波导平视显示器的校准的制作方法

1.本公开涉及平视显示器，并且更具体地涉及用于校准基于波导的全息平视显示器的系统和方法。


背景技术：

2.平视显示器(hud)在现代汽车中已经变得很普遍。hud将诸如速度和导航信息的有用信息投影到驾驶员的视野中。这避免了迫使驾驶员向下看、离开道路来读取汽车仪表板上的仪表。这减少了驾驶员的分心并使驾驶员的眼睛保持在道路上。
3.新的hud系统可以包括投影增强现实图像，例如最佳行进路径或导航箭头，以提供看起来在实际道路表面上的图像。不幸的是，具有这种能力的hud系统被设置成为“标称驾驶员”提供精确的放置。为了确保驾驶员在路面上的适当位置处看到这种投影图像，必须调整投影图像的位置以适应车辆的变化高度和驾驶员的眼睛相对于hud系统的变化竖直位置。
4.校准hud系统的传统方法包括：利用机器人臂将摄像机放置在车辆眼椭圆的中心，并将摄像机保持在适当位置。投影测试图像，并且利用缩放的目标进行孔径瞄准。在三个不同的高度(高、标称和低)处执行孔径瞄准过程。
5.因此，尽管当前的hud系统和方法实现了它们的预期目的，但是需要一种新的和改进的方法来校准hud系统，以确保驾驶员正确感知到虚拟图像在道路上的位置。


技术实现要素：

6.根据本公开的多个方面，校准汽车的平视显示器系统的方法包括：将与x-y平面对准的漫射器放置在车辆眼椭圆的中心点处；利用平视显示器系统将点图案投影到漫射器上；以及将投影点图案的位置与车辆眼椭圆的中心点进行比较以识别投影点图案相对于车辆眼椭圆的中心点的未对准。
7.根据另一方面，漫射器包括与车辆眼椭圆的中心点对准的至少一个基准图案。
8.根据另一方面，该方法还包括：在放置漫射器时使用摄像机以将至少一个基准图案与车辆眼椭圆的中心点对准。
9.根据另一方面，该方法还包括：使用摄像机以将投影点图案的位置与至少一个基准图案进行比较，以识别投影点图案相对于车辆眼椭圆的中心点的未对准。
10.根据另一方面，所述摄像机是驾驶员监视系统的摄像机。
11.根据另一方面，所述方法还包括：识别沿着y轴的水平未对准及识别沿着z轴的竖直未对准。
12.根据另一方面，该方法还包括：调整投影点图案以将投影点图案与至少一个基准图案和车辆眼椭圆对准。
13.根据另一方面，调整投影点图案还包括：微调从平视显示器系统的空间光调制器到瞳孔扩展器的激光入射角，以将投影点图案与至少一个基准图案和车辆眼椭圆对准。
14.根据另一方面，所述平视系统还包括控制器，所述控制器与所述摄像机通信并且适于控制所述空间光调制器和瞳孔扩展器，并且一旦利用所述摄像机识别出所述投影点图案的未对准，就自动地完成所述投影点图案的调整。
15.根据另一方面，一旦视觉上识别出投影点图案的未对准，就手动完成投影点图案的调整。
16.根据另一方面，该方法还包括：创建用于不同眼椭圆位置的调整参数的模型。
17.根据本公开的多个方面，平视显示器系统包括适于投影全息图像的全息图投影仪、空间光调制器、出射瞳孔复制器、适于定位在x-y平面内位于车辆眼椭圆的中心点处的漫射器、以及控制器，全息图投影仪适于将点图案投影到漫射器上，该控制器适于将投影点图案的位置与车辆眼椭圆的中心点进行比较以识别投影点图案相对于车辆眼椭圆的中心点的未对准。
18.根据另一方面，漫射器包括与车辆眼椭圆的中心点对准的至少一个基准图案。
19.根据另一方面，该系统还包括与控制器通信的摄像机，该摄像机适于识别至少一个基准图案相对于车辆眼椭圆的中心点的位置，以允许系统在定位漫射器时将至少一个基准图案与车辆眼椭圆的中心点对准。
20.根据另一方面，所述摄像机还适于识别所述投影点图案相对于所述至少一个基准图案的位置，以允许所述控制器将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，并且识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。
21.根据另一方面，控制器适于将投影点图案的位置与车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别沿y轴的水平未对准和沿z轴的竖直未对准。
22.根据另一方面，控制器还适于调整投影点图案以将投影点图案与至少一个基准图案和车辆眼椭圆对准。
23.根据另一方面，控制器适于微调从平视显示器系统的空间光调制器到瞳孔扩展器的激光入射角，以将投影点图案与至少一个基准图案和车辆眼椭圆对准。
