CN111064941A - 多区投影设备及多区投影方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种多区投影设备及多区投影方法，多区投影设备包括：图像光投射板，所述图像光投射板包括第一投射区域和第二投射区域，所述第一投射区域和所述第二投射区域发射用于成像的图像光；光程补偿部，所述光程补偿部设置在所述图像光的传播路径上，所述光程补偿部包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域，所述第一补偿区域和所述第二补偿区域分别与所述第一投射区域和所述第二投射区域相对应；成像透镜组，所述成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光。

Description

多区投影设备及多区投影方法

技术领域

本申请涉及图像数据处理和产生领域，更具体地，涉及一种多区投影设备及多区投影方法。

背景技术

作为常见的图像生成单元(Picture Generation Unit,PGU)之一，投影设备广泛应用于多种应用场景。常见的投影设备一般采用数字微镜器件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)作为PGU的核心单元。经DMD发射的光信号经过光学系统进行光处理后投射到屏幕上以显示图像。

投影设备目前也广泛应用于机动车中以实现抬头显示(Head-UP Display,HUD)。AR-HUD将增强现实技术与HUD技术很好的进行了融合，能够在不影响驾驶员感知真实驾驶环境的情况下帮助驾驶员分析周边驾驶环境。在AR-HUD的应用场景下，AR画面往往与真实驾驶环境中的物体近似地“融为一体”。这要求AR-HUD具有较大的视场角和较远的成像距离。

然而，即使在AR-HUD的场景下，驾驶员依然需要获取一些与车辆本身相关的指示信息，诸如时速、档位、车内温度等。这些指示信息往往需要成像在较近的距离处以方便查看。

现有的实现双成像距离HUD的主流方法是采用两套PGU来实现。例如，利用一套数字光处理(Digital Light Processing,DLP)PGU来实现AR成像，然后利用一套薄膜晶体管(Thin Film Transistor)PGU来实现指示信息成像。再例如，利用两套TFT-PGU(或者两套DLP-PGU)分别实现AR成像和指示信息成像。然而，在这种实现方式中，两套或者更多套的PGU占用体积较大、成本较高并且对装配要求也较高。

发明内容

本申请一方面提供了一种多区投影设备，所述多区投影设备包括：图像光投射板，所述图像光投射板包括第一投射区域和第二投射区域，所述第一投射区域和所述第二投射区域发射用于成像的图像光；光程补偿部，所述光程补偿部设置在所述图像光的传播路径上，所述光程补偿部包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域，所述第一补偿区域和所述第二补偿区域分别与所述第一投射区域和所述第二投射区域相对应；成像透镜组，所述成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光。

根据本申请实施方式，所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，并且所述成像透镜组的成像深度大于所述第一距离与所述第二距离的差值。

根据本申请实施方式，所述多区投影设备还包括棱镜，所述棱镜设置在所述图像光投射板与所述成像透镜组之间，由所述第一投射区域和所述第二投射区域发射的图像光经由所述棱镜偏折后出射。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部还包括至少一个附加补偿区域。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部附着在所述棱镜的入光面或出光面上。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部设置在所述棱镜的入光面与所述图像光投射板之间并且与所述棱镜和所述图像光投射板间隔开。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部设置在所述棱镜的出光面与所述成像透镜组之间并且与所述棱镜和所述成像透镜组间隔开。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部与所述棱镜的入光面或出光面一体成型。

根据本申请实施方式，所述光程补偿部附着在所述图像光投射板上。

根据本申请实施方式，所述图像光投射板包括DMD芯片，所述DMD芯片包括与所述第一投射区域对应的第一有效像素区域以及与所述第二投射区域对应的第二有效像素区域。

根据本申请实施方式，所述第一有效像素区域发射用于合成AR图像的图像光，所述第二有效像素区域发射用于生成状态指示图像的图像光。

根据本申请实施方式，所述第一有效像素区域和所述第二有效像素区域共同发射用于生成全画幅图像的图像光。

根据本申请实施方式，所述第一有效像素区域大于所述第二有效像素区域。

根据本申请实施方式，所述多区投影设备还包括像素控制器，所述像素控制器通过对所述DMD芯片的像素点的启用和禁用来控制所述DMD芯片的第一有效像素区域和第二有效像素区域发射图像光。

根据本申请实施方式，所述多区投影设备还包括设置在所述第一距离处的第一匀光元件以及设置在所述第二距离处的第二匀光元件，其中，在所述第一匀光元件上设置有用于扩散所述第一成像光的第一微结构单元，并且在所述第二匀光元件上设置有用于扩散所述第二成像光的第二微结构单元。

