平视显示器制造技术

一种平视显示器，包括眼盒。眼盒具有第一维度和第二维度。平视显示器布置成在距眼盒第一图像区域距离处的第一图像区域中形成第一图像。平视显示器还布置成在距眼盒第二图像区域距离处的第二图像区域中形成第二图像。图像区域距离是垂直于包含第一维度和第二维度的平面的距离。第一图像区域距离小于第二图像区域距离。第一图像区域在第一维度上与第二图像区域至少部分重叠。该重叠可以是在从眼盒中心的角空间中的重叠。第二图像区域在第一维度的至少一个方向上在角空间中延伸得没有第一图像区域远。像区域远。像区域远。

【技术实现步骤摘要】
平视显示器


[0001]本公开涉及图像投影仪和图像投影方法。一些实施例涉及全息投影仪和 全息投影方法。更具体地，本公开涉及多个图像的投影。本公开还涉及布置 成使用光学组合器形成虚拟图像的设备以及使用光学组合器形成多个图像 的方法。实施例涉及平视显示器和平视显示器的方法。一些实施例涉及用于 车辆平视显示器的图片生成单元。其他实施例涉及优化由图像投影仪形成的 图像的视场的方法，例如裁剪或扩展基本同时在不同图像平面上形成的多个 图像中的一个图像的视场的方法。

技术介绍

[0002]从物体散射的光包含振幅和相位信息。可以通过众所周知的干涉技术在 例如感光板上捕获该振幅和相位信息，以形成包括干涉条纹的全息记录或
ꢀ“
全息图”。可以通过用合适的光照射来重建全息图，以形成代表原始物体的 二维或三维全息重建或重放图像。
[0003]计算机生成的全息术可以在数值上模拟干涉过程。可以通过基于数学变 换比如菲涅耳或傅立叶变换的技术来计算计算机生成的全息图。这些类型的 全息图可被称为菲涅耳/傅立叶变换全息图或简称为菲涅耳/傅立叶全息图。 傅立叶全息图可被认为是物体的傅立叶域/平面表示或物体的频域/平面表示。 例如，还可以通过相干光线跟踪或点云技术来计算计算机生成的全息图。
[0004]可以在布置为调制入射光的振幅和/或相位的空间光调制器上对计算机 生成的全息图进行编码。例如，可以使用电可寻址液晶、光学可寻址液晶或 微镜来实现光调制。
[0005]空间光调制器通常包括多个单独可寻址像素，其也可被称为单元或元素。 光调制方案可以是二进制、多级或连续的。可替代地，该设备可以是连续的 (即不包括像素)，因此光调制可以在设备上是连续的。空间光调制器可以 是反射性的，这意味着调制光以反射输出。空间光调制器可以同样是透射性 的，这意味着调制光以透射输出。
[0006]使用这里描述的系统可以提供全息投影仪。例如，这种投影仪已经在平 视显示器“HUD”以及光探测和测距“LIDAR”中得到应用。

技术实现思路

[0007]为了便于解释和说明，本公开和附图通常示出一维情况。然而，光学领 域的技术人员将理解，所描述和示出的概念可以二维扩展，以从二维全息图 提供二维图像。例如，虽然仅描述和示出了一维瞳孔扩展，但读者应该理解， 本公开延伸到二维瞳孔扩展—例如使用串联的两个一维瞳孔扩展器。
[0008]概括地说，本公开涉及图像投影。它涉及图像投影的方法和包括显示设 备的图像投影仪。本公开还涉及包括图像投影仪和观察系统的投影系统。本 公开同样适用于单目和双目观察系统。观察系统可以包括观察者的一只或多 只眼睛。观察系统包括具有光焦度的光学元件(例如人眼的晶状体)和观察平 面(例如人眼的视网膜)。投影仪可被称为“光引擎”。显示设备和使用显示设 备形成(或感知)的图像在空间上彼此分离。观察者在显示平
面上形成或感知 图像。在一些实施例中，图像是虚拟图像，并且显示平面可被称为虚拟图像 平面。通过照射显示在显示设备上的衍射图案(例如全息图)来形成图像。
[0009]显示设备包括像素。显示设备的像素衍射光。根据众所周知的光学原理， 最大衍射角的幅度取决于像素的大小(以及其他因素，比如光的波长)。
[0010]在实施例中，显示设备是空间光调制器，例如硅上液晶(“LCOS”)空间光 调制器(SLM)。光在衍射角范围内(例如从零到最大衍射角)从LCOS向观察 实体/系统比如相机或眼睛传播。在一些实施例中，可以使用放大技术来增加 可用衍射角的范围，使其超过LCOS的传统最大衍射角。
[0011]在实施例中，图像是真实图像。在其他实施例中，图像是由人眼(或多 只眼睛)感知的虚拟图像。投影系统或光引擎因此可以配置成使得观察者直 接看着显示设备。在这样的实施例中，用全息图编码的光直接传播到眼睛， 并且在显示设备和观察者之间的自由空间或屏幕或其他光接收表面上没有 形成中间全息重建。在这样的实施例中，眼睛的瞳孔可被认为是观察系统的 入射孔径(或“入射瞳孔”)，眼睛的视网膜可被认为是观察系统的观察平面。 有时据说，在这种配置中，眼睛的晶状体执行全息图到图像的转换。
[0012]根据众所周知的光学原理，眼睛或其他观察实体/系统可以观察到的从显 示设备传播的光的角度范围随着显示设备和观察实体之间的距离而变化。例 如，在1米的观察距离，来自LCOS的仅小范围角度可以传播通过眼睛的瞳 孔，以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。从显示设备传播的光线的角度 范围决定了观察者“可见”的图像部分，该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳 孔以在给定眼睛位置的视网膜上形成图像。换句话说，不是图像的所有部分 从观察平面上的任何一点都是可见的(例如诸如眼动盒的观察窗口内的任何 一个眼睛位置)。
[0013]在一些实施例中，观察者感知的图像是出现在显示设备上游的虚拟图像， 也就是说，观察者感知图像比显示设备离他们更远。从概念上讲，可以考虑 虚拟图像的多个不同的虚拟图像点。对于该虚拟图像点，从虚拟点到观察者 的距离在这里被称为虚拟图像距离。当然，不同的虚拟点可以具有不同的虚 拟图像距离。与每个虚拟点相关的光线束中的各个光线可以经由显示设备采 取不同的相应光路到达观察者。然而，只有显示设备的一些部分，因此只有 来自虚拟图像的一个或多个虚拟点的一些光线，可能在用户的视场内。换句 话说，只有来自虚拟图像上的一些虚拟点的一些光线将通过显示设备传播到 用户的眼睛中，因此对观察者可见。因此，从概念上讲，可以认为观察者正 在通过“显示设备大小的窗口”观察虚拟图像，该窗口可以非常小，例如直径 为1cm，处于相对较大的距离，例如1米。并且用户将通过他们眼睛的瞳孔 观察显示设备大小的窗口，瞳孔也可以非常小。因此，在任何给定时间，视 场变小，并且能够看到的特定角度范围严重依赖于眼睛位置。
[0014]图像的每个图像点可以具有不同的图像距离，但根据实施例，每个图像 都形成在图像区域中，因此“图像区域距离”可以与每个图像相关，其中图像 区域距离是连接眼盒中心和包含图像区域的平面的最短直线的长度。
[0015]瞳孔扩展器解决了如何增加视场的问题—即如何增加从显示设备传播 的光线的角度范围，并且该光线可以成功地传播通过眼睛的瞳孔以形成图像。 显示设备(相对而言)小，投影距离(相对而言)大。在一些实施例中，投影距 离比显示设备的入瞳和/或孔径的直径或宽度(即像素阵列的尺寸)大至少一 个(比如至少两个)数量级。本公开涉及所谓的直
视全息术，其中图像的全息 图而不是图像本身被传播到人眼。换句话说，观察者接收的光根据图像的全 息图进行调制。
[0016]瞳孔扩展器增加了视场，因此增加了显示设备的全衍射角可以使用的最 大传播距离。瞳孔扩展器的使用还可以横向增大用户的眼盒，从而使得眼睛 能够发生一些运动，同时仍使得用户能够看到图像。在实施例中，瞳孔扩展 器是波导瞳孔扩展器。本公开总体涉及非无限虚像距离，即近场虚像。
[0017]实施例描述了一维光瞳扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平视显示器，包括具有第一维度和第二维度的眼盒，其中平视显示器布置成在与眼盒相距第一图像区域距离处的第一图像区域中形成第一图像内容，并且在与眼盒相距第二图像区域距离处的第二图像区域中形成第二图像内容，其中第一图像区域距离小于第二图像区域距离，并且第一图像区域在第一维度上与第二图像区域至少部分重叠，其中第二图像区域在第一维度的至少一个方向上在角空间中延伸得没有第一图像区域远。2.如权利要求1所述的平视显示器，其中，所述第二图像区域在所述第一维度的两个方向上延伸得没有所述第一图像区域远，使得第二图像区域在角空间中的尺寸不大于第一图像区域的尺寸。3.如权利要求1或2所述的平视显示器，其中，所述第一图像内容和第二图像内容由显示在诸如空间光调制器的显示设备上的显示图案形成。4.如权利要求3所述的平视显示器，其中，所述显示图案是衍射图案，比如全息图。5.如权利要求4所述的平视显示器，其中，所述衍射图案是傅立叶全息图、菲涅耳全息图、点云全息图或其组合。6.如权利要求3所述的平视显示器，其中，所述第一图像内容和第二图像内容同时由显示在所述显示设备上的共同显示图案形成，可选地，其中，所述共同显示图案是衍射图案。7.如权利要求1或2所述的平视显示器，其中，所述第一图像内容是第一虚拟图像内容，和/或所述第二图像内容是第二虚拟图像内容。8.如权利要求1或2所述的平视显示器，其中，所述第二图像区域从所述眼盒内的所有位置在第一维度的至少一个方向上在角空间中延伸不超过所述第一图像区域，使得形成所述第一图像内容和第二图像内容的光线束根据所述第一图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：A科尔，T斯米顿，
申请(专利权)人：恩维世科斯有限公司，
类型：发明
国别省市：