一种基于激光全息投影成像的平视显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于辅助显示领域，公开了一种基于激光全息投影成像的平视显示装置。主要包括光源系统、图像处理系统、空间光调制模块和光学光路系统等。首先，图像处理系统通过数据接口接收待显示内容再通过全息图转换算法转换到全息图形式，或者根据外部输入的信息选择存储在系统内待显示的全息图作简单运算处理或直接输出并在空间光调制模块上显示；然后，使用一个（单色）或多个（彩色）激光入射到空间光调制模块上，在空间光调制模块的前方衍射出原始的图像；最后，利用光学光路系统放大通过衍射还原出来的图像，增加图像的视场角。本实用新型专利技术可以实现成像距离随时动态调整，并且显示内容的亮度可以根据所投影内容占整个投影面积的大小而实时改变。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全息投影、激光衍射等光学技术，特别是一种基于激光全息投影成像技术来实现平视显示的方法和装置。
技术介绍
平视显示装置(Head Up Display, HUD),是指观察人员不需要低头就能够看到需要的图像信息的辅助显示装置。平视显示装置的前身是使用在战斗机上的光学瞄准器，这种瞄准器利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射在装置在座舱前端的一片玻璃或者是座舱罩上面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离上面，当飞行员瞄准目标的时候不会妨碍到眼睛的运作，维持清晰的显示。平视显示技术首先运用在航空器上的飞行辅助仪器，平视显示器 最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断。因为其方便性以及能够提高飞行安全，民用飞机也纷纷跟进安装。机动车辆在高速行驶时，特别是夜间高速行车时，驾驶员可能会低头观看仪表显示或观看中控台的音响或导航信息等显示，如果此时前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成交通事故。为避免这种情况发生，有些高档车辆上装配了车载的平视显示装置，它可以将外界的景象与有关信息显示在前风挡玻璃的驾驶员平视范围上，从而避免低头看仪表，缩短眼球对前方的视觉盲区时间，提高机动车行驶的安全性。平视显示装置中最重要就是投影显示系统，该系统一般采用激光或LED作为光源，它能够读取汽车的相关数据信息或者通过蓝牙、无线等方式与其它外围电子装置通讯信息，进一步通过光学系统投影成像到汽车的前风挡玻璃上或汽车前方道路上，从而显示出HUD投影信息。其中挡风玻璃通常需要利用浸溃、网印等方法增加一层半透半反的膜。传统的平视显示装置的投影图像成像位置分为两种一种是将图像直接成像在汽车的前挡风玻璃上，这样驾驶者在驾驶过程中如果需要看清呈现在前挡风玻璃上的HUD投影信息就需要眼睛自动调焦，如果需要观察汽车前方的路况就需要眼睛快速将焦距调整到远处的物体上，从而使汽车前方的信息在视网膜上清晰成像；另一种做法是利用光学系统，使其投影显示在汽车引擎盖上或汽车前方道路上，这样驾驶者在观察汽车前方道路的时候，无须眼睛自动调焦，也能清晰地看到HUD投影信息。上述两种做法都是利用光学系统的成像原理实现的，由于成像位置不同所采用的光学系统结构迥异，尤其是后者的光学设计的复杂度很高，成本也非常昂贵。但是传统的平视显示装置投影图像成像成像方式只能采用上述两种方法之一，而且一旦光学系统结构确定，则成像位置不能随意更改。另外，上述传统的平视显示装置成像一般利用娃基液晶(Liquid Crystal onSilicon, LCOS),数字微镜元件(Digital Micromirror Device, DMD)或专用的微机电系统(Micro Electrol Mechanical Systems,MEMS)加激光扫描(一般是一片或二片可快速翻转的微反射镜)实现图像显示，然后利用光学系统成像到前挡风玻璃上或车前方的一定距离处。对于采用LCOS或DMD的方法，由于显示面积固定，当光源亮度一定的情况下，单元面积上的亮度值是整个光源亮度的平均值。如果投影成像面积越大，那么单元亮度值越小。