專利名稱：顯示器，尤其是車輛的平視顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯示器，尤其是車輛的平視顯示器，其包括用于生成圖像的圖像 形成單元、用于照射所述圖像形成單元的照明模塊、以及用于給用戶提供由所述圖像形成 單元生成的圖像的虛像的偏轉單元。
背景技術：
從現(xiàn)有技術中已知諸如此類的平視顯示器。數(shù)年來在飛機駕駛艙和機動車輛中已 經使用上述平視顯示器，以便以舒適的方式給飛行員或駕駛員提供諸如飛機或車輛運行數(shù) 據(jù)之類的信息。為此目的，多數(shù)使用利用單色視覺成像的平視顯示器。同時，必須給飛行員 或駕駛員提供持續(xù)增加的信息量，因此需求最清晰以及最詳細的可視化信息。這可有利地 通過信息的多色可視化來實現(xiàn)。通過這種方式，例如，與不太重要的信息相比，警告消息可 被聞売顯不。
常用的多色平視顯示器通常與IXD (液晶顯示器)顯示器一起工作，所述顯示器通 過諸如LED (發(fā)光二極管)的強光源投射背光。不利地，由于液晶顯示器相對較低的透射性， 諸如此類的平視顯示器的亮度和對比度相對較低。因此，對于駕駛員或飛行員來說不利于 信息的可視化。此外，由于強光源會產生大量的熱，因此不能簡單地通過增加光源的光強度 來補償較低的透射，使得在這種情況下需要比較復雜和昂貴的冷卻機構來冷卻顯示器。發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有相對較高對比度和高亮度的多色顯示 器，所述多色顯示器緊湊且僅導致低的發(fā)熱。
通過顯示器，尤其是車輛的平視顯示器來實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述顯示器包括用 于生成圖像的圖像形成單元、用于照射所述圖像形成單元的照明模塊、以及用于給用戶提 供由所述圖像形成單元生成的圖像的虛像的偏轉單元，其中所述圖像形成單元包括反射性 LCoS (硅上液晶)顯示器并且所述偏轉單元包括部分透射性組合器。
與IXD顯示器相比，LCoS晶顯示器中的光損失實質上更小，使得LCoS顯示器生成 顯著更少的熱量。因此根據(jù)本發(fā)明可有利地產生高的對比度和特別亮的虛像。同時，顯示 器的緊湊和成本效益的設計是可行的，其原因在于由于只生成較低的熱量而無需任何冷卻 機構。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，照明模塊包括第一光源，尤其是LED (發(fā)光二極管)或 激光(借助于輻射的受激發(fā)射的光放大)光源。此外，照明模塊尤其優(yōu)選包括至少另一光源， 其中所述第一光源配置成用于發(fā)射第一波長或第一波長范圍的光，以及所述至少另一光源 配置成用于發(fā)射其它波長或其它波長范圍的光。為此目的，根據(jù)本發(fā)明例如將彩色LED、染 料激光器、半導體激光器或具有非線形光學元件的紅外激光器用作光源。
優(yōu)選地，所述照明模塊包括用于將第一光源的光和所述至少另一光源的光準直成 單光束的光準直光學元件。根據(jù)本發(fā)明，諸如此類的準直光學元件優(yōu)選通過分色鏡來實現(xiàn)。通過其可將不同顏色的光準直成單光束。
優(yōu)選地，所述圖像形成單元包括偏振光束分離器。尤其優(yōu)選地，所述偏振光束分離 器以如下方式進行配置來自所述照明模塊的光在偏振光束分離器處至少部分地反射而由 LCoS顯示器所反射的光基本上完全透射，或來自照明模塊的光至少部分透射而由硅基液晶 (LCoS)顯不器所反射的光由偏振光束分離器基本上完全反射?？捎欣貙⑵窆馐蛛x器 定位到由LCoS顯示器所反射光的光路中，以提供非常緊湊的顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述照明模塊包括控制模塊，其中所述控制模塊配置 成以一定的頻率交替啟用和禁用第一光源和/或所述至少另一光源。尤其優(yōu)選地，所述控 制模塊配置成通過LCoS顯示器以相同的頻率調制光束。通過其可有利地通過LCoS顯示器 與所述光源和/或所述至少另一光源的頻率同步地進行光束調制。因此對于本領域的技術 人員顯而易見的是，例如當所述照明模塊包括紅色光源、綠色光源和藍色光源時，通過其可 使得觀察者感知由LCoS顯示器所顯示圖像內容的多色虛像。在此，由LCoS顯示器所顯示 的圖像內容可分為紅色分量、綠色分量和藍色分量，其中所述光束的調制對于紅色分量而 言同步到紅色光源，對于綠色分量而言同步到綠色光源而對于藍色分量而言同步到藍色光 源。頻率優(yōu)選聞于100赫茲,尤其優(yōu)選聞于150赫茲，以及尤其最優(yōu)選聞于200赫茲,從而 使觀察者感知由LCoS顯示器所顯示圖像內容的虛像，其中所述虛像表現(xiàn)為相對令人愉快 和準確的多色圖像。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述圖像形成單元包括光散射表面，其中所述散射表 面是可至少部分透射的，并且其中所述散射表面設置于由LCoS顯示器所反射的光的光路 中，并且其中所述散射表面位于LCoS顯示器和組合器之間。由LCoS顯示器所顯示的圖像 內容通過至少一個光學元件而顯示于所述散射表面上。由此，能夠有利地消除虛像中的圖 像偽影，特別是減少由于將激光器用作光源所產生的干擾光學干涉效應。
