DE102021111228A1

DE102021111228A1 - Holographische Projektoren mit Größenkorrektur und Ausrichtung von Strahlen mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen

Info

Publication number: DE102021111228A1
Application number: DE102021111228.1A
Authority: DE
Inventors: Kai-Han Chang; Thomas A. Seder
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-03-31
Also published as: CN114326353A; US20220100147A1

Abstract

Ein holografisches Projektionssystem enthält eine erste, zweite und dritte Lichtquelle, SLMs, eine Linse, einen Kombinierer und ein Steuerungsmodul. Die erste, zweite und dritte Lichtquelle erzeugen jeweilige Lichtstrahlen. Die Lichtstrahlen haben jeweilige Wellenlängen. Die SLMs beugen jeweils die Lichtstrahlen. Die Linse ist so angeordnet, dass sie den Divergenzwinkel eines der Lichtstrahlen derart einstellt, dass das gebeugte Licht aus jedem der SLMs den gleichen Beugungswinkel hat. Die SLMs codieren Phasenhologramme, die jeweilige Versionen eines grafischen Bildes enthalten, basierend auf dem von den Lichtquellen erzeugten Licht, einschließlich des von der Linse ausgegebenen Lichts, um PhasenhologrammStrahlen zu erzeugen. Der Kombinierer kombiniert die Phasenhologrammstrahlen, um einen kombinierten Phasenhologrammstrahl zu erzeugen, der zur Betrachtung eines kombinierten grafischen Bildes projiziert wird. Das Steuerungsmodul codiert ein Prismenhologramm auf einem der SLMs, um die Ausgaben der SLMs auszurichten.

Description

Einleitung
Die in diesem Abschnitt gemachten Angaben dienen dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Arbeiten der gegenwärtig genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben werden, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung möglicherweise nicht zum Stand der Technik gehören, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf holografische Projektions-Anzeigesysteme und Head-Up-Display-bzw. -Anzeigesysteme von Fahrzeugen.
Anzeigevorrichtungen werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Einige beispielhafte Anzeigevorrichtungen sind Flachbildschirme, Projektionsanzeigen und Head-up-Anzeigen. Anzeigevorrichtungen können entweder vom Transmissions- oder Reflexionstyp sein.
Der Fahrer eines Fahrzeugs sieht die Umgebung des Fahrzeugs üblicherweise durch Fenster, Windschutzscheiben und andere Scheiben des Fahrzeugs. Der Fahrer kann die Beschleunigung, Abbremsung und Lenkung des Fahrzeugs basierend auf seiner visuellen Beobachtung der Umgebung des Fahrzeugs steuern. Das Fahrzeug kann eine oder mehrere Anzeigen enthalten, die dem Fahrer verschiedene Informationen anzeigen. Einige Fahrzeuge verfügen zum Beispiel über ein Infotainment-System, das eine Anzeige enthält, die verschiedene Infotainment- und andere Fahrzeuginformationen anzeigt. Das Fahrzeug kann auch ein Head-up-Display bzw. eine Head-up-Anzeige (HUD) enthalten, das Informationen anzeigt, indem ein virtuelles Bild in einem bestimmten Abstand mit Reflexion einer Windschutzscheibe gebildet wird. Die HUD kann beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit und andere Fahrzeuginformationen anzeigen (z. B. Warnungen wie Warnungen vor dem Verlassen der Fahrspur und Warnungen zur Vermeidung von Kollisionen).
Zusammenfassung
Ein holografisches Projektionssystem enthält eine erste Lichtquelle, eine zweite Lichtquelle, eine dritte Lichtquelle, räumlichen Lichtmodulatoren, eine erste Linse, einen Kombinierer und ein Steuerungsmodul. Die erste Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen ersten Lichtstrahl zu erzeugen. Die zweite Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen. Die dritte Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen dritten Lichtstrahl zu erzeugen. Der erste Lichtstrahl, der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl haben jeweilige Wellenlängen. Die räumlichen Lichtmodulatoren sind dafür konfiguriert, jeweils den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl zu beugen. Die erste Linse ist so angeordnet, dass sie den Divergenzwinkel des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls oder des dritten Lichtstrahls derart einstellt, dass das gebeugte Licht aus jedem der räumlichen Lichtmodulatoren den gleichen Beugungswinkel hat. Die räumlichen Lichtmodulatoren sind dafür konfiguriert, Phasenhologramme zu codieren, die jeweilige Versionen eines grafischen Bildes enthalten, das auf von der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der dritten Lichtquelle erzeugtem Licht basiert, einschließlich des von der ersten Linse ausgegebenen Lichts, um Phasenhologrammstrahlen bereitzustellen. Der Kombinierer ist dafür konfiguriert, die Phasenhologrammstrahlen zu kombinieren, um einen kombinierten Phasenhologrammstrahl bereitzustellen, der zur Betrachtung eines kombinierten grafischen Bildes projiziert wird. Das Steuerungsmodul ist dafür konfiguriert, ein Prismenhologramm auf einem der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um die Ausgaben der räumlichen Lichtmodulatoren auszurichten.
In anderen Merkmalen ist der erste Lichtstrahl ein roter Laserstrahl. Der zweite Lichtstrahl ist ein grüner Laserstrahl. Der dritte Lichtstrahl ist ein blauer Laserstrahl.
In anderen Merkmalen enthält das holografische Projektionssystem außerdem eine zweite Linse. Die erste Linse stellt einen Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls so ein, dass er mit dem Divergenzwinkel des roten Laserstrahls übereinstimmt bzw. zu ihm passt, der von einem der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird. Die zweite Linse stellt den Divergenzwinkel des blauen Laserstrahls so ein, dass er zum Divergenzwinkel des roten Laserstrahls passt, der von dem einen der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
In anderen Merkmalen stellt die erste Linse einen Divergenzwinkel des roten Laserstrahls so ein, dass er zu einem Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls passt, der von einem der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
Das holografische Projektionssystem besitzt außerdem keine Linse zur Einstellung des Divergenzwinkels des blauen Laserstrahls.
In anderen Merkmalen enthält einer oder mehrere der räumlichen Lichtmodulatoren eine nicht-periodische Photonensiebschicht, um einen Divergenzwinkel von einem oder mehreren des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen.
In anderen Merkmalen ist das Steuerungsmodul dafür konfiguriert, ein Linsenhologramm auf einem oder mehreren der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um eine Größe von einem oder mehreren des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen.
In anderen Merkmalen ist das Steuerungsmodul dafür konfiguriert, zwei Prismenhologramme jeweils auf zwei der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um eine Position von zwei des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls zu verschieben.
In anderen Ausstattungsmerkmalen ist das Steuerungsmodul dafür konfiguriert, den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl so zu dimensionieren, dass sie einen verfügbaren Bildbereich nicht ausfüllen, und die Position eines oder mehrerer des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen, um den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl auszurichten.
In weiteren Merkmalen wird ein holografisches Projektionssystem bereitgestellt, das eine erste Lichtquelle, eine zweite Lichtquelle, eine dritte Lichtquelle, räumliche Lichtmodulatoren, einen Kombinierer und ein Steuerungsmodul umfasst. Die erste Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen ersten Lichtstrahl zu erzeugen. Die zweite Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen. Die dritte Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen dritten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei der erste Lichtstrahl, der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl jeweilige Wellenlängen haben. Die räumlichen Lichtmodulatoren sind dafür konfiguriert, Phasenhologramme zu codieren, die jeweilige Versionen eines grafischen Bildes enthalten, basierend auf der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der dritten Lichtquelle erzeugtem Licht, um Phasenhologrammstrahlen bereitzustellen. Ein erster der räumlichen Lichtmodulatoren enthält eine erste nicht-periodische Photonensiebschicht. Die erste nicht-periodische Photonensiebschicht ist dafür konfiguriert, einen Divergenzwinkel eines des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls oder des dritten Lichtstrahls so einzustellen, dass das gebeugte Licht aus jedem der räumlichen Lichtmodulatoren denselben Beugungswinkel hat. Der Kombinierer ist dafür konfiguriert, die Phasenhologrammstrahlen zu kombinieren, um einen kombinierten Phasenhologrammstrahl zu erzeugen, der zur Betrachtung eines kombinierten grafischen Bildes projiziert wird. Das Steuerungsmodul ist dafür konfiguriert, ein Prismenhologramm auf einem der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um die Ausgaben der räumlichen Lichtmodulatoren auszurichten.
