CN112415749A - 包括连续透射中性密度滤光片和校正调平元件的用于平视显示器的全息图复制器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括连续透射中性密度滤光片和校正调平元件的用于平视显示器的全息图复制器组件。一种复制器组件包括反射元件、透射元件和透明元件。反射元件接收并反射HUD系统的第一全息图。透射元件包括部分透射部分，该部分透射部分从反射元件接收全息图的反射、输出全息图的N个复制、以及反射全息图的N‑1个复制。部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片。部分透射部分的相位区域分别对应于N个复制。N是大于或等于2的整数。反射元件反射全息图的N‑1个复制。透明元件安置在反射元件和透射元件之间，并且在反射元件和透射元件之间引导全息图的N个复制。反射元件、透射元件和透明元件被实施为复制器并且共同地提供全息图的N个复制。

Description

包括连续透射中性密度滤光片和校正调平元件的用于平视显 示器的全息图复制器组件

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，且更特定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

提供了一种复制器组件，并且其包括第一反射元件、第一透射元件和第一透明元件。第一反射元件被构造成接收并反射由平视显示器系统的一个或多个光源和一个或多个调制器生成的第一全息图。第一透射元件包括部分透射部分。部分透射部分被构造成：从第一反射元件接收第一全息图的反射；输出第一全息图的N个复制；以及反射第一全息图的至少N-1个复制。部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片。部分透射部分的相位区域分别对应于N个复制。N是大于或等于2的整数。第一反射元件被构造成反射第一全息图的至少N-1个复制。第一透明元件安置在第一反射元件和第一透射元件之间并被构造成在第一反射元件和第一透射元件之间引导第一全息图的N个复制。第一反射元件、第一透射元件和第一透明元件被实施为第一复制器并且共同地提供第一全息图的N个复制。

在其他特征中，第一透射元件包括完全透射部分。完全透射部分被构造成接收由平视显示器系统的光源生成的第一全息图。第一透明元件被构造成将第一全息图从完全透射部分引导到第一反射元件。

在其他特征中，部分透射部分具有跨越该部分透射部分的输出的强度梯度。

在其他特征中，部分透射部分具有跨越该部分透射部分的输出的强度分布，使得N个复制的输出光强度为处于相同水平或在彼此的预定范围内中的至少一种。

在其他特征中，第一复制器输出N个复制，其中在所述N个复制之间具有间隙。所述间隙中的每一个大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

在其他特征中，校正调平元件安置在透射元件上并被构造成：接收从第一透射元件输出的第一全息图的N个复制；以及调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的第一全息图的N个复制的光强度水平比从第一透射元件输出的第一全息图的N个复制的光强度水平更均匀。

在其他特征中，校正调平元件包括跨越校正调平元件的输出的吸收梯度。吸收梯度是基于校正调平元件中的纳米线或纳米颗粒中的至少一者的密度。

在其他特征中，校正调平元件包括多个介电层。介电层中的至少两个具有不同的折射率和跨越校正调平元件的输出的厚度梯度。

在其他特征中，第一反射元件与第一透明元件接触。第一透明元件与第一透射元件接触。

在其他特征中，在第一反射元件和第一透明元件之间不存在间隙，并且在第一透明元件和第一透射元件之间不存在间隙。

在其他特征中，复制器组件包括第二复制器，其中该第二复制器包括第二反射元件、第二透射元件、第二透明元件和校正调平元件。第二反射元件被构造成接收并反射从第一透射元件输出的第一全息图的N个复制。第二透射元件包括部分透射部分。部分透射部分被构造成：从第二反射元件接收N个复制的反射；输出第一全息图的NxM个复制；以及反射第一全息图的至少NxM-N个复制。第二透射元件的部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片。第二透射元件的部分透射部分的相位区域分别对应于NxM个复制。第二反射元件被构造成反射第一全息图的至少NxM-N个复制。第二透明元件安置在第二反射元件和第二透射元件之间并被构造成在第二反射元件和第二透射元件之间引导第一全息图的NxM个复制。校正调平元件安置在第二透射元件上并被构造成：接收从第二透射元件输出的第一全息图的NxM个复制；以及调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的第一全息图的NxM个复制的光强度水平比从第二透射元件输出的第一全息图的NxM个复制的光强度水平更均匀。

