CN106796349A

CN106796349A - 分割出瞳平视显示系统和方法

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Publication number: CN106796349A
Application number: CN201580047081.3A
Authority: CN
Inventors: H.S.埃尔-古劳里; 蔡靖波; 庄奇理; M.迈尔斯
Original assignee: Ostendo Technologies Inc
Current assignee: Ostendo Technologies Inc
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: EP3189366B1; WO2016036738A1; CN106796349B; TWI672523B; KR20170047271A; US20160062113A1; US20170163911A1; US9494794B2; JP2017527859A; EP3189366A1; TW201626045A

Abstract

描述了分割出瞳（或分割眼箱）平视显示（HUD）系统和方法。所描述的HUD系统和方法利用分割出瞳设计方法，其实现模块化HUD系统并允许观察眼箱尺寸的HUD系统能够被调整同时减小总体HUD体积方面。HUD模块利用高亮度小尺寸微像素成像器，以生成具有给定观察眼箱段尺寸的HUD虚拟图像。当被一起集成到HUD系统时，显示相同图像的多个这种HUD模块会实现这种集成的HUD系统，以具有基本大于HUD模块的眼箱尺寸的眼箱尺寸。所得到的集成HUD系统的体积基本在体积上小于使用单个较大成像器的HUD系统。此外，集成的HUD系统可包括多个HUD模块，以缩放眼箱尺寸以匹配所打算的应用同时保持给定期望的总体HUD系统亮度。

Description

分割出瞳平视显示系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月2日提交的美国临时专利申请No.62/044,831的权益。

背景技术

1.技术领域

本发明一般涉及平视显示器（heads-up display，HUD），并且更具体地，涉及生成虚拟图像的HUD系统。

2.现有技术

引用的参考文献：

[1]美国专利No.7,623,560，El-Ghoroury等人，Quantum Photonic Imager andMethods of Fabrication Thereof，2009年11月24日。

[2]美国专利No.7,767,479，El-Ghoroury等人，Quantum Photonic Imager andMethods of Fabrication Thereof，

[3]美国专利No.7,829,902，El-Ghoroury等人，Quantum Photonic Imager andMethods of Fabrication Thereof，

[4]美国专利No.8,049,231，El-Ghoroury等人，Quantum Photonic Imager andMethods of Fabrication Thereof，

[5]美国专利No.8,098,265，El-Ghoroury等人，Quantum Photonic Imager andMethods of Fabrication Thereof，

[6]美国专利申请公开No.2010/0066921，El-Ghoroury等人，Quantum PhotonicImager and Methods of Fabrication Thereof，

[7]美国专利申请公开No.2012/0033113，El-Ghoroury等人，Quantum PhotonicImager and Methods of Fabrication Thereof，

[8]美国专利No.4,218,111，Withrington等人，Holographic Heads-up Displays，1980年8月19日。

[9]美国专利No.6,813,086，Bignolles等人，Head Up Display Adaptable toGiven Type of Equipment，2004年11月2日。

[10]美国专利No.7,391,574，Fredriksson，Heads-up Display，2008年6月24日。

[11]美国专利No.7,982,959，Lvovskiy等人，Heads-up Display，2011年7月19日。

[12]美国专利No.4,613,200，Hartman，Heads-Up Display System withHolographic Dispersion Correcting，1986年9月23日。

[13]美国专利No.5,729,366，Yang，Heads-Up Display for Vehicle UsingHolographic Optical Elements，1998年3月17日。

[14]美国专利No.8,553,334，Lambert等人，Heads-Up Display SystemUtilizing Controlled Reflection from Dashboard Surface，2013年10月8日。

[15]美国专利No.8,629,903，Seder等人，Enhanced Vision System Full-Windshield HUD，2014年1月14日。

[16]B. H. Walker，Optical Design of Visual Systems，Tutorial tests inoptical engineering，国际光学工程学会（SPIE）出版，第139-150页，ISBN 0-8194-3886-3，2000年。

[17]C.Guilloux等人，Varilux S Series Braking the Limits

[18]M. Born，Principles of Optics，第七版，剑桥大学出版社，1999年，第5.3节，第236-244页。

正在寻求作为可视辅助技术的平视显示器，其可通过使汽车驾驶员在不使其视线和注意力离开道路的情况下更加直观地意识到和获知汽车仪表板信息而有助于汽车安全。然而，当前可获得的平视显示器体积大且过于昂贵而不能成为供汽车中使用的一种可行的选择。在小型飞机和直升机的平视显示器的应用中遇到同样类型的困难，尽管在较小程度上是由于成本因素。在平视显示器汽车应用的情况下，各种各样的交通工具尺寸、类型和价格范围进一步加剧了体积和成本约束。因此，需要一种适合于在诸如汽车、小型飞机和直升机之类的小型交通工具中使用的低成本和小体积的平视显示器。

现有技术HUD系统可分为两种类型：光瞳成像HUD和非光瞳成像HUD。光瞳成像HUD通常包括负责中间图像递送和光瞳信息的中继模块以及负责图像准直和观察者眼睛位置（本文中称为眼箱（eye-box））处的光瞳成像的准直模块。光瞳成像HUD的准直模块通常实现为倾斜弯曲的或平面的反射器或者全息光学元件（HOE），并且中继模块通常被倾斜用于使光路弯曲并补偿光学像差。非光瞳成像HUD通过显示器处的光锥角或在中间图像位置处通过扩散限定系统孔径。对于中间图像HUD系统，也需要中继模块，但是HUD孔径单独由准直光学器件来决定。准直光学器件通常具有轴对称性，但是具有折叠镜以满足体积约束。这由像差校正需要和系统体积方面来决定。

在参考文献[8]中描述的现有技术（在图1-1中示出）使用凹面HOE反射器（图1-1中11）作为组合器和准直器以便最小化准直光学器件并减小HUD系统体积方面。结果得到的HUD系统需要复杂的倾斜中继光学器件（图1-1中10）以补偿像差并递送中间图像。另外，该HUD系统只对窄光谱起作用。

在参考文献[9]中描述的现有技术（在图1-2中示出）使用中继光学器件（REL）模块，在会聚组合器（CMB）反射镜（图1-2中的CMB）的焦平面处递送中间图像并限定系统光瞳。CMB反射镜准直中间图像，并将系统光瞳成像到观察者的眼睛上以促进观察。该光瞳成像HUD方法总是涉及复杂的REL模块以用于封装和像差补偿。

在参考文献[10]中描述的现有技术（在图1-3中示出）使用投影透镜（3）将中间图像投射在漫射表面（图1-3中51）上，作为图像源和半透明准直反射镜（图1-3中7）。准直反射镜在无限远处形成图像以及准直光学器件的孔径由扩散器的角宽度限定。

在参考文献[11]中描述的现有技术（在图1-4中示出）使用包括两个液晶显示器（LCD）面板（图1-4中23）的图像形成源，以便在放置在准直光学器件模块（图1-4中1）的焦平面处的漫射屏（图1-4中5）上形成中间图像。图像形成源中的两个LCD面板的主要目的是实现足够亮度以用于所形成图像的可视性。为了实现该目的，图像形成源中两个LCD面板被配置成在漫射屏处形成两个连续的并排图像或在漫射屏处使水平和垂直相互移位半个像素的两个图像重叠。