In anderen Merkmalen ist der erste der räumlichen Lichtmodulatoren, der die erste nicht-periodische Photonensiebschicht enthält, derselbe räumliche Lichtmodulator, für den das Steuerungsmodul das Prismenhologramm codiert hat.
In anderen Merkmalen ist der erste der räumlichen Lichtmodulatoren, der die erste nicht-periodische Photonensiebschicht enthält, ein anderer räumlicher Lichtmodulator, für den das Steuerungsmodul das Prismenhologramm codiert hat.
In anderen Merkmalen ist der erste Lichtstrahl ein roter Laserstrahl. Der zweite Lichtstrahl ist ein grüner Laserstrahl. Der dritte Lichtstrahl ist ein blauer Laserstrahl.
In anderen Merkmalen empfängt der erste der räumlichen Lichtmodulatoren den grünen Laserstrahl. Ein zweiter der räumlichen Lichtmodulatoren empfängt den blauen Laserstrahl und enthält eine zweite nicht-periodische Photonensiebschicht. Die erste nicht-periodische Photonensiebschicht stellt einen Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls so ein, dass er zum Divergenzwinkel des roten Laserstrahls passt, der von einem dritten der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird. Die zweite nicht-periodische Photonensiebschicht stellt den Divergenzwinkel des blauen Laserstrahls so ein, dass er zum Divergenzwinkel des roten Laserstrahls passt, der vom dritten der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
In anderen Merkmalen stellt die erste nicht-periodische Photonensiebschicht einen Divergenzwinkel des roten Laserstrahls so ein, dass er zu einem Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls passt, der vom ersten der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
In anderen Merkmalen weist das holografische Projektionssystem keine nicht-periodische Photonensiebschicht zur Einstellung eines Divergenzwinkels des blauen Laserstrahls.
In weiteren Merkmalen wird ein holografisches Projektionssystem bereitgestellt, das eine erste Lichtquelle, eine zweite Lichtquelle, eine dritte Lichtquelle, räumliche Lichtmodulatoren und ein Steuerungsmodul enthält. Die erste Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen ersten Lichtstrahl zu erzeugen. Die zweite Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen. Die dritte Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen dritten Lichtstrahl zu erzeugen. Der erste Lichtstrahl, der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl haben jeweilige Wellenlängen. Die räumlichen Lichtmodulatoren sind dafür konfiguriert, Phasenhologramme zu codieren, die ein grafisches Bild enthalten, das basierend auf einer Kombination von Licht von dem ersten Lichtstrahl, dem zweiten Lichtstrahl und dem dritten Lichtstrahl erzeugt wird. Das Steuerungsmodul ist dafür konfiguriert, ein oder mehrere Linsenhologramme auf einem ersten oder mehreren der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um eine Größe eines des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls oder des dritten Lichtstrahls relativ zu einem anderen des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls oder des dritten Lichtstrahls einzustellen, und ein oder mehrere Prismenhologramme auf einem zweiten oder mehreren der räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl auszurichten.
In anderen Merkmalen enthält das holografische Projektionssystem ferner einen Kombinierer, um die Ausgaben von drei der räumlichen Lichtmodulatoren zu kombinieren, um einen kombinierten Phasenhologrammstrahl bereitzustellen, der zur Betrachtung eines kombinierten grafischen Bildes projiziert wird, oder die Ausgaben der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der dritten Lichtquelle zu kombinieren, bevor der erste Lichtstrahl, der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl an den räumlichen Lichtmodulatoren empfangen werden.
In anderen Merkmalen umfassen die räumlichen Lichtmodulatoren einen ersten räumlichen Lichtmodulator und einen dem ersten räumlichen Lichtmodulator nachgelagerten zweiten räumlichen Lichtmodulator. Das Steuerungsmodul ist dafür konfiguriert, zumindest eines eines Linsenhologramms oder eines Prismenhologramms auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator zu codieren und das grafische Bild auf dem zweiten räumlichen Lichtmodulator zu codieren.
In anderen Merkmalen umfassen die räumlichen Lichtmodulatoren einen dritten räumlichen Lichtmodulator; und einen dem ersten räumlichen Lichtmodulator nachgelagerten vierten räumlichen Lichtmodulator. Der erste räumliche Lichtmodulator empfängt den ersten Lichtstrahl. Der dritte räumliche Lichtmodulator empfängt den zweiten Lichtstrahl. Das Steuerungsmodul ist dafür konfiguriert, zumindest eines eines Linsenhologramms oder eines Prismenhologramms auf dem dritten räumlichen Lichtmodulator zu codieren und das grafische Bild auf dem zweiten räumlichen Lichtmodulator und dem vierten räumlichen Lichtmodulator codieren.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden, wobei:

1 ein Beispieldiagramm ist, das einen Beugungswinkel für einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) darstellt;
2 ein Beispiel für ein Diagramm für Intensität und Beugungswinkel ist, das die Unterschiede in den Beugungswinkeln für rotes und blaues Licht zeigt;
3 ein Beispiel für ein Balkendiagramm ist, das die Unterschiede in der Ausrichtung und Größe der blauen, grünen und roten Lichtstrahlen aufgrund unterschiedlicher Beugungswinkel veranschaulicht;
4 ein Beispieldiagramm ist, das die Fehlausrichtung verschiedener Rot-Grün-Blau-Bilder (RGB) aufgrund von Beugungswinkeldifferenzen und ein resultierendes Bild nach einer Korrektur der Fehlausrichtung gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
5 ein funktionales Blockdiagramm eines Beispiels für ein holografisches Projektionssystem mit RGB-SLMs und einem X-Würfel-Kombinierer gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
6A eine Seitenansicht eines roten Lasers und eines SLM, ist die die Laserdivergenz von rotem Licht gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6B eine Seitenansicht eines grünen Lasers, einer Linse und eines SLM ist, die die Laserdivergenz von grünem Licht gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6C eine Seitenansicht eines blauen Lasers, einer Linse und eines SLM ist, die die Laserdivergenz von blauem Licht gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
7A ein Beugungsdiagramm ist, das den Beugungswinkel und die Größe der Betrachtungszone ohne Verwendung eines nicht-periodischen Photonensiebs zeigt;
7B ein Beispieldiagramm ist, das den Beugungswinkel und die Größe der Betrachtungszone bei Verwendung eines nicht-periodischen Photonensiebs gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
8 ein Diagramm eines beispielhaften Hologramms ist, das die Einführung von Prismen- und Linsenhologrammen über Software und SLM(s) für Positions- und Größeneinstellungen von RGB-Bildern gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht;
9 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels eines holografischen Projektionssystems ist, das duale SLMs enthält und Prismen- und Linsenhologramme sowie eine Brennebenen-Abstandskompensation gemäß der vorliegenden Offenbarung einführt;
10 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Innenraums eines Fahrzeugs mit einer HUD ist;
11 ein funktionales Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des holografischen Projektionssystems von 9 ist;
12 ein Beispiel für ein holografisches Projektionsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
13 eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Flüssigkristall-auf-Silizium-(LCoS-) SLM gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
14 ein funktionales Blockdiagramm eines Beispiels für einen Teil eines LCoS-SLM und eines Steuerungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.

In den Zeichnungen können Referenzziffern wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu identifizieren.
