[发明专利]投影显示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于向观看者显示图像的投影显示器，其特别地但不排他地适用于平视显示器。

背景技术

可用于航空器和其它交通工具的传统平视显示器使用传统的球面透镜系统从图像提供器(例如阴极射线管)产生准直显示。从球面透镜系统中射出的光线被常规的折叠式反射镜反射通过球面出射透镜系统，并由此传递到组合器，从该组合器图像被反射以向观看者(例如航空器飞行员或车辆的驾驶员)提供准直显示。因此，这些传统显示器所使用的准直光学元件(即球面透镜系统和球面出射透镜系统)大且笨重，由此限制了这种平视显示器在没有充分空间以容纳该平视显示器的座舱区域内的应用。

最近，一种或多种波导管被用于给用户投影图像。本申请的申请人已在早期专利申请第WO2007/029032、WO2007/029034和WO2010/119240号中公开了这种波导显示器，其内容通过引入并入本文。在这些早期的波导显示器中，使用微显示器产生一个相对小的输入光瞳，并耦合到至少一个波导。所述输入光瞳通过各自的衍射区在两个基本垂直的方向拉伸并从波导输出为更大的出射光瞳以供用户观看。波导显示器的一个优点是它们占用的空间小，因此更适于在空间有限的环境中使用。

WO2007/029032公开了使用两个所谓的板状波导管。输入光瞳耦合进入第一波导管，并且通过沿着波导的全内反射在基本直线型波导的两个相对的且平行的侧面的每个侧面之间反射传播。设置光栅以用于在沿传播方向上一维拉伸输入光瞳并将其从第一波导输出。该光耦合进入第二波导管，通过沿着第二波导的全内反射在基本直线型第二波导的两个相对的且平行的侧面中的每个侧面之间反射传播。设置另一个光栅以在沿着传播方向的第二维(通常垂直于第一方向)上拉伸该光瞳。因此，当光栅从第二波导输出出射光瞳时，其在第一和第二维度上都更大且能容易地被用户观察到。

WO2007/029034公开了第一杆状波导管和第二板状波导管的使用。输入光瞳耦合进入第一波导管，通过沿着波导的全内反射在基本直线型波导管的四个垂直侧面的每一侧面依次反射传播。这种有些螺旋型传播的光线将杆状波导管与板状波导管区别开来并且有用于减小波导显示器的尺寸。设置衍射区以在一维上拉伸输入光瞳并从第一波导将其输出。与WO2007/029032相似，所述光被耦合入第二板状波导管，通过沿着第二波导的全内反射在基本直线型第二波导的两个相对的且平行的侧面中的每一侧面之间反射传播。设置另一个光栅以在传播方向的第二维(通常垂直于第一方向)上拉伸输入光瞳。因此，当衍射区从第二波导输出出射光瞳时，其第一维和第二维上都更大且能容易地被用户观察到。

WO2010/119240公开了单一的板状波导的使用，其在第一和第二维上都展开输入光瞳。这种设置的优点是，不需要将两个波导相对定向精确地进行固定并且可以以更精确的对准方式形成光栅。与上述两个波导显示器相近似的方式，输入光瞳被耦合入波导，通过第一光栅区域在一维是并通过第二光栅区域在第二维上进行拉伸，该第二光栅区域从波导输出展开的出射光瞳，使用户能够观看。

图1所示为上述三种显示器中的任意一种波导显示器。该显示器包括具有至少一个波导的波导组件50，所述至少一个波导向用户56呈现所需的显示，同时也可通过波导观看外面的世界。在该图中用户56位于具有透明座舱罩51的航空器的驾驶舱内。波导显示器的明显的优点是，其中一个波导除了展开光瞳外，还可作为组合器，由此使零件更少，装置更紧凑。用户可以继续观察来自外部世界场景并透射通过组合器的光52，并察看波导组件向用户输出的叠加于外部世界场景上的出射光瞳54的光。

如图像处理器58所示，该图像处理器产生图像信号59，并将该图像信号输出至微显示器60。为了产生颜色或多光谱图像，微显示器可以包括多光谱光源，该多光谱光源照亮显示器(可以例如是透射式的或反射式的)并输出承载准直图像的光61，其包括用于耦合到波导组件50的多个波长。

虽然上述波导显示器提供了有限空间环境内(特别是在希望减小显示器所需的空间的航空器座舱中)的紧凑显示器方案，但是航空器设计的趋势是大的全景座舱，如图2所示。然而，使用多波谱光源(例如LED)的波导组件具有对用户的输出角度的范围，该角度被设置为围绕组合器波导的平面呈90°。为避免色差，垂直方向是设计的一个必要的限制。在此情况下，如图2虚线所示，不能为适当尺寸的显示器提供充足的空间。还可以理解的是，在某些情况下如在驾驶舱中，飞行员在方便观察的位置可能需要低头型显示器62，其可额外减少平视显示器的可用空间。

发明内容