TW201925856A - 平視顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種顯示觀察者之視野內的資訊的平視顯示器裝置。本發明的平視顯示器裝置具有至少一個投影裝置、一個具有至少一個偏轉元件的偏轉裝置，照射在偏轉裝置上的光束會被偏轉、一個傳感器裝置、以及一個控制裝置。傳感器裝置的作用是收集至少一個照射在偏轉裝置上的試驗光束的測量值。控制裝置的作用是求出偏轉裝置產生的至少一個失真，以及實時求出至少一個修正訊號。

Description

平視顯示器

本發明涉及一種顯示觀察者之視野內的資訊的平視顯示器裝置，特別是一種能夠補償光程中的像差的平視顯示器裝置。此外，本發明還涉及一種在觀察者之視野內顯示資訊的方法。

投影器或投影裝置是一種產生二維資訊，並將其成像在一個投影面或屏幕上的顯示裝置。

但是也可以利用投影裝置產生及顯示虛像。例如，這種投影裝置可以作為平視顯示器安裝在汽車上，以便將內容或資訊載入汽車的真實環境中。將額外的資訊載入、顯示或疊加到人看到的自然影像或環境的作法也稱為擴增實境(Augmented Reality)。這些額外顯示的資訊，例如速度、溫度、標誌、警告、變換車道、輔助功能、導航功能、收音機功能，會被載入駕駛人的視野或視場範圍，而且不會對駕駛人操作汽車或其他的動作造成干擾。

此類虛擬資訊通常是顯示在與汽車駕駛人距離2m至3m的位置。

但是在觀察資訊時可能會出現識別誤差，此種識別誤差可能出現在產生資訊的時候。

例如，US 2016/0163108 A1揭示一種平視顯示器，此種平得顯示器利用雷達傳感器或光學雷達傳感器修正識別誤差，其中該等傳感器能夠測出汽車駕駛人的眼睛位置及一位於車外的物件的位置。然後計算出相應的修正參數，並修正及顯示外部物件資訊。

US 2013/0265622 A1同樣揭示一種平視顯示器。這種平視顯示器將一全息圖重建成為與虛擬圖像之觀察者在不同景深或不同距離處的虛擬圖像。這可透過在對全息圖編碼時，另外為圖像數據是提供可變的透鏡數據來達成。在此過程中是透過快速順序顯示不同景深的二維重建圖像產生偽三維顯示。

WO 2015/173558 A1揭示的平視顯示器具有一個顯示圖像用的擴散器。這個擴散器的表面形狀使汽車擋風玻璃的空間不規則彎曲造成的失真獲得靜態補償。因此這個擴散器是直接與擋風玻璃適配，或是只能用於一種特定的擋風玻璃。但是在汽車行駛期間無法對失真進行動態補償。

第1圖以示意方式顯示一種屬於先前技術的平視顯示器(HUD)，以用於說明平視顯示器的一般作用方式。例如，這種平視顯示器被應用在運輸工具或飛機上，其作用是將資訊顯示到運輸工具或飛機的操作者的視野中。這種平視顯示器的投影單元P包括一個光源、一個光調制器、以及一個成像元件(例如透鏡)。投影單元P發出的光線(黑色箭頭所示)在一擋風玻璃W上被反射朝一可視範圍V的方向前進。可視範圍V被定位在觀察者的至少一個眼睛的範圍。可以透過平視顯示器內一個相應的裝置達到可視範圍V對觀察者的正確定位。所顯示的虛擬資訊被載入一個空間區域，這個空間區域的範圍是從可視範圍V到擋風玻璃W並由此向外延伸。擋風玻璃W是透光的，因此觀察者能夠觀察到載入環境中的資訊或圖像。

另一種已知的平視顯示器在擋風玻璃上設有一個反射鏡元件。這個反射鏡元件可以是一個彎曲的反射鏡，其中光線在前上的入射角及出射角的數值是相同的。這個反射鏡元件也可以包含一個繞射光學元件(DOE)或全息光學元件(HOE)，其中光線在其上的入射角及出射角可以具有不同的數值。DOE或HOE可以使光程的設計及光線的入射角及出射角具有更大的自由度。

但是在平視顯示器(例如安裝在運輸工具上的平視顯示器)運轉時，由於受到外界的影響，可能導致擋風玻璃變形，或是在有使用反射鏡元件的情況下，可能導致反射鏡元件變形。如果反射鏡元件是設置在擋風玻璃上，或是直接整合到擋風玻璃內，則反射鏡元件的變形會改變反射鏡元件的位置或角度。例如，熱應力、行車時逆風造成的風壓、或是運輸工具的震動都可能導致擋風玻璃及/或反射鏡元件變形。

擋風玻璃及/或反射鏡元件的變形，以及反射鏡元件的位置或角度改變，都可能對平視顯示器的光程造成不利影響。這些變形會導致被擋風玻璃及/或反射鏡元件反射的波前或光束失真，使載入駕駛人視野的資訊被扭曲。另一種可能性是，由於擋風玻璃及/或反射鏡元件變形，使光線被偏轉到錯誤的方向，導致光線在擋風玻璃及/或反射鏡元件上反射後，沒有任何光線或只有部分光線進入可視範圍，並到達駕駛人的眼睛。造成駕駛人看不到所顯示的資訊，或是無法看到完整的資訊。

如果所使用的平視顯示器是一種以子全息圖編碼及追蹤可視範圍或觀察者視窗的原則為基礎的全息平視顯示器，則擋風玻璃及/或反射鏡元件的變形及反射鏡元件的位置或角度改變可能導致更嚴重的後果。例如，WO 2004/044659 A1有揭示子全息圖編碼及追蹤可視範圍的原則，本專利申請案包含這個專利的所有內容。這個原則的一個重點是將所使用之投影單元的光源成像在觀察者平面上。因此擋風玻璃及/或反射鏡元件的變形可能導致光源的成像被載入可視範圍時失真，以及未被偏轉的光線或因為使用相干光線產生資訊生成的其他繞射級被載入可視範圍時發生串擾。反射鏡元件的位置或角度改變也會導致光線在光程中的方向誤差。因此可能導致可視範圍無法被定位在駕駛人或觀察資訊者的眼睛。

在運輸工具的行駛過程中，擋風玻璃及/或反射鏡元件的變形也可能發生改變，也就是說，在運輸工具的行駛過程中，擋風玻璃及/或反射鏡元件可能出現不同的變形，這可能會對觀察者觀察載入其視野內的資訊造成重大的不利影響。

到目前為止，針對上述失真問題提出解決方案的先前技術的裝置都只能修正擋風玻璃及/或反射鏡元件的特定變形，但是無法解決平視顯示器運轉時，擋風玻璃及/或反射鏡元件可能出現不同變形的問題，這些變形都必須被修正或補償，才能以很高的精確度及很好的圖像品質向觀察者提供資訊。

本發明的目的是提出一種平視顯示器，這種平視顯示器能夠對擋風玻璃及/或反射鏡元件的變形及反射鏡元件的位置或角度改變作出反應，並實時補償因此而產生的失真。

採用具有申請專利範圍第1項之特徵的平視顯示器即可達到上述目的。

本發明的平視顯示器裝置除了能夠將所產生的資訊顯示於觀察者的視野外，還能夠補償各種失真現象，例如扭曲、慧形像差、散光、像場彎曲、球面變形、或顏色失真。本發明的平視顯示器裝置可以經由一般的二維投影或全息路徑產生要顯示或要提供的資訊。此外還能夠以二維或三維的方式將資訊顯示在視野內。

