一种紧凑且大视场角抬头显示系统的制作方法

1.本实用新型属于光学显示技术领域，尤其涉及一种紧凑且大视场角抬头显示系统。

背景技术：

2.抬头显示（head updisplayhud）被已经被广泛的应用于汽车，轮船，飞机等方面。其特点是把显示的内容叠加在外界的世界上，使得驾驶员在驾驶时同时看到外界道路的情况和显示的信息。驾驶员在看显示信息的时候不用低头，大大的提高了驾驶安全性能以及驾驶的舒适性。目前汽车抬头显示主要的实现方式，是利用高亮度微型显示器和若干传统的透镜或反射镜来实现的。现有的抬头显示系统中，所有这些光学器件都要被安放在汽车仪表台底下。为了实现大的视场角（fov），最后一面透镜需要相当大的孔径，导致抬头显示系统体积庞大。体积巨大限制了抬头显示的应用，只有在少数高端，大型的车辆上使用。
3.现在急需一种结构简单、体积小、成本低的抬头显示系统。

技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术中的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种新的小体积的紧凑且大视场角抬头显示系统。
5.本实用新型所公开的一种抬头显示系统，它包括1）一个微型显示芯片；2）距该显示芯片一定距离的一个透明光学元件。该光学元件进一步包含了一个半反半透层，相位调制层，以及一个相位补偿层。该相位调制层对上述微显示芯片的光做控制，反射到人眼，使得光线在远处成为一个虚像；上述半反半透层还允许真实世界的一部分光穿过。显示的内容会被叠加到外界的真实世界上，不影响驾驶员的正常驾驶。
6.一种实现的方案为：该相位调制层上设有该半反半透层，从该微显示芯片发出光直接进入半反半透层，或通过上述辅助光学成像系统的光后进入该半反半透层；经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，一方面反射到人眼中，另一方面该相位调制产生一个相对于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像；该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线达到没有相位调制之功效，以无干扰的进入到人眼中。
7.紧凑且大视场角抬头显示系统还可以包括：3）位于微型显示芯片和该透明元件中间的辅助光学成像系统。
8.所述微型显示芯片，可以是 lcos、 lcd、 dlp、oled、 micro-led 等常用的微型显示器技术。该微型显示芯片，产生一个高亮度，小型的显示图像。在lcos，lcd,dlp等显示技术中，该微型显示芯片还包括与之相关的光源照明模组。在led,micro-led、 oled等自发光显示芯片中，可以去掉光源显示模组，达到更小的体积。
9.上述光学元件进一步包含了一个相位调制层，半反半透层，以及一个相位补偿层。该相位调制层结合半反半透层，对上述微显示芯片发出的且通过上述辅助光学成像系统的
光做特定的控制，反射到人眼中，使得光线在远处成为一个虚像。所述半反半透层，使得一部分真实世界的光透过。所以一个虚拟的显示和真实世界叠加在一起，不影响驾驶员的正常驾驶。
10.在本实用新型的第一个实施例中，该相位调制面是一个全息结构。该全息结构可以用计算全息方法或者用两束激光相干记录的方法产生。该全息结构的设计要求是对上述微显示芯片通过该全息结构成一个虚像。
11.在本创明的另外的一个实施例中，该相位调制面可以是一个菲涅尔透镜，所谓菲涅尔透镜是保留一个透镜的面形，形状去掉透镜中对光线不起作用的平行平板部分，使得一个有一定厚度的透镜变成一个薄板，同时又保留透镜原有的功能。菲涅尔透镜的面型可以来源于球面，非球面，或者自由曲面，或者全息图。在设计过程中，用各种光学仿真软件，设计出球面，非球面和自由曲面，然后利用本行业工光学工程师所知道的方式，把这些有一定矢高的曲面做成菲涅耳透镜的形状。该相位调制面上还镀有半反半透层，从上述微显示芯片发出且通过上述辅助光学成像系统的光，经该半反半透镜的反射之后，就产生特定的相位调制，一方面会反射到人眼中，另外一方面所述相位调制产生的效果是产生一个位于该光学元件以外的一个虚像。
12.上述相位补偿层通过补偿相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线完全没有相位调制，无干扰的进入到眼中，该光学元器件的光学作用就是一个既透明又能成像的器件。对外界世界的光没有作用，基本透明，而对于微型显示器的光又可以成一个虚像。
