用于车辆的视区显示装置和用于在人员的视线范围中展示图像的方法
【专利摘要】本发明涉及用于车辆（100）的用于在人员的视线范围中展示图像的视区显示装置（102）。视区显示装置（102）具有用于提供第一部分图像和第二部分图像的成像设备（110）；光学的设备（112），该设备用于沿着第一光路（107）向着能够配设给人员的第一眼睛（104）的第一眼睛区域（105）投射第一部分图像并且沿着第二光路（207）向着能够配设给人员的第二眼睛（204）的第二眼睛区域（205）投射第二部分图像；以及用于减小在第一光路（107）和第二光路（207）之间的串扰的设备。
【专利说明】
用于车辆的视区显示装置和用于在人员的视线范围中展示图像的方法
技术领域
[0001]本发明基于按照独立权利要求的所属类型的用于车辆的视区显示装置和用于在人员的视线范围中展示图像的方法。
【背景技术】
[0002]在车辆区域中应用的抬头显示器借助光学装置将成像单元的图像平面成象到虚拟的位于车辆前方的图像上。
[0003]DE 40 04 739 Al描述了用于立体地展示信息的光学的系统，该系统带有具有透镜功能的光学的元件、两个交替地接通和断开的光源和信息载体。
【发明内容】
[0004]在这样的背景下，使用这里所介绍的原理按照主权利要求介绍用于车辆的视区显示装置和用于在人员的视线范围中展示图像的方法。在独立权利要求中说明的装置的有利的改型方案和改进方案通过在从属权利要求中列出的措施而可行。
[0005]在在使用视区显示装置的情况下所展示的图像的品质能够被改善，办法是:减小在单个的光路之间的串扰，所述光路用于展示图像。
[0006]介绍了用于车辆的用于在人员的视线范围中展示图像的视区显示装置，该视区显示装置具有下述的特征:
用于提供第一部分图像和第二部分图像的成像设备；
光学的设备，该设备用于沿着第一光路向着能够配设给人员的第一眼睛的第一眼睛区域投射第一部分图像并且沿着第二光路向着能够配设给人员的第二眼睛的第二眼睛区域投射第二部分图像。
[0007]用于减小在第一光路和第二光路之间的串扰的设备。
[0008]能够将视区显示装置理解为抬头显示器(HUD)尤其是自由立体的抬头显示器。能够将人员的眼睛区域理解为配设给人员的眼睛的眼睛框。能够将成像设备理解为成像单元(PGU，图像产生单元)。成像设备能够包括用于提供第一部分图像和第二部分图像的成像器或者用于提供第一部分图像的第一成像器和用于提供第二部分图像的第二成像器。能够将光学的设备理解为光学装置尤其是抬头式光学装置。所述光学的设备能够例如包括多个用于在成像设备的成像器和眼睛区域之间偏转光线的镜子。此外，车辆的挡风窗板能够例如是光学的设备的一部分。在视区显示装置的运行中，人员能够通过该人员的一眼睛感知第一部分图像且通过该人员的第二眼睛感知第二部分图像。第一部分图像和第二部分图像互补为图像，从人员的视线中在该人员的视线范围中展示该图像。两个部分图像的光路能够密地彼此并列地走向。由此能够产生串扰。能够将串扰理解为:通过所述光路之一传递的光线耦合到所述光路另一中并且沿着该光路传递至配设给该光路的眼睛区域。用于减小的设备构造用于减小或排除这种串扰。对此，能够使用用于减小的设备的不同的实施方式，所述实施方式也能够在组合中使用。能够减小串扰，办法是:一方面，减小或加难一光路的光线耦合到另外的光路中，并且另一方面，通过再次过滤出已经由一光路耦合到另外的光路中的光线。在一个有利的方式中能够把所描述的用于压制串话干扰的原理应用于以自由立体的显示系统为形式的视区显示装置。
[0009]按照一个实施方式，用于减小串扰的设备能够具有第一过滤器，该过滤器布置和构造在第一光路中，以便过滤出具有第二特性的光线。此外用于减小的设备具有第二过滤器，该过滤器布置和构造在第二光路中，以便过滤出具有不同于第二特性的第一特性的光线。具有第一特性的光线能够用于传递第一部分图像的图像信息，并且具有第二特性的光线能够用于传递第二部分图像的图像信息。图像的特性能够例如涉及光线的偏振或光谱。如果用于传递第一部分图像的光线不被期望地耦合到第二光路中，则该光线能够在到达第二眼睛区域前在使用第二过滤器的情况下被过滤出。如果用于传递第二部分图像的光线不被期望地耦合到第一光路中，则该光线能够在到达第一眼睛区域前在使用第一过滤器的情况下被过滤出。
[0010]例如，第一特性能够代表第一偏振，并且第二特性能够代表第二偏振。第一过滤器相应于此能够是用于过滤出具有第二偏振的光线的第一偏振滤光器，并且第二过滤器能够是用于过滤出具有第一偏振的光线的第二偏振滤光器。不同偏振的光线能够简单地产生，从而以这种方式实现了用于避免串扰的消极影响的可以简单实现的可行方案。
[0011 ]对此能够构造成像设备，以便在使用具有第一偏振的光线的情况下提供第一部分图像。相应地，能够构造成像设备，以便在使用具有第二偏振的光线的情况下提供第二部分图像。相应地，偏振化的光线能够有利地在使用已经结合视区显示装置被应用的激光投影器或液晶显示器(IXD)的情况下产生。
