CN111427152A - 虚拟窗口显示器 - Google Patents

虚拟窗口显示器 Download PDF

Info

Publication number
CN111427152A
CN111427152A CN201911422268.3A CN201911422268A CN111427152A CN 111427152 A CN111427152 A CN 111427152A CN 201911422268 A CN201911422268 A CN 201911422268A CN 111427152 A CN111427152 A CN 111427152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
display
projector
collimating
modules
virtual window
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.)
Granted
Application number
CN201911422268.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111427152B (zh
Inventor
布伦特·D·拉森
肯·莱彭
卡鲁里·R·萨尔马
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.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
Honeywell International Inc
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 Honeywell International Inc filed Critical Honeywell International Inc
Publication of CN111427152A publication Critical patent/CN111427152A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111427152B publication Critical patent/CN111427152B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/349—Multi-view displays for displaying three or more geometrical viewpoints without viewer tracking
    • H04N13/351—Multi-view displays for displaying three or more geometrical viewpoints without viewer tracking for displaying simultaneously
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R1/00—Optical viewing arrangements; Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles
    • B60R1/20—Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles
    • B60R1/31—Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles providing stereoscopic vision
    • 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
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/31—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers
    • H04N13/312—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers the parallax barriers being placed behind the display panel, e.g. between backlight and spatial light modulator [SLM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
    • B60R2300/20—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of display used
    • 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
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • 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
    • G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
    • 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
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G02B2027/0134—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems of stereoscopic type
