全息平视显示器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月23日提交的韩国专利申请第10-2020-0091638号的优先权和权益，出于全部目的通过引用将其结合于此，如同本文所述。
技术领域
3.示例性实施例涉及全息平视显示器(hud)。更具体地，本公开涉及包括用于自补偿光源的波长变化的附加全息光学元件(hoe)的全息hud。


背景技术：

4.全息平视显示器(hud)可以包括全息光学元件(hoe)。
5.结合在挡风玻璃中作为车辆hud的元件的hoe膜包括预形成的干涉图案，该干涉图案被配置成对具有特定波长和特定入射角的入射光选择性地作出反应，从而获得期望的衍射。由于干涉图案被形成为针对入射光满足hoe膜的布拉格匹配条件，因此干涉图案能够在特定条件下高效地衍射光。
6.hoe是利用光的衍射特性的光学元件，并且可以在减小hud系统占用的体积的同时向驾驶员提供大面积的屏幕。由于hoe是对入射光的波长敏感的元件，因此激光光源主要用于全息hud。另外，即使在朝向hoe的光学路径保持不变的情况下，如果光的波长发生变化，则衍射光的发射角也会发生变化。当使用单个光源时，如果波长变化，则在驾驶员位置处看到的图像从最初的预期位置移动，如图1所示。如图2所示，典型的全息hud 10的构成包括生成要投影在hud上的图像的图像生成单元(pgu)100、第一反射镜200、第二反射镜300和hoe 400。如图2所示，在彩色全息hud的特定应用中，即使在相同的温度变化下，红色、绿色和蓝色(r/g/b)激光的相应波长也可能变化不同的量，并且从驾驶员位置处看到的图像发生颜色分离，这是因为各个彩色图像从预期位置偏离不同量。
7.当激光的波长由于温度变化而变化时，从对波长非常敏感的hoe 400反射的衍射光以与原始路径不同的角度发射。这使从驾驶员位置处看到的图像从其原始预期位置偏移。图2示出了随着激光波长变化，朝向驾驶员的光向光传播方向的右侧旋转的情况。
8.本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且不一定构成现有技术。在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因此，它可能包含不构成现有技术的信息。


技术实现要素：

9.根据本发明的一个方面，全息平视显示器(hud)包括：图像生成单元(pgu)，包括至少一个激光源，以生成要投影在hud上的光学图像；第一反射镜，反射来自pgu的光学图像；第二反射镜，反射由第一反射镜反射的光学图像；以及全息光学元件(hoe)，以第一衍射角衍射由第二反射镜反射的光学图像以在目标方向上提供输出光学图像。第一反射镜包括反射补偿hoe，以第二衍射角衍射来自pgu的光学图像，并且响应于来自pgu的光学图像的波长
的变化，反射补偿hoe被配置为以不同于第二衍射角的第三衍射角衍射来自pgu的光学图像，使得hoe在目标方向上提供输出光学图像。
10.第二反射镜可以包括自由表面、非球表面、平坦表面和凹表面中的任一者或组合。
11.来自pgu的光学图像可以沿着第一光学图像路径入射到反射补偿hoe，并且第二反射镜反射的光学图像可以沿着第二光学路径入射到hoe。第一光学图像路径和第二光学路径可以被配置为具有公共温度范围内的温度。
12.温度范围可以等于或小于10℃。
13.hoe可以被配置为内置在彩色全息hud中。反射补偿hoe和hoe可以基本上形成为相同的结构。
14.hoe可以包括第一弯曲表面，并且反射补偿hoe可以包括第二弯曲表面，该第二弯曲表面具有基于全息hud的光学系统结构确定的曲率。
15.响应于波长的变化，hoe可以被配置为以不同于第一衍射角的第四衍射角衍射由第二反射镜反射的光学图像，以在目标方向上提供输出光学图像。
16.根据本发明的另一方面，全息平视显示器(hud)包括：图像生成单元(pgu)，包括至少一个激光光源，以生成要投影在hud上的光学图像；第一反射镜，反射来自pgu的光学图像；第二反射镜，反射由第一反射镜反射的光学图像；全息光学元件(hoe)，以第一衍射角衍射由第二反射镜反射的光学图像以在目标方向上提供输出光学图像；以及透射补偿hoe，设置在pgu和第一反射镜之间，以第二衍射角衍射来自pgu的光学图像。响应于来自pgu的光学图像的波长的变化，透射补偿hoe被配置为以不同于第二衍射角的第三衍射角衍射来自pgu的光学图像，使得hoe在目标方向上提供输出光学图像。
17.第二反射镜可以包括自由表面、非球表面、平坦表面和凹表面中的任一者或组合。
18.来自pgu的光学图像可以沿着第一光学图像路径入射到透射补偿hoe，并且第二反射镜反射的光学图像可以沿着第二光学路径入射到hoe。第一光学图像路径和第二光学路径可以被配置为具有公共温度范围内的温度。
19.温度范围可以等于或小于10℃。