参考文献[12]中描述的现有技术使用一对反射全息光学元件（HOE），以实现全息色散校正并在观察者的视场内投射宽带显示源的虚拟图像。参考文献[13]中描述的现有技术也使用一对反射全息光学元件（HOE）；一个为透射的并且另一个为反射的，以将图像投射到交通工具风挡上。

在参考文献[14]中描述的现有技术（在图1-5中示出）使用安装在交通工具风挡上部的图像投影仪（图1-5中14），其配置成将图像投射到配备有有小面的（faceted）反射表面（图1-5中18）的交通工具仪表板上，该有小面的反射表面被配置成将来自图像投影仪的图像反射到交通工具的风挡上。交通工具风挡表面被定向成从仪表板有小面的反射表面朝着观察者反射图像。

简要描述的现有技术HUD系统以及以在所引用的现有技术中描述的许多其他HUD系统中，共同之处在于高成本和系统的大体积尺寸。另外，发现的现有技术HUD系统都不能在尺寸和成本上缩放，以匹配各种各样的汽车和其他交通工具的尺寸和价格范围。因此，本发明的一个目的是引入使用多个发射微尺度像素阵列成像器的平视显示方法，以实现在体积上基本小于使用单个图像形成源的HUD系统的HUD系统。本发明的另一个目的是引入新颖的分割出瞳HUD系统设计方法，其利用多个发射微尺度像素阵列成像器以使得实现模块化HUD系统，其在体积和成本方面能够缩放以匹配各种各样的汽车和小型交通工具的尺寸和价格范围。本发明另外的目的和优点将通过参照附图进行的其优选实施例的以下详细描述变得显而易见。

附图说明

在以下描述中，即使在不同的附图中，同样的附图标记用于同样的元件。提供在描述中限定的事项（诸如详细构造和设计元件）以帮助全面理解示例性实施例。然而，可以实践本发明，而无需那些特别限定的事项。同样，没有详细描述公知的功能或构造，因为它们会以不必要的细节使本发明含糊难懂。为了理解本发明并了解本发明可如何在实践中执行，现在将参照附图仅通过非限制性示例的方式描述本发明的一些实施例，在附图中：

图1-1图示了现有技术平视显示（HUD）系统，其使用凹面HOE反射器作为组合器和准直器，以便将准直光学器件最小化并减小HUD系统体积方面。

图1-2图示了现有技术平视显示（HUD）系统，其使用中继光学器件（REL）模块，在会聚组合器（CMB）反射镜的焦平面处递送中间图像并限定系统光瞳。

图1-3图示了现有技术平视显示（HUD）系统，其使用投影透镜（3）将中间图像投射在漫射表面上作为图像源和半透明准直反射镜。

图1-4图示了现有技术平视显示（HUD）系统，其使用包括两个液晶显示器（LCD）面板的图像形成源，以便在放置在准直光学器件模块的焦平面处的漫射屏上形成中间图像。

图1-5图示了现有技术平视显示（HUD）系统，其使用安装在交通工具风挡上部的图像投影仪，其配置成将图像投射到配备有有小面的反射表面的交通工具仪表板上，该有小面的反射表面被配置成将来自图像投影仪的图像反射到交通工具的风挡上。

图2图示了本发明的示例性模块化HUD（MHUD）系统。

图3图示了图2中MHUD系统的设计参数和约束之间的关系。

图4图示了包括图2的实施例的MHUD组件的HUD模块的光学设计方面和光线跟踪图。

图5图示了包括图2的实施例的MHUD组件的HUD模块的光学性能。

图6图示了图2的实施例的MHUD系统的MHUD组件设计示例多视点透视图。

图7图示了图2的实施例的MHUD系统的接口和控制电子设备设计元件（板）的功能框图。

图8图示了图2的实施例的MHUD系统200的新颖分割眼箱设计方法。

图9图示了图6中所图示的安装在次紧凑型汽车仪表板中的MHUD组件设计示例的实际体积。

图10图示了包括日光负荷（loading）的本发明的MHUD系统200光线路径。

具体实施方式

在本发明的以下详细描述中，提到“一个实施例”或“实施例”意味着，结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在该详细描述不同地方中出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是相同实施例。

近来，已经引入了一类新的发射微尺度像素阵列成像器器件。这些器件的特点在于高亮度，非常快的多色光强度和在包括所有需要的图像处理驱动电路的非常小的单个器件大小中的空间调制能力。一个这种器件的固态光（SSL）发射像素可以是发光二极管（LED）或激光二极管（LD），其通断状态由其上接合成像器的发射微尺度像素阵列的CMOS芯片（或器件）中含有的驱动电路控制。包括这种成像器器件的发射阵列的像素的大小将通常在大约5-20微米的范围内，该器件的通常发射表面面积在大约15-150平方毫米的范围内。发射微尺度像素阵列器件中的像素通常通过其CMOS芯片的驱动电路在空间上、色谱上和时间上可单独寻址。这类成像器器件生成的光的亮度可在合理的低功耗下达到多个100,000 cd/m²。这类器件的一个示例为QPI成像器（参见参考文献[1-7]），参见下文描述的示例性实施例。然而，应理解QPI成像器仅仅是可在本发明中使用的器件类型的示例。（QPI是OstendoTechnologies公司的商标）因而在随后的描述中，对QPI成像器的任何提及应理解成为了公开为可被使用的固态发射像素阵列成像器的特定示例的实施例中的特异性，并且不是为了对本发明的任何限制。

本发明将这种成像器的发射微像素阵列器件的独特能力与新颖的分割出瞳HUD系统架构相结合，以便实现低成本和小体积的模块化HUD（MHUD）系统，其在成本和体积约束最重要的应用（诸如例如汽车HUD）中可以容易地使用。诸如QPI成像器之类的成像器的发射高亮度微发射器像素阵列与本发明的分割出瞳HUD架构的结合能够实现在高亮度的环境日光下有效操作而体积上足够小以安装在各种各样的交通工具尺寸和类型的仪表板或仪器面板后面的HUD系统。（如本文中使用的词语交通工具用于最一般的意义，并包括人们在其中或借助于其行驶的任何装置，包括但不必局限于在陆地上、水上、水下或空中行驶）。这类成像器实现的低成本和模块性的分割出瞳HUD架构实现了能够被调整以适应各种各样交通工具的体积约束的模块化HUD系统。分割出瞳HUD系统的优点从本文提供的详细描述在以下段落中描述的实施例的上下文中将变得更加显而易见。

图2图示了本发明一个实施例的模块化HUD（MHUD）系统200的设计构思。如图2所图示，在优选的实施例中，本发明的MHUD系统200包括MHUD组件210，其进而包括组装在一起以形成MHUD 210的多个模块215，由此每个模块215包括具有相关光学器件220和凹面镜230的单个成像器（诸如QPI成像器）。如图2所图示，从每个单个成像器和相关联的光学器件220发射的图像被其相关联的凹面镜230准直、放大和反射，然后被交通工具风挡240部分地反射以形成在位于交通工具的驾驶员（操作者）的标称头部位置处的眼箱段255中可见的虚拟图像260。如图2中所图示，MHUD组件210的每个模块215被设置成在任意一次且从在交通工具风挡240的相同位置形成相同的虚拟图像260，但是每个模块在其对应的眼箱段255，使得MHUD组件 210的多个模块215共同地形成MHUD系统200的集合（collective）眼箱250。也就是说，虚拟图像260可从每个眼箱段255部分地可见但是在集合眼箱250中完全可见。因此，通过选择包括MHUD组件 210的模块215的适当数量，可以调整MHUD系统200眼箱段255的总体尺寸。虽然MHUD组件 210的每个模块215被设置成在任意一次形成相同的虚拟图像260，但那些图像当然会随着时间变化，并可以缓慢地变化（例如就像燃油量表图像）或更加快速地变化（诸如在GPS导航系统显示图像的显示中），但本发明的MHUD系统200可在至少直到典型视频速率的频率处操作，如果图像数据在这样的速率下可用。