Detaillierte Beschreibung
Ein Fahrzeug kann eine holografische HUD enthalten, die einen SLM und eine kohärente oder teilkohärente Lichtquelle enthält. Das Phasenhologramm ist auf einem SLM codiert. Licht von einer kohärenten oder teilweise kohärenten Lichtquelle beleuchtet den SLM, der mit einem Phasenhologramm codiert ist, und das Licht wird in einer durch das Hologramm vorgegebenen Weise gebeugt. Das gebeugte Licht wird von einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs reflektiert und bildet ein reales Bild auf der Netzhaut des Fahrers.
Holografische Anzeigesysteme verwenden oft eine Quelle kohärenten Lichts wie etwa einen Laser in Verbindung mit den anderen Anzeigekomponenten. Kohärentes Licht kann sich auf Licht beziehen, das räumlich und zeitlich phasengleich ist. Wenn kohärentes Licht von einer Oberfläche reflektiert wird, werden verschiedene Punkte auf der Oberfläche als sekundäre Lichtwelle betrachtet. Wenn unabhängige RGB-Kanäle verwendet werden, wie etwa in einer holografischen 3-LCoS-HUD, wird es notwendig, drei räumlich ausgerichtete RGB-Bilder in einem Augenfeld bzw. einer Eyebox bereitzustellen, da der Betrachter sonst drei falsch ausgerichtete Bilder sieht. Die Eyebox kann sich auf einen rechteckigen planaren Bereich beziehen, in dem ein Betrachter ein Bild sehen kann.
1 und 2 zeigen Diagramme, die einen Beugungswinkel θ für einen SLM 100 und Intensitäts-Beugungswinkel-Kurven 206, 208 für rotes bzw. blaues Licht für den SLM 100 veranschaulichen. Wie dargestellt ist, wird ein einfallender Lichtstrahl 102 auf den SLM 100 gerichtet und vom SLM 100 reflektiert. Die Reflexion des einfallenden Lichtstrahls 102 liefert (i) ein zentrales Maximum bei 0, das entlang einer Mittelachse einen Spitzenwert hat, und (ii) zusätzliche Maxima mit abnehmender Größe, die symmetrisch um die Mittelachse des zentralen Maximums in einer Beugungsordnung angeordnet sind. Die Maxima können durch Gleichung 1 dargestellt werden, wobei Λ der Pitch bzw. die Teilung des SLM 100 ist, m eine ganze Zahl ist und A die Wellenlänge des Lichts ist. Die Teilung A bezieht sich auf einen Abstand zwischen den Rillen 110 des SLM 100. $Λ sin θ = m λ$
Die resultierende Beugungslichtverteilung für verschiedene Wellenlängen RGB ist abhängig vom wellenlängenabhängigen Beugungswinkel am SLM 100 und der Fehlausrichtung der optischen Komponenten des entsprechenden holografischen Projektionssystems. Eine Fehlausrichtung der optischen Komponenten kann sich auf eine Fehlausrichtung beliebiger optischer Komponenten eines holografischen Projektionssystems beziehen. Die Fehlausrichtung kann zum Beispiel aufgrund des Windschutzscheibenwinkels, der Winkel von Linsen, der Winkel und/oder Positionen der SLMs, des Winkels einer Einrichtung zur Strahlaufweitung etc. verursacht werden. Unterschiedliche reflektierte Lichtspektren, die mit den ersten (-1 und 1) Maxima verbunden sind, sind durch „Tortenstück“-Formen 112, 114 dargestellt. Die Intensitätsmodulation ist in 2 durch gestrichelte Kurven 216, 218 für rotes bzw. blaues Licht dargestellt. Erste Minima 220, 222 sind zwischen dem mittleren Maximum und den ersten Maxima dargestellt.
Die Bildgröße und -position einer holografischen Anzeige variiert mit der Wellenlänge. Dies wird in 3 und 4 dargestellt. 3 zeigt ein Balkendiagramm, das Unterschiede in der Ausrichtung und Größe von blauem, grünem und rotem Licht aufgrund unterschiedlicher Beugungswinkel der jeweiligen farbigen Lichtstrahlen darstellt. Beispielsweise sind die ersten Streifen 300a, 300b, 302a, 302b, 304a, 304b des jeweiligen blauen, grünen und roten Lichts dargestellt, die sich in ihrer Lage relativ zu einer Mittelachse 310 und in ihrer Breite (oder Größe) unterscheiden. 4 zeigt (i) eine Fehlausrichtung eines roten Bildes 400, eines grünen Bildes 402 und eines blauen Bildes 404 aufgrund von Unterschieden in den jeweiligen Beugungswinkeln und (ii) ein resultierendes Bild 410 nach einer Korrektur der Fehlausrichtung unter Verwendung der hierin offenbarten Techniken. Das resultierende Bild 410 kann ein weißes Bild sein, das als Ergebnis einer Kombination von RGB-Bildern 400, 402, 404 gleicher Größe bereitgestellt wird.
In einem holografischen Anzeigesystem stellt die Ausrichtung von drei bilderzeugenden Einheiten der Primärfarben eine Herausforderung dar. Die Fehlausrichtung kann (i) aufgrund der unterschiedlichen Beugungswinkel der verschiedenfarbigen Lichtstrahlen, die von den jeweiligen SLMs reflektiert werden, (ii) aufgrund einer Fehlausrichtung der optischen Komponenten des entsprechenden holografischen Bildgebungssystems und/oder (iii) aufgrund einer beugenden optischen Aufweitungseinrichtung verursacht werden. Die Fehlausrichtung aufgrund optischer Komponenten kann sich auf die SLMs, Abstände zwischen Lichtstrahlen aus den SLMs und eine optischen Aufweitungseinrichtung sowie Abstände zwischen der optischen Aufweitungseinrichtung und den Augen des Betrachters beziehen.
Darüber hinaus steuert die bilderzeugende Hardware des holografischen Bildgebungssystems die Lichtbeugung, die wellenlängenabhängig ist. Die Größe eines projizierten Bildes ist proportional zum Beugungswinkel des Lichts dieses projizierten Bildes. Der Beugungswinkel steht in direktem Zusammenhang mit der Wellenlänge des Lichts. Falls ein Hologramm mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet wird, sieht man ein einziges Ausgabebild als drei Bilder mit unterschiedlichen Größen und unterschiedlichen Positionen. Die Fehlausrichtung verschiedener Farbbilder und Größenunterschiede können für einen Betrachter deutlicher werden, wenn der Abstand zwischen der bilderzeugenden Hardware und den Augen des Betrachters größer wird. Bei Displays bzw. Anzeigen in Augennähe wie etwa bei Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Headsets, bei denen die Bilder in der Nähe der Augen des Betrachters projiziert werden, ist das Problem der Fehlausrichtung der Farben minimal. Dieses Problem der Fehlausrichtung und der Größenunterschiede für verschiedene Farben wird verschärft, wenn die Optik des holografischen Systems skaliert wird und Hologramme über große Entfernungen projiziert werden, bevor sie die Augen des Betrachters erreichen, wie etwa in einem Fahrzeug, wo eine HUD verwendet wird. Auch die Abstände zwischen der bilderzeugenden Hardware und den Augen des Betrachters sind in verschiedenen Fahrzeugen unterschiedlich.
Die hierin offengelegten Beispiele korrigieren und berücksichtigen die Unterschiede in der Farbausrichtung und der Bildgröße. Die Beispiele umfassen holografische Projektions-Anzeigesysteme, die Größen und Positionen von RGB-Bildern einstellen, um überlappende Bilder gleicher Größe zu liefern. Bei der Größeneinstellung eines monochromen Lichtstrahls werden/wird der Divergenzwinkel und/- oder die Querschnittsfläche des Lichtstrahls senkrecht zur Emissionsrichtung des Lichtstrahls (oder zum Weg des Lichtstrahls) eingestellt. Bei der Einstellung der Position eines monochromen Bildes und damit der Position eines entsprechenden Lichtstrahls wird die vertikale und/oder horizontale Position relativ zu einer Eyebox eingestellt. Das Bild kann in der Bildebene vor den Augen des Betrachters beispielsweise vertikal oder horizontal verschoben werden. Die RGB-Bilder werden so ausgerichtet, dass die Bilder einen gleichen überlappenden Mittelpunkt haben und vertikal und horizontal so ausgerichtet sind, dass ein einziges Bild bereitgestellt wird, bei dem keines der Bilder über irgendeines der anderen Bilder hinausragt. Ein Beispiel hierfür ist in 4 dargestellt, in dem sich die jeweiligen Mittelpunkte 412, 414, 416 der Bilder 400, 402, 404 überlappen und durch den Punkt 418 dargestellt sind.