在其他特征中，第二透射元件的部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在不同相位区域之间没有间隙。第二透射元件的部分透射部分的相位区域分别对应于NxM个复制。M是大于或等于2的整数。

在其他特征中，第二复制器输出NxM个复制，其中在所述NxM个复制之间具有间隙。所述间隙中的每一个大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

在其他特征中，一种平视显示器系统包括：复制器组件；控制模块，其被构造成基于数据生成信号，其中所述数据包括至少一个操作参数；以及一个或多个光源和一个或多个相位调制器，所述光源和相位调制器被构造成基于所述信号生成第一全息图。

在其他特征中，提供了一种用于平视显示器系统的复制器组件。复制器组件包括第一复制器和校正调平元件。第一复制器接收由平视显示器的一个或多个光源和一个或多个调制器生成的第一全息图、将第一全息图复制N次、以及输出第一全息图的N个复制，其中N是大于或等于2的整数。校正调平元件被构造成调整第一全息图的N个复制的光强度水平，使得从校正调平元件输出的N个复制的光强度水平比从第一复制器输出的第一全息图的N个复制的光强度水平更均匀。

在其他特征中，第一复制器包括部分透射部分。部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在部分透射部分的不同相位区域之间没有间隙。相位区域分别对应于N个复制。

在其他特征中，复制器组件包括安置在第一复制器和校正调平元件之间的第二复制器。第二复制器被构造成接收N个复制、将N个复制复制M次、以及输出第一全息图的NxM个复制。校正调平元件被构造成调整第一全息图的NxM个复制的光强度水平，使得从校正调平元件输出的NxM个复制的光强度水平比从第二复制器输出的NxM个复制的光强度水平更均匀。

在其他特征中，第二复制器包括部分透射部分，该部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在第二复制器的部分透射部分的不同相位区域之间没有间隙。第二复制器的部分透射部分的相位区域分别对应于NxM个复制。

在其他特征中，校正调平元件包括跨越校正调平元件的输出的吸收梯度。吸收梯度是基于校正调平元件中的纳米线或纳米颗粒中的至少一者的密度。

在其他特征中，校正调平元件包括多个介电层。介电层中的至少两个具有不同的折射率和跨越校正调平元件的输出的厚度梯度。

本发明提供以下技术方案：

方案1. 一种复制器组件，其包括：

第一反射元件，其被构造成接收并反射由平视显示器系统的一个或多个光源和一个或多个调制器生成的第一全息图；

第一透射元件，其包括部分透射部分，其中，所述部分透射部分被构造成：从所述第一反射元件接收所述第一全息图的反射；输出所述第一全息图的N个复制；以及反射所述第一全息图的至少N-1个复制，其中，所述部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片，其中，所述部分透射部分的相位区域分别对应于所述N个复制，其中N是大于或等于2的整数，并且

其中，所述第一反射元件被构造成反射所述第一全息图的至少N-1个复制；以及

第一透明元件，其安置在所述第一反射元件和所述第一透射元件之间并被构造成在所述第一反射元件和所述第一透射元件之间引导所述第一全息图的所述N个复制，

其中，所述第一反射元件、所述第一透射元件和所述第一透明元件被实施为第一复制器并且共同地提供所述第一全息图的所述N个复制。

方案2. 根据方案1所述的复制器组件，其中：

所述第一透射元件包括完全透射部分；

所述完全透射部分被构造成接收由平视显示器系统的光源生成的所述第一全息图；并且

所述第一透明元件被构造成将所述第一全息图从所述完全透射部分引导到所述第一反射元件。

方案3. 根据方案1所述的复制器组件，其中，所述部分透射部分具有跨越所述部分透射部分的输出的强度梯度。

方案4. 根据方案1所述的复制器组件，其中，所述部分透射部分具有跨越所述部分透射部分的输出的强度分布，使得所述N个复制的输出光强度为处于相同水平或在彼此的预定范围内中的至少一种。

方案5. 根据方案1所述的复制器组件，其中：

所述第一复制器输出所述N个复制，其中在所述N个复制之间具有间隙；并且

所述间隙中的每一个大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

方案6. 根据方案1所述的复制器组件，其还包括校正调平元件，所述校正调平元件安置在所述透射元件上并被构造成：

接收从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制；以及

调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的所述第一全息图的N个复制的光强度水平比从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制的光强度水平更均匀。