在MHUD系统200的优选实施例中，MHUD组件210的模块215的眼箱段255每个都位于由其对应凹面镜230反射的光线束的出瞳处。MHUD系统200的集合眼箱250实际上为MHUD组件210的模块215的眼箱段255的重叠形成的分割出瞳眼箱。在以下段落中将进一步更详细地说明本发明的MHUD系统200的该分割出瞳设计方法。

在本发明的MHUD系统200的优选实施例中，MHUD组件210包括组装在一起形成MHUD组件210的多个模块215，其中每个模块215包括具有相关联光学器件220和凹面镜230的QPI成像器。在以下段落中更详细地描述本发明该实施例的MHUD系统200的MHUD组件210的设计方法及其相应的模块215，在这之前，将说明本发明的MHUD系统200的相关优点和有关设计参数的折衷。

MHUD系统200光学设计参数折衷-

为了理解本发明的MHUD系统200的优点，被认为重要的是解释典型HUD系统的潜在设计折衷以及与其相关设计参数之间的关系。HUD系统生成的图像通常叠加在自然景物上，使操作交通工具的观察者在视觉上知道交通工具操作参数，并且还提供诸如例如导航之类的重要的信息，而不需要要求驾驶员使其视线和注意力离开道路或交通工具的外部环境。设计HUD系统时应考虑的重要参数包括：集合眼箱的目标尺寸，希望的视场（FOV），所形成图像的尺寸，图像分辨率和系统体积约束。图3图示了这些设计参数和约束之间的关系。

本发明的模块化HUD（MHUD）如何实现减小的体积

参照图3，MHUD系统200成像器220尺寸的减小会导致作为系统的特征光学轨迹长度的更小的有效焦距（EFL），并通常有助于减小系统的体积。然而，如果保持眼箱尺寸，成像器孔径尺寸的减小会导致较低的系统F/#，这伴随光学复杂性的增加。这通常导致较大的系统体积。参照图2图示出的MHUD系统200的设计概念，每个模块215的眼箱段255的尺寸连同成像器220尺寸进行缩放，以避免了增加光学复杂性。由于成像器220的体积比这导致了每个模块215体积的缩放。将合并多个模块215，以形成能提供任意大小的集合眼箱250的MHUD组件210。通过将观察者眼箱处形成的系统出瞳分割成多个段（每个段对应于包括本发明的MHUD系统200的集合眼箱250的眼箱段255的其中一个），实现了本发明的MHUD系统200的新颖多段眼箱设计概念。相比提供相同尺寸眼箱的现有技术HUD系统，本发明的MHUD系统200的分割出瞳设计方法会实现较小的总体体积方面。这会导致总体HUD体积、复杂性和成本的减小。在以下讨论中，描述了本发明MHUD系统200的分割出瞳设计方法的其他优点。当然，每个模块在任意一次发射相同的图像，因此交通工具操作者会在相同位置看到相同的虚拟图像，不管观察者看到哪一个眼箱段255或哪些眼箱段255。

使用参考文献[1-8]的镜面反射器对现有技术HUD系统体积的主要贡献已经被认定为凹面镜。除了反射镜本身的大尺寸，图像源的尺寸也会成比例地增大，这规定要么使用诸如LCD面板之类的大尺寸的成像器，要么形成被投射到漫射屏上的大尺寸的中间图像，结合投影仪成像器及其相关联的投射光学器件增加了甚至更多的体积。正如前面讨论中所说明的，相比使用单个凹面镜作为主反射器的现有技术HUD系统，本发明的MHUD系统200通过使用包括多个模块215的MHUD组件210（每个模块使用被组装在一起以形成尺寸上小得多并实现小得多的光学轨迹长度的MHUD组件210的总体反射器235的小尺寸凹面镜230）实现了基本上更小的体积方面。使用较小孔径尺寸成像器220的MHUD组件210使得能够使用具有较小光学轨迹长度的较小孔径尺寸凹面镜230，这导致本发明的基本上更小的体积和体积上高效的MHUD系统200。

本发明的MHUD系统200的设计是通过将通常由单个大反射镜生成的大准直光束划分为三个大小相同的准直子光束来起作用的。每个子光束会由模块215的光学子系统生成。其结果是，F#、光学复杂性和焦距（EFL）（或光学轨迹长度）减少，并且因此系统的物理体积包络减小。图4图示了包括MHUD组件210的模块215的光学设计方面和光线跟踪图。如图4所图示，优选实施例的模块215包括连同其相关光学器件220和凹面镜230的一个QPI成像器。尽管在图4中所图示的实施例中，示出了作为单独透镜光学元件的与QPI成像器410相关联的光学器件420，在本发明的替代实施例中，与QPI成像器相关联的光学器件420会直接附着到QPI成像器410的发射表面的顶部，以形成QPI成像器组件220。如图4所图示，反射凹面镜230的每个模块215放大并准直由其对应QPI成像器（或其他成像器）220生成的图像，以形成集合眼箱250的一个眼箱段255，而与图4中QPI成像器410相关联的光学元件420平衡反射凹面镜230引起的离轴失真和倾斜像差。

图5图示了MHUD组件210的模块215的光学性能。如图5中所图示，与QPI成像器410相关联的光学元件420的任务是平衡反射凹面镜230引起的离轴失真和倾斜像差，以便使图像游泳效应（swimming effect）最小化同时保持调制传递函数（MTF）足够高。为了完整起见，图像游泳效应通常是由进入观察者瞳孔的光归因于反射镜像差引起的光学失真的方向变化引起的，以及当观察者的头部在HUD系统眼箱中四处移动（或凝视）时，会导致感知到虚拟图像的假动作（称为“游泳效应”）（参考文献[16]）。最小化诸如HUD之类的双目光学系统中的游泳效应是很重要的，因为在极端的情况下，虚拟图像中过度的游泳效应可导致晕动、眩晕或恶心。这些不良反应是由人类视觉和感知系统的前庭和动眼神经方面之间的冲突导致的（参考文献[16,17]）。

本发明的MHUD系统200的分割出瞳方法的另一个优点在于，相比使用具有较大光学孔径的单个反射镜的现有技术HUD系统，其实现了基本上减小的游泳效应。反射凹面镜230的较小光学孔径的像差通常会比现有技术中单个反射镜HUD系统使用的相对较大光学孔径反射镜的像差小很多。由于游泳效应正比于HUD反射镜引起的像差导致的光学失真（或射线方向偏差）的量值，当与现有技术HUD系统相比时，本发明的MHUD系统200的多个较小光学孔径凹面镜230会易于实现基本上较小的游泳效应。另外，MHUD模块215的各眼箱段255之间的角度重叠（在图8的讨论中更详细地说明）通常会引起感知虚拟图像260中的任何点以结合多个MHUD模块215的光学贡献。其结果是，多个MHUD模块215的个别凹面镜230的像差导致的光学失真（或射线方向偏差）会易于在虚拟图像260中任何点处被平均，结果导致MHUD系统200的观察者感知的总体游泳效应减小。