Es werden mehrere verschiedene Beispiele für die Beseitigung von Farbfehlern geliefert. Einige davon umfassen die Übereinstimmung bzw. Anpassung von Beugungswinkeln, um eine Größenanpassung von Bildern zu erreichen, und die Software-Prismencodierung für die räumliche Ausrichtung. Als ein Beispiel stellt eines der holografischen Anzeigesysteme die RGB-Laserdivergenz ein, um Beugungswinkeldifferenzen unter Verwendung von RGB-LCoS-SLMs zu kompensieren, um unter Verwendung von festen Linsen, elektrisch abstimmbaren Linsen und/oder SLMs mit Pin-Hole-Schichten gleich große RGB-Bilder zu erzeugen. Ein oder mehrere Prismenfunktionshologramme werden dann verwendet, um die Ausrichtung eines oder mehrerer der RGB-Bilder einzustellen, um die RGB-Bilder relativ zueinander an der Eyebox auszurichten. In den Beispielen können unterschiedliche virtuelle Bildabstände berücksichtigt werden, um eine unterschiedliche Farbbildausrichtung beizubehalten.
5 zeigt ein Beispiel eines holografischen Projektionssystems 500, das ein Steuerungsmodul 502, eine rote Lichtquelle 504, eine grüne Lichtquelle 506, eine blaue Lichtquelle 508, RGB-SLMs 510, 512, 514, einen X-Würfel-Kombinierer 516 und eine optische Aufweitungseinrichtung 518 umfasst. Die Lichtquellen 502, 504, 506 können Laser oder andere geeignete Lichtquellen sein. In einer Ausführungsform sind die RGB-SLMs 510, 512, 514 als LCoS-SLMs realisiert. Die von den Lichtquellen 502, 504, 506 erzeugten Lichtstrahlen werden den RGB-SLMs 510, 512, 514 zugeführt.
Während des Betriebs empfangen die RGB-SLMs 510, 512, 514 Steuerungssignale vom Steuerungsmodul 502, das das Phasenhologramm der zu projizierenden Grafik bereitstellt. Die Phasenhologrammstrahlen 520, 522, 524 aus den RGB-SLMs 510, 512, 514 sind eine Multiplikation von Wellenfronten und Phasenhologrammen der zu projizierenden Grafik in der Frequenzdomäne. Die Ausgaben der RGB-SLMs 510, 512, 514 werden durch den X-Würfel-Kombinierer 516 kombiniert. Die Ausgabe des X-Würfel-Kombinierers 516 wird der optischen Aufweitungseinrichtung 518 bereitgestellt, die den vom X-Würfel-Kombinierer 516 empfangenen Strahl aufweitet, bevor er von einer Windschutzscheibe 530 reflektiert und auf einer Netzhaut 532 des Betrachters empfangen wird. Der Betrachter nimmt ein Bild 534 eines Objekts vor der Windschutzscheibe 530 wahr.
Das Beispiel von 5 kann so modifiziert werden, dass es unten in Bezug auf 6A-8 beschriebene Merkmale und/oder andere offengelegte Merkmale enthält. Das Beispiel von 5 kann so modifiziert werden, dass es Merkmale von mehr als einer der 6A-8 und/oder andere offengelegte Merkmale enthält.
Als erstes Beispiel zeigen die 6A-C (zusammen 6) eine rote Lichtquelle 600, eine grüne Lichtquelle 602 und eine blaue Lichtquelle 604, Linsen 606, 608 und SLMs 610, 612, 614. Die Lichtquellen 600, 602, 604 und SLMs 610, 612, 614 können die Lichtquellen 504, 506, 508 und RGB-SLMs 510, 512, 514 von 5 repräsentieren. In einer Ausführungsform ist das System 500 von 5 so modifiziert, dass es die Linsen 606, 608 enthält. Das System 500 kann so modifiziert werden, dass es eine oder mehr Linsen für eine oder mehrere der entsprechenden Lichtquellen 504 (oder 600), 506 (oder 602), 508 (oder 604) enthält.
6A-6C sind als ein Ausführungsbeispiel für die Einstellung des Beugungswinkels von Lichtstrahlen, um resultierende Lichtstrahlen 620, 622, 624 gleicher Größe zu erzeugen, vorgesehen. 6A zeigt ein Beispiel der Divergenz von rotem Licht. 6B zeigt ein Beispiel der Divergenz von grünem Licht. 6C zeigt ein Beispiel der Divergenz von blauem Licht. Der Begriff Divergenz, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Strahldivergenz, die ein Winkelmaß für die Zunahme des Strahldurchmessers oder -radius mit dem Abstand ist. Obwohl die Linsen 606, 608 als für den grünen und blauen Lichtstrahl verwendet dargestellt sind, können Linsen für jeden der roten, grünen und blauen Lichtstrahlen enthalten sein. Die Linsen können feste fixierte Linsen oder elektrisch abstimmbare Linsen sein. Falls sie elektrisch abstimmbar sind, kann das Steuerungsmodul 502 aus 5 mit den Linsen verbunden werden und deren Zustand steuern. Wie in 6B und 6C dargestellt, können die Linsen zwischen den Lichtquellen und den entsprechenden SLMs angeordnet sein. Die Linsen sind enthalten und/oder werden gesteuert, um die Strahldivergenz und damit die Strahlgröße abstimmen. Die Linsen verändern die Divergenz des empfangenen Lichtstrahls. Im dargestellten Beispiel sind Linsen für die grünen und blauen Lichtquellen vorgesehen, um die Ausgabe der Lichtquellen weiter zu divergieren, damit sie zur Divergenz des roten Lichts passt. Um das Sichtfeld zu maximieren, ist in diesem Beispiel die längste der drei Wellenlängen des RGB-Lichts rot und wird als Basislinie (oder Referenz) bezeichnet, und Kompensationskomponenten (z. B. Linsen und/oder SLMs mit Pin-Hole-Schichten wie oben beschrieben und/oder Linsenhologramme wie unten beschrieben) werden auf die grünen und blauen Lichtstrahlen angewendet.