方案7. 根据方案6所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括跨越所述校正调平元件的输出的吸收梯度；并且

所述吸收梯度是基于所述校正调平元件中的纳米线或纳米颗粒中的至少一者的密度。

方案8. 根据方案6所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括多个介电层；并且

所述介电层中的至少两个具有不同的折射率和跨越所述校正调平元件的输出的厚度梯度。

方案9. 根据方案1所述的复制器组件，其中：

所述第一反射元件与所述第一透明元件接触；并且

所述第一透明元件与所述第一透射元件接触。

方案10. 根据方案1所述的复制器组件，其中：

在所述第一反射元件和所述第一透明元件之间不存在间隙；并且

在所述第一透明元件和所述第一透射元件之间不存在间隙。

方案11. 根据方案1所述的复制器组件，其还包括第二复制器，其中，所述第二复制器包括：

第二反射元件，其被构造成接收并反射从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制；

第二透射元件，其包括部分透射部分，其中，所述部分透射部分被构造成：从所述第二反射元件接收所述N个复制的反射；输出所述第一全息图的NxM个复制；以及反射所述第一全息图的至少NxM-N个复制，其中，所述第二透射元件的所述部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片，其中，所述第二透射元件的所述部分透射部分的所述相位区域分别对应于所述NxM个复制，并且

其中，所述第二反射元件被构造成反射所述第一全息图的至少NxM-N个复制；

第二透明元件，其安置在所述第二反射元件和所述第二透射元件之间并被构造成在所述第二反射元件和所述第二透射元件之间引导所述第一全息图的所述NxM个复制；以及

校正调平元件，其安置在所述第二透射元件上并被构造成：

接收从所述第二透射元件输出的所述第一全息图的所述NxM个复制，以及

调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的所述第一全息图的NxM个复制的光强度水平比从所述第二透射元件输出的所述第一全息图的所述NxM个复制的光强度水平更均匀。

方案12. 根据方案11所述的复制器组件，其中：

所述第二透射元件的所述部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在不同相位区域之间没有间隙；

所述第二透射元件的所述部分透射部分的所述相位区域分别对应于所述NxM个复制；并且

M是大于或等于2的整数。

方案13. 根据方案11所述的复制器组件，其中：

所述第二复制器输出所述NxM个复制，其中在所述NxM个复制之间具有间隙；并且

所述间隙中的每一个大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

方案14. 一种平视显示器系统，其包括：

根据方案1所述的复制器组件；

控制模块，其被构造成基于数据生成信号，其中，所述数据包括至少一个操作参数；以及

一个或多个光源和一个或多个相位调制器，所述光源和相位调制器被构造成基于所述信号生成第一全息图。

方案15. 一种用于平视显示器系统的复制器组件，所述复制器组件包括：

第一复制器，其接收由平视显示器的一个或多个光源和一个或多个调制器生成的第一全息图、将所述第一全息图复制N次、以及输出所述第一全息图的N个复制，其中N是大于或等于2的整数；以及

校正调平元件，其被构造成调整所述第一全息图的所述N个复制的光强度水平，使得从校正调平元件输出的N个复制的光强度水平比从所述第一复制器输出的所述第一全息图的所述N个复制的光强度水平更均匀。

方案16. 根据方案15所述的复制器组件，其中：

所述第一复制器包括部分透射部分；

所述部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在所述部分透射部分的不同相位区域之间没有间隙；并且

所述相位区域分别对应于所述N个复制。

方案17. 根据方案15所述的复制器组件，其还包括安置在所述第一复制器和所述校正调平元件之间的第二复制器，其中：

所述第二复制器被构造成接收所述N个复制、将所述N个复制复制M次、以及输出所述第一全息图的NxM个复制；并且

所述校正调平元件被构造成调整所述第一全息图的所述NxM个复制的光强度水平，使得从校正调平元件输出的所述NxM个复制的光强度水平比从所述第二复制器输出的所述NxM个复制的光强度水平更均匀。

方案18. 根据方案17所述的复制器组件，其中：

所述第二复制器包括部分透射部分；

所述第二复制器的所述部分透射部分被实施为连续透射中性密度滤光片，其中在所述第二复制器的所述部分透射部分的不同相位区域之间没有间隙；并且

所述第二复制器的所述部分透射部分的所述相位区域分别对应于所述NxM个复制。

方案19. 根据方案15所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括跨越所述校正调平元件的输出的吸收梯度；并且

