JP7486822B2 - ホログラフィックヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

開示された発明は、一般に、誘導可能な射出瞳面を有するヘッドアップディスプレイ装置に関する。より具体的には、本発明および本明細書に含まれる教示は、様々な実施形態と共に、フロントガラスなどの物体の表面にコンピュータ生成ホログラムを表示するための手段を共に形成する点光源、光学誘導装置および空間光変調素子を備えるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

仮想ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、航空機、陸上車両、小売店の窓において使用され、すぐ周囲に重ね合わせられる情報を人／ユーザに提示する。多くの車両ＨＵＤは、配信される任意の関連情報の２Ｄまたは３Ｄ立体画像をユーザに提供するために、光コンバイナとしてフロントガラスの内面を利用する。

従来のＨＵＤの重要な問題は、ソフトウェアベースの収差補正およびアイボックス調整などの能力を欠いていることである。ディスプレイから放射される情報が車両のフロントガラスから反射されるときに収差があるという事実のために、単一の光学部品が設計されて大きな視野（ＦＯＶ）収差のない画像を形成することはできないが、収差補正自体は、より大きなＦＯＶがより大きなアイボックスにわたって投射されることを可能にする。ホログラフィックＨＵＤ機構は、ホログラフィック頭部装着型装置を用いて広視野（ＦＯＶ）が達成可能であり、収差補正、ならびに瞳孔間距離が動的に調整可能である場合など、従来のＨＵＤ用途に勝る多くの利点を有する。

動的ホログラフィは、能動光学素子として空間光変調器（ＳＬＭ）を含み、これは、２つの空間座標および時間の関数である２次元複素乗算光透過性を実装するように動的にプログラム可能なデバイスである。ホログラフィックディスプレイ用途では、ＳＬＭは、一般に、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）を表示するために展開される。当該技術分野における既存のＳＬＭ技術は、いくつか例を挙げると、一般に、液晶技術、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）技術、ＭＥＭＳベースのデジタルマイクロミラーアレイ技術に基づいている。ＬＣＤ ＳＬＭは、透過型であるが、ＬＣｏＳ ＳＬＭは、原則として反射型である。液晶に基づく透過型ＳＬＭは、その結果として画素開口内に埋め込まれているそれに関連する電気回路から生じるより大きな画素ピッチを有する。一方、反射型ＬＣｏＳ ＳＬＭは、問題の画素の下方に電子機器を埋め込むことが可能であるため、はるかに小さい画素ピッチを有するように構成されることができる。ＳＬＭは、完全複素変調を提供することが理想的に予測されるが、実際のＳＬＭは、位相限定、振幅限定、バイナリ変調などのいくつかの制限されたタイプの変調のみを提供する。所望の完全複素ホログラムを制限された形態のホログラムに符号化するために、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ－Ｓａｘｔｏｎ、反復フーリエおよび誤差拡散などの多数のアルゴリズムが設計されている。これらの手順および用途は、一般に、信号ビームと共にノイズの発生をもたらす。ＳＬＭに関する別の実際的な問題は、ほとんどのＳＬＭが１００％の変調効率を有しないこと、すなわち、入射光の一部のみがＳＬＭによって変調され、残りの光は変調されないままであるということである。ほとんど全てのＳＬＭは、画素化されたデバイスであり、その結果、信号、ノイズおよび無変調ビームのより高い回折次数のレプリカの生成をもたらす。ホログラフィックＨＵＤ設計の場合、主信号ビームのみが眼に入り網膜に到達すべきである一方で、ノイズおよび無変調ビームならびにより高次の回折次数のレプリカからのビームは遮断されるべきである。この要件は、追加の手段を必要とする。

本発明の技術分野における先行技術文献の１つは、国際公開第２０１６１０５２８５号パンフレットとして呼ばれることがあり、これは、広い視野（ＦＯＶ）を有する低解像度周辺ディスプレイと組み合わせた鮮明な中心窩視野、および高解像度の誘導可能な画像を作成することができる回転可能なホログラムモジュールを教示している。別の文献である米国特許出願公開第２０１８０００３９８１号明細書には、ＳＬＭ、回転可能な反射光学素子、および瞳追跡装置を含むニアツーアイディスプレイ装置が開示されている。瞳追跡装置は、ユーザの瞳孔位置を追跡し、前記瞳追跡装置によって提供されたデータに基づいて、空間光変調器によって変調された光がユーザの瞳孔に向けられるように反射光学素子が回転される。

独国特許出願公開第１０２０１１０７５８８４号明細書は、ビーム経路を形成する光学素子と共に発光画像源を備えるヘッドアップディスプレイ装置を開示している。光学素子は、光学結像機能を有するホログラフィック光学素子と、反射器とを備える。前記反射器およびホログラフィック光学素子は、ビーム経路の第３の区画内に反射器によって放射されたビームがホログラフィック光学素子を少なくとも部分的に透過照明することができるように配置され、ビーム経路の第３の区画内の透過照明ビームの照明角は、ホログラフィック光学素子の結像機能の一部が有効になる入射角から実質的に逸脱する。

英国特許第２５５４５７５号明細書および欧州特許第３１４６３７７号明細書は、歪みをもたらす可能性がある空間的に変化する屈折力を有するウインドスクリーンを開示しており、ディスプレイは、ウインドスクリーンの歪みを補償するための成形拡散器と、ウインドスクリーン上に画像を投影するためのホログラフィックプロジェクタとを有する。ホログラフィックプロジェクタは、画像を表すホログラムを表示し、入射光に位相遅延分布を適用するように構成されたＳＬＭを有し、位相遅延分布は、画像を拡散器上の非平面焦点にするように構成される。ＨＵＤは、拡散器からの光をウインドスクリーンに向け直すために、屈折力または放物面曲率を有するミラーを有することができる。適用の別の態様では、上記の装置を使用してウインドスクリーンの空間的に変化する屈折力を補償する方法であって、ウインドスクリーンを使用して虚像が形成される方法が提供される。

国際公開第２０１６１０５２８５号パンフレット 米国特許出願公開第２０１８０００３９８１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０７５８８４号明細書 英国特許第２５５４５７５号明細書 欧州特許第３１４６３７７号明細書

本発明の主な目的は、複数の深さで虚像を提供することができる少なくとも１つの光モジュールからなるホログラフィックＨＵＤ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、射出瞳面にわたって誘導可能な射出瞳を有するホログラフィックＨＵＤ装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、少なくとも１つのＳＬＭを有するホログラフィックＨＵＤ装置を提供することであり、少なくとも１つの計算手段で収差および瞳孔間距離の補正が計算され、ＳＬＭに実装されて画質を向上させ、大きなＦＯＶを達成する。

本発明のさらに別の目的は、ビーム誘導を同時に利用してユーザの両眼に光線を送達するホログラフィックＨＵＤ装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、調整可能な瞳孔間距離だけ分離された２つの射出瞳上で光学誘導が利用されるホログラフィックＨＵＤ装置を提供することである。

本発明のまたさらなる目的は、立体ホログラフィのために部分的にリアルタイムのレンダリングを利用するホログラフィックＨＵＤ装置を提供することである。

なお、本発明において、ホログラフィックステレオグラムは、立体感を生成するための手段であることに留意されたい。本発明の一実施形態では、異なる別個のＳＬＭモジュールが、ユーザの各アイボックスへのビームの誘導を担う。

本発明の一実施形態によれば、車両のフロントガラスの表面上に生成されたホログラフィックヘッドアップディスプレイは、収差を補正してその広がりを制限し、したがってその制御を強化するのに有効であるだけでなく、異なる実施形態において透過素子および反射素子ならびにそれらの組み合わせを備えたものとして有利であることが分かる。

本発明の一実施形態によれば、カメラシステムに基づく瞳追跡投影アセンブリのための視線追跡システムは、瞳孔間距離計算の目的で瞳位置に関する情報を処理手段に中継し、その後、前記ＩＰＤ結果は、ユーザの両眼の同時ビーム誘導によるコンピュータ生成ホログラムの調整に使用される。