In einer anderen Ausführungsform wird, um die Anzahl an Kompensationskomponenten zu minimieren, die mittlere Wellenlänge (Grün) als die Basislinie (oder Referenz) ausgewählt. Blau wird nicht kompensiert, da der Beugungswinkel von Blau nahe dem Beugungswinkel von Grün liegt. Kompensationskomponenten (z. B. eine Linse und/oder ein SLM mit einer Pin-Hole-Schicht wie oben beschrieben und/oder ein Linsenhologramm wie unten beschrieben) werden auf das rote angewendet. In einer Ausführungsform wählt ein Steuerungsmodul wie etwa eines der hier offengelegten Steuerungsmodule die Farblichtquelle (oder Wellenlänge) aus, die als die Basislinie verwendet werden soll, und stellt dann den Beugungswinkel einer oder mehrerer der anderen Lichtquellen ein.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Linsen können einer oder mehrere der SLMs 610, 612, 614 eine „Pin-Hole“-Schicht (oder ein nicht-periodisches Photonensieb) mit „Pin“-Löchern enthalten, um eine Beugung von Licht, das durch die SLMs hindurchgeht, aufzuweiten. Dies ist in 7A und 7B veranschaulicht. 7A veranschaulicht einen Beugungswinkel φ₁ eines SLM 700 und eine entsprechende Größe der Betrachtungszone in einer Beobachtungsebene 702. Der SLM 700 enthält kein nicht-periodisches Photonensieb (oder keine Pin-Hole-Schicht). 7B zeigt einen Beugungswinkel φ₂ eines SLM 710 und eine entsprechende Größe der Betrachtungszone in einer Beobachtungsebene 711 bei Verwendung eines nicht-periodischen Photonensiebs (oder einer Pin-Hole-Schicht) 712. Die Pin-Hole-Schicht 712 ist auf einer Basisschicht 714 angeordnet und enthält Stiftlöcher bzw. Pin-Holes 716 für den Durchgang von Licht. Die gestrichelten Linien 720, 722 in 7B entsprechen den durchgezogenen Linien 724, 726 in 7A (oder stimmen mit ihnen überein) und dienen zur Veranschaulichung der Unterschiede in der Divergenz und der Größe der Betrachtungszone. Die Brennpunkte für die Beispiele von 7A und 7B sind mit z₁ und z₂ bezeichnet. Die Pin-Holes 716 lassen das Licht durch und beugen es. Die verbleibenden Teile der Pin-Hole-Schicht 712 sind absorbierend und verhindern den Durchgang von Licht. Die Pin-Holes 716 verändern die Divergenz des empfangenen Lichts.
8 veranschaulicht die Einführung eines Prismenhologramms 800 und eines Linsenhologramms 802 über Software bzw. einen oder mehrere SLMs zur Positions- und Größeneinstellung von RGB-Bildern. Die Beispiele von 8 können alternativ und/oder in Kombination mit den hier beschriebenen Beispielen verwendet werden, einschließlich derjenigen, die oben in Bezug auf 5-7B beschrieben wurden. Das Steuerungsmodul 502 kann ein Prismenhologramm und/oder ein Linsenhologramm auf einem oder mehreren der SLMs 510, 512, 514, 610, 612 und 614 codieren. Dies kann zusätzlich zu einem grafischen Hologramm erfolgen, wie etwa den grafischen Hologrammen 804, 806, die auch auf dem einen oder mehreren der SLMs 510, 512, 514, 610, 612 und 614 über das Steuerungsmodul 502 codiert werden können. Ein Prismenhologramm bewirkt eine Verschiebung des entsprechenden Bildes nach oben, unten, links und/oder rechts. Ein Linsenhologramm verändert die Größe des Bildes. Die Prismenhologramme und Linsenhologramme werden wie dargestellt mit den Grafikhologrammen multipliziert, um ein resultierendes Bild zu erhalten. Verschiedene Prismen- und Linsenfunktionen können einbezogen werden, um unterschiedliche Ausrichtungs- und/oder Positionsfehler zu entfernen und/oder zu kompensieren.
9 stellt ein holografisches Projektionssystem 910 dar, das eine oder mehrere Licht- (oder Laser-)quellen 912, eine Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung, eine Reflexionsvorrichtung 916, einen LCoS-SLM 918 und ein Steuerungsmodul 920 enthält. Der Laser 912 erzeugt einen Laserstrahl 922, der an der Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung empfangen wird. Die Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung weitet eine Breite des Laserstrahls 922 auf, um einen aufgeweiteten Strahl 924 zu erzeugen. Die Reflexionsvorrichtung 916 empfängt den aufgeweiteten Strahl 924 und erzeugt einen reflektierten aufgeweiteten Strahl 928, der beim LCoS-SLM 918 empfangen wird. Der SLM 918 wird über das Steuerungsmodul 920 mit einem grafischen Hologramm codiert und liefert einen projizierten Strahl 930, der von der Netzhaut 932 eines Auges 934 eines Betrachters gesehen wird. Das Steuerungsmodul 920 kann Anzeige-Treiber 940 zur Steuerung von Zuständen der reflektierenden Vorrichtung 916 und/oder des LCoS-SLM 918 enthalten. Der LCoS-SLM 118 kann eine Begrenzungsblende 950 zur Abschwächung von Streulicht enthalten. Die Begrenzungsblende 950 kann als den LCoS-SLM 918 haltender Rahmen implementiert sein.
Die Reflexionsvorrichtung 916 kann ein Reflexions-SLM oder ein Mikrospiegel-Array sein. Wenn es sich um einen SLM handelt, wird die Reflexionsvorrichtung 916 zur Einstellung des Divergenzwinkels der Lichtquelle 912 und/oder der Bildgröße verwendet. In einer Ausführungsform wird die Reflexionsvorrichtung (oder der SLM) 916 zur Feinabstimmung von Strahlgröße und -position verwendet. Dies beinhaltet die Verwendung der reflektierenden Vorrichtung 916, um (i) den Divergenzwinkel des Lichtstrahls mit einem Linsenhologramm einzustellen, das auf der reflektierenden Vorrichtung 916 durch das Steuerungsmodul 920 codiert ist, (ii) eine projizierte Grafik mit einem Prismenhologramm (nach oben, unten, links und/- oder rechts) zu verschieben, das auf der reflektierenden Vorrichtung 916 durch das Steuerungsmodul 920 codiert ist, und/oder (iii) eine Brennebenen-Differenz zu kompensieren, die durch die Software-Codierung des Linsenphasenhologramms induziert wird. Ein Beispiel für eine Brennebene 921 ist dargestellt. Die reflektierende Vorrichtung 916 reflektiert und beugt den empfangenen aufgeweiteten Lichtstrahl am LCoS-SLM 918.
In einer Ausführungsform können die für jeden RGB-Lichtstrahl vorgesehenen Reflexionsvorrichtungen mit einer Linsenfunktion versehen sein, um die richtigen (gleichen) Größen der RGB-Lichtstrahlen aufrechtzuerhalten. Die Linsenfunktionen können genutzt werden, um den virtuellen Bildabstand zu kompensieren, um dieselbe Brennebene an den Augen des Betrachters beizubehalten. Die Kompensation kann für Größenfehler vorgesehen werden, die an den den reflektierenden Geräten nachgelagerten LCoS-SLMs auftreten. Die LCoS-SLMs können unterschiedliche Brennebenen aufweisen und die an den reflektierenden Vorrichtungen implementierten Linsenfunktionen können genutzt werden, um die Brennebenen so einzustellen, dass sie sich relativ zu den Augen des Betrachters und/oder der Referenzebene an der gleichen Stelle befinden.
In einer Ausführungsform kann die Konfiguration von 9 für jede der drei RGB-Lichtquellen implementiert werden, wobei Divergenz und Position für jede der drei Lichtquellen unabhängig gesteuert werden. In diesem Beispiel sind drei Lichtquellen (rote, grüne und blaue Lichtquellen) vorgesehen, wie in 5 dargestellt ist, und sind 6 SLMs enthalten. Für jede Lichtquelle ist ein Paar SLMs vorgesehen. Jedes Paar SLMs umfasst einen ersten SLM (eine reflektierende Vorrichtung) ähnlich der reflektierenden Vorrichtung 916 und einen zweiten SLM ähnlich dem SLM 918. Bei den zweiten SLMs in den Paaren kann es sich um LCoS-SLMs handeln, deren Ausgaben an einen X-Würfel-Kombinierer, wie in 5 gezeigt dargestellt ist, geliefert werden können.
Die Anzahl an enthaltenen SLMs hängt von den Geschwindigkeiten der SLMs ab. In einer Ausführungsform sind 6 SLMs enthalten. In einer anderen Ausführungsform sind 4 SLMs enthalten. In einer weiteren Ausführungsform sind 2 SLMs enthalten. In der 4-SLM-Ausführung wird die gezeigte Konfiguration für eine Lichtquelle und eine andere Version der gleichen Konfiguration für zwei Lichtquellen verwendet, wobei die Ausgaben der beiden Lichtquellen zum Beispiel über einen Kombinierer derselben Einrichtung zur Strahlaufweitung bereitgestellt werden. In der 2-SLM-Ausführung wird eine einzige Version der gezeigten Konfiguration für alle drei Lichtquellen verwendet, wobei die Ausgaben der drei Lichtquellen derselben Einrichtung zur Strahlaufweitung zum Beispiel über einen Kombinierer bereitgestellt werden.
