[發(fā)明專利]包括使圖像在不同平面上顯示的全息光學(xué)設(shè)備的觀察系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810840538.1
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109324414A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·科尼;J-L·巴爾東;B·迪堡
• 申請（專利權(quán)）人: 泰勒斯公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/30
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發(fā)明的領(lǐng)域涉及包括使圖像在不同平面上顯示的全息光學(xué)設(shè)備的觀察系統(tǒng)。該觀察系統(tǒng)包括屏幕(D)和光學(xué)準(zhǔn)直設(shè)備，該光學(xué)準(zhǔn)直設(shè)備包括兩個(gè)通過反射工作的全息光學(xué)元件(HOE1、HOE2)，第一全息光學(xué)元件離屏幕更近，第二全息光學(xué)元件離觀察者更近。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，屏幕以第一波長顯示第一物體，而以第二波長顯示第二物體。每個(gè)全息光學(xué)元件包括兩個(gè)全息光學(xué)處理(TH1、TH2、TH3、TH4)，每個(gè)處理能夠反射兩個(gè)波長中的一個(gè)并且透射另一個(gè)波長。第一全息光學(xué)元件和第二全息光學(xué)元件排布為使得在距離屏幕的第一距離處形成第一物體的圖像(I1)，并且在距離屏幕與第一距離不同的第二距離處形成第二物體的圖像(I2)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及這樣的觀察系統(tǒng)的領(lǐng)域：該觀察系統(tǒng)使得圖像以疊加在外部景觀上的方式投影在距觀察者一定距離處。這些系統(tǒng)特別是用于飛行器駕駛艙，以向駕駛員提供關(guān)于領(lǐng)航或?qū)Ш降男畔ⅰＦ渌膽?yīng)用也是有可能的，特別是在機(jī)動車輛運(yùn)輸?shù)念I(lǐng)域。

背景技術(shù)

存在被稱為“平視顯示器”的觀察系統(tǒng)，其使得準(zhǔn)直的圖像能夠以疊加在外部景觀上的方式投影在“無限遠(yuǎn)”處。在“無限遠(yuǎn)”處的物體應(yīng)理解為表示在一定距離處的物體，該距離足夠大，從而使得當(dāng)觀察者進(jìn)行觀察時(shí)，將來自物體的點(diǎn)的光線視為是相互平行的。

這些設(shè)備使得虛擬物體能夠在被稱為“疊合(congruent)”的位置處顯示，也就是說，它們的圖像完美地疊加在實(shí)際物體在外部所占據(jù)的位置處。從而，合成的跑道的圖像以完美地疊加在實(shí)際跑道在地面上所占據(jù)的確切位置處的方式顯示。例如，對于水平線同樣也是這樣。

然而，飛行員需要非疊合的信息以及不通過“平視顯示器”顯示的信息。當(dāng)前，該信息呈現(xiàn)在安裝于儀表板上的觀察設(shè)備上。該呈現(xiàn)具有兩個(gè)缺陷。飛行員不得不強(qiáng)制性地將他的視線從外部轉(zhuǎn)移以觀察所述信息。此外，從外部視野改變?yōu)閷x表板(其位于距飛行員的觀看不到一米的位置處)的觀察，二者之間存在必然的調(diào)節(jié)時(shí)間。

為修正這些缺陷，已經(jīng)提出制造透明的觀察屏幕，其可以集成至飛行器的擋風(fēng)玻璃。由此解決疊加至外部的問題。然而，圖像強(qiáng)制性地位于屏幕上。其因此不是疊合的，并且也不是無限遠(yuǎn)的。因此，調(diào)節(jié)的問題并沒有解決。

為了緩解這些各種問題，可以利用與立體系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的用于用戶頭部的姿態(tài)檢測。姿態(tài)檢測使得可以控制投影圖像的位置，從而使得當(dāng)用戶移動其頭部時(shí)，投影圖像依然在相同的方向可見。其因此被視為是疊合的。

立體系統(tǒng)使得可以向每只眼睛發(fā)送對應(yīng)于距離物體的偽距離(pseudo-distance)的左側(cè)和右側(cè)圖像，而與從立體屏幕至觀察者的實(shí)際距離無關(guān)。由此解決了聚散(vergence)問題。然而，左側(cè)和右側(cè)圖像依然位于屏幕上。調(diào)節(jié)問題仍沒有解決。事實(shí)上，在聚散信息和調(diào)節(jié)信息之間引入了失真。此外，立體系統(tǒng)需要使用玻璃以用于區(qū)別左側(cè)和右側(cè)圖像，從而可能導(dǎo)致其它問題，特別是人體工程學(xué)問題。作為該類型系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案，將會提及題為“Monochrome stereoscopic viewing system with projection onsemi-transparent slide”的專利(FR 14 02109)。

另一方法包括周期性地投影位于距觀察者不同距離處的圖像。為了執(zhí)行該功能，通過光學(xué)漫射器或“快門”的方式在可以是透明或不透明的不同平面上產(chǎn)生最初的物體。由Shuxin Liu等人在2016年5月22日至27日在加州舊金山的SID第一輯上發(fā)表的題為“Amulti-plane volumetric optical see-through head mounted 3D display”的文章中提出該類型的解決方案，該方案的觀察系統(tǒng)安裝在頭戴機(jī)中。可以理解，要適應(yīng)于更大的嵌入式觀察設(shè)備，將提出復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)問題。