CN101040205A - 特别是在机动车中借助虚拟图像显示光学信息的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是在机动车中借助于虚拟图像(P)显示光学信息的装置,其中光学信息能够以来自于图像生成装置的光束的形式(1)通过至少一个光学元件到达一个面上,并且可以在该面之前、之后或者之中看到该虚拟图像,其中光束产生光路,本发明的目的在于,在图像生成装置(1、2、3)和面(WS)之间设置有影响光束的光学元件(4);影响光束的光学元件(4)设置成其位置可借助于调节装置(5)进行改变。

Description

特别是在机动车中借助虚拟图像显示光学信息的装置
技术领域
本发明涉及一种特别是在机动车中借助虚拟图像显示光学信息的装置。
背景技术
在现有技术中公开了这种类型的装置,其中通过至少一个镜面,光学信息能够以来自于图像生成装置的光束的形式作为在风挡玻璃之前、之后或者之中的虚拟图像被看到,其中光束产生光路。图像生成装置可以例如由电子管、具有附属光源的液晶显示器(LCD)或者由有机发光二极管(OLED)组成。为了可以平衡图像的几何形状以及平衡对于眼睛的正确参数,如象散性、不均等性和慧形象差(Coma),而在现有技术中应用一种光学系统,该系统具有多个在空间上设置的镜子,这些镜子具有不规则的表面。一个或者多个镜子必须如此地校正风挡玻璃的窗玻璃曲率对图像的影响,即驾驶员可以看到未变形的图像。此外,一个或者多个镜子使图像生成装置的图像放大。因为风挡玻璃的轮廓通常具有复杂的非对称表面,该非对称表面具有可变的曲率,因此也称为不规则面,所以一个或者多个镜子的表面同样必须设计为不规则面。目前已公开的装置的缺点在于,该装置需要一个大的安装空间,当该装置在机动车中作为抬头显示器应用时该安装空间仅仅受限制地使用,这是因为该装置优选地设置在驾驶舱中,并且驾驶舱必须提供大量的功能部件,如传统的仪表、以及用于车载电子装置的安装空间和用于通风管道的空间。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种装置,该装置借助虚拟图像特别是在面之前、之后或者之上,特别是机动车的风挡玻璃上显示光学信息,该装置与已知的具有镜片光学系统的抬头显示器相比具有更小的空间需求。这一点由此实现,即在图像生成装置的下游和面的上游的光路中设置有影响光路的光学元件(SOE),并且影响光路的光学元件被设置为其位置可改变。因此,抬头显示器获得了特别紧凑的结构。在此进一步的有利的是,偏差、风挡玻璃的偏差、中风挡玻璃的框架的偏差可以在机动车中补偿,由此借助简单的装置可以看到未变形的图像。当光学元件被设置为其位置可移动时,通过特别的简单的方式实现影响光路的光学元件的位置变化。
利用影响光路的光学元件的可旋转性,可以实现额外的自由度。当使用衍射光学元件作为影响光路的光学元件时可以特别有效地避免变形,并且利用衍射光学元件的较小的重量可以特别容易地实现位置变化。
该变形能够这样地特别简单地校正,即在第一衍射光学元件的下游的光路中设置第二衍射光学元件。当该第二衍射光学元件的位置也可以变化时,影响程度进一步变大。特别是在该装置中提供了简化的结构,在该装置中两个衍射光学元件设置在两个平面中,该两个平面可以彼此平行地移动。当两个衍射光学元件可以在不同的方向上移动时,进一步简化对出现的偏差的补偿。
代替影响光路的光学元件或者除了作为影响光路的光学元件的衍射光学元件之外,也可以设置反(折)射元件。
如果在图像生成装置和面之间的光路中设置一个或多个额外的镜子,那么光路一方面可以被折叠,进而实现紧凑的装置,另一方面,当一个或多个镜子是非球面结构时,进一步改善了对风挡玻璃的匹配。
通过额外的衍射光学元件,光路可以进一步缩短,并且实现更加紧凑的结构。在确定的实施例中,这可以是足够的,即在图像生成装置和面之间仅仅设置有一个作为有效光学装置的衍射光学元件。从而可以实现非常简单和紧凑地构成根据本发明的装置。
附图说明
接下来,借助示意图对本发明进行进一步说明。图中示出:
图1是根据本发明的装置的第一实施例的截面图,
图2是根据本发明的装置的第二实施例的截面图,
图3是根据本发明的装置的第三实施例,
图4是根据本发明的装置的第四实施例,
图5是根据本发明的装置的第五实施例,
图6是衍射光学元件的俯视图,
图7是图5的局部截面图A,
图8是第二衍射光学元件的俯视图。
具体实施方式
在图1中可以看到由液晶显示器2和光源3构成图像生成装置1、衍射光学元件4、风挡玻璃WS、虚拟图像P和观看者的眼睛E。LCD 2由光源3的光束透射。该光束S穿透过衍射光学元件4,并且由风挡玻璃WS反射到观看者的眼镜E,从而使观看者可以看到在风挡玻璃外部的虚拟图像P。衍射光学元件4在其高度和宽度延伸上可调节地设置,如通过箭头A标明。利用衍射光学元件的可调节性,可以实现不变形地显示虚拟图像P。
除了在图1中的已知的部件之外,在图2中还设置了调节装置5和第二衍射光学元件4。衍射光学元件4通过调节装置5可调节地设置。第二衍射光学元件4还要进一步地放大光束S,从而使虚拟图像P更大地呈现给观看者的眼镜E。
除了图像生成装置1和衍射光学元件4之外,在图3中还示出了镜子7和非球面镜8。在图像生成装置1中产生的光束通过衍射光学元件4和镜子7和非球面镜8到达风挡玻璃。利用衍射光学元件4的可调节性,可以补偿风挡玻璃WS的偏差。
除了光源1之外,在图4中还示出了两个重叠设置的衍射光学元件4a、4b、镜子7、非球面镜8和风挡玻璃WS。两个衍射光学元件4a、4b重叠设置,其中平面的位置平行地移动。两个衍射光学元件4a、4b可以在不同的方向上调节,如通过箭头A所示。利用在不同方向上的可调节性,可以特别理想地匹配风挡玻璃WS。
除了在图4中示出的部件之外,在图5中还设置了透镜9,该透镜设置在衍射光学元件4和镜子7之间的光路中。通过透镜9可以实现缩短(光路),并且可以额外光学地匹配风挡玻璃的几何形状。
在图6的俯视图中的衍射光学元件的实施例具有格栅线,该格栅线将衍射光学元件4a的各个部分彼此分开。此外可以看到,衍射光学元件4a并未设计为纯直角的,而是相应地匹配于风挡玻璃的拱形轮廓,衍射光学元件4应该应用于该风挡玻璃。
在图7中示出了图6中示出的局部截面A。反射光学元件4a设计为菲涅尔透镜的类型,其中对称的设计至少部分地补偿风挡玻璃WS的非球面形状。
图8示出了第二衍射光学元件4b的俯视图。在此也可以看到,衍射光学元件4b并未设计为纯直角的,以便可以最佳地补偿风挡玻璃的拱形轮廓。
根据本发明的具有两个可相互移动设置的衍射光学元件的装置的实施例,即使不具有非球面镜部件的装置也是具有优点的。例如在图2中的衍射光学元件6也可以设计为可调节的。
例如应用阴极射线管或者有机发光二极管装置或者其他的发光二极管装置代替LCD作为图像生成装置1。此外,可以应用反(折)射镜代替图3和图4的实施例中的镜子7和8,其中,在镜面的上游的光路中设置有不同于空气的其它光学介质,例如玻璃,或者导光的材料。最后可以在光路中可调节地设置反(折)射镜来代替衍射光学元件4。