20.hoe可以被配置为内置在彩色全息hud中。透射补偿hoe在结构上可以与hoe基本相同。
21.hoe可以包括第一弯曲表面，第一反射镜可以包括第二弯曲表面，该第二弯曲表面具有基于全息hud的光学系统结构确定的曲率，并且透射补偿hoe可以包括基于第一反射镜和全息hud的光学系统结构确定的干涉图案。
22.响应于波长的变化，hoe可以被配置为以不同于第一衍射角的第四衍射角衍射由第二反射镜反射的光学图像，以在目标方向上提供输出光学图像。
23.应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
24.包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
25.图1示出当使用两种不同的彩色激光器并且两种不同的彩色激光器经受温度变化
时，由于光源的波长变化而导致的全息hud中的典型颜色分离。
26.图2示出典型的全息hud的概念。
27.图3示出根据本公开的至少一个实施例的使用反射式hoe的自补偿全息hud的概念。
28.图4示出根据本公开的另一实施例的还包括透射式hoe的自补偿全息hud的概念。
29.图5示出根据本公开的一些实施例的反射式hoe和透射式hoe的特性。
具体实施方式
30.在下文中，参考示出了本发明的实施例的附图来更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为受限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。附图中相同的附图标记表示相同的元件。
31.除非另有定义，否则应理解，说明书中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员所理解的含义相同的含义。此外，除非清楚地明确定义，否则通常不应理想地或过度地正式定义由字典定义的术语。将理解的是，出于本公开的目的，“x、y和z中的至少一个”可以被解释为仅x、仅y、仅z或两个以上项x、y和z的任意组合(例如，xyz，xyy，yz，zz)。除非有相反的具体描述，否则本文所描述的术语“包括”、“配置”、“具有”等将被理解为暗示包括所述组件，因此应解释为包括其他组件，而不排除任何其他元件。
32.在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
33.在一些实施例中，本公开致力于提供包括全息光学元件(hoe)的全息hud，被配置为即使在激光光源的波长由于温度变化而变化时也可以防止在驾驶员位置处看到的图像的颜色分离。
34.图3示出了根据本公开的至少一个实施例的使用反射式hoe的自补偿全息hud的概念。
35.如图3所示，与图2所示的全息hud 10相比，根据至少一个实施例的自补偿全息hud 20包括反射补偿hoe 210代替第一反射镜200。
36.自补偿全息hud 20包括第一反射镜200和第二反射镜300，根据光学系统设计，第一反射镜200和第二反射镜300可以具有不同的形状，例如自由表面、非球表面、平坦表面和凹表面中的一者或组合。
37.考虑到由于激光的波长变化而引起的衍射角的变化，根据至少一个实施例，反射补偿hoe 210被形成为使得全息hud 20具有能够整体进行自补偿的光学路径。当激光波长由于温度变化而变化时，来自反射补偿hoe210的衍射光以与温度变化之前的角度不同的角度发射。在示出的示例中，从反射补偿hoe 210发射的光在温度改变之后转向并移位到光传播方向的左侧。从反射补偿hoe 210发射的光从第二反射镜300反射并且以改变的入射角入射到hoe 400，使得无论温度如何变化，hoe 400可以在目标方向上(例如在朝向驾驶员的方向上)提供光。考虑到自补偿全息hud20的光学系统结构，可以设计反射补偿hoe 210的波长的衍射角特性。
38.图4示出根据本公开的另一实施例的还包括透射式hoe(全息光学元件)的自补偿全息hud的概念。
39.如图4所示，根据本公开的另一实施例的自补偿全息hud 30还包括在第一反射镜200与图像生成单元(pgu)100之间的透射补偿hoe 600。
40.考虑到由于激光的波长变化而引起的衍射角的变化，根据另一实施例，透射补偿hoe 600被形成为使得全息hud 30具有能够整体自补偿的光学路径。当激光波长由于温度变化而变化时，来自透射补偿hoe 600的衍射光以与温度变化之前的角度不同的角度发射。在示出的示例中，穿过透射补偿hoe 600而折射的光在温度改变之后转向并移动到光传播方向的右侧。从透射补偿hoe 600发射的光从第一反射镜200反射，然后从第二反射镜300反射，并以改变的入射角入射到hoe 400，因此无论温度如何变化，最终朝向驾驶员发射的光可以遵循恒定路径。考虑到自补偿全息hud 30的光学系统结构，可以设计透射补偿hoe 600的波长的衍射角特性。