所述吸收梯度是基于所述校正调平元件中的纳米线或纳米颗粒中的至少一者的密度。

方案20. 根据方案15所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括多个介电层；并且

所述介电层中的至少两个具有不同的折射率和跨越所述校正调平元件的输出的厚度梯度。

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明了。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

本公开将从详细描述和附图变得被更充分地理解，其中：

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，其图示了复制的相位全息图之间的间隙；

图7包括复制器的一部分的另一个横截面图；

图8包括复制器组件的横截面图，该复制器组件包括具有连续透射中性密度滤光片层和校正调平元件的多个复制器；

图9是图8的复制器组件的复制器中的一个的横截面图；

图10是图示在穿过校正调平元件之前和之后的透射强度的图，该校正调平元件被实施为具有变化的密度的纳米颗粒吸收型滤光片；以及

图11是校正调平元件的横截面侧视图，该校正调平元件包括具有交替的折射率、透射梯度和反射梯度以及厚度梯度的多个介电层。

图12是具有均匀透射特性的复制器的中性密度滤光片层的透射强度的图表。

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照射带有编码的相位全息图的相位调制器并被衍射。衍射光被车辆的挡风玻璃反射并在驾驶员的视网膜上形成实像。在不复制或操纵相位全息图的情况下，将仅呈现单个全息图，并且HUD系统可具有相对小的眼动范围/出射光瞳（观察区域）。

用于复制全息图的现有方法包括全息波导和体积布拉格反射光栅，其需要具有微米级精度的结构（例如，照相极性分散装置和全息扩散片）来执行全息图的光衍射和复制。现有部件的特征尺寸和周期性也是高度依赖波长的。本文中公开了复制器和复制器组件，其包括不依赖于波长的反射、透射和吸收型滤光片。无需堆叠多个部件来补偿波长依赖性。复制器和复制器组件具有毫米级精度要求，且因此与传统的复制方法相比降低了制造复杂性。

复制器可用于复制全息图并输出N个相同全息图，其中N是大于或等于2的整数。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个相同全息图可彼此不重叠。如本文中所公开的，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的估计值（例如，2毫米）。这在观察者的眼睛移动的同时确保了虚像的连续性。作为示例，全息图可被复制多次以提供全息图的阵列，其中全息图中的每一个包含相同的信息。观看者的每只眼睛一次只看到全息图中的一个。用户的第一只眼睛在这些全息图中看到的全息图与用户的另一只眼睛看到的全息图不同。

尽管本文中关于车辆实施方式公开了示例，但是这些示例可应用于非车辆实施方式。

图1是沿两个方向（尺寸），y方向和z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，沿z方向4次以及沿y方向6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。尽管示例图示了一定数量的复制，但是复制器可复制全息图任何次数。

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。虽然描述了陆基车辆的示例，但是本申请也可应用于空基车辆（例如，飞机、直升机等）和水基车辆（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可以是自主车辆、半自主车辆或非自主车辆。

平视显示器（HUD）系统300（示于图3中）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的方向航向、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来提供编码的相位全息图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的当前方向航向、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（示于图2中）朝向挡风玻璃104输出N个复制的相位全息图328，其中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，所述其他复制器可与分别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类似的另一个复制器可沿y方向复制相位全息图328。在图8中示出了包括多个复制器的示例。

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像的连续性。预定的最小人类瞳孔尺寸的直径可近似等于或等于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关系式1。

0 mm≤间隙≤预定的最小人类瞳孔尺寸 （1）。

对于关系式1，间隙是N个复制的相位全息图328中的每一个之间的间隙。在图1中示出了示例间隙G1和G2。间隙G1和G2可彼此相等。间隙G1是全息图328的各行之间的间隙的示例，并且间隙G2是全息图328的各列之间的间隙的示例。全息图212包括N个复制的相位全息图328。满足以上关系式的间隙确保了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安置在透射元件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可包括一个或多个金属层。替代地，反射元件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，该透射性输入部分是透射元件404的一部分。透射元件404在不同位置处包括不同的透射率。透射元件404可包括一个或多个中性密度（ND）滤光片，所述ND滤光片具有被设计为具有预定的透射率和反射率特性的不同的离散区域。如本文中所使用的，术语“中性密度”指代一种滤光片，该滤光片是均等地减小或修改光的所有波长和颜色的强度的滤光片。替代地，透射元件404可包括一个或多个介电层，所述介电层具有被设计为具有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的离散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在复制器324处被接收的位置或透射性输入部分402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。透射元件404的区域504、508、512、516中的每一个均执行作为不同的离散滤光片。

