CN104813201A - 用于发射意图形成图像的光束的装置和方法、投影系统和使用所述装置的显示器 - Google Patents

用于发射意图形成图像的光束的装置和方法、投影系统和使用所述装置的显示器 Download PDF

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CN104813201A CN201380042896.3A CN201380042896A CN104813201A CN 104813201 A CN104813201 A CN 104813201A CN 201380042896 A CN201380042896 A CN 201380042896A CN 104813201 A CN104813201 A CN 104813201A
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Abstract

本发明涉及一种用于发射意图形成图像的光束(10)的装置，所述装置包括一个或多个源(4、5、6)，每一个源发射激光类型的束(7、8、9)，所述装置设计为由一个激光束(7、8、9)形成光束(10)或由激光束的结合形成光束(10)，所述装置包括衰减器件(12)，布置在所述源(一个或多个)(3、4、5)的下游，允许光束(10)的光功率被改变，衰减器件(12)包括一个或多个可撤回滤光器(20)，所述滤光器能够插置在所述一个或多个束(7、8、9、10)之间。

Description

用于发射意图形成图像的光束的装置和方法、投影系统和使用所述装置的显示器
技术领域
本发明涉及一种用于发射意图形成图像的光束的装置和方法、使用所述装置的投影系统和使用所述系统的显示器。
本发明将例如在机动车辆中具有应用，用于通知车辆使用者，特别是其驾驶员。
背景技术
已知的是为机动车辆配备有所谓的平视显示系统。这样的系统布置在机动车辆驾驶员的视野中，且显示与机动车辆的状态、交通或其他相关的信息。
为了不干涉驾驶，必要的是被投影的图像的亮度适应于环境亮度。特别地，必要的是被投影图像的光功率在白天行程期间和夜晚行程期间或当通过隧道时显著不同。
通过使用发光二级管的平视显示器，已经提出通过控制二极管的供电电流来改变被投影图像的亮度。这样的装置允许令人满意的亮度适应性。但是，它们的白天亮度仍然不充足。
为了补偿该缺陷，已知使用激光类型光源的显示器。但是，在这种情况下通过控制供应所述源的电流的量而提供的亮度适应性不能充分地减少图像的光功率。作为例子，如果考虑期望在白天驾驶条件下具有10000Cd/m2量级的光功率以及在夜晚驾驶条件下具5Cd/m2量级的光功率，则观察到必要的是当从一个驾驶条件改变至另一个驾驶条件时减少2000倍的亮度。
申请人进行在通过控制光源的电流供应来使被投影图像的亮度适应的研究，例如使用脉冲宽度调制技术或所使用的电流的幅度的控制，显示出这些技术具有局限性。特别必要的是具有最小脉冲持续时间和最小电流幅度，用于二极管的线性操作。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于发射意图形成图像的光束的装置来解决上述问题，所述装置包括一个或多个源，每一个源发射激光类型的束，所述装置配置为由一个激光束形成所述光束或通过将所述激光束结合在一起而形成所述光束。“在一起”意思是，对于裸眼来说，所述激光束在结合后形成单个光束，即使它们仍单独地存在于所述束中。为了简化目的，术语“光束”将在下文中继续用于指示在将激光束结合在一起之后所述激光束的组合。
根据本发明，所示装置包括衰减器件，位于所述一个或多个源的下游，使得可以改变光束的光功率，所述衰减器件包括一个或多个可撤回滤光器，所述滤光器能够插置在所述一个或多个束之间。术语“光功率”是指由一个或多个源发射的光通量的光功率。其可从由接收光通量的光电二极管产生的电流以毫瓦(mW)计、或从由给定区域上的光通量产生的照明以坎德拉每平方米(Cd/m2)计被同样好地测量。
通过借助以控制激光源的电流供应之外的方式操作的特定器件使激光源发出的光束衰减，对于减少光功率获得可更大可能性。因而，可以同时得益于高的白天亮度和低的夜晚亮度。