[0012]作为附加方案或替代方案，第一特性能够代表第一色彩光谱并且第二特性能够代表第二色彩光谱。相应于此，第一过滤器能够是用于过滤出具有第二色彩光谱的光线的第一干涉滤光器，并且第二过滤器能够是用于过滤出具有第一色彩光谱的光线的第二干涉滤光器。色彩光谱能够具有多个单色。由此，色彩光谱能够包括不同的波长的光线。在此，由第一色彩光谱所包括的单色和由此由第一色彩光谱所包括的波长能够与由第二色彩光谱所包括的单色和由此由第二色彩光谱所包括的波长不同。第一干涉滤光器能够构造用于过滤出由第二色彩光谱所包括的单色和由此由第二色彩光谱所包括的波长。相应地，第二干涉滤光器能够构造用于过滤出由第一色彩光谱所包括的单色和由此由第一色彩光谱所包括的波长。以这种方式能够确保的是，第一眼睛区域仅由包括第一色彩光谱的光线达到，且第二眼睛区域仅由包括第二色彩光谱的光线达到。由此能够减少或排除串扰的消极的影响。
[0013]对此能够构造成像设备用于在使用第一波长的基色的情况下提供第一部分图像，并且在使用第二波长的基色的情况下提供第二部分图像。在此，第一波长的基色能够与第二波长的基色不同。作为基色能够例如使用红色、绿色和蓝色。以这种方式足以给每个色彩光谱定义三种波长或波长范围，即总共六种不同的波长或波长范围。由此能够例如为了展示基色红色，把带有第一波长的光线用于第一部分图像，并且把带有不同于第一波长的第二波长的光线用于第二部分图像。相应地，能够为了展示基色绿色，把带有第三波长的光线用于第一部分图像，并且把带有不同于第三波长的第四波长的光线用于第二部分图像。最后，为了展示基色蓝色，能够把带有第五波长的光线用于第一部分图像，并且把带有不同于第五波长的第六波长的光线用于第二部分图像。
[0014]如果用于减小串扰的设备包括过滤器，则视区显示装置有利地能够具有用于相应于第一眼睛区域的运动跟踪第一过滤器以及相应于第二眼睛区域的运动跟踪第二过滤器的跟踪设备。以这种方式能够确保的是，过滤器在视区显示装置的运行中即便在光路基于人员的运动而移动时也继续位于配设给该人员的光路中。
[0015]作为对使用过滤器的附加方案或替代方案，用于减小串扰的设备能够在用于背光成像设备的成像器的元件中具有第一全息光学功能并且在用于背光成像器的所述元件或另外元件中具有第二全息光学功能。通过这样的背光能够有效地阻碍或减少衍射效应，该衍射效应能够在成像器处产生且能够造成串扰。全息光学功能还能够匹配至成像设备的衍射特性。作为全息光学功能能够例如使用全息图。如果成像设备具有用于提供第一部分图像的第一成像器和用于提供第二部分图像的第二成像器，则能够设置用于背光第一部分图像的第一全息光学功能和用于背光第二部分图像的第二全息光学功能。成像器也能够描述为成像器。为了照射两个眼睛框，需要不同的光学功能，所述光学功能能够实现在两个全息图中，当然也能够统一在唯一的全息图中。由此，所述两个光学功能能够按照不同的实施方式在同样的元件中但或者在两个不同的全息的元件中实现。
[0016]例如，第一全息光学功能能够代表这样的全息图，该全息图在该全息图的拍摄期间从第一眼睛区域中经过光学的设备和成像器而照射。相应地，第二全息光学功能能够代表这样的全息图，该全息图在该全息图的拍摄期间从第二眼睛区域中经过光学的设备和成像器而照射。全息图能够在使用对象波(Objektwelle)和参考波的情况下拍摄。能够形成所使用的对象波，办法是:光线经过相应的眼睛区域、光学的设备和成像器或相应的成像器传导至这样的位置，相应的全息图在视区显示装置的运行期间布置在该位置处。能够以这种方式和方法在批量生产中拍摄主全息图，该主全息图借助连接拷贝方法复制。由此，第一全息功能在使用连接拷贝方法的情况下能够代表复制了的第一主全息图，并且第二全息功能在使用连接拷贝方法的情况下能够代表复制了的第二主全息图。在使用仅一个主全息图的情况下，第一全息功能和第二全息功能以相应的方式代表在使用连接拷贝方法的情况下的复制了的主全息图。以有利的方式，以这种方式不必要的是，每个安装在最后的系统中的全息图通过相应的光学装置已经曝光。足够的是，通过这种曝光建立主全息图并且通过连接拷贝来复制该主全息图。
[0017]用于在人员的视线范围中展示图像的相应的方法包括下述步骤:
提供第一部分图像且提供第二部分图像；
沿着第一光路向着能够配设给人员的第一眼睛的第一眼睛区域投射第一部分图像并且沿着第二光路向着能够配设给人员的第二眼睛的第二眼睛区域投射第二部分图像;并且减小在第一光路和第二光路之间的串扰，
所述方法的步骤能够有利地在使用所提到的视区显示装置的设备的情况下实施。
[0018]所述减小的步骤能够例如通过在单个的光路中过滤出特定特性的光线或通过用于提供部分图像的成像设备的合适的背光来执行。
[0019]在附图中表明且在下述的说明中具体阐释本发明的实施例。
【附图说明】
[0020]附图中:
图1是带有按照一个实施例的视区显示装置的车辆；
图2是带有按照一个实施例的视区显示装置的车辆；
图3是按照一个实施例的视区显示装置；
图4是按照一个实施例的视区显示装置；
图5是按照一个实施例的视区显示装置的示意性展示；
图6是根据一个实施例的用于展示图像的方法的流程图；