本発明の一実施形態によれば、結像レンズの後の誘導ミラーの空間的位置決めは、屈折力を有する構成要素とそうでない構成要素との間の階層を形成する。

添付の図面は、単に物体再構成システムを例示する目的で与えられており、その従来技術に対する利点は、上記に概説されており、以下に簡単に説明される。

図面は、特許請求の範囲で特定される保護の範囲を限定することを意味するものではなく、本発明の説明において技術的開示に頼ることなく、特許請求の範囲で特定される範囲を努力して解釈するために単独で参照されるべきでもない。図面は、システムまたはサブシステムのそれぞれの構成要素の実際の寸法および相対的な割合を必ずしも反映していないという意味で例示的なものにすぎない。

本発明にかかるホログラフィックＨＵＤならびに車両コンピュータおよびセンサへのインターフェースの概略図を示している。 ウインドスクリーンの背後に虚像を形成する光モジュールおよび結像システムを示している。 中間像面において誘導ミラーを使用してウインドスクリーンの背後に虚像を形成する光モジュールおよび結像システムを示している。 本発明にかかるＳＬＭによって生成された望ましくないビームを除去するために空間フィルタを使用するＨＵＤシステムアーキテクチャを示している。 本発明にかかるＳＬＭの後に角度選択フィルタを使用し、ＳＬＭをユーザの瞳上に投影する代替的なＨＵＤシステムアーキテクチャを示している。 本発明にかかる、観察者によって見られるとき、ＳＬＭが結像レンズの背後の平面に現れる光学アーキテクチャを示している。 本発明にかかる、観察者によって見られるとき、ＳＬＭが結像レンズと観察者との間の平面に現れる光学アーキテクチャを示している。 本発明にかかる誘導ミラーの傾斜運動に応じたアイボックスの動きを示している。 本発明にかかる平面図において、誘導ミラーが結像レンズと射出瞳面との間の面に配置される光学アーキテクチャを示している。 本発明にかかる側面図において、誘導ミラーが結像レンズと射出瞳面との間に形成されるＳＬＭ像の位置に配置される光学アーキテクチャを示している。 本発明にかかる側面図において、誘導ミラーがＳＬＭと結像レンズとの間に配置される光学アーキテクチャを示している。 本発明にかかるＨＵＤに表示されるダッシュボード画像レイアウトの例を示している。 本発明にかかるコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）計算のための画像レイアウト関連手順を示している。 本発明にかかるコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）計算のための画像レイアウト関連手順を示している。 本発明にかかる、回折限界射出瞳が平坦なフロントガラス用に形成するようにＣＧＨが計算されるＨＵＤシステムを示している。 本発明にかかる、実際のフロントガラスが湾曲しているときに、平坦なフロントガラスを仮定して計算されたＣＧＨが収差がある射出瞳を形成するＨＵＤシステムを示している。 本発明にかかるＣＧＨを修正することによって射出瞳の収差が補償されるＨＵＤシステムを示している。 本発明にかかるその異なる例の瞳孔間距離（ＩＰＤ）調節を示している。 本発明にかかる公称瞳孔間距離を有するＨＵＤシステムを示している。 本発明にかかるＣＧＨ計算における回折格子によって補償されたより広い瞳孔間距離を有するＨＵＤシステムを示している。 本発明にかかる、角度を異なる空間方向にマッピングするための空間フィルタおよびマッピングレンズを示している。 本発明にかかる異なる空間方向への角度操作のための体積ホログラフィック格子を示している。 本発明にかかる異なる空間方向への角度操作のためのｎ＞１のプリズムを示している。 本発明にかかる垂直および水平ノイズビームに加えて、無変調ビームと、所望の変調ビーム窓と、その高次レプリカとの間の空間的関係を示している。 本発明にかかる所望の変調ビーム窓と組み合わされた空間フィルタの使用を示している。 本発明にかかる水平帯域の形態の空間フィルタを示している。 本発明にかかる、その水平開口内の異なる位置に誘導された所望の変調ビーム窓を有する水平帯域の形態の空間フィルタ利用を示している。 本発明にかかる無変調ビームを遮断するための不透明ドットの利用を示している。 本発明にかかる無変調ビームを遮断するための不透明ドットの利用を示している。 本発明にかかる誘導ミラーの上面斜視図を示している。 １つ、２つ、３つ、または４つのＳＬＭを使用した異なる向きでの様々なタイリングオプションを示している。 ビームスプリッタを使用した２つのＳＬＭのタイリングを示している。 カラーフィルタおよび偏光構成要素を使用した二眼光学モジュールを示している。 異なるカラーコンテンツ専用のＳＬＭの様々なサブセクションを示している。 音響光学スキャナがチャープ周波数入力で動作する場合の、光ビーム誘導および偏向角の広がりのための音響光学スキャナの使用を示している。 音響光学スキャナがチャープ周波数入力で動作する場合の、光ビーム誘導および偏向角の広がりのための音響光学スキャナの使用を示している。 ホログラフィック中央ディスプレイおよび中央ディスプレイを取り囲む周辺ディスプレイの使用を示している。 頭部傾斜に対するソフトウェアベースの補償を示している。 頭部傾斜を補償するために一方の眼に対して射出瞳を垂直に移動させることを示している。 結像システムの倍率を一軸で変更するためのプリズムの使用を示している。

以下の符号が本発明の詳細な説明において参照されている：
１０）ヘッドアップディスプレイ装置
１０１）フロントガラス
１０２）頭部追跡カメラ
１０３）車両コンピュータ
１０４）頭部追跡制御
１０５）虚像
１０６）ホログラフィック投影モジュール
１０７）仮想ＳＬＭ
１１）光源
１１１）照明レンズ
１２）光モジュール
１３）空間光変調器（ＳＬＭ）
１３Ｒ）赤色コンテンツ専用のＳＬＭ画素
１３Ｇ）緑色コンテンツ専用のＳＬＭ画素
１３Ｂ）青色コンテンツ専用のＳＬＭ画素
１４）所望の変調ビーム
１４１）望ましくないビーム
１５）光学フィルタリング手段
１５１）空間フィルタ
１５１ｃ）空間フィルタ面における赤色、緑色、青色カラーフィルタ
１６）射出瞳
１７）射出瞳面
１８）光学誘導装置
１９）頭部追跡システム
２０）処理手段
２１）ユーザの眼
２２）結像レンズ
２３）誘導ミラー
２４）瞳孔間距離（ＩＰＤ）
２５）ＳＬＭ像
２６）ＡＲ画面
２７）追跡スポット
２８）光源アレイ
２９）周辺ディスプレイ
３０）中央ディスプレイ
３１）中心窩ディスプレイ
３２）中間像面
３３）ビームスプリッタ（ＢＳ）
３４）偏光子
３５）半波長板
３６）音響光学スキャナ
３７）拡大プリズム対
３８）ミラーアセンブリ

本発明によれば、コンピュータ生成ホログラフィック投影ディスプレイ装置およびそれを備えるシステムの形態の装置およびシステムが提案される。より具体的には、車両のウインドスクリーンを通して見えるホログラフィックヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影のための装置およびシステムが提案される。

図１を参照すると、ホログラフィックＨＵＤ（１０）は、光学系および電子機器を含むホログラフィック投影モジュール（１０６）と、運転者の眼の前に誘導可能なアイボックスを生成することを目的とした光学誘導装置（１８）と、運転者の頭部の動き、顔、および瞳を追跡するための頭部追跡カメラ（１０２）と、頭部追跡制御（１０４）システムとを備える。外部センサおよび車両のセンサからの他の入力、ならびに頭部追跡制御（１０４）からの入力は、車両コンピュータ（１０３）において分析され、適切な内容がＨＵＤ（１０）システムにおいて示されるように計算される。運転者は、ホログラフィックＨＵＤ（１０）によって決定された距離で虚像（１０５）を見る。ＣＧＨは、ユーザの眼（２１）に対して異なる深度に現れる複数の虚像（１０５）を含むことができる。