    • 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
    • G02B2027/0138—Head-up displays characterised by optical features comprising image capture systems, e.g. camera

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种虚拟窗口显示器，该显示器包括：具有连续出射光瞳的多个准直投射器模块。每个准直投射器模块包括：被配置为沿平坦或弯曲几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置，以及共用公共的曲率对称轴线并且被配置为光学地准直来自准直投射器模块中的显示装置的光的一个或多个光学透镜。多个准直投射器模块的曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚。虚拟窗口显示器的总显示FOV大于多个准直投射器模块中的每一者的模块FOV。

Description

虚拟窗口显示器
技术领域
本专利文献中描述的技术整体涉及显示系统，并且更具体地涉及虚拟显示系统。
背景技术
在交通工具中使用诸如平视显示器(HUD)等透视显示系统来允许交通工具的操作者查看外部环境，例如用于导航和避障。有时透视显示器并不是有利的，但仍需要外部环境的视图。
因此，希望提供用于提供外部环境的类似窗口的视图的系统。另外，根据后续的本发明的具体实施方式和所附权利要求书，结合附图和本发明的技术背景，本发明的其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式描述所选概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
本发明提供了一种虚拟窗口显示器。在一个实施方案中，虚拟窗口显示器具有总显示视场(FOV)并且包括：具有连续出射光瞳的多个准直投射器模块，其中每个准直投射器模块具有模块FOV。每个准直投射器模块包括：被配置为沿平坦或弯曲几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置，以及共用公共的曲率对称轴线并且被配置为光学地准直来自准直投射器模块中的显示装置的光的一个或多个光学透镜。多个准直投射器模块的曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚。总显示FOV大于多个准直投射器模块中的每一者的模块FOV。
在另一个实施方案中，提供了一种交通工具。该交通工具包括用于查看交通工具外部环境的观察区域和具有总显示视场(FOV)的车载虚拟窗口显示器。虚拟窗口显示器包括具有连续出射光瞳的多个准直投射器模块，其中每个准直投射器模块具有模块FOV并且包括被配置为沿平坦或弯曲几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置，以及共用公共的曲率对称轴线并且被配置为光学地准直来自准直投射器模块中的显示装置的光的一个或多个光学透镜。多个准直投射器模块的曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚。准直投射器模块中的至少一者的出射光瞳完全由其他准直投射器模块的出射光瞳包围。总显示视场(FOV)大于多个准直投射器模块中的每一者的模块FOV。
此外，结合附图和前述背景技术，其他期望的特征和特点将根据后续具体实施方式和所附权利要求书变得明显。
附图说明
在结合附图阅读时，通过以下具体实施方式最好地理解本公开的各方面，其中类似的数字代表类似的元件，并且其中：
图1A和图1C是示出根据一些实施方案的示例性虚拟窗口显示系统的透视图的图示；
图1B是示出根据一些实施方案的示例性虚拟窗口显示系统的自上而下视图的图示；
图2A和图2B是示出根据一些实施方案的示例性投射器模块的预期视图的图示；并且
图3A和图3B是示出根据一些实施方案的包括多个准直投射器模块的示例性能够适形的透视HUD的图示，该多个准直投射器模块被构造成将图像投射到显示器组合器上。
具体实施方式
本文所述的主题公开了用于虚拟窗口显示器的装置、系统、技术和制品。以下具体实施方式本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。如本文所用，词语“示例性”是指“用作示例、实例或例证”。因此，本文中描述为“示例性”或“示例”的任何实施方案不一定被理解为比其他实施方案优选或有利。本文描述的所有实施方案是为使得本领域的技术人员能够制作或使用本发明而提供的示例性实施方案，而不限制由权利要求书限定的本发明的范围。此外，不旨在受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
图1A是示出示例性虚拟窗口显示系统100的透视图的图示。图1B是示出示例性虚拟窗口显示系统100的自上而下视图的图示。示例性虚拟窗口系统100被配置为在不使用头戴式显示器的情况下从无窗口壳体内提供真实的外部视图。示例性虚拟窗口显示系统100包括平台安装的“虚拟窗口”显示器102以供在例如无窗交通工具或其他密闭空间中使用。示例性虚拟窗口显示器102通过使所显示的成像看起来在显示面板的后面来提供类似窗口的外观，使视差行为符合远处场景。
示例性虚拟窗口显示器102被配置为产生虚拟图像诸如准直图像，该图像具有平视显示器(HUD)的距离调节和视差行为，但具有宽的视场(FOV)和大的头部运动框(如果需要)。示例性虚拟窗口显示器102能够缩放至高达并包括完全沉浸式环绕显示几何结构，其可允许观看者可视化环境并评估例如来自地面和空中的威胁。
示例性虚拟窗口显示器102包括具有连续出射光瞳的准直投射器模块104的阵列。在所示的示例中，虚拟窗口显示器102包括准直投射器模块104的弯曲连续阵列，但在其他示例中，虚拟窗口显示器102可包括准直投射器模块104的平坦连续阵列或者可具有平坦子段。准直投射器模块104的弯曲连续阵列包括多行准直投射器模块和多列准直投射器模块。虚拟窗口阵列102中的行数和列数均被构造成能够提供所需的FOV。在该示例中，每个准直投射器模块104的出射光瞳(除了位于准直投射器模块阵列的顶部行和底部行以及左端列和右端列的投射器模块的出射光瞳之外)完全被其他准直投射器模块的出射光瞳包围。这种完全被包围的出射光瞳的布置允许大的FOV。在至少一个轴线上符合较小FOV的其他实施方案中，虚拟窗口阵列可以不包括完全被包围的投射器模块出射光瞳。图1的行和列布置并非旨在进行限制，并且允许基本上连续模块出射光瞳的许多其他构型也是可能的。在一个示例中，阵列可包括六边形出射光瞳。
弯曲的阵列形状，例如在球形环绕的可能沉浸式布置中，可提供相对于平坦形状的FOV而言更大的总FOV。如图1B所示，查看者的总FOV主要是准直投射器模块104阵列所对的角度的函数，而可看到所有投射器的头部框111或头部运动框111是各个投射器FOV全部重叠的区域。利用图1B的构型，头部框111在形状上被认为是圆形的，并且总FOV可由角度112表示，该角度是在整个头部框111中可见的FOV。在图1B的示例中，总FOV 112为80°，其中每个投射器模块104的FOV 109显著较小(°在该示例中，每个投射器模块104为30)。从每个有利位置可见的实际FOV将有所不同。例如，位于头部框111前面的位置将提供比从头部框111的后部(离投射器模块更远)可见的FOV 112更大的FOV。如果考虑具有FOV的部分渐晕的区域，则头部运动的实际范围要大得多。每个准直投射器模块104具有指向不同角度方向的曲率对称轴线，但多个曲率对称轴线在距多个准直投射器的有限距离处(例如，在头部框111的中心)基本上会聚。从图1A可以看出，会聚可围绕多个轴线发生，例如水平地和竖直地发生，但会聚的有益效果也可围绕单个轴线(诸如圆柱形对称)提供，例如，在于一个方向上所需的FOV小于在另一个方向上的所需FOV的情况下。多个对称轴线也不必会聚到单个点，因为当基本上会聚到头部框区域时，有益效果是相似的。图1C示出了示例性虚拟窗口显示系统120，其中投射器124的多个曲率对称轴线是平行的并且不会聚。虽然未提供与会聚相关联的扩展的总FOV，但当FOV需求更受限时，或者当仅使用有限数量的投射器模块时，这种系统可能是有价值的。
每个准直投射器模块104或124优选地被配置为支持使用自动立体技术以允许图像显示为立体图像。自动立体技术可包括分布式渲染技术或其他技术。
当各个出射光瞳的尺寸或宽度保持在等于或低于查看者的瞳孔间距离(IPD)时，提供投射器模块104阵列的多孔方法固有地支持自动立体。因此，在示例性虚拟窗口显示器102中，每个准直投射器模块104的出射光瞳的尺寸优选地等于或低于预期查看者的IPD。生成的图像可在采用双目单筒或双目并用(立体)操作模式或它们的组合的情况下渲染。在每种情况下，可使用固定的参考位置(例如，OpenGL相机位置)或一组参考位置。类似地，可使用一个或多个相机或类似的成像传感器，并且将图像数据提取并适当分配用于一个或多个参考位置。
示例投射器模块104的出射光瞳尺寸优选地介于2mm和45mm之间。一个目标，尤其是针对虚拟窗口使用的目标为提供高分辨率、远距离的图像。较小的孔径将易于由于衍射的发生而降低视敏度，除非穿过相邻孔径的光具有共同相位匹配波阵面。较大的孔径将限制自动立体功能。整个范围的权衡包括模块的数量、系统深度或厚度、重量、图像源要求、接缝与孔径比等。宏观孔径和高图像分辨率的组合易于将其与结合微透镜阵列的常规光场和整体成像显示器区分开，其中高视敏度通常与微透镜阵列内较小的组成小透镜孔径相关联。
投射器模块104所显示的图像可来自数字生成的成像或经处理的图像数据，例如来自相机或图像传感器。在经处理的图像数据的情况下，可使用多个相机，诸如其中每个准直投射器模块可与对应相机配对。当与对应相机配对时，可将取向、FOV和畸变特征匹配或调节为等同的，以简化数据分发和处理。对应的相机可基本上彼此协同定位以呈现双目单筒视图，或与投射器阵列的分布类似地分布以提供自动立体的双目并用视图。例如，每个相机可被安装在其对应投射器的物理图像源的后面并面向与FOV110一致的相反方向。
在数字生成的成像的情况下，可针对单个参考位置(诸如，头部框111的中心)渲染图像，或者可使用分布式渲染，诸如针对分布式的一组参考位置的渲染。在分布式渲染的示例中，每个OpenGL相机位置可对应于单个投射器位置并且具有与对应FOV 110一致的方向。
由于虚拟显示窗口102使用多个较小的投射器模块104，而不是一个或多个较大的投射器模块，因此光学器件被分成较小的区段。通过将光学器件分成较小的区段，可使用更简单的光学器件，并且可在深度上减小系统。
图2A和图2B是示出示例性投射器模块202、212的预期视图的示意图。示例性投射器模块202包括被配置为沿其几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置204。在这种情况下，显示装置204被描绘为具有平坦的几何图像表面，但也设想弯曲的几何图像表面。一个或多个光学透镜208共用共同的曲率对称轴线，并且被配置为光学地准直来自准直投射器模块202中的显示装置204的光，从而产生从输出透镜表面206投射的经角度调制光线。相似地，示例性投射器模块212包括被配置为沿平坦或弯曲几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置214，以及共用公共的曲率对称轴线并且被配置为光学地准直来自准直投射器模块212中的显示装置214的光并将该光投射穿过表面216的一个或多个光学透镜218。
这些示例中的显示装置204、214具有足够的像素密度以向查看者传送高角分辨率成像，优选地大于30像素/度(ppd)，并且更优选地为60ppd或更大。在一些实施方案中，尤其是当投射器模块较小时，这些显示装置可被描述为微型显示装置。显示装置204、214可为任何类型的发射装置或空间光调制装置，诸如AMOLED(有源矩阵有机发光二极管)、AMLCD(有源矩阵液晶显示器)、LCOS(硅上液晶)、μLED(微发光二极管)、基于投射的装置等。来自显示装置204或214的光可以是相干的或不相干的，但优选地不相干的以避免相干伪影诸如激光散斑。在一些实施方案中，两个或更多个相邻投射器模块可利用公共共享显示装置的不同区域。