在图4的以上示例中，N等于4，然而，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，以上可以是不同的、类似的或相同的。

图4至图5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是相等的。反射元件408具有100％的反射率，并且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被选择为满足关系式2。

0 mm≤2*D*tanθ-H≤预定的最小人类瞳孔尺寸（例如，2 mm） （2）

对于关系式2，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。复制器越厚，全息图之间的间隙就越大。

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包括图3的复制器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以I/N减小。一个区域的透射元件404的透射率满足关系式3。

，并且

（3）。

对于关系式3，T_i是在透射元件404的对于N个复制的相位全息图328中的第i个相位全息图的一个区域中的透射率，R_i是对于N个复制的相位全息图328中的第i个相位全息图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。

图8示出了包括多个复制器802、804的复制器组件800。复制器802、804用于两个不同的复制方向。例如，复制器802可沿z方向复制全息图，并且复制器804可沿y方向复制从复制器802中出来的全息图，这与图1中所示的整体全息图（或全息图的阵列）相对应。在图9中示出了复制器804的复制的示例。复制器802、804中的每一个包括相应的反射元件806、808、透明元件810、812、以及透射元件814、816。反射元件806、808可被实施为100％反射层。透明元件810、812可被实施为100％透明层。

透射元件814、816执行作为部分透射的和部分反射的中性密度滤光片层。透射元件814、816中的每一个可包括100％透射（或透明）部分和部分透射（非透明）部分。在一个实施例中，不包括100％透射部分，并且入射的全息图直接由透明元件810接收。透射元件814的100％透射部分和部分透射部分被示出并分别标示为820、822。在元件814、816的部分透射部分中不存在间隙，所述元件被实施为连续中性密度滤光片。因而，在部分透射区域822的不同相位区域821、823、825、827之间不存在间隙。连续中性密度滤光片（i）跨越不同相位区域提供强度逐渐变化的滤光和反射特性，或者（ii）跨越不同相位区域提供强度均匀的滤光和反射特性。透射元件814的在部分820以及相位区域821、823、825和827之外的区域可以不是透射的，诸如区域829。透射元件816可具有与透射元件814类似的部分和区域。

在图8的示例中，部分透射部分822被称为梯度部分，并且是具有连续透射梯度的连续变化的透射滤光片。在实施例中，连续透射梯度从在透射部分820附近的10％变化到连续透射梯度的在距透射部分820最远的端部处的100％。为全息图相位PH1至PH4之间的点提供示例透射率百分比。全息图相位之间的点处的透射率百分比826对于不同的反射次数（例如，除4以外的反射次数）是不同的。尽管梯度部分被示为在10至100％之间转变，但是该转变部分可在其他透射强度百分比之间转变。还示出了反射率百分比831的示例。在图10中示出了梯度透射输出的示例输出绘图。

在另一个实施例中，部分透射部分822具有均匀的透射水平，且因此不具有透射梯度。作为示例，均匀的透射水平可以是10％或其他合适的百分比。在图12中示出了均匀的透射水平示例的示例输出绘图。

入射的相位全息图308在透射部分820处被接收并被反射元件806反射。相位全息图308至少部分地被反射元件806和透射元件814中的每一个反射多次以提供多个相位全息图。这些相位全息图至少部分地穿过透射元件814、穿过复制器802、804之间的间隙并到达复制器804。

复制器804还包括校正调平元件830。图9示出了复制器804的示例。校正调平元件830安置在透射元件816上。校正调平元件830可由光吸收材料形成，该光吸收材料将相位全息图的强度水平调整为（i）具有相同的预定强度水平和/或在预定强度水平的预定范围内的强度水平，和/或（ii）在彼此的预定强度范围内。元件806、808、810、812、814和816非为吸收型的。由于不是吸收型的，因此元件806、808、810、812、814和816保持较高的光效率。图10图示了示例性校正调平层，其将从复制器802中出来的相位全息图的强度水平调整为在彼此的预定范围内。