图7是按照一个实施例的视区显示装置；
图8是用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备的示意性展示；
图9是用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备的示意性展示；
图10是用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备的示意性展示；
图11是用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备的示意性展示；
图12是按照一个实施例的视区显示装置的示意性展示;并且图13是按照一个实施例的视区显示装置的示意性展示。
【具体实施方式】
[0021]在本发明的有利的实施例的后续说明中，针对不同附图中所展示的并且作用相似的元件使用了相同的或者相似的附图标记，其中省去了对此元件的重复说明。
[0022]图1示出了带有按照一个实施例的视区显示装置102的车辆100。驾驶员坐在车辆100中，在图1中仅示出了该驾驶员的驾驶员眼睛104。驾驶员眼睛104位于眼睛区域105中，该眼睛区域在下文中也描述为眼睛框。由此将眼睛区域105理解为这样的区域，眼睛104事实上或以假定的方式位于该区域内。在驾驶员的头部运动时，则眼睛104运动，并且眼睛区域105的位置相应地跟踪眼睛104的运动。视区显示装置102构造用于在虚拟的银幕106(该银幕位于驾驶员的视线范围中)上为驾驶员展示可见的图像。为此，将光线沿着光路107引
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[0023]视区显示装置102设计为抬头显示器。在图1中所示出的视区显示装置102的示意的结构包括以PGU(图像产生单元)为形式的成像设备110和以光学装置也称为HUD光学装置为形式的光学的设备112。在下文中也将所述成像设备110称作成像单元110。
[0024]抬头显示器102构造用于借助光学装置112将成像单元110的图像平面成象到虚拟的位于车辆100前方的图像上。驾驶员由此感知放大的图像，该图像已经由成像单元110产生。这种图像与驾驶场景叠加并且在与前窗板114的定义的间距中位于虚拟的银幕106上。在此，能够实现将LCD模块使用作为在成像单元110中的成像的元件。前窗板114也能够解释为光学的设备112的一部分。
[0025]所展示的虚拟的图像是由成像单元110产生的显示器的放大的成象。由此，HUD光学装置112拥有特定的放大。必要的放大随着虚拟的银幕106的间距增大，这是因为由成像单元110产生的图像必须更强地放大，以便在较大的间距中占据驾驶员的所期望的视区。例如，虚拟的银幕106能够位于大约15m的间距中。
[0026]作为虚拟的图像能够在抬头显示器102的运行期间在虚拟的银幕106上例如展示标记或字符，该标记或字符从驾驶员的视线中在前窗板114的后部显现。
[0027]图2示出了带有按照一个实施例的视区显示装置102的车辆100。该示意图对应借助图1所描述的示意图，其中，在图2中原则上示出了自由立体的抬头显示器102的原则的工作方式。因此，在图2中展示了驾驶员的两个眼睛104、204。
[0028]眼睛104位于眼睛区域105中，且眼睛204位于眼睛区域205中。
[0029]自由立体的HUD系统102利用用于左眼和右眼104、204的独立的部分图像工作，通过所述部分图像能够产生与由电影院已知的类似的3D效果。成像单元110另外就已经产生两个部分图像。然后通过所述HUD光学装置112，部分图像的光线在较小的眼睛框105、205中被供给相应的眼睛104、204使用。对此，使用两个独立的光路107、207。
[0030]图3示出了按照一个实施例的视区显示装置102。在此，它能够指的是借助图2仅示意展示的视区显示装置102的实施例。所示出的是视区显示装置102，以用于放大较小的成像器即所谓的成像装置的HUD设计为例。成像单元110的成像器通过四个自由曲面镜321、322、323、324和挡风窗板114虚拟地成象。自由曲面镜321、322、323、324和挡风窗板114能够解释为视区显示装置102的光学的设备112。
[0031]图4示出了按照一个实施例的视区显示装置102的示意性展示。在此，它能够指的是借助图2描述的视区显示装置102。所展示的是视区显示装置102作为受到串话干扰的系统，即系统表现在在光路107、207之间的串扰中。
[0032]通过在HUD系统102内的极为不同的面处的散射或衍射，用于眼睛104的光线的一部分能够向着另一眼睛204的方向偏转。产生了从一眼睛104到另一眼睛204中的串扰。为了阻碍用于眼睛104的光线的一部分向着另一眼睛204的方向偏转，或者为了阻碍已经向着另一眼睛204的方向偏转的光线接触到眼睛204，则视区显示装置102配有下文具体描述的用于减小在包括用于眼睛104的光线的第一光路107和包括用于眼睛204的光线的第二光路207之间的串扰的设备。
