[发明专利]用于显示设备的光波导

说明书

本发明涉及一种用于显示设备的光波导(5)以及一种用于制造这种光波导的方法。光波导(5)具有基质(54)，在基质上布置全息图层(56)。在全息图层(56)上布置覆盖层(55)，覆盖层由经受了硬化过程的透光的材料制成。基质(54)可由玻璃制成。备选地，基质(54)同样由经受了硬化过程的透光的材料制成。

技术领域

本发明涉及一种用于显示设备的光波导以及一种用于制造这种光波导的方法。此外，本发明涉及一种用于生成虚拟图像的使用这种光波导的设备。

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，因为使待示出的内容渐显到观察者的视野中。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生成器、光学单元和镜子单元组成。图像生成器产生图像。光学单元将图像传导到镜子单元上。图像生成器通常也称为给出头像的单元或PGU(图像生成单元)。镜子单元是部分映现的、可透过空气的玻璃盘。因此，观察者作为虚拟图像看到由图像生成器示出的内容，并且同时看到在玻璃盘之后的真实世界。在汽车领域中，前挡风玻璃通常用作镜子单元，在显示时，必须考虑前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，虚拟图像是由图像生成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(Eyebox)的位置中观察虚拟图像。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，则虚拟图像的所有元素对于眼睛来说都是可见的。相反地，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虚拟图像的大小受到光学单元的大小限制。用于放大虚拟图像的方案在于，将来自成像单元的光耦合到光波导中。被耦合到光波导中的载有图像信息的光在光波导的分界面上被完全反射，并且由此在光波导之内被引导。附加地，在沿着传播方向的多个位置上分别使光的一部分退耦，从而通过光波导的面分布地给出图像信息。以这种方式，通过光波导扩大出射光瞳。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，专利文献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，光波导引起来自成像单元的通过第一光射入面射入的光反复地经受内部反射，以便在第一方向上远离第一光射入面运动。此外，光波导引起，在光波导中被引导的光的一部分通过在第一方向上延伸的、第一光射入面的区域向外离开。显示装置此外包括第一光射入侧的衍射光栅和第一光射出侧的衍射光栅，第一光射入侧的衍射光栅使射上的光衍射，以引起被衍射的光进入光波导中，并且第一光射出侧的衍射光栅使从光波导射入的光衍射。

以光波导为基础的传统的全彩色抬头显示器通常由三个相叠的、单色的光波导组成，其分别用于红色、绿色和蓝色。光波导分别由玻璃基质、薄的全息图层和另一作为覆盖层的玻璃基质组成。在此，玻璃典型地比1mm更厚。此外，玻璃是刚性的并且是抗弯曲的。

用于制造这种光波导的基质必须具有非常好的表面性能，例如在平面度方面。在没有复杂的基质的表面处理的情况下，仅仅非常难以实现并且以过高的价格在市场上获得这种性能。此外，基质厚度导致由三个单色的光波导组成的光波导的更高的结构。这又导致整个包含光波导的产品(例如抬头显示器)的更高的结构。此外，当在倾斜的角度下观察光波导时，出现通过单色的光波导中的分别一个传输的颜色的重叠缺陷。尤其是在作为在机动车中的抬头显示器的应用时，通常是这种情况。

发明内容

本发明的目的是，提供一种更好的光波导以及一种用于制造这种光波导的方法。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的光波导并且通过具有权利要求6或7所述的特征的方法实现。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的对象。