24.根据另一方面，控制器适于：一旦利用摄像机识别出投影点图案的未对准就自动调整投影点图案，以及一旦视觉上识别出投影点图案的未对准就允许手动调整投影点图案。
25.根据另一方面，控制器适于编译用于不同眼椭圆位置的调整参数的模型。
26.本发明还可包括下列方案。
27.1. 一种校准用于汽车的平视显示器系统的方法，包括：将与x-y平面对准的漫射器放置在车辆眼椭圆的中心点处；利用所述平视显示器系统将点图案投影到所述漫射器上；以及将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。
28.2. 根据方案1所述的方法，其中，所述漫射器包括与所述车辆眼椭圆的中心点对准的至少一个基准图案。
29.3. 根据方案2所述的方法，还包括：在放置所述漫射器时使用摄像机以将所述至少一个基准图案与所述车辆眼椭圆的中心点对准。
30.4. 根据方案3所述的方法，还包括：使用所述摄像机以将所述投影点图案的位置
与所述至少一个基准图案进行比较，以识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。
31.5. 根据方案4所述的方法，其中，所述摄像机是驾驶员监视系统的摄像机。
32.6. 根据方案4所述的方法，还包括：识别沿着y轴的水平未对准以及识别沿着z轴的竖直未对准。
33.7. 根据方案6所述的方法，还包括：调整所述投影点图案，以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。
34.8. 根据方案7所述的方法，其中，调整所述投影点图案还包括：微调从所述平视显示器系统的空间光调制器到瞳孔扩展器的激光入射角，以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。
35.9. 根据方案8所述的方法，其中，所述平视系统还包括控制器，所述控制器与所述摄像机通信并且适于控制所述空间光调制器和瞳孔扩展器，并且一旦利用所述摄像机识别出所述投影点图案的未对准，就自动完成所述投影点图案的调整。
36.10. 根据方案8所述的方法，其中，一旦视觉上识别出所述投影点图案的未对准，就手动完成所述投影点图案的调整。
37.11. 根据方案8所述的方法，还包括：创建用于不同眼椭圆位置的调整参数的模型。
38.12. 一种平视显示器系统，包括：适于投影全息图像的全息图投影仪；至少一个空间光调制器；出射瞳孔复制器；漫射器，其适于定位在x-y平面内位于车辆眼椭圆的中心点处，所述全息图像投影器适于将点图案投影到所述漫射器上；以及控制器，所述控制器适于将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。
39.13. 根据方案12所述的系统，其中，所述漫射器包括与所述车辆眼椭圆的中心点对准的至少一个基准图案。
40.14. 根据方案13所述的系统，还包括摄像机，所述摄像机与所述控制器通信并且适于识别所述至少一个基准图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的位置，以允许所述系统在定位所述漫射器时将所述至少一个基准图案与所述车辆眼椭圆的中心点对准。
41.15. 根据方案14所述的系统，其中，所述摄像机还适于识别所述投影点图案相对于所述至少一个基准图案的位置，以允许所述控制器将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，并且识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。
42.16. 根据方案15所述的系统，其中，所述控制器适于将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别沿y轴的水平未对准和沿z轴的竖直未对准。
43.17. 根据方案16所述的系统，其中，所述控制器还适于调整所述投影点图案以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。
44.18. 根据方案17所述的系统，其中，所述控制器适于微调从所述平视显示器系统
的所述空间光调制器到所述瞳孔扩展器的激光入射角，以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。
