CN1166878A - 用于在通过透明板的可见第二图象中显示第一图象的装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用以在第二图象中表示第一图象(6；15；18；20)的装置上设置至少一个基本上为平行光线的光源(3；13；15；18；20)。通过一种透明板(11)第二图象是可见的，在该透明板上由第一图象(6；15；18；20)出发的光线(4，15)被反射以及该透明板是这样布置的，使得第一和第二图象由一位观察者在相同的视角下是可看到的。用该光源(3；13；15；18；20)由第一图象(6；15；18；20)出发的光线可生成具有微小扩大的光束。

Description

用于在通过透明板的可见 第二图象中显示第一图象的装置
本发明涉及一种用于在第二图象中显示第一图象的装置，该第二图象通过透明板是可看到的，由第一图象出发的光线在该板上被反射，并且该板是这样布置的，使得第一和第二图象由一位观察者在相同的视角下是可看到的。
这类装置可以用在例如飞机和汽车里。在此第二图象代表着例如通过挡风玻璃可看到的环境。例如对于飞行作业，在飞行员视野内的标记通过挡风玻璃以虚象显示出第一图象，用这些虚象显示出起飞和降落用的确定方向的辅助手段。在其它车辆上，例如汽车上，采用这类装置也会产生重要的优点。因之借助第一图象例如可以使表示安全距离用的标记变为可见的，车辆驾驶员可以用此标记来估算，他是否对在他前面行驶的车辆靠得太近了。在此有可能将该标记的视在距离与速度相结合，使得车辆驾驶员随时都能够检查，他是否对行驶在前面的车辆保持着足够的安全距离。
人们也可以进一步将指示仪表的主要信息集中到驾驶员的视野里，使他对车辆保持控制的情况要比他必须不断地将视线在周围环境和仪表盘之间来回转换的时候从根本上好得多，通过这种措施大大地提高作业和行驶安全性。
对这类装置存在着大量的系统建议，该装置也以“平视显示”(HUD)的名称公开。结果证明在这些装置上重要之处在于：为了减少疲劳现象，第一图象的信息作为虚象无需调节视力地反映在按远视调节好的眼睛上。显示第一图象的和例如可以是一种液晶显示(LCD)的物体被移至一种成象系统的焦点和第一透镜顶点之间，为了作为远距离的虚象未成象。
在过去二十年中已在全世界对汽车用平视显示(HUD)取得大量的专利权。这些系统在欧洲可是还处于开发或考核阶段。在此，主要的可区分为带全息光学和不带全息光学的系统。关于前者的概况例如可以在伍德科克(Woodcock)和基尔克汉(Kirkham)的文章“全息技术在航空电子的平视显示中的应用”(“Holographic Applications in AvionicHUDs”)，军事技术(Military Techno1ogy Miltech)(1985)，第6页中找到。
在没有全息成象的系统里，例如像EP-A-0202460或US4740780中所公开的那样，或者完全放弃成象光学或者用常规玻璃光学，例如按照GB2203855A和借助于图象发生器生成虚象。在最简单的系统中作为第一图象显示在遮盖着的液晶显示上的信息仅仅投影在车辆挡风玻璃上。在这些平视显示上虽然有优点，驾驶员为了看清所显示的信息不必改变他的视线方向，可是为了读取他必须将眼睛调节到对着挡风玻璃的短距离。将眼睛从观看周围环境的远景到对挡风玻璃的交替的视线调节，尤其对年老的驾驶员导致疲劳现象，并因此导致反应速度的损失。
在挡风玻璃前面的几米处具有虚象显示的系统上，放松了的眼睛可以随时读取信息，这样就避免了不必要的疲劳现象。可是通过光线在非球面弯曲的挡风玻璃上的反射，尤其在成虚象时出现成象误差，它们必须通过专门计算的光学设施来纠正。如从DE2633067C2中可以知晓的那样，这种补偿光学设施的制造和计算是很费事的，并且从制造公差的角度看是难于制造的。此外，由于常规光学系统需要很大空间还出现一体化的问题。
对于在车辆中采用平视显示尤其需要澄清下列问题：
-系统的空间要求多高，或这种系统如何一体化到车辆中去？
-车辆能否为光源和图象发生器提供足够的功率？
-制造费用多高？
就在方案设计时必须考虑到这些问题。下面说明两种平视显示，它们从方案设计上是很不同的：