本發明的這種將資訊顯示在觀察者之視野內的平視顯示器裝置具有至少一個投影裝置、一個偏轉裝置、一個傳感器裝置、以及一個控制裝置。偏轉裝置具有至少一個偏轉元件，照射在偏轉裝置上的光束會被偏轉。傳感器裝置的作用是收集至少一個照射在偏轉裝置上的試驗光束的測量值。控制裝置的作用是求出偏轉裝置產生的至少一個失真，以及實時求出至少一個修正訊號。

在本發明的平視顯示器裝置中，偏轉裝置除了受到光線照射外，另外還被至少一個試驗光束照亮，其中偏轉裝置具有的至少一個偏轉元件可以是由運輸工具有擋風玻璃或部分反射元件(例如反射鏡元件)構成，其中照射到偏轉裝置的光線被偏轉裝置偏轉朝向觀察者，因此被稱為訊器光束。試驗光束被偏轉裝置偏轉朝向傳感器裝置，並被傳感器裝置偵測到。傳感器裝置會收集該至少一個試驗光束的測量值透過偵測波前及偵測該至少一個試驗光束的位置及方向，可以計算出波前的至少一個失真及光線的至少一個方向誤差。接著控制裝置就可以根據傳感器裝置的測量值計算及求出因偏轉裝置的變形產生的至少一個失真。在本發明中，所謂“失真”亦可理解為光線的方向誤差或角度誤差。根據求出的失真，可以求出至少一個修正訊器。求出失真及至少一個修正訊號的動作都是實時進行。

以這種方式可以實時(也就是在使用擋風玻璃及/或反射鏡元件時，或是平視顯示器裝置運轉時)求出及補償因擋風玻璃及/或反射鏡元件變形或反射鏡元件受到外界影響造成的至少一個失真。這樣就可以改善及提高要產生的資訊在觀察者的視野內的圖像品質。本發明的平視顯示器裝置的一個巨大的優點是可以應用於任何一種運輸工具。例如，本發明的平視顯示器裝置不論是應用於不同型式的汽車，或是應用於不同型式的飛機，都可以實時求出產生的失真，也可以實時補償這些失真。

附屬申請專利項目的內容為本發明的其他有利的實施方式及改良方式。

根據本發明的一種有利的實施方式，平視顯示器裝置具有至少一個調制裝置，其中該至少一個調制裝置的作用是根據至少一個修正訊號實時修正被朝觀察者的方向偏轉的訊號光束。

該至少一個失真能夠在至少一個調制裝置內被補償或修正。控制裝置將至少一個修正訊號傳輸到該至少一個可控制的調制裝置。可以控制調制裝置，使其根據修正訊號對至少一個投影裝置發出的至少一個訊號光束或多個訊號光束進行相應的修正，以使修正或補償偏轉裝置產生的至少一個失真。調制裝置係設置在光程上。對至少一個失真的補償可以實時進行。

以這種方式可以實時且連續的對至少一個失真進行偵測、計算及補償的工作，同時也可以實時且連續進行檢驗及必要時重新修正該至少一個修正訊號的回授循環。例如，可以實時根據當下的擋風玻璃及/或反射鏡元件變形進行失真補償。

根據本發明的另一種有利的實施方式，平視顯示器裝置具有投影裝置，其作用是利用至少一個修正訊號實時修正訊號光束，其中在進行投影裝置之全息圖的全息計算時，可以將該至少一個修正訊號考慮進去。

也可以透過全息計算補償至少一個失真。綦作法是將要計算出的全息圖在一空間光調制裝置內被編碼，其中該空間光調制裝置具有至少一個投影裝置。如果所使用的平視顯示器裝置是一種全息平視顯示器裝置，則這種作法特別有利，也就是將一個全息圖編碼到空間光調制裝置內，並透過這個全息圖產生要顯示在觀察者之視野內的資訊。這表示該至少一個失真可以受到調制裝置之外的補充補償，或只是在投影裝置的空間光調制裝置上的一個全息圖內被補償。此時該至少一個修正訊號會被傳送到投影裝置，並被納入全息計算。失真以這種方式被納入全息計算，並直接在投影裝置內被補償。

根據本發明的另一種有利的實施方式，偏轉裝置的至少一個偏轉元件可以是擋風玻璃。

訊號光束及至少一個試驗光束會在光線入射角等於光線出射角的條件下在擋風玻璃的空氣-玻璃交界面被偏轉。此處要注意的是，該至少一個試驗光束並不是以和訊號光束相同的角度照射到擋風玻璃上的相同位置。因此可以確保該至少一個試驗光束被偏轉到一個不同於訊號光束的偏轉方向。

因此運輸工具的擋風玻璃就是平視顯示器裝置的一個組成部分。但是擋風玻璃並不是一個固定的組成部分，因為平視顯示器裝置可應用於不同的運輸工具，因此對於擋風玻璃的型式並無特殊要求。

另一種可能性是，偏轉裝置的至少一個偏轉元件是一種設置在擋風玻璃上的部分透光的反射鏡元件。但是這種部分透光的反射鏡元件是平視顯示器裝置的一個固定的組成部分。

根據一種有利的實施方式，偏轉裝置的至少一個偏轉元件具有波長選擇性及/或角度選擇性。

該至少一個偏轉元件基本上僅偏轉一特定波長的光線及/或一特定入射角的光線，並讓其他波長的光線及/或其他入射角的光線不受偏轉的通過，或是僅將其他波長的光線及/或其他入射角的光線的極小一部分(小到可以忽略不計)偏轉。透過這種方式可以確保該至少一個試驗光束不會被該至少一個偏轉元件偏轉到觀察者的方向，而是被偏轉到另一個方向，而且在這個方向上偵測試驗光束不會對訊號光束及觀察者造成影響。

根據本發明，該至少一個偏轉元件可以是一種體積光柵或是一種設置在基板上的體積光柵。體積光柵具有波長選擇性及角度選擇性。這表示體積光柵僅偏轉一特定波長及特定入射角的光線。體積光柵具有布拉格平面，光線會在布拉格平面上被反射及受到特定的偏轉。例如，可以經由雙光束干涉將體積光柵寫入光化聚合物內。

例如一種可能的方式是，使用體積光柵(不論體積光柵是否設置在基板上均無差別)作為偏轉元件，以便將訊號光束偏轉到朝向觀察者的方向。但是該至少一個試驗光束不是被體積光柵偏轉，而是在擋風玻璃的空氣-玻璃交界面上在入射角等於出射角的條件下被偏轉。

反過來說，另一種當然存在的可能性是，使用體積光柵(不論體積光柵是否設置在基板上均無差別)作為偏轉元件，以便將該至少一個試驗光束偏轉到一個朝向傳感器裝置的預定方向。但是訊號光束不是被體積光柵偏轉，而是在擋風玻璃的空氣-玻璃交界面上在入射角等於出射角的條件下被偏轉。

