抬头显示器和具有抬头显示器的运输工具的制作方法

本发明涉及一种抬头显示器，尤其是涉及一种用于运输工具的抬头显示器。本发明还涉及一种具有这种抬头显示器的运输工具。

背景技术：

1、随着虚拟和增强现实技术和应用的不断发展，这些虚拟和增强现实技术和应用也正在进入汽车中。增强现实(ar)(在德语中“扩展现实”)是通过在三维空间中位置正确地记录的且允许实时互动的虚拟元素来丰富现实世界。由于表述“增强现实”相对于表述“扩展现实”在德语地区中的专家中已获得接受，因此在下文将使用前者。

2、抬头显示器提供了用于借助虚拟扩展来丰富驾驶员工作场所的可能的技术实现方案。抬头显示器(也被称为hud)理解为一种显示系统，在该显示系统中观察者可以维持其视线，因为要呈现的内容被插入到其视野中。这种系统由于其复杂性和成本而最初主要用于航空领域，而这种系统现在也在汽车领域中被大批量安装。

3、抬头显示器通常包括成像单元或pgu(图像生成单元)、光学系统和投影面。成像单元产生图像并且为此使用至少一个显示元件。光学系统将图像投射到投影面上。投影面是部分镜反射的、透光的片材。因此，观察者看到由成像单元呈现的内容作为虚拟的图像，并且同时也看到在片材之后的真实世界。在汽车领域中，挡风片材经常用作投影面，其弯曲的形状必须在呈现时被考虑到。作为备选方案，一方面也使用由玻璃或塑料制成的附加的片材，该附加的片材在驾驶员和前片材之间布置在仪表板上。通过光学系统和投影面的共同作用，虚拟图像是由成像单元产生的图像的放大呈现。由于显示和行驶场景的光学叠加，需要较少的头部运动和眼睛运动以用于阅读信息。此外，针对眼睛的适应耗费减少，因为根据显示的虚拟距离，须较少直至完全不需要进行适应性调节。

4、抬头显示器的光学系统、尤其是在ar抬头显示器或3d抬头显示器中，通常包括两个相对布置的镜子，用于折叠光程(strahlengang)。

5、例如，us2020/0026073a1描述了一种具有液晶显示器和投影单元的抬头显示器。线性偏振的显示光由投影单元发出。显示光通过由导光单元提供的光学路径被导引至挡风片材。该导光单元包括第一移相器、反射元件、放大镜子和线性偏振器。第一移相器确保环境光能够在图像中不被干扰地看到。

6、在已知的设计方案中，镜子必须彼此相距足够远，因此镜子不阻挡至投影面的光行程以及从成像单元至相应其它镜子的光行程。这导致整个单元的较大体积。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供用于实现抬头显示器的解决方案，其带有减少的安装空间。

2、所述任务通过如下抬头显示器来解决，所述抬头显示器具有：用于产生图像的成像单元；以及用于将所述图像投射到投影面上的光学系统，其中，所述光学系统具有至少一个第一镜子、布置在所述第一镜子旁边的弯曲的第二镜子以及选择性反射的元件，所述选择性反射的元件布置在所述第一镜子和所述第二镜子之间的光学路径中，并且其中，所述光学系统如此设计，使得由所述成像单元发出的光：打到所述选择性反射的元件上并且不受阻碍地穿过所述选择性反射的元件；打到所述第一镜子上并且由所述第一镜子朝着所述选择性反射的元件的方向反射；由所述选择性反射的元件朝着所述第二镜子的方向反射；由所述第二镜子朝着所述选择性反射的元件的方向反射并且不受阻碍地穿过所述选择性反射的元件；并且打到所述投影面上。且所述任务通过具有前述抬头显示器的运输工具来解决。

3、根据本发明的第一方面，抬头显示器具有用于产生图像的成像单元和用于将图像投射到投影面上的光学系统。该光学系统具有至少一个第一镜子、第二镜子和选择性反射的元件。选择性反射的元件布置在第一镜子和第二镜子之间的光学路径中。

4、在根据本发明的解决方案中，选择性反射的元件用于引起光程的附加折叠。这实现了整个系统的体积减小。选择性反射的元件在此如此设计，使得该选择性反射的元件可以被光在从成像单元至第一镜子的行程上以及在从第二镜子至投影面的行程上不受阻碍地穿过。以这种方式避免了光行程的阻塞。同时，由选择性反射的元件在光程中的位置处提供了附加的光学活性面，在该处所述附加的光学活性面在没有选择性反射的元件的情况下是不可定位的，因为所述附加的光学活性面在光程中在其它面之间将导致阴影。