45.19. 根据方案18所述的系统，其中，所述控制器适于执行以下中的一者：一旦利用所述摄像机识别出所述投影点图案的未对准，就自动调整所述投影点图案；以及一旦视觉上识别出所述投影点图案的未对准，就允许手动调整所述投影点图案。
46.20. 根据方案19所述的系统，其中所述控制器适于编译用于不同眼椭圆位置的调整参数的模型。
47.进一步的应用领域从本文提供的描述将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
48.本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
49.图1是根据示例性实施例的平视显示器系统的示意图；图2是眼盒和车辆眼椭圆的图形图示，其中眼盒与车辆眼椭圆的中心点对准；图3是眼盒和车辆眼椭圆的图形图示，其中眼盒与车辆眼椭圆的中心点未对准；图4是眼盒和投影到漫射器上的投影点阵列的图形图示，其中眼盒和阵列或投影点与车辆眼椭圆的中心点未对准；以及图5是表示根据本公开的示例性实施例的方法的流程图。
具体实施方式
50.以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。
51.参考图1，根据本公开的平视显示器(hud)系统10包括适于投影全息图像的全息图投影仪12。
52.在示例性实施例中，系统10包括出射瞳孔复制器14。全息图像被投影至出射瞳孔复制器14内，然后在出射瞳孔复制器14内部传播，并在向上投影至挡风玻璃16的内表面之前被多次提取。光线在出射瞳孔复制器14内多次的再循环使瞳孔扩展，因此观察者可从扩展的眼盒看到全息图像。除了扩展眼盒之外，出射瞳孔复制器14还放大从由激光器12、空间光调制器18和控制器20组成的全息图投影仪出来的原始投影图像。
53.空间光调制器18位于激光器12和出射瞳孔复制器14之间。空间光调制器18适于接收来自激光器12的光、衍射具有编码全息图像的激光、以及将所衍射的激光传递到出射瞳孔复制器14。控制器20与激光器12和空间光调制器18通信。
54.控制器20是非通用的电子控制装置，其具有预编程的数字计算机或处理器、用于存储诸如控制逻辑、软件应用、指令、计算机代码、数据、查找表等的数据的存储器或非瞬态计算机可读介质、以及收发器[或输入/输出端口]。计算机可读介质包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘驱动器、压缩盘(cd)、数字视频盘(dvd)或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读媒体排除传输暂时性电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括其中数据可以被永久存储的介质和其中数据可以被存储并且稍后被重写的介质，诸如可重
写光盘或可擦除存储器装置。计算机代码包括任何类型的程序代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。
[0055]
在汽车中，控制器20从汽车内的驾驶员监视系统的摄像机获得汽车驾驶员的眼睛的位置信息。驾驶员监视系统使用摄像机来识别驾驶员的面部特征，并向控制器20提供关于驾驶员眼睛的竖直位置的信息。
[0056]
激光器12、空间光调制器18和出射瞳孔复制器14适于将图像向上投影到汽车内的挡风玻璃16。投影图像从挡风玻璃的内表面反射到眼盒22。眼盒22是如下三维区域，汽车驾驶员可以在该三维区域内看到来自hud系统的整个投影图像。眼椭圆24是用于近似汽车内的驾驶员眼睛位置的分布的多元正态分布的三维图形描绘。眼椭圆24由两个三维椭圆表示，一个用于右眼，一个用于左眼。
[0057]
下视角(lda)是驾驶员的眼睛相对于投影到驾驶员的眼睛的虚拟图像定向所处的角度。虚拟图像距离(vid)是从驾驶员眼睛到驾驶员感知到的虚拟图像的距离。为了适应不同高度的驾驶员，lda和vid是可调整的，以确保由全息图投影仪12投影的图像在适当的位置被所有驾驶员感知到。
[0058]
在一些系统中，控制器20适于确定驾驶员眼睛的竖直位置从预定标称竖直位置变化的距离。基于驾驶员的眼睛高于或低于标称竖直位置所处的距离，空间光调制器18可以调整由全息图投影仪12投影的全息图像的lda。为了确保投影图像的精确定位，必须校准所述系统。
