CN115551734A - 显示单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示单元(1)，包括：‑光源(20)，被设计成产生横跨预定波长范围的源光束(S)；‑衍射光学元件(40)，其工作范围适应于所述波长范围，并且被布置成接收所述源光束(S)并透射图像光束(I)；以及‑二向色滤光器(50)，其定位在所述图像光束的路径中，并且其带宽至少部分地覆盖所述波长范围，以便透射至少部分所述图像光束。

Description

显示单元

技术领域

本发明总体上涉及显示装置的领域。

更具体地，本发明涉及车辆的显示装置。

背景技术

一些机动车辆目前配备有显示系统，例如灯或指示器类型的显示系统，包括照亮衍射装置的光源，该衍射装置在透明或部分透明的表面上形成图像。这些显示系统可以特别配备控制按钮，例如用于控制乘客车厢的温度。

这些显示系统省却了即使在灯关闭时也显示字符或符号的掩模。借助于这些显示系统，字符或符号看起来“漂浮”在透明表面上，即没有支撑，这赋予其高度美观的外观。

然而，这些显示系统对外部光敏感，特别是对进入显示装置的太阳辐射敏感。事实上，这种太阳辐射一方面会导致干扰、反射或杂散光，扰乱字符或符号的显示，另一方面会导致光源变热，这可造成不可逆的损坏。

发明内容

在这种情况下，本发明提出了一种显示装置，包括：

-光源，被设计成产生横跨预定波长范围的源光束；

-衍射光学元件，其工作范围适合于所述波长范围，并且被布置成接收所述源光束并透射图像光束；和

-二向色滤光器，放置在所述图像光束的路径中，所述二向色滤光器的通带至少部分覆盖所述波长范围，以便至少部分透射所述图像光束。

因此，借助于二向色滤光器，只有非常少量的外部辐射可以进入显示装置。只有对应于二向色滤光器的通带的外部辐射的量可以进入显示装置。这降低了光源变热的风险，并减弱了任何杂散光。

有利地，显示装置包括：

-分束器，适于在空间上将所述源光束分成至少两个分束光束；

-另一个衍射光学元件，衍射光学元件中的每一个的工作范围适合于所述波长范围，并且衍射光学元件中的每一个被布置成接收所述分束光束之一并透射图像光束；和

-另一个二向色滤光器，两个二向色滤光器中的每一个都被放置在图像光束之一的路径中，两个二向色滤光器中的每一个的通带仅覆盖所述波长范围的一部分，以便按波长过滤所述图像光束。

这允许从同一光源产生不同颜色的符号，其中二向色滤光器允许选择预定的颜色。例如，使用单个光源代表了显著的空间节省。

根据本发明的装置的其他非限制性和有利的特征，单独地或者根据所有技术上可能的组合，如下：

-所述显示装置还包括设置在所述图像光束的路径中的漫射器；

-所述衍射光学元件可相对于所述光源移动；

-所述衍射光学元件被设计成使得所述图像光束取决于所述衍射光学元件相对于所述光源的相对位置；

-所述显示装置还包括被配置成空间调制所述源光束的光学系统；

-所述显示装置进一步包括光导；

-所述光源包括至少一个发光二极管；

-所述光源包括激光源；

-所述二向色滤光器是带通、高通或低通滤光器；

-所述二向色滤光器是带通滤光器，并且所述二向色滤光器的所述通带在所述波长范围上居中；

-所述二向色滤光器的吸收率非零；

-所述二向色滤光器和所述漫射器通过光学粘合剂粘合。

本发明还涉及包括这种显示装置的控制按钮。

附图说明

参考附图的以下描述将清楚地解释本发明的内容及其生产方式，附图以非限制性示例的方式提供。

当然，本发明的各种特征、替代实施例和实施例可以以各种组合彼此结合，只要它们不是相互不兼容或相互排斥的。

在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的显示装置的示意图；

图2是表示图1的显示装置的二向色滤光器的特性的曲线图；

图3是根据本发明第二实施例的显示装置的示意图；

图4是显示第一符号的图1的显示装置的一部分的示意图；

图5是显示第二符号的图1的显示装置的一部分的示意图。

具体实施方式

在该文件中，显示装置1在这样的情况中被描述，即其用于在机动车辆内显示符号或字符(例如数字)，从而用户可以查看与车辆运行相关的信息，例如离散的设定点温度值或灯的状态。显示装置1可以集成到例如车辆的仪表板中。显示装置1可以装备到例如控制按钮的表面。然而，显示装置1也可以应用于可被关闭或打开的光符号或字符的任何其他可以想到的用途。

