用于平视彩色显示设备的衍射组合器制造技术

一种用于平视彩色显示器设备（18）的衍射组合器（10）包括：第一光学衍射光栅（14），其被配置成沿着衍射方向将第一入射波长的光衍射在沿入射方向的第一光栅上；第二光学衍射光栅（16），其被配置成沿着同一衍射方向将第二入射波长的光衍射在沿入射方向的第二光栅上。第一和第二光学衍射光栅在组合器的第一和第二向对面上以浮雕方式形成。第一和/或第二光栅被形成为波长复用光学衍射光栅并被配置成沿着衍射方向将第三入射波长的光衍射在沿入射方向的第一和/或第二光学衍射光栅上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及特别地用于汽车的平视显示器设备。特别地，本专利技术涉及一种用于此类设备、特别是用于彩色信息显示的衍射组合器。
技术介绍
平视显示设备通常包括投影单元，其产生意图指向组合器以用于图像、特别是采取位于驾驶员的视场中的虚像的形式的车辆的操作或驾驶信息的投射的光束。此类设备最初是基于来源于航空应用的技术而制造的。其制造成本因此常常是高的，从而阻止其商业性开发及其在低档或中档车辆中的大规模安装。所述成本特别地来源于所使用的技术，其实现起来是复杂的且此外并不始终允许在充分保证光学特性的稳定性的情况下进行组合器的批量复制。例如对于在文献JP I 0048562中公开的设备而言情况如此，其描述了落在指数调制全息图领域内的系统，其制造是基于由感光层制成的感光板的使用，具有沉积在充当机械支撑的衬底上的胶质基座。此类部件只能以单独的单元来制造，因为其涉及以个别为基础进行执行的记录且其不适合于以合理的工业成本进行批量生产。在此类感光板上形成的全息部件另外对在没有添加保护涂层的情况下可能将其损坏的UV辐射敏感。对于在文献EP 0467328中公开的系统而言情况也是如此，其示出了基于胶质制造的体积光学处理组合器，并要求与多个波长相交互的多个全息层，这使得系统的光学特性的可靠再现甚至更加不确定。此外，此系统仅以反射方式起作用。在文献US 4930847中还描述了一种用多个波长以反射方式操作的系统,具有基于具有上述限制的胶质类型的感光材料每次使用不同的几何结构和波长的记录过程。 在专利US 6005714中描述了具有至少两个层的另一结构，层的倍加增加了在批量生产期间保持要提供的光学功能的正确稳定性的困难。文献US 6005714的衍射结构在形成衍射浮雕的相对面中包括透明衬底。该浮雕被相互组合以获得对反射光的衍射效应，同时本质上抵消对通过衬底的光的净衍射效应。鉴于能够向汽车的驾驶员显示的大量信息，现在需要投射色彩图像。在本申请的背景下，“彩色”图像或“全色”图像特别地意指由原色(正常地红色、绿色和蓝色)的单色图像的合成获得的图像。单色图像的叠加允许显示色彩空间的二次色(青色(蓝绿色)、品红色、黄色)或任何其它色彩(例如白色)。假定由光学衍射光栅透射或反射的光的偏转角取决于光的波长，借助于衍射组合器进行的彩色的图像显示不是小问题。结果，需要确保形成彩色图像的单色图像的虚像在驾驶员的视场中被正确地叠加，并且寄生图像被放置在观察者的视场外面。在以上已经提到的文献EP O 467 328中公开的组合器包括用以沿着同一方向将第一入射波长和第二入射波长的光衍射在沿入射方向的光学衍射光栅上的复用全息光学衍射光栅。替换地，EP O 467 328提出了“多层光学衍射光栅”，即被堆叠并粘在一起的多个全息光学衍射光栅，每层与特定的波长相关联。两个替换首先遭受很大的缺点，即光学衍射光栅是在感光板(对UV辐射敏感)上形成的，这实际上使得需要添加保护层。现在，必须使用被粘或层压在一起的多个层的事实使组合器的生产复杂化。特别是必须采用保证不同层在组装时的适当对准的措施。另一个非常大的问题是不同层的均匀性，主要是在其老化方面。存在层变得松开或者一个或另一层的光学性质被降低的风险。从而，诸如在文献EP0467328中所述的组合器的实现是困难的，并且结果将始终是要最优化的多个参数之间的或多或少的成功折中。另外应注意的是所公开的组合器具有用于两个波长的选择性。为了能够在“全色”模式下运行，将需要至少三层的光学衍射光栅或至少三重的光栅。此类自适应因此将引起更大的复杂性。并且，在上文引用的文献中，衍射效率的控制是靠经验的且非常有限，这暗示着用于所获得的虚像的亮度水平标准化的问题。本专利技术弥补了这些不足并提出一种解决方案，其允许与“全色”平视显示器设备兼容的衍射组合器的批量生产
技术实现思路