[0033]立体的显示系统102的品质的重要的标准是两个眼睛之一104的图像信息到另外的眼睛204中的不被希望的串扰。该串扰指的是所谓的串话干扰(Crosstalk)。串扰的过大的尺度导致视觉方面的过度需求例如不适、疲劳现象并且能够导致3D印象的完全的丧失。
[0034]串话干扰能够在光学的系统的不同的部位处产生并且具有不同的起因。首先，成像单元110在产生自由立体的抬头显示器102的两个不同图像时容易遭受串话干扰。如果例如使用了用于产生两个部分图像的散射面，则基于高斯状的放射在宽的眼睛框中产生串话干扰。通过在成像器110处的衍射效应所造成的串话干扰的形成也是重要的效果。LCD模块例如在高解析度时拥有很窄的像素栅格(在大约30μπι范围中的RGB亚像素)。这种栅格衍射地如光栅那样起作用并且由此导致能够产生明显可见的串话干扰的眼睛框的较高的级次。在直接成象的成像装置中例如在数字光线处理(DLP)中(在该数字光线处理中，数字的图像被调制到光射线上)或者在带有小间距(Pitch)的微透镜阵列中得出产生类似的串话干扰的衍射效应。这样产生的串话干扰尤其难以排除，这是因为所述串话干扰直接在成像的元件110处产生并且必须被压制，而不损害图像信息。
[0035]在使用所谓的用于减小串扰的设备的情况下，能够有效地减少在成像单元中产生的到错误的眼睛104、204中的部分图像的串扰。在此，也能够尤其减少通过衍射效应所产生的串话干扰。
[0036]图5示出了按照一个实施例的视区显示装置102的示意性展示。如已经实施的那样，视区显示装置102构造用于在使用光学的设备的情况下将第一部分图像通过第一光路107向着配设给第一眼睛的第一眼睛区域105的方向投射并且将第二部分图像通过第二光路207向着配设给第二眼睛的第二眼睛区域205的方向投射。为了提供第一部分图像和第二部分图像，视区显示装置102具有成像设备。
[0037]视区显示装置102具有用于减小在第一光路107和第二光路207之间的串扰的设备。能够将减小理解为:从一开始就制止或减少所述串扰，或者至少减少已经进行的串扰。对此，如在图5中示意展示的用于减小的设备能够具有多个不同的和能够在不同的位置处布置的元件521、523、525、527，能够就其本身而言独立地或在组合中使用所述元件。
[0038]按照一个实施方式，用于减小的设备包括过滤器521、523，所述过滤器在光路107、207中布置在成像设备110和眼睛区域105、205之间。
[0039]在此，过滤器521、523能够集成到光学的设备112中或布置在成像设备110和光学的设备112之间。配设给第一光路107的第一过滤器521构造用于过滤出具有第二特性的光线，该光线用于展示第二部分图像。配设给第二光路207的第二过滤器523构造用于过滤出具有第一特性的光线，该光线用于展示第一部分图像。第一特性能够表现为用于展示部分图像的光线的第一偏振，且第二特性能够表现为用于展示部分图像的光线的第二偏振。在该情况中，过滤器521、523能够设计为偏振滤光器。作为附加方案或替代方案，第一特性能够表现为第一色彩光谱并且第二特性能够表现为第二色彩光谱。在该情况中，过滤器521、523或者附加的过滤器521、523能够设计为干涉滤光器。
[0040]按照一个实施例，视区显示装置102包括跟踪设备530，该跟踪设备构造用于跟踪过滤器521、523，如果这一点基于眼睛区域105、205的位置改变而必要。跟踪设备530例如实现为机械器件，该机械器件构造用于对控制信号的接收响应地执行跟踪。
[0041]按照另一个实施例，用于减小的设备作为对过滤器521、523的附加方案或替代方案还包括全息光学元件525、527 ο在此，设置第一全息光学元件525用于背光成像设备110的设置用于提供第一部分图像的成像器，并且设置第二全息光学元件527用于背光成像设备110的设置用于提供第二部分图像的成像器。全息光学元件525、527能够设计为独立的构件或作为唯一的构件的区域。
[0042]由此，为了减少串话干扰，遵循三个原理。第一原理的核心是分离两个部分图像的偏振，并且在光学的放射过程中使用设计为偏振过滤器的过滤器521、523，所述过滤器给相应的眼睛仅提供一个部分图像的偏振。第二原理类似地起作用，但是取代分离偏振而使用基于不同的波长的分离。第三原理的核心是使用全息光学元件525、527(H0E)作为成像器110的背光，以便使用相应的相位栅格(Phasengitter)补偿所述成像器110的衍射特性。由此，实现了在窄的角度中的背光的光线的散射，从而获得低的串话干扰程度。
[0043]串话干扰程度的减少在积极方面对显示系统的图像品质起作用。通过所述串话干扰减少阻碍了视觉方面的过度需求，并且减少了与立体图像的较久的观察相联系的疲劳现象。这实现了显示系统102的舒适的和长期的应用并且显著提高了舒适性。另一方面，单个的部分图像的对比度通过减小串扰而提高。通过全息地工作的元件525、527能够总和常规的光学元件的功能。额外地，能够以任意的间距制造虚拟的光源，所述光源超出结构的空间尺寸。全息图525、527的使用由此有效地减少了结构空间。
