[发明专利]一种基于激光全息投影成像的平视显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及全息投影、激光衍射等光学技术，特别是一种基于激光全息投影成像技术来实现平视显示的方法和装置。

背景技术

平视显示装置（Head Up Display，HUD），是指观察人员不需要低头就能够看到需要的图像信息的辅助显示装置。

平视显示装置的前身是使用在战斗机上的光学瞄准器，这种瞄准器利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射在装置在座舱前端的一片玻璃或者是座舱罩上面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离上面，当飞行员瞄准目标的时候不会妨碍到眼睛的运作，维持清晰的显示。平视显示技术首先运用在航空器上的飞行辅助仪器，平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断。因为其方便性以及能够提高飞行安全，民用飞机也纷纷跟进安装。

机动车辆在高速行驶时，特别是夜间高速行车时，驾驶员可能会低头观看仪表显示或观看中控台的音响或导航信息等显示，如果此时前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成交通事故。为避免这种情况发生，有些高档车辆上装配了车载的平视显示装置，它可以将外界的景象与有关信息显示在前风挡玻璃的驾驶员平视范围上，从而避免低头看仪表，缩短眼球对前方的视觉盲区时间，提高机动车行驶的安全性。

平视显示装置中最重要就是投影显示系统，该系统一般采用激光或LED作为光源，它能够读取汽车的相关数据信息或者通过蓝牙、无线等方式与其它外围电子装置通讯信息，进一步通过光学系统投影成像到汽车的前风挡玻璃上或汽车前方道路上，从而显示出HUD投影信息。其中挡风玻璃通常需要利用浸渍、网印等方法增加一层半透半反的膜。

传统的平视显示装置的投影图像成像位置分为两种：一种是将图像直接成像在汽车的前挡风玻璃上，这样驾驶者在驾驶过程中如果需要看清呈现在前挡风玻璃上的HUD投影信息就需要眼睛自动调焦，如果需要观察汽车前方的路况就需要眼睛快速将焦距调整到远处的物体上，从而使汽车前方的信息在视网膜上清晰成像；另一种做法是利用光学系统，使其投影显示在汽车引擎盖上或汽车前方道路上，这样驾驶者在观察汽车前方道路的时候，无须眼睛自动调焦，也能清晰地看到HUD投影信息。

上述两种做法都是利用光学系统的成像原理实现的，由于成像位置不同所采用的光学系统结构迥异，尤其是后者的光学设计的复杂度很高，成本也非常昂贵。但是传统的平视显示装置投影图像成像成像方式只能采用上述两种方法之一，而且一旦光学系统结构确定，则成像位置不能随意更改。

另外，上述传统的平视显示装置成像一般利用硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon，LCOS），数字微镜元件（Digital Micromirror Device，DMD）或专用的微机电系统（Micro Electrol Mechanical Systems，MEMS）加激光扫描（一般是一片或二片可快速翻转的微反射镜）实现图像显示，然后利用光学系统成像到前挡风玻璃上或车前方的一定距离处。

对于采用LCOS或DMD的方法，由于显示面积固定，当光源亮度一定的情况下，单元面积上的亮度值是整个光源亮度的平均值。如果投影成像面积越大，那么单元亮度值越小。由于HUD投影信息一般是简单的图型和文字信息，一般情况下投影内容所占整个投影显示面积约为30%左右，如果图像内容只占整个画面显示面积的10%，那么其光学利用效率也只有10%，其它画面中不显示内容部分的光线被遮挡浪费了，为了增加显示内容的亮度只能通过增加光源亮度来实现。

对于采用专用MEMS加激光扫描的方法，由于采用高速翻转的微反射镜逐像素扫描来实现图像显示，所以，不可避免地存在因刷新率不高而产生屏闪的问题。由于激光光源是直接打在唯一的一片微反射镜上，所以对微反射镜的散热要求很高，这就大大限制了激光光源的亮度。由于该微反射镜一直处于高速翻转过程中，并且只有一片，对其可靠性，稳定性提出了非常高的要求，一旦出现问题，直接反射的激光有可能直接照射到人眼，从而造成人体伤害。

发明内容

本发明为了简化光学光路系统的结构，提高光源利用率，并且成像位置可调，提供了一种基于激光全息投影成像的平视显示装置。

如附图1所示，本发明主要包括光源系统、图像处理系统(103)，光学光路系统和空间光调制模块（104）等。