图1和3示出了显示装置1的两个实施例。

在这两个实施例中，显示装置1包括：

-光源20；

-衍射光学元件40；和

-二向色滤光器50。

首先，将详细描述图1所示的第一实施例。

在该第一实施例中，如图1所示，显示装置1还包括：

-光学系统30；

-漫射器60。

光源20被设计成产生横跨预定波长范围的源光束S。波长范围是光源20能够产生的波长的间隔。波长范围的宽度例如由光源20能够发射的最短波长和最长波长之间的差来定义。

在本文中，“横跨波长范围”被理解为意味着源光束S包括该波长范围的、强度是可变的所有波长。

源光束S旨在产生用户可见的字符或符号，因此波长范围优选地包括被包含在可见域中的波长。

光源20可以包括例如设置有磷层的蓝色发光二极管，称为LED。这种光源20的发射光谱在整个可见光域内相对连续。波长范围于是可以包括整个可见光域，通常从400nm到700nm。

光源20可以包括例如中心波长在可见光域内的激光器。波长范围于是可以由中心波长周围的窄光谱带来限定。

光源20也可以是背光液晶屏幕，通常称为LCD屏幕。

在这种情况下，源光束S朝向光学系统30发射。

光学系统30被配置成对源光束S进行空间调制，即在不改变其频率含量的情况下修改其定向和/或尺寸。

在这种情况下，光学系统30允许源光束S被定向，例如，使用一个或多个反射镜。显示装置1还可以包括光导。该光导被包括在光学系统30中，以便允许源光束S被定向。

在这种情况下，光学系统30还允许修改源光束S的尺寸，例如使源光束S加宽或变窄。源光束S可以被准直，例如借助于透镜，以便达到期望的宽度。

在这种情况下的光学系统30被配置成使得源光束S以预定入射角到达衍射光学元件40的预定区域。

其工作范围适应于波长范围的衍射光学元件40被布置成接收源光束S并透射图像光束I。

衍射光学元件40可以例如通过压制或注射获得。

在这种情况下，衍射光学元件40是相位或振幅掩模(更多地以DOE(衍射光学元件)被已知)，其被设计成修改源光束S的波前，以便获得图像光束I的确定的照明分布。该照明分布限定了与图像光束I相关联的符号或字符。

衍射光学元件40的操作取决于使用波长(utilization wavelengths)。衍射光学元件40的效率对于给定波长或窄带波长是最佳的。衍射光学元件40的工作范围可以被定义为效率大于或等于最佳效率的一部分(例如最佳效率的80％)的波长。衍射光学元件40对使用波长的依赖性可相对较高。因此，如果衍射光学元件40被位于其工作范围之外的波长照射，则透射的图像光束I是不相干的，并且不会产生期望的符号或字符，或者会以变形或非最佳的方式产生期望的符号或字符。此外，在工作范围之外，透射的图像光束I的尺寸小于以最佳效率透射的图像光束I的尺寸。

在这种情况下，衍射光学元件40的工作范围覆盖源光束S的波长范围的至少一部分。优选地，衍射光学元件40的工作范围比源光束S的波长范围更宽，并且包括源光束S的波长范围。

图像光束I还取决于源光束S在衍射光学元件40上的入射角。在显示装置的校准期间，借助于光学系统30来调整该入射角，以便获得期望的符号或字符。

此外，在这种情况下，衍射光学元件40被设计成使得图像光束I取决于衍射光学元件40相对于光源20的相对位置。这意味着图像光束I取决于衍射光学元件40的被源光束S照射的面积。因此，衍射光学元件40的表面不是均匀的，而是具有空间变化或空间周期性。

因此，衍射光学元件40可以包括与不同符号或字符相关联的多个区域。当特定区域被源光束S照射时，这允许产生特定的选定字符或符号。

为了选择衍射光学元件40的被源光束S照射的区域，在这种情况下规定衍射光学元件40相对于光源20是可移动的。在这种情况下，衍射光学元件40因此也能够相对于源光束S移动。这具有能够修改图像光束I并因此修改所选择的字符或符号、同时保持图像光束I的位置和定向的优点。这允许例如字符或符号总是显示在仪表板或控制按钮上的相同位置。