根据本申请实施方式，所述多区投影设备还包括多片反射镜，所述反射镜用于反射将所述第一成像光和所述第二成像光反射到成像位置处。

本申请另一方面提供了一种多区投影设备，所述多区投影设备包括：图像光投射板，所述图像光投射板包括第一投射区域和第二投射区域，所述第一投射区域和所述第二投射区域发射用于成像的图像光；光程补偿部，所述光程补偿部设置在所述第二投射区域发射的图像光的传播路径上，所述第二投射区域发射的图像光经过所述光程补偿部透射并被补偿光程；成像透镜组，所述成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光；所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，并且所述成像透镜组的成像深度大于所述第一距离与所述第二距离的差值。

本申请另一方面提供了一种多区投影方法，所述多区投影方法包括：使用图像光投射板的第一投射区域和第二投射区域分别发射用于成像的图像光；利用设置在所述图像光的传播路径上的光程补偿部补偿所述第一投射区域和所述第二投射区域发射的图像光的光程，所述光程补偿部具有分别与所述第一投射区域和所述第二投射区域相对应的、具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域；以及利用成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光，所述第一成像光和所述第二成像光具有不同的最佳成像面。

根据本申请实施方式，所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，所述成像透镜组的成像深度大于所述第一距离与所述第二距离的差值。

根据本申请实施方式，所述方法还包括利用设置在所述图像光投射板与所述成像透镜组之间的棱镜偏折由所述第一投射区域和所述第二投射区域发射的图像光。

根据本申请实施方式，所述成像方法还包括：利用与所述第一投射区域对应的第一有效像素区域发射用于合成AR图像的图像光；以及利用与所述第二投射区域对应的第二有效像素区域发射用于生成状态指示图像的图像光。

根据本申请实施方式，使用图像光投射板的所述第一投射区域和所述第二投射区域分别发射用于成像的图像光包括：通过启用所述图像光投射板的DMD芯片的第一有效像素区域和第二有效像素区域的像素点来控制所述图像光投射板的所述第一投射区域和所述第二投射区域分别发射用于成像的图像光。

根据本申请实施方式，所述多区投影方法还包括：利用多片反射镜将所述第一成像光和所述第二成像光反射到成像位置处。

根据本申请所提供的多区投影设备和多区投影方法，能够达到以下至少一个有益效果：

利用一套图像生成单元(PGU)在不同投影距离处显示不同的分画幅投影图像，从而节约了成本和PGU安装空间；以及

利用PGU的全部像素在恰当的位置处显示清晰的全画幅投影图像，从而实现高的成像分辨率、大画幅和多信息综合成像。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本申请实施方式的多区投影设备的示意性框图；

图2是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图；

图3是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图；

图4是根据本申请实施方式的光程补偿部的布局的示意图；

图5是根据本申请实施方式的光程补偿部的布局的示意图；

图6是根据本申请实施方式的光程补偿部的布局的示意图；

图7是根据本申请实施方式的光程补偿部的布局的示意图；

图8是根据本申请实施方式的DMD芯片像素控制的示意图；

图9是根据本申请另一实施方式的DMD芯片像素控制的示意图；

图10是根据本申请实施方式的AR-HUD投射方式的示意图；

图11是根据本申请实施方式的光程补偿部的结构的示意图；

图12是根据本申请另一实施方式的光程补偿部的结构的示意图；

图13是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图；以及

图14是根据本申请实施方式的多区投影方法的流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一投射区域也可被称作第二投射区域。反之亦然。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是根据本申请实施方式的多区投影设备的示意性框图。

多区投影设备1000包括图像光投射板1100、光程补偿部1200和成像透镜组1300。

图像光投射板1100可包括第一投射区域1110和第二投射区域1120。第一投射区域1110和第二投射区域1120分别发射用于成像的图像光。图像光投射板1100可基于数字光信号在第一投射区域1110和第二投射区域1120投射不同的图像光。第一投射区域1110和第二投射区域1120可根据实际需要配备不同的尺寸。例如，第一投射区域1110可大于第二投射区域1120，反之亦然。另外，第一投射区域1110和第二投射区域1120也可具有大致相同的尺寸。