一般而言，使用體積光柵能夠賦予光束的入射角及出射角很大的設計自由度。這是因為體積光柵屬於一種繞射光柵，因此光線的入射角及出射角可以是不一樣的。

根據本發明的一種有利的實施方式，偏轉裝置具有至少兩個偏轉元件。

偏轉裝置具有的至少兩個偏轉元件可以是體積光柵。一種可行的方式是，訊號光束僅被一個體積光柵偏轉，同時該至少一個試驗光束僅被一個未將訊號光束偏轉的體積光柵偏轉。因此該至少一個試驗光束僅朝向傳感器裝置，訊號光束僅朝向觀察者。體積光柵對於平視顯示器裝置從運輸工具外面穿過擋風玻璃照射在體積光柵的環境光是透明的，因此不會將環境光偏轉。

可以將體積光柵設置在基板上。可以將體積光柵設置在基本的兩個彼此分開的層上，也可以將體積光柵設置在一個共同的層上。這些體積光柵可以透過多路轉換被寫入光化聚合物層內。

另一種可能的方式是，該至少兩個偏轉元件中的一個偏轉元件是體積光柵，同時該至少兩個偏轉元件中的其他偏轉元件是反射鏡元件。

根據本發明的另一種有利的實施方式，該至少一個偏轉元件是由介電層形成的層堆疊所構成。由介電層形成的層堆疊可以反射訊號光束，其中光線的入射角及出射角的數值是一樣的。這種層堆疊可以具有波長選擇性，因此只有訊號光束會被反射及偏轉，該至少一個試驗光束則不會被反射及偏轉。該至少一個試驗光束可以在擋風玻璃的空氣-玻璃交界面上被反射。當然也可以是反過來，那就是層堆疊僅將該至少一個試驗光束反射及朝傳感器裝置的方向偏轉，但是層堆疊不會將訊號光束反射及偏轉。例如，在這種情況下，訊號光束可以在擋風玻璃的空氣-玻璃交界面上被反射。

根據本發明的另一種有利的實施方式，投影裝置具有一個包含至少一個光源的照明裝置、至少一個空間光調制裝置、以及一個光學系統。

透過這個投影裝置可以產生要向觀察者顯示的資訊。這可以用傳統的方式進行。但是也可以用全息方式產生資訊。這種產生資訊的方式是將一個全息圖編碼到空間光調制裝置內，其中這個全息圖可以是由複數個單一的子全息圖構成。接著透過主要是發出相干光線的至少一個光源及光學系統產生或重建在空間光調制裝置內被編碼為全息圖的資訊。該至少一個光源被成像在觀察者平面上，其中在這個觀察者平面會產生一個可視範圍。例如，可以經由全息圖的傅利葉轉換，或是透過空間光調制裝置的成像，產生這個可視範圍。這個可視範圍僅有數公厘大，而且必須位於觀察者眼睛所在的位置，以便觀察者可以透過這個可視範圍在他的視野中看到虛擬產生的運輸工具外面的資訊。當觀察者的眼睛移動時，以及觀察者本身移動時，這個可視範圍可以追蹤觀察者的眼睛。為了確保這個追蹤作用，需要偵測眼睛的位置，例如透過位置偵測系統偵測眼睛的位置。

根據本發明的一種有利的實施方式，投影裝置除了發出訊號光束外，也會發出至少一個試驗光束。這種實施方式的優點是只需一個裝置即可發出訊號光束及至少一個試驗光束。透過這種方式可以使平視顯示器裝置的構造更為緊密。

另一種有利的方式是，該至少一個調制裝置在光程上是位於該至少一個投影裝置及偏轉裝置之間，其中該至少一個調制裝置具有至少一個調制元件，其作用是根據所求出的至少一個修正訊號調制訊號光束。

根據本發明的一種的實施方式，可以透過控制裝置控制該至少一個調制裝置，其中控制裝置將至少一個修正訊號傳送到調制裝置。控制裝置控制該至少一個調制裝置，使投影裝置發出的訊號光束根據所求出的修正訊號被調制，以補償或修正偏轉裝置在訊號光束的波前產生的至少一個失真。

根據本發明的一種特別有利的方式，該至少一個調制裝置是一種具有液晶的相位調制器，其中可以透過局部電場控制液晶的定向。例如，為了補償至少一個失真，可以用相位調制器作為調制裝置。相位調制器具有一個位於兩個基板之間的液晶層，而且這個液晶層的液晶的定向是可以控制的。接上局部電場可以改變液晶的定向。可以控制相位調制器，以達到一個與修正訊號適配的液晶定向，這樣就可以使訊號光束的波前受到與修正訊號相應的調制。換句話說，這種相位調制器可以局部調制入射光線的相位及波前。以這種方式可以根據要修正的失真調制照射在該至少一個調制裝置上的訊號光束的波前。

根據本發明的另一種有利的實施方式，該至少一個調制裝置可以具有晶體光電管，其作用是按照電濕潤原理調制光線。電濕潤原理是以改變晶體光電管的形狀為基礎。其作法是接通電場改變液滴的表面電壓，以達到調制入射光線的目的。

一種特別有利的方式是將液晶置於光電管內，其中液晶光電管是以旋轉對稱的方式被設置在該至少一個調制裝置內。該至少一個調制裝置可以具 轉對稱、環形、或圓形配置的晶體光電管。液晶或晶體光電管的這種配置方式對於修正旋轉對稱的失真(球形失真，亦稱為孔徑誤差)特別有利。

此外，根據本發明的另一種有利的實施方式，該至少一個調制裝置是一種反射式調制裝置，而且較佳是一種MEMS調制裝置。可以使用一種衝程及翻轉角度可局部控制的微反射鏡，以調制至少一個訊號光束的波前。

當然也可以用一種已知的液晶顯示器作為調制裝置。

根據本發明的另一種有利的實施方式，傳感器裝置位於觀察者的視野之外。這種實施方式的優點是觀察者在觀察視野內的資訊時，不會受到傳感器裝置的干擾。

根據本發明的另一種有利的實施方式，傳感器裝置是按照Shack-Hartmann傳感器的原理工作，或是作為一個偵測該至少一個試驗光束用的照相機。

傳感器裝置的作用是求出或測量該至少一個試驗光束的波前及方向。例如，傳感器裝置可以是一種按照Shack-Hartmann原理工作的波前傳感器裝置，利用其測得的數據可以計算出試驗光束之波前的失真及傾斜角。根據另一種實施方式，傳感器裝置也可以是一種照相機，尤其是具有影像感測晶片的照相機，其作用是偵測該至少一個試驗光束的位置及尺寸，並根據測得的數據計算出試驗光束的波前及入射方向。

傳感器裝置也可以用於測量偏轉裝置的熱負荷及/或機械負荷。在這種情況下，傳感器裝置測量偏轉裝置的溫度及/或機械應力。接著透過利用數值表或數據組的計算，使控制裝置可以根據求得的測量值確定偏轉裝置的至少一個失真的至少一個當前的數值。

