CN114600034A - 无重影的平视显示器 - Google Patents

无重影的平视显示器 Download PDF

Info

Publication number
CN114600034A
CN114600034A CN202080074528.7A CN202080074528A CN114600034A CN 114600034 A CN114600034 A CN 114600034A CN 202080074528 A CN202080074528 A CN 202080074528A CN 114600034 A CN114600034 A CN 114600034A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
image generation
display screen
virtual
field lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080074528.7A
Other languages
English (en)
Inventor
楚大平
邓远博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cambridge Enterprise Ltd
Original Assignee
Cambridge Enterprise Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cambridge Enterprise Ltd filed Critical Cambridge Enterprise Ltd
Publication of CN114600034A publication Critical patent/CN114600034A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/33—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving directional light or back-light sources
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
    • G09G3/002—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to project the image of a two-dimensional display, such as an array of light emitting or modulating elements or a CRT
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/014—Head-up displays characterised by optical features comprising information/image processing systems
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
    • G09G2320/0257—Reduction of after-image effects
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/10—Automotive applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

一种用于提供无重影平视显示器的图像生成***，该***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。

Description

无重影的平视显示器
技术领域
本发明涉及显示器***。特别地，但非排他地，本发明涉及用于以无重影方式在屏幕上显示图像的装置。
背景技术
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。
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。
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。
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)。
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***正好安装在仪表板下方，使得HUD***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。
因此，现有方法不允许跨多个不同***减少重影。
本发明的一个目的是减轻上述现有技术的一些缺陷。
发明内容
本发明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。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于提供无重影平视显示器的图像生成***，该***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。
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。
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。
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。
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。
可选地，所述阈值角分辨率等于像素的尺寸。
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。