[0044]全息图525、527代表全息的功能，所述功能能够按照不同的实施方式在独立的若干元件中或在一元件中实现。如果全息的功能525、527共同地在一元件中例如在成像器110中实现，则两个全息的功能525、527能够在视区显示装置102的运行中从不同的方向被照射。如果从第一照射方向照射带有全息的功能525、527的元件，则能够服务第一眼睛区域105。但是，如果从第二照射方向照射带有全息的功能525、527的元件，则能够服务第二眼睛区域205。
[0045]图6根据一个实施例示出了用于展示图像的方法的流程图。能够例如(如借助图2所示出的那样)在人员的视线范围中的虚拟的银幕上展示所述图像。对此，在步骤601中，首先提供两个部分图像，例如在使用借助图2所示出的成像设备的情况下。在在时间上与此并行实施的步骤603中，所述部分图像之一通过第一光路传导至人员的第一眼睛，并且所述部分图像的另一个通过第二光路传导至人员的第二眼睛，例如在使用借助图2所示出的光学的设备的情况下。在在时间上与之并行实施的步骤605中，阻碍或至少部分地阻碍在光路之间的串扰，例如在使用借助图5所示出的用于减小的设备的情况下。
[0046]图7示出了按照一个实施例的视区显示装置102。所示出的是用于将小的成像器放大的HUD设计的示例。所展示的是相对于光路107、207的方向的视区显示装置102的第一元件110、321、322，已经借助图3描述了所述元件。在此，因为空间地完全分离了用于左眼和右眼的两个部分图像的路107、207，则偏振滤光器521、523能够过滤出到错误的眼睛中串扰的光线。
[0047]取代偏振滤光器521、523，能够以相应的方式使用干涉滤光器，当为了通过路107、207传递部分图像而使用不同的色彩光谱的光线时。
[0048]图8示出了用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备110的示意性展示。所示出的是带有两个LED投射器810、811的以PGU为形式的成像设备110的示意的示例。LED投射器810、811能够解释为成像设备110的成像器。两个投射器810、811的光线分别借助偏振过滤器821、823相应地线地偏振。配设给第一LED投射器810的偏振过滤器821实施为+45°的偏振滤光器，并且配设给第二LED投射器811的偏振过滤器823实施为-45°的偏振滤光器。LED投射器810、811的90°彼此偏振的部分图像然后能够在光学装置中通过分离的成象路在错误的眼睛中过滤出，例如在使用图7中所示出的偏振滤光器的情况下。元件825表现为散射面或微透镜阵列。
[0049]图9示出了用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备110的示意性展示。所示出的是带有两个LED投射器910、911的以PGU为形式的成像设备110的示意的示例。激光投射器910、911能够解释为成像设备110的成像器。通过使用激光投射器910、911已经偏振了两个部分图像。如此地设计所述投射器910、911，使得该投射器的图像90°彼此偏振。然后，被偏振的部分图像然后能够在光学装置中通过分离的成象路在错误的眼睛中过滤出，例如在使用图7中所示出的偏振滤光器的情况下。
[0050]图10示出了用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备110的示意性展示。所示出的以PGU为形式的成像设备110的示意的示例，对该成像设备而言，两个LCD 1010、1011叠加。IXD 1010、1011能够解释为成像设备110的成像器。通过两个IXD 1010、1011将所述部分图像线地偏振。位于LCD模块上的偏振过滤器的相应的朝向能够产生部分图像，所述部分图像90°彼此偏振并且能够通过光学装置被过滤出，例如在使用在图7中所示的偏振滤光器的情况下。IXD模块中的每个均包括散射面或微透镜阵列825以及发光二极管1025。成像单元还包括分束器1030。
[0051]图11示出了用于按照一个实施例的视区显示装置的成像设备110的示意性展示。所示出的是带有两个发光二极管设备1110、1111的以PGU为形式的成像设备110的示意的示例，小的成像器1140在此例如DLP芯片即用于调制数字的图像至光束的芯片利用所述发光二极管设备来直接地成象。发光二极管设备1110、1111中的每个均包括发光二极管1142、偏振滤光器1044、准直透镜1146、微透镜阵列1148以及投射透镜1150。发光二极管设备1110的偏振滤光器1144实施为+45°的偏振滤光器，并且发光二极管设备1111的偏振滤光器1144实施为-45°的偏振滤光器。通过所述通过过滤器所偏振的LED光线，成像设备110的两个部分图像同样90°彼此偏振并且能够在之后的光学装置中在错误的成象路中被过滤出，例如在使用在图7中示出的偏振滤光器的情况下。
[0052]在下文，借助图3至11具体描述了用于通过激光照射和偏振滤光器来减少串话干扰的实施例。
