本申請(qǐng)要求2014年9月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/044,831的權(quán)益。
背景技術(shù)：
：：1.
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及平視顯示器（heads-updisplay，HUD），并且更具體地，涉及生成虛擬圖像的HUD系統(tǒng)。2.現(xiàn)有技術(shù)引用的參考文獻(xiàn)：[1]美國(guó)專利No.7,623,560，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，2009年11月24日。[2]美國(guó)專利No.7,767,479，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[3]美國(guó)專利No.7,829,902，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[4]美國(guó)專利No.8,049,231，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[5]美國(guó)專利No.8,098,265，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[6]美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2010/0066921，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[7]美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.2012/0033113，El-Ghoroury等人，QuantumPhotonicImagerandMethodsofFabricationThereof，[8]美國(guó)專利No.4,218,111，Withrington等人，HolographicHeads-upDisplays，1980年8月19日。[9]美國(guó)專利No.6,813,086，Bignolles等人，HeadUpDisplayAdaptabletoGivenTypeofEquipment，2004年11月2日。[10]美國(guó)專利No.7,391,574，F(xiàn)redriksson，Heads-upDisplay，2008年6月24日。[11]美國(guó)專利No.7,982,959，Lvovskiy等人，Heads-upDisplay，2011年7月19日。[12]美國(guó)專利No.4,613,200，Hartman，Heads-UpDisplaySystemwithHolographicDispersionCorrecting，1986年9月23日。[13]美國(guó)專利No.5,729,366，Yang，Heads-UpDisplayforVehicleUsingHolographicOpticalElements，1998年3月17日。[14]美國(guó)專利No.8,553,334，Lambert等人，Heads-UpDisplaySystemUtilizingControlledReflectionfromDashboardSurface，2013年10月8日。[15]美國(guó)專利No.8,629,903，Seder等人，EnhancedVisionSystemFull-WindshieldHUD，2014年1月14日。[16]B.H.Walker，OpticalDesignofVisualSystems，Tutorialtestsinopticalengineering，國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)（SPIE）出版，第139-150頁(yè)，ISBN0-8194-3886-3，2000年。[17]C.Guilloux等人，VariluxSSeriesBrakingtheLimits[18]M.Born，PrinciplesofOptics，第七版，劍橋大學(xué)出版社，1999年，第5.3節(jié)，第236-244頁(yè)。正在尋求作為可視輔助技術(shù)的平視顯示器，其可通過使汽車駕駛員在不使其視線和注意力離開道路的情況下更加直觀地意識(shí)到和獲知汽車儀表板信息而有助于汽車安全。然而，當(dāng)前可獲得的平視顯示器體積大且過于昂貴而不能成為供汽車中使用的一種可行的選擇。在小型飛機(jī)和直升機(jī)的平視顯示器的應(yīng)用中遇到同樣類型的困難，盡管在較小程度上是由于成本因素。在平視顯示器汽車應(yīng)用的情況下，各種各樣的交通工具尺寸、類型和價(jià)格范圍進(jìn)一步加劇了體積和成本約束。因此，需要一種適合于在諸如汽車、小型飛機(jī)和直升機(jī)之類的小型交通工具中使用的低成本和小體積的平視顯示器?，F(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)可分為兩種類型：光瞳成像HUD和非光瞳成像HUD。光瞳成像HUD通常包括負(fù)責(zé)中間圖像遞送和光瞳信息的中繼模塊以及負(fù)責(zé)圖像準(zhǔn)直和觀察者眼睛位置（本文中稱為眼箱（eye-box））處的光瞳成像的準(zhǔn)直模塊。光瞳成像HUD的準(zhǔn)直模塊通常實(shí)現(xiàn)為傾斜彎曲的或平面的反射器或者全息光學(xué)元件（HOE），并且中繼模塊通常被傾斜用于使光路彎曲并補(bǔ)償光學(xué)像差。非光瞳成像HUD通過顯示器處的光錐角或在中間圖像位置處通過擴(kuò)散限定系統(tǒng)孔徑。對(duì)于中間圖像HUD系統(tǒng)，也需要中繼模塊，但是HUD孔徑單獨(dú)由準(zhǔn)直光學(xué)器件來決定。準(zhǔn)直光學(xué)器件通常具有軸對(duì)稱性，但是具有折疊鏡以滿足體積約束。這由像差校正需要和系統(tǒng)體積方面來決定。在參考文獻(xiàn)[8]中描述的現(xiàn)有技術(shù)（在圖1-1中示出）使用凹面HOE反射器（圖1-1中11）作為組合器和準(zhǔn)直器以便最小化準(zhǔn)直光學(xué)器件并減小HUD系統(tǒng)體積方面。結(jié)果得到的HUD系統(tǒng)需要復(fù)雜的傾斜中繼光學(xué)器件（圖1-1中10）以補(bǔ)償像差并遞送中間圖像。另外，該HUD系統(tǒng)只對(duì)窄光譜起作用。在參考文獻(xiàn)[9]中描述的現(xiàn)有技術(shù)（在圖1-2中示出）使用中繼光學(xué)器件（REL）模塊，在會(huì)聚組合器（CMB）反射鏡（圖1-2中的CMB）的焦平面處遞送中間圖像并限定系統(tǒng)光瞳。CMB反射鏡準(zhǔn)直中間圖像，并將系統(tǒng)光瞳成像到觀察者的眼睛上以促進(jìn)觀察。該光瞳成像HUD方法總是涉及復(fù)雜的REL模塊以用于封裝和像差補(bǔ)償。在參考文獻(xiàn)[10]中描述的現(xiàn)有技術(shù)（在圖1-3中示出）使用投影透鏡（3）將中間圖像投射在漫射表面（圖1-3中51）上，作為圖像源和半透明準(zhǔn)直反射鏡（圖1-3中7）。準(zhǔn)直反射鏡在無限遠(yuǎn)處形成圖像以及準(zhǔn)直光學(xué)器件的孔徑由擴(kuò)散器的角寬度限定。在參考文獻(xiàn)[11]中描述的現(xiàn)有技術(shù)（在圖1-4中示出）使用包括兩個(gè)液晶顯示器（LCD）面板（圖1-4中23）的圖像形成源，以便在放置在準(zhǔn)直光學(xué)器件模塊（圖1-4中1）的焦平面處的漫射屏（圖1-4中5）上形成中間圖像。圖像形成源中的兩個(gè)LCD面板的主要目的是實(shí)現(xiàn)足夠亮度以用于所形成圖像的可視性。為了實(shí)現(xiàn)該目的，圖像形成源中兩個(gè)LCD面板被配置成在漫射屏處形成兩個(gè)連續(xù)的并排圖像或在漫射屏處使水平和垂直相互移位半個(gè)像素的兩個(gè)圖像重疊。