優(yōu)選地，所述偏轉單元包括至少一個偏轉鏡。根據(jù)本發(fā)明，所述偏轉鏡設置為平面 鏡，尤其優(yōu)選設置為凹鏡或凸鏡，以及尤其最優(yōu)選設置為自由鏡(free form mirror)。通過 可有利地將光路徑與駕駛艙或車輛車廂內部的空間要求相匹配以及足夠靈活地設計顯示 器。此外，使用自由鏡允許補償光學像差，因此提供高品質的圖像顯示。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，所述顯示器包括用于調節(jié)所述偏轉單元以及尤其是用于調 節(jié)所述偏轉單元位置和/或取向的調節(jié)裝置。例如所述調節(jié)裝置包括機械和/或機電調節(jié) 元件以便使得顯示器適于觀察者的要求。由此可使得組合器傾斜，以便例如形成適于觀察 者的優(yōu)化視角或將組合器完全轉移出觀察者的可視范圍。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述顯示器包括用于調暗照明模塊亮度的調光器，其 中所述顯示器優(yōu)選包括用于自動調暗照明模塊亮度的光傳感器。通過上述，例如在黃昏，可 有利地根據(jù)外部光條件手動調節(jié)虛像的亮度和/或通過光傳感器自動調節(jié)虛像的亮度。由 此，在艱難的照明條件下，或在不利的照明條件下，例如在強直射陽光等存在的情況下，也 可提供顯不器的聞品質顯不。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，所述組合器由塑料制成，優(yōu)選由PCB或聚甲基丙 烯酸甲酯制成，其中尤其優(yōu)選地，組合器包括光學涂層。例如所述光學涂層包括防反射涂層 和/或光學帶通涂層。所述光學帶通涂層允許將組合器的反射和/或透射性能與由光源所 發(fā)出光的波長或波長范圍相匹配。能夠有利地減少環(huán)境光的反射。


從下面結合以示例方式示出本發(fā)明的原理的附圖給出的詳細描述中，本發(fā)明的這 些和其它特性、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。僅以示例方式給出下述描述，并不限制本發(fā)明 的范圍。以下引用的參考圖指的是附圖。
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的顯示器。
具體實施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的平視顯示器。所述平視顯示器包括照明模 塊1、圖像形成單元2和偏轉單元3。照明模塊I包括至少一個光源10和光準直光學元件 11，其中根據(jù)本發(fā)明所述光源10設置成LED或激光器。光源10發(fā)射具有第一波長或具有 第一波長范圍的波長的光。光準直光學元件11將由光源10發(fā)射的光基本上準直成單光束 40，使得來自光源10的光作為具有基本平行光路的單光束40離開照明模塊I。在本實例 中，光準直光學元件11包括聚光透鏡。
圖像形成單元2的偏振光束分離器20至少部分地反射光束40，以及將光束40重 新引導至圖像形成單元2的反射性LCoS顯示器21的屏幕。由分離器20所反射的光束的 一部分沿著第一偏振方向線性偏振。根據(jù)圖示的實施例，偏振光束分離器20以來自照明模 塊I的光束40與偏振光束分離器20主平面的法線矢量之間的入射角基本上為45度的方 式進行定位。根據(jù)本發(fā)明，可設想離開照明模塊I的光束40以光束40在偏振光束分離器 20處完全反射的方式進行偏振。
重新引導至LCoS顯示器21的光束基本上垂直地射到屏幕上。LCoS顯示器21利 用圖像信息調制光束。諸如此類的調制光束由反射性LCoS顯示器21朝向偏轉單元3反射。 由此，調制光束在基本上垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上偏振。調制光束基本上完 全透射通過偏振光束分離器20，且通過例如進一步包括聚光透鏡的光學元件22顯示在中 間圖像平面23中。例如，中間圖像平面23設置成散射表面。
通過偏轉單元3以顯示于LCoS顯示器21上的圖像內容作為虛像顯示給觀察者的 方式，來自中間圖像平面23的光束重新引導至觀察者，例如飛行員或就坐于車輛車廂內部 中的駕駛員(圖1中未示出)。根據(jù)本發(fā)明的所示實施例，偏轉單元3包括第一偏轉鏡30、第 二偏轉鏡31和組合器32。使用多個不同的偏轉鏡使得可以將光束引導至觀察者，其中光束 路徑適于空間要求，如適于車輛車廂內部的空間要求。通過這種方式，例如可以調整和優(yōu)化 虛像和觀察者之間的距離。優(yōu)選地，第一偏轉鏡30和第二偏轉鏡31形成為定制的自由鏡， 以便補償光學像差。