可选地，第一虚像和第二虚像在垂直于光轴的平面中偏移。
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***的整体空间占用。
可选地，图像生成单元包括光源和空间光调制器。
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。
可选地，图像生成单元包括激光器和2D扫描镜。
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。
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。
可选地，该***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。
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。
可选地，该***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。
可选地，平视显示器的屏幕是车辆的挡风玻璃。
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。
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。
可选地，第一虚像和第二虚像为多维图像。通过HUD***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。
可选地，第一虚像和第二虚像包括图像子集，其中子集的每个图像在距离场镜焦距的不同距离处实现，使得当其投射到显示屏上时，从适眼区看过去，子集的每个图像都具有不同的表观深度。
可选地，该***还包括光敏器件，该光敏器件被布置为，通过场镜捕获由显示屏反射的光。这允许该***充当可用于监视环境和/或所述环境内的用户的相机。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供无重影平视显示器的方法，该方法包括在图像生成单元处生成图像，所述图像将被呈现在显示屏上以反射向预定适眼区，所述显示屏具有前表面和后表面，在图像生成单元和显示屏之间设有场镜，其中一部分入射到显示屏前表面的光被反射，形成第一虚像，并且一部分所述光透过所述显示屏并入射到后表面，形成与所述第一虚像偏移的第二虚像，以及配置场镜，使得偏移量低于阈值幅度且从适眼区看，第一虚像和第二虚像基本上是重叠的。
本发明的其他方面将从所附的权利要求书中显现。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1是使用楔形挡风玻璃的已知HUD***的示意图。
图2是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图3是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图4是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图5是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图6是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图7是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图8是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图9是表示在不同厚度的显示屏下，入射角与(a)纵向位移和(b)横向位移之间关系的一对曲线图，给定挡风玻璃的折射率为1.5。
图10是表示在显示屏的折射率范围内，重像的纵向位移和横向位移的曲线图，给定挡风玻璃的厚度是8mm。
图11描述了根据本发明实施例的放大***的操作。
图12是表示不同投影距离下，场镜的焦距与像平面到焦平面的距离之间关系的曲线图。
图13描绘了根据本发明实施例的漫射器的操作。
图14是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图15示出了根据本发明实施例的HUD***的示意性3D模型和原型。
图16是显示用于设计和实现根据本发明实施例的HUD***的组件的步骤的流程图。
图17示出了根据本发明实施例的HUD***的模拟。
图18是根据本发明实施例的HUD安装环境的模型。
图19是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图20示出了根据本发明实施例的HUD***的模拟。
图21示出了根据本发明实施例的HUD***的模拟。
图22是根据本发明实施例的HUD***的示意图。
图23示出了根据本发明实施例的HUD***的模拟。
图24示出了根据本发明实施例的HUD***的模拟。
具体实施方式
在本发明的一个方面，装置和显示器安装在车辆中，例如机动车辆中。尽管下面的描述是参照使用挡风玻璃作为显示屏的机动车辆的HUD进行描述的，但是本文描述的发明和概念适用于其他形式的HUD(例如那些安装在其他形式的车辆、可穿戴平台上的，诸如头盔或护目镜或其他已知类型的HUD)，以及一般的显示器。
特别地，设想本发明安装使用在受限环境中，例如可以在陆地(公路/越野、或轨道)、海下或海上、空中或太空中操作的车辆中。实例可以是但不限于汽车、公共汽车、卡车、挖掘机、用于重型任务的外骨骼套装、摩托车、火车、主题公园游乐设施；潜艇、轮船、小型船只、游艇、摩托艇和其他类型的海上交通工具；飞机、滑翔机和其他类型的飞行器、宇宙飞船和航天飞机。此外，该技术可以安装/集成在移动平台中，例如驾驶员/操作员的头部/眼睛保护装置，例如头盔或护目镜中。因此，任何涉及佩戴防护头盔/护目镜的活动都可以利用本文所述的本发明。这些防护头盔/护目镜可以但不限于被摩托车手/自行车手、滑雪者、宇航员、外骨骼操作员、军事人员、矿工、水肺潜水员和建筑工人佩戴。此外，它可以在游戏机、街机的独立环境中使用，并且与外部2D/3D显示器的组合一起使用，其可以用作仿真平台。此外，它还可在用于教育和娱乐目的的机构和博物馆中使用。