在本发明的另一个实施例中，MHUD组件210的成像器220会具有大于人类视觉系统（HVS）能分辨的分辨率，其中增加的分辨率专门用于凹面镜230引起的像差导致的残留光学失真的数字图像扭曲预补偿。在典型的HUD观察体验中，虚拟图像会形成在大约2.5m的距离处。HVS的横向敏锐度大约为200微弧度。在该距离处，HVS可大致分辨2500×0.0002=0.5mm像素，这相当于具有10"对角线的虚拟图像260的大约450×250像素分辨率。MHUD组件210中使用的QPI成像器220可提供比该限制高很多的分辨率，例如具有相同大小光学孔径的640×360分辨率或甚至1280×720分辨率。提供具有相同大小光学孔径的较高分辨率的QPI成像器220使得能够使用具有相同大小光学孔径的凹面镜230，从而维持MHUD组件210 的体积优点。QPI成像器220增加的分辨率允许使用数字图像扭曲预补偿，其实际上消除了凹面镜230像差引起的光学失真以及所产生的游泳效应，同时保持了虚拟图像260处最大可实现分辨率以及相同的体积优点。

每个反射凹面镜230可以是非球面的或自由形态的，由此选择凹面镜的非球面的或自由形态的因素，以便将凹面镜230的光学像差以及风挡的曲率（若需要的话）最小化。应注意，每个QPI成像器220的位置相对于其相关凹面镜230轴对称，以确保在任何两个凹面镜230的相邻边缘处平衡的（几乎相等的）像差。这是本发明MHUD系统200的重要的设计方面，因为其确保了虚拟图像260在MHUD系统200的集合眼箱250的多个眼箱段255之间均匀的观察过渡。

图6图示了MHUD组件210的多视点透视图。如图6所图示，MHUD组件210包括在外壳600中被组装在一起的三个反射凹面镜230。三个凹面镜230可以被单独地制造然后在外壳600中被装配在一起或可作为单个部件被制造然后装配在外壳600中。三个凹面镜230（无论是被单独地或作为单个光学部件被组装）使用压纹聚碳酸酯塑料制造，其随后使用溅射技术对其光学表面涂覆有一薄层反射金属（诸如银或铝）。如图6所图示，外壳的后侧壁包括三个单独的部分610，每个部分结合光学窗口615，当每个后侧壁部分610与其相应的凹面镜230被组装在一起时，光学窗口615会与其相应的凹面镜230的光轴对准。如图6的侧视透视图所图示，每个后侧壁部分610的顶部边缘617朝着凹面镜230成一角度以允许将安装在后侧壁部分610的成角度边缘表面617上的成像器220与其相应的凹面镜230的光轴对准。

如图6的后侧透视图所图示，后侧壁部分610在背板630的一侧上会与安装在背板630的相对侧的MHUD组件210的控制和接口电子设备（印刷电路板）620组装在一起。另外，背板630也结合了散热片，以便散发成像器220和MHUD组件210的接口电子设备元件620生成的热量。如图6的后侧透视图所图示，每个成像器220通常会安装在将成像器220连接至控制和接口电子设备620的柔性电路板618上。

如图6的后侧透视图所图示，每对凹面镜230和后侧壁部分610的接口边缘的中心结合了通常为光电二极管的光电检测器（PD）640，其每个被定位并定向成检测从成像器220发射到其相应凹面镜230的光。通常每个模块中将使用三个光电二极管，一个用于发射的每个颜色的光。光电检测器（PD）640的输出连接至MHUD组件210的控制和接口电子设备620并用作在接口电子设备元件620的硬件和软件设计元件中实现的均匀性控制循环（以下讨论中描述）的输入。通常为大多数交通工具的仪表板亮度控制装置的组成部分的环境光光电检测器传感器660的输出也提供到MHUD组件210的控制和接口电子设备620作为输入。

MHUD组件210的控制和接口电子设备620结合了图7框图中图示出的硬件和软件设计功能元件，其包括MHUD接口功能710，控制功能720和均匀性循环功能730。MHUD组件210的控制和接口电子设备620的MHUD接口功能710（通常在硬件和软件的结合中实现）从交通工具的驾驶员辅助系统（DAS）接收图像输入715并且将控制功能720提供的色彩和亮度校正735结合到图像中，然后向MHUD组件210的成像器220提供图像输入744、745和746。尽管会向MHUD组件210的三个成像器220提供相同的图像输入715数据，但MHUD接口功能710基于从控制功能720接收的色彩和亮度校正735在其相应的图像输入744、745和746处结合了每个成像器220特定的色彩和亮度校正。

为了确保跨集合眼箱250的多个段255的色彩和亮度的均匀性，控制和接口电子设备620的均匀性循环功能730从MHUD组件210的每个模块215的光电检测器（PD）640接收输入信号754、755和756，计算与MHUD组件210的每个模块215相关联的色彩和亮度，然后计算使跨集合眼箱250的多个段255的色彩和亮度变得更均匀所需要的色彩和亮度校正。这会在初始校正查找表的帮助下完成，当MHUD组件210被最初组装时，该查找表会在控制和接口电子设备620的存储器中被执行和存储。然后，将由均匀性循环功能730计算的色彩和亮度校正提供到控制功能720，控制功能将这些校正与从环境光传感器650接收的输入和外部色彩和亮度调节输入命令725相结合，以生成色彩和亮度校正735，在校正的图像数据被作为图像输入744、745和746向成像器220提供之前，色彩和亮度校正735然后被MHUD接口功能710结合到图像数据。将从环境光传感器650接收的输入结合到色彩和亮度校正中时，控制功能720会成比例于或相对于交通工具外部光亮度来调整平视显示器虚拟图像的亮度。注意，本文中使用的图像数据意思是任何形式的图像信息，无论是接收为平视显示器的输入，还是提供到成像器或以任何其他的形式。

正如前面说明的，MHUD系统200的一个实施例使用具有比虚拟图像260处最大HVS可分辨的分辨率更高的分辨率并且结合打算消除或显著减少向成像器220数字地扭曲图像输入导致的光学失真和游泳效应的成像器220。该实施例的MHUD系统200的MHUD组件210的MHUD接口功能710也会结合多个查找表，每个查找表结合识别预补偿每个凹面镜230的残留光学失真所需要的数字图像扭曲参数的数据。MHUD接口功能710使用这些参数以这样的方式来扭曲每个成像器220的数字图像输入：每个成像器220的图像数据输入预补偿其对应的凹面镜230残留失真。MHUD接口功能710的查找表中结合的数字图像扭曲参数将由MHUD组件210的光学设计仿真预先生成，然后在MHUD接口功能710应用了数字图像扭曲预补偿之后，用基于每个模块215的残留光学失真测量的光学检验数据进行加强。然后，所产生的数字扭曲图像数据与控制功能720提供的色彩和亮度校正735相结合，然后色彩和亮度校正的和失真预补偿的图像数据作为图像输入744、745和746提供给MHUD组件210的成像器220。利用MHUD系统200的该设计方法，凹面镜230及其产生的游泳效应导致的残留光学失真会被显著减小或一起消除，从而使得有可能实现无失真的MHUD系统200。

如图6的透视图所图示，MHUD组件210的顶部为玻璃罩430，其在交通工具仪表板顶面处将用作MHUD组件210的光学接口窗口，并且还将用作衰减日光红外发射以防止成像器220处的日光热负荷的滤波器。所使用的玻璃应选择为对感兴趣的光的波长也是基本透明的。