在由奥特贝格市(Ottersberg)的霍尔特罗尼克有限公司(HoltronicGmbH)与慕尼黑市宝马公司(BMW)合作开发的第一种系统中，放弃了在挡风玻璃中的用于联合第一和第二图象的所谓的分离的组合器，为了不影响对外界环境的无遮拦视野。例如在DE3712663A1中说明了这种系统。按此，成象元件在透射作业(透射HOE，T-HOE)中可以是一体化在汽车仪表盘中的全息-光学元件(HOE)。
在此解决方案中主要的构件是光源、图象发生器和承担多种功能的透射全息-光学元件(T-HOE)。它以所希望的方向将光束偏转到挡风玻璃上，在挡风玻璃前几米处生成物体的放大了的虚象，并且补偿由光线在挡风玻璃上的反射产生的误差。
在此有不同的以光学方式提供信息的可能性。在有效的图示仪表或应指出例如电子装置中故障的符号时，有一种位置固定的成象平面就足够了。在其它的信息显示时，例如显示一种位置变化的物体，正如上述安全距离的指示那样，一种变化的距离表示是合理的。它可以用不同的方式来实现。
固定的符号可以用全息照相途径通过所谓的多维全息照相以不同的距离作为三维的图象表示出来。这样的全息图象是由大量的从不同距离对同一物体复制的单个全息图象组成。可是为了有针对性地对每种单个全息图象进行照明需要一种调节装置。然而更巧妙的是采用立体镜的光路成象，因为在此可以任意改变图象生成。这种方法在上述平视显示上已被实现。
如果向左眼和右眼提供一种物体的各自相关的和稍微不同的外观则在立体镜的方法时通过双目的视差形成立体的图象印象。在考虑聚焦或物体大小的条件下，通过从眼睛相应视角对需显示的实物的两个图象的生成达到在空间的位移。在此成象平面(图象平面)保持位置不变。也就是说该平视显示包括各有一种图象发生器的两种光学通道。每种单个图象的信息各到达一只眼睛。然后大脑让两种局部图象互相融合成一种总图象。
由于有不同地表达信息的可能性显示器是基本上受欢迎的，用它们可以用电子方式生成在第一图象中所表示的符号。显象管和液晶显示适用于此。可是显象管由于其高额价格和用以产生高电压的供电压单元对汽车领域是不实用的。相反液晶显示却具有紧凑的结构形式，比较不成问题地可操纵和它的电压供应同样是不成问题的。不利影响来自不充分的亮度，受杂散光线的波长与极化所影响的微弱反差，对温度的敏感性和低的分辨率。
后者对于在汽车里的使用成了主要问题。目前合适的液晶显示具有大于0.3mm的象素大小。在放大系数为50时驾驶员看到一种15mm大小的象素。象素间距比象素本身约大10％。因此象素矩阵的不受欢迎的图象从10至15m的距离还能良好地看见。以此象素大小只能确切地表示比较大的距离进位，因为虽然可以正确生成符号的大小，由于象素大小所要生成符号的间距进位(横向不均匀性)尤其在大距离时是很大的。人们必须接受折衷方案，虽然在每种视在图象距离上图象具有正确的大小，但是由于低的分辨率只能对某些一定的距离正确调节横向不均匀性。对于在汽车领域里的该系统，液晶显示的采用可以概括地说，还必须既改进分辨能力也还必须改善反差和温度稳定性。
开始时提到的透射全息-光学元件有分解白色光为其光谱成份的性能。由于这种颜色的误差，在用白色光射入的情况下经过透射全息-光学元件的成象会导致图象的模糊。虽然这种颜色误差可以在约100nm的波长范围内通过组合多种全息-光学元件来补偿，可是人们只采用一种全息-光学元件，因此产生了要求一种具有Δλ＜10nm不现实要求的窄频带光源。除此之外光源必须拥有尽可能高的亮度，使观察者在明亮的实际背景下还能认出显示的图象。光源的必要亮度可以从观察者所在地点的亮度和光学系统的效率确定。
对于光源适用性的另一种因素是它的大小和吸收的功率。消耗100W或者更多的光源不仅由于高额的功率，还由于高发热量是不实用的。此外光源在操纵阶段到运行阶段之间不得有大的滞后时间(t＜10s)，以便报警符号尽可能直接显示出来。