衍射光学元件40通常可以是例如圆盘的形式，不同的区域在其上沿圆周分布。利用照射圆盘的周边的源光束S，衍射光学元件40的区域可以通过旋转所述元件来选择。例如，递增的温度值可以与圆盘的周边上的连续区域相关联。这种显示装置1特别适用于仪表板的旋钮。

作为替代实施例，可以规定将多个不同的衍射光学元件布置在支撑圆盘的周边。每个不同的衍射光学元件将允许产生特定的符号或字符，并且其尺寸将小于单个衍射光学元件的尺寸。

作为替代实施例，也可以规定通过借助光学系统来定向源光束，例如使用可移动反射镜，来选择由源光束照射的区域。

如图1所示，二向色滤光器50放置在图像光束I的路径中。图像光束I的路径由来自衍射光学元件40的图像光束I的传播方向和路线(course)来限定。

二向色滤光器50具有部分地覆盖波长范围的通带，以便至少部分地透射图像光束I。

通常，二向色滤光器(也称为干涉滤光器)的特性高度依赖于入射光束的波长。因此，二向色滤光器可以在某一波长下完全透射，而在另一波长下完全反射。

二向色滤光器50可以是：带通型滤光器，其中仅透射给定间隔的波长；高通型滤光器，其中透射给定阈值以上的所有波长；或者低通型滤光器，其中透射给定阈值以上的所有波长。在这种情况下，透射波长并不意味着效率必须是100％，而是指至少部分该波长的光束被透射。由二向色滤光器50透射的波长限定了通带。

例如，可以将通带限定为相对于透射最大值的-3dB通带，例如透射峰值的半峰处宽度，或者甚至限定为透射效率大于或等于阈值(例如10％)的所有波长。

图2中提供了带通二向色滤光器50的透射曲线51和反射曲线52的示例。透射曲线在600nm处具有最大效率。这意味着该二向色滤光器50主要允许橙色光通过。相反，反射曲线在600nm处具有最小值。这意味着该二向色滤光器50仅非常差地反射橙色光。

在这个示例中，二向色滤光器50具有大约从500nm延伸到800nm的通带。在这种情况下，通带由透射效率大于约5％的波长限定。可以增加通带的宽度，以便增加由二向色滤光器50透射的图像光束I的总通量，反之亦然。

在这个示例中，透射和反射效率之和不等于100％。这对应于二向色滤光器50的吸收率非零的情况。二向色滤光器50于是吸收穿过其中的一些光，从而对用户隐藏显示装置1的内部，例如光源20。换句话说，二向色滤光器50于是具有变得不透明的效果。

如已经看到的，二向色滤光器50的通带至少部分覆盖源光束S的波长范围。因此，二向色滤光器50的通带也覆盖形成图像光束I的波长。这允许图像光束I被至少部分地透射。图像光束I也可以被部分地反射或吸收。

“覆盖”被理解为是指长度范围和二向色滤光器50的通带具有共同的波长。这意味着，例如，波长范围的波长被包括在二向色滤光器50的通带中。例如，这两个波长间隔，即通带和波长范围，只能部分覆盖并且稍微偏移。二向色滤光器50的通带甚至可以窄于波长范围，反之亦然。二向色滤光器50的通带优选比衍射光学元件40的工作范围宽。这允许例如有助于光学元件的设计，或者甚至允许容忍由光源20的温度变化所产生的波长变化。

当二向色滤光器50是带通滤光器时，可以规定二向色滤光器50的通带在波长范围上居中，即二向色滤光器50的透射最大值对应于波长范围的中心波长。因此，对于二向色滤光器的给定通带，图像光束I的透射最大。这允许符号或字符的最大可见性。

因此，二向色滤光器50的通带基本上对应于波长范围，目的是尽可能少地沿图像光束I的路径干扰图像光束I。

有利地，二向色滤光器50允许部分地阻挡进入显示装置1的外部辐射，即，在这种情况下，反射并在更小程度上吸收该外部辐射。例如，二向色滤光器50允许在与图像光束I的路径相反的方向上传播的太阳光束被部分阻挡。

朝向衍射光学元件40和朝向光源20传播的外部辐射一方面会导致干扰字符或符号显示的光干涉或杂散光，另一方面，会导致光源20变热，这会导致不可逆的损坏。二向色滤光器50允许该外部辐射被过滤。例如，通过图2所示的二向色滤光器50，并且在太阳辐射的情况下，辐射的红外部分被二向色滤光器50反射，且因此不能到达光源10并使其变热。