組合器32優(yōu)選包括光學涂層以便有利地使得組合器32的反射和透射性能適于由 光源10所發(fā)射的光的波長范圍。優(yōu)選地，組合器32可以通過調節(jié)裝置(在圖1中未示出) 以機械或機電方式傾斜，使得在顯示器未使用時，組合器32可完全轉移出觀察者的可視范圍。
權利要求
1.一種顯示器，尤其是車輛的平視顯示器，包括用于生成圖像的圖像形成單元(2)、用于照射所述圖像形成單元(2)的照明模塊(I)、以及用于給用戶提供由所述圖像形成單元(2)生成的圖像的虛像的偏轉單元(3)，其特征在于，所述圖像形成單元(2)包括反射性LCoS (硅上液晶)顯示器(21)，并且所述偏轉單元(3 )包括部分透射組合器(32 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的顯示器，其特征在于，所述照明模塊(I)包括第一光源(10)，所述第一光源(10)優(yōu)選包括LED (發(fā)光二極管)或激光(借助于輻射的受激發(fā)射的光放大)光源。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述照明模塊(I)包括第一光源(10)和至少另一光源，其中所述第一光源(10)配置成用于發(fā)射第一波長或第一波長范圍的光，并且其中所述至少另一光源配置成用于發(fā)射另一波長或另一波長范圍的光。
4.根據(jù)權利要求3所述的顯示器，其特征在于，所述照明模塊(I)包括用于將所述第一光源的光和所述至少另一光源的光準直成單光束(40 )的光準直光學元件(11)。
5.根據(jù)權利要求4所述的顯示器，其特征在于，所述準直光學元件(11)包括分色鏡。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述圖像形成單元(2)包括偏振光束分離器(20)。
7.根據(jù)權利要求6所述的顯示器，其特征在于，所述分離器(20)配置成將來自所述照明模塊(I)的光至少部分地重新引導至所述LCoS顯示器(21)并且至少部分地將由所述反射性LCoS顯示器(21)所反射的光透射至所述偏轉單元(3)，或者所述分離器(20)配置成將來自所述照明模塊(I)的光至少部分地透射至所述LCoS顯示器(21)并且至少部分地將由所述反射性LCoS顯示器(21)所反射的光反射至所述偏轉單元(3)。
8.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述照明模塊(I)包括控制模塊，其中所述控制模塊配置成交替啟用和禁用所述第一光源(10)和/或所述至少另一光源，其中優(yōu)選以一定的頻率交替啟用所述第一光源(10)和所述至少另一光源，并且其中尤其優(yōu)選所述控制模塊配置成通過所述LCoS顯示器(21)以基本相同的頻率調制光束。
9.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述圖像形成單元(2)包括至少部分透射的散射表面，其中所述散射表面優(yōu)選沿著由所述LCoS顯示器(21)所反射的光的光路而設置于所述LCoS顯示器(21)和所述偏轉單元(3)之間。
10.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述偏轉單元(3)包括至少一個偏轉鏡(30，31)，所述偏轉鏡(30，31)優(yōu)選包括平面鏡、凹鏡、凸鏡和/或定制的自由鏡。
11.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述顯示器包括用于調節(jié)所述偏轉單元(3)的位置和/或取向的調節(jié)裝置。
12.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述顯示器包括調光器，其中所述顯示器優(yōu)選包括自動控制所述調光器的光傳感器。
13.根據(jù)前述權利要求之一所述的顯示器，其特征在于，所述組合器(32)由塑料制成，和/或所述組合器(32)包括光學涂層，所述光學涂層優(yōu)選為防反射涂層和/或光學帶通涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示器，尤其是車輛的平視顯示器，包括用于生成圖像的圖像形成單元(2)、用于照射所述圖像形成單元(2)的照明模塊(1)、以及用于給用戶提供由圖像形成單元(2)生成的圖像的虛像的偏轉單元(3)，其特征在于，所述圖像形成單元(2)包括反射性LCoS(硅上液晶)顯示器(21)，并且所述偏轉單元(3)包括部分透射組合器(32)。
文檔編號G02B27/01GK103003736SQ201180035436
公開日2013年3月27日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2010年5月26日
發(fā)明者B·路德維希, S·埃爾維 申請人:約翰遜控股公司