具有全息光学元件的HUD制造技术

本发明专利技术涉及一种显示装置（1），尤其抬头显示器，具有辐射光的图像源（3），具有为射束来构成光路（12）的光学元件（4，5，6，7，8，9）。在此这些光学元件（4，5，6，7，8，9）包含有反射器（5）和具有预定光学成像功能的全息光学元件（8）。该全息光学元件（8）在该光路（12）中与该反射器（5）在空间上相分离地来定位。此外该全息光学元件（8）布置在该光路（12）中，使得把该光路的第一片段的射束指向该全息光学元件（8），以便在该全息光学元件（8）的成像功能影响下将所述射束在新的方向上偏转到该光路的第二片段中。该反射器（5）与该全息光学元件（8）相互之间被布置为，使得由该反射器（5）辐射到该光路（12）的第三片段中的射束能够至少部分地透射穿过该全息光学元件，其中该光路（12）的第三片段的进行透射的射束的照射角基本与使该全息光学元件（8）的成像功能的影响有效的入射角不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有全息光学元件的HUD
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种显示装置。
技术介绍
由于在光学技术中的进步，可以构建越来越小以及越来越节能的光学系统，其被越来越多地用在汽车中的显示系统中。这尤其促进了抬头显示器的开发，其中利用抬头显示器可以依据位于行驶方向上的交通状况把汽车数据——诸如速度、转速、燃油液位或天气状况——例如显示到驾驶员的视野中。因此在最近几年中公开了许多新的显示装置解决方案以及改进。在物理和技术光学系统[I]中公开了全息光学兀件。全息光学兀件在显不系统中的一种公开的应用是，例如对光路或单个光学元件的成像误差进行校正。例如DE 103 44688 Al提供了一种抬头显示器，其中把光学成像元件与全息光学元件相组合，以例如在透明涂层的反射镜上借助全息光学元件来校正光学成像误差，其中该全息光学元件构造于该涂层中。WO 2009/156752 Al提供了一种显不系统，该显不系统在另一意义上考虑了全息概念。该显示系统由空间光调制器、例如微镜显示器组成，该微镜显示器被扩展的激射束照射。计算单元生成数据以控制该空间光调制器，该空间光调制器可以把数据转换为近似全息的干涉图案，如此使得信息作为衍射图像可以在屏幕上或者直接在观察者的视网膜上被识别。然而该系统的一个缺点在于，所显示的信息的可见性由于衍射图像强的角度相关性而相对敏感地与视线相关。该技术的另一缺点是为控制所需的相对高的并从而昂贵的计算能力，以便将常规的图像数据转换为干涉图案。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，在汽车中利用相对简单的装置来降低显示装置、尤其抬头显示器的空间需求。该任务通过具有权利要求1所述特征的显示装置、尤其抬头显示器而得到解决。本专利技术优选的和有利的实施在从属权利要求中提出。本专利技术基于一种显示装置、尤其抬头显示器，其具有辐射出光的图像源，并具有用于为射束形成光路的光学元件。这些光学元件包括发射器和具有预定光学成像功能的全息光学兀件。本专利技术的核心在于，该全息光学元件在光路中与该反射器空间分离地来定位，并且该全息光学元件布置在该光路中，使得把该光路的第一片段的射束指向该全息光学元件，以在该全息光学元件的成像功能的影响下将所述射束在新的方向上偏转到该光路的第二片段中，并且该反射器与该全息光学元件相互之间如此来布置，使得由该反射器辐射到该光路的第三片段中的射束能够至少部分地透射穿过该全息光学元件，其中进行透射的射束的照射角基本不同于使该全息光学元件的成像功能的影响有效的入射角。该全息光学元件构造在例如由天然玻璃构成的透明的、尤其纯净透明的体上。该透明体用作该全息元件的载体。优选地该透明体具有大的、例如平坦的表面区域。本专利技术的一个优选的实施方案是，该透明体是尤其薄的玻璃片，其上构造了该全息光学元件。该玻璃片的厚度在此尤其与光路的第三片段的长度相比是薄的，并优选小于第三片段中射线长度的十分之一。与安装地点上的射线直径相比或者与该玻璃片的最大面对角线相比，玻璃片厚度例如最大是其直径的四分之一，最好小于五分之一，优选不大于八分之一，尤其不大于十分之一。由此该全息光学元件可以相对有利地制造，并可以相对简单地安装在该显示装置中的规定位置上。该最小厚度可以通过如下来确定，即通过该最小厚度能够达到该玻璃片的预定刚性，以避免例如自激振荡。该透明体的彼此相对置的大的表面区域例如可以平行地布置，或者例如相互成一个角度以形成棱柱。该纯净透明体例如可以由多个、例如两个具有不同折射率的层来构建。由此该全息光学元件可以有利地作为相位全息图来制造。在下文中，如果光学元件按照几何光学规则通过在面上的折射或反射来引起成像，那么它就被称为常规的光学元件。反射镜、透镜和棱镜是常规的光学元件的例子。全息光学元件是一个常规光学元件或者多个常规光学元件的组合的全息图、也即全息图样。该全息光学元件的光学成像功能通过常规光学元件来确定，其中该常规光学元件作为全息图而保持在全息光学元件中。在此该光学成像功能也可以对应于常规光学元件的组合。该光学成像功能在该全息光学元件中作为衍射结构来构造，其中该衍射结构可以在载体的透明体中的例如反射系数或例如折射率的空间周期调制中来构造。衍射效率描述入射到衍射结构上的光的、例如全部或例如在预定方向上被衍射的相对份额。该衍射效率可以通过例如反射系数的空间调制幅度和强度而被影响。该全息光学元件的衍射结构例如可以通过感光层的曝光和显影来生成，或者例如以结构化部的形式印在透明载体的边界面或表面上。为了生成衍射结构，例如可以采用一种用于利用干涉图像进行曝光的光学构造，或者例如基于数值计算例如通过激光处理把衍射图案传输到透明的光折射聚合物中。优选地该衍射结构构造在至少近似平坦的层中，其中该层优选地平行于该透明体的近似平坦的大表面来布置。这所具有的优点是，该全息光学元件可以相对容易被对准。该全息光学元件的光学成像功能可用的前提仅仅是，满足通过该全息光学元件成像的衍射条件。在本专利技术的显示装置上通过如下来满足衍射条件，即光路的第一片段的入射角、光路的第二片段的出射角、所使用的光的波长以及该全息光学元件相互协调。光路的第二片段的出射角对应于射束在该全息光学元件上被偏转之后的新方向。为了通过该全息光学元件进行良好的图像再现，优选地将该图像源构造用于发送基本相干的光、尤其单色相干光。这例如可以如此来实现，即该图像源例如由液晶显示器组成，其中利用例如扩展的或例如进行扫描的激射束来透射该液晶显示器。优选地该全息光学元件和该图像源、尤其该图像源的光源、至少关于可用光的波长或波长范围来相互协调。如果射束以不对应于衍射条件的角度入射到该全息光学元件上,那么该射束就基本不衍射地穿过该全息光学元件以及它的透明体。该全息光学元件的衍射结构在此可能造成所穿过的射束的光强的降低。因此在本专利技术的显示装置中，该全息光学元件如此位于光路的第三片段中，使得入射到该光路的第三片段中的射束以不满足全息成像衍射条件的照射角度入射到该全息光学元件上，并从而可以在其传播方向上几乎无影响地穿过该全息光学元件。本专利技术的显示装置由此有利地利用了在其光路的第三片段中被透射的空间区域，以空间节省地容纳该全息光学元件，其中该全息光学元件的光学成像功能基本上仅在光束从光路的第一片段偏转到第二片段时才有效。本专利技术的显示装置从而实现了一种相对紧凑的构造，并从而易于该显示装置容纳于汽车中，尤其容纳于仪表板中。该全息光学元件可以通过不同的方式布置在该光路的第三片段中。该第三片段的射束可以在该显示装置运行期间持续地和/或仅间或地穿过该全息光学元件。在此在第三片段中全部射束和/或部分射束可以全部和/或仅部分地透射穿过该全息光学元件的区域。为了避免用作该全息光学元件载体的该透明体的边缘或其他的边缘区域引起干扰地穿过该光路的第三片段的射束横截面，尤其优选的是，该透明体、尤其透明薄玻璃片的面如此来构造，使得该面在该显示装置中的安装位置上完全超过第三片段的、具有最大辐射横截面的射束。本专利技术的一个优选实施方案规定，用于把光束偏转到该光路的第三片段的反射器是反射镜。其所具有的优点是，通过偏转或成像几乎不或没有在由该反射器反射到第三片段中的射束上产生强度损失。另外，反射镜式的反射器附加地还可以构造用于图像显示的光学放大。除了该反本文档来自技高网...

