CN112327480A - 包括全息图复制器的平视显示器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括全息图复制器的平视显示器系统。具体公开了一种平视显示器（HUD）系统，其包括：一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成生成并输出全息图；以及复制器，其被构造成接收全息图、从全息图生成全息图的N个复制品、以及输出全息图的N个复制品，其中N是大于或等于2的整数。

Description

包括全息图复制器的平视显示器系统
引言
本节中提供的信息是为了总体上呈现本公开的上下文的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可不被另视为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。
技术领域
本公开涉及用于车辆的显示系统和方法，且更特别地涉及车辆的平视显示器系统。
背景技术
传统上，车辆的驾驶员通过车辆的窗户、挡风玻璃和其他玻璃来观察车辆的周围环境。驾驶员可基于驾驶员对车辆的周围环境的视觉观测来控制车辆的加速、减速和转向。
车辆可包括显示各种信息的一个或多个显示器。例如，一些车辆包括信息娱乐系统，该信息娱乐系统包括显示各种信息娱乐和其他车辆信息的显示器。车辆还可包括平视显示器（HUD），该HUD通过利用挡风玻璃的反射在一定距离处形成虚拟图像来显示信息。例如，HUD可显示车辆速度和其他车辆信息。
发明内容
在特征中，一种平视显示器（HUD）系统包括：一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成生成并输出全息图；以及复制器，其被构造成接收全息图、从全息图生成全息图的N个复制品、以及输出全息图的所述N个复制品，其中N是大于或等于2的整数。
在另外的特征中，复制器包括：透射元件，其被构造成接收全息图并输出该全息图的N个复制品；以及反射元件，其被构造成将光朝向透射元件反射；以及透明元件，其设置在透射元件和反射元件之间。
在另外的特征中，透射元件在N个不同位置处包括N种不同透射比（transmittance）且在由透射元件接收全息图的位置处包括100％透射比。
在另外的特征中，透射元件包括一个或多个中性密度滤光片（neutral densityfilter），所述中性密度滤光片被构造成在N个不同位置处提供N种不同透射比。
在另外的特征中，透射元件包括一个或多个介电层，所述介电层被构造成在N个不同位置处提供N种不同透射比。
在另外的特征中，透射元件包括金属纳米线，所述金属纳米线被构造成在N个不同位置处提供N种不同透射比。
在另外的特征中，透射元件包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒被构造成在N个不同位置处提供N种不同透射比。
在另外的特征中，透射元件包括折射率失配界面，该折射率失配界面被构造成在N个不同位置处提供N种不同透射比。
在另外的特征中，折射率失配界面包括具有受控聚合度的光聚合物。
在另外的特征中，透射元件包括：第一区域，在该第一区域处，输出全息图的N个复制品中的第一个复制品；以及第二区域，在该第二区域处，输出全息图的N个复制品中的第二个复制品。
在另外的特征中，透射元件包括：在第一区域中的第一预定透射率（transmission）；以及在第二区域中的第二预定透射率，其中该第二预定透射率大于该第一预定透射率。
在另外的特征中，透射元件还包括：第三区域，在该第三区域处，输出全息图的N个复制品中的第三个复制品；以及在第三区域中的第三预定透射率，其中该第三预定透射率大于该第二预定透射率。
在另外的特征中，反射元件具有100％的反射率。
在另外的特征中，透明元件包括以下各者中的至少一种：玻璃；以及透明塑料。
在另外的特征中，复制器被构造成生成并输出全息图的N个复制品，使得全息图的N个复制品中的每一个具有相同的强度。
在另外的特征中，全息图的N个复制品彼此不重叠。
在另外的特征中，复制器被构造成将全息图的N个复制品输出到衬底上。
在另外的特征中，衬底包括车辆的挡风玻璃。
在特征中，一种用于平视显示器（HUD）系统的复制器包括：透射元件，其被构造成接收全息图并输出该全息图的N个复制品，其中N是大于或等于2的整数；反射元件，其被构造成将光朝向透射元件反射；以及透明元件，其设置在透射元件和反射元件之间。
在特征中，一种车辆的平视显示器（HUD）系统包括：HUD控制模块，其被构造成基于车辆数据来生成信号，其中该车辆数据包括车辆的至少一个当前操作参数；一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成基于所述信号来生成并输出全息图；复制器，其包括：透射元件，其被构造成接收全息图并将全息图的N个复制品输出到车辆的挡风玻璃上，其中N是大于或等于3的整数，并且其中全息图的N个复制品彼此不重叠；反射元件，其被构造成将光朝向透射元件反射；以及透明元件，其设置在透射元件和反射元件之间。