13.本专利公开的一种抬头显示系统，进一步包含其他光学成像系统，比如球面镜，反射镜，非球面，以及自由曲面，与所述透明光学元件配合使用。对微型显示器发出且被上述辅助光学成像系统放大的光成一个虚像，显示在所述光学元件的外部。这些光学元件还同时起到折叠光路的作用，使得除了最后一面光学元件之外，其他部分的光学系统的体积尽可能的小，可以被安放在汽车仪表盘下，从而可以适配更多的车型。辅助光学成像系统可以设置，当微型显示器发出的光进透明光学元件直接成一虚像时，也可以不需要辅助光学成像系统。
14.该透明光学元件外形呈平面结构或接近平面结构。进一步地，该透明光学元件外形呈平面结构或足够接近平面结构。比如，该透明光学元件的曲率足够的小，它可以被安装在汽车的挡风玻璃上。在本专利的另外一个实施例中，汽车玻璃的曲率被设计进系统的整体曲率中。
15.由于该元件对于外界世界的光是透明的，所以可以被直接集成在挡风玻璃上，并不影响驾驶员的正常使用。该抬头显示系统特点是最后一个透明光学器件被集成在挡风玻璃上。可以利用挡风玻璃和仪表台上已有的空间，只需要把一部分的光机集成在仪表台底下，只有这一部分集成在仪表台底下的光机体积才会对抬头显示器的安装产生影响。大大的缩小了抬头显示器光机需要的空间。使得抬头显示器可以被应用于各种大小车辆。
16.该相位调制面上还镀有半反半透层。半反半透层是指照射在其表面上部分的光线被反射，部分的光线被透射。其反射率r和透过率t可以是在0%到100%的任何区间内。半反半透层可以通过金属反射膜来实现，也可以利用高折射率的介质形成折射率梯度来实现。
17.在本实用新型的一个实施例中，上述半反半透层具有偏振选择性，只对某一个偏
振状态的光反射，而对另外一个偏振状态的光透射。在这个实施例中，微显示芯片发射的光也被设置在这一偏振状态，所以微显示芯片发射的光可以以一个很高的反射率被反射到人眼中，提高了显示的发光效率。同时也保持较高的透过率。
18.在本实用新型的另外一个实施例中，上述微显示芯片发出的光是红绿蓝的窄带光线，所述半反射层的介质反射层的反射波长区间和所述微显示芯片发射光波长区间接近，使得从上述微显示芯片发出的光，大部分被反射到眼球中，提高了显示的发光效率，同时也保持较高的透过率。
19.在本专利的另外一个实施例中，半反半透层进一步包含一个光-电或者光-光器件，其反射率和透过率可以被调节，以适应不同环境的光。所述光电器件可以是各种液晶，电致变，电泳等器件。所述光光器件可以是各种光致变器件。
20.上述一个相位补偿层，其作用是和相位调制层紧密配合在一起，二者相位刚好相反，互为补偿。对于穿透的光，二者相互抵消，不产生任何作用，所以使得外界的图像不受影响的，到达人的眼中，形成透明的显示。相位补偿层的加工工艺可以是用各种人们熟知的光学加工方式，和相位调制层分别加工制造，然后用光学胶贴合在一起。也可以在相位调制层加工成型之后，直接在其上用柔性光学材料填充，然后固化自动形成。
21.本实用新型公开了一种车辆抬头显示系统，其中成虚像的透明光学元件被安装在挡风玻璃上，实现了大视场角，小体积抬头显示。其优势在于：
22.●
视场角大，显示面积大，可以显示更多的内容。
23.●
由于透明光学元件曲率足够小，并且对穿透的光线没有作用，所以可以安放在汽车前挡风玻璃上。充分利用了原有空间。
24.●
仪表盘下体积小，可以适配更多种车型。
附图说明
25.图1（a）为本实用新型的一个实施例的示意图，图1（b）为本实用新型的一个实施例包含有虚像的示意图。
26.图2为透明光学元件的一种结构示意图，其中相位结构是一种全息结构,其中，图2（a）为cgh结构可以通过基于点光源概念的计算方法来设计，其中对象在自发光点被分解图；图2（b）为计算每个点源的基本全息图，并通过叠加所有基本全息图来合成最终的全息图示例图；
27.图3为透明光学元件的一种结构示意图，其中相位结构是一种菲涅尔面型。
28.图4为透明光学元件的一种结构示意图，其中相位结构是一种二元光学面型。
29.图5为透明光学元件的一种结构示意图，其中相位结构是一种全息面型。
30.图6是一个由计算机产生的全息相位调制层的例子。
实施方式
31.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型的范畴。
实施例
32.本实用新型的第一个实施例如图1(a)、1(b)所示。该实施例仅以汽车为例，说明本实用新型的应用方式。业内工程师可以把本实施例的概念应用到各种其他车辆和交通工具(如航空等)上，成一个与现实世界融合的虚像，就不脱离本实用新型的范畴。