图1描述了使用楔形挡风玻璃的传统HUD***。
示出了将图像投射到挡风玻璃1a上的图像生成单元(PGU)100a，该图像被挡风玻璃1a的前表面2a和后表面3a两者反射。挡风玻璃1a由三层形成：第一玻璃层4a、第二玻璃层5a和以α角将第一玻璃层和第二玻璃层偏置分开的中间楔形层6a。由于楔形层6a，挡风玻璃1a的前表面2a和后表面3a与入射光成不同的角度，使得由每个表面反射的图像彼此重叠——并被观察者200a感知为单个图像，从而有效地去除任何重影。然而，这种类型的楔形挡风玻璃价格昂贵，难以制造和安装，并且通常不如传统挡风玻璃灵活和坚固。
图2示出了根据本发明实施例的HUD***10。
该HUD***10由PGU 100、漫射器110、场镜120和传统挡风玻璃1组成。PGU 100由投影仪提供，但技术人员将理解，任何合适的光源和成像装置都可以使用，只要它们能够以下述方式进行操作。因此，在一个实施例中，所述PGU 100由激光和2D扫描镜或全息单元形成，该全息单元产生计算机生成的全息图，以在漫射器110上成形。在替代实施例中，所述PGU100是光场单元，以产生三维立体光场图像而在漫射器110上成形。数字微镜装置(DMD)、液晶显示器(LCD)装置、硅基液晶(LCoS)显示器、激光投影仪、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、量子点发光二极管(QLED)显示器和微型发光二极管(μLED)显示器也可用在PGU 100中或用作PGU 100。技术人员将理解，在DMD、LCoS和LCD实施例中，所述PGU 100将进一步包括初始光源。相比之下，包括LED的PGU 100将不需要任何其他发光组件。此外，在DMD、LCoS、LCD或LED、OLED、QLED、μLED实施例中，不需要外部图像实现表面，从而不存在漫射器110。
在一个实施例中，PGU 100能够解决由光传输透过用于操纵光路的组件造成的任何失真，使得用户可见的最终图像正确地显示。在一个实施例中，这通过在PGU 100中(或以其他方式与之通信)的基于软件的失真校正模块来实现，该模块在投射之前将预补偿反失真应用于数字域中的图像上。在一个实施例中，失真校正模块根据投影光学器件的光学组件和显示器计算预期失真，并确定必须应用的反失真，使得用户可见的最终图像不失真。这允许PGU考虑每个图像的光路中的不对称性。这种预补偿失真可以由软件以已知方式确定。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。
在使用中，PGU 100将光投射到漫射器110上以形成图像。然后通过场镜120投射该图像，场镜120将投影图像会聚到挡风玻璃1上，并在挡风玻璃1上将该图像反射向观察者200。技术人员将理解，可以使用任何合适的聚焦和放大光学器件，只要它们满足下面所设定的要求。在一个实施例中，场镜120由菲涅耳透镜提供。在一个实施例中，场镜120被配置为，使得来自PGU 100的发散光束改变为接***行的光束。
来自PGU 100的光透过场镜120并传输到挡风玻璃1上的路径，被称为光路。技术人员将理解，可以沿着PGU 100和场镜120之间或场镜120和挡风玻璃1之间的光路放置任意数量的中间反射器/透镜或其他光学组件，以便必要时操纵光路(例如，以最小化HUD***10的整体尺寸)。
本发明的一个方面是它允许灵活的、可配置的***，这将导致重影以非特定安装的方式减少。如下文详述，通过要求原始图像和重影之间的角间距小于人眼的角分辨率，并相应地实现HUD***，用户身高、显示角、尺寸等的变化都可以考虑在内。
图3、4和5描绘了包括这种中间光学器件的实施例，但为了方便起见，既没有示出场镜120也没有示出挡风玻璃1。
图3(a)示出了由PGU 100、漫射器110、第一镜、第二镜和第三镜111、112、113和场镜114组成的HUD***10。如上文关于图2的描述，PGU 100可以由任何合适的图像生成装置提供，包括那些不需要漫射器110的装置。未示出场镜120和挡风玻璃1，但与图2的实施例一样，它们将进一步沿着光路布置。
在使用中，PGU 100和漫射器110(如果存在)布置成将图像投射到镜111上，镜111将图像反射到镜112上。镜112可围绕z轴旋转，如曲线箭头所示。图像转而被反射到镜113上，镜113将图像重定向并透过场镜114。
有利地，这种布置是灵活的，因此允许在多种不同条件下(例如不同的挡风玻璃厚度或驾驶员的倾斜角高度等)将无重影图像投射到显示器上。在本实施例中，可以调整PGU100和镜112，以确保无重影投射。
图3(b)示出了由PGU 100、漫射器110、第一镜和第二镜111、112以及场镜113a组成的HUD***10的替代实施例。与图3(a)的实施例一样，可以采用任何合适的图像生成和实现装置。再一次，挡风玻璃1没有描绘出来，但与图2的情况一样，将沿着光路布置。
在使用中，如上文关于图3(a)的描述，PGU 100和漫射器110布置成将图像投射到镜111和112上。在本实施例中，镜112是固定的，并用于将图像朝场镜113a重定向。
在该实施例中，***的可调节性来自可旋转的折叠镜以补偿***变量的差异。
所有这些折叠镜都可以用凹面镜或自由曲面代替，以补偿成像失真或充当放大元件，从而降低场镜的放大倍率。
图4示出了由PGU 100、漫射器110以及第一镜、第二镜和第三镜111b、112b、113b组成的HUD***10的又一替代实施例。与图3(a)和3(b)的实施例一样，可以采用任何合适的图像生成和实现装置。虽然未描绘场镜120和挡风玻璃，但它们将进一步沿着与图2一致的光路布置。
在使用中，PGU 100和镜111b布置成将来自PGU 100的光反射到漫射器110，漫射器110又将图像反射到镜112b上，最后反射到镜113b上。技术人员将理解，漫射器110可以位于场镜120之前沿着光路的任何点。镜112b和113b都可以围绕x轴旋转，以便精确控制投影图像的方向和调整***中的任何变化，从而提供更加可调节的***。