參考文獻(xiàn)[12]中描述的現(xiàn)有技術(shù)使用一對(duì)反射全息光學(xué)元件（HOE），以實(shí)現(xiàn)全息色散校正并在觀察者的視場(chǎng)內(nèi)投射寬帶顯示源的虛擬圖像。參考文獻(xiàn)[13]中描述的現(xiàn)有技術(shù)也使用一對(duì)反射全息光學(xué)元件（HOE）；一個(gè)為透射的并且另一個(gè)為反射的，以將圖像投射到交通工具風(fēng)擋上。在參考文獻(xiàn)[14]中描述的現(xiàn)有技術(shù)（在圖1-5中示出）使用安裝在交通工具風(fēng)擋上部的圖像投影儀（圖1-5中14），其配置成將圖像投射到配備有有小面的（faceted）反射表面（圖1-5中18）的交通工具儀表板上，該有小面的反射表面被配置成將來自圖像投影儀的圖像反射到交通工具的風(fēng)擋上。交通工具風(fēng)擋表面被定向成從儀表板有小面的反射表面朝著觀察者反射圖像。簡(jiǎn)要描述的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)以及以在所引用的現(xiàn)有技術(shù)中描述的許多其他HUD系統(tǒng)中，共同之處在于高成本和系統(tǒng)的大體積尺寸。另外，發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)都不能在尺寸和成本上縮放，以匹配各種各樣的汽車和其他交通工具的尺寸和價(jià)格范圍。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是引入使用多個(gè)發(fā)射微尺度像素陣列成像器的平視顯示方法，以實(shí)現(xiàn)在體積上基本小于使用單個(gè)圖像形成源的HUD系統(tǒng)的HUD系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是引入新穎的分割出瞳HUD系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其利用多個(gè)發(fā)射微尺度像素陣列成像器以使得實(shí)現(xiàn)模塊化HUD系統(tǒng)，其在體積和成本方面能夠縮放以匹配各種各樣的汽車和小型交通工具的尺寸和價(jià)格范圍。本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過參照附圖進(jìn)行的其優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述變得顯而易見。附圖說明在以下描述中，即使在不同的附圖中，同樣的附圖標(biāo)記用于同樣的元件。提供在描述中限定的事項(xiàng)（諸如詳細(xì)構(gòu)造和設(shè)計(jì)元件）以幫助全面理解示例性實(shí)施例。然而，可以實(shí)踐本發(fā)明，而無需那些特別限定的事項(xiàng)。同樣，沒有詳細(xì)描述公知的功能或構(gòu)造，因?yàn)樗鼈儠?huì)以不必要的細(xì)節(jié)使本發(fā)明含糊難懂。為了理解本發(fā)明并了解本發(fā)明可如何在實(shí)踐中執(zhí)行，現(xiàn)在將參照附圖僅通過非限制性示例的方式描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，在附圖中：圖1-1圖示了現(xiàn)有技術(shù)平視顯示（HUD）系統(tǒng)，其使用凹面HOE反射器作為組合器和準(zhǔn)直器，以便將準(zhǔn)直光學(xué)器件最小化并減小HUD系統(tǒng)體積方面。圖1-2圖示了現(xiàn)有技術(shù)平視顯示（HUD）系統(tǒng)，其使用中繼光學(xué)器件（REL）模塊，在會(huì)聚組合器（CMB）反射鏡的焦平面處遞送中間圖像并限定系統(tǒng)光瞳。圖1-3圖示了現(xiàn)有技術(shù)平視顯示（HUD）系統(tǒng)，其使用投影透鏡（3）將中間圖像投射在漫射表面上作為圖像源和半透明準(zhǔn)直反射鏡。圖1-4圖示了現(xiàn)有技術(shù)平視顯示（HUD）系統(tǒng)，其使用包括兩個(gè)液晶顯示器（LCD）面板的圖像形成源，以便在放置在準(zhǔn)直光學(xué)器件模塊的焦平面處的漫射屏上形成中間圖像。圖1-5圖示了現(xiàn)有技術(shù)平視顯示（HUD）系統(tǒng)，其使用安裝在交通工具風(fēng)擋上部的圖像投影儀，其配置成將圖像投射到配備有有小面的反射表面的交通工具儀表板上，該有小面的反射表面被配置成將來自圖像投影儀的圖像反射到交通工具的風(fēng)擋上。圖2圖示了本發(fā)明的示例性模塊化HUD（MHUD）系統(tǒng)。圖3圖示了圖2中MHUD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和約束之間的關(guān)系。圖4圖示了包括圖2的實(shí)施例的MHUD組件的HUD模塊的光學(xué)設(shè)計(jì)方面和光線跟蹤圖。圖5圖示了包括圖2的實(shí)施例的MHUD組件的HUD模塊的光學(xué)性能。圖6圖示了圖2的實(shí)施例的MHUD系統(tǒng)的MHUD組件設(shè)計(jì)示例多視點(diǎn)透視圖。圖7圖示了圖2的實(shí)施例的MHUD系統(tǒng)的接口和控制電子設(shè)備設(shè)計(jì)元件（板）的功能框圖。圖8圖示了圖2的實(shí)施例的MHUD系統(tǒng)200的新穎分割眼箱設(shè)計(jì)方法。圖9圖示了圖6中所圖示的安裝在次緊湊型汽車儀表板中的MHUD組件設(shè)計(jì)示例的實(shí)際體積。圖10圖示了包括日光負(fù)荷（loading）的本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200光線路徑。具體實(shí)施方式在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中，提到“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意味著，結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在該詳細(xì)描述不同地方中出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不一定都指的是相同實(shí)施例。近來，已經(jīng)引入了一類新的發(fā)射微尺度像素陣列成像器器件。這些器件的特點(diǎn)在于高亮度，非?？斓亩嗌鈴?qiáng)度和在包括所有需要的圖像處理驅(qū)動(dòng)電路的非常小的單個(gè)器件大小中的空間調(diào)制能力。一個(gè)這種器件的固態(tài)光（SSL）發(fā)射像素可以是發(fā)光二極管（LED）或激光二極管（LD），其通斷狀態(tài)由其上接合成像器的發(fā)射微尺度像素陣列的CMOS芯片（或器件）中含有的驅(qū)動(dòng)電路控制。包括這種成像器器件的發(fā)射陣列的像素的大小將通常在大約5-20微米的范圍內(nèi)，該器件的通常發(fā)射表面面積在大約15-150平方毫米的范圍內(nèi)。發(fā)射微尺度像素陣列器件中的像素通常通過其CMOS芯片的驅(qū)動(dòng)電路在空間上、色譜上和時(shí)間上可單獨(dú)尋址。這類成像器器件生成的光的亮度可在合理的低功耗下達(dá)到多個(gè)100,000cd/m2。這類器件的一個(gè)示例為QPI成像器（參見參考文獻(xiàn)[1-7]），參見下文描述的示例性實(shí)施例。然而，應(yīng)理解QPI成像器僅僅是可在本發(fā)明中使用的器件類型的示例。（QPI是OstendoTechnologies公司的商標(biāo)）因而在隨后的描述中，對(duì)QPI成像器的任何提及應(yīng)理解成為了公開為可被使用的固態(tài)發(fā)射像素陣列成像器的特定示例的實(shí)施例中的特異性，并且不是為了對(duì)本發(fā)明的任何限制。