虚拟窗口显示器(例如，虚拟窗口显示器102)中的投射器模块202、212之间的接缝或界面可通过合适的光学设计最小化。图2A中所示的示例性光学设计示出了仅使用球面透镜表面的光学设计。图2B中所示的示例性光学设计示出了使用更复杂表面拓扑的光学设计。这些示例并非旨在进行限制，并且也可使用其他元件，诸如全息或超材料透镜。在一些情况下，这种类似透镜的元件可能看起来为平坦的，但仍具有有效的光学曲率对称轴线。在这些示例性设计的每一者中，通过将限制孔径或出射光瞳定位在前透镜的前表面206、216处，使接缝最小化。在这些示例中，当修整透镜时，来自相邻投射器的光线可以最小间隙紧密地间隔开。可根据需要修整透镜以填充或镶嵌预期表面。光学设计可包括对其他透镜和物理显示装置的尺寸的考虑以允许它们适配在所分配的体积中。其他光学设计考虑因素可包括深度、光圈数、分辨率、FOV、像差控制、成本、重量等。在较大准直角度可被部分地渐晕，从而导致这些角度的有效出射光瞳尺寸减小的情况下，尽管相关接缝的可见度提高，但此类额外FOV可能是可取的。优选地，应当在足够的模块FOV 109上提供基本上连续的出射光瞳，以致使头部框111具有至少与预期查看者的IPD一样大的直径。
当在无窗口环境中使用时，在虚拟窗口显示器102内可见的通常外部环境在交通工具或其他位置内仅经由虚拟窗口显示器102或与其他显示器诸如近眼式(NTE)显示器一起可见。如果进行适当的权衡，虚拟窗口显示器也可用作可同时传送较宽视场和较大头部运动框的具有可管理尺寸、重量和成本的能够适形的透视HUD。
图3A是示出包括多个准直投射器模块302的示例性能够适形的透视HUD 300的图示，该多个准直投射器模块被构造成将图像投射到显示器组合器304上。显示器组合器304被配置为用源自多个准直投射器模块302的虚拟图像覆盖场景的图像。组合器304还可包括衰减器(例如，电致变色装置)，该衰减器为可控制的以允许HUD 300在增强现实模式或虚拟现实模式下工作之间切换。组合器304还可包括镜像，该镜像为可部署的或以其他方式可控制的以允许HUD 300在用于适形HUD操作的增强现实(AR)模式下工作或用于适形虚拟窗口操作的虚拟现实(VR)模式下工作之间切换。HUD 300还可包括重新定位机构，该重新定位机构为可控制的以使得多个准直投射器模块302作为可部署虚拟窗口屏蔽件移入视线中(例如，以防止潜在的激光攻击或阳光眩光)。
图3B是示出包括多个准直投射器模块312的另一示例性能够适形的透视HUD 310的图示，该多个准直投射器模块被构造成将图像投射到显示器组合器314上。显示器组合器314被配置为用源自多个准直投射器模块312的虚拟图像覆盖场景的图像。组合器314还可包括衰减器(例如，电致变色装置)，该衰减器为可控制的以允许HUD 310在增强现实模式或虚拟现实模式下工作之间切换。组合器314还可包括镜像，该镜像为可控制的以允许HUD310在用于适形HUD操作的增强现实(AR)模式下工作或用于适形虚拟窗口操作的虚拟现实(VR)模式下工作之间切换。HUD 310还可包括重新定位机构，该重新定位机构为可控制的以使得多个准直投射器模块312作为可部署虚拟窗口屏蔽件移入视线中(例如，以防止潜在的激光攻击或阳光眩光)。
本文所述的主题公开了可用于“间接驱动”使用中的可移动交通工具的装置、系统、方法和技术，这些交通工具对它们行驶于其中的环境几乎没有或没有直接可见性。可移动交通工具的类型可包括陆上车辆、飞机、水下运载工具、航天器等。移除、覆盖、衰减或以其他方式消除窗口和外部视图的原因可包括用于装甲防护、激光防护、降低可探测性、空气动力上的有益效果、结构上的有益效果等。这些应用可得益于所显示的成像与外部环境的有效适形性，就好像它是窗口一样。
本文所述的主题公开了可用于在静态交通工具或平台(例如，建筑物中的房间)或无人驾驶的可移动交通工具或平台、远程支持(例如，远程辅助驾驶)、训练模拟器或现实外部视图添加值的任何其他应用中的进行远程操作的装置、系统、方法和技术。部分地由于固有的多视图自动立体能力，本文所述的主题公开了可用于分析员工作站、协作系统、医学成像等的装置、系统、方法和技术。本文所述的主题还公开了可用于商业、广告业和消费应用中的非头戴虚拟现实显示器的装置、系统、方法和技术。
在一个实施方案中，提供了一种虚拟窗口显示器。虚拟窗口显示器具有总显示视场(FOV)并且包括：具有连续出射光瞳的多个准直投射器模块，其中每个准直投射器模块具有模块FOV。每个准直投射器模块包括：被配置为沿平坦或弯曲的几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置；以及一个或多个光学透镜，该一个或多个光学透镜共用公共曲率对称轴线并且被配置为光学上准直来自准直投射器模块中的显示装置的光。多个准直投射器模块的曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚。总显示FOV大于多个准直投射器模块中的每一者的模块FOV。
这些方面和其他实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。多个准直投射器模块可包括准直投射器模块的弯曲连续阵列。准直投射器模块的弯曲连续阵列可包括多行准直投射器模块和多列准直投射器模块。准直投射器模块中的至少一者的出射光瞳可完全由其他准直投射器模块的出射光瞳包围。被配置为显示经空间调制图像的显示装置可包括微型显示装置。显示装置可包括发射装置或空间光调制装置。微型显示装置可包括发射装置或空间光调制装置。每个准直投射器模块可被配置为使用自动立体技术以使图像显示为立体图像。自动立体技术可包括分布式渲染技术。每个准直投射器模块的出射光瞳的尺寸可等于或低于预期查看者的瞳孔间距离(IPD)。每个准直投射器模块可与对应相机配对。虚拟窗口显示器还可包括被配置为用源自多个准直投射器模块的虚拟图像覆盖场景的第一图像的组合器。虚拟图像可在不使用头戴式显示器的情况下为可查看的。