图5(a)描绘了一个实施例，其中波导115a位于场镜120之后并且用于将PGU 100发射的光朝着挡风玻璃1(未示出)重定向。图5(b)描绘了替代实施例，其中波导115b用于重定向和发散来自PGU 100的光以放大图像。尽管未示出，但设想波导115a和115b将被实施为图2-4中所描绘的任何HUD***10的一部分。在另一实施例中，波导115a和115b被衍射光学元件(DOE)或全息光学元件(HOE)代替。技术人员将理解，可以使用任何适当的反射或折射光学组件，只要它们以所述方式操作。
图3、4和5中所描绘的本发明光学器件的布置使HUD***10能够适应具有不同厚度或倾斜角的挡风玻璃，或者适应具有不同高度的观察者。这也可以通过改变图像生成单元100相对于场镜120的倾斜度来实现。为了看到由挡风玻璃1反射的图像，用户的眼睛必须位于其中的区域被称为适眼区。在图3-5中的每一个图中，设想可旋转镜设有一个或多个与控制装置通信的致动器——从而允许改变它们的旋转角度。在另一实施例中，在每个镜、漫射器110和PGU 10上设有额外的致动器，以改变它们在x、y和z平面中的每一个平面中的相对位置和角分量。
在一个实施例中，HUD***10还被配置为通过自动立体镜提供3D效果，其中使用双眼视差来产生深度感知。
图6描绘了由两个PGU 100a、100b和一对场镜120a、120b组成的HUD***10的实施例。如上文中至少关于图2的描述，PGU 100a、100b中的每一个可以由任何合适的图像生成装置提供。为简单起见，未示出漫射器110、场镜120和挡风玻璃1，但与图2的实施例一样，它们将进一步沿光路设置。
在使用中，通过专用场镜120a、120b，PGU 100a、100b中的每一个将立体图像对中的一个图像投射到观察者的眼睛200a、200b中的一只眼睛中。因此，观察者看到两个具有不同双眼视差的基本相同的图像。对于观察者的每只眼睛，根据下面讨论的原理生成无重影图像。
图7描绘了由PGU 100、场镜120、分束镜116、第一镜和第二镜112a、112b以及另一对场镜120a、120b组成的HUD***10的替代实施例。
在使用中，PGU 100通过将单个图像投射透过场镜120并投射到分束镜111上来生成立体图像对的两个图像。然后图像投射向镜112a和112b中的每一个，并投射透过场镜120a和120b，再投射向观察者的相应眼睛200a、200b。
HUD的光学***基于其不同的功能和逻辑顺序可分为三部分：组合器***、放大***和中间光学器件。组合器***定义了HUD和安装环境之间的整体关系。例如，如图8所示，HUD***10的安装位置、从HUD射出的光束到挡风玻璃1的入射角以及从挡风玻璃1反射回来的光束到观察者/驾驶员200的角度。一旦定义了组合器***的几何构造，就可以设计放大***以将投影图像放大到适当的尺寸，使得驾驶员可以舒适地观察信息。可以设计放大***，使挡风玻璃1的前表面2和后表面3反射的图像之间的角度偏移接近人眼的最小分辨能力，从而解决重影问题。如上所述，本发明的一个优点是，在***的几何构造发生变化的情况下，可以调整放大***和/或组合器***以确保产生无重影图像。
在设计放大***时，需要考虑HUD的几个重要参数，例如分辨率、视野(FoV)和适眼区。在定义了组合器***和放大***之后，则知道了中间光学器件***的要求，例如镜的尺寸和位置以及漫射器110(如果使用)的漫射角。
组合器***
为了设计组合器***，需要了解***的要求和安装环境的限制。图8描绘了一个示范性的环境。
图8描绘了利用车辆的挡风玻璃1作为组合器装置的HUD***10。将PGU 100、漫射器110和场镜120(未示出)定位，以便从位置(x1，y1)或位置(x2，y2)投射图像。图像P0从挡风玻璃1的前表面2和后表面3反射向位于Lx,Ly处的观察者200——导致在第一图像平面上生成原始图像P1并在第二图像平面上生成重影P2。挡风玻璃1的特点是几个参数：挡风玻璃的折射率n、挡风玻璃的厚度dc和挡风玻璃的倾斜角α。这些因素定义了挡风玻璃1的前表面2反射的原始图像和挡风玻璃1的后表面3反射的重影之间的横向位移δy和纵向位移δx。关系由以下等式给出：
Figure BDA0003611733090000091
Figure BDA0003611733090000092
其中γ是从HUD***10射出的光束的入射角。在实践中，横向位移δy是主要关注点，因为驾驶员只会观察到原始图像和重影之间的横向位移。正如我们在等式(1)中看到的，δy受n、dc和γ的影响。典型的折射率n通常在1.5到1.52的小范围内，如果n取为n＝1.5，则可以绘制出一系列挡风玻璃厚度下，例如，从0毫米到10毫米的厚度下，入射角和双像之间的位移之间的关系。结果如图9(a)和9(b)所示。
从图9(b)可以看出，对于相同的入射角，随着挡风玻璃厚度的增加，横向位移增加。从图9(a)可以看出，对于不同厚度的挡风玻璃，随着入射角的增大，δy先增大并在50°左右达到其最大值，然后减小直至达到0°。在实际情况下，γ小于50°，在这种情况下，需要较小的入射角，以减小或消除纵向位移δy。
图10描绘了在1.49和1.54之间的折射率范围内横向位移和纵向位移随入射角的变化。这表明折射率没有太大影响，因此在设计HUD***10时，是一个不太重要的因素。
对于给定的车辆模型，挡风玻璃1的折射率、厚度和挡风玻璃1的倾斜角α是设定的。同时，观察者的位置通常也是固定的，这意味着Lx和Ly的值是已知的。因此，对于给定的n、dc、α、Lx和Ly，我们可以调整HUD(x,y)的位置，得到不同的入射角的如下关系：
Figure BDA0003611733090000101
从等式(3)可以看出，对挡风玻璃1的入射角由挡风玻璃1的倾斜角和观察者200的位置决定。为了减小双像的横向位移，必须通过增加y的值和减小x的值来减小入射角的度数。例如，在图8中，相比位置(x1,y1)，位置(x2,y2)提供了更小的γ值。
放大***
一旦确定了安装环境参数和HUD***10的位置，就可以计算出δy的值。然后可以定义实现无重影投影所需的投影距离。
