图像产生设备、平视显示器和用于产生图像的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于平视显示器（102）的图像产生设备（106）。该图像产生设备（106）包括至少一个用于产生光束（114）的光源（108）；至少一个扩张元件（110），该扩张元件布置在所述光束（114）的光程中，以便扩张所述光束（114）；以及至少一个光调制装置（112），该光调制装置布置在由所述扩张元件（110）扩张的光束（116）的光程中，以便被经扩张的光束（116）从多个角度同时照明，并且该光调制装置被构造用于由所述经扩张的光束（116）产生代表图像（108）的图像射束（122）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于平视显示器的图像产生设备、一种平视显示器和一种用于为平视显示器产生图像的方法、一种相应的控制设备以及一种相应的计算机程序。
技术介绍
当前的平视显示器可以将由成像单元(英语:picture generating unit(P⑶))产生的图像借助于光学器件成像到位于车辆前方的虚拟屏幕上。这样投影的虚拟图像可以由驾驶员感知。在此，该图像可以与驾驶场景叠加并且以距前窗玻璃的定义的间距显示在虚拟屏幕上。作为成像单元中的成像元件可以使用例如LCD模块。此外公知汽车立体观测平视显示器，其以对于左眼和右眼分离的部分图像工作。由此可以产生三维效果。在此，这两个部分图像已经可以通过成像单元产生。部分图像可以通过平视显示器的光学器件在相应的眼睛活动范围(也称作为视域(Eyebox))中提供给相应的眼睛使用。
技术实现思路
在此背景下，借助在此所提出的方案提出根据独立权利要求的用于平视显示器的图像产生设备、平视显示器和用于为平视显示器产生图像的方法、此外使用所述方法的相应的控制设备以及最后相应的计算机程序。有利的构型由相应的从属权利要求和下面的说明书得出。在此提出的方案实现一种用于平视显示器的图像产生设备，其中所述图像产生设备具有以下特征: 至少一个用于产生光束的光源； 至少一个扩张元件，该扩张元件布置在光束的光程中，以便扩张光束；以及至少一个光调制装置，该光调制装置布置在由扩张元件扩张的光束的光程中，以便被经扩张的光束从多个角度同时照明，并且该光调制装置被构造用于由经扩张的光束产生代表图像的图像射束。平视显示器可以理解为用于将图像投影到观察者的视野中的视野显示装置。在此，可以将图像例如投影到分配给观察者的相应的眼睛的眼睛活动范围中。平视显示器可以安装在车辆中，以便将图像借助于车辆的挡风玻璃投影到驾驶员的视野中。图像产生设备可以理解为平视显示器的一个部件，该部件被构造用于产生光束并且在光束上印上待显示的图像内容。光源例如可以是激光源或者LED源。扩张元件可以理解为用于改变光束的光锥、更准确地说光锥的张角的光学元件。扩张元件例如可以实现为散射面、透镜或者微透镜阵列。光调制装置可以理解为区域光调制器(英语:空间光调制器)，诸如硅基液晶显示器或者微镜阵列、尤其是数字光处理(DLP)芯片(数字光处理)。图像可以理解为图形信息，比如导航箭头或者速度显示。本方案基于以下认识，即可以将由平视显示器的成像单元借助于区域光调制器产生的光束直接偏转到平视显示器的镜上，而未将光束借助布置在区域光调制器与镜之间的散射面附加地成型。本方案通过以下方式实现这点:这样的散射面或者另外的适合于成型光束的光学元件被集成到成像单元中并且在此被布置在区域光调制器与用于照明区域光调制器的照明源之间。通过散射面在区域光调制器与照明源之间的这样的布置可以相对于传统的解决方案明显改善平视显示器的显示质量。通过平视显示器显示的虚拟图像是成像单元的显示器的经放大的成像。对此，平视显示器的光学器件具有确定的放大。所需放大随着虚拟屏幕的间距而增加，因为由成像单元产生的图像必须被更强地放大，以便以更大的间距占据驾驶员的所期望的视野。虚拟屏幕的间距在当前的平视显示器中约为15m。在相反的光路中，平视显示器光学器件的放大在太阳光入射时可能导致太阳光聚焦到成像装置上。该成像装置由此被加热并且达到可能损坏成像装置的温度。特别是在基于IXD模块的系统中温度升高可能是关键的，因为IXD模块在约100°C的温度的情况下已经可能承受永久性损坏。从约95°C起可能出现偏振滤镜的脱层，从约105°C起可能出现各向同性的液晶并且从约125°C起可能出现永久性的液晶损坏。