本發(fā)明將這種成像器的發(fā)射微像素陣列器件的獨(dú)特能力與新穎的分割出瞳HUD系統(tǒng)架構(gòu)相結(jié)合，以便實(shí)現(xiàn)低成本和小體積的模塊化HUD（MHUD）系統(tǒng)，其在成本和體積約束最重要的應(yīng)用（諸如例如汽車HUD）中可以容易地使用。諸如QPI成像器之類的成像器的發(fā)射高亮度微發(fā)射器像素陣列與本發(fā)明的分割出瞳HUD架構(gòu)的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)在高亮度的環(huán)境日光下有效操作而體積上足夠小以安裝在各種各樣的交通工具尺寸和類型的儀表板或儀器面板后面的HUD系統(tǒng)。（如本文中使用的詞語(yǔ)交通工具用于最一般的意義，并包括人們?cè)谄渲谢蚪柚谄湫旭偟娜魏窝b置，包括但不必局限于在陸地上、水上、水下或空中行駛）。這類成像器實(shí)現(xiàn)的低成本和模塊性的分割出瞳HUD架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了能夠被調(diào)整以適應(yīng)各種各樣交通工具的體積約束的模塊化HUD系統(tǒng)。分割出瞳HUD系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)從本文提供的詳細(xì)描述在以下段落中描述的實(shí)施例的上下文中將變得更加顯而易見。圖2圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的模塊化HUD（MHUD）系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)構(gòu)思。如圖2所圖示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200包括MHUD組件210，其進(jìn)而包括組裝在一起以形成MHUD210的多個(gè)模塊215，由此每個(gè)模塊215包括具有相關(guān)光學(xué)器件220和凹面鏡230的單個(gè)成像器（諸如QPI成像器）。如圖2所圖示，從每個(gè)單個(gè)成像器和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件220發(fā)射的圖像被其相關(guān)聯(lián)的凹面鏡230準(zhǔn)直、放大和反射，然后被交通工具風(fēng)擋240部分地反射以形成在位于交通工具的駕駛員（操作者）的標(biāo)稱頭部位置處的眼箱段255中可見的虛擬圖像260。如圖2中所圖示，MHUD組件210的每個(gè)模塊215被設(shè)置成在任意一次且從在交通工具風(fēng)擋240的相同位置形成相同的虛擬圖像260，但是每個(gè)模塊在其對(duì)應(yīng)的眼箱段255，使得MHUD組件210的多個(gè)模塊215共同地形成MHUD系統(tǒng)200的集合（collective）眼箱250。也就是說，虛擬圖像260可從每個(gè)眼箱段255部分地可見但是在集合眼箱250中完全可見。因此，通過選擇包括MHUD組件210的模塊215的適當(dāng)數(shù)量，可以調(diào)整MHUD系統(tǒng)200眼箱段255的總體尺寸。雖然MHUD組件210的每個(gè)模塊215被設(shè)置成在任意一次形成相同的虛擬圖像260，但那些圖像當(dāng)然會(huì)隨著時(shí)間變化，并可以緩慢地變化（例如就像燃油量表圖像）或更加快速地變化（諸如在GPS導(dǎo)航系統(tǒng)顯示圖像的顯示中），但本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200可在至少直到典型視頻速率的頻率處操作，如果圖像數(shù)據(jù)在這樣的速率下可用。在MHUD系統(tǒng)200的優(yōu)選實(shí)施例中，MHUD組件210的模塊215的眼箱段255每個(gè)都位于由其對(duì)應(yīng)凹面鏡230反射的光線束的出瞳處。MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250實(shí)際上為MHUD組件210的模塊215的眼箱段255的重疊形成的分割出瞳眼箱。在以下段落中將進(jìn)一步更詳細(xì)地說明本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的該分割出瞳設(shè)計(jì)方法。在本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的優(yōu)選實(shí)施例中，MHUD組件210包括組裝在一起形成MHUD組件210的多個(gè)模塊215，其中每個(gè)模塊215包括具有相關(guān)聯(lián)光學(xué)器件220和凹面鏡230的QPI成像器。在以下段落中更詳細(xì)地描述本發(fā)明該實(shí)施例的MHUD系統(tǒng)200的MHUD組件210的設(shè)計(jì)方法及其相應(yīng)的模塊215，在這之前，將說明本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)和有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的折衷。MHUD系統(tǒng)200光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)折衷-為了理解本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為重要的是解釋典型HUD系統(tǒng)的潛在設(shè)計(jì)折衷以及與其相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系。HUD系統(tǒng)生成的圖像通常疊加在自然景物上，使操作交通工具的觀察者在視覺上知道交通工具操作參數(shù)，并且還提供諸如例如導(dǎo)航之類的重要的信息，而不需要要求駕駛員使其視線和注意力離開道路或交通工具的外部環(huán)境。設(shè)計(jì)HUD系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的重要參數(shù)包括：集合眼箱的目標(biāo)尺寸，希望的視場(chǎng)（FOV），所形成圖像的尺寸，圖像分辨率和系統(tǒng)體積約束。圖3圖示了這些設(shè)計(jì)參數(shù)和約束之間的關(guān)系。本發(fā)明的模塊化HUD（MHUD）如何實(shí)現(xiàn)減小的體積參照?qǐng)D3，MHUD系統(tǒng)200成像器220尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致作為系統(tǒng)的特征光學(xué)軌跡長(zhǎng)度的更小的有效焦距（EFL），并通常有助于減小系統(tǒng)的體積。然而，如果保持眼箱尺寸，成像器孔徑尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致較低的系統(tǒng)F/#，這伴隨光學(xué)復(fù)雜性的增加。這通常導(dǎo)致較大的系統(tǒng)體積。參照?qǐng)D2圖示出的MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)概念，每個(gè)模塊215的眼箱段255的尺寸連同成像器220尺寸進(jìn)行縮放，以避免了增加光學(xué)復(fù)雜性。由于成像器220的體積比這導(dǎo)致了每個(gè)模塊215體積的縮放。將合并多個(gè)模塊215，以形成能提供任意大小的集合眼箱250的MHUD組件210。