实际上，只有任何外部辐射的对应于二向色滤光器50的通带的部分可以进入显示装置1。因此，二向色滤光器50代表显示装置1的保护器件。

如前所述，二向色滤光器50还可以允许隐藏显示装置1的内部，这使得显示装置1对于用户来说更加美观。

在实践中，可以规定，例如，显示装置1被配置为使得二向色滤光器50占据显示装置1朝向外部(例如朝向车辆的乘客车厢)的唯一开口。因此，在这种情况下，外部辐射必须穿过二向色滤光器，以便进入显示装置1。

如图4和5所示，这种配置可以通过例如将显示装置1布置在中空圆柱体中来实现，该中空圆柱体在其圆形面之一上包括开口。在这种情况下，可以规定将圆形二向色滤光器50放置在该开口上，例如封闭该开口。

为了增加保护，可以使用这样的带通二向色滤光器50，例如具有窄通带，例如小于100nm，因此任何外部辐射的大部分被向外反射。然而，窄的通带会降低图像光束I的强度。为了使图像光束I保持足够的强度，则可以规定结合带通二向色滤光器50使用光源20，该光源20包括具有对应于通带的发射带的激光器。例如，发射约600nm的激光器，结合图2所示的二向色滤光器。

如图1所示，在这种情况下，显示装置1包括漫射器60。

在这种情况下，漫射器60在图像光束I的光路中位于二向色滤光器50之后。作为替代实施例，可以规定漫射器在图像光束的光路中放置在二向色滤光器之前。

漫射器60的作用是使与图像光束I相关联的符号或字符对用户可见。事实上，图像光束I并不特别朝向用户的眼睛定向。因此，值得将与图像光束I相关联的符号或字符“投射”到漫射器上，以便使符号或字符可见。

漫射器60可以具有优选的漫射方向，该漫射方向朝向用户头部所在的区域取向。漫射器60也可以均匀地漫射，以便不管用户的位置如何都是可见的。

漫射器60可以由塑料制成，例如由聚碳酸酯制成。

漫射器60可以粘合到二向色滤光器50上或者与二向色滤光器50光学接触。例如，漫射器60和二向色滤光器50通过光学粘合剂粘合。

在图4和5中，显示装置1被布置在中空圆柱体中。在这种情况下，衍射光学元件40是圆盘，其上的不同区域(未示出)分布在圆盘的周边。如图4和5所示，选择源光束S在衍射光学元件40上的位置，即选择被照射区域，允许特定的字符或符号被选择。

当从图4的配置转换到图5的配置时，通过绕其轴线旋转衍射光学元件40，可以发生由源光束S照射的衍射光学元件40的区域的变化，在这种情况下，该轴线与中空圆柱体的轴线重合。在这种情况下，衍射光学元件40的这种旋转由源光束S的运动示意性地表示。

在图4和5中，漫射器60和二向色滤光器50通过光学粘合剂粘合。漫射器60和二向色滤光器50设置在中空圆柱体的圆形面上。于是，符号或字符显示在该圆形面上。

在图3所示的第二实施例中，显示装置1包括：

-分束器70；

-衍射光学元件40，称为第一衍射光学元件40；

-第二衍射光学元件45；

-二向色滤光器50，称为第一二向色滤光器50；和

-第二二向色滤光器55。

在这种情况下，显示装置1还包括被称为第一漫射器60的漫射器60和第二漫射器65。

分束器70适于在空间上将源光束分成至少两个分束光束D1、D2，在这种情况下分成第一分束光束D1和第二分束光束D2。为此，分束器70可以包括例如半透明反射镜，因此源光束S被分成两个分束光束D1、D2，每个分束光束的强度比源光束S的强度小两倍。

在这种情况下，分束器70还提供由第一实施例中的光学系统30施加的对源光束S的空间调制的功能。分束器70可以独立地调制每个分束光束D1，D2。

然后，每个分束光束D1、D2照射两个衍射光学元件40、45之一。每个衍射光学元件40、45被布置成接收两个分束光束D1、D2中的一个，并且各自透射图像光束I1、I2。在这种情况下，第一衍射光学元件40接收第一分束光束D1并透射第一图像光束I1，第二衍射光学元件45接收第二分束光束D2并透射第二图像光束I2。

每个衍射光学元件40、45的工作范围适应于源光束S的波长范围。因此，每个衍射光学元件40、45的工作范围适应于被包括在分束光束D1、D2中的波长。

第二衍射光学元件45可以具有类似于前述第一衍射光学元件40的特性。然而，两个衍射光学元件40、45的设计可以不同，使得图像光束I1和I2与不同的符号或字符相关联。