33.微型显示芯片（微显示屏）101产生一个高亮度小型图像。该图像经辅助成像光学元件103，以及透明光学元件105，对司机（主要是指驾驶者的眼睛）111成一个放大的虚像112。如图1所示的人形虚像112仅是一个示例，核心在于将微型显示芯片产生的图像放大成虚像，并不是指虚像为人形。
34.透明光学元件105的外形呈平面结构或接近平面结构。进一步地，该透明光学元件外形呈平面结构或足够接近平面结构。该透明光学元件105的曲率可以为足够小，同时对外界的图像是透明的，可以集成在挡风玻璃107上，把关于行车的信息或者娱乐的信息显示在路面上。透明光学元件105呈现为厚度极小、曲率可以为足够小的类似平面结构，该透明光学元件105可以通过支架等单独结构设置在挡风玻璃107之前，也可以贴设在挡风玻璃107。当该透明光学元件105被汽车等厂家预先采购时，可以将挡风玻璃107的曲度与该透明光学元件105的曲度适配，直接集成在现行的挡风玻璃107上。透明光学元件105设置的位置主要是能使得司机在开车的时候不用低头，就可以看到显示的信息为准。这种设计可以大大的增强了驾驶的安全性和舒适度。与传统汽车抬头显示不同，本专利透明光学元件105的一面安装在汽车的挡风玻璃107上，利用了仪表盘109和挡风玻璃107之间的大量空间。缩小了真正需要安装在仪表盘109以下车体内的空间，使得抬头显示器可以适用于各种车型。
35.上述微型显示芯片（微显示屏）101可以是常见的lcd,led, lcos、 dlp、oled、 micro-led,电子纸eink 等微型显示器技术的一种，为了产生一个高亮度的图像，还可以进一步包括相关的光源,匀光器（diffuser），电子控制器，通讯模块，散热模块等。微显示芯片的不同种类并不脱离本专利的范畴。
36.为了进一步提高成像的质量，在微型显示芯片上还可以有一片或者多片辅助成像光学镜头（或称为辅助光学成像系统）103。它可以包括反射镜以调节光路的方向，折叠光路达到最小的体积，以及透镜，棱镜，非球面反射镜，自由曲面镜等业内工程师熟知的光学元器件，这些不同的元器件组合并不脱离本实用新型的保护范畴。
37.透明光学元件105的放大图在图3中给出，包括一个相位调制面302，一个半反半透层303，以及一个相位补偿层304。该相位调制层结合半反半透层，对上述微显示芯片101发出且被上述辅助成像光学系统103放大的光做特定的控制，反射到人的眼中，同时使得经前述光学系统的光在远处成为一个虚像。所述半反半透层303使得一部分真实世界的光透过。
38.上述相位补偿层304通过补偿相位调制层302的相位变化，使得透明光学元件105对于穿过该光学元件的光线，产生的相位扰动足够的小。没有相位调制，无干扰的进入到眼中，起到一个透明光学平板的作用。该光学元器件的光学作用就是一个既透明又能成像的器件。对外界世界的光没有作用，基本透明，而对于仪表盘109下方光学系统发出的光又可以成一个虚像。
39.具体来说，该相位调制层302上可以设有该半反半透层303，从该微显示芯片101发出光直接进入半反半透层303，或通过上述辅助光学成像系统103的光后进入该半反半透层303；经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，一方面反射到人眼中产生一个相对
于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像；该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线达到没有相位调制之功效，以无干扰的进入到人眼中。
40.换个角度来说，光路设置为从该微显示芯片101发出通过上述辅助光学成像系统103的光后进入该半反半透层303，该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，一方面反射到人眼中，经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，该相位调制产生一个相对于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像。该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，对于穿过该光学元件的光线无干扰的进入到人眼。既透明又能成像的该光学元器件实现了大视场角的视觉效果，而且，光路的这种设计和光学器械的精而小，使得各器件可以安装在利用挡风玻璃和仪表台的各种可利用空间，达到适配的车型多的功效。该透明光学元件105曲率足够小，同时对外界的图像是透明的，可以集成在挡风玻璃107上，把关于行车的信息或者娱乐的信息显示在路面上。使得司机在开车的时候不用低头，就可以看到显示的信息，大大的增强了驾驶的安全性和舒适度。与传统汽车抬头显示不同，本专利透明光学元件105的一面安装在汽车的挡风玻璃107上，利用了仪表盘109和挡风玻璃107上的大量空间。使得真正需要安装在仪表盘109以下车体内的空间大大的缩小，使得抬头显示器可以适用于各种车型。