10 zeigt eine beispielhafte perspektivische Ansicht von einem Fahrersitz eines Fahrzeugs 1000 auf. Das Fahrzeug 1000 umfasst eine in einer vorderen Öffnung des Fahrzeugs 1000 befindliche Windschutzscheibe 1004. Passagiere in einer Passagierkabine 1008 des Fahrzeugs 1000 können durch die Windschutzscheibe 1004 schauen, um vor das Fahrzeug 1000 zu blicken. Obwohl das Beispiel eines Landfahrzeugs beschrieben wird, ist die vorliegende Anwendung auch auf Luftfahrzeuge (z. B. Flugzeuge, Hubschrauber etc.) und Wasserfahrzeuge (z. B. Boote etc.) anwendbar. Auch wenn einige Beispiele hier in Bezug auf Fahrzeugimplementierungen offenbart werden, sind die Beispiele auch auf Nicht-Fahrzeuge bezogene Implementierungen anwendbar.
Wie in 10 dargestellt, befindet sich die Windschutzscheibe 1004 optisch oberhalb eines Armaturenbretts 1006 des Fahrzeugs 1000. Das Fahrzeug 1000 kann ein Lenkrad 1010 umfassen. Das Fahrzeug 1000 kann ein autonomes Fahrzeug, ein teilautonomes Fahrzeug oder ein nichtautonomes Fahrzeug sein.
Ein HUD-System, wie etwa das oben in Bezug auf die 5-9 beschriebene, projiziert ein in 10 dargestelltes Hologramm 1012 durch eine Öffnung 1016 im Armaturenbrett 1006 auf einen Teil der Windschutzscheibe 1004. Das Hologramm 1012 enthält verschiedene Fahrzeuginformationen wie etwa eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1000, einen aktuellen Gang eines Getriebes des Fahrzeugs 1000, eine Motordrehzahl, eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1000, aktuelle Einstellungen des Infotainmentsystems und/oder andere Fahrzeuginformationen. Das Hologramm 1012 präsentiert dem Fahrer des Fahrzeugs Daten, ohne dass der Fahrer von den Objekten vor dem Fahrzeug wegschauen muss. Wie weiter unten diskutiert wird, enthält das Hologramm 1012 verschiedene farbige überlappende Bilder, die die gleiche Größe haben und räumlich ausgerichtet sind, um ein einziges Bild zu liefern, das vom Betrachter gesehen wird, wie hier beschrieben ist.
11 zeigt ein HUD-System 1100, das einen Reflektor 1102 eines Fahrzeugs und das holografische Projektionssystem 910 von 9 mit einer modifizierten Version des Steuerungsmoduls 920 (gekennzeichnet als Steuerungsmodul 920') enthält. Im dargestellten Beispiel ist der Reflektor als Windschutzscheibe implementiert, kann aber auch ein anderer Reflektor sein. Das Steuerungsmodul 920' kann die oben beschriebenen Operationen und zusätzliche Operationen durchführen, wie etwa die Bestimmung von Fahrzeuginformationen zur Anzeige über den Reflektor (oder die Windschutzscheibe 1102). Das holografische Projektionssystem 910 umfasst eine oder mehrere Lichtquellen (ein Laser 912 ist dargestellt), die Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung, die Reflexionsvorrichtung 916, den LCoS-SLM 918 und das Steuerungsmodul 920'. Der Laser 912 erzeugt einen Laserstrahl 922, der an der Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung empfangen wird. Die Einrichtung 914 zur Strahlaufweitung weitet eine Breite des Laserstrahls 922 auf, um einen aufgeweiteten Strahl 924 zu erzeugen. Die Reflexionsvorrichtung 916 reflektiert den aufgeweiteten Strahl 924, um den Strahl 928 zu erzeugen, der vom LCoS-SLM 918 empfangen wird. Das LCoS-SLM 918 stellt den projizierten Strahl 930 bereit.
Das Steuerungsmodul 920' kann den einen oder mehrere Anzeige-Treiber 940 von 9 enthalten. Die Anzeige-Treiber 940 können zur Steuerung von Zuständen der Reflexionsvorrichtung 916 und/oder des LCoS-SLM 118 genutzt werden. Die Anzeige-Treiber 940 können auf dem Steuerungsmodul 920' und/oder auf dem schaltenden SLM 916 und/oder dem LCoS-SLM 918 implementiert sein. Das LCoS-SLM 918 kann eine Begrenzungsblende 950 enthalten, um Streulicht zu vermindern. Die Begrenzungsblende 950 kann als den LCoS-SLM 918 enthaltender Rahmen implementiert sein.
12 zeigt ein holografisches Projektionsverfahren, das durch die oben offenbarten holografischen Projektionssysteme und eines der entsprechenden Steuerungsmodule realisiert werden kann. Obwohl die folgenden Vorgänge in erster Linie in Bezug auf die Implementierungen der 5-9 beschrieben werden, können die Vorgänge leicht so modifiziert werden, dass sie für andere Implementierungen der vorliegenden Offenbarung Anwendung finden. Die Operationen sind als Beispiele angegeben, eine oder mehrere der Operationen können nicht ausgeführt und/oder übersprungen werden. Die Operationen können iterativ ausgeführt werden.
Das Verfahren kann bei 1200 beginnen. Bei 1202 aktiviert ein Steuerungsmodul (z. B. eines der Steuerungsmodule 502, 920, 920') RGB-Lichtquellen, um RGB-Licht- (oder Laser-)strahlen zu erzeugen. Die Lichtstrahlen können auf Linsen, SLMs, eine Einrichtung zur Strahlaufweitung (oder optische Aufweitungseinrichtung) gerichtet werden, wie oben gezeigt ist.
Bei 1204 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob für jede der RGB-Lichtquellen ein einzelner SLM enthalten ist. Falls Ja, kann eine Operation 1206 ausgeführt werden, andernfalls kann eine Operation 1224 ausgeführt werden.
Bei 1206 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob die Größen eines oder mehrerer der erzeugten Lichtstrahlen mit einer oder mehreren Linsen eingestellt werden sollen, wie oben beschrieben wurde. Falls Ja, kann eine Operation 1208 ausgeführt werden, andernfalls kann eine Operation 1216 ausgeführt werden. Bei 1208 kann das Steuerungsmodul den Divergenzwinkel von einem oder mehreren der RGB-Lichtstrahlen über eine oder mehrere Linsen wie oben beschrieben einstellen.
Bei 1210 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob die Größe eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen über einen oder mehrere SLMs eingestellt werden soll. Dies kann an einem/einer oder mehreren der oben erwähnten SLMS, LCoS-SLMs und/oder reflektierenden Vorrichtungen erfolgen. Falls Ja, kann eine Operation 1212 ausgeführt werden, andernfalls kann eine Operation 1214 ausgeführt werden.
Bei 1212 kann das Steuerungsmodul (i) die Größen eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen mit einem oder mehreren Linsenhologrammen und (ii) Positionen eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen mit einem oder mehreren Prismenhologrammen einstellen. Der eine oder die mehreren der RGB-Lichtstrahlen, deren Größe eingestellt wird, können gleich dem einem oder den mehreren der RGB-Lichtstrahlen, für die die Positionen angepasst werden, oder von diesen verschieden sein. Die Positionen können relativ zu einer Referenz (z. B. einem Referenzpunkt) und/oder relativ zu einem oder mehreren der anderen RGB-Lichtstrahlen, deren Position nicht eingestellt wird, eingestellt werden.