人眼能够辨别的最小角分辨率为0.02度或0.0003弧度，这意味着，如果在图像与观察者200之间的距离处观察到的δy小于0.0003弧度，则观察者200会将两个图像视为一个图像。图像和观察者200之间的距离记为dei，它允许将去除重影的条件写成：
Figure BDA0003611733090000102
因此，dei＝δy/0.0003或更大的值是满足需要的，这可以通过修改放大***来实现。
图11描绘了一个抽象放大***的关键特征。为了便于理解，图11描绘了具有焦距为f的单个场镜120的***。尺寸为h的图像形成在距场镜120距离为do的图像平面300上，并传输透过透镜120，在图像平面400上形成尺寸为H的图像。dei是投影图像与观察者200的左眼L和右眼R之间的距离，由等式(4)给出。环境安装参数定义了出射光圈与观察者之间的距离dv，使得虚像平面400与透镜之间的距离di＝dei-dv以及放大倍数M＝H/h为已知的。成像方程可以写成：
Figure BDA0003611733090000103
由于放大***产生虚像，所以di前面的符号为负，以保持di为正数。
重新排列等式(5)给出：
Figure BDA0003611733090000104
由于di已知，所以do随着f变化而变化。如果选择焦距较长的透镜，则do的值也会增加。
在选择透镜的焦距时，还必须考虑失真效应。当图像平面靠近焦平面时，可能会观察到目标图像的桶形失真，其随着距中心点的距离的平方而增加。解决此问题的一种方法是选择具有更大光圈或更长焦距的透镜。对于固定的投影距离，焦距与图像平面和焦平面之间的距离之间的关系如图12所示。可以看出，对于给定的投影距离，较长的焦距提供较大的f-do值，这可以减少失真。然而，较长的焦距可能会增加***的整体光路，从而使其体积庞大。因此，需要选择透镜的焦距，以平衡图像质量和整体HUD尺寸。
另一个需要考虑的重要因素是透镜的光圈。HUD具有特定的视野(FoV)并将图像投射到适眼区。FoV是观察者200可见的虚像的角度大小，而适眼区通常被定义为矩形框，观察者200在其中移动他们的头部并且仍然可以看到虚像。较大的FoV允许观察者200看到较大的图像，并且较大的适眼区定义了驾驶员可以看到HUD内容的有效区域。HUD***10的理论FoV由目标图像的大小和透镜的放大倍率决定，而HUD***10的适眼区由透镜的光圈决定。FOV值可以表示为：
Figure BDA0003611733090000111
参考图11中的模型，考虑了三种不同的光圈尺寸W1-W3。实现理论FoV的最小光圈尺寸，W1，允许双眼看到虚像的光圈尺寸，W2，以及允许驾驶员在适眼区内移动头部的光圈尺寸，W3。然后给出以下等式：
Figure BDA0003611733090000112
Figure BDA0003611733090000113
Figure BDA0003611733090000114
其中ipd代表瞳孔间距，Se代表适眼区尺寸。在实际应用中，Se通常大于ipd，使得W3>W2>W1，因此，透镜的最小光圈尺寸由W3决定。一旦确定了dei和dv的值，透镜所需的光圈尺寸由等式(10)给出。
因此，由理论上的考虑来驱动和确定***要求，从而确保生成的图像始终是无重影图像。
中间光学器件
前面章节详细介绍了HUD安装位置的确定、对应的投影距离以及合适透镜的选择。中间光学器件用于进一步定制光路，可用于以较小的整体***体积实现高效率。中间光学器件可以包括附加透镜、漫射器、镜波导、衍射光学元件、全息光学元件或透明玻璃。
场镜120是***中的主要光学元件，直接影响投影图像的质量。考虑到HUD***10的适眼区，通常需要的光圈尺寸非常大。因此，选择菲涅耳透镜作为场镜120。然而，菲涅耳透镜的成像质量不如普通光学透镜，会给投影图像带来失真和像差。因此，在一个实施例中，为了优化成像质量，可以使用透镜组代替单个菲涅耳透镜来提高成像质量。
在一个实施例中，另一个重要光学组件是漫射器110。在传统的HUD中，PGU 100，例如LED面板或LCD屏幕，被用作图像源，其中漫射器110不是必需的。然而，LED面板和LCD屏幕的一个关键缺点是这类PGU产生的图像的亮度和对比度都相当低，使得在白天很难看到投影图像。为了提高HUD***10的亮度和对比度，可以使用数字微镜器件(DMD)投影仪作为PGU100。这需要在投影仪之后放置漫射器110以将来自DMD的光漫射出去，使得观察者200可以看到完整的图像。
在选择漫射器110时，有三个重要因素：透光率、扩散角和尺寸。对于透光率，越高越好。至于扩散角和尺寸，由上面讨论的放大***决定。
图13描绘了由PGU 100、漫射器110和场镜120组成的HUD***10的一部分。为简单起见，漫射器110和场镜120由表示它们的位置和方向的单线表示——分别被称为漫射器平面和透镜平面。漫射器110位于距PGU 100的距离为dd的位置处，并且漫射器110和场镜分开相距d1。Wa是场镜120的光圈尺寸。
在使用中，PGU 100将光投射到漫射器110上以形成图像，该图像转而被引导透过场镜120。因此，漫射器平面相当于图11所示的放大***中描述的图像平面。
在图13中，η是PGU 100的发散角，ε是漫射器110的扩散角。回顾图11，图像的大小定义为h，由放大***决定，以满足FoV和适眼区的要求。为了获得正确的h值，PGU 100和漫射器110之间的距离必须满足以下条件：
Figure BDA0003611733090000121
那么漫射器110的尺寸应大于h。至于扩散角的选择，可以从图11推导出来：
Figure BDA0003611733090000122
选择小的扩散角会限制有效视角，而选择大的扩散角会降低显示器的光强度。此外，光圈尺寸应尽可能大，以至少达到所需的适眼区。因此，扩散角应满足Wa<W3的要求，以便达到最大的光效率。
镜是***中另一个重要的光学器件，用于改变光路以减小整个***体积或方便***设计。一旦定义了放大***的主要结构，就可以通过建立的光路计算添加到***中的镜的尺寸和位置，以确保镜不充当孔径光阑，对HUD***10的性能产生负面影响。