[0059]
参照图2，为了确保汽车的驾驶员能够正确地看到投影图像，投影图像的眼盒22必须与眼椭圆24适当对准。图2是图形图示，其中，眼椭圆24与眼盒22适当对准。如果眼盒22与眼椭圆24之间存在未对准，则投影图像可能对于驾驶员来说不是完全可见的，或者对于驾驶员来说可能看起来被不正确地定位。图3是图形图示，其中用于投影图像的眼盒22相对于眼椭圆24较低。通过眼盒22向下移动的距离26来测量所述未对准。
[0060]
再次参考图1，漫射器28适于定位在x-y平面内位于车辆眼椭圆24的中心点30处。参考图4，全息图投影仪12适于将点图案32投影到漫射器28上。漫射器28可以包括外边界框34，以指示眼睛盒22的轮廓。点图案32是二维点阵列36。全息图投影仪投影点图案32的图像，并且出射瞳孔复制器14将投影图像复制为二维点阵列，该二维点阵列具有与漫射器28和车辆眼椭圆24的中心点30在相同平面处的平面波阵面。控制器20适于将投影点图案32的位置与车辆眼椭圆24的中心点30进行比较，以识别投影点图案32相对于车辆眼椭圆24的中心点30的未对准。
[0061]
在示例性实施例中，漫射器28包括与车辆眼椭圆24的中心点30对准的至少一个基准图案38。该至少一个基准图案38旨在指示投影点图案32的位置。如图4所示，至少一个基准图案38包括网格，其提供单元出射瞳孔位置的指示。系统10包括与控制器20通信的摄像机40。摄像机40可以是来自驾驶员监视系统的摄像机，并且适于识别漫射器28的至少一个基准图案38相对于车辆眼椭圆24的中心点30的位置，以允许系统10在定位漫射器28时将至少一个基准图案38和漫射器28与车辆眼椭圆24的中心点30对准。
[0062]
在另一示例性实施例中，摄像机40还适于识别投影点图案32相对于至少一个基准图案38的位置，以允许控制器20将投影点图案32的位置与车辆眼椭圆24的中心点30进行比较，并且识别投影点图案32相对于车辆眼椭圆24的中心点30的未对准。未对准也可以由个
人通过视觉检查投影点图案32相对于车辆眼椭圆24的中心点30的位置来识别，如漫射器28上的至少一个基准图案38所指示的。如图4所示，正如图3所示，用于投影图像的眼盒22相对于车辆的眼椭圆24较低。在该示例中，未对准是沿着z轴42的，然而，控制器20适于将投影点图案32的位置与车辆的眼椭圆24的中心点30进行比较，以识别沿着y轴44的水平未对准和沿着y轴42的竖直未对准两者。
[0063]
一旦识别出未对准，控制器20还适于通过微调从平视显示器系统10的空间光调制器18到出射瞳孔扩展器14的激光入射角来调整投影点图案32以将投影点图案32与至少一个基准图案38和车辆眼椭圆24对准，从而将投影点图案32以及因此眼盒22与至少一个基准图案38和车辆眼椭圆24对准。通过调整来自空间光调制器18的投影图像的激光入射角，投影点图案32可以相对于漫射器28并且因此相对于车辆眼椭圆24上下移动或侧向移动。
[0064]
在一个示例性实施例中，控制器20适于：一旦利用摄像机40识别出投影点图案32的未对准，就自动调整投影点图案32，从而提供系统10的自动校准。在另一示例性实施例中，控制器20适于：一旦视觉上识别出投影点图案32的未对准，就允许手动调整投影点图案32。这将允许个人将系统10手动地微调到特定的校准规范或个人偏好。
[0065]
在另一示例性实施例中，控制器20适于编译用于不同眼椭圆24位置的调整参数的模型。因此，一旦驾驶员位于车辆内，车辆内的摄像机将识别该驾驶员的车辆眼椭圆24的位置，并且应用先前确定的校准调整以近似投影图像的适当校准。
[0066]
参考图5，校准汽车的平视显示器系统10的方法90包括，在框100开始，将与x-y平面对准的漫射器28放置在车辆眼椭圆24的中心点30处。在示例性实施例中，漫射器28包括与车辆眼椭圆24的中心点30对准的至少一个基准图案38，并且当放置漫射器28时，通过使用摄像机40以将至少一个基准图案38与车辆眼椭圆24的中心点30对准，漫射器28在车辆眼椭圆24的中心点30处与x-y平面对准。在另一示例性实施例中，摄像机40是驾驶员监视系统的摄像机。
[0067]