【技术保护点】
显示装置（1），尤其抬头显示器，具有辐射光的图像源（3），具有为射束来构成光路（12）的光学元件（4，5，6，7，8，9），其中这些光学元件（4，5，6，7，8，9）包含有反射器（5）和具有预定光学成像功能的全息光学元件（8），其特征在于，该全息光学元件（8）在该光路（12）中与该反射器（5）在空间上相分离地来定位，并且该全息光学元件（8）布置在该光路（12）中，使得把该光路的第一片段的射束指向该全息光学元件（8），以便在该全息光学元件（8）的成像功能影响下将所述射束在新的方向上偏转到该光路的第二片段中，以及该反射器（5）与该全息光学元件（8）相互之间被布置为，使得由该反射器（5）辐射到该光路（12）的第三片段中的射束能够至少部分地透射穿过该全息光学元件，其中该光路（12）的第三片段的进行透射的射束的照射角基本与使该全息光学元件（8）的成像功能的影响有效的入射角不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.16 DE 102011075884.41.显示装置(I)，尤其抬头显示器，具有辐射光的图像源(3)，具有为射束来构成光路(12)的光学元件(4，5，6，7，8，9)，其中这些光学元件(4，5，6，7，8，9)包含有反射器(5)和具有预定光学成像功能的全息光学元件(8)，其特征在于，该全息光学元件(8)在该光路(12)中与该反射器(5)在空间上相分离地来定位，并且该全息光学元件(8)布置在该光路(12)中，使得把该光路的第一片段的射束指向该全息光学元件(8)，以便在该全息光学元件(8)的成像功能影响下将所述射束在新的方向上偏转到该光路的第二片段中，以及该反射器(5)与该全息光学元件(8)相互之间被布置为，使得由该反射器(5)辐射到该光路(12)的第三片段中的射束能够至少部分地透射穿过该全息光学元件，其中该光路(12)的第三片段的进行透射的射束的照射角基本与使该全息光学元件(8)的成像功能的影响有效的入射角不同。2.根据权利要求1所述的显示装置(1)，其特征在于，该全息光学元件(8)在由透明材料构成的玻璃片上来构造。3.根据权利要求2所述的显示装置(1)，其特征在于，该玻璃片的面被构造为，使得该面在该显示装置(I)的安装位置上完全伸出该光路(12)的第三片段的、具有最大辐射横截面的射束。4.根据前述权利要求之一所述的显示装置(1)，其特征在于，该全息光学元件(8)是一种可反射的全息光...

【专利技术属性】
技术研发人员：J魏因加滕，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：