***设置
图14示出了示范性安装环境，其中HUD***10以与图2和图8相同的方式布置，其中在图15(a)中描绘了各个组件。挡风玻璃倾斜角为72°，挡风玻璃折射率为1.5，挡风玻璃厚度为8mm。Lx为1.22m，Ly为70mm。观察者200与菲涅耳透镜之间的距离dv约为1.5m。按照上面章节中所描述的方法，选择29°作为最小入射角，允许计算出双像的纵向位移为4.78mm。因此，理想的投影距离约为14m。为了实现14m的投影距离，采用焦距为400mm、光圈尺寸为300mm×300mm的菲涅耳透镜。根据等式(6)，图像平面应位于距菲涅耳长度焦平面20mm处。目标FoV为8°×4°，适眼区设置为130mm×50mm。因此，菲涅耳透镜理论上所需的光圈尺寸为344mm×172mm。因此，使用光圈尺寸为300mm×300mm的菲涅耳透镜，实际的适眼区约为100mm×50mm。对于漫射器110，选择具有90％透射率和30°扩散角的全息漫射器。
为了实现高投影角度和减小安装尺寸，如图15所示，两个镜111、112位于漫射器110和场镜120之间。图15示出了由PGU 100、漫射器110、两个镜111、112和场镜120组成的HUD***10。***10以与前文至少关于图2-4所述相同的方式操作。
图16总结了用于设计前文所述的HUD***10的过程。
在步骤S100，输入环境条件。这些包括挡风玻璃1的倾斜角、厚度和折射率、观察者200的位置和可用安装体积。然后用这些来计算重影的纵向位移以及虚像距离。
在步骤S110，用所计算的虚像距离和期望的FoV和适眼区尺寸来定义场镜120所需的焦距。
在步骤S120，用场镜120和PGU 100的输出特性来计算漫射器110(如果使用)的必要位置和参数以及***10中采用的任何镜的光圈。因此，输出参数根据环境条件进行调整。
图17(a)和(b)描绘了本发明实施例的模拟，该实施例使用了PGU 100、漫射器110、两个反射镜111、112和场镜120。模拟基于倾斜角为78°、厚度为8mm、折射率为1.5的挡风玻璃。在这种情况下，将图像投射到15m的距离处以实现无重影图像。
图17(c)显示了投射光在场镜120上的覆盖区，以表明如果每个组件的尺寸设置正确，则没有渐晕效应。
涉及不对称或高度弯曲的挡风玻璃的应用
与传统的汽车挡风玻璃相比，高速列车中所用的挡风玻璃的厚度要高得多，曲率也是如此。此外，这些挡风玻璃通常比传统道路车辆的挡风玻璃贵很多。因此，为高速列车制造楔形挡风玻璃在经济上特别不实用。然而，基于本发明的原理，提供了不需要对挡风玻璃进行修改的无重影HUD。
高速列车驾驶舱的代表性模型如图18所示，在关注的区域(即内部挡风玻璃表面上的区域，图像投影在该区域中)中，其具有的挡风玻璃倾斜角为20°、挡风玻璃的玻璃折射率为1.5、挡风玻璃厚度为28mm以及圆柱形轮廓的焦距为714mm。HUD的典型安装位置提供从HUD到挡风玻璃的59°的入射角。根据等式(1)和等式(2)，要实现无重影投影，投影距离需要高于66.67米。然而，要实现如此远距离的投影，光学组件的精度必须非常高，并且图像尺寸也必须非常大。作为折衷方案，使用了20米的目标投影距离。
因此，高速列车HUD的设计目标是将图像投射到20米外，视野为H7°xV4°，适眼区为130mm×50mm。由于其曲率和厚度，挡风玻璃将充当各向异性光学组件，沿水平方向(次要方向)和垂直方向(主要方向，沿着该方向主要可见到重影)具有不同的放大倍率。需要设计HUD***的其余部分来适应这种情况。
同样地，如果使用单个透镜将图像投射到20米外，那么挡风玻璃将充当柱面镜，按照离轴成像规则对其进行重新成像，从而使最终图像呈现在驾驶员前方非常短的投影距离内(例如，小于一米)。因此，挡风玻璃的曲率必须通过使用另外的光学组件来进行补偿——例如第二各向异性光学组件，例如柱面透镜或柱面镜。在一个实施例中，另外的光学组件可以是用于更复杂的挡风玻璃轮廓的自由曲面透镜或自由曲面镜。
图19描绘了由折叠镜211、一个各向同性场镜220和一个凹柱面透镜221形成的HUD***10的实施例，该HUD***10被配置为将图像投射到挡风玻璃201上以供观察者200观看。为简单起见，未示出图像生成单元或漫射器，但是可以采用任何合适的图像生成和实现装置。
在使用中，生成的光学对象由PGU投射，并首先由场镜220成像，使得图像位于挡风玻璃2011的一个焦距内，以便挡风玻璃201将其成像到20米外。由于挡风玻璃201的作用类似于柱面镜，它仅沿其功率方向具有放大倍率，功率方向是对重影的产生没有显著影响的次要方向(即δx)。沿着主要方向，图像距离观察者只有1.5米的表观投影距离，因此没有实现无重影投影。为了实现无重影投影，使用了柱面透镜221，其仅具有沿主要方向的光学功率。柱面透镜221被放置在普通透镜之后10mm处，并且其被配置为使得沿主要方向的最终投影距离为20米，从而与次要方向的投影距离相匹配。总之，图像在两个方向上都投射到了20米处。
图20和21中描绘了图19所示光学设置的2D和3D模拟结果。图21(a)是全适眼区的成像斑点图，显示了所生成的光学对象的九个视野。图21(b)显示了由于光学组件，包括挡风玻璃201在内，导致的结果图像失真。
为了进一步优化成像质量，可以根据需要将更多的光学器件沿光路引入***。此外，如图21(b)所示，由于图示的设置所提供的沿水平观看方向和垂直观看方向的放大倍率差异，上述实施例中的观察者201所观看的图像将沿水平方向出现挤压。在一个实施例中，使用预补偿图像生成装置以已知方式对此进行校正。
图22示出了与图19相同的替代实施例，除了使用柱面镜212代替镜211和柱面透镜221。按照与图19相同的原理，用透镜220将所产生的光学对象成像，然后由挡风玻璃201沿次要方向将其进一步成像到20米外。然后，利用柱面镜212，沿主要方向增加光学功率，对重影产生影响，以匹配沿主要方向的20米的投影距离，从而实现无重影投影。
图23和24中描绘了图22中所示的光学设置的2D和3D模拟结果。可以看出，尽管柱面镜212的使用会对绝对失真和整体图像质量产生负面影响，但它可以减少全彩色图像中的消色差的色散。
因此，提供了根据本发明一方面的HUD***10。