MHUD组件210的设计方法利用了人类视觉系统（HVS）的特征，以简化MHUD组件210的设计实现和组装公差。首先，眼瞳直径大约为5mm（白天3-5mm，晚上4-9mm），以及观察虚拟图像260时所产生的横向敏锐度将允许MHUD组件210和凹面镜230之间宽度可多达1mm的不易察觉的小间隙。其次，大约0.5度的眼角度差调节极限将允许MHUD组件210和凹面镜230之间的能达到大约0.15度的小角度倾斜。这些倾斜和间隙容差为MHUD组件210和凹面镜230提出了非常宽松的机械对准公差要求，并且因此实现了非常成本有效的用于MHUD组件210制造和组装方法。通常在软件中，可很容易地适应任意其他的倾斜和/或对准要求。

图8图示了本发明MHUD系统200的新颖分割眼箱设计方法。图8的图示意图示出MHUD系统200的集合眼箱250和虚拟图像260之间的关系。图8也图示了MHUD系统200显示的示例性对象，即虚拟图像260上示出的箭头。在MHUD系统200的设计中，每个眼箱段255通常会被定位在其相应模块215的出瞳处。其结果是，在每个眼箱段255中呈现给观察者眼睛的图像信息应处于角空间。因而，当观察者的头部被定位在相应眼箱段255的中央区域中时，在每个眼箱段255中分别呈现给观察者的虚拟图像260箭头对象810通常将对观察者完全可见，但是当观察者的头部分别移动到眼箱段255的右侧或左侧时，虚拟图像260的箭头对象810的尖端或尾端会逐渐发生渐晕（或淡出）。在MHUD系统200的设计中，当模块215被一起集成到MHUD组件210中时，如图6的透视图中所示，会使模块215的眼箱段255重叠（如图8所图示）以产生MHUD系统200的集合眼箱250。因而，通过形成多个模块215的眼箱段255的出瞳区域的重叠形成MHUD系统200的集合眼箱250，从而使得在集合眼箱250中呈现给观察者眼睛的图像信息为在MHUD模块215的合并角视场上延伸的虚拟图像260的角度复用视图。如图8所图示，虚拟图像260的箭头对象810在限定MHUD系统200的集合眼箱250的眼箱段255的重叠区域中会变得完全可见（或可视），当观察者的头部分别移动到集合眼箱250周边区域的右侧或左侧时，虚拟图像260的箭头对象810会逐渐发生渐晕（或淡出）。

模块215的各眼箱段255之间重叠的尺寸取决于其角度渐晕轮廓（profile）（图8的820），并会确定MHUD系统200的集合眼箱250的最终尺寸。后者被定义为集合眼箱250的区域边界或尺寸，其中虚拟图像260以希望的亮度均匀性完全可见（或可视）。图8也图示了跨模块215的眼箱段255的总体重叠区域的MHUD组件210的所产生的角度渐晕轮廓屏蔽。如图8所图示，观察者会感知到的虚拟图像260的亮度会分别包括来自每个模块215的亮度贡献、和（左、中、右）。限定集合眼箱250的边界的准则将是眼箱段255的重叠的区域，其中跨选定区域的给定的阈值（例如，小于25%）内的虚拟图像260亮度是均匀的，即，，希望的均匀性阈值。利用用于限定集合眼箱250边界的该准则，以及图8所图示的模块215的眼箱段255的重叠，跨虚拟图像260所感知的亮度通常将包括来自各模块215中的一个的至少50%的贡献。这意味着由所陈述的准则限定的集合眼箱250边界内的任何地方，每个模块215会贡献虚拟图像260的感知亮度的至少50%。利用MHUD系统200的该设计方法，虚拟图像260的希望的亮度均匀性会变成限定集合眼箱250的尺寸的准则。图8中使用均匀性阈值以产生120mm宽的集合眼箱250的设计示例中图示了该设计准则。如图8的示图所示，当使用均匀性阈值时，将定义更宽大约25%（测得约为150mm）的集合眼箱250。

如图8所图示，在延伸到MHUD系统200的集合眼箱250的右侧和左侧之外的眼箱段区域中，当观察者的头部分别移动进入这些区域时，虚拟图像的箭头对象810会逐渐发生渐晕或淡出。利用MHUD系统200的该设计方法，向如图6所图示的MHUD组件210的右侧或左侧添加模块215会分别向右侧或向左侧延伸之前限定的设计准则定义的MHUD系统200的集合眼箱250的横向宽度，其中虚拟图像260的箭头对象810会以希望的亮度均匀性变得完全可见。当向MHUD组件210添加另一排模块215时，在正交方向会发生延伸集合眼箱250高度的类似效果。因此，利用本发明的MHUD系统200的该模块化设计方法，通过向MHUD组件210中添加更多的模块215可实现具有任何设计所选择的宽度和高度尺寸的任意尺寸的集合眼箱250。

实质上，本发明的MHUD系统200的分割出瞳模块化设计方法实现了使用多个QPI成像器220和凹面镜230，每个都具有相对较小孔径并且每个都实现较短光学追踪轨迹长度，以替代较大图像源的长很多的光程和现有技术HUD系统中使用的单个反射镜。因此，相比使用较大单个图像源和单个反射镜以获得相同尺寸眼箱的现有技术HUD系统可以实现的，MHUD模块210的更小孔径成像器220和凹面镜230共同实现了基本上更小的体积方面。此外，通过使用适当数量的模块215基本设计元件，可调整MHUD系统200的集合眼箱250所达到的尺寸。相反，可使MHUD系统200的体积方面匹配交通工具仪表板区域中的可用体积，同时实现相比能够适合相同可用体积的现有技术HUD系统将实现的更大尺寸的集合眼箱250。

为了说明本发明的MHUD系统200的体积优点，图6的透视图示出了使用三个QPI成像器220和三个凹面镜的MHUD组件210的设计尺寸，每个QPI成像器220具有6.4×3.6 mm的光学孔径尺寸，每个凹面镜具有60×100 mm的光学孔径尺寸，以实现基于亮度均匀性阈值的大小为120×60 mm的集合眼箱250。基于图6所示的设计尺寸，MHUD组件210的总体积将大约为1350 cc（1.35升）。为了比较，使用单个较大孔径反射镜和单个较大图像源的现有技术HUD系统实现相同眼箱尺寸的总体积会超过5000 cc（5升）。因此，本发明的MHUD系统200的设计方法会实现为现有技术HUD系统3.7倍以上体积上高效的（或更小的）HUD系统。为了使该体积优点直观化，图9图示了图6所图示的安装在次紧凑型汽车仪表板中的MHUD组件210设计示例的体积。如图9所图示，本发明的MHUD系统200的体积高效设计实现了现有技术HUD系统决不能适合的具有非常受限仪表板体积的汽车中的HUD能力的增加。

图10图示了MHUD系统200的光线路径。如图10所图示，以及如前面说明和图2图示出的那样，包括MHUD组件210的三个QPI成像器220将各自生成相同分辨率（例如640×360像素）的相同图像，以及三个图像被其三个相应的凹面镜230反射后，会成角度地寻址前面描述的设计示例的总体120×60 mm集合眼箱250，并跨前面描述的设计示例的125×225 mm虚拟图像260共同提供640×360空间分辨率。图10图示了在虚拟图像260处生成10,000 cd/m²亮度所需要的设计。利用大约20%的典型风挡反射率和前面说明的集合眼箱250边界限定准则，三个QPI成像器220各自生成大约25,000 cd/m²的亮度。保守估计，三个QPI成像器220加上MHUD组件210的控制和接口电子设备620会共同地消耗大约2W以生成25,000 cd/m²的亮度，其是现有技术HUD系统功耗的大约25%。