図２を参照すると、ＨＵＤ（１０）装置の光学系は、射出瞳面（１７）において射出瞳（１６）を形成し、結像レンズ（２２）によって形成される仮想ＳＬＭ像（２５）がウインドスクリーン（１０１）の背後に現れる。光モジュール（１２）は、ＳＬＭ（１３）、光源（１１）、ビーム成形用の光源レンズ（１１１）、および折り返しミラーの各構成要素からの少なくとも１つからなる。図は断面図を示している。ユーザの各眼には、１つの光モジュール（１２）が必要である。この実施形態では、誘導ミラー（２３）は、結像レンズ（２２）の後段にあり、誘導ミラー（２３）上のビームのフットプリントがより小さくなる。システムの視野（ＦＯＶ）は、射出瞳面（１７）からウインドスクリーン（１０１）上のフットプリントまで測定されることができる。固定されたＦＯＶの場合、誘導ミラー（２３）の回転は、結像レンズ（２２）上の光ビームのサイズを増加させることなく、射出瞳（１６）の位置を移動させる。

図３は、誘導ミラー（２３）とＳＬＭ（１３）の中間像面（３２）とが一致する別の実施形態を示している。結像レンズ（２２）は、誘導ミラー（２３）の後段に現れる。仮想ＳＬＭ（１０７）面は、中間像面（３２）の光学的共役である。誘導ミラー（２３）面が中間像面（３２）と一致するとき、誘導ミラー（２３）の回転は、仮想ＳＬＭ面（１０７）の位置を変更しない。空間フィルタ（１５１）面は、射出瞳面（１７）の光学的共役である。誘導ミラー（２３）の代わりに、ＳＬＭ（１３）または光モジュール（１２）全体が回転されて、射出瞳（１６）の位置を射出瞳面（１７）にわたって移動させることができる。

図１から図４を参照すると、少なくとも一実施形態にかかる車両のフロントガラス（１０１）を通して見えるコンピュータ生成ホログラムディスプレイ装置の形態で、そのそれぞれがＳＬＭ（１３）と共に少なくとも１つの光源（１１）をさらに備える少なくとも２つの光モジュール（１２）を備えるヘッドアップディスプレイ装置（１０）が提供される。本発明に開示される装置およびシステムは、前記少なくとも１つの光源（１１）から入射される光を空間的に変調するために前記コンピュータ生成ホログラムの表示に依存する。コンピュータ生成ホログラムは、周囲の相互作用と、対象の周囲および車両に関する情報（すなわち、ナビゲーション／地図、速度計などのゲージ、および他のダッシュボード要素）の検索とのための手段として、車両のフロントガラス（１０１）の内面に表示される。本発明に同様に開示されるＨＵＤ装置を備える、本発明に開示されるシステムは、対象の車両フロントガラス（１０１）の広い視野（ＦＯＶ）および凹面との適合性を達成することを特徴とする構成を提案する。フロントガラス（１０１）は、背面からのゴースト反射を射出瞳（１６）から遠ざけるように誘導するために、全体にわたって厚さが変化するくさび形のフロントガラスとすることができる。

図４は、光源（１１）と、２つの光モジュール（１２）と、結像レンズ（２２）と、空間フィルタ（１５１）とを備えるホログラフィックＨＵＤ装置（１０）の概略図を示している。光源（１１）の後には照明レンズ（１１１）が続き、照明レンズは、ＳＬＭ（１３）の前段または後段に配置され、空間フィルタ（１５１）面に光線を送達することができる。

図４を参照すると、ＨＵＤ基本光学系アーキテクチャは、空間フィルタ（１５１）を使用して、ＳＬＭ（１３）によって生成された望ましくないビーム（図示せず）を遮断し、所望の変調ビーム（１４）（射出瞳（１６）内の観察者に視覚情報を提供するビーム）を射出瞳面（１７）に到達させる。出射瞳（１６）の初期コピーを形成するために、２つの光モジュール（１２）－各眼に１つ－が利用される。視覚情報は、ＳＬＭ（１３）に表示されたコンピュータ生成ホログラムによって生成される。各光モジュール（１２）は、少なくとも１つの点光源（１１）を空間フィルタ（１５１）面上に結像し、各モジュールについて、光分布は、自明な乗算位相係数を除いて、ＳＬＭ透過率関数のフーリエ変換によって本質的に与えられる。別の実施形態では、ＨＵＤは、２つの点光源（各眼に１つ）を有する両眼用の単一の光モジュールを有してもよい。望ましくないビーム（１４１）－無変調ビーム、ノイズビーム、およびより高次のレプリカ－は、空間フィルタ（１５１）面内で空間的に分離され、したがって、影響を受けずに所望のビームのみを通過させる開口によってフィルタリングされることができる。図４では、光学モジュールは、単純な４－ｆ望遠鏡として実装されている。実際の設計では、このモジュールは、源を空間フィルタ面（１５１ｃ）に結像する任意の結像システムとすることができ、反射型、屈折型、多部品型、従来型、回折型、自由形状構成要素を含むことができ、その一部は、軸外でおよび／または折り返しを導入するために使用されることができることに留意されたい。同様に、ＳＬＭ（１３）は、透過型構成要素として示されているが、反射型構成要素とすることができる。異なる実施形態では、ＳＬＭ（１３）を照明するために、光源（１１）または導波路板から直接的な軸外照明が使用されることができる。導波路板は、全内部反射を使用して光を誘導する導波路の内外に光を結合するために使用されることができる。

左右の眼の信号ビームのみを通過させる開口からなる空間フィルタ（１５１）面は、観察者の眼が存在するであろう実際の射出瞳面（１７）に結像される。この結像は、結像レンズ（２２）によって図中において行われる。結像は、一般に、非単位倍率を実行することができる。最も可能性が高いのは、空間フィルタ面（１５１ｃ）上の射出瞳（１６）のコピーが典型的な人間の瞳孔間距離（２４）よりも互いにはるかに近いように、システムの背面に存在する光学モジュールが可能な限り最小の体積を占めることが望ましい。そのような場合、結像システムの倍率は、１倍よりも大きく、結像システムは、光学歪みおよび収差を引き起こす可能性がある。この図では、空間フィルタ（１５１）と射出瞳面（１７）との間の結像は、単一の結像レンズ（２２）によって達成される。実際の設計では、このレンズは、反射型、屈折型、従来型、多部品型、回折型、自由形状構成要素を含むことができる任意の結像システムと置き換えることができ、その一部は、軸外でおよび／または折り返しを導入するために使用されることができることに留意されたい。図において、観察者によって観察される虚像（１０５）は、まず、中間像面（３２）上に実像または虚像（１０５）として形成される。この像は、結像レンズ（２２）によって最終的な虚像（１０５）にマッピングされる。なお、中間像面（３２）の位置は、ユーザからの仮想物体面の距離に依存することに留意されたい。３Ｄ仮想コンテンツの場合、各仮想物体面の中間像面（３２）は、連続体を形成する。このアーキテクチャでは、ＳＬＭ上のＣＧＨは、フレネルホログラムではない。各仮想物体点のＣＧＦＩは、ＳＬＭ開口のサブ領域のみを占有する。いくつかの設計では、ＳＬＭは、虚像（１０５）面に共役である。その場合、ＣＧＨは、射出瞳面（１７）上の収差補正のための歪みおよび可能な乗算位相項を除いて、本質的に画像自体に似ている。

図４に示すように、少なくとも１つのポインティングレーザビーム、好ましくは赤外線レーザビームは、光モジュール（１２）の一部とすることができ、射出瞳面（１７）に実質的に集束された追跡スポット（２７）を提供することができる。追跡スポット（２７）または複数の追跡スポット（２７）は、頭部追跡システム（１９）によって容易に検出されることができ、射出瞳（１６）をユーザの眼（２１）に向けるためにユーザの眼（２１）を見つけるための自動較正を提供することができる。

図５を参照すると、代替実施形態では、２つのＳＬＭ（１３）が射出瞳面（１７）上に直接結像される。ＳＬＭ（１３）から出射する光に空間フィルタリングが適用されない場合、全ての望ましくないビーム（１４１）（無変調ビーム、ノイズビーム、より高次のレプリカ）は、射出瞳面（１７）上に形成されるＳＬＭ像（２５）に寄与し、望ましくないゴースト画像、コントラスト低下、背景の輝点をもたらす。ＳＬＭの後段に配置された角度選択光学フィルタリング手段（１５）が使用されて望ましくないビーム（１４１）を除去することができ、その結果、射出瞳面（１７）上のＳＬＭ像（２５）は、情報保持信号ビームによってのみ形成される。

