[发明专利]具有与场点相关的孔径的用于生成虚拟图像的设备

说明书

本发明涉及一种用于利用扫描的图像生成技术来生成虚拟图像的设备。该设备具有用于产生光线(L1)的至少一个光源(14、14R、14G、14B)、用于生成图像的图像生成单元(1)和用于扩大出射光瞳的光波导(5)。在光波导(5)的耦入区域之前布置有用于实现与场点相关的孔径的光学组件(71)。

技术领域

本发明涉及一种用于生成虚拟图像的设备。

背景技术

也称为HUD的抬头显示器理解成如下显示系统，即，在该显示系统中，观察者可保持其视线方向，这是因为使待示出的内容插入到观察者的视野中。虽然这种类型的系统由于其复杂性和成本本来主要使用在航空的领域中，但是该系统目前也大量安装在汽车领域中。

抬头显示器通常由图像发生器、光学单元和镜子单元组成。图像发生器产生图像。光学单元将图像传导到镜子单元上。图像发生器通常也称为图像生成单元或PGU(PictureGenerating Unit)。镜子单元是部分镜反射的、光可透射的玻璃板。因此，观察者同时看到作为虚拟图像的、由图像发生器示出的内容和在玻璃板之后的真实世界。在汽车领域中，挡风玻璃通常用作镜子单元，在显示时必须考虑挡风玻璃的弯曲的形状。通过光学单元和镜子单元的共同作用，虚拟图像是由图像发生器产生的图像的放大展示。

观察者仅仅可从所谓的眼动范围/眼观察区(Eyebox)的位置观察虚拟图像。如下区域被称为眼动范围，即，该区域的高度和宽度相应于理论的视窗。只要观察者的眼睛位于眼动范围之内，虚拟图像的所有元素对于眼睛来说就都是可见的。相反，如果眼睛位于眼动范围之外，则对于观察者来说，仅仅还能部分地看到或者甚至看不到虚拟图像。由此，眼动范围越大，观察者在选择其座位时的限制越少。

传统的抬头显示器的眼动范围的大小受到光学单元的大小的限制。用于增大眼动范围的方案在于，将来自图像生成单元的光耦合到光波导中。被耦合到光波导中的光在光波导的边界面上被全反射，并且由此在光波导内被引导。附加地，在沿着传播方向的多个位置上分别使光的一部分耦出。以这种方式，通过光波导使出射光瞳/出瞳直径扩大。在此，有效的出射光瞳由图像生成系统的孔径的图像组成。

在该背景下，专利申请US 2016/0124223 Al描述了一种用于虚拟图像的显示装置。该显示装置包括光波导，光波导使得来自图像生成单元的通过第一光入射面射入的光重复地经受内部反射，以便在第一方向上运动远离第一光入射面。此外，光波导导致，在光波导中被引导的光的一部分通过第一光入射面的在第一方向上延伸的区域向外离开。显示装置此外包括第一光入射侧的衍射光栅和第一光出射侧的衍射光栅，第一光入射侧的衍射光栅使射在其上的光衍射，以便使得被衍射的光进入光波导中，而第一光出射侧的衍射光栅使从光波导射入的光衍射。

具有全息光波导的用于抬头显示器的典型的图像生成器具有带有以LED为基础的光源的扫描投影仪。在以LED为基础的系统中，通过谱宽度以及多个辐射角度，保证了良好的孔径覆盖。因此，这种类型的系统对于干扰效应、例如所谓的条带效应不太敏感。

为了提高效率并且在功能上扩展具有全息光波导的抬头显示器，宜代替LED将激光器用作光源。然而，将激光器用作光源具有的缺点是，系统的容忍度显著降低。必须特别干净地组装输出孔径，以避免干扰效应。目前，将复杂的系统用于实现用于均匀地被填充的、被组装的孔径的可变孔径。该系统由不同组件组成，并且设计复杂。每个组件都与公差和光损失相联系。此外，系统需要一点本来就有限的结构空间，并且不仅提高抬头显示器的重量而且提高了成本。

发明内容

本发明的目的是，提出一种改善的用于生成虚拟图像的设备，在其中，以简单的方式实现与场点相关的孔径。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的设备实现。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面，用于生成虚拟图像的设备具有：

-用于产生光线的至少一个光源；