通過將觀察者眼箱處形成的系統(tǒng)出瞳分割成多個(gè)段（每個(gè)段對(duì)應(yīng)于包括本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的眼箱段255的其中一個(gè)），實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的新穎多段眼箱設(shè)計(jì)概念。相比提供相同尺寸眼箱的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的分割出瞳設(shè)計(jì)方法會(huì)實(shí)現(xiàn)較小的總體體積方面。這會(huì)導(dǎo)致總體HUD體積、復(fù)雜性和成本的減小。在以下討論中，描述了本發(fā)明MHUD系統(tǒng)200的分割出瞳設(shè)計(jì)方法的其他優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，每個(gè)模塊在任意一次發(fā)射相同的圖像，因此交通工具操作者會(huì)在相同位置看到相同的虛擬圖像，不管觀察者看到哪一個(gè)眼箱段255或哪些眼箱段255。使用參考文獻(xiàn)[1-8]的鏡面反射器對(duì)現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)體積的主要貢獻(xiàn)已經(jīng)被認(rèn)定為凹面鏡。除了反射鏡本身的大尺寸，圖像源的尺寸也會(huì)成比例地增大，這規(guī)定要么使用諸如LCD面板之類的大尺寸的成像器，要么形成被投射到漫射屏上的大尺寸的中間圖像，結(jié)合投影儀成像器及其相關(guān)聯(lián)的投射光學(xué)器件增加了甚至更多的體積。正如前面討論中所說明的，相比使用單個(gè)凹面鏡作為主反射器的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200通過使用包括多個(gè)模塊215的MHUD組件210（每個(gè)模塊使用被組裝在一起以形成尺寸上小得多并實(shí)現(xiàn)小得多的光學(xué)軌跡長(zhǎng)度的MHUD組件210的總體反射器235的小尺寸凹面鏡230）實(shí)現(xiàn)了基本上更小的體積方面。使用較小孔徑尺寸成像器220的MHUD組件210使得能夠使用具有較小光學(xué)軌跡長(zhǎng)度的較小孔徑尺寸凹面鏡230，這導(dǎo)致本發(fā)明的基本上更小的體積和體積上高效的MHUD系統(tǒng)200。本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)是通過將通常由單個(gè)大反射鏡生成的大準(zhǔn)直光束劃分為三個(gè)大小相同的準(zhǔn)直子光束來起作用的。每個(gè)子光束會(huì)由模塊215的光學(xué)子系統(tǒng)生成。其結(jié)果是，F(xiàn)#、光學(xué)復(fù)雜性和焦距（EFL）（或光學(xué)軌跡長(zhǎng)度）減少，并且因此系統(tǒng)的物理體積包絡(luò)減小。圖4圖示了包括MHUD組件210的模塊215的光學(xué)設(shè)計(jì)方面和光線跟蹤圖。如圖4所圖示，優(yōu)選實(shí)施例的模塊215包括連同其相關(guān)光學(xué)器件220和凹面鏡230的一個(gè)QPI成像器。盡管在圖4中所圖示的實(shí)施例中，示出了作為單獨(dú)透鏡光學(xué)元件的與QPI成像器410相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件420，在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，與QPI成像器相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件420會(huì)直接附著到QPI成像器410的發(fā)射表面的頂部，以形成QPI成像器組件220。如圖4所圖示，反射凹面鏡230的每個(gè)模塊215放大并準(zhǔn)直由其對(duì)應(yīng)QPI成像器（或其他成像器）220生成的圖像，以形成集合眼箱250的一個(gè)眼箱段255，而與圖4中QPI成像器410相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件420平衡反射凹面鏡230引起的離軸失真和傾斜像差。圖5圖示了MHUD組件210的模塊215的光學(xué)性能。如圖5中所圖示，與QPI成像器410相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件420的任務(wù)是平衡反射凹面鏡230引起的離軸失真和傾斜像差，以便使圖像游泳效應(yīng)（swimmingeffect）最小化同時(shí)保持調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）足夠高。為了完整起見，圖像游泳效應(yīng)通常是由進(jìn)入觀察者瞳孔的光歸因于反射鏡像差引起的光學(xué)失真的方向變化引起的，以及當(dāng)觀察者的頭部在HUD系統(tǒng)眼箱中四處移動(dòng)（或凝視）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致感知到虛擬圖像的假動(dòng)作（稱為“游泳效應(yīng)”）（參考文獻(xiàn)[16]）。最小化諸如HUD之類的雙目光學(xué)系統(tǒng)中的游泳效應(yīng)是很重要的，因?yàn)樵跇O端的情況下，虛擬圖像中過度的游泳效應(yīng)可導(dǎo)致暈動(dòng)、眩暈或惡心。這些不良反應(yīng)是由人類視覺和感知系統(tǒng)的前庭和動(dòng)眼神經(jīng)方面之間的沖突導(dǎo)致的（參考文獻(xiàn)[16,17]）。本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的分割出瞳方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，相比使用具有較大光學(xué)孔徑的單個(gè)反射鏡的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了基本上減小的游泳效應(yīng)。反射凹面鏡230的較小光學(xué)孔徑的像差通常會(huì)比現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)反射鏡HUD系統(tǒng)使用的相對(duì)較大光學(xué)孔徑反射鏡的像差小很多。由于游泳效應(yīng)正比于HUD反射鏡引起的像差導(dǎo)致的光學(xué)失真（或射線方向偏差）的量值，當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)相比時(shí)，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的多個(gè)較小光學(xué)孔徑凹面鏡230會(huì)易于實(shí)現(xiàn)基本上較小的游泳效應(yīng)。另外，MHUD模塊215的各眼箱段255之間的角度重疊（在圖8的討論中更詳細(xì)地說明）通常會(huì)引起感知虛擬圖像260中的任何點(diǎn)以結(jié)合多個(gè)MHUD模塊215的光學(xué)貢獻(xiàn)。其結(jié)果是，多個(gè)MHUD模塊215的個(gè)別凹面鏡230的像差導(dǎo)致的光學(xué)失真（或射線方向偏差）會(huì)易于在虛擬圖像260中任何點(diǎn)處被平均，結(jié)果導(dǎo)致MHUD系統(tǒng)200的觀察者感知的總體游泳效應(yīng)減小。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，MHUD組件210的成像器220會(huì)具有大于人類視覺系統(tǒng)（HVS）能分辨的分辨率，其中增加的分辨率專門用于凹面鏡230引起的像差導(dǎo)致的殘留光學(xué)失真的數(shù)字圖像扭曲預(yù)補(bǔ)償。在典型的HUD觀察體驗(yàn)中，虛擬圖像會(huì)形成在大約2.5m的距離處。HVS的橫向敏銳度大約為200微弧度。在該距離處，HVS可大致分辨2500×0.0002=0.5mm像素，這相當(dāng)于具有10"對(duì)角線的虛擬圖像260的大約450×250像素分辨率。MHUD組件210中使用的QPI成像器220可提供比該限制高很多的分辨率，例如具有相同大小光學(xué)孔徑的640×360分辨率或甚至1280×720分辨率。提供具有相同大小光學(xué)孔徑的較高分辨率的QPI成像器220使得能夠使用具有相同大小光學(xué)孔徑的凹面鏡230，從而維持MHUD組件210的體積優(yōu)點(diǎn)。QPI成像器220增加的分辨率允許使用數(shù)字圖像扭曲預(yù)補(bǔ)償，其實(shí)際上消除了凹面鏡230像差引起的光學(xué)失真以及所產(chǎn)生的游泳效應(yīng)，同時(shí)保持了虛擬圖像260處最大可實(shí)現(xiàn)分辨率以及相同的體積優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)反射凹面鏡230可以是非球面的或自由形態(tài)的，由此選擇凹面鏡的非球面的或自由形態(tài)的因素，以便將凹面鏡230的光學(xué)像差以及風(fēng)擋的曲率（若需要的話）最小化。應(yīng)注意，每個(gè)QPI成像器220的位置相對(duì)于其相關(guān)凹面鏡230軸對(duì)稱，以確保在任何兩個(gè)凹面鏡230的相鄰邊緣處平衡的（幾乎相等的）像差。這是本發(fā)明MHUD系統(tǒng)200的重要的設(shè)計(jì)方面，因?yàn)槠浯_保了虛擬圖像260在MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的多個(gè)眼箱段255之間均勻的觀察過渡。圖6圖示了MHUD組件210的多視點(diǎn)透視圖。如圖6所圖示，MHUD組件210包括在外殼600中被組裝在一起的三個(gè)反射凹面鏡230。三個(gè)凹面鏡230可以被單獨(dú)地制造然后在外殼600中被裝配在一起或可作為單個(gè)部件被制造然后裝配在外殼600中。三個(gè)凹面鏡230（無論是被單獨(dú)地或作為單個(gè)光學(xué)部件被組裝）使用壓紋聚碳酸酯塑料制造，其隨后使用濺射技術(shù)對(duì)其光學(xué)表面涂覆有一薄層反射金屬（諸如銀或鋁）。如圖6所圖示，外殼的后側(cè)壁包括三個(gè)單獨(dú)的部分610，每個(gè)部分結(jié)合光學(xué)窗口615，當(dāng)每個(gè)后側(cè)壁部分610與其相應(yīng)的凹面鏡230被組裝在一起時(shí)，光學(xué)窗口615會(huì)與其相應(yīng)的凹面鏡230的光軸對(duì)準(zhǔn)。如圖6的側(cè)視透視圖所圖示，每個(gè)后側(cè)壁部分610的頂部邊緣617朝著凹面鏡230成一角度以允許將安裝在后側(cè)壁部分610的成角度邊緣表面617上的成像器220與其相應(yīng)的凹面鏡230的光軸對(duì)準(zhǔn)。如圖6的后側(cè)透視圖所圖示，后側(cè)壁部分610在背板630的一側(cè)上會(huì)與安裝在背板630的相對(duì)側(cè)的MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備（印刷電路板）620組裝在一起。另外，背板630也結(jié)合了散熱片，以便散發(fā)成像器220和MHUD組件210的接口電子設(shè)備元件620生成的熱量。如圖6的后側(cè)透視圖所圖示，每個(gè)成像器220通常會(huì)安裝在將成像器220連接至控制和接口電子設(shè)備620的柔性電路板618上。如圖6的后側(cè)透視圖所圖示，每對(duì)凹面鏡230和后側(cè)壁部分610的接口邊緣的中心結(jié)合了通常為光電二極管的光電檢測(cè)器（PD）640，其每個(gè)被定位并定向成檢測(cè)從成像器220發(fā)射到其相應(yīng)凹面鏡230的光。通常每個(gè)模塊中將使用三個(gè)光電二極管，一個(gè)用于發(fā)射的每個(gè)顏色的光。光電檢測(cè)器（PD）640的輸出連接至MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620并用作在接口電子設(shè)備元件620的硬件和軟件設(shè)計(jì)元件中實(shí)現(xiàn)的均勻性控制循環(huán)（以下討論中描述）的輸入。通常為大多數(shù)交通工具的儀表板亮度控制裝置的組成部分的環(huán)境光光電檢測(cè)器傳感器660的輸出也提供到MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620作為輸入。MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620結(jié)合了圖7框圖中圖示出的硬件和軟件設(shè)計(jì)功能元件，其包括MHUD接口功能710，控制功能720和均勻性循環(huán)功能730。MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620的MHUD接口功能710（通常在硬件和軟件的結(jié)合中實(shí)現(xiàn)）從交通工具的駕駛員輔助系統(tǒng)（DAS）接收?qǐng)D像輸入715并且將控制功能720提供的色彩和亮度校正735結(jié)合到圖像中，然后向MHUD組件210的成像器220提供圖像輸入744、745和746。盡管會(huì)向MHUD組件210的三個(gè)成像器220提供相同的圖像輸入715數(shù)據(jù)，但MHUD接口功能710基于從控制功能720接收的色彩和亮度校正735在其相應(yīng)的圖像輸入744、745和746處結(jié)合了每個(gè)成像器220特定的色彩和亮度校正。為了確?？缂涎巯?50的多個(gè)段255的色彩和亮度的均勻性，控制和接口電子設(shè)備620的均勻性循環(huán)功能730從MHUD組件210的每個(gè)模塊215的光電檢測(cè)器（PD）640接收輸入信號(hào)754、755和756，計(jì)算與MHUD組件210的每個(gè)模塊215相關(guān)聯(lián)的色彩和亮度，然后計(jì)算使跨集合眼箱250的多個(gè)段255的色彩和亮度變得更均勻所需要的色彩和亮度校正。這會(huì)在初始校正查找表的幫助下完成，當(dāng)MHUD組件210被最初組裝時(shí)，該查找表會(huì)在控制和接口電子設(shè)備620的存儲(chǔ)器中被執(zhí)行和存儲(chǔ)。然后，將由均勻性循環(huán)功能730計(jì)算的色彩和亮度校正提供到控制功能720，控制功能將這些校正與從環(huán)境光傳感器650接收的輸入和外部色彩和亮度調(diào)節(jié)輸入命令725相結(jié)合，以生成色彩和亮度校正735，在校正的圖像數(shù)據(jù)被作為圖像輸入744、745和746向成像器220提供之前，色彩和亮度校正735然后被MHUD接口功能710結(jié)合到圖像數(shù)據(jù)。將從環(huán)境光傳感器650接收的輸入結(jié)合到色彩和亮度校正中時(shí)，控制功能720會(huì)成比例于或相對(duì)于交通工具外部光亮度來調(diào)整平視顯示器虛擬圖像的亮度。注意，本文中使用的圖像數(shù)據(jù)意思是任何形式的圖像信息，無論是接收為平視顯示器的輸入，還是提供到成像器或以任何其他的形式。正如前面說明的，MHUD系統(tǒng)200的一個(gè)實(shí)施例使用具有比虛擬圖像260處最大HVS可分辨的分辨率更高的分辨率并且結(jié)合打算消除或顯著減少向成像器220數(shù)字地扭曲圖像輸入導(dǎo)致的光學(xué)失真和游泳效應(yīng)的成像器220。該實(shí)施例的MHUD系統(tǒng)200的MHUD組件210的MHUD接口功能710也會(huì)結(jié)合多個(gè)查找表，每個(gè)查找表結(jié)合識(shí)別預(yù)補(bǔ)償每個(gè)凹面鏡230的殘留光學(xué)失真所需要的數(shù)字圖像扭曲參數(shù)的數(shù)據(jù)。MHUD接口功能710使用這些參數(shù)以這樣的方式來扭曲每個(gè)成像器220的數(shù)字圖像輸入：每個(gè)成像器220的圖像數(shù)據(jù)輸入預(yù)補(bǔ)償其對(duì)應(yīng)的凹面鏡230殘留失真。MHUD接口功能710的查找表中結(jié)合的數(shù)字圖像扭曲參數(shù)將由MHUD組件210的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真預(yù)先生成，然后在MHUD接口功能710應(yīng)用了數(shù)字圖像扭曲預(yù)補(bǔ)償之后，用基于每個(gè)模塊215的殘留光學(xué)失真測(cè)量的光學(xué)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加強(qiáng)。然后，所產(chǎn)生的數(shù)字扭曲圖像數(shù)據(jù)與控制功能720提供的色彩和亮度校正735相結(jié)合，然后色彩和亮度校正的和失真預(yù)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)作為圖像輸入744、745和746提供給MHUD組件210的成像器220。利用MHUD系統(tǒng)200的該設(shè)計(jì)方法，凹面鏡230及其產(chǎn)生的游泳效應(yīng)導(dǎo)致的殘留光學(xué)失真會(huì)被顯著減小或一起消除，從而使得有可能實(shí)現(xiàn)無失真的MHUD系統(tǒng)200。如圖6的透視圖所圖示，MHUD組件210的頂部為玻璃罩430，其在交通工具儀表板頂面處將用作MHUD組件210的光學(xué)接口窗口，并且還將用作衰減日光紅外發(fā)射以防止成像器220處的日光熱負(fù)荷的濾波器。所使用的玻璃應(yīng)選擇為對(duì)感興趣的光的波長(zhǎng)也是基本透明的。MHUD組件210的設(shè)計(jì)方法利用了人類視覺系統(tǒng)（HVS）的特征，以簡(jiǎn)化MHUD組件210的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和組裝公差。首先，眼瞳直徑大約為5mm（白天3-5mm，晚上4-9mm），以及觀察虛擬圖像260時(shí)所產(chǎn)生的橫向敏銳度將允許MHUD組件210和凹面鏡230之間寬度可多達(dá)1mm的不易察覺的小間隙。其次，大約0.5度的眼角度差調(diào)節(jié)極限將允許MHUD組件210和凹面鏡230之間的能達(dá)到大約0.15度的小角度傾斜。這些傾斜和間隙容差為MHUD組件210和凹面鏡230提出了非常寬松的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)公差要求，并且因此實(shí)現(xiàn)了非常成本有效的用于MHUD組件210制造和組裝方法。通常在軟件中，可很容易地適應(yīng)任意其他的傾斜和/或?qū)?zhǔn)要求。圖8圖示了本發(fā)明MHUD系統(tǒng)200的新穎分割眼箱設(shè)計(jì)方法。圖8的圖示意圖示出MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250和虛擬圖像260之間的關(guān)系。圖8也圖示了MHUD系統(tǒng)200顯示的示例性對(duì)象，即虛擬圖像260上示出的箭頭。在MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)中，每個(gè)眼箱段255通常會(huì)被定位在其相應(yīng)模塊215的出瞳處。其結(jié)果是，在每個(gè)眼箱段255中呈現(xiàn)給觀察者眼睛的圖像信息應(yīng)處于角空間。因而，當(dāng)觀察者的頭部被定位在相應(yīng)眼箱段255的中央?yún)^(qū)域中時(shí)，在每個(gè)眼箱段255中分別呈現(xiàn)給觀察者的虛擬圖像260箭頭對(duì)象810通常將對(duì)觀察者完全可見，但是當(dāng)觀察者的頭部分別移動(dòng)到眼箱段255的右側(cè)或左側(cè)時(shí)，虛擬圖像260的箭頭對(duì)象810的尖端或尾端會(huì)逐漸發(fā)生漸暈（或淡出）。在MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)中，當(dāng)模塊215被一起集成到MHUD組件210中時(shí)，如圖6的透視圖中所示，會(huì)使模塊215的眼箱段255重疊（如圖8所圖示）以產(chǎn)生MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250。因而，通過形成多個(gè)模塊215的眼箱段255的出瞳區(qū)域的重疊形成MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250，從而使得在集合眼箱250中呈現(xiàn)給觀察者眼睛的圖像信息為在MHUD模塊215的合并角視場(chǎng)上延伸的虛擬圖像260的角度復(fù)用視圖。如圖8所圖示，虛擬圖像260的箭頭對(duì)象810在限定MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的眼箱段255的重疊區(qū)域中會(huì)變得完全可見（或可視），當(dāng)觀察者的頭部分別移動(dòng)到集合眼箱250周邊區(qū)域的右側(cè)或左側(cè)時(shí)，虛擬圖像260的箭頭對(duì)象810會(huì)逐漸發(fā)生漸暈（或淡出）。模塊215的各眼箱段255之間重疊的尺寸取決于其角度漸暈輪廓（profile）（圖8的820），并會(huì)確定MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的最終尺寸。后者被定義為集合眼箱250的區(qū)域邊界或尺寸，其中虛擬圖像260以希望的亮度均勻性完全可見（或可視）。圖8也圖示了跨模塊215的眼箱段255的總體重疊區(qū)域的MHUD組件210的所產(chǎn)生的角度漸暈輪廓屏蔽。如圖8所圖示，觀察者會(huì)感知到的虛擬圖像260的亮度會(huì)分別包括來自每個(gè)模塊215的亮度貢獻(xiàn)、和（左、中、右）。限定集合眼箱250的邊界的準(zhǔn)則將是眼箱段255的重疊的區(qū)域，其中跨選定區(qū)域的給定的閾值（例如，小于25%）內(nèi)的虛擬圖像260亮度是均勻的，即，，希望的均勻性閾值。利用用于限定集合眼箱250邊界的該準(zhǔn)則，以及圖8所圖示的模塊215的眼箱段255的重疊，跨虛擬圖像260所感知的亮度通常將包括來自各模塊215中的一個(gè)的至少50%的貢獻(xiàn)。這意味著由所陳述的準(zhǔn)則限定的集合眼箱250邊界內(nèi)的任何地方，每個(gè)模塊215會(huì)貢獻(xiàn)虛擬圖像260的感知亮度的至少50%。利用MHUD系統(tǒng)200的該設(shè)計(jì)方法，虛擬圖像260的希望的亮度均勻性會(huì)變成限定集合眼箱250的尺寸的準(zhǔn)則。圖8中使用均勻性閾值以產(chǎn)生120mm寬的集合眼箱250的設(shè)計(jì)示例中圖示了該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。如圖8的示圖所示，當(dāng)使用均勻性閾值時(shí)，將定義更寬大約25%（測(cè)得約為150mm）的集合眼箱250。