角度選択光学フィルタリング手段（１５）は、固有の角度および波長選択性を有するホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を用いて、またはプリズム、開口、もしくは組み合わせを使用する従来の光学系を用いて実装されることができる。この実施形態では、ＳＬＭ上のＣＧＨは、フーリエホログラムである。各仮想物体点のＣＧＨは、ＳＬＭ開口全体を占有する。乗算位相項とは別に、ＣＧＨは、所望の画像のフーリエ変換によって本質的に与えられる。

図６を参照すると、いくつかの実施形態では、ＨＵＤ光学系は、結像レンズ（２２）を越えて位置するＳＬＭ（１３）の虚像（１０５）を形成する。図中、左右の仮想ＳＬＭ像（２５）の中心が一致するように、仮想ＳＬＭ像（２５）が位置合わせされている。他の実施形態では、知覚される視野を増加させるために、間にオフセットがあってもよい。図示の実施形態では、ＳＬＭの実像もまた、光モジュール（１２）と結像レンズ（２２）との間の平面に形成される。その平面はまた、中間像面（３２）にも対応する。いくつかの実施形態では、誘導ミラー（２３）は、その位置に配置されることができるため、誘導ミラー（２３）が回転すると、射出瞳面（１７）上の射出瞳（１６、左）および（１６、右）の位置は、共に移動されることができる。

図７を参照すると、ＨＵＤ（１０）光学系は、結像レンズ（２２）の観察者側にＳＬＭ（１３）の実像を形成する。図中、ＳＬＭ像（２５）は、左右のＳＬＭ像（２５）の中心が一致するように位置合わせされている。他の実施形態では、知覚される視野を増加させるために、間にオフセットがあってもよい。図示の実施形態では、ＳＬＭの実像もまた、結像レンズ（２２）と射出瞳面（１７）との間の平面に形成される。いくつかの実施形態では、誘導ミラー（２３）は、その位置に配置されることができるため、射出瞳面（１７）上の射出瞳（１６）の位置は、共に移動されることができる。いくつかの代替実施形態では、実際のＳＬＭ像（２５）はまた、射出瞳面（１７）の上または後に形成されてもよい。

図８を参照すると、ホログラフィック投影モジュール（１０６）は、本実施形態では走査ミラーまたは誘導ミラー（２３）を有して示されている光誘導手段（１５）に照明を提供する。ユーザの眼（２１）が２１－Ａ、２１－Ｂ、２１－Ｃとして示される異なる位置に移動すると、頭部追跡システム（１９）は、ユーザの眼（２１）の新たな位置を検出し、誘導ミラー（２３）は、位置２３－Ａ、２３－Ｂ、および２３－Ｃに偏向される。

図９ａ（平面図）および図９ｂ（側面図）を参照すると、誘導ミラー（２３）は、その回転軸の周りでその背後にある仮想空間を効果的に回転させる。誘導ミラー（２３）の回転は、仮想物体の回転も引き起こすことができる。したがって、一般に、ＣＧＨは、新たな射出瞳（１６）の位置ごとに計算される必要がある。ユーザの左右の眼（２１、左）および（２１、右）の位置およびそれらの位置に従って補正透視画像がレンダリングされる必要がある。誘導ミラー（２３）が物体面（図９ｂによって示されるような）と共役である特定の場合には、虚像（１０５）面上に配置された仮想物体は、誘導ミラー（２３）の回転に関係なく静止したままである。図９ｂでは、空間フィルタ（１５１）面は、光源（１１）と射出瞳面（１７）との光学的共役である。図９ｂに示されている距離を所与とし、結像レンズ（２２）がｆの有効焦点距離を有すると仮定すると、本実施形態では、以下の関係が満たされる。

図９ａを参照すると、誘導ミラー（２３）は、結像レンズ（２２）と射出瞳面（１７）との間の平面に配置されている。そのような場合、必要なミラー開口サイズは大きくなるが、必要な傾斜角は小さくなる。また、結像レンズ（２２）は小さくなる。

図９ｃでは、誘導ミラー（２３）は、空間フィルタ（１５１）面と結像レンズ（２２）との間の平面に配置されている。そのような場合、誘導ミラー（２３）の必要な開口は小さくなるが、必要な傾斜角は大きくなる。同じ視野について、図９ａの結像レンズ（２２）に必要な開口サイズは、図９ｃのものと比較して小さいことに留意されたい。小さな開口は、結像レンズ（２２）またはレンズによって引き起こされる収差を低減し、ＨＵＤ（１０）光学系の全体積を低減するため、重要な追加の利点を提供する。

図１０ａは、ＨＵＤ（１０）上に表示される典型的なダッシュボード画像を示し、図１０ｂは、ＣＧＨ計算のための関連する手順を示している。ダッシュボードデータの一部は、速度計、エンジンＲＰＭ、温度、時間読み取り値、およびロゴからなる。データのこの部分は、限られた有限の可能性の集合から生成される。ＣＧＨの計算を高速化するために、そのような部分のベースＣＧＨ（最終位相項乗算を除くＣＧＨの部分）が予め計算され、ホログラム計算プロセッサまたは車両コンピュータ（１０３）内の何らかのメモリに記憶されることができ、適切なＣＧＨは、瞬時巡航データに基づいて検索されることができる。ナビゲーションマップ、サイドミラー、リアミラー、およびバッキングカメラからのビデオフィードまたはスマートフォンメイン画面のミラー像などのダッシュボードデータの他の部分は、はるかに大きな可能性のセットから生成される必要があり、それらは、動的部分と呼ばれる。動的部分の対応するＣＧＨは、リアルタイムで計算される必要がある。この部分では、リアルタイム計算は、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの計算リソースを利用することができる。自由空間伝搬（ＦＳＰ）および反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）などの可能な反復を含む計算は、関連するサブ画像のサイズのみをカバーするシミュレーションウインドを用いて実行されることができ、すなわち、シミュレーションウインドの画素カウントは、ＳＬＭ画素カウントほど大きくする必要はない。予め計算された部分のベースＣＧＨが検索され、動的部分について計算されると、ダッシュボード画像サイズベースＣＧＨが取得されることができる。これらは、適切に組み合わせられ、可能な位相項と乗算されて、図１０ｃに示す最終ＣＧＨを得ることができる。

ホログラフィックＨＵＤ（１０）は、追加のハードウェア変更なしに、単に計算手順の変更によってシステム内のハードウェア変更を補償することができる。図１１ａは、平坦なフロントガラス（１０１）用に設計されたＨＵＤシステムのケース１を示している。ＣＧＨは、回折限界射出瞳（１６）が射出瞳面上に形成されるように計算される。（１７）ケース２は、フロントガラス（１０１）が湾曲している図１１ｂに示されている。ケース１と同じＣＧＨを維持すると、収差がある射出瞳（１６）をもたらす。図１１ｃは、ケース３を示しており、ケース２の湾曲したフロントガラス（１０１）による収差は、ケース１のＣＧＨを適切に修正することによって補償される。図１１ｃに示すように、ゼルニケ関数とすることができる追加の位相項との乗算は、収差を補償し、収差のない射出瞳（１６）を得るのに十分である。場合によっては、ターゲット画像に予歪を印加すること、およびＳＬＭ面上の点広がり関数の修正など、より高度な手順が必要とされることがある。

図１２および図１３を参照すると、ホログラフィックＨＵＤ（１０）システムは、ＣＧＨ計算を修正することによってソフトウェアベースのＩＰＤ調整を提供することができる。図１３ａは、所定の公称ＩＰＤ（２４）を有するシステムを示している。図１３ｂに示すように、公称ＩＰＤ（２４）を生成するＣＧＨが適切に変更されると、ＩＰＤ値が変更されることができる。射出瞳面（１７）上の射出瞳（１６）の位置を誘導する最も簡単な方法は、ＣＧＨに、ＳＬＭ（１３）面上に追加の角度偏向を引き起こす線形位相項を乗算することである。虚像（１０５）面がＳＬＭ（１３）面と共役である場合などのいくつかの場合には、この単純な解決策は十分とすることができる。他の場合には、単に線形位相項を使用すると、射出瞳面（１７）に形成される収差をもたらし、観察される虚像（１０５）に歪みが現れることがある。そのような場合、追加のゼルニケ多項式項が線形位相項の上に含まれてもよい。

図１４は、画像情報を搬送する所望の変調ビーム（１４）を可能にしながら、望ましくないビーム（１４１）を除去するための様々な光学フィルタリング手段（１５）を示している。望ましくないビーム（１４１）は、無変調の０次ビーム、ＳＬＭの画素化された性質によるより高い回折次数、ならびにＳＬＭ（１３）の画素化された不完全な性質によって生成された望ましくない共役ビームおよび所望の変調ビーム（１４）の望ましくないレプリカとすることができる。図１４ａは、空間フィルタ（１５１）ベースの除去方法を示している。図１４ｂは、望ましくないビーム（１４１）を反射しながら所望の変調ビーム（１４）を透過させるホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）の使用を示している。図１４ｃは、異なる伝播方向を有するビームを分離するために、プリズム素子と一方の界面での全内部反射（ＴＩＲ）とを使用した所望の変調ビーム（１４）の分離を示している。望ましくないビーム（１４１）は、ＴＩＲに起因して１００％反射されることができる。

図１５は、異なる照明色に対する所望の変調ビーム（１４）および望ましくないビーム（１４１）を示している。ホログラフィックディスプレイシステムのための空間フィルタ（１５１）またはフーリエフィルタ面における光分布である。ＳＬＭ（１３）が、赤色、緑色、および青色光源（１１）によって照明される場合である。対応するパターンは、図中の以下のボックスに現れる：赤色は丸角のボックス内にあり、緑色は菱形角のボックス内にあり、青色は星形角のボックス内にある。所望の変調ビーム（１４）窓または信号窓は、任意のサイズを有することができない。そのサイズは、両方向において、無変調青色ビームの０次と１次との間の距離に最大で等しい。いくつかの実施形態は、垂直ノイズ帯域および水平ノイズ帯域の双方を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、垂直ノイズ帯域は配置されず（信号窓は無変調青色ビームの０次から１次までの全幅を占有する）、水平ノイズ帯域のみが許容されることができ、逆もまた同様である。

いくつかの実施形態では、フーリエフィルタは、図１６ａに示すように、０次の無変調ビームの周りの象限のうちの１つを選択する開口である。所望の変調ビーム（１４）または信号ビームは、示された矩形開口内に配置される。瞳孔がまた射出瞳面（１７）上の対応する射出瞳（１６）のサイズにも一致する場合、このシステムは、単に固定された射出瞳（１６）の位置を支持することができ、それは線形位相項を乗算するなどのＣＧＨの修正によってさらに誘導可能とすることができない。瞳孔のサイズが射出瞳面（１７）上の対応する射出瞳（１６）のサイズよりもはるかに小さい場合、信号情報を搬送する実際の所望の変調ビーム（１４）は、ＣＧＨ修正を用いて信号窓内で誘導可能である。しかしながら、そのような構成は、ＳＬＭ（１３）の利用可能な空間帯域幅積（ＳＢＰ）の不十分な利用をもたらし、ＳＢＰは、光学系が有する情報容量の尺度であり、ＳＬＭ（１３）の画素数に比例する。ＳＢＰの効率的な利用は、瞬時射出瞳（１６）の大きさが観察者の瞳孔の大きさよりもそれほど大きくないことを必要とする。

図１６ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、フーリエフィルタは、０次無変調ビームの下（上）にある水平帯域の形態の開口である。領域の一部は、所望の変調ビーム（１４）窓として一意にアドレス指定および設計されることができるが、この窓は、図１６ｃのように水平帯域内で誘導されることができる。ユーザの眼（２１）の瞳が、所望の変調ビーム（１４）窓のみを選択し、高次レプリカおよびノイズをフィルタリングする射出瞳面（１７）上の第２の空間フィルタ（１５１）として機能する場合、システムは、ゴーストのない画像およびノイズのない画像を送達することができる。いくつかの実施形態では、全ての計算ノイズは、空間フィルタ（１５１）の通過帯域の外側に配置されることができ、したがって全てのノイズが遮断される。頭部追跡システム（１９）および瞳追跡装置と組み合わせられて、そのような空間フィルタリングは、ソフトウェアベースのＩＰＤ調整および射出瞳（１６）誘導の機会を提供する。このソフトウェアベースの射出瞳（１６）誘導は、音響光学スキャナ（３６）および誘導ミラー（２３）などの光学誘導装置（１８）と組み合わせて使用されることができる。

いくつかの実施形態では、空間フィルタ（１５１）は、無変調ビームを遮断する不透明ドットのみからなる。同様に瞳追跡装置と結合され、同様に観察者の瞳が二次空間フィルタ（１５１）として機能して所望の変調ビーム（１４）窓（または信号窓）を選択し、より高次のレプリカおよびノイズを除去すると仮定すると、この構成は、理論的には制限なく、射出瞳面（１７）を横切るはるかに大きな領域にわたって射出瞳（１６）を誘導する能力を与える。しかしながら、実際には、輝度は、信号窓が０次無変調ビームから離れるにつれて急速に減衰する。無変調ビームの１次（０次の無変調ビームの周りの４つの象限）内に信号窓の位置を制限することは、実用的に妥当な選択である。信号ビームが不透明ドット上に大きなエネルギーを集中させない限り、不透明ドットの存在は、観察者によって認識されない。所望の変調ビーム（１４）窓または信号窓が不透明ドットを含む位置に誘導される場合を示す図１７ｂを参照する。ユーザの瞳孔が信号ウィンドウ内に収まり、エネルギーが不透明ドットに集中しない限り、不透明ドットはユーザの瞳孔上のわずかな遮蔽と同等であり、ユーザの眼（２１）の瞳孔よりもはるかに小さい場合には認識できない。

図１８は、ミラーの背面に取り付けられた２つの電磁作動モータを使用する２軸回転可能誘導ミラー（２３）構造を示している。この構成は、誘導ミラー（２３）構造の慣性を最小限に抑えるように設計されている。代替実施形態では、二重ジンバル構造を使用することができる。アクチュエータモータおよびそのコントローラは、振動耐性を提供するように設計されるべきである。

図１９ａは、１つ、２つ、３つ、および４つのＳＬＭ（１３）を使用するＳＬＭ（１３）タイリングオプションを示している。図に示すように、ＳＬＭ（１３）は、水平および垂直にタイリングされることができ、それらの向きは、ＳＬＭ（１３）のアスペクト比に基づいて調整されることができる。ＳＬＭタイリングは、シームレスとすることができ、またはいくつかのＳＬＭ間間隔が２つの隣接するＳＬＭ（１３）のアクティブ領域間に導入されてもよい。図１９ｂは、ビームスプリッタ（ＢＳ）（３３）を使用した、間にいかなる継ぎ目もない、並んだ２つのＳＬＭのタイリングを示している。ＳＬＭ位置は、ＳＬＭ（１３）と仮想ＳＬＭ（１０７）との重なり、重なりなし、またはシームレスタイリングを導入するように調整されることができる。各ＳＬＭ（１３）のＢＳ（３３）までの距離は、タイリングされたＳＬＭ（１３）と仮想ＳＬＭ（１０７）との間の位相誤差を除去するように調整されることができる。ＢＳ（３３）は、偏光ＢＳとすることができ、１／４波長板がＳＬＭの前段に使用されて光効率の良い組み合わせのために光の偏光を変化させることができる。