两个二向色滤光器50、55中的每一个都设置在两个图像光束I1和I2之一的光路中。在这种情况下，如图3所示，第一二向色滤光器50设置在第一图像光束I1的路径中，第二二向色滤光器55设置在第二图像光束I2的路径中。

每个二向色滤光器50、55的通带至少部分覆盖源光束S的波长范围。这允许显示系统受到保护，如第一实施例中所述。

在过滤之后，每个图像光束I1、I2然后被“投射”到漫射器60、65上，以使其对用户可见。在这种情况下，如图3所示，第一漫射器60设置在第一图像光束I1的路径中，第二漫射器65设置在第二图像光束I2的路径中。其特性类似于第一实施例中描述的特性。如前所述，漫射器60、65可以与二向色滤光器50、55结合。

在该第二实施例中，更具体地，每个二向色滤光器50、55的通带仅覆盖波长范围的一部分，以便按波长过滤光束I1、I2。每个二向色滤光器50、55的通带依据与每个图像光束I1、I2相关联的符号或字符的期望颜色而预先确定。

优选地，两个二向色滤光器50、55的通带是不同的，并且被包括在源光束S的波长范围内。因此，从同一光源20，可以显示具有不同颜色的两种符号或字符。

例如，光源20是设置有磷层的蓝色LED；因此，波长范围至少覆盖可见光域。具有约600nm的通带的第一二向色滤光器50于是可以产生橙色符号。而具有约450nm的通带的第二二向色滤光器55可以允许产生蓝色符号。符号或字符本身的形状取决于衍射光学元件。

使用单个光源20照射若干个符号或字符代表了成本、空间和设计简单性方面的节省。在空间受限的车辆仪表板中，尤其需要节省空间。

在该第二实施例所示的显示装置1中，分束器将源光束S分成两个分束光束D1、D2。当然，可以将源光束S分成两个以上的分束光束，以便优化光源S与所显示的字符或符号的数量之比，这些字符或符号可以具有不同的颜色。

Claims (13)

1.一种显示装置(1)，包括：

-光源(20)，被设计成产生横跨预定的波长范围的源光束(S)；

-衍射光学元件(40)，所述衍射光学元件的工作范围适应于所述波长范围，并且所述衍射光学元件被布置成接收所述源光束(S)并透射图像光束(I)；和

-二向色滤光器(50)，放置在所述图像光束(I)的路径中，所述二向色滤光器的通带至少部分覆盖所述波长范围，以便至少部分透射所述图像光束(I)。

2.根据权利要求1所述的显示装置(1)，还包括设置在所述图像光束(I)的路径中的漫射器(60)。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述衍射光学元件(40)能够相对于所述光源(20)移动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述衍射光学元件(40)被设计成使得所述图像光束(I)取决于所述衍射光学元件(40)相对于所述光源(20)的相对位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置(1)，还包括被配置成对所述源光束(S)进行空间调制的光学系统(30)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的显示装置(1)，还包括光导。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述光源(20)包括至少一个发光二极管。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述光源(20)包括激光源。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述二向色滤光器(50)是带通、高通或低通滤光器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的显示装置(1)，其中，所述二向色滤光器(50)是带通滤光器，并且其中，所述二向色滤光器的所述通带在所述波长范围上居中。

11.根据权利要求1或3至10中任一项结合权利要求2所述的显示装置(1)，其中，所述二向色滤光器(50)和所述漫射器(60)通过光学粘合剂粘合。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的显示装置(1)，包括：

-分束器(70)，适于将所述源光束(S)在空间上分束成至少两个分束光束(D1；D2)；

-另一个衍射光学元件(45)，所述衍射光学元件(40；45)中的每一个的工作范围都适于所述波长范围，并且所述衍射光学元件(40；45)中的每一个都被布置成接收所述分束光束(D1；D2)之一并透射图像光束(I1；L2)；和

-另一个二向色滤光器(55)，两个二向色滤光器(50；55)中的每一个都被放置在所述图像光束(I1；I2)之一的路径中，所述两个二向色滤光器(50；55)中的每一个的通带仅覆盖所述波长范围的一部分，以便按波长过滤所述图像光束(I1；I2)。

13.一种控制按钮，包括根据权利要求1至12中任一项所述的显示装置(1)。

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