本公开至少包括以下实施例。
实施例1. 一种平视显示器（HUD）系统，其包括：
一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成生成并输出全息图；以及
复制器，其被构造成接收所述全息图、从所述全息图生成所述全息图的N个复制品、以及输出所述全息图的所述N个复制品，
其中，N是大于或等于2的整数。
实施例2. 根据实施例1所述的HUD系统，其中，所述复制器包括：
透射元件，其被构造成接收所述全息图并输出所述全息图的所述N个复制品；以及
反射元件，其被构造成将光朝向所述透射元件反射；以及
透明元件，其设置在所述透射元件和所述反射元件之间。
实施例3. 根据实施例2所述的HUD系统，其中，所述透射元件在N个不同位置处包括N种不同透射比且在由所述透射元件接收所述全息图的位置处包括100％透射比。
实施例4. 根据实施例3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括一个或多个中性密度滤光片，所述中性密度滤光片被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
实施例5. 根据实施例3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括一个或多个介电层，所述介电层被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
实施例6. 根据实施例3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括金属纳米线，所述金属纳米线被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
实施例7. 根据实施例3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
实施例8. 根据实施例3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括折射率失配界面，所述折射率失配界面被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
实施例9. 根据实施例8所述的HUD系统，其中，所述折射率失配界面包括具有受控聚合度的光聚合物。
实施例10. 根据实施例2所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括：
第一区域，在所述第一区域处，输出所述全息图的所述N个复制品中的第一个复制品；以及
第二区域，在所述第二区域处，输出所述全息图的所述N个复制品中的第二个复制品。
实施例11. 根据实施例10所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括：
在所述第一区域中的第一预定透射率；以及
在所述第二区域中的第二预定透射率，
其中，所述第二预定透射率大于所述第一预定透射率。
实施例12. 根据实施例11所述的HUD系统，其中，所述透射元件还包括：
第三区域，在所述第三区域处，输出所述全息图的所述N个复制品中的第三个复制品；以及
在所述第三区域中的第三预定透射率，
其中，所述第三预定透射率大于所述第二预定透射率。
实施例13. 根据实施例2所述的HUD系统，其中，所述反射元件具有100％的反射率。
实施例14. 根据实施例2所述的HUD系统，其中，所述透明元件包括以下各者中的至少一种：
玻璃；以及
透明塑料。
实施例15. 根据实施例1所述的HUD系统，其中，所述复制器被构造成生成并输出所述全息图的所述N个复制品，使得所述全息图的所述N个复制品中的每一个具有相同的强度。
实施例16. 根据实施例1所述的HUD系统，其中，所述全息图的所述N个复制品彼此不重叠。
实施例17. 根据实施例1所述的HUD系统，其中，所述复制器被构造成将所述全息图的所述N个复制品输出到衬底上。
实施例18. 根据实施例17所述的HUD系统，其中，所述衬底包括车辆的挡风玻璃。
实施例19. 一种用于平视显示器（HUD）系统的复制器，其包括：
透射元件，其被构造成接收全息图并输出所述全息图的N个复制品，
其中，N是大于或等于2的整数；
反射元件，其被构造成将光朝向所述透射元件反射；以及
透明元件，其设置在所述透射元件和所述反射元件之间。
实施例20. 一种车辆的平视显示器（HUD）系统，所述HUD系统包括：
HUD控制模块，其被构造成基于车辆数据来生成信号，
其中，所述车辆数据包括所述车辆的至少一个当前操作参数；
一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成基于所述信号来生成并输出全息图；
复制器，其包括：
透射元件，其被构造成接收所述全息图并将所述全息图的N个复制品输出到所述车辆的挡风玻璃上，
其中，N是大于或等于3的整数，并且
其中，所述全息图的所述N个复制品彼此不重叠；