図２０を参照すると、各眼光学モジュールは、コリメーションレンズおよびフォーカシングレンズからなる。異なる色、すなわち赤色、緑色、および青色（ＲＧＢ）光源を有する光源（１１）は、空間的に分離されるか、またはビームコンバイナと組み合わせられることができる。異なる空間位置にあるＲＧＢカラーフィルタ（１５１ｃ）は、空間フィルタ（１５１）面に導入されて、各色の所望の変調ビーム（１４）と望ましくない変調ビーム（１４１）とを分離することができる。偏光子（３４）および半波長板（３５）などの偏光光学構成要素が使用されて、所望の偏光を選択し、ビームが後続の光学系およびウインドスクリーン（１０１）に送られる前に偏光を所望の方向に回転させることができる。

図２１を参照すると、ＳＬＭ（１３）は、アクティブ画素を有するアクティブ領域を有する。１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと呼ばれるＳＬＭ（１３）のサブセクションは、異なるサブホログラム専用とすることができる。そのようなサブセクションは、カラーフィルタを有することができ、または空間フィルタ平面（１５１ｃ）において赤色、緑色、および青色カラーフィルタを使用して空間フィルタ（１５１）においてカラーフィルタリングが実行されることができる。サブホログラムは、大きなセクションとすることができ、または図２１ａ、ｂ、およびｃに示すように画素レベルとすることができる。別の実施形態では、カラーフィルタは、空間フィルタ（１５１）面の異なるセクションの光を許容または遮断するために異なる画素を開閉するように電気的に制御される画素化液晶シャッタ装置に置き換えられることができる。

図２２を参照すると、音響光学スキャナ（ＡＯＳ）（３６）が使用されて、光ビームを誘導し、光学誘導装置（１８）として機能することができる。ＡＯＳは、音響光学媒体に印加される信号の周波数に応じて、ビームを異なる方向に誘導することができる。周波数を変更することにより、一次角度が変更されることができる。図２２ｂに示すように、チャープ音響波を音響光学媒体に印加することにより、ビームをある範囲の角度に誘導することが可能である。

図２３を参照すると、中心窩ディスプレイ（３１）は、小さいＦＯＶを有する中央ディスプレイ（３０）と大きいＦＯＶを有する周辺ディスプレイ（２９）とを組み合わせる。周辺ディスプレイ（２９）は、ウインドスクリーン（１０１）に取り付けられた透明なホログラフィックスクリーンを照明するプロジェクタを使用して形成されてもよい。周辺ディスプレイ（２９）像は、ウインドスクリーン（１０１）上に現れるため、ユーザの眼（２１）は、周辺ディスプレイ（２９）コンテンツの鮮明な画像を見るためにウインドスクリーン（１０１）に合焦させる必要がある。本発明の中央ディスプレイ（３０）またはホログラフィック投影モジュール（１０６）によって提供される虚像（１０５）にユーザの眼（２１）が合焦されると、周辺ディスプレイ（２９）像は、図に示すようにぼやけて見える。

図２４を参照すると、ユーザの頭部がまっすぐでアイボックス内にあるとき、十字およびユーザの眼（２１）によって示されている左眼および右眼の射出瞳（１６）は、良好に位置合わせされる。ディスプレイを使用している間にユーザの頭部が傾くと、射出瞳（１６）は、もはやユーザの両眼（２１）と位置合わせされないことがある。図２４（ｂ）に示すように、所望の変調ビーム（１４）を含む窓の位置を変更することによって、一方の眼の射出瞳（１６）が垂直に移動されることができる。ＣＧＨに格子位相項を追加することによるそのようなソフトウェアベースの調整は、頭部の傾斜を効果的に補償する。空間フィルタ（１５１）面において必要とされる垂直移動の量は、システムの光学倍率によって除算された射出瞳面（１７）において必要とされる垂直シフトの量である。上述したように、射出瞳（１６）の水平調整は、ＩＰＤ（２４）調整を可能にする。

図２５ａを参照すると、頭部傾斜は、一方の眼光モジュール（１２）を他方の眼光モジュール（１２）に対して移動させることによって補償されることができる。図２５ｂは、２つの折り返しミラーを使用して一方の眼に対して射出瞳（１６）を垂直に移動させることを示し、ミラーの一方は、図示のように移動可能である。折り返しミラーの垂直上方運動は、対応する射出瞳（１６）の垂直下方運動をもたらす。

図２６を参照すると、拡大プリズム対（３７）が使用されて、結像システムの倍率を一方の軸で変化させることができる。そのような倍率変化は、ディスプレイのアスペクト比の効果的な変化をもたらす。例として、３２：９のアスペクト比を達成するために、２つの１６：９のアスペクト比ＳＬＭ（１３）が水平にタイリングされることができる。拡大プリズム対（３７）を用いて垂直倍率を１．２倍にすることは、３２：１０．８または約３：１のアスペクト比をもたらす。

本発明の一態様では、少なくとも１つの光モジュール（１２）を備えるヘッドアップディスプレイ装置（１０）であって、各光モジュール（１２）が、コンピュータ生成ホログラムを表示して前記少なくとも１つの光源（１１）から入射される光を空間的に変調する少なくとも１つの光源（１１）と少なくとも１つの空間光変調器（１３）とからなる、ヘッドアップディスプレイ装置が提案される。

本発明の別の態様では、前記少なくとも１つの光モジュール（１２）は、ホログラフィック画像情報および望ましくないビーム（１４１）を搬送する所望の変調ビーム（１４）を形成し、望ましくないビーム（１４１）は、光学フィルタリング手段（１５）によって遮断されるとともに、光学フィルタリング手段（１５）を透過した所望の変調ビーム（１４）は、ヘッドアップディスプレイコンテンツを見るための射出瞳面（１７）上に少なくとも１つの射出瞳（１６）を形成し、少なくとも１つの光モジュール（１２）のそれぞれによって生成された射出瞳（１６）は、光学誘導装置（１８）を使用して射出瞳面（１７）にわたって誘導可能である。

本発明におけるヘッドアップディスプレイ（１０）は、頭部装着型または頭部取り付け型ではない拡張現実ディスプレイのユースケースを含むように定義される。したがって、本発明において言及される全ての実施形態は、ヘッドアップディスプレイに限定されず、ウェアラブルおよびニアアイディスプレイシステム、ホログラフィックＴＶ、ホログラフィック投影ディスプレイシステム、または任意の他のディスプレイシステムにおける使用に適合されて使用されることができる。

本発明のさらなる態様では、前記光学誘導装置（１８）は、機械的スキャナを備える。

本発明のさらなる態様では、前記光学誘導装置（１８）は、ＥＭ作動モータ、ジンバルモータ、ステップモータ、２軸アクチュエータの形態の作動手段を備える。

本発明のさらなる態様では、前記光学誘導装置（１８）は、少なくとも１つの音響光学スキャナ（３６）を備える。

本発明のさらなる態様では、前記射出瞳（１６）は、結像レンズ（２２）を使用して形成される。

本発明のさらなる態様では、前記結像レンズ（２２）は、反射レンズ、回折レンズ、屈折レンズ、自由形状光学素子、ホログラフィック光学素子、またはそれらの組み合わせからなる屈折力を有する少なくとも１つの表面からなる。

本発明のさらなる態様では、前記射出瞳（１６）は、空間光変調器（１３）の光学共役である。

本発明のさらなる態様では、結像レンズ（２２）によって形成された２つの射出瞳（１６）は、５２ｍｍから７５ｍｍの範囲内の瞳孔間距離（ＩＰＤ）（２４）の値だけ分離される。

本発明のさらなる態様では、前記瞳孔間距離（ＩＰＤ）（２４）は、ＣＧＨ計算ソフトウェアを用いてアルゴリズム的に調整可能である。

本発明のさらなる態様では、前記装置は、収差補正アルゴリズムを実行するように構成されている。

本発明のさらなる態様では、光学誘導装置（１８）は、回転可能な誘導ミラー（２３）である。

本発明のさらなる態様では、前記装置は、ユーザの頭部回転を補償するために、射出瞳面（１７）内で２つの射出瞳（１６）を回転させる追加の誘導ミラー（２３）をさらに備える。

本発明のさらなる態様では、前記誘導ミラー（２３）は、射出瞳面（１７）にわたる左眼射出瞳（１６）および右眼射出瞳（１６）のための誘導を共に実行する。

本発明のさらなる態様では、前記誘導ミラー（２３）は、誘導ミラー（２３）の開口を結像レンズ（２２）の開口よりも小さくすることによって空間光変調器（１３）の後段に配置される。