根据本发明的一个方面，所述装置包括促动器，所述促动器能够将所述滤光器或所述滤光器中的每一个相对于所述一个或多个束布置。
所述滤光器将能够呈现出渐进的滤光能力。根据第一实施例，所述滤光器是呈现出沿给定方向D增加的滤光能力的板，且所述滤光器沿所述给定方向移动。根据另一实施例，所述滤光器是盘，其呈现出绕所述盘的中心成角度地增加的滤光能力，且所述滤光器还可绕所述盘的中心旋转移动。
根据本发明的另一方面，其可以与前一个方面结合，所述发射装置可包括控制所述源的电流供应的器件，所述控制器件配置为提供所述光束的光功率的附加调整。以该方式，由衰减器件和控制器件提供的光功率的调整的能力被结合，以实现期望的衰减倍数，特别是至少1000，或甚至2000。
所述控制器件可配置为根据分配给每一个所述激光束的光功率的比例来提供所述激光束的光功率的线性电流调节，以提供光束的颜色的所述选择。以该方式，可获得专用于颜色选择的调节方法。
所述控制器件可还配置为提供通过脉冲宽度调制进行的所述激光束的光功率的调节，以实现所述光束的光功率的附加调整。以该方式，可获得专用于光功率的附加调整的调节方法。换换句话说，衰减倍数可从所述衰减器件和所述激光源的供电电流的脉冲宽度调制的结合作用而获得，所述调节可使用所述控制器件实施。
更精确地，所述控制器件配置为使得所述脉冲宽度调制调节提供例如根据5至20的衰减倍数的附加调整，特别是10的衰减倍数。关于衰减器件，这些可使得可以获得100至300之间的衰减倍数，特别是大约200的衰减倍数，特别是通过串联地布置所述滤光器。
根据本发明的可一起或单独采用的其他特征，可能与前述特征的所有或部分结合：
所述衰减器件配置为在所述激光束中的至少一个与所述其他激光束中的至少一个结合之前改变所述激光束中的所述至少一个的光功率，和/或所述衰减器件配置为改变来自所述激光束的组合的所述光束的光功率，
所述装置还包括检测环境亮度的器件和处理器件，使得可以依据由所述检测器件检测的环境亮度来作用于所述衰减器件。
有利地，所述发射装置包括至少三个激光源，三个源中的每一个都能够发射电致变色光束。
如此，本发明还涉及一种图像投影系统，包括如上所述用于发射光束的装置。
所述系统包括例如用于从所述光束形成图像的器件。所述衰减器件可位于所述图像形成器件的上游和/或下游。
所述图像形成器件包括，例如，漫射屏，在所述漫射屏上，形成由从所述发射装置的一个或多个光源产生的图像。
根据第一实施方式，所述图像形成器件还包括激光扫描投影仪，其从由所述发射装置产生的光束产生形成在漫射屏上的图像的光束。
根据另一实施例，所述图像形成器件包括一投影仪，其包括插置在一个或多个光源和漫射屏之间的微镜阵列，微镜阵列在漫射屏上形成第一投影图像，在所述漫射屏上形成有第二投影图像。
本发明还涉及一种平视显示系统，包括如上所述的投影系统。
这样的系统包括，例如，半反射板，能够布置在车辆风挡和方向盘之间，或风挡本身上。
根据本发明的系统可还包括插置在漫射屏和半反射板之间的路径中的反射装置。这样的反射装置使得可以更容易地安装投影装置，同时将图像从反射装置的给定位置发送至期望地点。
本发明还涉及一种用于发射意图形成图像的光束的方法，在所述方法中，提供一个或多个源，每一个源发射激光类型的束，所述光束由一个激光束形成或通过将所述激光束结合在一起而形成，且所述光束的光功率使用位于所述一个或多个源下游的衰减器件被改变。
还可以使用用于控制所述一个或多个源的电流供应的器件来提供所述光束的光功率的附加调整，特别是根据上面已经描述的特征。
有利地，所述方法使用上述反射装置。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优势在阅读以下给出的作为表示且参考附图的描述而更加清楚地浮现，在图中：
图1是根据本发明的发射装置的概略图；
图2是图1中所示的装置的第一类型的滤光器的概略图；
图3是图1中所示的装置的第二类型的滤光器的概略图；
图4是根据本发明的平视显示系统的概略图。
具体实施方式
应注意到，附图以详细方式披露了本发明，以使用本发明，必要时，所述附图能够当然用于更好地限定本发明。
如图1中所示，本发明首先涉及用于发射光束的装置1，所述管束意图形成图像。这样的装置更特别地意图配备机动车辆的平视显示器，其中至少一个与车辆相关的信息项被投影。
