[发明专利]全息平视显示装置

说明书

本发明涉及一种平视显示器形式的装置和系统，其旨在用于在诸如车辆挡风玻璃(101)的内表面的表面上显示投影图像。本发明更具体地涉及一种全息平视显示装置(10)，包括光源(11)以及空间光调制器(13)的光模块(12)，一旦使用光学过滤装置(15)过滤未调制光束(14)，该空间光调制器显示计算机生成的全息图。所述HUD装置(10)还包括用于根据瞳距(24)进行测量和调整的头部追踪系统(19)、用于进行与其相关的所述调整和处理的处理装置(20)以及光学转向设备(18)。

技术领域

所公开的发明总体上涉及一种具有可转向出射光瞳平面的平视显示(head-updisplay)装置。更具体地，本发明和本文包含的教导连同各种实施例涉及包括点光源、光学转向设备和空间光调制器元件的平视显示装置，它们一起形成用于在诸如挡风玻璃的物体的表面上显示计算机生成的全息图的装置。

背景技术

虚拟平视显示器(HUD)被应用在飞机、陆地车辆、零售商店橱窗中以向个人/用户呈现叠加到周围环境上的信息。许多车辆HUD使用挡风玻璃的内表面作为光学组合器，以向用户提供任何待传输的相关信息的2D或3D立体图像。

传统HUD的重要问题是它们缺乏诸如基于软件的像差校正和可视区(eyebox)调整的能力。像差校正本身允许在更大的可视区上投射更大的视场(FOV)，尽管由于从显示器辐射的信息在从车辆的挡风玻璃反射时出现像差，所以无法设计单个光学部件来形成大FOV无像差图像。与传统HUD应用相比，全息HUD设置具有许多优势，诸如在使用全息平视装置的情况下，可以获得宽视场(FOV)，并且像差校正以及瞳距是动态可调节的。

动态全息包括作为有源光学元件的空间光调制器(SLM)，其是动态可编程以实现作为两个空间坐标和时间的函数的二维复倍增光学透明度的装置。在全息显示应用中，SLM通常被部署以显示计算机生成的全息图(CGH)。本领域现有的SLM技术通常基于液晶技术、硅基液晶(LCoS)技术、基于MEMS的数字微镜阵列技术等。LCD SLM是透射式的，而LCoS SLM在原理上是反射式的。基于液晶的透射式SLM具有更大的像素间距，按照推论，这是由嵌入在像素孔内的与其相关联的电路产生的。另一方面，可以使反射式LCoS SLM具有小得多的像素间距，因为可以将电子器件埋在所讨论的像素下方。尽管理想情况下期望SLM提供全复调制，但实际的SLM仅提供一些受限类型的调制，诸如仅相位调制、仅幅度调制、二进制调制等。设计了多种算法，诸如Gerchberg-Saxton、迭代傅立叶和误差扩散，以便将期望的全复全息图编码为受限形式的全息图。这些程序和应用通常导致噪声和信号光束的出现。SLM的另一实际问题是大多数SLM不具备100％的调制效率，即，仅一小部分的入射光被SLM调制，而其余的光保持未调制。几乎所有的SLM都是像素化装置，从而生成信号、噪声和未调制光束的更高衍射级复制物。在全息HUD设计的情况下，只有主信号光束应进入眼睛并到达视网膜，而来自噪声和未调制光束以及更高衍射级复制物的光束应被阻挡。该要求需要附加措施。

本发明的技术领域中的现有技术公开文本之一可以是指WO 2016105285，其教导了清晰的中央凹视觉与具有宽视场(FOV)的低分辨率外围显示器和能够创建高分辨率可转向图像的可旋转全息模块相结合。在另一文件US20180003981A1中，公开了一种包括SLM、可旋转反射光学元件和瞳孔追踪装置的近眼显示装置。瞳孔追踪装置追踪用户的眼睛瞳孔位置并基于由所述瞳孔追踪装置提供的数据，旋转反射光学元件，使得由空间光调制器调制的光被引导至用户的眼睛瞳孔。

DE 102011075884公开了一种包括光发射图像源以及形成光束路径的光学元件的平视显示装置。光学元件包括具有光学成像功能的全息光学元件和反射器。所述反射器和全息光学元件被布置成使得由前者发射到光束路径的第三区段中的光束可以至少部分地透射全息光学元件，其中，光束路径的第三区段中的透射光束的照射角度基本偏离全息光学元件的成像功能的一部分变得有效的入射角。