在另一个实施方案中，提供了一种交通工具。该交通工具包括用于查看交通工具外部环境的观察区域和具有总显示视场(FOV)的车载虚拟窗口显示器。该虚拟窗口显示器包括具有连续出射光瞳的多个准直投射器模块，其中每个准直投射器模块具有模块FOV并且包括被配置为沿平坦或弯曲的几何图像表面显示经空间调制图像的显示装置；以及一个或多个光学透镜，该一个或多个光学透镜共用公共曲率对称轴线并且被配置为光学上准直来自准直投射器模块中的显示装置的光。多个准直投射器模块的曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚。准直投射器模块中的至少一者的出射光瞳完全由其他准直投射器模块的出射光瞳包围。总显示视场(FOV)大于多个准直投射器模块中的每一者的模块FOV。
这些方面和其他实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。多个准直投射器模块可包括准直投射器模块的弯曲连续阵列。准直投射器模块的弯曲连续阵列可包括多行准直投射器模块和多列准直投射器模块。被配置为显示经空间调制图像的显示装置可包括微型显示装置。每个准直投射器模块可被配置为使用自动立体技术以使图像显示为立体图像。自动立体技术可包括分布式渲染技术。每个准直投射器模块的出射光瞳的尺寸可等于或低于预期查看者的瞳孔间距离(IPD)。每个准直投射器模块可与对应相机配对。交通工具可包括可移动交通工具，诸如陆上车辆、飞机、水下运载工具或航天器。交通工具可包括静态交通工具或平台，诸如建筑物中的房间。在虚拟窗口显示器的总显示FOV内可见的外部环境可仅经由虚拟窗口显示器在交通工具内可见。虚拟窗口显示器还可包括被配置为用源自多个准直投射器模块的虚拟图像覆盖场景的第一图像的组合器。虚拟窗口显示器可包括HUD。组合器还可包括衰减器(例如，电致变色装置)，该衰减器为可控制的以允许虚拟窗口显示器在增强现实模式或虚拟现实模式下工作之间切换。组合器还可包括镜像，该镜像为可控制的以允许虚拟窗口显示器在增强现实模式或虚拟现实模式下工作之间切换。交通工具还可包括重新定位机构，该重新定位机构为可控制的以使得多个准直投射器模块作为可部署虚拟窗口屏蔽件移入视线中。
在另一个实施方案中，提供了一种显示系统。显示系统包括准直投射器模块的弯曲连续阵列，这些阵列具有连续出射光瞳并且包括多行准直投射器模块和多列准直投射器模块。每个准直投射器模块包括：显示装置，该显示装置被配置为显示由图像投射器生成的图像，该图像投射器被配置为生成虚拟图像用以在准直投射器模块的弯曲阵列上显示；和一个或多个光学透镜，该一个或多个光学透镜被配置为光学地准直来自准直投射器模块中的显示装置的光。每个准直投射器模块采用自动立体技术，该自动立体技术包括被配置为使得虚拟图像显示为立体图像的分布式渲染技术。每个准直投射器模块的出射光瞳的尺寸等于或低于预期查看者的瞳孔间距离(IPD)。每个准直投射器模块与对应相机配对。显示装置具有与图像投射器的FOV解耦并且基于准直投射器模块的列数和行数的总显示视场(FOV)。
本领域的技术人员将理解，结合本文公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。以上根据功能和/或逻辑块部件(或模块)以及各种处理步骤描述了一些实施方案和具体实施。然而，应当理解，此类块部件(或模块)可通过被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文已经大体上根据其功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将此类功能实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是此类具体实施决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。例如，系统或部件的实施方案可采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行多种功能。另外，本领域的技术人员将理解，本文描述的实施方案仅是示例性具体实施。
结合本文公开的实施方案描述的各种示例性逻辑框、模块和电路可以用以下各项来实施或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散栅极或晶体管逻辑、离散硬件部件，或设计用于执行本文描述的功能的以上各项的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方式中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器可还被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或者任何其他此类配置。
在本文件中，关系术语，诸如第一和第二等，可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。除非明确地由权利要求书语言限定，否则数字序数，诸如“第一”、“第二”、“第三”等，仅表示多个中的不同个体，并且不暗示任何顺序或序列。除非明确地由权利要求书的语言限定，否则任何权利要求书中的文本的序列不暗示必须根据此类序列以时间或逻辑顺序执行处理步骤。如果互换不与权利要求语言矛盾并且在逻辑上不是荒谬的，则在不脱离本发明的范围的情况下，方法步骤可以任何顺序进行此类互换。
此外，取决于上下文，在描述不同元件之间的关系时使用的诸如“连接”或“耦接到”的词语不暗示必须在这些元件之间进行直接物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个附加元件物理地、电子地、逻辑地或以任何其他方式彼此连接。