另一種可能的方式是利用一個光圖案投影系統在偏轉裝置上或偏轉裝置的範圍產生一個光圖案。

光圖案投影系統在偏轉裝置上產生一個條紋圖案或格柵圖案。換句話說就是利用光圖案投影係系統將條紋狀或格柵狀的光圖案投影在偏轉裝置上。照相機系統或照相機拍下光圖案的形狀(也就是條紋或格柵形狀)，然後由控制裝置根據拍下的形狀與光圖案的額定形狀的偏差計算出偏轉裝置的至少一個失真。

根據傳感器裝置的另一種變化方式或補充方式，為了求出偏轉裝置產生的失真，可以在偏轉裝置上設置一個標記，並可利用照相機找出這個標記的位置。

例如，也可以在偏轉裝置上設置一個標記，並利用這個標記求出所產生的失真。為達到這個目的，可以利用一個照相系統求出標記的各個位置。從標記的各個位置與事先定義的標記額定位置的偏差，可以計算出偏轉裝置的至少一個失真。

根本發明的另一種有利的實施方式，該至少一個試驗光束具有一不同於訊號光束的波長。

如果偏轉裝置具有至少兩個體積光柵，則這種試驗光束之波長不同於訊號光束之波長的實施方式具有特殊的優點。例如，在這種情況下，可以使該至少一個試驗光束僅被兩個體積光柵中的一個體積光柵偏轉，訊號光束則被不會將試驗光束偏轉的其他體積光柵偏轉。如果要顯示彩色的資訊，則應為訊號光束的每一種顏色設置一個體積光柵。各個體積光柵可以分別寫入不同的層內。另一種可能的方式是透過多路轉換將所有的體積光柵寫入唯一的一個層內。

例如，一種特別有利的方式是，該至少一個試驗光柵的波長位於紅外線波長範圍內，同時訊號光束的波長位於可見光的波長範圍內。以這種方式可以使該至少一個試驗光束的方向朝向傳感器裝置，以及使訊號光束的方向朝向觀察者。

此外，本發明的另一種有利的實施方式是另外設置一個投影裝置，這個投影裝置是作為試驗投影裝置，其作用是發出至少一個試驗光束。

在這種實施方式中，該至少一個試驗光束並非由發出訊號光束的投影裝置發出，而是由作為試驗投影裝置的另一個投影裝置發出，而且這個試驗投影裝置的作用僅是發出該至少一個試驗光束。這個試驗投影光束與發出訊號光束的投影裝置無關，因此其構造相當簡單，因為其作用僅是發出該至少一個試驗光束。這表示該至少一個試驗光束是在一個獨立的投影裝置內產生，因此能夠以比必須發出訊號光束及該至少一個試驗光束的投影裝置較低的成本及較簡單的構造製造出僅需發出訊號光束的投影裝置。

這種實施方式是有利的，因為該至少一個試驗光束及至少一個訊號光束在偏轉裝置上的入射角不同，因此偏轉裝置可以用簡單的方式將這些光束偏轉到不同的方向。

本發明的另一種有利的實施方式是另外設置一個調制裝置，這個調制裝置在光程上位於另一個投影裝置及偏轉裝置之間。這另外一個調制裝置可以於檢驗偏轉裝置產生的至少一個失真的補償情況。在利用控制裝置求出該至少一個失真及至少一個修正訊號後，在根據修正訊號調制訊號光束之前，可以先將修正訊號傳送到另一個調制裝置。這另外一個調制裝置會根據收到的修正訊號調制另一個試驗光束。這個經過調制的試驗光束照射到偏轉裝置，並被朝傳感器裝置的方向偏轉。傳感器裝置收集這個試驗光束的測量值，然後由控制裝置求出在這個試驗光束的波前內是否還存在至少一個失真。如果已經沒有任何失真，就會將求出的修正訊號傳送到該至少一個調制裝置，也就是傳送到與發出訊號光束的投影裝置連接的調制裝置，這樣就可以用該至少一個修正訊號修正該至少一個訊號光束。如果經檢驗及利用控制裝置求出失真後發現，仍存在至少一個失真，則會根據存在的失真重新求出該至少一個修正訊號。接著可以將這個修正訊號傳送到與試驗投影裝置連接的另一個調制裝置，以重新接受檢驗，例如一種可能的情況是該至少一個失真的值仍然過高。如果重新求出的失真的值是可以忽略的，則可以將該至少一個修正訊號傳送到該至少一個調制裝置，以便以訊號光束進行調制。

這個檢驗過程同樣可以實時進行。

本發明的一種有利的實施方式是在觀察者的眼睛所在的觀察者平面上產生一個虛擬可視範圍，觀察者可透過這個虛擬可視範圍看到視野內顯示的資訊。

如果要顯示的資訊是以全息方式產生，則可以在觀察者平面上產生一虛擬可視範圍。這個虛擬可視範圍的尺寸可以小於、大於、或差不多等於觀察者眼睛瞳孔的尺寸，例如可視筗圍的水平長度大約是在2mm至10mm之間。可視範圍的垂直長度可以是在大約2mm至10mm之間。

如果資訊不是以全息方式產生，而是以立體方式或純的二維方式產生，則可視範圍像一個“眼眶”，其尺寸大約為200mm x 100mm。

本發明的平視顯示器裝置較佳是一種全息平視顯示器裝置，也就是說可以用全息方式產生要顯示的資訊。

此外，為了達到本發明的目的，本發明還提出一種如申請專利範圍第30項所述在觀察者的視野內顯示資訊的方法。

本發明提出的在觀察者的視野內顯示資訊的方法使用至少一個投影裝置、一個具有至少一個偏轉元件的偏轉裝置、一個傳感器裝置、以及一個控制裝置。傳感器裝置會收集投影裝置發出並照射到偏轉裝置的至少一個試驗光束的測量值。控制裝置可求出偏轉裝置產生的至少一個失真，並根據求得的失真實時確定至少一個修正訊號。朝觀察者的方向前進的光束被該至少一個修正訊號調制，然後照射到偏轉裝置，並被作為訊號光束偏轉到觀察者的方向。

根據本發明的一種有利的實施方式，該至少一個修正訊號經由至少一個調制裝置被加到投影裝置發出的每一個訊號光束，並按照一個被要求的訊號光束實時調制訊號光束，然後由偏轉裝置將訊號光束偏轉到觀察的方向。根據一種變化方式或補充方式，在進行全息圖計算時就可以將該至少一個修正訊號考慮進行，也就是納入全息圖的計算。

一種特別有利的方式是利用眼睛位置傳感器系統追蹤觀察者在觀察者平面上的眼睛位置，其中利用控制裝置求出偏轉裝置的至少一個失真，並為觀察者的眼睛位置實時確定至少一個修正訊號。

有不同的可能性能夠以有利的方式實現本發明的學理及/或將以上描述的有利的實施方式或構造彼此組合在一起。本發明提出的附屬申請專利項目的內容詳列這些可能性，另一方面將在以下配合圖式及各種有利的實施例及構造方式說明這些可能性。但是以下的實施例僅是用於說明本發明的原理，並不會對本發明的範圍有任何限制。

此處要簡短說明的是，在所有的圖式中，相同的元件/組件/構件均以相同的元件符號標示。

平視顯示器裝置被機被安裝在汽車或飛機上，其作用是將資訊以圖像資訊的形式直直投影到觀察者或駕駛人的視野。

第2圖顯示本發明之平視顯示器裝置的一種實施方式。設置於汽車或飛機之內部空間，並將光線投影的平視顯示器裝置。具有一個投影裝置2及一個光學系統，其中投影裝置2具有包含至少一個光源的照明裝置及至少一個空間光調制裝置。為了使圖面易於閱讀，光學系統並未在圖式中被詳細繪出。空間光調制裝置的作用是根據一個顯示在空間光調制裝置上的要產生的資訊調制從光源發出的光線。從投影裝置2發出的光線被投影在作為投影面的偏轉裝置3上，因而使空間光調制裝置的成像作為虛擬資訊被顯示在位於汽車或飛機內的觀察者4的眼睛內。偏轉裝置3具有至少一個偏轉元件，偏轉裝置3是反射式的，而且是平視顯示器裝置的一個組成部分。資訊能夠以已知的二維方式被產生，並未顯示於觀察者4的視野內。在第2圖中，偏轉裝置3的至少一個偏轉元件是汽車或飛機的擋風玻璃。

但是也可以將一個全息圖編碼到投影裝置的空間光調制裝置內，以便以全息方式產生要顯示的資訊。在這種情況下，照明裝置的至少一個光源需能夠發出足夠的相干光線，例如以雷射或LED(發光二極體)發出相干光線，以便利用被編碼到空間光調制裝置內的全息圖調制入射光線的振幅及相位，這樣就可以用全息方式產生要顯示於觀察者4的視野內的資訊。可以用二維或三維的方式產生及顯示這些資訊。

本發明的平視顯示器裝置可以實時補償或修正偏轉裝置3產生的失真，其中偏轉裝置發出的光束將會含有這些失真。為此投影裝置2會產生至少一個試驗光束TB，其中試驗光束具有與同樣是由投影裝置2產生並應承載要顯示之資訊的訊號光束SB相同的特性。透過試驗光束TB可以收集及求出偏轉裝置3因為外界或內部影響(例如溫度變化、壓力、振動或其他類似因素)產生的失真。第2圖中的試驗光束TB被引導到反射系統5，其作用是將試驗光束TB朝偏轉裝置3的方向偏轉，並照射到偏轉裝置3。在這個過程中，試驗光束TB會經歷或接收存在於這個區域的失真，並被偏轉裝置3朝傳感器裝置6的方向偏轉。為了能夠正確測量失真，很重要的一點是試驗光束TB照射到偏轉裝置3上的位置必須就是承載資訊的訊號光束SB應照射而偏轉裝置3上的位置。因為只有這樣才能夠在必要時以一正確求得的修正訊號光束，以便正確顯示資訊。從第2圖可以看出，試驗光束TB在偏轉裝置3上是以一個不同於訊號光束SB的角度被反射，因此試驗光束TB能夠朝傳感器裝置6的方向前進，而不是像訊號光束SB一樣朝觀察者4的方向被偏轉。第2圖中的點狀虛線代表將試驗光束TB圍住的邊界光束，這表示試驗光束TB全部照射到傳感器裝置6。傳感器裝置6設置在觀察者4的視野之外，例如可以設置在汽車的車頂或飛機的座艙內。傳感器裝置6偵測及測量入射波前及試驗光束TB的方向。例如，傳感器裝置6可以是一種按照Shack-Hartmann原理工作的波前傳感器裝置，利用其測得的數據可以計算出試驗光束之入射波前的失真及傾斜角。根據傳感器裝置6的另一種實施方式，傳感器裝置也可以是一種照相機，尤其是具有影像感測晶片的照相機，其中影像晶片的作用是偵測入射試驗光束的位置及尺寸，並根據測得的數據計算出試驗光束的波前及入射方向。

接著控制裝置7利用以這種方式收集到的試驗光束TB的測量值計算出經由試驗光束求出的試驗光束之波前的至少一個失真，其中該至少一個失真應包含光線的方向誤差。如前面所述，偏轉裝置3的變形及偏轉裝置3相對於投影裝置2的位置及角度的改變，都可能產生失真。此外，控制裝置7可以實時求出至少一個修正訊號，接著利用該至少一個修正訊號調制承載要向觀察者顯示的資訊的訊號光束，以顯示沒有成像誤差的資訊。

此外，平視顯示器裝置還具有一個與控制裝置7耦合或連接的調制裝置8。在光線傳播方向上，調制裝置8在光程上位於投影裝置2之後。控制裝置7將求得的至少一個修正訊號傳送到調制裝置8。接著控制裝置7控制調制裝置8，使投影裝置2發出的波前及承載要向觀察者顯示之資訊的訊號光束受到該至少一個修正訊號的調制，以補償波前的失真及訊號光束所含的光線方向誤差。為了調制至少一個訊號光束SB，調制裝置8可以具有至少一個調制元件。

例如，調制裝置8可以是一種相位調制器。相位調制器可以含有液晶，而且可以透過局部電場控制液晶的定向。因此可以局部調制至少一個訊號光束及至少一個試驗光束的相位及波前。另一種實施方式的調制裝置8具有晶體光電管，其作用是按照電濕潤原理調制光線。調制裝置8也可以是一種反射性調制裝置，例如透過微排列成矩陣的微透鏡使調制裝置可以反射光線，其中可以對該等微透鏡的角度及衝程進行局部控制。換句話說，調制裝置8可以是一種MEMS系統裝置(微電機系統)，其可以透過調整反射元件的角度及/或衝程調制光線或訊號光束的波前的相位及/或振幅。

在利用至少一個試驗光束求出偏轉裝置3產生的至少一個失真及依此求出的修正訊號之後，投影裝置2可以發出至少一個經過要顯示的資訊調制過的訊號光束SB。這個經過調制的訊號光束SB照射到調制裝置8，並在必要時受到至少一個修正訊號的調制，以補償偏轉裝置產生的失真。從第2圖可以看出，接著這個經過調制及修正的訊號光束SB以一個在虛線標示的角度範圍內的角度照射在偏轉裝置3上。可以在平視顯示器裝置內設置一個反射光學系統，其作用是反射訊號光束，使其朝偏轉裝置3的方向前進，這樣做可以使平視顯示器裝置的構造變得更緊密。為了使圖面易於閱讀，第2圖至第4圖並未繪出這種反射光學系統。訊號光束SB在偏轉裝置3上被反射到觀察者4，並在該處產生一個可視範圍V，觀察者4可以在這個可視範圍內看到資訊。投影裝置2搭配光學系統產生一個虛像，觀察者4可以透過可視範圍V看到這個虛像。可視範圍V被定位在觀察者4 的至少一個眼睛的範圍內。觀察者4可以從這個尺寸大約200mm x 150mm的範圍觀察在其視野(例如略高於汽車引擎蓋上方的範圍)內顯示的資訊。

按照第2圖的方式製成的全息平視顯示器裝置也可以產生一個可視範圍V。這個可視範圍V是由在空間光調制裝置內編碼的全息圖的傅利葉轉換所形成，其尺寸大約是在2mm至15mm之間。由於這個可視範圍相當小，因此在觀察者移動到新的位置時，可以追蹤到這個可視範圍。

第3圖顯示本發明的平視顯示器裝置的另一個實施例。雖然第3圖的平視顯示器裝的構造相當於第2圖的平視顯示器裝置的構造。但是第3圖的平視顯示器裝置與第2圖的平視顯示器裝置有很大的差異。在第3圖的平視顯示器裝置中，擋風玻璃29不再是光學系統的重要組成部分，因此基本上不再是作為如第2圖中的偏轉裝置的偏轉元件。第3圖中的偏轉裝置23是設置在擋風玻璃29的範圍。較佳是將偏轉裝置23直接設置在汽車或飛機的擋風玻璃29上。在某些特定的情況下，甚至可以將偏轉裝置23至少部分整合到擋風玻璃29內，以達到節省空間及使結構更為穩固的目的。

在第3圖中，投影裝置20同樣會發出至少一個試驗光束TB及至少一個訊號光束SB。但是試驗光束TB並不是如第2圖被作為偏轉裝置的擋風玻璃29反射，而是被作為平視顯示器裝置本身的組成構件的偏轉裝置23反射。試驗光束26被朝傳感器裝置26的方向反射，傳感器裝置26能夠偵測偏轉裝置23產生的至少一個失真，並測出測量值。傳感器裝置26也不是設置在要觀察顯示之資訊的觀察者24的視野內。接著控制裝置27求出試驗光束TB的至少一個失真，並求出至少一個修正訊號。控制裝置27將這個修正訊號傳送到調制裝置28，因此調制裝置28可以利用修正訊號調制投影裝置2發出的至少一個訊號光束SB，並修正訊號光束SB的波前。偵測試驗光束SB、求出至少一個失真、求出至少一個修正訊號、以及補償至少一個失真的過程和第2圖描述的過程是一樣的。

在該至少一個失真獲得補償後，投影裝置2發出的至少一個訊號光束SB會穿過調制裝置28到達偏轉裝置23，並被偏轉裝置23反射到可視範圍V。在第3圖中，可視範圍V也是被定位在觀察者的至少一個眼睛的範圍。

為了使第3圖中同樣是由發出至少一個訊號光束SB的投影裝置20發出的試驗光束TB不是被偏轉裝置23偏轉到觀察者的方向，而是被偏轉裝置23偏轉裝置23偏轉到傳感器裝置26的方向，偏轉裝置23應具有相應的實施方式。第4圖顯示偏轉裝置23的一個可能的實施例。偏轉裝置23具有部分反射性，並具有至少一個偏轉元件。偏轉裝置23的偏轉元件具有一個基板S及兩個設置在基板上的體積光柵VG1及VG2。體積光柵具有布拉格平面，入射光線在布拉平面上被反射。例如，可以利用雙光束干涉將布拉格平面寫入光化聚合物內。光化繞射玻璃或特殊摻雜的塑膠，例如Y. Gritsai et al. “Dye-doped PQ-PMMA phase holographic materials for DFB lasing”, Journal of Optics, 16描述的PMMA塑膠，可作為容置體積光柵的層。由於體積光柵具有波長選擇性及角度選擇性，因此只會將具有一特定波長及一特定入射角的光線偏轉，並讓其他波長及/或其他入射角的光線不受偏轉的通過。換句話說，體積光柵可以將特定波長的光線偏轉一特定角度。為了使偏轉裝置能夠用於不同的波長，例如可用於以彩色顯示資訊，可以在同一層內為不同的波長分別寫入一個光柵。例如，可以為藍光波長、紅光波長、綠光波長在同一層內分別寫入一個體積光柵。每一個體積光柵都可以為相同的入射角及相同的繞射角被寫入，因此體積光柵為其被寫入的波長的光線會被繞射到相同的方向。另一種可能的方式是，也可以將用於不同波長的布拉格平面寫入一個共同的光化聚合物層。

在第4圖的實施例中，偏轉裝置具有兩個偏轉元件，也就是體積光柵VG1及VG2，其中試驗光束TB僅被體積光柵VG1偏轉，訊號光束SB被體積光柵VG2偏轉。之所以能夠如此是因為試驗光束TB的波長不同於訊號光束SB。例如，一種可能性是試驗光束SB的波長位於紅外線光譜範圍，或試驗光束TB是以一位於紅外線光譜範圍的波長被發出，而訊號光束SB的波長位於可見光的光譜範圍，或訊號光束SB是以一位於可見光的光譜範圍的波長被發出。在這種情況下，偏轉裝置將試驗光束TB偏轉到傳感器裝置26，以及將訊號光束SB偏轉到可視範圍V。體積光束VG1及VG2對穿過擋風玻璃29進汽車內的環境光是透明的，因此環境光不會被偏轉。在另一種實施方式中，無需先將體積光束VG1及VG2設置在基板S上，而是直接設置在擋風玻璃29上，或是整合到擋風玻璃29內。

偏轉裝置還有其他的實施方式。例如，可以用一個由介電層構成的層堆疊取代第4圖中的體積光柵VG2，其作用是將訊號光束SB反射。訊號光束的入射角及出射角的數值是相同的。這種介電層堆疊可以具有波長選擇性，因此只有訊號光束SB會被反射，試驗光束TB不會被反射。當然也可以將這種實施方式反過來，也就是說，可以用一個由介電層構成的層堆疊取代體積光柵VG1，其作用是將試驗光束TB反射，但是不會將訊號光束SB反射。

如前面所述，可以將兩個體積光束VG1及VG2寫入唯一的一個層內。也就是說不必將兩個體積光束VG1及VG2分別設置在基板S上的不同的層內。可以將兩個體積光束VG1及VG2設置在基板上的一個共同的層內，例如可以透過多路轉換被寫入一個光化聚合物層內。

兩個體積光束VG1及VG2使偏轉裝置的設計具有很大的自由度。這是因為體積光柵VG1及VG2不是一種反射鏡元件，而是一種繞射光柵，因此光線的入射角及出射角可以是不一樣的。

另一種可能性是以一個一般的反射鏡元件作為偏轉裝置內的偏轉元件，而不使用體積光柵VG1及/或體積光柵VG2。這種情況是以光線在汽車擋風玻璃上的空氣-玻璃交界面上發生反射取代在體積光柵上發生繞射。例如，可以不使用體積光柵VG1，而是使試驗光束TB在入射角等於出射角的條件下在汽車擋風玻璃上的空氣-玻璃交界面上被反射。另一種可能性是不使用體積光柵VG2，而是使訊號光束SB在入射角等於出射角的條件下在汽車擋風玻璃上的空氣-玻璃交界面上被反射。

此外，也可以不使用體積光柵作為偏轉裝置內的偏轉元件，而是使試驗光束及訊號光束在入射角等於出射角的條件下在汽車擋風玻璃上的空氣-玻璃交界面上被反射。但是在這種情況下，應加設一個投影裝置，其作用是發出至少一個試驗光束，同時這個加設的投影裝置應設置在平視顯示器裝置內一個不同於發出至少一個訊號光束之投影裝置的位置，以使試驗光束被反射或偏轉到傳感器裝置，以及使訊號光束被反射或偏轉到可視範圍。