这样的装置包括一个或多个源4、5、6，每一个发射激光类型的束7、8、9。它们例如是激光源，典型地是激光二极管，每一个激光源发射单色束，也就是说由单个颜色构成。
所述装置在此包括多个源4、5、6，在该情况下为三个源，所述装置配置为通过将由每一个所述源4、5、6单独发射的束7、8、9结合在一起而形成光束10。更精确地，源将可以是从一个源至另一个源发射不同颜色的源。颜色例如为红、绿或蓝(RGB)。
每一个源的光功率通过使用一个或多个激光源的供电电流被独立控制。在给定功率流下，光束10的颜色通过一方式确定，在该方式中，功率比在不同激光二极管之间被建立。例如，为了获得白光，光功率在比例上必须根据以下分布被建立：60用于绿光二极管，30用于蓝光二极管，10用于红光二极管。如下所述，每一个源的光功率可还被控制为调节光束10的光功率。
由每一个源发出的束7、8、9例如平行于彼此取向，且沿相同方向反射，以通过结合形成所述共同光束10。为此，所述装置1在此包括光学元件，所述光学元件在一系列波长上为半透明的，诸如二向色镜或结合板11，拦截由每一个所述源发射的束7、8、9并沿所述束10的方向将它们结合。
更通常地，所述装置1配置为从所述一个或多个激光束7、8、9形成所述光束10，但是可涉及许多源4、5、6。在单个源的情况下，光束10由通过单个源发射的激光束构成，且所获得的图像则将根据所述颜色的梯度是单色的，由施加至形成其的每一个点的不同光功率构成。在多个源的情况下，典型地为上述三个源4、5、6，随后形成所述光束的所述共同束10将允许根据色谱建立图像，所述色谱的分辨率将对应于所述源4、5、6的功率源的控制的精细度。
根据本发明，所示装置1包括衰减器件12，位于所述一个或多个源4、5、6的下游，使得可以改变光束10的光功率。所述衰减器件12相应地包括一个或多个可撤回滤光器20，所述滤光器能够插置在所述一个或多个束7、8、9、10之间。在此，将单个滤光器20设置在光束10的轨迹中。换句话说，颜色和/或强度通过控制源的电流供应而赋予光束10，所述衰减器件12使得可以依据所述一个或多个滤光器相对于所述一个或多个束的位置来改变一个或多个7、8、9、10的光功率。特别地，将可以使束的光功率适应于白天驾驶条件和夜晚驾驶条件。
所述装置可包括控制所述源的电流供应的器件。如上所述，它们使得可以选择光束10的颜色。
更精确地，所述控制器件例如配置为根据分配给每一个所述激光束7、8、9的光功率的比例来提供所述激光束7、8、9的光功率的线性电流调节，以提供光束10的颜色的所述选择。可以提供颜色的六位编码，对应于针对每一个所述激光束7、8、9的光功率的六十四个级别。
所述控制器件可还配置为提供所述光束的光功率的附加调整。以该方式可实现特别高的衰减率。
更精确地，所述控制器件配置为提供通过脉冲宽度调制进行的所述激光束7、8、9的光功率的调节，以使得实现所述光束10的光功率的所述附加调整，特别是根据5至20之间的衰减倍数，特别是10的衰减倍数。
以该方式，可以调整所述光束10的光功率和/或颜色。所述控制器件包括例如微控制器(未示出)。
如图2和3中所示，所述滤光器20呈现出渐进滤光的能力。
更具体地，根据图2的实施例，所述滤光器20是呈现出沿给定方向D增加的滤光能力的板。所述板例如是矩形的，且具有增加的不透明度，所述增加的不透明度使得可以具有沿矩形的长度增长的滤光能力。所述滤光器20还可沿所述给定方向平移移动。所述板以相对于束横向的(特别是正交的)方式取向，且理解的是，根据所述板沿给定方向的位置，滤光器20的滤光能力且因此束的衰减倍数从对应于束在板的一个端部12a处的几乎完全传输的衰减率改变至对应于束在另一端部21b处非常弱的传输的衰减率。
根据图3的实施例，所述滤光器20是盘，其呈现出绕所述盘的中心成角度地增加的滤光能力。所述滤光器20还可绕所述盘的中心旋转移动。所述盘以相对于束横向的(特别是正交的)方式取向，且理解的是，根据所述盘的角位置，滤光器20的滤光能力且因此束的衰减因子从对应于束的几乎完全传输的衰减率改变至对应于束对于所述盘的给定旋转(在此为360°)的非常弱的传输的衰减率。
再次参考图1，注意到，所述装置将还能够包括促动器22，该促动器22能够相对于所述束布置所述滤光器或上述滤光器20中的每个。根据之前的实施例，这可分别允许微凸轮或步进马达。