虽然在本发明的前述具体实施方式中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供一种用于实现本发明的示例性实施方案的便利路线图。应当理解，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可对示例性实施方案中描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种具有总显示视场(FOV)的虚拟窗口显示器，包括：
多个准直投射器模块，所述多个准直投射器模块具有连续出射光瞳，每个准直投射器模块具有模块FOV并且包括：
显示装置，所述显示装置被配置为沿平坦或弯曲的几何图像表面显示经空间调制图像；和
一个或多个光学透镜，所述一个或多个光学透镜共用公共曲率对称轴线并且被配置为光学上准直来自所述准直投射器模块中的所述显示装置的光；
其中所述多个准直投射器模块的所述曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距所述多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚；并且
其中所述总显示视场(FOV)大于所述多个准直投射器模块中的每一者的所述模块FOV。
2.根据权利要求1所述的虚拟窗口显示器，其中所述多个准直投射器模块包括准直投射器模块的弯曲连续阵列。
3.根据权利要求1所述的虚拟窗口显示器，其中所述准直投射器模块中的至少一者的所述出射光瞳完全由其他准直投射器模块的出射光瞳包围。
4.根据权利要求1所述的虚拟窗口显示器，其中所述显示装置包括发射装置或空间光调制装置。
5.根据权利要求1所述的虚拟窗口显示器，其中每个准直投射器模块被配置为使用自动立体技术以使所述图像显示为立体图像。
6.根据权利要求1所述的虚拟窗口显示器，其中每个准直投射器模块的所述出射光瞳的尺寸等于或低于预期查看者的瞳孔间距离(IPD)。
7.一种交通工具，所述交通工具包括用于查看所述交通工具外部的环境的观察区域和具有总显示视场(FOV)的车载虚拟窗口显示器，所述虚拟窗口显示器包括：
多个准直投射器模块，所述多个准直投射器模块具有连续出射光瞳，每个准直投射器模块具有模块FOV并且包括：
显示装置，所述显示装置被配置为沿平坦或弯曲的几何图像表面显示经空间调制图像；和
一个或多个光学透镜，所述一个或多个光学透镜共用公共曲率对称轴线并且被配置为光学上准直来自所述准直投射器模块中的所述显示装置的光；
其中所述多个准直投射器模块的所述曲率对称轴线指向多个角度方向，并且在距所述多个准直投射器有限的距离处沿至少一个轴线基本上会聚；
其中所述准直投射器模块中的至少一者的所述出射光瞳完全由其他准直投射器模块的出射光瞳包围；并且
其中所述总显示视场(FOV)大于所述多个准直投射器模块中的每一者的所述模块FOV。
8.根据权利要求7所述的交通工具，其中所述虚拟窗口显示器还包括被配置为用源自所述多个准直投射器模块的虚拟图像覆盖场景的第一图像的组合器。
9.根据权利要求8所述的交通工具，其中所述组合器还包括能够控制以允许所述虚拟窗口显示器在增强现实模式或虚拟现实模式下工作之间切换的衰减器或镜像。
10.根据权利要求8所述的交通工具，还包括能够控制以使得所述多个准直投射器模块作为可部署虚拟窗口屏蔽件移入视线中的重新定位机构。
CN201911422268.3A 2019-01-10 2019-12-30 虚拟窗口显示器 Active CN111427152B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/244,360 2019-01-10
US16/244,360 US10785473B2 (en) 2019-01-10 2019-01-10 Virtual window display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111427152A true CN111427152A (zh) 2020-07-17
CN111427152B CN111427152B (zh) 2024-05-24

Family

ID=69156238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911422268.3A Active CN111427152B (zh) 2019-01-10 2019-12-30 虚拟窗口显示器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10785473B2 (zh)
EP (1) EP3680701B1 (zh)
CN (1) CN111427152B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777786A (zh) * 2021-09-01 2021-12-10 京东方科技集团股份有限公司 一种车载抬头显示的光学系统
CN115113402A (zh) * 2022-06-21 2022-09-27 湖北大学 一种大视场汽车抬头显示装置及其实现方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210074751A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 삼성전자주식회사 증강현실 헤드 업 디스플레이 장치

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825540A (en) * 1996-04-22 1998-10-20 Raytheon Company Autostereoscopic display and method
CN1957620A (zh) * 2004-05-25 2007-05-02 伊斯曼柯达公司 自动立体显示设备