光程补偿部1200可包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域1210和第二补偿区域1220。光程补偿部1200设置在图像光投射板1100发射的图像光的传播路径上。光程补偿部1200可以是透镜或平板玻璃以补偿图像光的光程。通过选用不同折射率或厚度的补偿材料来实现对不同图像光的不同光程补偿的需求。图像光投射板1100的第一投射区域1110和第二投射区域1120发射的图像光分别经过光程补偿部1200的第一补偿区域1210和第二补偿区域1220透射，并被光程补偿部1200的不同光程补偿量的补偿区域补偿不同的光程。具体地，第一补偿区域1210和第二补偿区域1220可分别与第一投射区域1110和第二投射区域1120相对应。光程补偿部1200可利用其不同补偿区域具有不同的厚度的特性对光程进行调节，从而使得经过光程补偿部1200不同补偿区域透射的图像光具有不同的光程。这样的光程补偿可以促使不同补偿区域发射出来的图像光最终成像在不同距离处。

成像透镜组1300对经过第一补偿区域1210透射的图像光进行成像以透射第一成像光1410。第一成像光1410可以在与成像透镜组1300相距第一距离1510的位置处呈现最清晰的像，位于该位置处的平面也称作第一成像光1410的最佳成像面1530。此外，成像透镜组1300还对经过第二补偿区域1220透射的图像光进行成像以透射第二成像光1420。第二成像光1420可以在与成像透镜组1300相距第二距离1520的位置处呈现最清晰的像，位于该位置处的平面也称作第二成像光1420的最佳成像面1540。成像透镜组1300可包括一系列光学透镜，这些光学透镜根据成像需求而相应设计和排布。

根据本申请提出的实施方案，图像光投射板被分区使用，并且光程补偿部利用其不同补偿区域具有不同光程补偿量的特性补偿图像光投射板不同投射区域发射的图像光的光程。因此，可以通过一套投影设备来实现不同成像距离的多区单画幅成像，从而节省了空间并降低了成本。

图2是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图。

多区投影设备2000包括图像光投射板2100、光程补偿部2200和成像透镜组2300。

图像光投射板2100可包括第一投射区域2110和第二投射区域2120。第一投射区域2110和第二投射区域2120分别发射用于成像的图像光。光程补偿部2200可包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域2210和第二补偿区域2220。光程补偿部2200设置在图像光投射板2100发射的图像光的传播路径上。光程补偿部2200可以是透镜或平板玻璃以补偿图像光的光程。通过选用不同折射率或厚度的补偿材料来实现对不同图像光的不同光程补偿的需求。图像光投射板2100的第一投射区域2110和第二投射区域2120发射的图像光分别经过光程补偿部2200的第一补偿区域2210和第二补偿区域2220透射并被光程补偿部2200的不同光程补偿量的补偿区域补偿不同的光程。具体地，第一补偿区域2210和第二补偿区域2220分别与第一投射区域2110和第二投射区域2120相对应。光程补偿部2200可利用其不同补偿区域具有不同的厚度的特性对光程进行调节，从而使得经过光程补偿部2200不同补偿区域透射的图像光具有不同的光程。此外，成像透镜组2300对经过第一补偿区域2210透射的图像光进行成像以透射第一成像光2410。成像透镜组2300还对经过第二补偿区域2220透射的图像光进行成像以透射第二成像光2420。

第一成像光2410能够在距离成像透镜组2300的一定距离内呈现清晰的图像，其中第一成像光2410的最佳成像面2530在与成像透镜组2300相距第一距离2510处。第二成像光2420能够在距离成像透镜组2300的一定距离内呈现清晰的图像，其中第二成像光2420的最佳成像面2540在与成像透镜组2300相距第二距离2520处。图2的多区投影设备2000的成像透镜组2300可以具有大的成像深度。例如，成像透镜组2300的成像深度2600大于第一距离2510与第二距离2520的差值。在这种情况下，第一成像光2410和第二成像光2420可以同时成像在与成像透镜组2300相距第一距离2510与第二距离2520之间的成像面处。

如图2所示，第一成像光2410可以在最佳成像面2530的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度即为成像透镜组2300的成像深度2600。类似地，第二成像光2420可以在最佳成像面2540的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度也是成像透镜组2300的成像深度2600。当成像深度2600较大时，例如，当成像深度2600大于第一距离2510与第二距离2520的差值时，第一成像光2410能够清晰成像的范围与第二成像光2420能够清晰成像的范围会彼此交叠。在交叠区域2610中，第一成像光2410和第二成像光2420均可清晰成像。

通过采用这样的具有大成像深度的成像透镜组2300，多区投影设备2000可以在上述交叠区域2610中实现清晰的全幅成像。在这种情况下，多区投影设备2000可以最大程度利用图像光投射板2100的像素，实现大画面和高分辨率。

