[发明专利]衍射显示系统

说明书

本申请公开了一种防反射的衍射显示系统，该系统包括：基板；衍射投影屏和光学引擎，光学引擎向衍射投影屏投射载有目标图像的信息的光，从而通过衍射投影屏的衍射而显示目标图像，其中，所述光学引擎发出的光不照射到所述基板上的一反射窗口内，所述反射窗口为所述基板上的一个区域，当所述光学引擎发出的光照射到该区域并被反射时，反射的光将进入所述衍射显示系统的设计视窗。此外，本申请还公开了一种基于定向投射的具有多屏的衍射显示系统和一种基于定向投射的具有整体屏的衍射显示系统。

技术领域

本发明总体上涉及用于衍射显示系统，具体地涉及防反射的衍射显示系统、基于定向投射的多屏衍射显示系统以及基于定向投射的整体屏衍射显示系统。

背景技术

在一个基于衍射成像的显示系统中，如基于衍射成像的增强现实(AugmentedReality,AR)以及混合现实(Mixed Reality,MR)显示器，以及基于衍射成像的车载抬头显示器(Head up Display)，光线不仅会被衍射器件衍射，而且会发生反射。反射光如果进入了显示系统中所设计的衍射成像的视窗，则对衍射成像形成干扰。当衍射显示系统中有一定厚度的透明基板时，反射光会形成多个虚像，与衍射成像部分或者全部叠加，使得反射光对衍射成像的干扰更加严重。因此在一个基于衍射成像的显示系统中，去除反射光对衍射成像质量的影响是一项重要的光学设计任务。

例如，已有的一种方法是提高衍射显示系统的衍射效率，譬如通过增透膜，使得衍射成像明亮，同时采用降低反射效率。这种方法可以极大的降低反射能量，增加衍射成像的对比度。这种方法用在如增强现实或者混合现实的显示装置中是可行的，但是如果用于如车载抬头显示器这样的应用中时，会面临增透膜面积大、制作成本高、不耐磨损与老化的问题。另外，这种方法仍然无法从根本上解决反射光线会降低衍射显示系统的成像对比度的问题。

因此，随着增强现实、混合现实、车载抬头显示器等为代表的不同种类的人机界面的逐步推广，其中基于衍射成像原理的各类增强现实、混合现实、车载抬头显示器也逐步出现，产业界出现了解决衍射显示系统中的反射光干扰的技术需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种衍射显示系统，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，提供一种防反射的衍射显示系统，该系统包括：基板；衍射投影屏，其包括设置在所述基板的至少一部分上的衍射光学器件；和光学引擎，包括相干光源和图像调制器，用于向衍射投影屏投射载有目标图像的信息的光，从而通过衍射投影屏的衍射而显示目标图像，其中，所述衍射显示系统具有一设计视窗，在该设计视窗范围内使用者可以观察到通过所述衍射投影屏显示的目标图像的虚像，并且所述光学引擎发出的光不照射到所述基板上的一反射窗口内，所述反射窗口为所述基板上的一个区域，当所述光学引擎发出的光照射到该区域并被反射时，反射的光将进入所述衍射显示系统的设计视窗。

在一些实施例中，所述光学引擎的最后一个器件表面构成光学引擎的光出射面，并且所述反射窗口由所述光学引擎的光出射面相对于所述基板的期待的反射成像位置的任一点与所述设计视窗中的任一点的连线与所述基板的交点的集合形成。

优选，所述光学引擎布置在使得所述反射窗口完全离开所述衍射投影屏的位置。

所述衍射显示系统可以实现为安装在机动交通工具上的HUD系统，并且所述基板为挡风玻璃。

在一些有利的实施例中，所述光学引擎还包括定向投射器件，其布置在光学引擎的光路中，用于改变从光学引擎上各点发出的光束的发散度使之具有预定的发散角，以及/或者改变该光束的中心光线的方向，从而使得所述光束具有特定的空间角分布。

所述定向投射器件可以构造成使得从光学引擎发出的光仅照射到所述衍射投影屏的范围内。

所述定向投射器件为具有大致平面形状基体的透射型器件，并且构造为使得从其出射的、对应于各像素的光束的中心光线偏离垂直于所述基体的方向。