本発明のさらなる態様では、前記誘導ミラー（２３）は、結像レンズ（２２）の後段に配置される。

本発明のさらなる態様では、ユーザの両眼と位置合わせされた２つの射出瞳（１６）のそれぞれによって提供される視野は、結像レンズ（２２）または誘導ミラー（２３）において完全な両眼のオーバーラップを提供する。

本発明のさらなる態様では、前記空間光変調器（１３）は、ユーザの眼（２１）に対して異なる深度で表示されるホログラフィック画像コンテンツを同時に生成する。

本発明のさらなる態様では、前記ホログラフィック画像情報は３Ｄであり、ユーザの眼（２１）に対して異なる深度で表示される。

本発明のさらなる態様では、前記誘導ミラー（２３）は、空間光変調器（１３）の光学共役面と実質的に一致する平面に配置される。

本発明のさらなる態様では、前記誘導ミラー（２３）は、光モジュール（１２）と結像レンズ（２２）との間に配置される。

本発明のさらなる態様では、前記光源（１１）は、射出瞳（１６）の光学的共役である。

本発明のさらなる態様では、空間光変調器像（２５）は、射出瞳面（１７）から離れてフロントガラス（１０１）に向かって２５ｃｍから１００ｃｍの距離に現れる。

本発明のさらなる態様では、空間光変調器像（２５）は、射出瞳面（１７）から離れてフロントガラス（１０１）に向かって１００ｃｍから５００ｃｍの距離に現れる。

本発明のさらなる態様では、空間光変調器像（２５）は、フロントガラス（１０１）から離れて射出瞳面（１７）の背後に現れる。

本発明のさらなる態様では、前記空間光変調器（１３）は、位相限定装置である。

本発明のさらなる態様では、前記空間光変調器（１３）は、光学的に組み合わされたＳＬＭのタイル状アレイの装置である。

本発明のさらなる態様では、前記ＳＬＭ（１３）は、光源（１１）からの入射光の位相、強度、または組み合わせを空間的に変調する。

本発明のさらなる態様では、前記空間光変調器（１３）は、カラーフィルタを含む少なくとも２つのセクションをさらに備え、ＳＬＭ像（２５）は、ホログラムの観察体積の外側に現れる。

本発明のさらなる態様では、前記光源（１１）は、ＬＥＤ、スーパールミネセンスＬＥＤ、またはレーザダイオードである。

本発明のさらなる態様では、前記光源（１１）は、光ファイバに結合されたレーザ光源である。

本発明のさらなる態様では、前記光源（１１）は、軸外照明または導波路板を使用してＳＬＭ（１３）に入射する。

本発明のさらなる態様では、前記ＳＬＭ（１３）によって表示されるコンピュータ生成ホログラムは、射出瞳面（１７）に形成される射出瞳（１６）がユーザのＩＰＤ（２４）に従って調整されるように計算される。

本発明のさらなる態様では、前記ＳＬＭ（１３）によって表示されるコンピュータ生成ホログラムは、射出瞳面（１７）に形成される射出瞳（１６）がユーザの眼（２１）の瞳中心の位置に従ってシフトされるように計算される。

本発明のさらなる態様では、前記装置（１０）は、ユーザの頭部の変位およびユーザの眼（２１）の瞳の中心位置を追跡するように構成された頭部追跡システム（１９）と、前記光学誘導装置（１８）の制御をもたらす処理手段（２０）とを備える。

本発明のさらなる態様では、光学誘導装置（１８）は、光源アレイ（２８）内の少なくとも１つの光源（１１）である。

本発明のさらなる態様では、光モジュール（１２）内のポインティング光源は、ユーザの顔上に追跡スポット（２７）を形成し、追跡スポット（２７）の座標は、頭部追跡システム（１９）によって検出される。

本発明のさらなる態様では、光学誘導装置（１８）は、ＩＰＤ（２４）、軸方向の射出瞳面（１７）の位置、または射出瞳（１６）の垂直シフトを調整する誘導ミラー（２３）を含む。

本発明のさらなる態様では、ＣＧＨ計算アルゴリズムが使用されて、ＩＰＤ（２４）、軸方向の射出瞳面（１７）の位置、または射出瞳（１６）の垂直シフトを調整する。

本発明のさらなる態様では、前記光源（１１）は、前記頭部追跡システム（１９）によって追跡される瞳孔位置の変化に応答して移動可能である。

本発明のさらなる態様では、検出されたユーザの眼（２１）の瞳位置に応じて、処理手段（２０）は、一方の光源（１１）が一度に選択的に作動されるように前記光源アレイ（２８）に、および新たなコンピュータ生成ホログラムがアップロードされるように駆動される前記ＳＬＭ（１３）に信号を送達する。

本発明のさらなる態様では、前記装置（１０）は、フルカラーディスプレイ装置であり、前記光源（１１）は、異なる波長のコヒーレント光波を時系列的に生成する。

本発明のさらなる態様では、前記光学フィルタリング手段（１５）は、射出瞳面（１７）に到達する前に望ましくないビーム（１４１）をフィルタリングするためにＳＬＭ（１３）の後段に配置された空間フィルタ（１５１）である。

本発明のさらなる態様では、前記光学フィルタリング手段（１５）は、開放窓が頭部追跡システム（１９）からの入力を使用して選択されるバイナリ液晶シャッタである。

本発明のさらなる態様では、前記光学フィルタリング手段（１５）は、ユーザの眼（２１）と空間光変調器（１３）との間に形成された中間像面（３２）上に配置される。

本発明のさらなる態様では、前記光学フィルタリング手段（１５）は、射出瞳面（１７）に到達する前に望ましくないビーム（１４１）をフィルタリングするためにＳＬＭ（１３）の後段に配置されたＨＯＥ、プリズム、または回折格子などの角度選択フィルタである。

本発明のさらなる態様では、前記ＳＬＭ（１３）データは、頭部追跡データ、瞳追跡データ、および車両のセンサからのデータの関数である。

さらなる態様では、本発明は、製造中に車両に設置されるように製造される。

さらなる態様では、本発明は、車両に埋め込まれるように製造される。

本発明のさらなる態様では、ホログラフィックヘッドアップディスプレイシステムは、処理手段（２０）と、少なくとも１つの光モジュール（１２）によって提供される中央ディスプレイ（３０）領域を取り囲むフロントガラス（１０１）上またはその近くの周辺ディスプレイ（２９）とを備える。

さらなる態様では、ホログラフィックヘッドアップディスプレイシステムは、中心視（２８）領域を取り囲む周辺ディスプレイ（２９）領域をさらに備える。

さらなる態様では、周辺ディスプレイ（２９）領域は、所定の解像度の視覚を提供し、前記周辺視覚は、前記中心窩ディスプレイ（３１）の中心視覚（３０）領域において暗くされる。

さらなる態様では、前記周辺ディスプレイ（２９）のディスプレイは、部分的に透明なスクリーンであり、画像は、投影光学系を使用して形成される。

本発明のさらなる実施形態では、前記ＳＬＭは、様々な光学部品を使用してタイリングされたいくつかの空間光変調器のアレイである。そのようなタイリング手段は、水平または垂直ＦＯＶおよび／またはＨＵＤの射出瞳（１６）のサイズを増大させるために使用されることができる。

本発明のさらなる実施形態では、光学誘導装置（１８）は、頭部追跡システム（１９）からの入力に従って作動される光源アレイ（２８）内の少なくとも１つの光源（１１）を備える。

本発明のさらなる実施形態では、頭部追跡システム（１９）は、頭部の動き、ユーザの眼（２１）の位置、ユーザの眼（２１）の瞳の中心位置およびサイズ、瞳孔間距離（２４）を計算することができる。頭部追跡システムの較正は、ユーザの顔に現れる追跡スポット（２７）の位置を使用して連続的または散発的に実行されることができる。