提出了一种用于平视显示器设备的衍射组合器，其包括第一光学衍射光栅，其被配置成沿着衍射方向将第一入射波长的光衍射在沿第一入射方向的第一光学衍射光栅上；第二光学衍射光栅，其被配置成沿着相同的衍射方向将第二入射波长的光衍射在沿入射方向的第二光学衍射光栅上。该组合器包括由具有相对第一和第二面的透明材料制成的支撑体，在所述相对的第一和第二面上分别以浮雕方式形成了第一和第二光学衍射光栅。第一和第二光学衍射光栅中的至少一个被形成为波长复用光学衍射光栅，其被配置成沿着衍射方向将第三入射波长的光衍射在沿入射方向的第一和第二光学衍射光栅中的至少一个上。换言之，第一和第二光学衍射光栅是以这样的方式配置的，即在离开衍射组合器的第一、第二和第三波长的第一阶中衍射的光的传播方向对于给定的入射方向而言是相等的。首先通过光栅的节距的自适应或真正调制来执行光栅对与其相关联的一个或多个波长的自适应。在本说明书的意义内，可以将复用光栅理解为两个光栅，每个适合于使用具有已调制节距的单个光栅执行的沿要求方向(针对给定入射角)的波长的衍射。在本说明书的上下文中，因此可以替换地将其命名为二重光栅。依照本专利技术的组合器因此允许在以单块形成的单个支撑体上获得三个单(非复用)光学衍射光栅的效果。因此基本上降低了组合器的复杂性，特别是相对于在申请EP0467328中描述的那个。光栅在相对面上以浮雕方式形成的事实允许将必须被有效地保护的感光材料分散在组合器内。因此可以产生单层组合器(即在单个支撑体上)，因此克服了材料的兼容性和现有技术的差分老化的问题。另一方面，浮雕允许非常精确地控制衍射效率。优选地，第一波长的光是绿光(在从506至570 nm范围内的波长)，第二波长的光是红光(在从630至700 nm范围内的波长)，并且第三波长的光是蓝光(在从430至490 nm范围内的波长)。特别地，有利的波长选择将是532 nm、633 nm和445 nm，或者说532 nm、633 nm 和 432 nm。依照本专利技术的衍射组合器的支撑体优选地由玻璃或透明塑料材料制成，例如由PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PMMA (甲基聚甲基丙烯酸酯)、PC (聚碳酸酯)、PVB (聚乙烯醇缩丁醛)等制成。第一和第二光学衍射光栅优选地被配置成使得所述衍射方向对应于用于第一、第二和第三波长的衍射的第一阶。 依照组合器的有利实施例，第一和第二光学衍射光栅被配置成针对第一、第二和第三波长执行相同焦距的透镜功能。用于制造组合器的光栅的过程优选地包括激光干扰纳米光刻技术的过程。用此技术，借助于激光源，在对应于其希望获得的光栅的感光层中产生干涉条纹。然后，执行化学雕刻步骤从而获得感光层中的浮雕变化。然后将这些浮雕变化转移到模具。对于依照本专利技术的组合器而言，对两个面执行此过程。然后可以使用两个模具来批量生产组合器，每个对应于一个面，例如用注射或压花。在替换过程中，可以产生要产生的光栅的浮雕并通过数控雕刻或机械加工来以数字方式保存且转置到各模具。下面我们将更详细地描述用于用激光干扰纳米光刻技术来制造单或复用光学衍射光栅的过程。假设光束具有η，η ^ I、波长Xi, i = I至n，其以入射角θ p朝着组合器发送。情况η = I对应于单光栅，即未被复用。该过程包括以下步骤 a)在固体表面(例如玻璃或石英)的扁平表面上沉积均匀厚度的感光层； b)在由于来自激光源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.17 FR 10010681.一种用于平视显示器设备(18)的衍射组合器(10)，所述组合器包括第一光学衍射光栅(14)，其被配置成沿着衍射方向将第一入射波长的光衍射到沿入射方向的所述第一光学衍射光栅上；第二光学衍射光栅(16),其被配置成沿着所述衍射方向将第二入射波长的光衍射到所述沿入射方向的所述第二光学衍射光栅上，所述组合器的特征在于这样的事实，即其包括 支撑体(12)，其由具有相对的第一和第二面的透明材料制成，在所述相对的第一和第二面上分别以浮雕方式形成有第一(14)和第二( 16)光学衍射光栅； 在于这样的事实，即第一和第二光学衍射光栅中的至少一个是波长复用光学衍射光栅，其被配置成沿着所述衍射方向将第三入射波长的光衍射到沿所述入射方向的所述第一和第二光学衍射光栅中的至少一个上。2.如权利要求I所述的衍射组合器(10)，其中，所述第一波长的光是绿光，所述第二波长的光是红光且所述第三波长的光是蓝光。3.如权利要求I或2所述的衍射组合器(10)，其中，所述支撑体(12)由玻璃或透明塑料材料制成，例如由PET、PMMA、PC、PVB制成。4.如权利要求I至3中的任一项所述的衍射组合器(10)，其中，第一(14)和第二(16)光学衍射光栅被配置成使得所述衍射方向对应于用于所述第一、第二和第三波长中的每一个波长的衍射的第一阶。5.如权利要求I至4中的任一项所述的衍射组合器(10)，其中，所述第一(14)和第二(16)光学衍射光栅被配置成对第一、第二和第三波长的光执行相同焦距的透镜功能。6.一种平视显示器设备(18)，包括 投影单元(20)，其能够从由不同色彩的单色图像的叠加产生的彩色图像投射包含第一波长的光、第二波长的光和第三波长的光的光束，所述不同色彩中的每一个分别对应于所述波长中的一个； 以及如权利要求I至5中的任一项所述的衍射组合器(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：H穆萨，I埃尔阿菲迪，
申请(专利权)人：德尔菲技术公司，斯特拉斯堡大学，
类型：
国别省市：