[0053]如果成像设备110在产生用于左眼和右眼的部分图像时使用经偏振的光线，则能够阻碍串扰，办法是:从用于一眼睛的光线的光学路径中过滤相应错误的偏振。对此，使用光学的设计方案，在该设计方案中，在至少一个部位处完全地分离用于部分图像的两个光路107、207。
[0054]在图3中示出了用于小的成像器的绘出的HUD光学装置112。这种成像器通过四个自由曲面镜321、322、323、324和挡风窗板114放大并且虚拟地成象。在图7中示出了这种HUD系统的截取部分。所展示的是成像单元110的成像器、前两个镜321、322以及额外地所装入的偏振过滤器521、523。在这种设计方案中，两个部分图像的光学的路107、207还完全地彼此分离。这实现了两个偏振滤光器521、523定位到用于各一个眼睛的小的眼睛框107、207的路107、207中。有效地过滤了光线到另外眼睛的眼睛框107、207中的串扰。
[0055]为了产生两个偏振方向，能够例如使用带有另外的偏振过滤器821、823、1044的LED作为在以PGU为形式的成像设备110中的成像器的背光。在此，另一个原理是使用激光背光，该激光背光依靠自身已经被预先偏振，正如借助图9描述的那样。在该情况中，进一步提高了整个系统的效率，这是因为没有过滤较大的有用光份额。
[0056]在使用者的头部运动情况下的眼睛框105、205的跟踪也强制了两个偏振滤光器521、523的跟踪。但是，此过滤器521、523的有待跟踪的区域较小并且必须仅在一轴线中实现。这种跟踪的时间需求也位于用于例如眼镜框跟踪本身的需求之下，这是因为偏振滤光器521、523拥有明确地隔开的孔径并且具有关于眼睛框射束的某种搭接。为了跟踪，能够使用在图5中示意示出的跟踪设备530。
[0057]能够不同地实施也称作成像单元的成像设备110。在原则上，所描述的方案能够使用在每个成像单元110中，所述成像单元能够提供在不同的偏振中的两个部分图像。在此，成像单元110的显示器的放射相应地匹配至成象的HUD镜321、322、323、324的所使用的光学装置方案。
[0058]按照一个实施例，使用成像单元110，该成像单元通过两个投射器810、811实现，所述投射器投射至散射面或微透镜阵列825，正如在图8中示出的那样。在此，如此放置两个投射器810、811，使得在投射面的不同的方向上放射两个部分图像。通过使用偏振过滤器821、823，能够把这样产生的两个部分图像以90°彼此偏振。这样偏振的部分图像在之后的成象的光学装置中在至少一个部位处取得完全彼此分离的路107、207。如果部分图像由于串话干扰而流动到错误的路107、207中，则能够在该处过滤出所述部分图像。
[0059 ]在使用激光投射器910、911的情况下，能够在投射器910、911的相应的设计中直接地利用激光的偏振特性，如在图9中所示那样。在此，投射器910、911也能够实现为飞点投射器。
[0060]在图10中展示了基于LCD模块的成像单元110的可行的方案。在此，借助分束器1030如此地背光两个LCD 1010、1011，使得所述LCD投射用于立体视景的两个部分图像。所述背光借助LED光线如此地形成，使得两个部分图像在分束器1030之后在稍微不同的方向上放射。通过LCD 11、1011以自然的方式偏振相应的部分图像。如果LCD 11、1011的偏振相应地设计，则实现了以90°彼此偏振的部分图像，再者在之后的光学装置中过滤出所述部分图像。
[0061]同样地，带有小的成像器1140的直接的成象的方案能够使用偏振的部分图像实现。图11对此示出了一示例，在该示例中将DLP芯片作为成像器1140成象。成像器1140的背光从两个不同的方向进行，以便实现两个部分图像。在此，LED 1142的光线被偏振且通过准直透镜1146聚集。在基于微透镜阵列1148和投射透镜1150的均匀化阶段之后，将光线传导至成像器1140。
[0062]按照另一个实施例，实现了成像器方案，在该成像器方案中，相应地照射两个硅基液晶(LCoS)芯片即在硅基质上的两个液晶。
[0063]总而视之，所建议的方案能够应用在各种成像单元上。在此，所述部分图像不必非要±45°地偏振。但是，以90°彼此偏振是有利的，这是因为两个部分图像从而有效地彼此分离。使用±45°额外提供的优点是，挡风窗板114几乎相同强度地反射所述两个部分图像，并且所述两个部分图像由此保持相同亮。但是，实际的设计也能够与此不同。
[0064]作为对基于在图7中示出的偏振过滤器521、523所进行的过滤的替代方案，能够使用干涉滤光器，当部分图像的基色对两个眼睛而言相应地在光谱方面彼此偏差时。然后，用于左眼的图像对红色、绿色和蓝色使用与另外的部分图像不同的波长。为此，带有窄的频率宽度的激光照射是合适的。然后，利用六种不同的波长运行所述系统。对此，能够应用带有例如直至六种不同的波长和从属于此的干涉滤光器的激光显示器。以这种方式能够通过干涉滤光器执行串话干扰压制。干涉滤光器的布置方式能够对应所描述的偏振滤光器的布置方式。