Bei 1214 kann das Steuerungsmodul die Positionen eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen mit einem oder mehreren Prismenhologrammen einstellen. Die Positionen können relativ zu einer Referenz (z. B. einem Referenzpunkt) und/oder relativ zu einem oder mehreren der anderen RGB-Lichtstrahlen, deren Positionen nicht eingestellt werden, eingestellt werden.
Bei 1216 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob die Größe unter Verwendung einer Pin-Hole-Schicht eines SLM einzustellen ist, wie oben beschrieben wurde. Falls Ja, wird eine Operation 1218 ausgeführt, andernfalls kann eine Operation 1210 ausgeführt werden.
Bei 1218 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob die Größe über einen SLM einzustellen ist. Falls Ja, kann eine Operation 1220 ausgeführt werden, andernfalls kann eine Operation 1222 ausgeführt werden. Dies kann an einem/einer oder mehreren der oben erwähnten SLMS, LCoS-SLMs und/oder reflektierenden Vorrichtungen erfolgen. Falls Ja, kann die Operation 1220 ausgeführt werden, andernfalls kann die Operation 1222 ausgeführt werden.
Bei 1220 kann das Steuerungsmodul (i) den Divergenzwinkel eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen über eine oder mehrere Pin-Hole-Schichten der jeweiligen SLMs für einen oder mehrere jeweilige RGB-Lichtstrahlen einstellen, und (ii) die Größe eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen über ein oder mehrere jeweilige Linsenhologramme einstellen.
Bei 1222 kann das Steuerungsmodul einen Divergenzwinkel eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen über eine oder mehrere Pin-Hole-Schichten der jeweiligen SLMs für einen oder mehrere jeweilige RGB-Lichtstrahlen einstellen.
Bei 1224 kann das Steuerungsmodul bestimmen, ob für jede der RGB-Lichtquellen ein dualer SLM wie etwa in den in Bezug auf 9 und 11 oben beschriebenen Beispielen verwendet wird. Falls Ja, kann eine Operation 1226 ausgeführt werden, andernfalls kann eine Operation 1228 ausgeführt werden.
Bei 1226 kann das Steuerungsmodul die Größe(n) eines oder mehrerer der RGB-Lichtstrahlen mit einem oder mehreren entsprechenden Linsenhologrammen und die Position(en) des einen oder der mehreren RGB-Lichtstrahlen über ein oder mehrere entsprechende Prismenhologramme an den ersten SLMs (z. B. an den reflektierenden Vorrichtungen 916) einstellen. Obwohl in 12 nicht dargestellt, kann ein zusätzliches Linsen- und/oder Prismenhologramm auf dem zweiten SLM im Anschluss an die Operation 1226 codiert werden.
Bei 1228 kann das Steuerungsmodul zur Operation 1206 für einzelne SLM-Pfade und zur Operation 1226 für duale SLM-Pfade übergehen. Eine Operation 1230 kann nach den Operationen 1212, 1214, 1220, 1222 und 1226 ausgeführt werden.
Bei 1230 steuert das Steuerungsmodul den Betrieb des einen oder der mehreren LCoS-SLMs, um das Phasenhologramm einer zu projizierenden Grafik anzuzeigen. Die Operation 1230 kann während der Ausführung der Operation 1212 und/- oder der Operation 1220 ausgeführt werden. Jeder der LCoS-SLMs, der mit einem Phasenhologramm einer Grafik codiert ist, wird mit einem entsprechenden aufgeweiteten Laserstrahl beleuchtet und erzeugt einen codierten Phasenhologrammstrahl. Falls mehr als ein Strahl projiziert wird, können die projizierten Strahlen über einen Kombinierer kombiniert werden. Dies kann vor einer Operation 1232 erfolgen. Einer oder mehrere der Anzeige-Treiber 940 kann oder können zur Erzeugung von Ansteuerspannungen genutzt werden, um die Zustände des einen oder der mehreren LCoS-SLMs zu steuern.
Bei 1232 können RGB-Instanzen der codierten Phasenhologramme auf die Augen des Betrachters gerichtet werden, so dass der Betrachter ein einziges grafisches Bild sieht. Die Phasenhologramme können basierend auf Signalen von einem Fahrzeugsteuerungsmodul erzeugt werden. Das Steuerungsmodul kann als Fahrzeugsteuerungsmodul implementiert sein oder in Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuerungsmodul stehen. Das Steuerungsmodul erzeugt basierend auf Fahrzeugdaten die Phasenhologramme. Das Steuerungsmodul kann die Fahrzeugdaten z. B. von einem Kommunikationsbus des Fahrzeugs beziehen. Die Fahrzeugdaten können z. B. die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den aktuellen Gang des Getriebes des Fahrzeugs, die aktuelle Motordrehzahl, die aktuelle Fahrtrichtung des Fahrzeugs, die aktuellen Einstellungen des Infotainmentsystems und/oder andere Fahrzeuginformationen umfassen. Das Verfahren kann bei 1234 enden.
Die oben beschriebenen Operationen sind als anschauliche Beispiele gedacht. Die Operation können je nach Anwendung sequentiell, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, in sich überschneidenden Zeiträumen oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem kann je nach Implementierung und/oder Ereignisablauf eine der Operationen nicht ausgeführt oder übersprungen werden.
Die hier offengelegten Beispiele bieten eine Flexibilität einer Display- bzw. Anzeige-Baugruppe, die eine ungenaue Ausrichtung der optischen Komponenten erlaubt und wellenlängenabhängige optische Eigenschaften der Komponenten berücksichtigt. Die ungenaue Ausrichtung wird durch die Einstellung der Größen und Positionen der RGB-Lichtstrahlen kompensiert. Die Beispiele eliminieren eine Farbfehlausrichtung, die damit zusammenhängt, dass Bilder von unabhängigen RGB-Farbkanälen in einer Eyebox einer HUD nicht genau überlappen. Die Beispiele erreichen eine Anpassung der Bildgröße durch eine Neudimensionierung der Größe von RGB-Grafikbildern durch Auswahl und Einstellung der Divergenzwinkel eines oder mehrerer RGB-Lichtstrahlen, um die wellenlängenabhängige Differenz zur Beugungswinkelkompensation zu kompensieren. Eine codierende Softwarelinse (z. B. ein Prismenhologramm) kann für jedes von einem oder mehreren RGB-Grafikhologrammen verwendet werden, um die in der Größe angepassten Bilder an der HUD-Eyebox räumlich auszurichten.
Die hier offenbarten Steuerungsmodule können Grafiksoftware enthalten, um die Bildgrafiken über die LCoS-SLMs zu erzeugen, um die Bilder an der HUD-Eyebox auszurichten. Dies kann z. B. an den LCoS-SLMs erfolgen, die mit grafischen Hologrammen codiert sind, und die Verwendung einer reduzierten Menge an Pixeln oder eines verfügbaren Bildbereichs für die entsprechenden erzeugten Lichtstrahlen beinhalten. Zum Beispiel kann ein Lichtstrahl auf einen Teil eines verfügbaren Bildbereichs projiziert werden und kann dann die Position des Lichtstrahls innerhalb des verfügbaren Bildbereichs verschoben werden. Dies kann für einen oder mehrere der RGB-Lichtstrahlen erfolgen.
13 zeigt ein Beispiel für den LCoS-SLM 918 von 9. Der LCoS-SLM 918 kann in jeder beliebigen der hier offengelegten Ausführungsformen verwendet werden. Der LCoS-SLM 918 kann eine Silizium-Rückwand-Schicht 1302, eine LCoS-SLM- (oder Phasenmodulator-) Schicht mit einer Schaltungs- (oder pixelisierten Elektroden-) Schicht 1304, einer ersten Ausrichtungsschicht 1308, einer Flüssigkristallschicht 1310, einer zweiten Ausrichtungsschicht 1312 und einer transparenten Elektrodenschicht 1314 und eine Glassubstratschicht 1316 umfassen.