41.以下具体介绍透明光学元件的原理，并举几个例子来说明该元件。透明光学元件的第一核心之处在于：该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线达到没有相位调制之功效，以无干扰的进入到人眼中。其具体如下方式可以实现。可以具有纳米或微米级相位调制结构的相位调制层; 2）具有纳米或微米级相位补偿结构的相位补偿层，其补偿相位调制层产生的相位变化; 3）在相位调制层和相位补偿层之间的部分透明和反射层，其部分地反射光线并允许光线部分地穿过。可以重复上述结构多次以形成多层结构（从1，2到i-1，i）。不同的光线（从a，b
…
z，请注意英文字母仅用于表示不同的光线，不限于26个）在不同的位置和不同的角度穿过光学薄膜。
42.在光学中，光程长度（opl）或光学距离是通过系统的不同路径光线（l1，l2，到li）的几何长度与通过它的介质的折射率（n）的乘积，（opl =l x n）。两个路径之间的光程长度的差异通常被称为光程差（opd）。光程很重要，因为它决定光的相位并控制光传播时的干涉和衍射。相位调制层和相位补偿层之间的光程长度是opd1。相位调制层和相位补偿层具有相反的光学相位，因此它们彼此补偿。通过整个薄膜的所有光线（a，b
…
z）的总光程长度是常数c.
[0043][0044]
其中c是常数; opdi是每个光学结构的相位调制，i代表不同的光学层，i =1到n。
[0045]
由于多层相位结构存在众多的设计的自由度，所以该相位结构可以实现复杂的光学的功能，满足各种成像的需求。
[0046]
所述相位调制结构的光学制造工艺使用包括但不限于光学蚀刻，光学光刻，纳米压制，纳米压印等的方法生产。经过透明光学元件的光线经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，该相位调制还产生一个相对于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像。
[0047]
上述透明光学元件105中的相位调制结构进一步说明如图2，图3，图4，图5所示。其中一个实施例中（如图2所示），该相位结构可以以不同的方式实现，包括但不限于散射表面浮雕结构，各种光栅结构和计算全息图（cgh）等。在一个实施例中，表面浮雕结构可以从全息记录的母版复制。相位调制层是计算全息图cgh结构，如图2（a）和（b）所示。作为一个例子，cgh结构可以通过基于点光源概念的计算方法来设计，其中对象在自发光点图2（a）中被分解。计算每个点源的基本全息图，并通过叠加所有基本全息图来合成最终的全息图。来自微显示芯片的光被反射到某个方向，成一个虚像。
[0048]
在阅读说明书的其余部分后，本领域普通技术人员将更好地理解这些实施例的特征和以及其他实施例。存在不同的相位调制层，其可以将光重定向到具有不同分布角度的不同方向，这些变化并不脱离本实用新型所公开的技术和方法的范围。
[0049]
在本实用新型的透明光学元件的一种具体实施例中，图3的实施例中上述透明光学元件301采用了菲涅尔面型。包括相位调制层302，相位调制层表面还涂覆有一层半透射/半反射层303，与相位调制层配合的相位补偿层304。
[0050]
所述相位调制层302可以为改进的菲涅尔透镜，比如，透镜面且呈薄形结构的菲涅尔透镜，菲涅尔透镜302的面型可以来源于球面，非球面，或者自由曲面，或者全息图。该面型设计由光学设计软件产生，配合系统中的其他光学部分，对微显示芯片产生的图像产生一个放大的虚像。
[0051]
所述相位补偿层304和相位调制层302紧密配合在一起，对于穿透的光，二者相位相互抵消，不产生任何作用，使得外界的图像可以不受影响的到达人的眼中，形成透明的显示。
[0052]
图4是该透明光学元件401的另外一种实现方式。其中用到了二元光学结构。包括由计算机设计出来的二元光学结构的相位调制层402，表面配以独特的面形结构，表面镀半反半透的金属膜层、偏振膜或光学介质膜403，以及相位补偿层404。相位调制层402被设计成对微显示芯片101发出且被辅助光学成像系统103放大的光线成一个放大的虚像。调制面表面的加工可以采用纳米压印方式，用计算机控制在模具上形成特定的表面形状，通过纳米压印的方式把它制作在光学基板上。
[0053]