在W.温德尔(Windeln)和M.A.贝克(Beeck)的文章“带有平视显示用全息照相镜的挡风玻璃”“Windschutzscheibe mit holografischemSpiegel fur Head-Up Displays”汽车技术杂志91(1989)，538-342页(Automobiltechnische Zeitschrift)中已介绍一种另外的系统，它是由沃尔夫斯堡市(Wolfsburg)的大众汽车股份公司与亚琛市(Aachen)联合玻璃厂有限公司合作开发的。在此系统中往挡风玻璃里一体化地装入一种全息照相的联合器。在液晶显示上产生所希望的信息，它是借助于一种成象透镜在固定的图象平面的情况下出现的。通过采用该联合器达到了整个系统的高效率。正如开始时介绍的那样，只能通过全息照相的联合器才能满足对一种联合器的各种要求(高透射，高效率和高反射率，小的光谱带宽和良好的成象质量)。当今只有长年来已在飞机中应用的重铬酸盐凝胶(DCG)膜才适合于用作全息照相的存储介质。另一种物质可能对此用途同样重要，它们是光感性聚合物。在此值得一提的是奥芬巴赫市(Offenbach)的波拉罗依特(Polaroid)公司的(用湿显影)和美国威灵顿杜邦公司(Du Pont Wilmington)的光感性聚合物。后者不需要用有毒化学制剂的费事的湿显影法。通过简单的漫射性的后曝光和随后的热处理，全息图象就显影与定影完毕。可是光感性聚合物还处于开发阶段，这就是说，在市场上还买不到。
大部分的开发努力集中在工业性制造联合器及把它一体化到挡风玻璃中。
虚象的失真可以基本上同样通过联合器来纠正。一种窄谱带的绿色荧光粉用作显示器的光源，通过此荧光粉并与联合器结合抑制颜色的成象误差。
前述从当今技术水平已知的解决办法附带着下述根本性缺陷：通过液晶显示的指示或者后面照明的指示显示器或者还有阴极射线管在车辆驾驶员的视野内没有达到必要的亮度，因为该装置对着耀眼的阳光也必须是可运作的。尤其用来反射指示元件的全息图象还具有很讨厌的性能，全息图象在用宽谱光照明的情况下以彩虹颜色出现在可见的范围里。
为了提高光强度在DE3822222A1中建议，将极化滤波器装在挡风玻璃内侧，并且通过一套光学装置将第一图象作为虚象直接反射在挡风玻璃上。以此例如能够减弱耀眼的阳光，使得更好地看到第一图象。该极化滤波器还有优点，避免或至少减少在挡风玻璃上的双图象和干扰的反射。实际可是已经显示出，这种解决方案在同时可见日间亮度的第二图象的情况下也不对第一图象提供足够高的光强度。
因此本发明的任务是创造一种类别相符的装置，在此装置上第一图象相对于第二图象拥有足够的发光强度。在此尤其也还应该可能有一种简单的和廉价的结构。
从一种开始时提到形式的装置出发，该任务是如下解决的，为主要是平行的光线准备至少一种光源，用此光源可以生成从第一图象出发的具有微小扩大的光线。
在本发明上放弃全息照明的联合器，它引发干扰性的彩虹颜色和恶化的分辨率。第一和第二图象简单联合在一种板上，例如它可以是挡风玻璃。这是化费少的，并也允许清楚地显示第一图象。
以此产生了一种与DE3822222A1中已公开的装置类似的装置。它基本上通过具有基本为平行光线的光源区别于该装置，此光源保证全部产生的光功率可以经过板反射给驾驶员。在此极化设施已不再是非要不可的了。
由于从第一图象出发的光线按照本发明具有微小的扩大，光束也仅由驾驶员在他的头能活动的范围内可接受到，因此就消除了干扰性的光反射和对其他交通参与者或副驾驶员的光线现象。
从该考察中就明白了，光束的扩大，也许在驾驶员范围内在透射一种或多种光学系统之后，应最大位于30至50cm的范围内，因此一方面不受驾驶员头的位置影响可以良好地认清第一图象而另一方面光束的扩大是足够微小的，以便光束以最佳的光强度到达驾驶员。以小于±7°的光束扩大已在实践中取得良好的效果。
在本发明的一种更可取的进一步发展是预先准备了用于发送微小扩大光束的或用于反射或透射至少一种光源光线的扇形体，为了形成第一图象该扇形体针对发送、透射或反射是可以操纵的。
用于产生第一图象的信息借助于这样的扇形体叠加在微小扩大的光束或这些光束上。为此可采用多种可能性：首先提到有利的可能性，扇形体自己发射光束。为此尤其可将扇形体做成激光二极管。它们生成按本发明具有相应高强度的基本为平行的光束，以使投影的第一图象足够好地突出于第二图象。另一种同样更为可取的可能性，借助于反射或透射将第一图象的信息叠加在光源的平行光线上以便造形，这种可能性以相似的方式允许第一图象比第二图象有更大的强度，在此通过扇形体的可操纵性也还可表示各种图象内容。
例如为了表示数字信息扇形体可做成七扇形体指示。可是按照本发明一种更为可取的进一步发展，如果扇形体被布置成矩阵形式则是尤其有利的。通过此供可利用更大得多的信息密度，例如可以应用这些信息密度甚至在第一图象中表示图形。
如果矩阵是一种液晶显示矩阵，则在本发明的一种更为可取的进一步发展中可以尤其好地利用透射。
如果配备有一种或多种镜子，为了形成图形它们反射至少由一种光源生成的光束，则也可以达到如同在透射情况下的类似优点。如果借助于反射能够将至少由一种光源产生的光束完全投向板，而在此例如由于在液晶显示矩阵中的极化避免了光的损失，这是特别有利的。光强度因之同样用简单的方式提高了。
如果配备两种可将光束偏转向两个方向的镜子，则按照本发明的一种更为可取的进一步发展可以使镜子上的花费保持得特别小。
在此图形生成的花费譬如相对于由镜子组成的象素矩阵大大地减小了。此外整个光束的光线强度以全部的强度提供使用，因为第一图象是借助于此光束的偏转而生成的。
如果按照本发明的更为可取的进一步发展，通过一种可将第一图象表示为矢量图形的偏转装置使这些镜子互相独立地可改变角度时，则该优点就尤其明显。在矢量图形的情况下只扫描那些应作为被照亮点而可感受到的点。消隐扫描时间被减少到极小，以致于实际上初始光源的全部光强度被用来显示第一图象。
按照本发明的另一种更为可取的进一步发展配备了一种将从至少为一种光源出发的光束往两个方向可扫描的偏转装置和一种可以控制光束强度的控制装置。
在此人们利用通过一种均匀网屏的成象，如同它例如从电视图象的显示所公知的那样。以此可以显示特别美丽的图象，这提高了驾驶舒适性和同样地导致更高的行驶安全性。
例如可以借助于声光调制器进行偏转。但是人们借助通过两种镜子的光束偏转可以利用上述本发明的进一步发展的优点。因此在本发明的一种更为可取的进一步发展是设计镜子中的一种有均匀旋转速度的多边形镜，由此可以实现很快的偏转，并且避免图象的闪烁。此外由于旋转镜的惯性也只产生微小同步误差，尤其在该装置也受到冲击和振动的汽车里作业中，这点本身也带来重要的优点。
如果按照另一种更为可取的本发明的结构至少一种光源是一种具有平行和准直光学装置的发光二极管，则尤其能以微小花费达到本发明前述的优点及其进一步的发展。相对于汽车里的其余的尺度发光二极管基本上可以看作为点状，以致于借助于一种这样的光学装置以简单的方式能够满足对扩大的要求，而由准直化引起的光线损失不致于明显地降低强度。
如果光源中至少一种是激光器，甚至能完全避免由准直引起的可能损失。激光器从开始就产生高度平行的光束，它完全满足针对扩大的要求。
在一种更为可取的本发明的进一步发展中激光器是一种激光二极管或包含这作为泵浦源。在比汽车蓄电池电压低得多的电压下激光二极管已可以产生高的光功率。因此人们就不需要昂贵的电子装置，例如像采用气体激光器时的高压供电装置。
如果激光器是一种二极管泵浦的固体激光器，按照一种更为可取的进一步发展尤其可以达到高的强度。按照一种更为可取的本发明的进一步发展，对二极管泵浦的固体激光器也可设置变频装置。用变频装置总是可以这样地来选择一种波长，例如在绿色范围，在此眼睛的敏感性是很高的，或者在红色范围，它总由人理解为警告，人们不必在高强度方面大大受限于二极管泵浦的固体激光器的选择。因此由于这些特征能够以少量用于初始光源的花费而可获得特别高的光强度。
按照另一种更为可取的本发明的进一步发展，由第一图象出发的光线是极化了的。为此按照一种本发明的进一步发展人们能够设置至少一种极化滤波器或者使用一种发射偏振光的激光器。采用偏振光的优点主要地也从DE3822222A1变得清楚起来，前面已介绍了这些优点。区别于那里说明的本发明在此可是光源本身是被极化的，以致于由于一种外加的极化，为了减少反射或减弱第二图象的光线，在相应地调节极化方向的情况下，对第一图象不出现光损失。
采用偏振光的优点在本发明的一种进一步发展上特别令人注目，在该进一步发展上光源是这样布置的，由第一图象发出的光线约在布鲁斯特角(Brewsterwinkel)下射在板上。在布鲁斯特角下该偏振光完全被反射，以致于基本为平行光束的全部强度在车辆驾驶员处提供来观察第一图象。因此光强度是最佳的，不必例如在反射的板上设置外加的极化器。
如果该板按照一种更为可取的本发明的进一步发展备有一种膜，则产生如在极化器上的类似优点，在此膜上第一图象是完全可反射的，因为从第一图象发送出来的全部强度则也在车辆驾驶员的位置上提供为了解第一图象之用。
这可以尤其容易实现，如果按照一种更可取的本发明的进一步发展该膜是一种电介质膜或含有它和该膜完全反射第一图象。用于完全反射的电介质膜是由当今技术发展水平，例如用于改善透镜而众所周知的。但是在改善透镜时应达到高度透射，而在此应注意，根据膜材料的光学参数对膜厚度这样来确定尺寸，使之出现最高的反射。在与此有关的情况下尤其重要的是，在第一光线的一种唯一的波长下，如同在例如采用一种激光器时所产生的那样，人们必须仅设置一种单一的电介质膜，该膜厚度以相对入射光的角度如此设计，使得透射的光线通过干涉而消失。
如果由第一图象发出的光线被极化了以及按照本发明的更为可取的进一步发展，板上的膜是一种极化的膜或含有一种极化的局部膜，也仍然特别容易实现反射膜的优点。
在本发明的另一种更为可取的进一步发展中膜是敷在板的与第二图象相背的面上。因此有利地避免因板的前面和背面的不同反射引起的双图象，就如同当膜敷在与第一图象相背的面上时它会出现的那样。因此产生一种特别清楚的图象显示，以致于也由于该进一步发展第一图象的光强度对观察者来说被优化了。该清楚的图象显示也降低了驾驶员的负担，以致于由于较轻的疲劳提高了交通安全性。
按照本发明的一种更为可取的进一步发展该膜是一种由多种单层膜形成的组合体。在设置多种单层膜时反射性能可以按光源的宽的波长谱设计。在该组合体上，例如在挡风玻璃的层合玻璃里，在制造技术上需要特别低的花费。
在本发明另一种更为可取的进一步发展上，该膜是这样设计的，第二图象的光线不受阻碍地通过。因此对驾驶员来说环境的可见性未受影响。这尤其有利于夜间驾驶，在夜间驾驶时由于光线情况差安全性反正已受了影响。因此正是为了此目的通过外加膜不应发生从环境射入光线有任何减弱。
前面多次提到的板例如可以是挡风玻璃本身。但是它的弯曲一般由于设计的决策和在行驶时尽可能小的空气摩擦阻力是呈弧形的，以致于一般必须根据由此弧度形成的失真校正第一图象。例如人们可以通过适当地显示第一图象对此失真起相反的作用。
按照本发明的一种更为可取的进一步发展可设置一种特殊的板，它在汽车里布置在挡风玻璃与车辆驾驶员的位置之间。因此人们可以合适地设计用于第一图象成象的板的形式。就花费而言一种平面板是尤其有利的，因为对此不需要特殊制造。
因为在挡风玻璃上可能有不受欢迎的反射或光线损失被避免了，位于挡风玻璃和车辆驾驶员位置之间的布置是尤其因此而有利的。此外该板也位于车辆内部。这有进一步的优点，天气条件对视线没有影响。当板布置在车辆外面时，雾的冷凝或者下雨时沾上的雨滴可能相反地严重影响第一图象的可见度。
在本发明的另一种更为可取的进一步发展上，光源发射三种不同波长的光束。以此也可以在第一图象中显示彩色图象，通过这可以提高信息含量，但是这也允许，从审美方面特别令人愉快地塑造在第一图象中显示的信息。这提高驾驶舒适性，并通过此附加信息由于较小的神经上的负担这对行驶时的安全性作出贡献。此外彩色显示能使得，例如以红色显示警告信号的通知和例如以使驾驶员感到愉快的绿色显示静止的信息。关于已打开远光灯的通知，在德国对此规定为兰色光，按照本进一步发展在第一图象内也是毫无问题地可能的。
在本发明另一种更为可取的进一步发展上，在该板和第一图象之间设置一种成象光学系统。借助于一种这样的光学系统可以以大的距离显示虚象，这首先对驾驶员眼睛的适应能力是特别有利的。当第一图象在光学系统的物体侧焦距之内被成象时，则尤其可以特别有利地获得在大距离上的虚象。
以下用附图作为举例更进一步说明本发明。
图1表明一种按照本发明的实施例，用于说明本发明的主要特点；
图2表明一种实施例用的是示意图，在此图中第一图象通过散射板上的一种矩阵被显示出来；
图3表明一种彩色第一图象的示意图；
图4表明采用由激光二极管组成矩阵的一种实施形式；
图5表明具有发光二极管列阵和极化滤波器的一种实施实例；
图6表明一种用于显示彩色第一图象的矩阵的原理性布置；
图7表明本发明另一种实施例，一种用于以两种前后挨着布置的活动镜子来生成图象的示意性结构；
图8表明一种具有位于内侧反射膜的挡风玻璃。
在图1中所示的装置具有一种控制装置1，它生成用于符号显示所必需的数据。该控制装置1的一输出端是与一种控制电子装置2的输入端联结的，用它来操纵一种用于生成基本为平行的光束4的光源3。在应用实例中该光源曾是一种具有变频的二极管泵浦固体激光器，以便生成一种对眼睛敏感性最高的波长的光。
该基本为平行的光束4射在镜子5上，光束由此出发反射到散射板6的方向。该镜子5为偏转该光束是绕两根轴可回转的。在图1中以ω和表示相应的转角。
回转角度ω和所作的回转运动同样由该控制装置1操纵。按照控制装置1的实施方式不同用这类布置可以以不同的方式生成散射板6上的图象。如果该控制装置1是这样设计的，镜子5使光束均匀地扫描该散射板6，并经过控制电子装置2控制光束4的强度，则可以扫描地显示图象，正如它从在电视显象管屏幕上采用电子射束的电视技术中所公开的那样。
可是在图1的实施例中光束4的强度曾被保持不变，而借助于镜子5的运动已将一种构造投影在散射板6上。在此光束的强度仅在从一种构造过渡到另一种时才消隐扫描。这种构造就这样在散射板6上以一种矢量图形的形式成象。
设置了一种具有物体侧焦点7的光学系统8，以便将散射板6上所示的图形成象为在车辆驾驶员视野内的虚象，散射板6位于其焦距内。从光学系统8出来的光线随后射在一种反射膜9上，以致于生成的图形在位置10处可看成虚象。该反射膜9是布置在汽车挡风玻璃11的内侧。观察者，示意性地画入了他的眼睛12，然后在位于视野里的周围环境上外加看到一种在挡风玻璃后面的虚象10。因为该反射膜9是这样设计的，它基本上只在光源3的波长情况下反射，在位置12上的观察者能够不受妨碍地也看到周围环境，并在位置10上的虚象被插入该画面。
由于光源3的基本上为平行的光束，在其中可清楚看到位置10上虚象的范围基本上是由散射板6的分散性能给定的。涉及初始光束4的散射方面它是这样设计的，仅在驾驶员典型的头部运动之内的范围里从光学上可良好地看清位置10上的图象。结果证明值得推荐的是，由于散射板6和随后的光学装置8，基本上为平行的光束的扩大应最多位于30至50cm的范围内。以此实际上整个光束4以全部的强度指向驾驶员。由于过大的角度范围引起的光损失是减低到最低程度的。在实际中以小于等于±7°的光束扩大已取得良好的结果。
如果在驾驶员眼睛12附近还需要更高的光强度，散射板6也能够为光束中更为小的角度发散度来设计，可是适宜的是将该装置设计成位置可调节的或给镜子5的翻转方向经控制装置1供以可调节的直流电压，使得在位置12上的驾驶员能将虚象10调到最佳的头部范围，以便在不同的驾驶员个子和座椅位置的情况下总是以最佳的强度可见到虚象。
从该给定的扩大数值中人们也能直接获知，光束4的平行度不是很关键的。因此人们也可以用一种高强度的发光二极管代替激光器作为光源3。因为在这类结构元件上的光线基本上是在阻挡层附近形成的，人们可以将此基本上看成点状的光源，它的输出光束可以借助于透镜，凹面镜和/或准直光管以合适的方式平行化。
从挡风玻璃11上的反射来看为光源3选择激光器但也还有优点。用所述的激光器已在实施例中生成了一种线性极化了的光束4。在此反射的膜9曾设计成极化器，其线性极化方向曾这样选择的，由散射板6生成的全部的光线被反射进驾驶员头部的范围。反射膜9的极化性能除了获得最佳光强度之外附加有排除挡风玻璃上反射的优点，所以该虚象是更清晰可见的。
如果人们只是为了达到高的强度以降低花费想放弃该反射膜9，人们也可以这样布置该装置，由光学系统出发的光束大致以布鲁斯特角射在挡风玻璃11上。众所周知偏振光束的反射在合适的极化方向下则是最大的。因此不需要挡风玻璃的敷膜。
在图1中挡风玻璃11是画成平面的。因此图象6不失真地成象在位置10上。可是通常挡风玻璃是被弯曲的。由此导致的失真人们可以通过控制装置1补偿，其办法是在散射板6上的图象这样变形地被显示出来，使得通过在挡风玻璃11里的镜面反射失真被消除了。因此位置10上虚象的不同图象范围里的分辨率当然可能是不同的。
但是代替它人们也能够在挡风玻璃11和驾驶员之间布置一种平板，用它产生如同示意地所示的平挡风玻璃11同样有利的成象性能。
然而反射膜9应该不取决于它究竟布置在挡风玻璃11上或是在一种分离的板上，而应布置在驾驶员一侧，以便在板中的多重反射本身不产生其它虚象，它们可能让人感到特别妨碍的。
反射膜可以做成薄的所谓电介质镜的膜正如它们已从其它的光学应用中公知的那样。在大量应由膜反射的波长下，敷上由多种单层膜形成的组合体是有利的，这些单层膜是与一些波长或光源3的波长相匹配的。
在图2中显示了一种如图1中类似的实施例。可是在散射板6上的图象显示是不同于此的。在此，图象是作为扫描矩阵生成的，如同前面已说明的那样。
用图2还可说明另一种实施例。如果光束4是适当地被扩大，例如如果光源3是一种具有起平行化作用的光学装置的发光二极管，人们也可设置一种液晶显示矩阵代替散射板6。尤其当光束4已被极化时，实际上整个光线用液晶显示矩阵可以在具有与光束4相同极化的点上被放行过去，众所周知在矩阵里不同的部分加电压的情况下，液晶显示矩阵的图象显示是基于不同的极化方向。
在图3中显示了如图1中类似的一种实例。可是在此光源3是由一种光源13代替。在光源13内部存在着具有红、绿和兰色的三种激光器。由这些激光器出发的光束通过一种光束联合装置14合并成单一的平行光束15。图象的生成以已在图1和图2中的实施例中说明过的相同方式进行。例如在该光束联合装置14中，能够布置为联合不同颜色光束用的二向色镜子，如同它由激光电视技术所公知的那样。
在图4的实施例中放弃了单一的光束4或14以及偏转的镜子5。按照图4在光学系统8和所属的焦点7之间布置一种激光二极管矩阵18来替代散射板6。在此通过电激发矩阵相应图象点上各单个激光二极管进行图象生成。
在按照图4的实施例中一种操纵电子装置17是与在同一结构元件中一体化的矩阵装置共同一体化了的，矩阵中各单个激光二极管可以按光强度用该操纵电子设置17进行操纵。
在图5中也示出一种类似的实施例。在此设置一种具有一体化操纵电子装置16的发光二极管矩阵15来替代激光二极管矩阵18。在实施例中发光二极管矩阵是如此挑选的，为了矩阵的各单个发光二极管的最大光强度由于构造原因预先给定了按本发明所要求的扩大。可是基本上也可以采用发光二极管，如果一种膜覆盖在这类的发光二极管矩阵15上，在此膜上与发光二极管相配合的凸起被做成透镜，这些透镜是这样设计的，使得出发光束的扩大与由于光学装置8的光束型面变化合在一起是足够小的，使光线的基本部分位于通过驾驶员头部运动可以看到的范围。
在发光二极管矩阵15上人们也不必放弃由于偏振光所产生的优点，如果人们如图5中所示将一种极化滤波器19布置在由发光二极管出发的光束所经过的光线路程中的话。在图5的实施例中此极化滤光器19是被插入光学系统8和发光二极管矩阵15之间的。
发光二极管矩阵15和激光二极管矩阵18人们可以基本上称作为光源矩阵。在图6的实施例中示出了，这类的光源矩阵必须是如何设计的，以便彩色图象也是可能的。与一种操纵电子装置21一体化在一起的光源矩阵20在那里包括具有不同波长的不同的激光二极管或者发光二极管，它们是以R，G，B标出的，相应于在电视上用于红、绿和兰色图象点的标记R，G，B。这些发光二极管在图6中按它们的波长用不同的阴影表示。从图6中可立即看出一种不同激光二极管或发光二极管的，用以可显示彩色图象的可能布置。
也可以设置两种独立的镜子23和22代替图1中实施例的，用于共同绕两根轴线翻转的镜子5。在图7中展示一种这类的实施例。对于均匀的扫描也可以用一种用于行扫描的多边形镜来代替镜子22或23中的一种。多边形镜子由于其惯性通常保证一种很均匀的扫描。
在图8中示出了另一种实例，在此反射膜9不是敷设在挡风玻璃11本身上，而是一体化到其中的。因为在所述的反射膜上主要涉及的是很薄的膜，在一种作为挡风玻璃设计的复合玻璃11里，这种方式的装入为图8中所表示的薄膜24提供了保护。在此，也能将膜24制成用于全反射光束3的薄膜。此外与极化有关的反射膜也是可以采用的。
前述实例明显地表明，以何等多种多样的方式能够实现本发明。在此主要的基础在于，借助于一种基本为平行的光束由于光束只有微小的扩大，最大的光强度可生成在驾驶员的视野里。

Claims (28)

1、在通过一种透明板(11)可见到的第二图象中显示第一图象(6；15；18；20)用的装置，从第一图象(6；15；18；20)出发的光线(4，15)在该透明板(11)上被反射和该透明板(11)是这样布置的，使得第一和第二图象由一位观察者在相同的视角下可看到，其特征在于，设置至少一个基本上为平行的光线的光源(3；13；15；18；20)，用它从第一图象(6；15；18；20)出发的光线可生成具有微小扩大的光束。
2、按权利要求1的装置，其特征在于，设置扇形体用于发射具有微小扩大的光束或者用于反射或透射至少一种光源(3；13；15；18；20)的光线，为了第一图象(6；15；18；20)的成形该光源是针对于发射、透射或反射可操纵的。
3、按权利要求2的装置，其特征在于，扇形体是以一种矩阵(15；18；20)的形式布置的。
4、按权利要求3的装置，其特征在于，扇形体是按透射设计的以及矩阵是一种液晶显示矩阵。
5、按权利要求1至3的装置，其特征在于，设置一种或多种镜子(5；22，23)，它们反射从至少一种光源(3，13)产生的微量扩大的光束用以形成图象。
6、按权利要求5的装置，其特征在于，设置两种镜子(22，23)，用它们可将光束转向两个方向。
7、按权利要求5或6的装置，其特征在于，至少一种镜子(5；22；23)通过一种偏转装置互相独立地向两个翻转方向可改动角度，第一图象(6；15；18；20)通过此可以表示为矢量图形。
8、按权利要求6中一项的装置，其特征在于，设置一种用以从至少一个光源出发的光束可往两个方向扫描的偏转装置和一种用以可控制光束强度的控制装置(1)。
9、按权利要求8的并联合权利要求6的装置，其特征在于，镜子(22，23)中的一种是一种以均匀回转速度旋转的多边形镜子。
10、按权利要求1至9之一的装置，其特征在于，至少一种光源(3；15)是一种具有平行化的和/或准直的光学装置的发光二极管。
11、按权利要求1至9之一的装置，其特征在于，光源(3；13)中至少一种是一种激光器或含有该激光器。
12、按权利要求11的装置，其特征在于，激光器(3)是一种激光二极管或者含有该激光二极管作为泵浦源。
13、按权利要求11或12的装置，其特征在于，激光器(3)是一种二极管泵浦的固体激光器。
14、按权利要求13的装置，其特征在于，为二极管泵浦的固体激光器设置用于变频的装置。
15、按权利要求1至14之一的装置，其特征在于，从第一图象(6；15；18；20)出发的光线是被极化的。
16、按权利要求15的装置，其特征在于，设置一种极化滤波器(19)用于极化。
17、按权利要求15或16的装置，其特征在于，至少一种光源(3；13)是一种发射偏振光的激光器或含有此激光器。
18、按权利要求15至17之一的装置，其特征在于，光源(3，13)是这样布置的，由第一图象发射的光线在布鲁斯特角度下射在板(11)上。
19、按权利要求1至18之一的装置，其特征在于，设置具有一种膜(9；24)的板(11)，第一图象(6；15；18；20)在此膜上是可完全反射的。
20、按权利要求19的装置，其特征在于，该膜(9；24)是一种电介质膜或者含有它，该电介质膜完全反射第一图象(6；15；18；20)。
21、按权利要求20并联合权利要求15的装置，其特征在于，该膜(9；24)是一种起极化作用膜或含有一种起极化作用部分膜。
22、按权利要求19至22之一的装置，其特征在于，该膜(9；24)是敷在板(11)的与第二图象相背的一侧。
23、按权利要求19至22之一的装置，其特征在于，该膜(9；24)是一种由多种单层膜形成的组合体。
24、按权利要求19至23之一的装置，其特征在于，该膜(9；24)是这样设计的，它无阻碍地让第二图象的光线通过。
25、按权利要求1至24之一的装置，其特征在于，该板(11)在车辆里是被布置在挡风玻璃和车辆驾驶员位置之间的。
26、按权利要求1至25之一的装置，其特征在于，该光源(13；20)发射三种不同波长的光束。
27、按权利要求1至26之一的装置，其特征在于，在该板(11)的第一图象之间设置一种成象的光学系统(8)。
28、按权利要求27的装置，其特征在于，在光学系统(8)的物体侧焦距内可以生成一种实象，它是作为第一图象(6；15；18；20)在该板(11)上是可被反射的。
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