Claims (29)

1.一种用于提供无重影平视显示器的图像生成***，所述***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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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1-9中任一项所述的图像生成***，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***，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***，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.根据权利要求14所述的图像生成***，其特征在于，所述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。
16.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，还包括与图像生成单元通信的图像处理器，其中所述图像处理器被配置为解决由光学设置引起的失真，使得图像在显示屏上看起来不失真。
17.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，所述平视显示器的显示屏是车辆的挡风玻璃。
18.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，所述第一虚像和第二虚像涉及立体图像对的第一图像。
19.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，场镜、投影单元和/或中间光学组件(如果存在)中的一个或多个能够相对于彼此移动。
20.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，所述第一虚像和第二虚像为多维图像。
21.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，其特征在于，所述第一虚像和第二虚像包括图像子集，其中子集的每个图像在距离场镜焦距的不同距离处实现，使得当其投射到显示屏上时，从适眼区看过去，子集的每个图像都具有不同的表观深度。
22.根据前述任一权利要求所述的图像生成***，还包括光敏器件，所述光敏器件被布置为，通过场镜捕获由显示屏反射的光。
23.一种用于提供无重影平视显示器的方法，所述方法包括：
在图像生成单元处生成图像，所述图像将被呈现在显示屏上以反射向预定适眼区，所述显示屏具有前表面和后表面，
在所述图像生成单元和所述显示屏之间设有场镜，
其中一部分入射到所述显示屏前表面的光被反射而形成第一虚像，并且一部分所述光透过所述显示屏入射到后表面而形成与所述第一虚像偏移的第二虚像，以及
配置场镜，使得偏移量低于阈值幅度且从适眼区看，第一虚像和第二虚像基本上重叠，
识别适眼区或显示屏的变化，并调整在图像生成单元和/或场处生成的图像，使得从适眼区观看时，第一虚像和第二虚像基本重叠。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括配置所述图像生成单元和所述场镜，使得入射在所述显示屏的前表面上的光是准直的。
25.根据权利要求23和24中任一项所述的方法，还包括将所述第一虚像投射到距适眼区第一投影距离处的第一虚像平面上，将第二虚像投射到距适眼区第二投影距离处的第二虚像平面上。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，还包括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。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述阈值角分辨率等于像素的尺寸。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述阈值角分辨率等于人眼的角分辨率。
29.根据权利要求23-28中任一项所述的方法，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。
CN202080074528.7A 2019-10-24 2020-10-23 无重影的平视显示器 Pending CN114600034A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1915455.8 2019-10-24
GB201915455A GB201915455D0 (en) 2019-10-24 2019-10-24 Ghost image free head-up display
GB201915608A GB201915608D0 (en) 2019-10-24 2019-10-28 Ghost image free head-up display
GB1915608.2 2019-10-28
PCT/GB2020/052700 WO2021079154A1 (en) 2019-10-24 2020-10-23 Ghost image free head-up display