图5是该透明光学元件501的另外一种实现方式。其中用到了全息光学结构。包括由计算机设计出来的全息相位调制层502，表面配以独特的面形结构，表面镀半反半透的金属膜层或光学介质膜503，以及相位补偿层504。相位调制层502被设计成对微显示芯片101发出且被辅助光学成像系统103放大的光线成一个放大的虚像。调制面表面的加工可以采用纳米压印方式，用计算机控制在模具上形成特定的表面形状，通过纳米压印方式把它制作在光学基板上。也可以用相干光在光学基板上记录的方式。
[0054]
图6是一个由计算机产生的全息相位调制层的例子。
[0055]
在本实用新型的实施例中，该相位调制面上还镀有半反半透层。半反半透层是指照射在其表面上部分的光线被反射，部分的光线被透射。其反射率r和透过率t可以是在0%到100%的任何区间内。半反半透层可以用金属反射膜来实现，也可以利用高折射率的介质形成折射率梯度来实现。
[0056]
在本实用新型的一个实施例中，上述半反半透层具有偏振选择性，只对某一个偏振状态的光反射，而对另外一个偏振状态的光透射。在这个实施例中，微显示芯片发射的光
也被设置在这一偏振状态，所以微显示芯片发射的光可以以一个很高的反射率被反射到人眼中，提高了显示的发光效率，同时也保持较高的透过率。
[0057]
在本实用新型的另外一个实施例中，上述微显示芯片发出的光是红绿蓝的窄带光线，所述半反射层的介质反射层的反射波长区间和所述微显示芯片发射光波长区间接近，使得从上述微显示芯片发出的光，大部分被反射到眼球中，提高了显示的发光效率，同时也保持较高的透过率。
[0058]
在本专利的另外一个实施例中，半反半透层进一步包含一个光-电或者光-光器件，其反射率和透过率可以被调节，以适应不同环境的光。所述光电器件可以是各种液晶，电致变，电泳等器件。所述光光器件可以是各种光致变器件。
[0059]
上述一个相位补偿层，其作用是和相位调制层紧密配合在一起，二者相位刚好相反，互为补偿。对于透射光路的光，二者相互抵消，不产生任何作用，所以使得外界的图像不受影响的，到达人眼中形成透明的显示。相位补偿层的加工工艺可以是用各种人们熟知的光学加工方式，和相位调制层分别加工制造，然后用光学胶贴合在一起。也可以在相位调制层加工成型之后，直接在其上用柔性光学材料填充，然后固化自动形成。
[0060]
第二实例
[0061]
在本实用新型的该实施例中，辅助光学元件103是备选器件，可以进一步降低系统的体积。比如，直接将微显示芯片和透明光学元件形成光通路。该相位调制层上设有该半反半透层，从该微显示芯片发出光直接进入半反半透层；经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，一方面反射到人眼中，另一方面该相位调制产生一个相对于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像；该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线达到没有相位调制之功效，以无干扰的进入到人眼中。
[0062]
综上所述，本实用新型提供了一种紧凑大视角抬头显示hud系统，包括：微型显示芯片（微显示屏）、辅助光学成像系统和透明光学元件，微型显示芯片用于产生显示图像，辅助光学成像系统用于将来自微型显示芯片的图像放大，透明光学元件将被其他光学系统放大的光进一步放大成虚像。反射型光学元件包括相位调制和相位补偿层，对于透射的光，二者相互抵消，不产生任何作用，使得外界的图像可以不受影响的，到达人的眼中，形成透明的显示。与传统汽车抬头显示不同，透明光学元件安装在汽车的挡风玻璃上，利用了仪表盘和挡风玻璃之间的大量空间。使得真正需要安装在仪表盘以下车体内的空间大大的缩小，使得抬头显示器可以适用于各种车型。
[0063]
应当理解的是，本实用新型的系统应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种紧凑且大视场角抬头显示系统，它包括1）一个微型显示芯片；2）距该微型显示芯片一定距离的一个透明且成虚像的光学元件，该光学元件进一步包含了一个半反半透层、相位调制层、以及一个相位补偿层；该相位调制层对上述微型显示芯片的光做控制，反射到人眼，使得光线在远处成为一个放大的虚像；上述半反半透层还允许真实世界的一部分光穿过，该光学元件外形呈平面结构或足够接近平面结构。2.权利要求项1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，还进一步包括辅助光学成像系统，用以该微型显示芯片发出的光经该辅助光学成像系统的处理后，再进入该光学元件。3.