如圖8所圖示，在延伸到MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的右側(cè)和左側(cè)之外的眼箱段區(qū)域中，當(dāng)觀察者的頭部分別移動(dòng)進(jìn)入這些區(qū)域時(shí)，虛擬圖像的箭頭對(duì)象810會(huì)逐漸發(fā)生漸暈或淡出。利用MHUD系統(tǒng)200的該設(shè)計(jì)方法，向如圖6所圖示的MHUD組件210的右側(cè)或左側(cè)添加模塊215會(huì)分別向右側(cè)或向左側(cè)延伸之前限定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則定義的MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的橫向?qū)挾龋渲刑摂M圖像260的箭頭對(duì)象810會(huì)以希望的亮度均勻性變得完全可見。當(dāng)向MHUD組件210添加另一排模塊215時(shí)，在正交方向會(huì)發(fā)生延伸集合眼箱250高度的類似效果。因此，利用本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的該模塊化設(shè)計(jì)方法，通過向MHUD組件210中添加更多的模塊215可實(shí)現(xiàn)具有任何設(shè)計(jì)所選擇的寬度和高度尺寸的任意尺寸的集合眼箱250。實(shí)質(zhì)上，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的分割出瞳模塊化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了使用多個(gè)QPI成像器220和凹面鏡230，每個(gè)都具有相對(duì)較小孔徑并且每個(gè)都實(shí)現(xiàn)較短光學(xué)追蹤軌跡長(zhǎng)度，以替代較大圖像源的長(zhǎng)很多的光程和現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)中使用的單個(gè)反射鏡。因此，相比使用較大單個(gè)圖像源和單個(gè)反射鏡以獲得相同尺寸眼箱的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的，MHUD模塊210的更小孔徑成像器220和凹面鏡230共同實(shí)現(xiàn)了基本上更小的體積方面。此外，通過使用適當(dāng)數(shù)量的模塊215基本設(shè)計(jì)元件，可調(diào)整MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250所達(dá)到的尺寸。相反，可使MHUD系統(tǒng)200的體積方面匹配交通工具儀表板區(qū)域中的可用體積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相比能夠適合相同可用體積的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)的更大尺寸的集合眼箱250。為了說明本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的體積優(yōu)點(diǎn)，圖6的透視圖示出了使用三個(gè)QPI成像器220和三個(gè)凹面鏡的MHUD組件210的設(shè)計(jì)尺寸，每個(gè)QPI成像器220具有6.4×3.6mm的光學(xué)孔徑尺寸，每個(gè)凹面鏡具有60×100mm的光學(xué)孔徑尺寸，以實(shí)現(xiàn)基于亮度均勻性閾值的大小為120×60mm的集合眼箱250?；趫D6所示的設(shè)計(jì)尺寸，MHUD組件210的總體積將大約為1350cc（1.35升）。為了比較，使用單個(gè)較大孔徑反射鏡和單個(gè)較大圖像源的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相同眼箱尺寸的總體積會(huì)超過5000cc（5升）。因此，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)方法會(huì)實(shí)現(xiàn)為現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)3.7倍以上體積上高效的（或更小的）HUD系統(tǒng)。為了使該體積優(yōu)點(diǎn)直觀化，圖9圖示了圖6所圖示的安裝在次緊湊型汽車儀表板中的MHUD組件210設(shè)計(jì)示例的體積。如圖9所圖示，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的體積高效設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)決不能適合的具有非常受限儀表板體積的汽車中的HUD能力的增加。圖10圖示了MHUD系統(tǒng)200的光線路徑。如圖10所圖示，以及如前面說明和圖2圖示出的那樣，包括MHUD組件210的三個(gè)QPI成像器220將各自生成相同分辨率（例如640×360像素）的相同圖像，以及三個(gè)圖像被其三個(gè)相應(yīng)的凹面鏡230反射后，會(huì)成角度地尋址前面描述的設(shè)計(jì)示例的總體120×60mm集合眼箱250，并跨前面描述的設(shè)計(jì)示例的125×225mm虛擬圖像260共同提供640×360空間分辨率。圖10圖示了在虛擬圖像260處生成10,000cd/m2亮度所需要的設(shè)計(jì)。利用大約20%的典型風(fēng)擋反射率和前面說明的集合眼箱250邊界限定準(zhǔn)則，三個(gè)QPI成像器220各自生成大約25,000cd/m2的亮度。保守估計(jì)，三個(gè)QPI成像器220加上MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620會(huì)共同地消耗大約2W以生成25,000cd/m2的亮度，其是現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)功耗的大約25%。參照?qǐng)D5中圖示出的MHUD系統(tǒng)200的性能，圖5的環(huán)繞能曲線示出了來自大小為180微米光學(xué)孔徑的凹面鏡230的準(zhǔn)直光束的幾何模糊半徑。利用圖6中圖示的具有72mm有效焦距的每個(gè)模塊215設(shè)計(jì)示例，圖5的環(huán)繞能曲線中指示的180微米模糊尺寸給與每個(gè)模塊215起源于成像器220的像素并由其對(duì)應(yīng)的凹面鏡230準(zhǔn)直的0.143度角度擴(kuò)散的光束。游泳效應(yīng)與根據(jù)像素的在總體光束寬度上0.143度角度擴(kuò)散相關(guān)聯(lián)，而分辨率（MTF）由眼瞳尺寸取樣的有效光束寬度決定。圖5的MTF曲線示出了針對(duì)具有4mm直徑的典型眼瞳孔徑所計(jì)算的每個(gè)模塊215的MTF。此角度擴(kuò)散角越小，虛擬圖像260處游泳半徑越小。對(duì)于距MHUD系統(tǒng)200的集合眼箱250的2.5m觀看的虛擬圖像260，針對(duì)MHUD系統(tǒng)200設(shè)計(jì)示例的對(duì)應(yīng)的游泳半徑將為6.2mm。使用單個(gè)反射鏡并且光學(xué)孔徑大小等于MHUD組件210設(shè)計(jì)示例全孔徑大小的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)會(huì)具有大約為模塊215的光學(xué)孔徑的2.4倍的光學(xué)孔徑。由于像差模糊尺寸正比于提高到三次冪的孔徑大?。