此外，如图2所示的多区投影设备2000还可包括第一匀光元件2710和第二匀光元件2720。第一匀光元件2710可位于与成像透镜组2300相距第一距离2510的最佳成像面2530处。第二匀光元件2720可位于与成像透镜组2300相距第二距离2520的最佳成像面2540处。

图3是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图。

多区投影设备3000包括图像光投射板3100、光程补偿部3200、成像透镜组3300和棱镜3800。

图像光投射板3100可包括第一投射区域3110和第二投射区域3120。第一投射区域3110和第二投射区域3120分别发射用于成像的图像光。光程补偿部3200可包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域3210和第二补偿区域3220。光程补偿部3200设置在图像光投射板3100发射的图像光的传播路径上。图像光投射板3100的第一投射区域3110和第二投射区域3120发射的图像光分别经过光程补偿部3200的第一补偿区域3210和第二补偿区域3220透射并被光程补偿部3200的不同光程补偿量的补偿区域补偿不同的光程。具体地，第一补偿区域3210和第二补偿区域3220分别与第一投射区域3110和第二投射区域3120相对应。光程补偿部3200可利用其不同补偿区域具有不同的厚度的特性对光程进行调节，从而使得经过光程补偿部3200不同补偿区域透射的图像光具有不同的光程。此外，成像透镜组3300对经过第一补偿区域3210透射的图像光进行成像以透射第一成像光3410。成像透镜组3300还对经过第二补偿区域3220透射的图像光进行成像以透射第二成像光3420。

第一成像光3410能够在距离成像透镜组3300的一定距离内呈现清晰的图像，其中第一成像光3410的最佳成像面3530在与成像透镜组3300相距第一距离3510处。第二成像光3420能够在距离成像透镜组3300的一定距离内呈现清晰的图像，其中第二成像光3420的最佳成像面3540在与成像透镜组3300相距第二距离3520处。图3的多区投影设备3000的成像透镜组3300可以具有大的成像深度。例如，成像透镜组3300的成像深度3600大于第一距离3510和第二距离3520的差值。在这种情况下，第一成像光3410和第二成像光3420可以同时成像在与成像透镜组3300相距第一距离3510与第二距离3520之间的成像面处。如图3所示，第一成像光3410可以在最佳成像面3530的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度即为成像透镜组3300的成像深度3600。类似地，第二成像光3420可以在最佳成像面3540的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度也是成像透镜组3300的成像深度3600。当成像深度3600较大时，例如，当成像深度3600大于第一距离3510与第二距离3520的差值时，第一成像光3410能够清晰成像的范围与第二成像光3420能够清晰成像的范围会彼此交叠。在交叠区域3610中，第一成像光3410和第二成像光3420均可清晰成像。通过采用这样的具有大成像深度的成像透镜组3300，多区投影设备3000可以在交叠区域3610实现全幅成像。在这种情况下，多区投影设备3000可以最大程度利用图像光投射板3100的像素，实现大画面和高分辨率。

此外，如图3所示的多区投影设备3000还可包括第一匀光元件3710和第二匀光元件3720。第一匀光元件3710可位于与成像透镜组3300相距第一距离3510的最佳成像面3530处。第二匀光元件3720可位于与成像透镜组3300相距第二距离3520的最佳成像面2540处。

与图2所示的多区投影设备2000不同，图3所示的多区投影设备3000还包括棱镜3800。棱镜3800设置在图像光投射板3100与成像透镜组3300之间。由第一投射区域3110和第二投射区域3120发射的图像光经由棱镜3800偏折后出射。本申请提供的多区投影的方案不仅可适用于直射式的PGU，还可适用于棱镜式的PGU。

如图3所示，光程补偿部3200可设置在棱镜3800的出光面与成像透镜组3300之间并且与棱镜3800和成像透镜组3300间隔开。或者，如图4所示，光程补偿部3200还可设置在棱镜3800的入光面与图像光投射板3100之间并且与棱镜3800和图像光投射板3100间隔开。

如图5所示，光程补偿部3200可附着在棱镜3800的出光面上。此外，如上文所述，光程补偿部3200还应设置在图像光投射板3100发射的图像光的传播路径上。例如，光程补偿部3200可覆盖于图像光投射板3100发射的光束的截面。光程补偿部3200可通过胶合与棱镜3800的出光面附着。

