无重影的平视显示器制造技术

一种用于提供无重影平视显示器的图像生成系统，该系统包括具有前表面和后表面的显示屏、用于将图像投射到所述显示屏以反射向预定适眼区的图像生成单元、以及场镜，其中所述图像生成单元被配置为，将光投射透过场镜，使得光入射到显示屏的前表面上，形成第一虚像，其中一部分所述光透过所述显示屏，并入射到所述显示屏的后表面上，形成第二虚像，其中所述第一虚像和所述第二虚像具有偏移量，其中所述场镜被配置为，使得所述偏移量低于阈值幅度，并且从适眼区看过去，所述第一虚像和所述第二虚像基本重叠。像基本重叠。像基本重叠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无重影的平视显示器


[0001]本专利技术涉及显示器系统。特别地，但非排他地，本专利技术涉及用于以无重影方式在屏幕上显示图像的装置。

技术介绍

[0002]平视显示器(HUD)是已知的显示器，其中图像被投射到透明表面上，例如挡风玻璃或遮阳板上。这种显示器在包括车辆在内的许多不同环境中是众所周知的。
[0003]在汽车行业中，大多数商用HUD使用单独的光学屏幕(组合型HUD)，或直接显示在挡风玻璃上(挡风玻璃型HUD)。组合型HUD无需大量修改即可安装在大多数类型的汽车中。他们利用透明的塑料投影屏幕将真实的驾驶环境和所投射的虚拟图像结合起来。虽然安装相对便宜，但塑料屏幕会部分遮挡驾驶员的视野，而且当设备受到振动时其性能较差。
[0004]挡风玻璃型HUD利用车辆的挡风玻璃将虚拟图像和真实环境结合起来。由于挡风玻璃具有有限厚度(通常比组合型HUD中使用的屏幕厚得多)，投影图像将既被反射在挡风玻璃的前表面，又被反射在挡风玻璃的后表面，从而产生原始图像和二次偏移“重影”。术语重影在本领域中使用，并且在整个说明书中用于描述二次偏移图像。为了消除这种影响，可以在挡风玻璃上涂上一层特殊的薄膜，以增强前表面的反射(从而减少后表面的后续反射并减少重影)。虽然成本相对较低，但这种膜可能在视觉上没有吸引力，对图像质量产生不利影响，并且在长期暴露于阳光下后效果会降低。另一种解决方案是提供一种特殊的多层楔形挡风玻璃，该挡风玻璃有效地重叠两个反射图像，从而为驾驶员呈现单一、清晰的图像。图1显示了楔形挡风玻璃的示意图。这些专门生产的挡风玻璃必须针对每种应用进行专门设计，而且制造成本很高。
[0005]另一种方法是设计具有一层或多层发射/散射纳米粒子的挡风玻璃。当被扫描激光投影仪激发时，每一层都会在R/G/B波段之一产生可见发射。通过叠加多个波段的图像，在挡风玻璃上显示彩色图像。这种所谓的全挡风玻璃HUD具有无限的视角、无限的显示位置，且没有激光散斑，但同样昂贵且生产复杂。此外，由于驾驶员必须将注意力集中在挡风玻璃上才能查看显示的信息，因此无法体验多深度图像(即具有不同表观深度的元素的图像)。
[0006]在为挡风玻璃具有大的倾斜角的应用，例如出现在火车和卡车中的应用，设计HUD时，会出现进一步的困难。对于小型车，挡风玻璃的倾斜角通常在30
°
到45
°
之间，并且HUD系统正好安装在仪表板下方，使得HUD系统的设计更容易。然而，对于较大的车辆，挡风玻璃的倾斜角可能会在一段时间范围内变化。例如，大多数火车挡风玻璃的倾斜角为60
°
到80
°
。至于卡车和公共汽车，倾斜角甚至可以更高——高达90
°
。不仅是更大的倾斜角，再加上大型车辆中使用的较厚的挡风玻璃，由于增加挡风玻璃前、后表面所反射的图像的偏移量，都使得重影问题更加突出，这同样增加了前文所讨论的传统缓解技术的成本。
[0007]因此，现有方法不允许跨多个不同系统减少重影。
[0008]本专利技术的一个目的是减轻上述现有技术的一些缺陷。