41.图5示出根据本公开的一些实施例的反射补偿hoe和透射补偿hoe的特性。
42.hoe预形成有干涉图案，以对具有特定入射角和特定波长的入射光选择性地作出反应，从而获得期望的衍射。干涉图案被形为以满足hoe的布拉格匹配条件，使得在特定波长下以高衍射效率衍射光。
43.如图5的(a)所示，通过反射补偿hoe 210，光的衍射具有如等式1所示的关系。
44.λ＝2∧cos(θi+θ
tilt
)
ꢀꢀ
等式1
45.此处，λ是入射光的波长，λ是在hoe中形成的干涉图案的体积光栅周期，θi是光的入射角，θ
tilt
是衍射角，并且θ
out
是光的输出角。
46.体积光栅周期λ是在生产hoe期间预先选择的固定值。参照等式1，可以看出入射角θi是恒定的。因此，当入射光的波长λ随温度变化时，由于hoe的干涉图案而引起的衍射角θ
tilt
根据等式1的关系而变化。
47.如图5的(b)所示，透射补偿hoe 600生成具有如等式2的关系的光的衍射。当入射光的波长λ随着温度变化时，衍射角θ
tilt
将根据等式2的关系而变化。
48.大＝2∧sin(θi+θ
tilt
)
ꢀꢀ
等式2
49.根据一些实施例的反射补偿hoe 210或透射补偿hoe 600可以通过考虑结合有反射补偿hoe 210或透射补偿hoe 600的全息hud的光学系统结构，并使用等式1或等式2的关系，来设计和制造。
50.同时，本公开可以被实现为利用r/g/b(红色、绿色、蓝色)光源和堆叠有与各个颜色相对应的hoe膜的hoe的彩色全息hud。可替代地，本公开可以利用由具有两种颜色的叠加的两个干涉图案的单个hoe膜和单一颜色的hoe膜的堆叠形成的hoe。例如，可以通过rg/b、r/gb或rb/g的组合来配置用于彩色全息hud的hoe。可替代地，对于三种颜色，可以在一个hoe膜上叠加三个干涉图案。
51.当应用于彩色全息hud时，根据实施例的反射补偿hoe 210和透射补偿hoe 600可以形成为与hoe膜的构造相对应的结构。
52.另外，hoe 400可以被配置为具有弯曲表面，其中，反射补偿hoe 210优选地形成为弯曲表面，该弯曲表面由具有基于全息hud 20的光学系统结构确定的曲率。利用透射补偿hoe 600，第一反射镜200形成为弯曲表面，该弯曲表面具有基于全息hud 30的光学系统结构确定的曲率。透射补偿hoe 600可以被配置为具有基于第一反射镜200的结构和全息hud30的光学系统结构hud 30确定的干涉图案。
53.另一方面，根据至少一个实施例，自补偿全息hud利用成对布置的两个hoe(即，挡风玻璃中的hoe和补偿hoe)彼此对应。一对hoe，例如图3的一对反射补偿hoe 210和hoe 400、或图4的一对透射补偿hoe 600和hoe 400，被配置为使得即使由于温度变化导致入射到hoe的激光波长变化，相应变化的衍射角也彼此补偿以提供恒定的光学图像输出方向。期望布置在挡风玻璃中的hoe和补偿hoe具有相同的温度条件。在实际情况中，靠近挡风玻璃的温度和hud光学系统的温度可能会有所不同。但是，由于光学路径短，温度差的影响可以忽略不计。
54.优选地，根据至少一个实施例，在hoe 400和补偿hoe 210或补偿hoe 600之间的整个光学路径上保持温度均匀，以确保自补偿全息hud的质量。为此，根据实施例的自补偿全息hud 20和自补偿全息hud 30可以形成为使得hoe 400与补偿hoe 210或补偿hoe 600之间的区域具有用于允许空气对流的连通结构。可替代地，可以形成自补偿全息hud 20和自补偿全息hud 30以控制hud光学系统的内部温度，从而响应于朝向hoe 400的光学路径的区域温度，将设置有补偿hoe 210或补偿hoe600的区域的温度保持在预定范围内。可以实际控制hoe 400与补偿hoe210或补偿hoe 600之间的光学路径的温度，以将偏差保持在10℃以内，最好在5℃以内，从而改善根据实施例的补偿hoe 210或补偿hoe 600的自补偿的质量。
55.本公开的实施例可以通过包括被形成为对由于温度变化引起的光源的波长变化进行自补偿的附加hoe，来提供有能力的全息hud，从而避免需要结合单独的机构和控制单元来进行温度测量或补偿光源的波长变化，同时防止图像的颜色分离。
56.尽管已经出于说明性目的描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所要求保护的发明的思想和范围的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，为了简洁和清楚起见，已经描述了本公开的示例性实施例。本实施例的技术思想的范围不受图示的限制。因此，本领域的普通技术人员将理解，所要求保护的发明的范围不受上述明确描述的实施例的限制，而是由权利要求及其等同物限制。