反射元件，其被构造成将光朝向所述透射元件反射；以及
透明元件，其设置在所述透射元件和所述反射元件之间。
本公开的另外的适用领域将从详细描述、权利要求书和附图变得清楚。详细描述和特定示例仅旨在用于图示的目的而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
从具体实施方式和附图中将更充分地理解本公开，在附图中：
图1是沿两个方向（尺寸）复制的全息图的示例；
图2是从车辆的乘客舱内的驾驶员座椅看的示例透视图；
图3包括平视显示器（HUD）系统的示例实施方式的功能性框图；
图4包括复制器的示例实施方式的横截面图；
图5包括复制器的一部分的另一个横截面图；
图6包括复制器的一部分的另一个横截面图，其图示出复制的相位全息图之间的间隙；以及
图7包括复制器的一部分的另一个横截面图。
在附图中，附图标记可被重复使用以标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
车辆还可包括全息平视显示器（HUD），该全息HUD包括相位调制器和相干或部分相干光源。相位全息图在相位调制器上被编码。相干或部分相干光源以编码的相位全息图照射相位调制器并被绕射。绕射光通过车辆的挡风玻璃而反射并在驾驶员的视网膜上形成实像。在不复制或操纵（steer）相位全息图的情况下，将仅呈现单张全息图，并且HUD系统可具有相对小的眼动范围/出射光瞳（观察区域）。
根据本申请，复制器复制全息图，并且输出N个相同全息图。提供N个相同全息图增加了HUD系统的眼动范围/出射光瞳的尺寸。N个相同全息图彼此不重叠。N个相同全息图中的每一个之间的间隙大于或等于零且小于或等于人类瞳孔的预定最小直径（例如，2毫米）。这在观察者的眼睛移动的同时确保了虚拟图像的连续性。
图1是沿两个方向（尺寸），即，y方向和x方向，复制的全息图的示例。复制全息图扩大了眼动范围。在图1的示例中，一个全息图被复制（相同地）24次。如下文进一步讨论的，本申请涉及使用一个或多个复制器以沿一个或多个不同方向来复制全息图。
图2包括从车辆100的驾驶员座椅看的示例透视图。车辆100包括位于车辆100的前开口中的挡风玻璃104。车辆100的乘客舱108内的乘客可以透过挡风玻璃104进行观看以看到车辆100前方。虽然描述了陆基运载工具的示例，但是本申请也可应用于空基运载工具（例如，飞机、直升机等）和水基运载工具（例如，船只等）。而且，虽然提供了车辆的示例，但是本申请也可应用于非车辆实施方式。
如图2中所示，挡风玻璃104在视觉上位于车辆100的仪表板204上方。车辆100可包括方向盘208。车辆100可以是自动驾驶车辆、半自动驾驶车辆或非自动驾驶车辆。
平视显示器（HUD）系统300通过仪表板204中的孔口216将全息图212投射到挡风玻璃104的一部分上。全息图212包括各种车辆信息，诸如车辆100的当前速度、车辆100的变速器的当前档位、发动机速度、车辆100的驾往方向、当前信息娱乐系统设置和/或其他车辆信息。全息图212将数据呈现给车辆的驾驶员，而驾驶员不必将视线从车辆前方的物体移开。如下文进一步讨论的，全息图212包括一个全息图的若干复制实例。
图3包括HUD系统300的示例实施方式。光源和相位调制器304基于来自HUD控制模块316的信号312而编码有相位全息图308以供投射到挡风玻璃104上。仅举个例子，光源可包括一个或多个激光并输出红色、绿色和蓝色光。HUD控制模块316基于车辆数据320来生成信号312。
HUD控制模块316可例如从车辆100的通信总线获得车辆数据320。车辆数据320可包括例如车辆100的当前速度、车辆100的变速器的当前档位、当前发动机速度、车辆100的当前驾往方向、当前信息娱乐系统设置、和/或其他车辆信息。
复制器324将相位全息图308复制N次，并且通过孔口216朝向挡风玻璃104输出N个复制的相位全息图328。N是大于或等于2的整数。通过复制相位全息图308并输出N个复制的相位全息图328，复制器324增加了HUD系统300的出射光瞳（观察区域）的尺寸。复制器324沿一个方向复制相位全息图308。在各种实施方式中，车辆可包括一个或多个其他复制器，所述一个或多个其他复制器可分别与沿一个或多个其他方向复制相位全息图308的复制器324类似或相同。例如，复制器324可沿z方向复制相位全息图328，并且与复制器324类似或相同的另一个复制器可沿y方向复制相位全息图328。为了简单起见，将描述复制器324，但是第二（其他）复制器可与复制器324类似或相同。
N个复制的相位全息图328中的每一个之间的间隙小于预定的最小人类瞳孔尺寸，以在观察者的眼睛在眼动范围内移动的同时确保虚拟图像的连续性。预定的最小人类瞳孔尺寸可近似等于或等于2毫米（mm）。N个复制的相位全息图328中的每一个之间的间隙满足以下关系：
0 mm≤间隙≤预定的最小人类瞳孔尺寸（例如，2 mm），
其中间隙是N个复制的相位全息图328中的每一个之间的间隙。全息图212包括N个复制的相位全息图328。满足以上关系的间隙确保了N个复制的相位全息图328彼此不重叠。而且，如果瞳孔位于N个复制的相位全息图328中的两个之间的间隙中，则眼睛仍然能够观察全息图的一部分并保持图像连续性。