如权利要求2所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，所述“该相位调制层对上述微型显示芯片的光做控制，反射到人眼，使得光线在远处成为一个放大的虚像；上述半反半透层还允许真实世界的一部分光穿过”进一步包括：该相位调制层上设有半反半透层，从该微型显示芯片发出光直接进入半反半透层，或通过上述辅助光学成像系统的光后进入该半反半透层；经该半反半透层的反射之后产生设定的相位调制，一方面反射到人眼中产生一个相对于该光学元件与人眼反方向位置的一个虚像；该相位补偿层通过补偿该相位调制层的相位变化，使得对于穿过该光学元件的光线达到没有相位调制之功效，以无干扰的进入到人眼中。4.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述微型显示芯片为以下微型显示技术之一：lcos， lcd， dlp， oled，led, micro-led。5.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述光学元件被配置集成在车辆前挡风玻璃上。6.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，进一步包含其他光学成像系统，所述其他光学系统由球面镜，反射镜，非球面，或自由曲面组成，和透明光学元件配合使用。7.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述相位调制层是一个全息结构，该全息结构把上述微型显示芯片产生的图像成一个放大的虚像。8.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述相位调制层是设置一个透镜面且呈薄形结构的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜产生的相位调制为一个球面镜，把上述微型显示芯片产生的图像成一个放大的虚像。9.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于所述相位调制层是设置一个透镜面形且呈薄形结构的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜产生的相位调制为一个非球面镜，把上述微型显示芯片产生的图像成一个放大的虚像。10.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述相位调制层是设置一个透镜面形且呈薄形结构的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜产生的相位调制为一个自由曲面镜，把上述微型显示芯片产生的图像成一个放大的虚像。11.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述半反半透层为金属半反射层。12.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述半反半透层为介质反射层。13.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述半反半透
层的介质反射层的反射波长区间和所述微型显示芯片发射光波长区间接近，使得从上述微型显示芯片发出的光，大部分被反射到眼球中。14.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述微型显示芯片的发射光具有一个特定的偏振状态，该半反半透层的反射光也被配置控制在此偏振状态，使得从上述微型显示芯片发出的光大部分被反射到眼球中。15.权利要求1所述的一种紧凑且大视场角抬头显示系统，其特征在于，所述半反半透层的反射率和透过率配置成可调节，以适应不同环境的光。

技术总结

一种紧凑且大视场角抬头显示系统，包括1)一个微型显示芯片；2)距该显示芯片一定距离的一个透明光学元件。该光学元件进一步包含了一个相位调制层，半反半透层，以及一个相位补偿层。该相位调制层对上述微显示芯片的光做特定的控制，使得光线在远处成一个虚像。上述相位调制面可以是一个多层全息结构，或一个菲涅尔透镜。菲涅尔透镜的面型可以来源于球面，非球面，或者自由曲面，或者全息图。该相位补偿层通过补偿相位调制层的相位变化，使得对于穿过该透明元件的光线透明。上述透明光学元件可以被集成在汽车前挡风玻璃上。微型显示芯片被安放在汽车仪表盘底下。该系统利用了挡风玻璃和仪表盘之间的汽车空间，大大降低了抬头显示的体积。积。积。