本発明のさらなる実施形態では、視野を拡大し、周辺ディスプレイ（２９）を提供するために、第２のディスプレイシステムが追加されることができる。周辺ディスプレイ（２９）は、中心視覚（３０）を提供するホログラフィックＨＵＤ（１０）を取り囲む。そのような複合ディスプレイシステムは、ホログラフィックＨＵＤ（１０）がＦＯＶを横切るいくつかの光学誘導装置（１８）を使用して誘導可能であるフォービエイテッドディスプレイ（３１）システムとして呼ばれることができる。

本発明のさらなる実施形態では、ＳＬＭ（１３）は、規則的な振幅変調非ホログラフィック画像情報を表示することができる。本発明で説明した光学系は、依然として使用されることができ、０次光ビームを通して所望の画像が観察されることができる。誘導ミラー（２３）機構は、依然として射出瞳（１６）を誘導するために使用されることができる。

本発明のさらなる実施形態では、ＳＬＭ（１３）は、ＨＵＤ（１０）コンテンツの信号伝達セクションの輝度を高めるようにプログラムされることができる。コンテンツがほとんどまばらである場合、輝度の増加はより顕著である。

Claims (34)

1. 少なくとも１つの光モジュール（１２）を備え、各光モジュール（１２）が、少なくとも１つの光源（１１）と、前記少なくとも１つの光源（１１）から入射される光を空間的に変調するためにコンピュータ生成ホログラムを表示する少なくとも１つの空間光変調器（１３）とからなるヘッドアップディスプレイ装置（１０）であって、
   前記少なくとも１つの光モジュール（１２）が、ホログラフィック画像情報および望ましくないビーム（１４１）を搬送する所望の変調ビーム（１４）を形成し、前記望ましくないビーム（１４１）が、光学フィルタリング手段（１５）によって遮断されるとともに、前記光学フィルタリング手段（１５）を透過した所望の変調ビーム（１４）が、ヘッドアップディスプレイコンテンツを見るための射出瞳面（１７）上に少なくとも１つの射出瞳（１６）を形成し、前記少なくとも１つの光モジュール（１２）のそれぞれによって生成された前記射出瞳（１６）が、光学誘導装置（１８）を使用して前記射出瞳面（１７）にわたって誘導可能であり、
   前記光学誘導装置（１８）が、前記所望の変調ビーム（１４）をウインドスクリーン（１０１）の方向に向けるように構成されている回転可能な誘導ミラー（２３）を備え、
   前記光学フィルタリング手段（１５）が、前記射出瞳面（１７）に到達する前に望ましくないビーム（１４１）をフィルタリングするために前記空間光変調器（１３）の後段に配置された空間フィルタ（１５１）であり、
   前記光源（１１）及び前記空間フィルタ（１５１）が前記射出瞳（１６）の光学的共役であることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記光学誘導装置（１８）が、ＥＭ作動モータ、ジンバルモータ、ステップモータ、２軸アクチュエータの形態の作動手段を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
3. 前記光学誘導装置（１８）が、少なくとも１つの音響光学スキャナ（３６）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
4. 前記射出瞳（１６）が、結像レンズ（２２）を使用して形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
5. 前記結像レンズ（２２）が、反射レンズ、回折レンズ、屈折レンズ、自由形状光学素子、ホログラフィック光学素子、またはそれらの組み合わせからなる屈折力を有する少なくとも１つの表面からなる、ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
6. 虚像（１０５）面が、前記空間光変調器（１３）の光学的共役である、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
7. 前記結像レンズ（２２）によって形成された２つの射出瞳（１６）が、５２ｍｍから７５ｍｍの範囲内の瞳孔間距離（ＩＰＤ）（２４）の値だけ分離される、ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
8. 前記瞳孔間距離（ＩＰＤ）（２４）が、ＣＧＨ計算ソフトウェアを用いてアルゴリズム的に調整可能である、ことを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
9. 収差補正アルゴリズムを実行するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
10. ユーザの頭部運動を補償するために前記射出瞳面（１７）内で２つの射出瞳（１６）を回転させる追加の誘導ミラー（２３）をさらに備える、ことを特徴とする請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
11. 前記誘導ミラー（２３）が、前記射出瞳面（１７）をわたる左眼射出瞳（１６）および右眼射出瞳（１６）の双方の誘導を共に実行する、ことを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
12. 前記誘導ミラー（２３）が、前記誘導ミラー（２３）の開口を結像レンズ（２２）の開口よりも小さくすることによって前記空間光変調器（１３）の後段に配置される、ことを特徴とする請求項４および１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
13. 前記誘導ミラー（２３）が、結像レンズ（２２）と前記射出瞳面（１７）との間に配置される、ことを特徴とする請求項４および１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
14. ユーザの両眼と位置合わせされた２つの射出瞳（１６）のそれぞれによって提供される視野が、結像レンズ（２２）または前記誘導ミラー（２３）において完全な両眼のオーバーラップを提供する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
15. 前記空間光変調器（１３）が、ユーザの眼（２１）に対して異なる深度で現れるホログラフィック画像コンテンツを同時に生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
16. 前記コンピュータ生成ホログラムが、ユーザの眼（２１）に対して異なる深度に現れる複数の虚像（１０５）情報を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
17. 前記誘導ミラー（２３）が、空間光変調器（１３）の光学共役面と実質的に一致する平面に配置される、ことを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
18. 前記誘導ミラー（２３）が、前記光モジュール（１２）と結像レンズ（２２）との間に配置される、ことを特徴とする請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
19. 空間光変調器像（２５）が、前記射出瞳面（１７）から離れてフロントガラス（１０１）に向かって２５ｃｍから１００ｃｍの距離に現れる、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
20. 空間光変調器像（２５）が、前記射出瞳面（１７）から離れてフロントガラス（１０１）に向かって１００ｃｍから５００ｃｍの距離に現れる、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
21. 空間光変調器像（２５）が、フロントガラス（１０１）から離れて前記射出瞳面（１７）の背後に現れる、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
22. 前記空間光変調器（１３）が位相限定装置である、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
23. 前記空間光変調器（１３）が、光学的に組み合わされたＳＬＭのタイル状アレイの装置である、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
24. 前記空間光変調器（１３）が、前記光源（１１）からの入射光の位相、強度、または組み合わせを空間的に変調する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
25. 前記空間光変調器（１３）によって表示されるコンピュータ生成ホログラムが、前記射出瞳面（１７）に形成される前記射出瞳（１６）がユーザの眼（２１）の瞳中心の位置に応じてシフトされるように計算される、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
26. ユーザの頭部の変位およびユーザの眼（２１）の瞳の中心位置を追跡するように構成された頭部追跡システム（１９）と、前記光学誘導装置（１８）の制御をもたらす処理手段（２０）とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
27. 前記ヘッドアップディスプレイ装置（１０）がフルカラーディスプレイ装置であり、前記光源（１１）が、異なる波長のコヒーレント光波を時系列的に生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
28. 前記光学フィルタリング手段（１５）が、開放窓が頭部追跡システム（１９）からの入力を使用して選択されるバイナリ液晶シャッタである、ことを特徴とする請求項１から２７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
29. 前記光学フィルタリング手段（１５）が、ユーザの眼（２１）と前記空間光変調器（１３）との間に形成された中間像面（３２）上に配置される、ことを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
30. 前記光学フィルタリング手段（１５）が、前記射出瞳面（１７）に到達する前に望ましくないビーム（１４１）をフィルタリングするために前記空間光変調器（１３）の後段に配置されたＨＯＥ、プリズム、または回折格子などの角度選択フィルタである、ことを特徴とする請求項１から２９のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
31. 前記空間光変調器（１３）データが、頭部追跡データ、瞳追跡データ、および車両のセンサからのデータの関数である、ことを特徴とする請求項１から３０のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
32. 車両に組み込まれるように製造される、請求項１から３１のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
33. 収差補償が、くさび形ウインドスクリーン（１０１）形態を含むウインドスクリーン（１０１）の構造形態に関連する収差を含む、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。
34. ユーザの頭部傾斜が、前記射出瞳（１６）のうちの少なくとも１つを垂直に移動させることによってＣＧＨ計算ソフトウェアによってアルゴリズム的に補償される、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置（１０）。

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