在反射元件806、808和对应的透明元件810、812之间不存在间隙。在透明元件810、812和对应的透射元件814、816之间也不存在间隙。在复制器802、804之间且因此在透射元件814和反射元件808之间存在间隙G。在一个实施例中，间隙G被最小化和/或被设置为小于预定距离以最小化能量损失。

反射元件806、808可由例如金属材料和/或反射介电材料形成。透明元件810、812执行作为光导，并且可由例如玻璃、透明塑料和/或其他合适的透明材料形成。透射元件814、816是中性密度滤光片，并且可各自包括一个或多个介电层。介电层可包括溅射的银纳米线或其他类型的部分透射的和部分反射的透明导电层。在一个实施例中，介电层包括铟锡氧化物（ITO）。校正调平元件830是另一种类型的吸收型中性密度滤光片，并且提供逆强度梯度以补偿从相邻透射元件816中出来的强度梯度。校正调平元件830可由吸收性染料的密度变化形成。校正调平元件830可被施加和/或粘附到透射元件816。

在一个实施例中，校正调平元件830包括纳米颗粒密度分布，其示例在图10中示出。对于该示例，校正调平元件830可包括银纳米线和/或金属纳米颗粒。在另一个实施例中，校正调平元件830可包括多个介电层，其示例在图11中示出。

元件806、808、810、812、814、816和830的组成提供了复制器组件800，该复制器组件具有跨越复制器组件800的输出的连续透射比。复制器组件800使用如所描述的连续透射比来复制入射的相位全息图。在第一界面处提供连续透射比，并且在第二界面处提供高反射率。第一界面可指代元件810、814之间、元件812、816之间、以及元件816、830之间的界面。第二界面可指代元件806、810之间、以及元件808、812之间的界面。

如上文所描述的，在从校正调平元件830输出的相邻全息图之间存在最小间隙。间隙可满足以上关系式1至2。可通过调整复制器和/或其元件和层的厚度来调整间隙。提供了没有重叠的全息图。在一个实施例中，间隙大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

复制器802被构造成输出入射的全息图的N个复制。复制器804被构造成输出从复制器802的输出接收到的入射的全息图的M个复制（例如，N个复制中的M个复制）。N和M是大于或等于2的整数。透射元件814被构造成输出N个复制并反射N个复制中的N-1个复制。透射元件816被构造成输出NxM个复制并反射NxM个复制中的NxM-N个复制。反射元件806被构造成反射入射的全息图和N-1个复制。反射元件808被构造成反射N个入射的复制和NxM-N个复制。

虽然图8示出了包括多个复制器的复制器组件，但是可实施包括校正调平层的单个复制器。例如，复制器802可单独实施，并且包括安置在透射元件814的部分透射部分上并覆盖该部分透射部分的校正调平层。作为替代方案，复制器804可单独实施并且直接接收全息图。

图9示出了复制器804，其包括反射元件808、透明元件812、透射元件816和校正调平元件830。反射元件808可如图所示不完全延伸跨越透明元件812的表面（例如，底表面），或者可包括透明部分以用于接收图8的复制器802的输出。在所示的示例中，复制器802的输出被直接提供给透明元件812，且然后被透射元件816和反射元件808反射多次。在另一个实施例中，反射元件808完全延伸跨越透明元件812，但是包括如由虚线区域900所示的透明（非反射）部分和反射部分902。

提供了虚线以图示接收到的全息图中的每一个的一点的反射。全息图中的每一个的其他点被类似地反射。提供了穿过复制器804的输出的横截面平面切片904，以示出沿z方向的N个（例如，4个）复制的相位全息图和沿y方向的M个（例如，6个）复制的相位全息图。这与图1中所示的阵列的以上示例一致。N和M可以是大于或等于2的整数。

图10示出了图示在通过示例校正调平元件1000之前和之后的透射强度的图，该校正调平元件被实施为具有变化的密度和对应的透射面积的纳米颗粒吸收型滤光片。校正调平元件1000可代替图8至图9的校正调平元件830。如图所示，校正调平滤光片1000在中心区域1002中具有最高浓度（或最高密度）的纳米颗粒，且在外部区域1004、1006中具有最小量（或最低密度）的纳米颗粒。这使强度在中心区域中降低得最多并且朝向外部区域逐渐较少。

