光离开该设备。

使用硅背板具有各像素在光学上平坦的优点，这对于调相器件而言是重要的。

尽管各示例涉及反射LCOS SLM，但本领域技术人员将理解，可以使用包括透射SLM在内的任何SLM。

本公开已被置于车辆前大灯的上下文中，但显然本公开也适用于用于照明目的的其它设备，诸如探照灯、手电筒、诸如此类。

本发明不限于所描述的示例，而是延及所附权利要求书的完全范围。