[0065]图12示出了按照一个实施例的视区显示装置102的示意性展示。视区显示装置102用于拍摄全息光学元件(按照这个实施例是全息的功能，在下文也描述为全息图525)。被拍摄的全息图525能够接下来在视区显示装置102的运行期间应用于产生成像设备110的成像器1260的背光，在此例如用于背光以DLP芯片或LCoS芯片为形式的成像器1260。
[0066]为了拍摄全息图525，将对象波1261和参考波1262传导至全息图525。对象波1261由照射1264产生，该照射的光线通过光学装置112和成像器1260传导至全息图525，该全息图在该全息图的拍摄之后能够视为成像设备110的一部分。
[0067]由此，图12示出了用于通过例如以DLP芯片为形式的成像器1260拍摄全息图525的结构的布置方式。从眼睛框的位置中实现照射1264，并且所述照射通过成像器1260和光学装置112传导至全息图525。结合参考波1262形成了某种相位样式，该相位样式压印到全息图525中。
[0068]以这种方式产生的全息图525能够使用作为主全息图，在使用连接拷贝方法的情况下能够复制该主全息图。
[0069]图13示出了按照一个实施例的视区显示装置102的示意性展示。在此，它能够指的是借助图12描述的视区显示装置，对该视区显示装置而言应用了照射1366，以便通过全息图525产生用于成像设备110的成像器1260的背光，从而部分图像通过由光学的设备112导引的光路107传导至以眼睛框为形式的眼睛区域105。以这种方式，能够将通过光路107所传导的光线解释为重构(Rekonstrukt1n) ο
[0070]由此，例如借助图12所描述的拍摄的全息图525能够被放映，办法是:所述照射1366从另外侧进行。由此反向产生在拍摄时所应用的对象波，并且通过成像器1260和光学装置112再次形成了眼睛框105，在拍摄时从所述眼睛框中照射。
[0071]借助图5以及12和13，在下文按照不同的实施方式描述了基于HOE背光的串话干扰减小。
[0072]显示系统的成像器1260额外也拥有衍射的特性，该特性首先在很小的结构中产生。常见的高解析的LCD 1260拥有这样的像素，该像素由于该像素的布置方式的栅格结构已经具有衍射效应。通常，栅格以因数3比真正的所说明的像素大小更精细地解析，这是因为单个的像素包括用于红色、绿色和蓝色的三种亚像素(亚像素大约30μπι)。同样，成像器成像装置1260例如LCoS芯片或DLP芯片利用在衍射范围(大约ΙΟμπι)中的像素大小工作。
[0073]在带有大的角度范围的背光中(例如在普通的显示器中使用该背光)，这样的衍射效应进入背景，这是因为不同的角度的衍射级次会叠加。但是，照射角度越窄，则所述衍射效应出现得越多。尤其，在自由立体的显示器中重要的是，在PGU显示器1260处实现窄的放射锥，这是因为用于两个眼睛的图像信息应清晰地彼此分离。在此，成像器结构的较高的衍射级次产生衍射的光线，该光线能够串扰到错误的眼睛框中。由此，图像品质受难，会产生串话干扰并且降低对比度。
[0074]用于减少这种效果的办法是在光路中使用过滤器，所述使用是已经描述的原理。
[0075]另外的可行方案在于通过全息光学元件525作为压制较高的衍射级次的相位模式的背光中。这能够通过相应的全息图525实现。
[0076]这样的全息图525能够通过反向拍摄经过成像器1260产生，正如例如在图12中所展示的那样。在此，所述拍摄通过之后有待使用的光学装置112和成像器1260本身来进行。由此，连同参考波1262将特定的相位样式印到全息图525中，该全息图在之后的放映中再次准确地产生对象波1261。然后，不再有较高的衍射级次，这是因为所述衍射级次通过全息图525的相位样式消除。在衍射的元件1260的栅格中产生的惠更斯基本波然后在不同的方向上不同地调制。
[0077]在放映全息图525时，如在图13中所示，此时反向产生对象波1261，办法是:所述照射1366定位在全息图525的另外侧上。这样放映地，通过成像器1260和光学装置112再次成象所述眼睛框105。
[0078]与通过光学装置112所进行的拍摄类似地，能够计算相应的全息图525并且将该全息图直接地机械地记载。所绘出的全息图525能够在花费上有利地通过连接拷贝来复制。
[0079]按照另一个实施例，取代在图12中拍摄的播送全息图525，动用反射地工作的全息图。所述全息图的特征在于更加清晰的光谱的分离和更加锐利地隔开的放射角度。
[0080]此时，第二眼睛框能够通过另一独立的全息图527形成，该全息图与第一全息图525类似地拍摄和照射。
[0081]全息图525、527在原则上也能够拍摄用于三种基色即红、绿和蓝的不同的相位样式。由此全息图525、527能够相应地用于眼睛框105、205的三种基色。
[0082]虽然利用激光进行全息图525、527的拍摄，但也能够利用LED光线作为照射1366来放映这样所拍摄的全息图525、527。在此，基本的功能不消失，但是LED的光谱的宽度导致这样所产生的眼睛框105、205的拓宽或者说侵蚀至某种程度。在此，在眼睛框105、205的边缘处的侵蚀的程度主要取决于LED的光谱的宽度。用于仍然较窄地保持所述眼睛框105、205的办法在于，在拍摄时，使用比之后应重构的很大程度上更窄的眼睛框。此外，能够考虑使用被优化至窄的频率特征的光谱的过滤器或LED。