参照图5中图示出的MHUD系统200的性能，图5的环绕能曲线示出了来自大小为180微米光学孔径的凹面镜230的准直光束的几何模糊半径。利用图6中图示的具有72mm有效焦距的每个模块215设计示例，图5的环绕能曲线中指示的180微米模糊尺寸给与每个模块215起源于成像器220的像素并由其对应的凹面镜230准直的0.143度角度扩散的光束。游泳效应与根据像素的在总体光束宽度上0.143度角度扩散相关联，而分辨率（MTF）由眼瞳尺寸取样的有效光束宽度决定。图5的MTF曲线示出了针对具有4mm直径的典型眼瞳孔径所计算的每个模块215的MTF。此角度扩散角越小，虚拟图像260处游泳半径越小。对于距MHUD系统200的集合眼箱250的2.5m观看的虚拟图像260，针对MHUD系统200设计示例的对应的游泳半径将为6.2mm。使用单个反射镜并且光学孔径大小等于MHUD组件210设计示例全孔径大小的现有技术HUD系统会具有大约为模块215的光学孔径的2.4倍的光学孔径。由于像差模糊尺寸正比于提高到三次幂的孔径大小（参考文献[18]），如果五阶像差碰巧补偿大的三阶像差，光学孔径大小等于MHUD组件210设计示例全孔径大小的现有技术单个反射镜HUD系统会具有大约14.3mm的对应游泳半径，这不可能通过设计有目的的实现，否则现有技术单个反射镜HUD系统通常会具有大约39.7mm的对应游泳半径，这是MHUD系统200设计示例实现的游泳半径的6.2x倍。也应提到，利用前面描述的像差预补偿方法，MHUD系统200游泳半径可被显著减小到该设计示例阐述的值以下或甚至一起被消除。

图10也图示了包括日光负荷的MHUD系统200光线路径。如图10所图示，照射到交通工具风挡的日光的反向光路会到达可能导致虚拟图像260中眩光的集合眼箱250区域。在本发明的MHUD系统200的设计中，可到达集合眼箱250的日光线的量相比现有技术HUD系统会少很多。首先，假定风挡240光传输为80%，来自太阳的光线会被风挡240衰减到其亮度的至多80%。其次，传输通过风挡240并被凹面镜230中的一个朝着其对应的成像器220反射的太阳光线在其朝着凹面镜230组件反射回之前，会被成像器220的光学孔径上的抗反射（AR）涂层进一步衰减到其亮度的至多5%。第三，该反向路径日光当其被风挡240朝着结合眼箱250反射时，然后会进一步被衰减到其亮度的至多20%。如前面所说明的，由于每个模块215的成像器220和凹面镜230贡献虚拟图像260亮度的至多50%，从被日光照射的模块215反射的日光眩光在虚拟图像260处会出现进一步衰减50%。因此，基于该路径衰减分析，将到达集合眼箱250的日光会被衰减到其亮度的至多0.4%（远远小于1%）。利用能够在虚拟图像260处生成多于10,000 cd/m²的亮度和0.4%日光眩光的MHUD系统200，MHUD系统200能够耐受多于250,000 cd/m²的日光亮度，即相当于大约28dB的统一眩光等级（UGR）（或眩光与图像强度比）。值得一提的是，玻璃罩430是红外吸收的，但是对本发明的平视显示器中使用的波长的光是透明的，以防止太阳负荷热被凹面镜230组件汇聚回到成像器220。

在上述实施例中，并排放置多个模块，以提供重叠的眼箱段，从而提供比眼箱段255本身更宽的集合眼箱250。然而，如果需要的话，替代地或另外地，模块可放置成使得模块215的眼箱段也被堆叠成提供更高的集合眼箱250，所有模块再次在交通工具前面相同位置处显示相同的虚拟图像。注意，提供更高集合眼箱250的堆叠一般不是模块的堆叠，更确切地说，由于典型风挡的斜率，通过简单地使用附加模块仪表板的更大、基本水平的区域，可实现眼箱段的堆叠。同样，虽然前面阐述了“如图2所示，从每个单个成像器和相关光学器件220发射的图像被其相关的凹面镜230准直、放大和反射，然后被交通工具风挡240部分地反射，以形成在位于交通工具的驾驶员（操作者）的标称头部位置处的眼箱段255中可见的虚拟图像260”，但在任一实施例中，凹面镜实现的准直程度必定是不够理想的，并可有意设定成限制会在交通工具前面多远处形成虚拟图像。在一些情况下，凹面镜事实上可被有意设计成使准直失真，以抵消任何下列像差源，风挡曲率（若有的话）是最明显的示例。

如前面指出的，图2（也参见图6）中，在MHUD组件210的控制和接口电子设备620中可进行离轴失真、和倾斜像差以及色彩和亮度校正。当然，来自每个模块215的每个图像或图像段的横向位置校正也可在控制和接口电子设备620中（或机械地）进行，使得不会显示重影或重影部分。此外，应注意，“亮度校正”至少具有两个主要方面。首先和最明显的是，模块到模块的亮度变化校正，使得来自不同模块的图像亮度（和色彩）也会一样。然而，与此关联的是图像扭曲和其他因素可能会导致个别模块中图像部分在亮度上的变化的事实，因为由于扭曲，像素间距的变化可能会引起可见亮度像差。如果遇到这种情况，由于每个模块中每个个别像素的亮度是个别可控的，如必要，在像素分离增加的区域可以局部地增加像素亮度，以及在像素分离减少的区域局部地减少像素亮度。最后应注意的是，典型固态发射像素阵列成像器不是方形成像器，而通常是尺寸不等的矩形。因此，成像器定向的选择也可提供可能在本发明的平视显示器的设计中有用的附加变量。

下面的表1呈现了本发明特定实施例的基于QPI成像器的MHUD系统200的显著性能特征，说明了其相比于使用单个较大反射镜和单个较大图像源的现有技术HUD系统的性能优点。如表1所示，本发明的分割出瞳MHUD系统在每个性能目录中胜过现有技术HUD系统很多倍。另外，由于前面说明的其宽松的制造公差和较小尺寸的反射镜，本发明的MHUD系统200预期会比具有可比较的眼箱尺寸的现有技术划算得多。

参数	现有技术 HUD *	基于MHUD的 QPI成像器
			色彩再现（NTSC比）	80%	140% 可编程的
虚拟图像强度	6,000 cd/m²	> 10,000 cd/m²
			对比率	400:1	> 100,000:1
功耗（成像器+驱动电子设备）	> 8 W	< 2 W
			相对尺寸（HUD组件）	100%	< 25%
像差引起的游泳效应	100%	< 16%

*现有技术HUD基于使用高亮度LCD面板作为图像源。

表1：性能比较。

因此，本发明具有多个方面，根据需要，该各方面可单独实践或在各种组合或子组合中实践。虽然为了说明目的而非限制目的已在此处公开和描述了本发明的特定优选实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在不偏离所附权利要求的完整广度所限定的本发明的精神和范围的情况下，对本发明进行形式上和细节上的各种改变。