第5圖的平視顯示器裝置具有兩個投影裝置，其作用是發出至少一個試驗光束及至少一個訊號光束。從圖式中可看到兩個投影裝置40、50。如第2圖及第3圖所述，投影裝置40發出至少一個由要顯示的資訊調制過的訊號光束。投影裝置50發出至少一個試驗光束，投影裝置50是作為試驗投影裝置，因此以下的說明稱投影裝置50為試驗投影裝置。在第5圖的平視顯示器裝置具有一個設置在擋風玻璃49所在範圍的偏轉裝置43。較佳是將偏轉裝置43直接設置在汽車或運輸工具的擋風玻璃上49。在某些特定的情況下可以將偏轉裝置43至少部分整合到擋風玻璃49內，以達到節省空間及使結構更為穩固的目的。

試驗投影裝置50發出至少一個試驗光束TB，以求出偏轉裝置43產生的至少一個失真，並使試驗光束TB照射到偏轉裝置43。接著試驗光束TB被偏轉裝置43(在第5圖中是作為平視顯示器裝置本身的一個組成構件)偏轉到傳感器裝置46的方向，傳感器裝置46的作用是偵測該至少一個失真及求出測量值。傳感器裝置46並非設置在要觀察顯示之資訊的觀察者44的視野內。接著控制裝置47會求出試驗光束TB的至少一個失真，並求出至少一個修正訊號。控制裝47將求出的修正訊號傳送到介面52。從第5圖可以看出，在光線傳播方向上，在試驗投影裝置50的後面設有另一個調制裝置51。接收到至少一個修正訊號的介面52是設置在調制裝置48及另一個調制裝置51之間，其中調制裝置48隸屬於發出至少一個訊號光束的投影裝置40，另一個調制裝置51之間隸屬於試驗投影裝置50。另一個調制裝置51可以檢驗所求出的至少一個修正訊號是否有補償存在於投影裝置40發出的至少一個訊號光束的波前內的至少一個失真。為此該至少一個訊號光束會從介面被傳送到另一個調制裝置51，並調制試驗投影裝置50發出的試驗光束TB。這個調制過的試驗光束TB照射到偏轉裝置43，並被偏轉到傳感器裝置46。如果傳感器裝置46及控制裝置47有收集到並計算出一個與額定光束的偏差，則傳感器裝置46會求出入射的試驗光束TB的測量值，再由控制裝置47根據這些測量值計算出一個仍可能存在的失真及另一個修正訊號。這個修正訊號的檢驗可以一再進行，直到這個修正訊號達到所要求的值為止。當修正訊號達到所求要的值，控制裝置47及介面52就會將修正訊號傳送到調制裝置48，投影裝置40發出的至少一個訊號光束SB就會被修正訊號調制，並相應修正訊號光束SB的波前。偵測試驗訊號TB、求出至少一個失真、求出至少一個修正訊號、以及補償至少一個失真等過程基本上都與第2圖描述的過程相同。

在該至少一個失真獲得補償後，投影裝置40發出的至少一個訊號光束SB會穿過調制裝置48到達偏轉裝置43，並被偏轉裝置43反射到觀察者44的至少一個眼睛所在的可視範圍V，並將所產生的資訊顯示在觀察者44的視野內。

並不是一定需要設置另一個調制裝置51。在偵測到傳感器裝置46內的至少一個試驗光束TB，並求出控制裝置47內的至少一個修正訊號後，也可以僅將該至少一個修正訊號傳送到調制裝置48。在這種情況下，不會檢驗該至少一個修正訊號是否對該至少一個失真進行足夠的補償。由於這種實施方式的平視顯示器裝置具有較少的組成構件，因此成本較低。

設置一個獨立於投影裝置40之外的試驗投影裝置50，其作用僅是發出至少一個試驗光束，這樣就不必僅靠一個投影裝置分別發出試驗光束及訊號光束。這表示由於試驗光束及訊號光束是以不同的入射角照射到偏轉裝置，因此偏轉裝置比較容易將這兩種光束偏轉到不同的方向。

本發明之平視顯示裝置還有的其他實施例。以下將說明及描述這些實施例。

第2圖至第5圖的平視顯示器裝置發出至少一個試驗光束及設有一個傳感器裝置，其作用是在運輸工具的擋風玻璃範圍或擋風玻璃本身的範圍偵測出偏轉裝置產生的失真。但是也可以在本發明的平視顯示器裝置內使用其他的測量原理及傳感器，以取代或補充第2圖至第5圖的中的傳感器裝置。

例如，為了偵測至少一個失真，可以使用溫度傳感器。溫度傳感器傳通常是測量偏轉裝置的溫度，以及與其連接的固定件或其他組件的溫度。根據溫度傳感器的測量值可以求出偏轉裝置的變形，以及計算出至少一個失真，或是從數值表的數據組讀出至少一個失真。也可以使用機械式傳感器偵測偏轉裝置的機械應力。接著控制裝置可以利用數值表或先前定義的數據組，從所求得的測量值計算出偏轉裝置的至少一個失真當下的值。

此外，也可以使用一個光圖案投影系統。光圖案投影系統可以在偏轉裝置上或偏轉裝置的範圍產生一個光圖案，以求出至少一個失真。條紋狀或格柵狀的光圖案被投影在偏轉裝置上或偏轉裝置的範圍。一個照相機拍下光圖案的形狀(也就是條紋或格柵形狀)，然後根據光圖案的形狀與光圖案的額定形狀的偏差計算出偏轉裝置的至少一個失真。

另種可能的方式是在偏轉裝置上設置一個標記，並利用這個標記求出偏轉裝置產生的至少一個失真。為達到這個目的，可以利用一個照相系統找到及測量標記的位置。從標記的位置與標記的額定位置的偏差，可以計算出偏轉裝置的至少一個失真。

接著控制裝置可以求出至少一個修正訊號，不論該至少一個失真是利用第2圖至第5圖的傳感器裝置及/或溫度傳感器及/或光圖案投影系統及/或偏轉裝置上的標記求出。

根據第2圖至第5圖，該求出的至少一個失真是在調制裝置內獲得補償或修正。以下描述的補償或修正偏轉裝置產生的至少一個失真的方式可以取代或補充在調制裝置內獲得補償或修正的方式。

例如，可以在全息圖計算時就已經對至少一個失真進行補償，但前提是本發明的平視顯示裝置是一種全息平視顯示裝置，並將一個全息圖編碼到投影裝置的空間光調制裝置內。這樣就可以取代或補充調制裝置，使至少一個失真直接在空間光調制裝置上的經過編碼的全息圖內被補償。也就是說，該至少一個失真在全息圖計算時會被保留，並在投影裝置內就已經被補償。在一個全息平視顯示器裝置內，也可以利用至少一個調制裝置補償至少一個失真，或另外在全息圖計算中利用至少一個調制裝置對該至少一個失真進行補充補償。

另一種可能性是，直接在一個二維圖像或立體圖像內補償該至少一個失真。

此外，在補償至少一個失真時，也可以把觀察者的眼睛位置考慮進去。說得更精確些就是在補償至少一個失真時，將眼睛位置傳感器系統能夠追蹤到的觀察者的眼睛位置考慮進去。接著就在局部對當下的眼睛位置的至少一個失真進行補償。這種補償至少一個失真的方式能夠達到比不考慮觀察者的眼睛位置的全面補償方式更好的補償效果。