【主权项】
1.一种用于车辆(100)的用于在人员的视线范围中展示图像的视区显示装置(102)，带有下述的特征: 用于提供第一部分图像和第二部分图像的成像设备(110); 光学的设备(112)，该设备用于沿着第一光路(107)向着能够配设给人员的第一眼睛(104)的第一眼睛区域(105)投射第一部分图像并且沿着第二光路(207)向着能够配设给人员的第二眼睛(204)的第二眼睛区域(205)投射第二部分图像;以及 用于减小在第一光路(107)和第二光路(207)之间的串扰的设备。2.按照权利要求1所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，用于减小串扰的设备能够具有第一过滤器(521)，该过滤器布置和构造在第一光路(107)中，以便过滤出具有第二特性的光线，并且所述设备具有第二过滤器(523)，该过滤器布置和构造在第二光路(207)中，以便过滤出具有不同于第二特性的第一特性的光线。3.按照权利要求2所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，第一特性代表第一偏振，并且第二特性代表第二偏振，并且第一过滤器(521)是用于过滤出具有第二偏振的光线的第一偏振滤镜，并且第二过滤器(523)是用于过滤出具有第一偏振的光线的第二偏振滤镜。4.按照权利要求3所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，将第一成像设备(110)构造用于在使用具有第一偏振的光线的情况下提供第一部分图像，并且将第二成像设备(110)构造用于在使用具有第二偏振的光线的情况下提供第二部分图像。5.按照权利要求2所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，第一特性代表第一色彩光谱，并且第二特性代表第二色彩光谱，并且第一过滤器(521)是用于过滤出具有第二色彩光谱的光线的第一干涉滤光器，并且第二过滤器(523)是用于过滤出具有第一色彩光谱的光线的第二干涉滤光器。6.按照权利要求5所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，将成像设备(110)构造用于在使用第一波长的基色的情况下提供第一部分图像并且在使用第二波长的基色的情况下提供第二部分图像，其中，第一波长的基色与第二波长的基色不同。7.按照权利要求2至6中任一项所述的视区显示装置(102)，该视区显示装置带有用于相应于第一眼睛区域(105)的运动跟踪第一过滤器(521)的以及相应于第二眼睛区域(205)的运动跟踪第二过滤器(523)的跟踪设备(530)。8.按照权利要求1所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，用于减小串扰的设备在用于背光所述成像设备(110)的成像器(1260)的元件(525)中具有第一全息光学功能并且在用于背光所述成像器(110)的成像器(1260)的所述元件(525)或另外元件(527)中具有第二全息光学功能。9.按照权利要求8所述的视区显示装置(102)，在该视区显示装置中，第一全息光学功能代表这样的全息图，该全息图在该全息图的拍摄期间从第一眼睛区域(105)中经过光学的设备(112)和成像器(1260)而照射，并且在该视区显示装置中，第二全息光学功能代表这样的全息图，该全息图在该全息图的拍摄期间从第二眼睛区域(205)中经过光学的设备(112)和成像器(1260)而照射，或者在该视区显示装置中，第一全息功能和第二全息功能代表至少一个在使用连接拷贝方法的情况下的经复制的主全息图。10.—种用于在人员的视线范围中展示图像的方法，其中，所述方法包括下述步骤: 提供(601)第一部分图像且提供第二部分图像； 沿着第一光路(107)向着能够配设给人员的第一眼睛(104)的第一眼睛区域(105)投射(603)第一部分图像并且沿着第二光路(207)向着能够配设给人员的第二眼睛(204)的第二眼睛区域(205)投射第二部分图像;以及 减小(605)在第一光路(107)和第二光路(207)之间的串扰。
【文档编号】G02B27/01GK106054384SQ201610229699
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月14日 公开号201610229699.8, CN 106054384 A, CN 106054384A, CN 201610229699, CN-A-106054384, CN106054384 A, CN106054384A, CN201610229699, CN201610229699.8
【发明人】T.维尔纳, R.菲斯
【申请人】罗伯特·博世有限公司