借助所述滤光器或通过将几个滤光器串联，所述衰减器件将能够使得可以获得大约200的衰减倍数，该衰减倍数与来自控制器件的衰减倍数结合，特别是与来自脉冲宽度调制的衰减倍数结合，使得可以达到上述2000的水平。
这样做，根据所示配置，所述衰减器件12布置在共同光束10的路径中。换句话说，所述衰减器件12配置为改变所述共同光束10的光功率。更精确地，如已所述的，所述一个或多个滤光器布置在共同光束10的路径中。
根据未示出的变形例，所述衰减器件12至少部分地布置在由源4、5、6发射的束的路径中，在该情况下，在所述源4、5、6和所述镜11之间。换句话说，所述衰减器件12配置为改变由每一个所述源4、5、6发射的激光束的光功率。更精确地，所述一个或多个滤光器布置在所述源4、5、6和所述镜11之间。当然，这两个变形例可被结合。
所述装置可还包括环境亮度检测器件和处理器件，使得可以依据由所述检测器件测量的环境亮度来作用于所述衰减器件。所述环境亮度检测器件包括例如光检测器，诸如改变车辆仪表板上的显示屏显的光检测器。所述处理器件例如集成在上述微控制器的水平处。
如图4中所示，本发明还涉及图像投影系统100，其包括如上所述的发射装置1。投影系统100还包括由所述光束10形成图像的器件102。
所述图像形成器件102包括例如扫描发生器110，其功能是水平地和垂直地移动光束10，用于以一频率产生扫描的目的，作为非限制性例子，所述频率特别是等于60Hz。扫描发生器11特别地包括扫描镜，其具有微机电系统(下文中称为MEMS)，在该微机电系统上，光束10被反射为扫描束103。这样的MEMS镜具有例如1mm的直径。MEMS镜能够绕两个旋转轴线旋转，以产生所述图像形成器件102的漫射屏111的扫描，例如，以60Hz的刷新频率。所述图像形成在所述漫射器111上。替代地，MEMS镜可被两个可移动平面镜替代，所述两个可移动平面镜的运动被联动。这些镜中的一个可被专用于沿水平轴线扫描，同时另一镜可专用于沿垂直轴线扫描。
形成有图像的漫射器111可以是具有用于透明投影的复杂结构的透明投影屏幕。替代地，其可以是半透明的。其例如由玻璃、特别是毛玻璃、或由聚碳酸酯制成。作为例子，漫射屏为出瞳(出瞳增大器)类型。其使得可以具有拓宽的观察锥面。其在被光束越过的平面中延伸，由该扫描束103得到的图像形成在漫射屏111的面的平面中。
该漫射屏接收扫描束103。其布置为使得该扫描束103的散射在扫描束103撞击漫射屏111的时刻以相对于扫描束103的方向成一角扇形，例如等于30°。为了这样做，根据非限制性例子，漫射屏的面112是粗糙的，因为其包括引起扫描束103的散射的凹凸部。粗糙面112对应于束离开所通过的面，也就是说，图像形成在其上的面。
根据未示出的另一变化例，所述图像形成器件不包括扫描发生器，诸如前述的扫描发生器，而是包括微镜阵列(也称为数字微镜系统)。在该配置中，图像形成在微镜阵列的水平处，且随后被投影到漫射屏上。通常，投影光学装置布置在阵列和屏幕之间。每一个微镜对应于图像的像素。在该实施例中，图像没有第一时间形成在漫射屏上，而是之前形成在微镜阵列上的图像被接收。
应注意到，如在所示例子中的，所述衰减器件12可位于所述图像形成器件102的上游。它们可还位于下游。在变化例中，它们可布置在一方面扫描发生器110或微镜阵列和另一方面漫射屏111之间。
所述投影系统可还包括各种镜104、106，尤其是在扫描束103的路径中。
本发明还涉及一种显示器，特别是平视显示器，包括根据上述变化例中任一个的投影系统100。
沿光束的运动方向在漫射屏111的下游，所述显示器包括至少一个半反射板126和插置在漫射屏111和半反射板126之间的成像路径中的反射装置125。在该图中，成像路径由三个以点线示出的箭头30表示，在通过半透明板126显示之前，所述箭头30在反射装置125上反射。半反射板126允许，在虚拟屏幕130的水平处，图像的放大和/或(通过透明性)允许图像超过所述半反射板的显示，特别是超过所配备车辆的风挡，其在所述半透明版126的帮助下获得。
该透明板具有至少等于20％的反射力，这允许使用者通过板看到车辆占据的路线，同时得益于高对比度能够看到被显示图像。替代地，图像的显示可发生在配备有所述显示器的车辆风挡上。