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114600034A true CN114600034A (zh) 2022-06-07

Family

ID=68768869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080074528.7A Pending CN114600034A (zh) 2019-10-24 2020-10-23 无重影的平视显示器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220390743A1 (zh)
EP (1) EP4004627A1 (zh)
JP (1) JP2022554052A (zh)
CN (1) CN114600034A (zh)
GB (2) GB201915455D0 (zh)
WO (1) WO2021079154A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080238814A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Denso Corporation Head-up display apparatus
CN102902064A (zh) * 2011-07-24 2013-01-30 株式会社电装 平视显示设备
CN208721892U (zh) * 2018-08-03 2019-04-09 深圳前海智云谷科技有限公司 斜投平反式抬头显示装置
CN110221430A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 蒋晶 Hud***和多屏拼接式衍射显示***
CN110794580A (zh) * 2018-08-03 2020-02-14 深圳前海智云谷科技有限公司 汽车抬头显示***及其安装方法和消除重影的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0659787B2 (ja) * 1986-03-28 1994-08-10 矢崎総業株式会社 車載用ヘツドアツプデイスプレイ装置
CN102253491B (zh) * 2011-06-24 2014-04-02 南京炫视界光电科技有限公司 不对等焦距、高放大倍率的虚像显示光机
GB201508006D0 (en) * 2015-05-11 2015-06-24 The Technology Partnership Plc Optical system for a display with an off axis projector
EP3405828A1 (en) * 2016-01-22 2018-11-28 Corning Incorporated Wide field personal display
WO2017163288A1 (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置、及び車両
CN107703633A (zh) * 2017-10-30 2018-02-16 苏州车萝卜汽车电子科技有限公司 风挡式抬头显示装置以及削弱重影的方法
JP6593461B2 (ja) * 2018-01-12 2019-10-23 株式会社Ｊｖｃケンウッド 虚像表示装置
GB2576738B (en) * 2018-08-29 2020-08-19 Envisics Ltd Head-up display
CN113424096A (zh) * 2019-02-12 2021-09-21 赛伊视觉公司 全息平视显示装置
CN113661432B (zh) * 2019-06-26 2023-07-14 Jvc建伍株式会社 平视显示装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080238814A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Denso Corporation Head-up display apparatus
CN102902064A (zh) * 2011-07-24 2013-01-30 株式会社电装 平视显示设备
CN110221430A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 蒋晶 Hud***和多屏拼接式衍射显示***
CN208721892U (zh) * 2018-08-03 2019-04-09 深圳前海智云谷科技有限公司 斜投平反式抬头显示装置
CN110794580A (zh) * 2018-08-03 2020-02-14 深圳前海智云谷科技有限公司 汽车抬头显示***及其安装方法和消除重影的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022554052A (ja) 2022-12-28
GB201915608D0 (en) 2019-12-11
US20220390743A1 (en) 2022-12-08
EP4004627A1 (en) 2022-06-01
WO2021079154A1 (en) 2021-04-29
GB201915455D0 (en) 2019-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3443404B1 (en) Waveguide-based displays with exit pupil expander
US11698528B2 (en) Multi-depth display system
JP7481764B2 (ja) 方向操作可能なアイボックスを備えた拡張現実ヘッドアップディスプレイ
JP7190873B2 (ja) Ｈｕｄシステム及びｈｕｄのための光学素子
US10725295B2 (en) Multi-depth augmented reality display
US8009949B1 (en) Fiber bundle head up display
US11287652B2 (en) Apparatus for generating a virtual image with interference light suppression
US20240210691A1 (en) Holographic projection device
JP2021028724A (ja) 投影装置及び投影方法
US20190035157A1 (en) Head-up display apparatus and operating method thereof
US20230393387A1 (en) Ghost image free projection at arbitrary distance
WO2020261830A1 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP7183981B2 (ja) 虚像表示装置
US20220390743A1 (en) Ghost image free head-up display
WO2019150122A1 (en) Autostereoscopic display
US11630303B2 (en) Multi-depth augmented reality display
WO2019150129A1 (en) Polarising display
WO2020031549A1 (ja) 虚像表示装置
JP7111070B2 (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
CN117590611A (zh) 一种多焦面显示***、用于汽车的抬头显示***及层析方法
FUJITA et al. Development of an automotive head-up display using a free-form mirror based optical system
CN114815241A (zh) 抬头显示***、方法及车载***
CN117716263A (zh) 投影单元和具有投影单元的投影装置
GB2579117A (en) Multi-depth augmented reality display

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chu Daping

Inventor after: Deng Yuanbo

Inventor before: Chu Daping

Inventor before: Deng Yuanbo