▍⒖嘉墨I(xiàn)[18]），如果五階像差碰巧補(bǔ)償大的三階像差，光學(xué)孔徑大小等于MHUD組件210設(shè)計(jì)示例全孔徑大小的現(xiàn)有技術(shù)單個(gè)反射鏡HUD系統(tǒng)會(huì)具有大約14.3mm的對(duì)應(yīng)游泳半徑，這不可能通過設(shè)計(jì)有目的的實(shí)現(xiàn)，否則現(xiàn)有技術(shù)單個(gè)反射鏡HUD系統(tǒng)通常會(huì)具有大約39.7mm的對(duì)應(yīng)游泳半徑，這是MHUD系統(tǒng)200設(shè)計(jì)示例實(shí)現(xiàn)的游泳半徑的6.2x倍。也應(yīng)提到，利用前面描述的像差預(yù)補(bǔ)償方法，MHUD系統(tǒng)200游泳半徑可被顯著減小到該設(shè)計(jì)示例闡述的值以下或甚至一起被消除。圖10也圖示了包括日光負(fù)荷的MHUD系統(tǒng)200光線路徑。如圖10所圖示，照射到交通工具風(fēng)擋的日光的反向光路會(huì)到達(dá)可能導(dǎo)致虛擬圖像260中眩光的集合眼箱250區(qū)域。在本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200的設(shè)計(jì)中，可到達(dá)集合眼箱250的日光線的量相比現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)會(huì)少很多。首先，假定風(fēng)擋240光傳輸為80%，來自太陽(yáng)的光線會(huì)被風(fēng)擋240衰減到其亮度的至多80%。其次，傳輸通過風(fēng)擋240并被凹面鏡230中的一個(gè)朝著其對(duì)應(yīng)的成像器220反射的太陽(yáng)光線在其朝著凹面鏡230組件反射回之前，會(huì)被成像器220的光學(xué)孔徑上的抗反射（AR）涂層進(jìn)一步衰減到其亮度的至多5%。第三，該反向路徑日光當(dāng)其被風(fēng)擋240朝著結(jié)合眼箱250反射時(shí)，然后會(huì)進(jìn)一步被衰減到其亮度的至多20%。如前面所說明的，由于每個(gè)模塊215的成像器220和凹面鏡230貢獻(xiàn)虛擬圖像260亮度的至多50%，從被日光照射的模塊215反射的日光眩光在虛擬圖像260處會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步衰減50%。因此，基于該路徑衰減分析，將到達(dá)集合眼箱250的日光會(huì)被衰減到其亮度的至多0.4%（遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1%）。利用能夠在虛擬圖像260處生成多于10,000cd/m2的亮度和0.4%日光眩光的MHUD系統(tǒng)200，MHUD系統(tǒng)200能夠耐受多于250,000cd/m2的日光亮度，即相當(dāng)于大約28dB的統(tǒng)一眩光等級(jí)（UGR）（或眩光與圖像強(qiáng)度比）。值得一提的是，玻璃罩430是紅外吸收的，但是對(duì)本發(fā)明的平視顯示器中使用的波長(zhǎng)的光是透明的，以防止太陽(yáng)負(fù)荷熱被凹面鏡230組件匯聚回到成像器220。在上述實(shí)施例中，并排放置多個(gè)模塊，以提供重疊的眼箱段，從而提供比眼箱段255本身更寬的集合眼箱250。然而，如果需要的話，替代地或另外地，模塊可放置成使得模塊215的眼箱段也被堆疊成提供更高的集合眼箱250，所有模塊再次在交通工具前面相同位置處顯示相同的虛擬圖像。注意，提供更高集合眼箱250的堆疊一般不是模塊的堆疊，更確切地說，由于典型風(fēng)擋的斜率，通過簡(jiǎn)單地使用附加模塊儀表板的更大、基本水平的區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)眼箱段的堆疊。同樣，雖然前面闡述了“如圖2所示，從每個(gè)單個(gè)成像器和相關(guān)光學(xué)器件220發(fā)射的圖像被其相關(guān)的凹面鏡230準(zhǔn)直、放大和反射，然后被交通工具風(fēng)擋240部分地反射，以形成在位于交通工具的駕駛員（操作者）的標(biāo)稱頭部位置處的眼箱段255中可見的虛擬圖像260”，但在任一實(shí)施例中，凹面鏡實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)直程度必定是不夠理想的，并可有意設(shè)定成限制會(huì)在交通工具前面多遠(yuǎn)處形成虛擬圖像。在一些情況下，凹面鏡事實(shí)上可被有意設(shè)計(jì)成使準(zhǔn)直失真，以抵消任何下列像差源，風(fēng)擋曲率（若有的話）是最明顯的示例。如前面指出的，圖2（也參見圖6）中，在MHUD組件210的控制和接口電子設(shè)備620中可進(jìn)行離軸失真、和傾斜像差以及色彩和亮度校正。當(dāng)然，來自每個(gè)模塊215的每個(gè)圖像或圖像段的橫向位置校正也可在控制和接口電子設(shè)備620中（或機(jī)械地）進(jìn)行，使得不會(huì)顯示重影或重影部分。此外，應(yīng)注意，“亮度校正”至少具有兩個(gè)主要方面。首先和最明顯的是，模塊到模塊的亮度變化校正，使得來自不同模塊的圖像亮度（和色彩）也會(huì)一樣。然而，與此關(guān)聯(lián)的是圖像扭曲和其他因素可能會(huì)導(dǎo)致個(gè)別模塊中圖像部分在亮度上的變化的事實(shí)，因?yàn)橛捎谂で袼亻g距的變化可能會(huì)引起可見亮度像差。如果遇到這種情況，由于每個(gè)模塊中每個(gè)個(gè)別像素的亮度是個(gè)別可控的，如必要，在像素分離增加的區(qū)域可以局部地增加像素亮度，以及在像素分離減少的區(qū)域局部地減少像素亮度。最后應(yīng)注意的是，典型固態(tài)發(fā)射像素陣列成像器不是方形成像器，而通常是尺寸不等的矩形。因此，成像器定向的選擇也可提供可能在本發(fā)明的平視顯示器的設(shè)計(jì)中有用的附加變量。下面的表1呈現(xiàn)了本發(fā)明特定實(shí)施例的基于QPI成像器的MHUD系統(tǒng)200的顯著性能特征，說明了其相比于使用單個(gè)較大反射鏡和單個(gè)較大圖像源的現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)的性能優(yōu)點(diǎn)。如表1所示，本發(fā)明的分割出瞳MHUD系統(tǒng)在每個(gè)性能目錄中勝過現(xiàn)有技術(shù)HUD系統(tǒng)很多倍。另外，由于前面說明的其寬松的制造公差和較小尺寸的反射鏡，本發(fā)明的MHUD系統(tǒng)200預(yù)期會(huì)比具有可比較的眼箱尺寸的現(xiàn)有技術(shù)劃算得多。參數(shù)現(xiàn)有技術(shù)HUD*基于MHUD的QPI成像器色彩再現(xiàn)（NTSC比）80%140%可編程的虛擬圖像強(qiáng)度6,000cd/m2>10,000cd/m2對(duì)比率400:1>100,000:1功耗（成像器+驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備）>8W<2W相對(duì)尺寸（HUD組件）100%<25%像差引起的游泳效應(yīng)100%<16%*現(xiàn)有技術(shù)HUD基于使用高亮度LCD面板作為圖像源。表1：性能比較。因此，本發(fā)明具有多個(gè)方面，根據(jù)需要，該各方面可單獨(dú)實(shí)踐或在各種組合或子組合中實(shí)踐。雖然為了說明目的而非限制目的已在此處公開和描述了本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不偏離所附權(quán)利要求的完整廣度所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的各種改變。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3