Claims

1.一种用于交通工具的平视显示器，包括：

多个模块，每个所述模块具有：

固态发射像素阵列成像器；以及

凹面镜，其被设置成准直、放大并反射由所述固态发射像素阵列成像器朝向交通工具风挡生成的图像，以形成在眼箱段内可见的虚拟图像；

所述多个模块被设置成，使得各眼箱段合并以提供具有大于每个模块的眼箱的集合眼箱的平视显示器，所述集合眼箱位于交通工具的驾驶员的标称头部位置处。

2.根据权利要求1所述的平视显示器，其中：

每个模块被配置和定位成在距交通工具风挡的相同位置处形成相应的虚拟图像，以及具有其相应眼箱段的每个模块被定位在相应模块的出瞳处，使得所述多个模块的相邻眼箱段重叠和合并以形成分割出瞳眼箱，从而在所述集合眼箱中呈现给交通工具的驾驶员的图像信息为在集合角视场上延伸的虚拟图像的角度复用视图。

3.根据权利要求2所述的平视显示器，其中所述多个模块的眼箱段的重叠形成分割出瞳集合眼箱。

4.根据权利要求2所述的平视显示器，其中每个模块的眼箱段的尺寸和所述平视显示器中模块的数量被选择成提供集合眼箱尺寸，以适应驾驶员头部位置的范围。

5.根据权利要求2所述的平视显示器，其中所述平视显示器的分割出瞳眼箱使得平视显示器具有可调整尺寸的眼箱和体积方面，从而在使用相同的平视显示器模块时匹配各种各样的交通工具需求。

6.根据权利要求2所述的平视显示器，其中所述集合眼箱具有通过结合一个或多个附加模块在宽度和/或高度上可扩展的尺寸。

7.根据权利要求2所述的平视显示器，其中所述集合眼箱的边界为眼箱段重叠的区域，在该重叠的区域内虚拟图像的亮度跨所述集合眼箱在给定阈值内是均匀的。

8.根据权利要求7所述的平视显示器，其中：

眼箱段之间的重叠导致驾驶员对虚拟图像中任何点的感知以结合来自多个模块中多于一个模块的光学贡献，从而导致多个模块的个别凹面镜的像差引起的光学失真或光线方向偏差在虚拟图像中的任何点处被平均，减少驾驶员感知的任何游泳效应。

9.根据权利要求1所述的平视显示器，其中所述凹面镜具有非球面的或自由形态的反射表面，从而选择所述反射表面的非球面的或自由形态的因素，以便将其光学像差最小化。

10.根据权利要求9所述的平视显示器，其中所述固态发射像素阵列成像器各自包括平衡相应凹面镜产生的离轴失真和倾斜像差的相关光学器件，其中所述相关光学器件为单独的透镜光学元件或直接附着到相应的固态发射像素阵列成像器上。

11.根据权利要求10所述的平视显示器，其中：

多个凹面镜中的每一个凹面镜的孔径大小实现的像差，凹面镜的非球面的或自由形态的因素，以及固态发射像素阵列成像器相关联的光学器件的离轴失真和倾斜像差平衡效应共同使凹面镜导致的光学失真最小化，从而使平视显示器相关联的任何游泳效应最小化。

12.根据权利要求1所述的平视显示器，其中每个模块提供光学孔径尺寸和像素分辨率，该像素分辨率提供比人类视觉系统在虚像位置处能够分辨的分辨率更高的分辨率，专门用于数字图像扭曲的另外的分辨率预补偿凹面镜产生的像差导致的残留光学失真，由此减少平视显示器的驾驶员感知的任何游泳效应。

13.根据权利要求1所述的平视显示器，其中通过选择包括平视显示器的模块的数量，使得平视显示器的体积尺寸匹配交通工具仪表板区域中可用的体积。

14.根据权利要求1所述的平视显示器，进一步包括：

组件，所述组件具有：

多个模块；

多个光电检测器；以及

控制器；

所述多个光电检测器的每一个被放置在所述组件内，以检测从模块中的相应的一个的固态发射像素阵列成像器发射的光；

所述控制器耦合到要显示的虚拟图像的图像数据源、所述光电检测器的输出和所述固态发射像素阵列成像器的输入，所述控制器响应所述光电检测器的输出以实现电子硬件和/或软件的控制功能来控制所述固态发射像素阵列成像器，以便确保跨集合眼箱的多个眼箱段的色彩和亮度的均匀性。

15.根据权利要求14所述的平视显示器，其中所述控制器进一步包括用于耦合到用来控制交通工具仪表板亮度的交通工具环境光光电检测器的输出的连接。

16.根据权利要求14所述的平视显示器，其中：

图像数据源为驾驶员辅助系统，以及控制器中电子硬件和/或软件实现的控制功能包括：

均匀性循环功能，其响应于光电检测器的输出以计算相应的色彩和亮度校正，并且将该校正耦合到要求提供跨平视显示器的集合眼箱的色彩和亮度的均匀性的相应的多个固态发射像素阵列成像器中的每个；

第一控制功能，其合并由所述均匀循环功能利用要从用来控制交通工具仪表板亮度的交通工具环境光光电检测器传感器接收的输入计算的色彩和亮度校正；

接口功能，其从交通工具的驾驶员辅助系统接收图像数据，结合到向每个固态发射像素阵列成像器提供的图像数据中，所述控制功能提供的特定色彩和亮度校正；以及

第二控制功能，其用于通过提供针对相应的固态发射像素阵列成像器进行校正的图像数据，来控制所述多个固态发射像素阵列成像器中的每个。

17.根据权利要求16所述的平视显示器，其中：

所述控制器包括用于耦合至外部色彩和亮度调整输入的外部色彩和亮度连接，以及其中所述接口功能进一步包括接收外部色彩和亮度调节并将其结合到每个固态发射像素阵列成像器的图像数据中、由所述控制功能提供的特定色彩和亮度校正的能力；以及

第二控制功能被配置成通过提供针对相应的固态发射像素阵列成像器进行校正并根据外部色彩和亮度调节来调整的图像数据，来控制多个固态发射像素阵列成像器。

18.根据权利要求16所述的平视显示器，其中所述接口功能进一步被配置成实行数字图像扭曲，以预补偿凹面镜产生的像差导致的残留光学失真，由此减少驾驶员感知的游泳效应。

19.根据权利要求14所述的平视显示器，其中所述控制器进一步包括用于耦合到环境光光电检测器的输出的连接，所述环境光光电检测器的输出通过控制多个固态发射像素阵列成像器相对于环境光光电检测器检测到的环境光亮度的发射亮度，被所述控制器用来控制平视显示器的虚拟图像的亮度。

20.根据权利要求14所述的平视显示器，进一步包括形成光学接口窗口的玻璃罩，选择所述玻璃罩以衰减日光红外发射，以减小或阻止多个固态发射像素阵列成像器的每一个上的日光热负荷。

21.一种用于交通工具的平视显示器，包括：

多个模块，其中每个所述模块具有；

固态发射像素阵列成像器；以及

具有非球面的或自由形态的反射表面的凹面镜，其被设置成准直、放大并反射由所述固态发射像素阵列成像器生成的图像朝向交通工具风挡，以形成在眼箱段内可见的虚拟图像；

所述多个模块被设置成提供具有大于每个模块的眼箱段的集合眼箱的平视显示器，所述集合眼箱位于交通工具的驾驶员的标称头部位置；

每个模块被配置和定位成在距交通工具风挡的相同位置处形成相应的虚拟图像，以及具有其相应眼箱段的每个模块被定位在相应模块的出瞳处，使得所述多个模块的一些眼箱段重叠和合并以形成分割出瞳眼箱，从而在所述集合眼箱中呈现给交通工具的驾驶员的图像信息为在集合角视场上延伸的虚拟图像的角度复用视图。

