[发明专利]具有可变的投影距离的用于生成虚拟图像的设备

说明书

本发明涉及一种用于生成虚拟图像的设备。该设备具有至少一个用于产生图像的图像生成单元(1)以及用于扩大出射光瞳的光波导。光波导(5)具有耦出区域(521)。邻近耦出区域(521)布置有光学元件(70)用以影响用于虚拟图像(VB)的至少一个子区域的投影距离。

技术领域

本发明涉及一种用于生成虚拟图像的设备。

背景技术

也称为HUD的抬头显示器理解成如下显示系统，即，在该显示系统中，观察者可保持其视线方向，这是因为使待示出的内容插入到观察者的视野中。虽然这种类型的系统由于其复杂性和成本本来主要使用在航空的领域中，但是该系统目前也大量安装在汽车领域中。

抬头显示器通常由图像发生器、光学单元和镜子单元组成。图像发生器产生图像。光学单元将图像传导到镜子单元上。图像发生器通常也称为图像生成单元或PGU(PictureGenerating Unit)。镜子单元是部分镜反射的、光可透射的玻璃板。因此，观察者同时看到作为虚拟图像的、由图像发生器示出的内容和在玻璃板之后的真实世界。在汽车领域中，挡风玻璃通常用作镜子单元，在显示时必须考虑挡风玻璃的弯曲的形状。通过光学单元和镜子单元的共同作用，虚拟图像是由图像发生器产生的图像的放大展示。

观察者仅仅可从所谓的眼动范围/眼观察区(Eyebox)的位置观察虚拟图像。如下区域被称为眼动范围，即，该区域的高度和宽度相应于理论的视窗。只要观察者的眼睛位于眼动范围之内，虚拟图像的所有元素对于眼睛来说就都是可见的。相反，如果眼睛位于眼动范围之外，则对于观察者来说，仅仅还能部分地看到或者甚至看不到虚拟图像。由此，眼动范围越大，观察者在选择其座位时的限制越少。

传统的抬头显示器的眼动范围的大小受到光学单元的大小的限制。用于增大眼动范围的方案在于，将来自图像生成单元的光耦合到光波导中。被耦合到光波导中的、承载图像信息的光在光波导的边界面上被全反射，并且由此在光波导内被引导。附加地，在沿着传播方向的多个位置上分别使光的一部分耦出，从而图像信息在光波导的面上分布地输出。以这种方式，通过光波导使出射光瞳/出瞳直径扩大。在此，有效的出射光瞳由图像生成系统的孔径的图像组成。

在该背景下，专利申请US 2016/0124223 Al描述了一种用于虚拟图像的显示装置。该显示装置包括光波导，光波导使得来自图像生成单元的通过第一光入射面射入的光重复地经受内部反射，以便在第一方向上运动远离第一光入射面。此外，光波导导致，在光波导中被引导的光的一部分通过第一光入射面的在第一方向上延伸的区域向外离开。显示装置此外包括第一光入射侧的衍射光栅和第一光出射侧的衍射光栅，第一光入射侧的衍射光栅使射在其上的光衍射，以便使得被衍射的光进入光波导中，而第一光出射侧的衍射光栅使从光波导射入的光衍射。

随着虚拟增强现实技术和应用的持续发展，其也应用在汽车领域中。增强现实(AR)(德语“erweiterte”)是通过虚拟元素丰富真实世界，这些虚拟元素位置正确地记录在三维的空间中。在专业领域，在德语环境中，将术语“Augmented Reality(增强现实)”翻译成“erweiterte”。因此，以下使用术语“Augmented Reality”。

传统的抬头显示器具有在其中呈现虚拟图像的面。典型地，如此选择投影距离，使得显示内容例如显现在其中安装了抬头显示器的车辆的发动机罩的上方。在那里，显示内容不伸入其它对象中并且可很好地看到。

对于增强现实应用，推荐使用以所描述的光波导技术为基础的抬头显示器。通过更大的眼动范围，可被虚拟元素丰富的真实环境区域同样明显增大。具有光波导的抬头显示器同样实现单独的投影距离，其中，对于增强现实应用来说，更大的投影距离是适宜的。但是，这不太适用于传统的显示内容(这些显示内容更优选位于更近的区域中)。

发明内容

本发明的目的是，提出一种改善的用于生成虚拟图像的设备，该设备实现可变的投影距离。

该目的通过具有权利要求1的特征的设备实现。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的主题。