如图6所示，光程补偿部3200可附着在棱镜3800的入光面上。此外，如上文所述，光程补偿部3200还应设置在图像光投射板3100发射的图像光的传播路径上。例如，光程补偿部3200可覆盖于图像光投射板3100发射的光束的截面。光程补偿部3200可通过胶合与棱镜3800的入光面附着。

如图7所示，光程补偿部3200可附着在图像光投射板3100上。此外，如上文所述，光程补偿部3200还应设置在图像光投射板3100发射的图像光的传播路径上。例如，光程补偿部3200可覆盖于图像光投射板3100发射的光束的截面。光程补偿部3200可通过胶合与图像光投射板3100附着。

根据本申请实施方式，图像光投射板3100可包括DMD芯片。DMD芯片可包括与第一投射区域3110和第二投射区域3120分别对应的第一有效像素区域和第二有效像素区域。在例如AR-HUD的应用场景中，DMD芯片中的第一有效像素区域可发射用于合成AR图像的图像光，DMD芯片中的第二有效像素区域可发射用于生成状态指示图像的图像光。由于指示信息往往不需要占据过大的显示空间，因此，应用于这种场景下的DMD芯片的第一有效像素区域可大于第二有效像素区域。

另外，DMD芯片中的第一有效像素区域和第二有效像素区域可共同发射用于生成全画幅图像的图像光，以在不需要分别显示AR图像和状态指示图像等单画幅图像的情况下，能够实现像面较大的全画幅图像。例如，DMD芯片中的第一有效像素区域和第二有效像素区域发射的图像光可以在成像面上连续，从而共同衔接显示同一帧图像。

根据本申请实施方式，全画幅图像的图像光的最佳成像面可位于对应的多个补偿区域补偿后的图像光的最佳成像面之间。为了得到清晰的全画幅图像，成像透镜组的成像深度可以大于上述最佳成像面之间的距离。例如，成像透镜组的成像深度可大于AR图像的最佳成像面与状态指示图像的最佳成像面之间的距离。在这种情况下，可控制DMD芯片的全部有效像素区域协同配合生成与全画幅图像对应的图像光。这样的图像光可清晰地成像在AR图像的最佳成像面和状态指示图像的最佳成像面之间。

适用于本申请的DMD芯片可无需单独设计，而可基于现有DMD芯片的硬件结构来实现。具体地，本申请各实施方式的多区投影设备还可包括用于对DMD芯片的像素进行控制的像素控制器。像素控制器可通过对DMD芯片的像素点的启用或禁用来实现DMD芯片的第一有效像素区域和第二有效像素区域。例如，可以启用第一有效像素，禁用第二有效像素；还可以启用第二有效像素，禁用第一有效像素；也可以同时启用第一有效像素和第二有效像素。

以下参照图8所示的DMD芯片阐释上述像素控制过程。根据诸如车载AR-HUD等多区投影应用的需求，DMD芯片8000可包括与第一投射区域对应的第一有效像素区域8100以及与第二投射区域对应的第二有效像素区域8200。第一有效像素区域8100和第二有效像素区域8200可被控制为发射不同的图像光。例如，第一有效像素区域8100可被控制为发射用于合成AR图像的分画幅图像的图像光。第二有效像素区域8200可被控制为发射用于生成状态指示图像的分画幅图像的图像光。此外，第一有效像素区域8100和第二有效像素区域8200还可被共同控制为发射用于生成全画幅图像的图像光。

可通过程序编码来对DMD芯片8000进行像素控制，使得DMD芯片8000通过软件控制(而非硬件设计)被划分为第一有效像素区域8100和第二有效像素区域8200。例如，可通过编码控制来使第一像素区域的像素点处于启用状态，第二像素区域的像素点处于禁用状态；也可使第二像素区域的像素点处于启用状态，第一像素区域的像素点处于禁用状态；或者，还可以同时使第一像素区域的像素点和第二像素区域的像素点处于启用状态。根据这一技术方案，可以在不改变现有DMD芯片的硬件设计的情况下，利用软件控制来实现图像光投射板的分区投射，从而最终实现多区投影设备。这种设计方案避免了重新开模带来的高昂成本。

与图8所示的DMD芯片8000不同，图9所示的DMD芯片9000可包括三个不同区域大小的有效像素区域。此外，DMD芯片还可包括多个不同区域大小的有效像素区域。由于光程补偿部也可包括多个具有不同光程补偿量的补偿区域，因此光程补偿部的多个不同光程补偿量的补偿区域可以与DMD芯片中的多个不同区域大小的有效像素区域一一对应，以实现多距离多区域成像。

