[實(shí)用新型]一種基于激光全息投影成像的平視顯示裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220102744.0
• 申請(qǐng)日: 2012-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN202631849U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳泉泉;談順毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇慧光電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01;G03B21/00;H04N5/74;H04N9/31
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全息投影、激光衍射等光學(xué)技術(shù)，特別是一種基于激光全息投影成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)平視顯示的方法和裝置。?

背景技術(shù)

平視顯示裝置（Head?Up?Display，HUD），是指觀察人員不需要低頭就能夠看到需要的圖像信息的輔助顯示裝置。?

平視顯示裝置的前身是使用在戰(zhàn)斗機(jī)上的光學(xué)瞄準(zhǔn)器，這種瞄準(zhǔn)器利用光學(xué)反射原理，將環(huán)狀的瞄準(zhǔn)圈光網(wǎng)投射在裝置在座艙前端的一片玻璃或者是座艙罩上面，投射的影像對(duì)于肉眼的焦距是定在無限遠(yuǎn)的距離上面，當(dāng)飛行員瞄準(zhǔn)目標(biāo)的時(shí)候不會(huì)妨礙到眼睛的運(yùn)作，維持清晰的顯示。平視顯示技術(shù)首先運(yùn)用在航空器上的飛行輔助儀器，平視顯示器最早出現(xiàn)在軍用飛機(jī)上，降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷。因?yàn)槠浞奖阈砸约澳軌蛱岣唢w行安全，民用飛機(jī)也紛紛跟進(jìn)安裝。?

機(jī)動(dòng)車輛在高速行駛時(shí)，特別是夜間高速行車時(shí)，駕駛員可能會(huì)低頭觀看儀表顯示或觀看中控臺(tái)的音響或?qū)Ш叫畔⒌蕊@示，如果此時(shí)前方遇有緊急情況就有可能因來不及采取有效措施而造成交通事故。為避免這種情況發(fā)生，有些高檔車輛上裝配了車載的平視顯示裝置，它可以將外界的景象與有關(guān)信息顯示在前風(fēng)擋玻璃的駕駛員平視范圍上，從而避免低頭看儀表，縮短眼球?qū)η胺降囊曈X盲區(qū)時(shí)間，提高機(jī)動(dòng)車行駛的安全性。?

平視顯示裝置中最重要就是投影顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般采用激光或LED作為光源，它能夠讀取汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)信息或者通過藍(lán)牙、無線等方式與其它外圍電子裝置通訊信息，進(jìn)一步通過光學(xué)系統(tǒng)投影成像到汽車的前風(fēng)擋玻璃上或汽車前方道路上，從而顯示出HUD投影信息。其中擋風(fēng)玻璃通常需要利用浸漬、網(wǎng)印等方法增加一層半透半反的膜。?

傳統(tǒng)的平視顯示裝置的投影圖像成像位置分為兩種：一種是將圖像直接成像在汽車的前擋風(fēng)玻璃上，這樣駕駛者在駕駛過程中如果需要看清呈現(xiàn)在前擋風(fēng)玻璃上的HUD投影信息就需要眼睛自動(dòng)調(diào)焦，如果需要觀察汽車前方的路況就需要眼睛快速將焦距調(diào)整到遠(yuǎn)處的物體上，從而使汽車前方的信息在視網(wǎng)膜上清晰成像；另一種做法是利用光學(xué)系統(tǒng)，使其投影顯示在汽車引擎蓋上或汽車前方道路上，這樣駕駛者在觀察汽車前方道路的時(shí)候，無須眼睛自動(dòng)調(diào)焦，也能清晰地看到HUD投影信息。?

上述兩種做法都是利用光學(xué)系統(tǒng)的成像原理實(shí)現(xiàn)的，由于成像位置不同所采用的光學(xué)系?統(tǒng)結(jié)構(gòu)迥異，尤其是后者的光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度很高，成本也非常昂貴。但是傳統(tǒng)的平視顯示裝置投影圖像成像成像方式只能采用上述兩種方法之一，而且一旦光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定，則成像位置不能隨意更改。?

另外，上述傳統(tǒng)的平視顯示裝置成像一般利用硅基液晶（Liquid?Crystal?on?Silicon，LCOS），數(shù)字微鏡元件（Digital?Micromirror?Device，DMD）或?qū)Ｓ玫奈C(jī)電系統(tǒng)（Micro?Electrol?Mechanical?Systems，MEMS）加激光掃描（一般是一片或二片可快速翻轉(zhuǎn)的微反射鏡）實(shí)現(xiàn)圖像顯示，然后利用光學(xué)系統(tǒng)成像到前擋風(fēng)玻璃上或車前方的一定距離處。?

對(duì)于采用LCOS或DMD的方法，由于顯示面積固定，當(dāng)光源亮度一定的情況下，單元面積上的亮度值是整個(gè)光源亮度的平均值。如果投影成像面積越大，那么單元亮度值越小。由于HUD投影信息一般是簡(jiǎn)單的圖型和文字信息，一般情況下投影內(nèi)容所占整個(gè)投影顯示面積約為30%左右，如果圖像內(nèi)容只占整個(gè)畫面顯示面積的10%，那么其光學(xué)利用效率也只有10%，其它畫面中不顯示內(nèi)容部分的光線被遮擋浪費(fèi)了，為了增加顯示內(nèi)容的亮度只能通過增加光源亮度來實(shí)現(xiàn)。?

對(duì)于采用專用MEMS加激光掃描的方法，由于采用高速翻轉(zhuǎn)的微反射鏡逐像素掃描來實(shí)現(xiàn)圖像顯示，所以，不可避免地存在因刷新率不高而產(chǎn)生屏閃的問題。由于激光光源是直接打在唯一的一片微反射鏡上，所以對(duì)微反射鏡的散熱要求很高，這就大大限制了激光光源的亮度。由于該微反射鏡一直處于高速翻轉(zhuǎn)過程中，并且只有一片，對(duì)其可靠性，穩(wěn)定性提出了非常高的要求，一旦出現(xiàn)問題，直接反射的激光有可能直接照射到人眼，從而造成人體傷害。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了簡(jiǎn)化光學(xué)光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高光源利用率，并且成像位置可調(diào)，提供了一種基于激光全息投影成像的平視顯示裝置。?

如附圖1所示，本發(fā)明主要包括光源系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)(103)，光學(xué)光路系統(tǒng)和空間光調(diào)制模塊（104）等。?