22.根据权利要求21所述的平视显示器，其中所述集合眼箱的边界为眼箱段重叠的区域，在该重叠的区域内虚拟图像的亮度跨所述集合眼箱在给定阈值内是均匀的。

23.根据权利要求21所述的平视显示器，其中所述集合眼箱具有通过结合一个或多个附加模块在宽度和/或高度上可扩展的尺寸。

24.根据权利要求21所述的平视显示器，其中所述固态发射像素阵列成像器各自包括平衡相应凹面镜产生的离轴失真和倾斜像差的相关光学器件，其中所述相关光学器件为单独的透镜光学元件或直接附着到相应的固态发射像素阵列成像器上。

25.根据权利要求21所述的平视显示器，进一步包括：

组件，所述组件具有：

多个模块；

多个光电检测器；以及

控制器；

26.根据权利要求25所述的平视显示器，其中所述控制器进一步包括用于耦合到用来控制交通工具仪表板亮度的交通工具环境光光电检测器的输出的连接。

27.根据权利要求25所述的平视显示器，其中：

控制功能，其合并由所述均匀循环功能利用要从用来控制交通工具仪表板亮度的交通工具环境光光电检测器传感器接收的输入计算的色彩和亮度校正；

控制功能，其用于通过提供针对相应的固态发射像素阵列成像器进行校正的图像数据，来控制所述多个固态发射像素阵列成像器。

28.根据权利要求27所述的平视显示器，其中：

所述控制器包括用于耦合至外部色彩和亮度调整输入的外部色彩和亮度连接，以及其中所述接口功能进一步包括接收外部色彩和亮度调节并将其结合到每个固态发射像素阵列成像器的图像数据、所述控制功能提供的特定色彩和亮度校正的能力；以及

控制功能被配置成通过提供针对相应的固态发射像素阵列成像器进行校正并根据外部色彩和亮度调节来调整的图像数据，来控制多个固态发射像素阵列成像器。

29.根据权利要求27所述的平视显示器，其中所述接口功能进一步被配置成实行数字图像扭曲，以预补偿凹面镜产生的像差导致的残留光学失真，由此减少驾驶员感知的游泳效应。

30.根据权利要求25所述的平视显示器，其中所述控制器进一步包括用于耦合到环境光光电检测器的输出的连接，所述环境光光电检测器的输出通过控制多个固态发射像素阵列成像器相对于环境光光电检测器检测到的环境光亮度的发射亮度，被所述控制器用来控制平视显示器的虚拟图像的亮度。

31.根据权利要求25所述的平视显示器，进一步包括形成光学接口窗口的玻璃罩，选择所述玻璃罩以衰减日光红外发射，以减小或阻止多个固态发射像素阵列成像器的每一个上的日光热负荷。

32.一种形成用于交通工具的平视显示器的方法，包括：

使用多个模块，并且在每个模块中实行，将每个模块中的固态发射像素阵列成像器发射的图像引导到相应的凹面镜上，以便准直、放大和反射图像；

在交通工具中安装所述多个模块，使得每个模块中来自凹面镜的图像可以从交通工具风挡向交通工具操作者的眼睛反射，从而看上去像交通工具前面的某个位置处的相应虚拟图像，针对所有模块的虚拟图像的位置是相同的；以及

使每个模块中固态发射像素阵列成像器在任一时间发射相同的图像；

从而交通工具操作者可见的集合眼箱将大于任何一个模块的眼箱段。

33.根据权利要求32所述的方法，其中：

每个模块被定位成形成相应的虚拟图像，其中相应的眼箱段被定位在相应模块的出瞳处，使得所述多个模块的眼箱段重叠和合并以形成分割出瞳集合眼箱，从而在所述集合眼箱中呈现给交通工具操作者的图像信息为在集合角视场上延伸的虚拟图像的角度复用视图，多个模块的眼箱段的重叠形成分割出瞳集合眼箱。

34.根据权利要求32所述的方法，其中由虚拟图像的偏移和倾斜导致的像差通过对由每个固态发射像素阵列成像器提供的图像数据和由所述固态发射像素阵列成像器发射的图像的相应调整来进行电子补偿。

35.根据权利要求32所述的方法，其中所述凹面镜为被选择成使光学像差最小化的自由形态的反射表面。

36.根据权利要求32所述的方法，其中所述凹面镜为被选择成使包括曲形风挡导致的光学像差的光学像差最小化的自由形态的反射表面。

37.根据权利要求32所述的方法，进一步包括提供与平衡相应凹面镜引起的离轴失真和倾斜像差的每个固态发射像素阵列成像器相关联的光学器件，相关的光学器件为单独的透镜光学元件或直接附着到相应的固态发射像素阵列成像器上。

38.根据权利要求32所述的方法，其中选择每个固态发射像素阵列成像器以提供高于人类视觉系统能够在虚像位置处分辨的像素分辨率，并且使用用于数字图像扭曲的另外的分辨率，以预补偿凹面镜产生的像差导致的残留光学失真，由此减少平视显示器驾驶员感知的任何游泳效应。

39.根据权利要求32所述的方法，进一步包括：

提供多个光电检测器和控制器；

定位所述光电检测器，以检测从模块中的相应的一个的固态发射像素阵列成像器发射的光；

将所述控制器耦合到要显示的虚拟图像的图像数据源、光电检测器的输出以及固态发射像素阵列成像器的输入；

在所述控制器中实现电子硬件和/或软件中的控制功能，其响应所述光电检测器的输出来控制所述固态发射像素阵列成像器以便确保跨集合眼箱的多个眼箱段的色彩和亮度的均匀性。

40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括将控制器连接至用来控制交通工具仪表板亮度的交通工具环境光光电检测器的输出。

41.根据权利要求40所述的方法，进一步包括：

将控制器耦合到驾驶员辅助系统，以便向所述控制器提供图像数据，以及在控制器中电子硬件和/或软件中实现的控制功能包括：

接口功能，从交通工具的驾驶员辅助系统接收图像数据，合并到每个固态发射像素阵列成像器的图像数据，所述控制功能提供的特定色彩和亮度校正；以及

42.根据权利要求40所述的方法，进一步包括将环境光光电检测器的输出耦合到控制器，并且使用其输出通过控制多个固态发射像素阵列成像器相对于环境光光电检测器检测到的环境光亮度的发射亮度，以控制平视显示器的虚拟图像的亮度。

43.根据权利要求40所述的方法，进一步包括形成光学接口窗口的玻璃罩，选择所述玻璃罩以衰减日光红外发射，以减小或阻止多个固态发射像素阵列成像器的每一个上的日光热负荷。

44.根据权利要求40所述的方法，进一步包括：

将控制器耦合至外部色彩和亮度调整输入，以及进一步提供接收外部色彩和亮度调节并将其结合到每个固态发射像素阵列成像器的图像数据、所述控制功能提供的特定色彩和亮度校正的能力；以及

通过提供针对相应的固态发射像素阵列成像器进行校正并根据外部色彩和亮度调节来调整的图像数据，来控制所述多个固态发射像素阵列成像器。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述控制器进一步被配置成实行数字图像扭曲，以预补偿凹面镜引起的像差导致的残留光学失真，由此减少驾驶员感知的游泳效应。