Die Schaltungsschicht 1304 enthält Steuerungsschaltungen und/oder Pixeltreiber zur Steuerung der Flüssigkristallschicht 1310. Die Schaltungsschicht 1304 kann einen Transistor für jedes Pixel enthalten. Jedes Pixel moduliert unabhängig die Phase des aus dem LCoS-SLM austretenden Lichts. Wenn beispielsweise die den Pixeln bereitgestellten Spannungen unterschiedlich sind, haben dann die Phasen der Lichtstrahlen, die aus den entsprechenden Teilen des LCoS-SLM austreten, unterschiedliche Phasen. Jedem der Pixel kann eine bestimmte Spannung zugeordnet werden. Der Bereich der jedem Pixel bereitgestellten Spannungen kann die Phase des entsprechenden Teils des Phasenhologrammstrahls 930 zwischen beispielsweise 0 - 2π variieren, um den entsprechenden Teil der aus dem LCoS-SLM 918 austretenden Lichtwelle voreilen zu lassen oder zu verzögern.
Die Schaltungsschicht 1304 steuert die Menge und Phase des von der Flüssigkristallschicht 1310 emittierten Lichts. Die Orientierungen der Moleküle in der Flüssigkristallschicht 1310 und in Verbindung mit den Pixeln des LCoS-SLM 918 ändern sich mit der Spannung. Die spannungsabhängige Orientierung der Moleküle induziert eine räumlich variierende Phasenverteilung am LCoS-SLM 918. Das Verhältnis zwischen dem Betrag der modulierten Phase und der angelegten Spannung kann je nach der physikalischen Eigenschaft der Flüssigkristalle positiv oder negativ sein. Die LCoS-SLM-Schicht wird in Bezug auf 14 weiter beschrieben. Der LCoS-SLM 918 kann eine reflektierende Filmschicht enthalten, wenn er als reflektierender holografischer Projektor realisiert ist.
14 zeigt einen Teil 1400 einer LCoS-SLM-Schicht und das Steuerungsmodul 920, das in den Ausführungsformen von 9 realisiert sein kann. Die LCoS-SLM-Schicht kann Pixel 1404 enthalten, die in einem Array angeordnet und mit Treiberschaltungen 1406, 1408 verbunden sind. Die LCoS-SLM-Schicht kann auch ein SLM-Steuerungsmodul 1410 enthalten, das die Treiberschaltungen 1406 und 1408 steuern kann. Die Treiberschaltungen 1406, 1408 können über Schalter 1407, 1409 Strom von dem SLM-Steuerungsmodul 1410 oder dem Steuerungsmodul 920 erhalten. Das SLM-Steuerungsmodul 1410 kann Signale direkt von Wellenfrontsensoren und/oder Steuerungssignale vom Steuerungsmodul 920 empfangen. Das Steuerungsmodul 920 kann Phasendetektionssignale empfangen und den Betrieb des SLM-Steuerungsmoduls 1410 steuern, um die den Pixeln 1404 bereitgestellten Spannungen einzustellen. In einer anderen Ausführungsform empfängt das SLM-Steuerungsmodul 1410 direkt die Phasendetektionssignale und steuert die Treiberschaltungen 1406, 1408, um die entsprechenden Spannungen zu erzeugen, die an die Pixel 1404 angelegt werden.
Die vorstehende Beschreibung hat lediglich illustrativen Charakter und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, sollte der wahre Umfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, da andere Modifikationen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es sollte verstanden werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne dass sich die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben wird, kann jedes einzelne oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben werden, in einer beliebigen anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit Merkmalen einer beliebigen anderen Ausführungsform kombiniert werden, auch wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen etc.) werden mit verschiedenen Begriffen beschrieben, z. B. „verbunden“, „im Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen intervenierenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere intervenierende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck „zumindest eines von A, B und C“ als logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODER verstanden werden und nicht als „zumindest eines von A, zumindest eines von B und zumindest eines von C“.
In den Figuren zeigt die Richtung eines Pfeils, wie durch die Pfeilspitze angegeben, im Allgemeinen den Informationsfluss (wie Daten oder Anweisungen), der für die Abbildung von Interesse ist. Wenn z. B. Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber die von Element A zu Element B übertragenen Informationen für die Abbildung relevant sind, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von Element B zu Element A übertragen werden.
In dieser Anmeldung, einschließlich der nachstehenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltkreis“ ersetzt werden. „Der Begriff „Modul“ kann sich auf Folgendes beziehen, Teil davon sein oder Folgendes umfassen: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die den von der Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller der oben genannten, z. B. in einem System-on-chip.

Claims

Holografisches Projektionssystem, aufweisend: eine erste Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen ersten Lichtstrahl zu erzeugen; eine zweite Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen zweiten Lichtstrahl zu erzeugen; eine dritte Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen dritten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei der erste Lichtstrahl, der zweite Lichtstrahl und der dritte Lichtstrahl jeweilige Wellenlängen aufweisen; eine Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren, die dafür konfiguriert sind, jeweils den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl zu beugen; eine erste Linse, die so angeordnet ist, dass sie einen Divergenzwinkel des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls oder des dritten Lichtstrahls derart einstellt, dass gebeugtes Licht aus jedem der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren den gleichen Beugungswinkel hat, wobei die Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren dafür konfiguriert ist, Phasenhologramme einschließlich jeweiliger Versionen eines grafischen Bildes basierend auf Licht codieren, das von der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der dritten Lichtquelle erzeugt wird, einschließlich des von der ersten Linse ausgegebenen Lichts, um Phasenhologrammstrahlen bereitzustellen; einen Kombinierer, der dafür konfiguriert ist, die Phasenhologrammstrahlen zu kombinieren, um einen kombinierten Phasenhologrammstrahl bereitzustellen, der zur Betrachtung eines kombinierten grafischen Bildes projiziert wird; und ein Steuerungsmodul, das dafür konfiguriert ist, ein Prismenhologramm auf einem der mehreren räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um die Ausgaben der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren auszurichten.
Holographische Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Lichtstrahl ein roter Laserstrahl ist, der zweite Lichtstrahl ein grüner Laserstrahl ist und der dritte Lichtstrahl ein blauer Laserstrahl ist.
Holographische Projektionssystem nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine zweite Linse, wobei die erste Linse einen Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls so einstellt, dass er zu einem Divergenzwinkel des roten Laserstrahls passt, der von einem der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird, und die zweite Linse einen Divergenzwinkel des blauen Laserstrahls so einstellt, dass er zum Divergenzwinkel des roten Laserstrahls passt, der von dem einen der Vielzahl der räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
Holografisches Projektionssystem nach Anspruch 2, wobei die erste Linse einen Divergenzwinkel des roten Laserstrahls so einstellt, dass er zu einem Divergenzwinkel des grünen Laserstrahls passt, der von einem der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren gebeugt wird.
Holografisches Projektionssystem nach Anspruch 4, wobei das holografische Projektionssystem keine Linse zur Einstellung eines Divergenzwinkels des blauen Laserstrahls aufweist.
Holographisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrere der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren eine nicht-periodische Photonensiebschicht umfassen, um einen Divergenzwinkel von einem oder mehreren des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen.
Holografisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmodul dafür konfiguriert ist, ein Linsenhologramm auf einem oder mehreren der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um eine Größe von einem oder mehreren des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen.
Holografisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmodul dafür konfiguriert ist, zwei Prismenhologramme jeweils auf zwei der Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren zu codieren, um eine Position von zwei des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls zu verschieben.
Holografisches Projektionssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsmodul dafür konfiguriert ist, den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl so zu dimensionieren, dass sie einen verfügbaren Bildbereich nicht ausfüllen, und eine Position eines oder mehrerer des ersten Lichtstrahls, des zweiten Lichtstrahls und des dritten Lichtstrahls einzustellen, um den ersten Lichtstrahl, den zweiten Lichtstrahl und den dritten Lichtstrahl auszurichten.