此外，補償偏轉裝置產生的至少一個失真對照明光程及成像光程都會造成影響。對照明光程的影響是可以優化觀察者平面上的可視範圍的位置、形狀及尺寸。對成像光程的影響是可以優化顯示資訊的成像品質，例如改善成像的失真程度及提高顯示資訊的解析度。這些改善情況主要是指全息平視顯示器裝置。

除以上所述之外，還有其他可能的實施方式或實施例的組合方式。在本文結束之前，此處要再次強調的是，以上描述的實施例只是用於說明本發明主張的學理，但是本發明主張的學理並不受上述實施例的限制。

例如，至少一個調制裝置可以具有特殊的構造或設計。例如，該至少一個調制裝置可以具有環形或圓形配置的晶體光電管，以修正轉對稱的失真，例如球形失真。

P‧‧‧投影單元

SB‧‧‧訊號光束

TB‧‧‧試驗光束

V‧‧‧可視範圍

VG1、VG2‧‧‧體積光柵

W、29、49‧‧‧擋風玻璃

2、20、40‧‧‧投影裝置

3、23、43‧‧‧偏轉裝置

4、24、44‧‧‧觀察者

5‧‧‧反射系統

6、46‧‧‧傳感器裝置

7、27、47‧‧‧控制裝置

8、28、48、51‧‧‧調制裝置

26‧‧‧試驗光束

50‧‧‧試驗投影裝置

52‧‧‧介面

第1圖：先前技術之平視顯示器的原理圖。 第2圖：本發明之平視顯示器裝置的原理圖。 第3圖：本發明之平視顯示器裝置的第2種實施方式的原理圖。 第4圖：本發明之平視顯示器裝置的第3種實施方式的原理圖。 第5圖：本發明之偏轉裝置的原理圖。

Claims (32)

1. 平視顯示器裝置，其作用是將資訊顯示在觀察者之視野內，具有 -- 至少一個投影裝置， -- 一個具有至少一個偏轉元件的偏轉裝置，照射在偏轉裝置上的光束會被偏轉， -- 一個傳感器裝置，其作用是收集至少一個照射在偏轉裝置上的試驗光束的測量值，以及 -- 一個控制裝置，其作用是求出偏轉裝置產生的至少一個失真，以及實時求出至少一個修正訊號。
2. 如申請專利範圍第1項的平視顯示器裝置，其特徵為：具有至少一個調制裝置，其中該至少一個調制裝置的作用是根據至少一個修正訊號實時修正被朝觀察者的方向偏轉的訊號光束。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項的平視顯示器裝置，其特徵為：具有投影裝置，其作用是利用至少一個修正訊號實時修正訊號光束，其中在進行投影裝置之全息圖的全息計算時，可以將該至少一個修正訊號考慮進去。
4. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：偏轉裝置的至少一個偏轉元件是擋風玻璃。
5. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：偏轉裝置的至少一個偏轉元件具有波長選擇性及/或角度選擇性。
6. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個偏轉元件是一種體積光柵或是一種設置在基板上的體積光柵。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：偏轉裝置具有至少兩個偏轉元件。
8. 如申請專利範圍第7項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少兩個偏轉元件是體積光柵。
9. 如申請專利範圍第7項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少兩個偏轉元件中的一個偏轉元件是體積光柵，同時該至少兩個偏轉元件中的其他偏轉元件是反射鏡元件。
10. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個偏轉元件是由介電層形成的層堆疊所構成。
11. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：投影裝置具有一個包含至少一個光源的照明裝置、至少一個空間光調制裝置、以及一個光學系統。
12. 如申請專利範圍第11項的平視顯示器裝置，其特徵為：將一個全圖圖編碼到空間光調制裝置內。
13. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：投影裝置能夠發出訊號光束及至少一個試驗光束。
14. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個調制裝置在光程上是位於該至少一個投影裝置及偏轉裝置之間，其中該至少一個調制裝置具有至少一個調制元件，其作用是根據所求出的至少一個修正訊號調制訊號光束。
15. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：可以透過控制裝置控制該至少一個調制裝置，其中控制裝置將至少一個修正訊號傳送到調制裝置。
16. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個調制裝置是一種具有液晶的相位調制器，其中可以透過局部電場控制液晶的定向。
17. 如申請專利範圍第16項的平視顯示器裝置，其特徵為：液晶位於光電管內，其中液晶光電管是以旋轉對稱的方式被設置在該至少一個調制裝置內。
18. 如申請專利範圍第1項至第15項中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個調制裝置是一種反射式調制裝置，而且較佳是一種MEMS調制裝置。
19. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：傳感器裝置位於觀察者的視野之外。
20. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：傳感器裝置是按照Shack-Hartmann傳感器的原理工作，或是作為一個偵測該至少一個試驗光束用的照相機。
21. 如申請專利範圍第1項至第19項中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：傳感器裝置的作用是測量偏轉裝置的熱負荷及/或機械負荷。
22. 如申請專利範圍第1項至第19項中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：具有一個光圖案投影系統，其作用是在偏轉裝置上或偏轉裝置的範圍產生一個光圖案。
23. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：在偏轉裝置上設置一個標記，並可利用照相機找出這個標記的位置。
24. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個試驗光束具有一不同於訊號光束的波長。
25. 如申請專利範圍第24項的平視顯示器裝置，其特徵為：該至少一個試驗光柵的波長位於紅外線波長範圍內，同時訊號光束的波長位於可見光的波長範圍內。
26. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：另外設置一個投影裝置，這個投影裝置是作為試驗投影裝置，其作用是發出至少一個試驗光束。
27. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：另外設置一個調制裝置，這個調制裝置在光程上位於另一個投影裝置及偏轉裝置之間。
28. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：在觀察者的眼睛所在的觀察者平面上產生一個虛擬可視範圍，觀察者可透過這個虛擬可視範圍看到視野內顯示的資訊。
29. 如前述申請專利範圍中任一項的平視顯示器裝置，其特徵為：平視顯示器裝置是一種全息平視顯示器裝置，也就是可以用全息方式產生要顯示的資訊。
30. 一種在觀察者的視野內顯示資訊的方法，此種方法使用至少一個投影裝置、一個偏轉裝置、一個傳感器裝置、以及一個控制裝置，其中傳感器裝置會收集投影裝置發出並照射到偏轉裝置的至少一個試驗光束的測量值，其中控制裝置可求出偏轉裝置產生的至少一個失真，並根據求得的失真實時確定至少一個修正訊號，其中朝觀察者的方向前進的光束被該至少一個修正訊號調制，然後照射到偏轉裝置，並被作為訊號光束偏轉到觀察者的方向。
31. 如申請專利範圍第30項的方法，其特徵為：該至少一個修正訊號經由至少一個調制裝置被加到投影裝置發出的每一個訊號光束，並按照一個被要求的訊號光束實時調制訊號光束，然後由偏轉裝置將訊號光束偏轉到觀察的方向。
32. 如申請專利範圍第30項或第31項的方法，其特徵為：利用眼睛位置傳感器系統追蹤觀察者在觀察者平面上的眼睛位置，其中利用控制裝置求出偏轉裝置的至少一個失真，並為觀察者的眼睛位置實時確定至少一個修正訊號。