US20080204663A1 (en) * 2004-05-26 2008-08-28 Tibor Balogh Method And Apparatus For Generating 3D Images
US20120154920A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Lockheed Martin Corporation Collimating display with pixel lenses
US20170038590A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 Oculus Vr, Llc Enhanced Pixel Resolution through Non-Uniform Ocular Projection
WO2017041212A1 (zh) * 2015-09-07 2017-03-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 准直显示装置、车载或机载平视显示装置
US20170293147A1 (en) * 2013-03-25 2017-10-12 Intel Corporation Method and apparatus for head worn display with multiple exit pupils
CN107820578A (zh) * 2015-02-17 2018-03-20 赛尔米克实验室公司 用于在可穿戴式平视显示器中进行适眼区扩大的系统、设备和方法
CN108369339A (zh) * 2015-10-16 2018-08-03 奥斯坦多科技公司 双模式增强/虚拟现实（ar/vr）近眼可佩戴显示器
US20190004319A1 (en) * 2016-07-15 2019-01-03 Light Field Lab, Inc. Holographic superimposition of real world plenoptic opacity modulation through transparent waveguide arrays for light field, virtual and augmented reality

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9916715D0 (en) 1999-07-19 1999-09-15 Secr Defence Compound lens arrangement for use in lens arrays
US7425070B2 (en) 2005-05-13 2008-09-16 Microsoft Corporation Three-dimensional (3D) image projection
US20120327199A1 (en) 2008-01-28 2012-12-27 Industrial Technology Research Institute Autostereoscopic display with modulating screen having multiple sectional images
HU0900478D0 (en) 2009-07-31 2009-09-28 Holografika Hologrameloeallito Method and apparatus for displaying 3d images
FR2989791B1 (fr) 2012-04-24 2014-12-26 Commissariat Energie Atomique Viseur tete haute compact a grande pupille de sortie
US9251743B2 (en) 2013-03-15 2016-02-02 Seattle Photonics Associates Optical system for head-up and near-to-eye displays

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825540A (en) * 1996-04-22 1998-10-20 Raytheon Company Autostereoscopic display and method
CN1957620A (zh) * 2004-05-25 2007-05-02 伊斯曼柯达公司 自动立体显示设备
US20080204663A1 (en) * 2004-05-26 2008-08-28 Tibor Balogh Method And Apparatus For Generating 3D Images
US20120154920A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Lockheed Martin Corporation Collimating display with pixel lenses
US20170293147A1 (en) * 2013-03-25 2017-10-12 Intel Corporation Method and apparatus for head worn display with multiple exit pupils
CN107820578A (zh) * 2015-02-17 2018-03-20 赛尔米克实验室公司 用于在可穿戴式平视显示器中进行适眼区扩大的系统、设备和方法
US20170038590A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 Oculus Vr, Llc Enhanced Pixel Resolution through Non-Uniform Ocular Projection