已知一些方案，据此可以使用数字光处理投影仪或者硅基液晶投影仪(liquidcrystal on silicon)作为用于基于投影的平视显示器的基础。在此，在投影仪内以经准直的光照明成像器、例如硅基液晶芯片或者数字光处理芯片。硅基液晶芯片例如在有源像素的情况下转动光的偏振并且对其进行反射。由此有源相素的光可以通过位于硅基液晶芯片之前的分束器偏转，而无源相素的光以不变的偏振方向反射回到光源中。通常，通过成像器产生的图像内容借助物镜成像到散射面上。因此在散射面上产生成像器的真实的、放大的图像。通过成像器的几乎经准直的照明，像点的射束在散射面上在焦点处相交的角度很小。为了尽管如此仍能够从不同角度观察像点，该像点的光束通过散射面被扇状打开到更大的空间区域中。通过平视显示器的成像光学器件将射束分布到视域上，由此可以从整个视域观察该像点。在此，所有射束显得像来自于在挡风玻璃后方的虚拟点。因此产生以下印象，仿佛完整的图像位于车辆前方的虚拟的屏幕距离中。数字光处理投影仪类似硅基液晶投影仪地运行，其区别是，数字光处理投影仪不是基于偏振相关的元件，而是基于小的可折叠的镜。在此，照明单元的光可以被引导通过TIR棱镜(TIR=全内反射；“全反射”)。如果射束射到数字光处理芯片的微镜矩阵上，则开关有源相素，使得经反射的射束在棱镜内获得全反射。由此将有源相素的射束引导至物镜。通过针对非有源的像素的镜调节可以将射束引导回到光源。现在，借助本方案可以实现具有小的成像器作为成像装置的并且在成像路径中无散射面的显示器系统。由此可以避免通过散射面引起的损害、诸如对比度降低、图像中的粒化、效率降低和通过沿所不期望的方向的散射产生干扰光。由此尤其也可以缓和向后入射的太阳光的问题。为此，成像器设有特殊的背后照明(Hinterleuchtung)，通过其可以在芯片上产生所需要的辐射锥。这具有以下优点，即可以放弃如例如在投影仪中所需要的物镜，其方式是，物镜的和成像到虚拟屏幕上的功能可以由平视显示器自身的光学器件承担。为了实现立体观测的平视显示器，可以可选地设置，对于左眼和右眼图像信息分离到单独的视域中。为了产生这两个视域，例如可以使用相同的镜。通过在显示器上这两个部分图像的不同辐射方向可以相互独立地操作这两个视域。根据在此提出的方案的一种实施方式，可以借助仅仅一个成像器实现用于两只眼睛的图像生成，其方式是，在相应的部分图像之间按时间顺序地切换。图像产生设备可以设有至少一个光束聚焦元件，该光束聚焦元件在扩张元件和光调制装置之间布置在经扩张的光束的光程中，以便将扩张的光束聚焦到光调制装置上。光束聚焦元件可以是透镜。通过光束聚焦元件可以将经扩张的光束精确地偏转到光调制单元上。有利地，光调制装置实施为硅基液晶显示器。替代地或者附加地，光调制装置可以实施为微镜阵列。这样的硅基液晶显示器或者微镜阵列可以相对成本有利地被提供并且能够实现图像射束到多个方向的可变偏转。可选地，扩张元件可以实施为散射面。替代地或者附加地，扩张元件可以实施为微透镜阵列。散射面可以理解为反射面或者透射面，其被构造用于将光束扇状打开到更大的空间区域中。微透镜阵列可以理解为具有多个微透镜的芯片，通过所述多个微透镜可以扩张光束。通过该实施方式也能够借助相对小的成本耗费实现光束的为了背后照明光调制装置所需的射束成型。此外，图像产生设备可以设有至少一个光收集器。在此，光调制装置可以被构造用于将图像射束和(替代地或附加地)将射到光调制装置上的光束偏转到光收集器中。光收集器可以理解为用于吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于平视显示器 （102）的图像产生设备（106），其中所述图像产生设备（106）具有以下特征：至少一个用于产生光束（114）的光源（108）；至少一个扩张元件（110），所述扩张元件被布置在所述光束（114）的光程中，以便扩张所述光束（114）；以及至少一个光调制装置（112），所述光调制装置被布置在由所述扩张元件（110）扩张的光束（116）的光程中，以便被经扩张的光束（116）从多个角度同时照明，并且所述光调制装置被构造用于由所述经扩张的光束（116）产生代表图像（108）的图像射束（122）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R菲斯，T维尔纳，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE