[发明专利]平视显示器

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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)。

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。