技术实现思路

[0009]本专利技术的方面和实施例提供如所附权利要求中所要求保护的装置。
[0010]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于提供无重影平视显示器的图像生成系统，该系统包括具有前表面和后表面的显示屏、用于将图像投射到所述显示屏以反射向预定适眼区的图像生成单元、以及场镜，其中所述图像生成单元被配置为，将光投射透过场镜，使得光入射到显示屏的前表面上，形成第一虚像，其中一部分所述光透过所述显示屏，入射到所述显示屏的后表面上，形成第二虚像，其中所述第一虚像和所述第二虚像具有偏移量，其中所述场镜被配置为，使得所述偏移量低于阈值幅度，并且从适眼区看过去，所述第一虚像和所述第二虚像基本重叠。
[0011]这种方法允许无重影投射，而不需要对显示屏表面或内部结构进行任何修改。此外，该技术适用于具有高达90
°
的大范围倾斜角的显示屏。
[0012]可选地，所述图像生成单元和所述场镜被配置为，使得入射在所述显示屏的前表面上的光是准直的。
[0013]可选地，所述第一虚像在距适眼区第一投影距离处被投射到第一虚像平面上，第二虚像在距适眼区第二投影距离处被投射到第二虚像平面上。
[0014]可选地，所述场镜被配置为，将第一虚像和第二虚像投射到第一投影距离和第二投影距离处，使得第一虚像和第二虚像之间的偏移量低于阈值角分辨率。
[0015]可选地，所述阈值角分辨率等于像素的尺寸。
[0016]可选地，所述阈值角分辨率等于人眼的角分辨率。通过将偏移量减小到低于显示器和/或人眼的分辨能力的限值，有效地消除了重影。
[0017]可选地，第一虚像和第二虚像在垂直于光轴的平面中偏移。
[0018]可选地，所述场镜由凹面镜、自由曲面、菲涅耳透镜、波导、衍射光学元件、全息光学元件或一根或多根锥形光纤中的一种提供。特别是，锥形光纤允许投影图像光纤空间的无透镜放大，从而缩短光的光路并允许减少系统的整体空间占用。
[0019]可选地，图像生成单元包括光源和空间光调制器。
[0020]可选地，图像生成单元包括用于实现投影图像的投影仪和漫射器。
[0021]可选地，图像生成单元包括激光器和2D扫描镜。
[0022]可选地，图像生成单元包括用于产生计算机生成的全息图的全息单元和用于实现全息图的漫射器。
[0023]可选地，图像生成单元包括LCD器件、LED器件、微LED器件、OLED器件或数字光处理数字微镜器件中的一种或多种。这些器件能够通过施加电流来激活，电流可以根据期望进行定位和调制。它们还能够提供灵活的多色显示。
[0024]可选地，该系统还包括在图像生成单元和场镜之间和/或场镜和显示屏之间的中间光学器件。
[0025]可选地，中间光学器件包括折叠镜、柱面镜、柱面透镜、波导、衍射光学元件或全息光学元件中的一个。这种中间光学器件允许将光的路径布置在安装环境的物理界限周围，并补偿挡风玻璃本身的任何光学效应。
[0026]可选地，该系统还包括与光场显示器通信的图像处理器，其中图像处理器被配置为解决由光学设置引起的失真，使得观察者感知的图像看起来不失真。这消除了对任何图
像生成后校正以及庞大的校正光学器件的需要。此外，它提供了更高的灵活度，可以适应不同的显示表面和光学设置。
[0027]可选地，平视显示器的屏幕是车辆的挡风玻璃。
[0028]可选地，第一虚像和第二虚像涉及立体图像对的第一图像。这使用户能够根据他们聚焦的重叠图像，从多个角度查看对象或场景。
[0029]可选地，场镜、投影单元和/或中间光学组件(如果存在)中的一个或多个可相对于彼此移动。
[0030]可选地，第一虚像和第二虚像为多维图像。通过HUD系统来投射三维图像使这些图像能够以适当的变化深度显示，从而产生令人信服的真实物体表示。
[0031]可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提供无重影平视显示器的图像生成系统，所述系统包括：具有前表面和后表面的显示屏，所述显示屏具有第一配置，图像生成单元，用于将图像投射到显示屏上以反射到第一预定适眼区，和场镜，其中所述图片生成单元被配置为将光投射透过场镜，使得光入射到显示屏的前表面上形成第一虚像，其中一部分所述光透过显示屏并入射到显示屏的后表面上形成第二虚像，其中所述第一虚像和第二虚像具有偏移量，其中所述场镜被配置为，使得所述偏移量低于阈值幅度，并且从适眼区看过去，所述第一虚像和第二虚像基本重叠，其中所述图像生成单元和/或场镜还被配置为，当显示屏或预定适眼区的配置之一发生变化时，调整第一虚像和第二虚像之间的偏移量。2.根据权利要求1所述的图像生成系统，其特征在于，所述图像生成单元和所述场镜被配置为使得入射在所述显示屏的前表面上的光是准直的。3.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，所述第一虚像在距适眼区第一投影距离处被投射到第一虚像平面上，所述第二虚像在距适眼区第二投影距离处被投射到第二虚像平面上。4.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，所述场镜被配置为，将所述第一虚像和所述第二虚像投射到第一投影距离和第二投影距离处，使得第一虚像和第二虚像之间的偏移量低于阈值角分辨率。5.根据权利要求4所述的图像生成系统，其特征在于，所述阈值角分辨率等于像素的尺寸。6.根据权利要求4所述的图像生成系统，其特征在于，所述阈值角分辨率等于人眼的角分辨率。7.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，所述第一虚像和第二虚像在垂直于光轴的平面中偏移。8.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，所述场镜由凹面镜、自由曲面、菲涅耳透镜、波导、衍射光学元件、全息光学元件或一根或多根锥形光纤中的一种提供。9.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，所述图像生成单元包括光源和空间光调制器。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的图像生成系统，其特征在于，所述图像生成单元包括用于实现投影图像的投影仪和漫射器。11.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的图像生成系统，其特征在于，所述图像生成单元包括激光器和2D扫描镜。12.根据权利要求1
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9中任一项所述的图像生成系统，其特征在于，所述图像生成单元包括用于产生计算机生成的全息图的全息单元和用于实现全息图的漫射器。13.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的图像生成系统，其特征在于，图像生成单元包括LCD器件、LED器件、微LED器件、OLED器件或数字光处理数字微镜器件中的一种或多种。14.根据前述任一权利要求所述的图像生成系统，其特征在于，还包括在图像生成单元
和场镜之间和/或场镜和显示屏之间的中间光学器件。15....

【专利技术属性】
技术研发人员：楚大平，邓远博，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：