图4包括复制器324的示例实施方式的横截面图。复制器324包括：透射元件404，其包括100％透射性输入部分402；反射元件408；以及透明元件412。透明元件412设置在透射元件404和反射元件408之间。透明元件412可由例如玻璃或透明塑料制成。透明元件412也可被称为波导。
反射元件408具有100％的反射率。反射元件408可以是一个或多个金属层。替代地，反射层408可以是一个或多个介电层。反射元件408可经由粘合剂被施加到透明元件412，或者以另一种合适的方式被施加到透明元件412。
透射性输入部分402使100％的入射光透射。透射元件404在不同位置处包括不同的透射率。透射元件404可以是一个或多个中性密度滤光片，所述中性密度滤光片具有被设计为提供预定的透射率和反射率特性的不同区域。替代地，透射元件404可以是一个或多个介电层，所述介电层具有被设计为提供预定的透射率和反射率特性的不同区域。替代地，透射元件404可包括具有不同面积密度的金属纳米线（例如，银）或金属纳米颗粒（例如，金），以分别在不同区域中提供预定的透射率和反射率特性。替代地，透射元件404可以是折射率失配界面（例如，具有受控聚合度的光聚合物），其被设计为分别在不同区域处提供预定的透射率和反射率特性。透射元件404可经由粘合剂被施加到透明元件412，或者以另一种合适的方式被施加到透明元件412。
图5包括复制器324的一部分的另一个横截面图。透射元件404的透射率可随着远离相位全息图308投射到复制器324处的位置移动而增加。例如，透射元件404可在第一区域504中具有第一预定透射率，在该第一区域处，N个复制的相位全息图328中的第一个相位全息图（PH1）离开复制器324。第一预定透射率可等于或近似等于25％或另一个合适的透射率。
透射元件404可在第二区域508中具有第二预定透射率，在该第二区域处，N个复制的相位全息图328中的第二个相位全息图（PH2）离开复制器324。第二预定透射率大于第一预定透射率。第二预定透射率可等于或近似等于33％或另一个合适的透射率。
透射元件404可在第三区域512中具有第三预定透射率，在该第三区域处，N个复制的相位全息图328中的第三个相位全息图（PH3）离开复制器324。第三预定透射率大于第二预定透射率。第三预定透射率可等于或近似等于50%或另一个合适的透射率。
透射元件404可在第四区域516中具有第四预定透射率，在该第四区域处，N个复制的相位全息图328中的第四个相位全息图（PH4）离开复制器324。第四预定透射率大于第三预定透射率。第四预定透射率（透射比）可等于或近似等于100%或另一个合适的透射率。
在以上示例中，N等于4。如上文所陈述的，N可以是大于或等于2的整数。对于第一至第四预定透射率，N个复制的相位全息图328中的第一至第四个相位全息图可各自具有原始相位全息图308的25％的强度。不同区域的透射率可被构造成使得N个复制的相位全息图328具有相等或近似相等的强度。图5包括示例强度550、透射率554、反射率558和强度562。对于沿第二方向复制相位全息图308的第二复制器，以上可以是一样的或相同的。
透射元件404在区域402中具有第五预定透射率，在该区域处，相位全息图308被输入到复制器324。第五预定透射率可等于或近似等于100％或另一个合适的透射率。
区域402以及504至516的长度524相等。具有反射率为100％的反射元件408将所有接收到的光朝向透射元件404反射回来。
复制器324的深度（厚度）528被选择为满足以下关系：
0 mm≤2*D*tanθ-H≤预定的最小人类瞳孔尺寸（例如，2 mm），
其中D是复制器324（例如，透明元件412）的深度528，tan表示使用正切函数，H是相位全息图308的长度532，且θ是相位全息图308被输入到复制器324的入射角。
图6包括复制器324的一部分的另一个横截面图，其图示了N个复制的相位全息图328之间的间隙604。间隙604可具有相同的长度。
图7包括复制器324的一部分的另一个横截面图。图7图示了如果相位全息图308被复制N次并具有I的强度，则N个复制的相位全息图328中的每一个连续的相位全息图的强度减小I/N。区域的透射元件404的透射率满足以下关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，并且
Figure 86239DEST_PATH_IMAGE002
其中Ti是透射元件404针对N个复制的相位全息图328中的第i个相位全息图而在一区域中的透射率，Ri是针对N个复制的相位全息图328中的第i个相位全息图而在该区域中的反射率，i是N个复制的相位全息图328中的第i个相位全息图。