示出了第一绘图1008，其使透射强度水平与眼动范围中的位置（或沿z方向的距离）相关。该绘图是示例，其图示了当不使用校正调平滤光片时复制器802的输出。在梯度部分的最接近透明部分的点处，透射率百分比最低（例如，10％），并且由于反射所引起的强度百分比最高（例如，100％）。在梯度部分的距透明部分最远的点处，透射率百分比最高（例如，100％），但是由于反射所引起的强度百分比最低（例如，10％）。因此，如可以看出，透射强度是不均匀的，并且在中心点中最高（例如，20毫米（mm）），这是由于反射的相位全息图的55％透射率百分比和部分降低的强度所引起的。在入射的全息图的一次反射之后，强度水平分布不再均匀，并且透射元件的反射率也不均匀。尽管梯度部分被示为在10至100％之间转变，但是该转变部分可在其他透射强度百分比之间转变。

将校正调平元件（诸如，校正调平元件830）应用于复制器802，调整了如第一绘图1008中所示的输出，以提供第二绘图1010中提供的输出。如图所示，透射强度水平近似相同。当校正调平元件830被实施在图8至图9的复制器804上时，由该校正调平元件提供类似的输出。

在一个实施例中，校正调平元件830的输出跨越校正调平元件830的输出是均匀的。在该示例实施例中，全息图的阵列中的每个输出的全息图具有相同的强度，并且每个全息图具有均匀的强度。校正调平元件830中吸收红（R）、绿（G）和蓝（B）波长的纳米颜料的密度被设计以精确补偿接收到的全息图中的并跨越全息图的阵列的变化的强度（或强度分布），从而提供均匀的强度分布输出。

图11示出了另一个示例校正调平元件1100，其可代替图8至图9的校正调平元件830。校正调平元件1100包括多个介电层。在所示的示例中，校正调平元件1100包括介电层1102、1104。介电层1102、1104以交替模式布置并且具有相应的折射率n1、n2。介电层1102、1104中的每一个具有与对应的相邻一个或两个层不同的折射率，这取决于该层是最顶层、中间层还是最底层。可堆叠任何数量的介电层1102、1104。在一个实施例中，n1大于n2。在另一个实施例中，n2大于n1。介电层1102、1104之间不存在间隙。

介电层1102、1104中的每一个具有厚度梯度，使得介电层1102、1104中的每一个的厚度从第一端处的最大厚度（例如，T1）逐渐转变到第二端处的最小厚度（例如，T2）。在同一侧处，介电层1102的厚度可与介电层1104的厚度相同或不同。介电层1102在同一端处的厚度可相同或不同。类似地，介电层1104在同一端处的厚度可相同或不同。由于介电层1102、1104中的每一个的厚度梯度和/或介电层1102、1104中的每一个的组成，跨越介电层1102、1104中的每一个的输出区域而存在透射梯度。也可跨越介电层1102、1104中的每一个的输出区域而存在反射梯度。

校正调平元件1100的最厚端（对应于介电层1102、1104的最厚端）可具有最低的透射率百分比。类似地，校正调平元件1100的最薄端（对应于介电层1102、1104的最薄端）可具有最高的透射率百分比。

图12示出了具有均匀透射特性的复制器的中性密度滤光片层的透射强度的图表1200。该示例是针对将全息图复制四次的复制器而言的。示出了四种透射强度水平，对于每个相位全息图和对应的反射次数有一种透射强度水平。通过最多反射次数创建的全息图具有最低的透射强度。减小的透射强度水平与反射次数直接相关。作为示例，该图表可图示第一复制器对于第一（例如，z）方向的输出，该输出可被提供给同样具有均匀的透射特性的第二复制器。第一复制器不具有校正调平元件，并且第二复制器具有校正调平元件，该校正调平元件对所得输出进行调平以提供与图10中所示的相似的均匀输出强度分布。

以上所公开的示例包括扩展全息显示器的出射光瞳的复制器组件。随着出射光瞳的扩大，全息显示器的眼动范围的尺寸被扩大。

前面的描述本质上仅仅是图示性的，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，其他修改将变得显而易见。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中被实施和/或与其他实施例中的任一个的特征组合，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）的空间关系和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在……顶部”、“上方”、“下方”和“安置”。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，而且也可以是在第一元件和第二元件之间存在（空间或功能上）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表明图示所关注的信息（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对信息的接收确认。