由于HUD投影信息一般是简单的图型和文字信息，一般情况下投影内容所占整个投影显示面积约为30%左右，如果图像内容只占整个画面显示面积的10%，那么其光学利用效率也只有10%，其它画面中不显示内容部分的光线被遮挡浪费了，为了增加显示内容的亮度只能通过增加光源亮度来实现。对于采用专用MEMS加激光扫描的方法，由于采用高速翻转的微反射镜逐像素扫描来实现图像显示，所以，不可避免地存在因刷新率不高而产生屏闪的问题。由于激光光源是直接打在唯一的一片微反射镜上，所以对微反射镜的散热要求很高，这就大大限制了激光光源的亮度。由于该微反射镜一直处于高速翻转过程中，并且只有一片，对其可靠性，稳定性提出了非常高的要求，一旦出现问题，直接反射的激光有可能直接照射到人眼，从而造成人体伤害。·
技术实现思路
本专利技术为了简化光学光路系统的结构，提高光源利用率，并且成像位置可调，提供了一种基于激光全息投影成像的平视显示装置。如附图I所示，本专利技术主要包括光源系统、图像处理系统(103)，光学光路系统和空间光调制模块(104)等。首先图像处理系统通过数据接口接收数据实时地将待显示的内容通过全息转换算法转换到全息图形式；或者通过事先在系统内部存储待显示的全息图，根据外部输入的信息选择单个或多个全息图作简单的运算处理后输出并在空间光调制模块上显示，并同步控制光源系统中的光源驱动电路驱动光源将一个单色或多个彩色激光入射到空间光调制模块上，利用全息的成像原理还原出原始的图像，再通过光学光路系统还原出来的原始图像被放大，并增加图像的视场角后投射出来。光源系统包括具有时间相干性和空间相干性的一个单色单色激光光源(101)或多个彩色激光光源以及相应光源的驱动电路(102)，该系统提供图像处理系统中激光调制、激光驱动的接口。如图2所示，图像处理系统主要完成全息转换算法的计算工作。主要包括以下部分视频/数据接口、无线/蓝牙接口、供电单元、控制接口、数据存储接口、控制选择单元、全息算法单元、空间光调制模块驱动单元、激光驱动/调制单元。控制接口单元主要是提供人机接口界面。图像处理系统通过视频、数据等有线接口，或无线、蓝牙、红外等无线接口接收外部数据，通过一个控制选择单元选择某个或多个接口的数据进入全息算法单元，该处理单元可以是某种专用的硬件设备，例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)或者是CPU等，将普通的图像或数据转换到全息图的形式输出到空间光调制模块驱动单元，空间光调制模块驱动单元驱动外部的空间光调制模块，并保持光源与其同步；全息算法单元在进行全息图转换的过程会根据图像或数据的内容生成相应的激光光源的亮度调节信号来实现光源与图像信息的同步调节，即根据图像中RGB像素的明暗来调节相应的光源的亮度，从而达到光源动态调节的目的。图像处理系统还可以通过内部或外部存储单元事先存储待显示的全息图，内部或外部存储单元中内部存储单元可以为RAM、FLASH等，根据外部输入的信息选择单个或多个全息图作简单的运算处理，然后输出到空间光调制模块上。通过全息校正像差和成像距离，成像距离可以用过全息转换算法处理后实现实时可调，实现图像焦距在远处。光学光路系统包括光学扩束校正系统(105)、棱镜系统(106)和光学放大校正系统(107);此系统用于将激光扩束和校正以及对光源调制模块的输出影像进行放大和校正。将扩束后的光源校正为平行光用来照射光调制模块，并使用透镜系统来放大输出的全息图。 空间光调制模块此模块用于显示全息图。包括显示介质和偏振片，其中的显示介质可采用LC0S、DMD、全息照片或光栅阵列等。若采用LC0S、DMD等器件，则其上显示的全息图可通过控制模块进行高速切换，从而实现动态视频流的输出，此时的显示介质就相当于一块利用全息拍照出来的全息相片，明暗相间的点就相当于光学的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光全息投影成像的平视显示装置，主要包括光源系统、光学光路系统和空间光调制模块（104），其特征在于：还包括图像处理系统(103)，图像处理系统用于将待显示的内容通过全息转换算法转换到全息图形式，其一端与数据接口相连接，另一端与空间光调制模块相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泉泉，谈顺毅，
申请(专利权)人：江苏慧光电子科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：