前面的描述本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，将其他修改将变得清楚。应理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同次序（或同时）执行，而不更改本公开的原理。进一步地，虽然上文将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任一个的特征中实施和/或与其组合，即使该组合未明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列（permutation）仍然在本公开的范围内。
元件之间（例如，模块、电路元件、层等之间）的空间和功能关系使用各种术语来描述，各种术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在……顶部”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也可以是在第一元件和第二元件之间存在（或者空间上或者功能上）一个或多个介入元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为使用非排他性逻辑OR来意指逻辑（A OR B OR C），并且不应被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个、以及C中的至少一个”。
在附图中，如由箭头指示的箭头方向一般演示图示所关注的信息（诸如，数据或指令）的流动。例如，当元件A和元件B交换多种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不暗示没有其他信息从元件B传输到元件A。进一步地，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送针对信息的请求或接收对信息的确认。
在本申请（包括下面的定义）中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下各者、为以下各者的一部分、或包括以下各者：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或组）；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者以上各者中的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。

Claims (10)

1.一种平视显示器（HUD）系统，其包括：
一个或多个光源和一个或多个相位调制器，其被构造成生成并输出全息图；以及
复制器，其被构造成接收所述全息图、从所述全息图生成所述全息图的N个复制品、以及输出所述全息图的所述N个复制品，
其中，N是大于或等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的HUD系统，其中，所述复制器包括：
透射元件，其被构造成接收所述全息图并输出所述全息图的所述N个复制品；以及
反射元件，其被构造成将光朝向所述透射元件反射；以及
透明元件，其设置在所述透射元件和所述反射元件之间。
3.根据权利要求2所述的HUD系统，其中，所述透射元件在N个不同位置处包括N种不同透射比且在由所述透射元件接收所述全息图的位置处包括100％透射比。
4.根据权利要求3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括一个或多个中性密度滤光片，所述中性密度滤光片被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
5.根据权利要求3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括一个或多个介电层，所述介电层被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
6.根据权利要求3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括金属纳米线，所述金属纳米线被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
7.根据权利要求3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
8.根据权利要求3所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括折射率失配界面，所述折射率失配界面被构造成在所述N个不同位置处提供所述N种不同透射比。
9.根据权利要求8所述的HUD系统，其中，所述折射率失配界面包括具有受控聚合度的光聚合物。
10.根据权利要求2所述的HUD系统，其中，所述透射元件包括：
第一区域，在所述第一区域处，输出所述全息图的所述N个复制品中的第一个复制品；以及
第二区域，在所述第二区域处，输出所述全息图的所述N个复制品中的第二个复制品。
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