移动到框102，方法90包括利用平视显示器系统10的全息图投影仪12将点图案32投影到漫射器28上，并且移动到框104，将投影点图案32的位置与车辆眼椭圆24的中心点30进行比较以识别投影点图案32相对于车辆眼椭圆24的中心点30的未对准。在示例性实施例中，方法90包括使用摄像机40以将投影点图案32的位置与至少一个基准图案38进行比较，以识别投影点图案32相对于车辆眼椭圆24的中心点30的未对准。未对准可以包括沿着y轴44的水平未对准和沿着z轴42的竖直未对准。
[0068]
移至框106，方法90包括调整投影点图案32以将投影点图案32与至少一个基准图案38和车辆眼椭圆24对准。在一个示例性实施例中，调整投影点图案32还包括微调从平视显示器系统10的空间光调制器18到出射瞳孔扩展器14的激光入射角，以将投影点图案32与至少一个基准图案38和车辆眼椭圆24对准。
[0069]
移到框108，在一个示例性实施例中，平视系统10还包括与摄像机40通信的控制器20，并且控制器20适于控制空间光调制器18和出射瞳孔扩展器14，其中一旦利用摄像机40和控制器20识别出投影点图案32的未对准，则自动地完成投影点图案32的调整。替代地，移动到框110，在另一示例性实施例中，一旦视觉上识别出投影点图案32的未对准，就手动地完成投影点图案32的调整。
[0070]
移动到框112，在又一示例性实施例中，方法90还包括创建用于不同眼椭圆位置的
调整参数的模型。每次校准系统10时，控制器20就存储调整参数，以创建可被使用的调整参数的表。
[0071]
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的要旨的变化旨在落入本公开的范围内。这些变化不应被认为是偏离了本公开的精神和范围。

技术特征：
1.一种校准用于汽车的平视显示器系统的方法，包括：将与x-y平面对准的漫射器放置在车辆眼椭圆的中心点处；利用所述平视显示器系统将点图案投影到所述漫射器上；以及将所述投影点图案的位置与所述车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述漫射器包括与所述车辆眼椭圆的中心点对准的至少一个基准图案。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：在放置所述漫射器时使用摄像机以将所述至少一个基准图案与所述车辆眼椭圆的中心点对准。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：使用所述摄像机以将所述投影点图案的位置与所述至少一个基准图案进行比较，以识别所述投影点图案相对于所述车辆眼椭圆的中心点的未对准。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述摄像机是驾驶员监视系统的摄像机。6.根据权利要求4所述的方法，还包括：识别沿着y轴的水平未对准以及识别沿着z轴的竖直未对准。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：调整所述投影点图案，以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。8.根据权利要求7所述的方法，其中，调整所述投影点图案还包括：微调从所述平视显示器系统的空间光调制器到瞳孔扩展器的激光入射角，以将所述投影点图案与所述至少一个基准图案和所述车辆眼椭圆对准。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述平视系统还包括控制器，所述控制器与所述摄像机通信并且适于控制所述空间光调制器和瞳孔扩展器，并且一旦利用所述摄像机识别出所述投影点图案的未对准，就自动完成所述投影点图案的调整。10.根据权利要求8所述的方法，其中，一旦视觉上识别出所述投影点图案的未对准，就手动完成所述投影点图案的调整。

技术总结
一种平视显示器系统包括：全息图投影仪，其适于投影全息图像；空间光调制器；出射瞳孔复制器；漫射器，其适于定位在x-y平面内位于车辆眼椭圆的中心点处，全息图投影仪适于将点图案投影到漫射器上；以及控制器，其适于将投影点图案的位置与车辆眼椭圆的中心点进行比较，以识别投影点图案相对于车辆眼椭圆的中心点的未对准。的未对准。的未对准。


技术研发人员：K-H
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.20
技术公布日：2023/9/20