WO2017041212A1 (zh) * 2015-09-07 2017-03-16 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 准直显示装置、车载或机载平视显示装置
CN108369339A (zh) * 2015-10-16 2018-08-03 奥斯坦多科技公司 双模式增强/虚拟现实（ar/vr）近眼可佩戴显示器
US20190004319A1 (en) * 2016-07-15 2019-01-03 Light Field Lab, Inc. Holographic superimposition of real world plenoptic opacity modulation through transparent waveguide arrays for light field, virtual and augmented reality

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777786A (zh) * 2021-09-01 2021-12-10 京东方科技集团股份有限公司 一种车载抬头显示的光学系统
CN113777786B (zh) * 2021-09-01 2023-09-26 京东方科技集团股份有限公司 一种车载抬头显示的光学系统
CN115113402A (zh) * 2022-06-21 2022-09-27 湖北大学 一种大视场汽车抬头显示装置及其实现方法
CN115113402B (zh) * 2022-06-21 2023-07-14 湖北大学 一种大视场汽车抬头显示装置及其实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3680701A1 (en) 2020-07-15
US20200228789A1 (en) 2020-07-16
EP3680701B1 (en) 2024-08-28
US10785473B2 (en) 2020-09-22
CN111427152B (zh) 2024-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6078427A (en) Smooth transition device for area of interest head-mounted display
US8503087B1 (en) Structured optical surface
US6222675B1 (en) Area of interest head-mounted display using low resolution, wide angle; high resolution, narrow angle; and see-through views
US10838209B2 (en) Head mounted imaging apparatus with curved lenslet array
CN111427152B (zh) 虚拟窗口显示器
US20140036374A1 (en) Bifocal Head-up Display System
MX2013006722A (es) Visualizador colimante con lentes de pixel.
JPH03113412A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
CN110709898A (zh) 视频透视式显示系统
CN114365027A (zh) 显示具有景深的物体的系统与方法
US20200132990A1 (en) Eye tracked lens for increased screen resolution
US11624905B2 (en) Corrector plates for head mounted display system
US6151081A (en) Large screen display with projected overlay and method of using same
US10409077B2 (en) Distributed aperture head up display (HUD)
US9864193B2 (en) Compact head-up display having a large exit pupil
US20160131906A1 (en) Compact proximity display utilizing image transfer
Zhang et al. Design and implementation of an optical see-through near-eye display combining Maxwellian-view and light-field methods
US20230161158A1 (en) Optical system of augmented reality head-up display
CN112526748A (zh) 一种抬头显示设备、成像系统和车辆
WO2017208148A1 (en) Wearable visor for augmented reality
CN210666207U (zh) 一种抬头显示设备、成像系统和车辆
WO2020137088A1 (ja) ヘッドマウントディスプレイ、表示方法、及び表示システム
US11947114B2 (en) Holographic lens and apparatus including the same
CN112346247A (zh) 具有正交面板的紧凑型头戴式显示器系统
US11758119B2 (en) Low cost HUD using stereo and head tracking

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant