[发明专利]HUD系统和多屏拼接式衍射显示系统

说明书

本申请公开了一种HUD系统，其包括光学引擎和衍射投影屏，光学引擎用于在其显示表面上输出目标图像，该光学引擎包括相干光源、图像调制器和光扩散器件，光扩散器件用于对光进行扩散，使得显示表面上的每一个像素发出的光束是发散的；衍射投影屏包括衍射光学器件，用于通过对来自光学引擎的光进行衍射而对所述目标图像形成虚像，显示表面上的每一个像素发出的光束在衍射投影屏上的投射区域与多个其它像素发出的光束在所述衍射投影屏上的投射区域至少部分地重叠。本申请还公开一种多屏拼接式衍射显示系统。

技术领域

本发明总体上涉及衍射显示系统，具体而言，涉及基于衍射的HUD系统以及特别适合用作HUD系统的多屏拼接式衍射显示系统。

背景技术

车辆在高速行驶时，驾驶员的视线需要始终保持观察前方区域。当需要观察仪表盘上的信息时，驾驶员的注意力会从前方区域短暂地转移到车辆仪表盘上。如果此时前方出现异常情况，驾驶员可能来不及采取有效应对措施，从而导致事故的发生。因此，需要驾驶员同时观察到路况信息和驾驶信息。为了解决这个问题，人们把抬头显示器(HUD，HeadUp Display)引入到汽车当中。

车载抬头显示器将驾驶最需要的车速、油量、导航地图等重要信息投射入人眼，投影图像位于驾驶员前方的适宜位置上，从而时驾驶员始终保持抬头的姿态，避免了因低头观看仪表上显示信息而引起的安全隐患，减少了引起交通事故的可能性，也缓解了交替观察车内和车外不同远近的景物信息而引起的眼部疲劳。车载抬头显示器可以时驾驶员更安全、更快速地获取所需要的驾驶信息，对提高车辆安全性能有着重要的意义。

传统的车载抬头显示器为了保障基本的驾驶者视野、以及保障驾驶者头部左右移动时的显示视窗，则需要基于光学透镜、棱镜等光学器件进行其内部的准直光路、折返光路的设计。这些光学器件与光路的存在，使得车载抬头显示器的体积大、造价昂贵，而且嵌入汽车仪表板这样空间紧凑的布局中时非常困难。例如美国专利US6359737中所描述的，由传统的投影仪向汽车前挡风玻璃成像。但是这需要投影仪加装光学部件，来适应不同车型中前挡风玻璃的不同的曲率。因此，当前的嵌入式车载抬头显示器，都是在体积、造价、以及光学效果中做出妥协，使得商业化成为可能，但是同样存在驾驶者视野偏小、视窗偏小的问题。如美国专利US6359737中所描述的车载抬头显示器，其体积达到10立升，而且视野只有5度角。

所以，汽车工业的发展，需要体积小、布局紧凑、低成本，同时在光学性能上具有大视野显示、大显示视窗的车载抬头显示器的出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于衍射的HUD系统以及特别适合用作HUD系统的多屏拼接式衍射显示系统，其至少部分地解决了现有技术中存在的上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种HUD系统，其包括光学引擎和衍射投影屏。光学引擎用于在其显示表面上输出目标图像，该光学引擎包括相干光源、对相干光源发出的光进行调制以获得对应于所述目标图像的光空间分布的图像调制器和光扩散器件，所述光扩散器件设置在从所述相干光源至显示表面的光路上，用于对光进行扩散，使得所述显示表面上的每一个像素发出的光束是发散的。衍射投影屏包括衍射光学器件，用于通过对来自所述光学引擎的光进行衍射而对所述目标图像形成虚像，所述显示表面上的每一个像素发出的光束在所述衍射投影屏上的投射区域与多个其它像素发出的光束在所述衍射投影屏上的投射区域至少部分地重叠。

所述相干光源优选为激光光源。

所述显示表面上的每一个像素发出的光束可以在所述衍射投影屏上的投射区域基本上覆盖整个衍射投影屏。

所述衍射投影屏可以对来自所述显示表面的每一个像素的光衍射形成平行或近似平行的成像光束，并且对应于不同像素的成像光束的投射方向互不相同。