Claims (12)

1.一种装置,特别是在机动车中借助虚拟图像显示光学信息,其中所述光学信息以来自于图像生成装置的光束的形式通过至少一个光学元件到达一个面上,并且可以在所述面之前、之后或者之中看到所述虚拟图像,其中所述光束产生光路,其特征在于,在所述图像生成装置(1、2、3)和所述面(WS)之间的所述光路中设置有影响所述光束的光学元件(4);影响所述光束的光学元件(4)设置成其位置可借助于调节装置(5)进行改变。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,影响所述光路的所述光学元件可被设置为其位置可移动。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,影响所述光路的所述光学元件可在其位置中旋转。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,影响所述光路的所述光学元件设计为衍射光学元件(4、4a、4b)。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第二衍射部件(4b)设置在所述衍射部件(4a)之上。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,多个所述衍射光学元件(4a、4b)设置在多个平面中,多个所述平面彼此平行地移动。
7.根据权利要求5或6所述的装置,其特征在于,所述衍射光学元件(4a、4b)可以在不同的方向上移动。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置,其特征在于,影响所述光路的所述光学元件设计为反(折)射元件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述图像生成装置(1、2、3)和所述面(WS)之间的光路中设置有镜子(7、8)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述图像生成装置(1、2、3)和所述面(WS)之间设置有所述反(折)射元件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述图像生成装置(1、2、3)和所述面(WS)之间的光路中设置有其它的衍射光学元件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其特征在于,在所述图像生成装置(1、2、3)和所述面(WS)之间的光路中设置有透镜或者透镜扇形段。
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