在本申请中，包括下面的定义，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/数字离散电路；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)

1.一种复制器组件，其包括：

第一反射元件，其被构造成接收并反射由平视显示器系统的一个或多个光源和一个或多个调制器生成的第一全息图；

第一透射元件，其包括部分透射部分，其中，所述部分透射部分被构造成：从所述第一反射元件接收所述第一全息图的反射；输出所述第一全息图的N个复制；以及反射所述第一全息图的至少N-1个复制，其中，所述部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片，其中，所述部分透射部分的相位区域分别对应于所述N个复制，其中N是大于或等于2的整数，并且

其中，所述第一反射元件被构造成反射所述第一全息图的至少N-1个复制；以及

第一透明元件，其安置在所述第一反射元件和所述第一透射元件之间并被构造成在所述第一反射元件和所述第一透射元件之间引导所述第一全息图的所述N个复制，

其中，所述第一反射元件、所述第一透射元件和所述第一透明元件被实施为第一复制器并且共同地提供所述第一全息图的所述N个复制。

2.根据权利要求1所述的复制器组件，其中：

所述第一透射元件包括完全透射部分；

所述完全透射部分被构造成接收由平视显示器系统的光源生成的所述第一全息图；并且

所述第一透明元件被构造成将所述第一全息图从所述完全透射部分引导到所述第一反射元件。

3.根据权利要求1所述的复制器组件，其中，所述部分透射部分具有跨越所述部分透射部分的输出的强度梯度。

4.根据权利要求1所述的复制器组件，其中，所述部分透射部分具有跨越所述部分透射部分的输出的强度分布，使得所述N个复制的输出光强度为处于相同水平或在彼此的预定范围内中的至少一种。

5. 根据权利要求1所述的复制器组件，其中：

所述第一复制器输出所述N个复制，其中在所述N个复制之间具有间隙；并且

所述间隙中的每一个大于0且小于或等于预定的最小人类瞳孔尺寸。

6. 根据权利要求1所述的复制器组件，其还包括校正调平元件，所述校正调平元件安置在所述透射元件上并被构造成：

接收从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制；以及

调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的所述第一全息图的N个复制的光强度水平比从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制的光强度水平更均匀。

7. 根据权利要求6所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括跨越所述校正调平元件的输出的吸收梯度；并且

所述吸收梯度是基于所述校正调平元件中的纳米线或纳米颗粒中的至少一者的密度。

8. 根据权利要求6所述的复制器组件，其中：

所述校正调平元件包括多个介电层；并且

所述介电层中的至少两个具有不同的折射率和跨越所述校正调平元件的输出的厚度梯度。

9. 根据权利要求1所述的复制器组件，其中：

所述第一反射元件与所述第一透明元件接触；并且

所述第一透明元件与所述第一透射元件接触。

10.根据权利要求1所述的复制器组件，其还包括第二复制器，其中，所述第二复制器包括：

第二反射元件，其被构造成接收并反射从所述第一透射元件输出的所述第一全息图的N个复制；

第二透射元件，其包括部分透射部分，其中，所述部分透射部分被构造成：从所述第二反射元件接收所述N个复制的反射；输出所述第一全息图的NxM个复制；以及反射所述第一全息图的至少NxM-N个复制，其中，所述第二透射元件的所述部分透射部分被实施为跨越不同相位区域的连续透射中性密度滤光片，其中，所述第二透射元件的所述部分透射部分的所述相位区域分别对应于所述NxM个复制，并且

其中，所述第二反射元件被构造成反射所述第一全息图的至少NxM-N个复制；

第二透明元件，其安置在所述第二反射元件和所述第二透射元件之间并被构造成在所述第二反射元件和所述第二透射元件之间引导所述第一全息图的所述NxM个复制；以及

校正调平元件，其安置在所述第二透射元件上并被构造成：

接收从所述第二透射元件输出的所述第一全息图的所述NxM个复制，以及

调整光强度水平，使得从校正调平元件输出的所述第一全息图的NxM个复制的光强度水平比从所述第二透射元件输出的所述第一全息图的所述NxM个复制的光强度水平更均匀。

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