5、根据本发明的一方面，选择性反射的元件是方向选择性的反射器，所述方向选择性的反射器对于确定的角度范围作用为镜子并且对于其它角度范围是透明的。优选地，所述方向选择性的反射器至少在40°至60°的范围内作用为镜子并且至少在0°至25°的范围内是透明的。通过将由成像单元发出的光以小角度打到选择性反射的元件上，该光不被选择性反射的元件反射并且不受阻碍地到达至第一镜子。第一镜子如此布置，使得由第一镜子反射的光以明显更大的角度打到选择性反射的元件上并且被该选择性反射的元件朝着第二镜子的方向反射。第二镜子现在又如此布置，使得由该第二镜子反射的光以小角度打到选择性反射的元件上并且因此不受阻碍地到达至投影面。

6、根据本发明的一方面，所述方向选择性的反射器设计为反射式体积光栅。反射器的方向选择性可以通过不同解决方案实现。在第一解决方案中，使用了反射式体积光栅。例如，这样的反射式体积光栅可以被制造为薄膜，这可简化了操纵。如果体积光栅是对称的，即如果入射角和出射角相同，那么光栅不具有色散。这对选择合适的光源产生有利的影响。

7、根据本发明的一方面，所述反射式体积光栅具有附加的光学功能。例如，反射式体积光栅可以具有透镜功能。通过将反射式体积光栅对光程产生影响(fakten)的特性与其它光学功能相结合，可以节省光程中可能需要的其它光学元件。例如，透镜功能允许在映射中进行附加的像差校正。

8、根据本发明的一方面，所述方向选择性的反射器设计为具有多层薄层覆层的基底。在用于实现反射器的方向选择性的的第二解决方案中，使用了基于干涉的覆层。该基于干涉的覆层如此设计，使得该基于干涉的覆层对于针对确定的角度范围的频带而言是透明的，而对于其它角度范围是反射的。使用薄层覆层具有以下优点：该薄层覆层可以非常精确地以期望的特性制造。

9、根据本发明的一方面，所述基底的至少一个区域设计为透镜。薄层覆层所在的基底本身可以实施为折射透镜，例如用于附加的像差校正。在此，镜反射侧可以保持平坦或圆柱形，以便例如将覆层接纳到薄膜上。

10、根据本发明的一方面，所述选择性反射的元件是偏振选择性的反射器。在这种情况下，在第一镜子之前以及在第二镜子之前优选地分别布置有四分之一波板(viertelwellenplatte)。例如，选择性反射的元件可以具有覆层，该覆层对于s偏振光是反射的，但传输p偏振光。补充地，那么不仅在第一镜子之前而且在第二镜子之前都定位有四分之一波板，以便借助通过该四分之一波板的双重通行，使光的偏振在该行程上转动。

11、根据本发明的一方面，第一镜子和第二镜子并排布置。由于选择性反射的元件引起光程的附加折叠，这两个镜子可以并排布置。通过这种布置，系统的体积可以进一步减小。

12、根据本发明的一方面，第一镜子和第二镜子一件式地形成。由于两个镜子可以并排布置，存在如下可能性，将两个镜子制造成一件。典型地，所述镜子是自由形状镜子。通过一件式的设计，一方面节省了生产步骤，另一方面在装配整个系统时也省去了针对镜子的相对定向的校准耗费。

13、根据本发明的一方面，所述选择性反射的元件大致竖直地定向。“大致竖直定向”在此应理解为，反射面在相对于竖直线的小于45°的角度下布置。将选择性反射的元件倾斜到大致竖直的位置对于避免阳光的干扰反射是有利的。

14、根据本发明的一方面，所述选择性反射的元件是弯曲的。选择性反射的元件一方面可以平坦地实施，但备选地，选择性反射的元件也可以具有弯曲部。在制造为薄膜的材料中，这种弯曲部优选是圆柱形的。然而，具有更复杂造型的实施方案也是可能的，该实施方案然后例如作用为自由形状镜子。

15、根据本发明的一方面，相邻于所述选择性反射的元件布置有至少一个附加的透镜。在反射器上或在反射器附近可以定位有单独的透镜，例如用于映射中的附加像差校正。这在没有选择性反射的元件的未折叠的系统中在该位置处是不可能的，因为透镜将影响另一个辐射路径。

16、特别有利地，根据本发明的抬头显示器被用于运输工具中。例如，该运输工具可以是机动车，例如乘用车或商用车。根据本发明的解决方案的使用在此具有以下优点：所述抬头显示器在安装空间减小的情况下可应付并且因此在运输工具中的布置被简化。