根据本申请实施方式，多区投影设备还可包括设置在第一图像光的最佳成像面处的第一匀光元件以及设置在第二图像光的最佳成像面处的第二匀光元件，利用机械结构控制第一匀光元件或第二匀光单元的开启或者关闭，其中，在第一匀光元件上设置有用于扩散第一成像光的第一微结构单元，并且在第二匀光元件上设置有用于扩散第二成像光的第二微结构单元。微结构单元(Diffuser)，具有成像显示作用，可以改变光线的发散角，以提高图像的均匀性和亮度。微结构单元可以是散布于匀光元件上的光散射颗粒，也可以是在电场等外部激励源的刺激下开启或关闭的电致散射颗粒。在例如AR-HUD的应用场景中，当第一像素区域的像素点处于启用状态，第二像素区域的像素点处于禁用状态，并打开第一微结构单元，关闭第二微结构单元时，即可在第一匀光元件上显示AR图像的画面。当第二像素区域的像素点处于启用状态，第一像素区域的像素点处于禁用状态，并打开第二微结构单元，关闭第一微结构单元时，即可在第二匀光元件上显示状态指示图像的画面。

此外，多区投影设备还可包括设置在距离成像透镜组最近的最佳成像面与距离成像透镜组最远的最佳成像面之间的成像面处的第三匀光元件，其中，在第三匀光元件上设置有用于扩散第三成像光的第三微结构单元。当同时使第一像素区域的像素点和第二像素区域的像素点处于启用状态，并打开第三微结构单元时，即可在第三匀光元件上显示全画幅图像的画面。当DMD芯片中具有多个不同区域大小的有效像素区域时，通过控制不同的有效像素的像素点的启用和禁用，即可在投影设备的不同距离处显示多种不同图像的画面。并且，多种不同距离的成像画面可同时显示，也可通过控制DMD芯片上的不同像素区域的像素点以及对应的成像面的匀光元件进行切换显示。

根据本申请实施方式，多区投影设备还可包括透镜组，透镜组包括多片反射镜。反射镜可以是自由曲面镜或平面镜，并优选自由曲面镜。反射镜可以将成像载体处的图像放大。自由曲面基于安装多区投影设备的机动车的风挡玻璃的形状设计以将第一匀光元件、第二匀光元件和第三匀光元件上成的像反射到风挡玻璃上。以下参照图10以车载AR-HUD的场景为例示出这种方案。

参考图10，多区投影设备10000的基本结构可与以上参照图2描述的多区投影设备2000或以上参照图3描述的多区投影设备3000大致相同。多区投影设备10000的图像光投射板、光程补偿部、成像透镜组概括表述为PGU 11000。PGU 11000发出的第一成像光、第二成像光和第三成像光分别成像在第一匀光元件12000、第二匀光元件13000和第三匀光元件14000上。在例如AR-HUD的应用场景中，PGU 11000发出的用于生成AR图像的成像光成像在第一匀光元件12000上。PGU 11000发出的用于生成指示图像的成像光成像在第二匀光元件13000上。PGU 11000发出的用于生成全画幅图像的成像光成像在第三匀光元件14000上。多区投影设备10000还可包括透镜组。透镜组可以是自由曲面镜组。自由曲面镜组可沿光线传播路线依次包括小自由曲面镜15000和大自由曲面镜16000。小自由曲面镜15000和大自由曲面镜16000的自由曲面基于安装多区投影设备10000的机动车的风挡玻璃的形状进行设计以尽可能地消除或降低各种像差。小自由曲面镜15000和大自由曲面镜16000将第一匀光元件12000、第二匀光元件13000和第三匀光元件14000上所成的像分别反射到风挡玻璃上。由于投射的位置和角度不同并且所投射的像的成像点不同，驾驶员可在不同的图像深度上感知这三个图像。例如，驾驶员可在较远的成像点上感知到对驾驶环境进行深度分析的AR图像17000，而在较近的成像点上感知到显示车辆信息的指示图像18000。当驾驶员不需要观察AR图像17000和车辆信息的指示图像18000时，可在较远的成像点与较近的成像点之间的成像面的成像点上感知到全画幅图像19000。

根据本申请实施方式，光程补偿部3200还可包括至少一个附加补偿区域。光程补偿部3200的不同补偿区域具有不同的厚度。光程补偿部3200的形状也可根据需要进行相应的设计。例如，根据需要可将光程补偿部3200设计成如图11所示的具有三个不同光程补偿量的矩形的光程补偿部3210。根据需要可将光程补偿部3200设计成如图12所示的具有两个不同光程补偿量的U型槽或凹槽的光程补偿部3220等。

图13是根据本申请另一实施方式的多区投影设备的示意性框图。

多区成像设备20000包括图像光投射板21000、光程补偿部22000和成像透镜组23000。

图像光投射板21000可包括光源和图像光处理芯片(例如，DMD芯片)。图像光投射板21000彼此不重叠的第一投射区域21100和第二投射区域21200。第一投射区域21100和第二投射区域21200分别发射用于成像的图像光。图像光投射板21000可基于数字光信号投射不同的图像光。在一种图像光投射板21000的布局中，第一投射区域21100和第二投射区域21200可通过不发光的区域彼此间隔开一段距离。在另一种图像光投射板21000的布局中，第一投射区域21100和第二投射区域21200可彼此衔接。

光程补偿部22000设置在第二投射区域21200发射的图像光的传播路径上，第二投射区域21200发射的图像光经过光程补偿部22000透射并被光程补偿部22000补偿光程。光程补偿部22000可利用其材质特性对光程进行调节，从而使得经过光程补偿部22000透射的图像光与不经过光程补偿部22000透射的图像光具有不同的光程。这样的光程补偿可以促使不同投射区域发射出来的图像光最终成像在不同距离处。在这种情况下，图像光投射板被分区使用，并且光程补偿部补偿其中一个区域的图像光的光程。

成像透镜组23000对第一投射区域21100发射的图像光进行成像以透射第一成像光24100。此外，成像透镜组23000还对光程补偿部22000透射的图像光进行成像以透射第二成像光24200。成像透镜组23000可包括一系列光学透镜，这些光学透镜根据成像需求而相应设计和排布。

第一成像光24100能够在距离成像透镜组23000的一定距离内呈现清晰的图像，其中第一成像光24100的最佳成像面25300在与成像透镜组23000相距第一距离25100处。第二成像光24200能够在距离成像透镜组23000的一定距离内呈现清晰的图像，其中第二成像光24200的最佳成像面25400在与成像透镜组23000相距第二距离25200处。图13的多区投影设备20000的成像透镜组23000可以具有大的成像深度。例如，成像透镜组23000的成像深度26000大于第一距离25100与第二距离25200的差值。在这种情况下，如图13所示，第一成像光24100可以在最佳成像面25300的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度即为成像透镜组23000的成像深度26000。类似地，第二成像光24200可以在最佳成像面25400的左右一定范围内呈现清晰的像，该范围在光轴方向上的深度也是成像透镜组23000的成像深度26000。当成像深度26000较大时，例如，当成像深度26000大于第一距离25100与第二距离25200的差值时，第一成像光24100能够清晰成像的范围与第二成像光24200能够清晰成像的范围会彼此交叠。在交叠区域26100中，第一成像光24100和第二成像光24200均可清晰成像。通过采用这样的具有大成像深度的成像透镜组23000，多区投影设备20000可以在交叠区域26100处实现全幅成像。在这种情况下，多区投影设备20000可以最大程度利用图像光投射板21000的像素，实现大画面和高分辨率。

此外，如图13所示的多区投影设备20000还可包括第一匀光元件27100和第二匀光元件27200。第一匀光元件27100可位于与成像透镜组23000相距第一距离25100的最佳成像面25300处。第二匀光元件27200可位于与成像透镜组23000相距第二距离25200的最佳成像面25400处。

根据本申请实施方式，在图13所示的多区投影设备中，光程补偿部22000设置位置可以和如前述的光程补偿部3200的设置位置相同。

根据本申请实施方式，图13所示的多区投影设备还可包括棱镜28000，棱镜28000可以与前述的棱镜3800的功能和作用均相同。虽然图13以具有棱镜28000的方式示出了多区投影设备，但参照图1，多区投影设备也可不包含该棱镜。

图14是根据本申请实施方式的多区投影方法的流程图。

多区投影方法30000可包括：在操作S31000，使用图像光投射板的的第一投射区域和第二投射区域分别发射用于成像的图像光；在操作S32000，利用设置在图像光的传播路径上的具有分别与第一投射区域和第二投射区域相对应的具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域的光程补偿部补偿第一补偿区域和第二补偿区域发射的图像光的光程；以及在操作S33000，利用成像透镜组对经过第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光，第一成像光和第二成像光具有不同的最佳成像面。

根据本申请实施方式，所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，成像透镜组的成像深度大于第一距离与第二距离的差值。

根据本申请实施方式，方法还可包括利用设置在图像光投射板与成像透镜组之间的棱镜偏折由第一投射区域和第二投射区域发射的图像光。

根据本申请实施方式，成像方法还可包括：利用与第一投射区域对应的第一有效像素区域发射用于合成AR图像的图像光；以及利用与第二投射区域对应的第二有效像素区域发射用于生成状态指示图像的图像光。

根据本申请实施方式，使用图像光投射板的第一投射区域和第二投射区域分别发射用于成像的图像光可包括：通过启用图像光投射板的DMD芯片的第一有效像素区域和第二有效像素区域的像素点来控制图像光投射板的第一投射区域和第二投射区域分别发射用于成像的图像光。

根据本申请实施方式，多区投影方法还可包括：利用多片反射镜将第一成像光和第二成像光反射到成像位置处。

上文主要以车载HUD为例阐述了根据本申请实施方式的多区域图像设备和方法。然而，本领域技术人员可知，在不背离本申请所教导的技术构思的前提下，还可将上述方案应用于多种成像场景中，例如，可将多成像距离共同成像还可应用于智能大灯、投影仪和激光电视等领域。

以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种多区投影设备，其特征在于，所述多区投影设备包括：

图像光投射板，所述图像光投射板包括第一投射区域和第二投射区域，所述第一投射区域和所述第二投射区域发射用于成像的图像光；

光程补偿部，所述光程补偿部设置在所述图像光的传播路径上，所述光程补偿部包括具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域，所述第一补偿区域和所述第二补偿区域分别与所述第一投射区域和所述第二投射区域相对应；

成像透镜组，所述成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光。

2.根据权利要求1所述的多区投影设备，其特征在于，所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，并且所述成像透镜组的成像深度大于所述第一距离与所述第二距离的差值的绝对值。

3.根据权利要求1或2所述的多区投影设备，其特征在于，所述多区投影设备还包括棱镜，所述棱镜设置在所述图像光投射板与所述成像透镜组之间，由所述第一投射区域和所述第二投射区域发射的图像光经由所述棱镜偏折后出射。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多区投影设备，其特征在于，所述光程补偿部还包括至少一个附加补偿区域，所述图像光投射板还包括至少一个附加投射区域，所述附加补偿区域与所述附加投射区域相对应。

5.根据权利要求3所述的多区投影设备，其特征在于，所述光程补偿部附着在所述棱镜的入光面或出光面上。

6.根据权利要求3所述的多区投影设备，其特征在于，所述光程补偿部设置在所述棱镜的入光面与所述图像光投射板之间并且与所述棱镜和所述图像光投射板间隔开。

7.根据权利要求3所述的多区投影设备，其特征在于，所述光程补偿部设置在所述棱镜的出光面与所述成像透镜组之间并且与所述棱镜和所述成像透镜组间隔开。

8.根据权利要求3所述的多区投影设备，其特征在于，所述光程补偿部与所述棱镜的入光面或出光面一体成型。

9.一种多区投影设备，其特征在于，所述多区投影设备包括：

图像光投射板，所述图像光投射板包括第一投射区域和第二投射区域，所述第一投射区域和所述第二投射区域发射用于成像的图像光；

光程补偿部，所述光程补偿部设置在所述第二投射区域发射的图像光的传播路径上，所述第二投射区域发射的图像光经过所述光程补偿部透射并被补偿光程；

成像透镜组，所述成像透镜组对经过所述第一投射区域投射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光；

所述第一成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第一距离处，所述第二成像光的最佳成像面在与所述成像透镜组相距第二距离处，并且所述成像透镜组的成像深度大于所述第一距离与所述第二距离的差值。

10.一种多区投影方法，其特征在于，所述多区投影方法包括：

使用图像光投射板的第一投射区域和第二投射区域分别发射用于成像的图像光；

利用设置在所述图像光的传播路径上的光程补偿部补偿所述第一投射区域和所述第二投射区域发射的图像光的光程，所述光程补偿部具有分别与所述第一投射区域和所述第二投射区域相对应的、具有不同光程补偿量的第一补偿区域和第二补偿区域；以及

利用成像透镜组对经过所述第一补偿区域透射的图像光进行成像以透射第一成像光，并且对经过所述第二补偿区域透射的图像光进行成像以透射第二成像光，所述第一成像光和所述第二成像光具有不同的最佳成像面。

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