如已经所述的，所述衰减器件可位于图像形成装置102的下游，且直到半反射板126。

Claims (17)

1.一种用于发射意图形成图像的光束(10)的装置，所述装置包括一个或多个源(4、5、6)，每一个源发射激光类型的束(7、8、9)，所述装置配置为由一个激光束形成所述光束(10)或通过将所述激光束(7、8、9)结合在一起而形成所述光束(10)，所述装置(1)包括衰减器件(12)，位于所述一个或多个源(3、4、5)的下游，使得可以改变光束(10)的光功率，所述衰减器件(12)包括一个或多个可撤回滤光器(20)，所述滤光器能够插置在所述一个或多个束(7、8、9、10)之间。
2.如权利要求1所述的装置，包括促动器(22)，所述促动器(22)能够将所述滤光器或所述滤光器中的每一个相对于所述一个或多个束(7、8、9、10)布置。
3.如前述权利要求1和2中的任一项所述的装置，其中，所述滤光器(20)呈现出渐进的滤光能力。
4.如前述权利要求1和2中的任一项所述的装置，其中，所述滤光器(20)是呈现出沿给定方向D增加的滤光能力的板，且所述滤光器(20)可沿所述给定方向移动。
5.如前述权利要求1和2中的任一项所述的装置，其中，所述滤光器(20)是盘，其呈现出绕所述盘的中心成角度地增加的滤光能力，且所述滤光器(20)还可绕所述盘的中心旋转移动。
6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，包括控制所述源(4、5、6)的电流供应的器件，所述控制器件配置为提供所述光束(10)的光功率的附加调整。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述控制器件配置为根据分配给每一个所述激光束(7、8、9)的光功率的比例来提供所述激光束(7、8、9)的光功率的线性电流调节，以提供光束(10)的颜色的选择。
8.如权利要求6或7所述的装置，其中，所述控制器件配置为提供通过脉冲宽度调制进行的所述激光束(7、8、9)的光功率的调节，以实现所述光束(10)的光功率的所述附加调整。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器件配置为使得通过脉冲宽度调制进行的所述调节提供根据5至20的衰减倍数的所述附加调整。
10.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衰减器件(12)配置为在所述激光束(7、8、9)中的至少一个与所述其他激光束(7、8、9)中的至少一个结合之前改变所述激光束(7、8、9)中的所述至少一个的光功率。
11.如前述权利要求1至9中的任一项所述的装置，其中，所述衰减器件(12)配置为改变来自所述激光束(7、8、9)的结合的所述光束(10)的光功率。
12.如前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括检测环境亮度的器件和处理器件，使得可以依据由所述检测器件测量的环境亮度来作用于所述衰减器件(12)。
13.一种图像投影系统，包括如前述权利要求中的任一项所述的装置。
14.如权利要求13所述的系统，包括用于从所述光束(10)形成图像的器件(102)，且其中，所述衰减器件(12)位于所述图像形成器件(102)的下游。
15.一种显示器，特别是平视显示器，包括至少一个如权利要求13或14所述的投影系统。
16.一种用于发射意图形成图像的光束(10)的方法，在所述方法中，提供一个或多个源(4、5、6)，每一个源发射激光类型的束(7、8、9)，所述光束(10)由一个激光束形成或通过将所述激光束(7、8、9)结合在一起而形成，且所述光束(10)的光功率使用位于所述一个或多个源(3、4、5)下游的衰减器件(12)被改变。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述光束(10)的光功率的附加调整使用用于控制所述一个或多个源(4、5、6)的电流供应的器件被提供。
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