本发明专利技术涉及一种尤其是用于车辆的视场显示设备，包括：用于产生具有显示内容的投影光束的成像单元，包括具有面状分布的能选择性控制的显示元件的透射性的显示器显示层；构造用于对透射性的显示器显示层背光照明且具有沿透射性的显示器显示层分布的能选择性控制的光源的矩阵背光装置和准直阵列，该准直阵列具有设置在每个光源和所述透射性的显示器显示层之间的准直器；和在由成像单元产生的投影光束的光路中的构造用于使投影光束向用户反射的投影屏幕被设置，使得在投影屏幕后方在用户的视场中产生虚拟显示图像，每个准直器构造用于根据预定辐射特性集中由相配光源发出的子光束，该辐射特性用于将向用户反射的投影光束限制在为其眼睛预定的空间区域。限制在为其眼睛预定的空间区域。限制在为其眼睛预定的空间区域。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆的具有明亮且节能的背光的视场显示设备
[0001]本专利技术涉及一种视场显示设备，其尤其是适合用于机动车或其它陆地、空中或水上交通工具中并构造用于通过在投影屏幕，尤其是车辆的挡风玻璃上反射具有期望的显示内容的投影光束而在用户，尤其是驾驶员的视场中产生虚拟显示图像。本专利技术还涉及配备该视场显示设备的车辆。
技术介绍
[0002]视场显示设备尤其是以名称抬头显示器(HUD)已知。例如在机动车中可藉此将期望的显示内容，如限速指示或其它有用的导航和车辆操作指示以虚拟显示图像的形式叠加到驾驶员观察到的在车辆前方的真实环境图像上。为此传统结构的视场显示设备包括一个安装在仪表板上侧之下的显示器，该显示器具有适合的成像和投影光学器件，以便产生具有期望的显示内容的投影光束并将投影光束转向到投影屏幕——投影屏幕可以是机动车的挡风玻璃或专门设置在挡风玻璃前方的组合屏——上，以使投影光束从投影屏幕向驾驶员反射，从而将虚拟显示图像投射到投影屏幕后方的驾驶员视场中。
[0003]然而，在这种HUD结构中，虚拟显示图像覆盖用户视场中相对小的立体角范围(视场(Field
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View))，其通常仅延伸到接近地平线。仪表板内有限的安装空间阻碍了视场的扩大。尤其是已知的投影光学器件在垂直方向上占用了大量空间。驾驶员在此仿佛看入望远镜中，从而对于驾驶员来说在近处在HUD内部的显示器上产生的显示图像出现在机动车前方的远处。因此，相应于“望远镜的口径”只能覆盖有限的立体角范围，该立体角范围例如适用于类似于机动车中组合仪表板的静态显示内容。相反，在这个有限的立体角范围和通常由成像和投影光学器件固定地确定的虚拟HUD显示图像的距离之外，不能实现针对车辆前方真实环境物体的接触模拟虚拟显示，例如从增强现实(AR)中已知的。
[0004]另一方面，例如由DE102009054232A1已知一种用于机动车中的立体信息显示的抬头显示器，该抬头显示器具有用于生成两个不同的、确定用于乘员的两只眼睛的单个图像的图像生成装置以及显示单元，在该显示单元上可产生发光点，这些发光点的光束通过在机动车挡风玻璃上的反射对于乘员可见。此外，在显示单元与挡风玻璃之间的光路中设有偏转装置，如小透镜的矩阵状布置结构，这些小透镜将不同发光点的光束向不同的辐射方向偏转。此外，像素分配装置确保将单个图像的像素这样分配给显示单元的发光点，使得乘员的左眼可看到确定用于其的单个图像并且乘员的右眼可看到确定用于其的单个图像。这种类型的自动立体显示器可以特别有利于内容的接触模拟显示，因为它产生具有深度效果的虚拟显示图像。
[0005]此外，在视场显示设备中通常设有附加措施，以防止环境光在其构件上的干扰反射，这种干扰反射可能导致用户眩目。为此在上述传统的HUD结构中，例如设置在仪表板上侧中的将HUD向外部封闭的盖板在几何结构上是防反射的(所谓的眩光陷阱Glaretrap)。然而，由此已知的防反射技术并不适合用于比传统HUD更扁平并且因此可更大面积设计的HUD结构——其将特别适合用于AR显示——中的与挡风玻璃直接相对设置的显示器。
[0006]尤其是在与AR应用结合时，车辆中的视场显示设备的另一个突出问题是当虚拟显示内容更接近地平线和/或超越地平线高度被显示并且因此也应在明亮或照射的背景下对于用户清晰可见时，对虚拟显示图像的亮度要求增加，例如大约10000cd/m2。由于挡风玻璃上的反射损耗通常很高，对于HUD以及消费电子产品目前在市场上常见的结构的图像生成显示器必须在其表面上发出直至100000cd/m2的投影光，然而，基于相应增加的冷却功率要求，这对于可集成在车辆上的显示器技术，尤其是液晶屏(LCD)很难实现。
[0007]从DE19540108C2中已知一种用于增加借助设备、如HUD显示的图像的亮度的方法。该文献公开了一种用于在第二图像中显示第一图像的设备，第二图像可透过透明玻璃看到，从第一图像发出的光在该透明玻璃上被反射并且该透明玻璃设置成，使得第一和第二图像可由观看者在相同的视角下看到。设有至少一个用于基本上平行的光的光源，借助该光源从第一图像发出的光可在观看者的头部区域中生成为具有大于头部宽度且小于50cm的小扩张(Aufweitung)的光束。在DE19540108C2中公开的实施例一方面局限于散射玻璃或分为能选择性控制的区段的LCD矩阵，对于其照明或背光可使用具有准直光学器件的LED形式的单一光源或具有准直光学器件的红、绿、蓝三个激光器的可借助可旋转镜偏转的平行光束。作为替代方案，此外仅提出受控制以生成图像的自发光激光二极管矩阵或自发光LED矩阵，在其中结构本身或具有透镜状隆起的薄膜已经确保小扩张并且在所述小扩张前面除了成像光学器件外仅可选地设置p偏振滤光器。
技术实现思路
[0008]本专利技术的任务是提出一种尤其是在虚拟显示图像的可见性和对比度方面进一步改进的视场显示设备，所述视场显示设备尤其是能够为AR应用在用户的扩大的视角范围内生成虚拟显示图像，以及配备该视场显示设备的机动车。
[0009]所述任务通过一种根据权利要求1的视场显示设备以及一种根据并列权利要求的配备所述视场显示设备的车辆来解决。在从属权利要求中给出其它实施方式。在权利要求和说明书中就视场显示设备提到的所有进一步的特征和效果也适用于配备其的车辆，反之亦然。
[0010]根据第一方面，提供一种视场显示设备，如抬头显示器(HUD)，其尤其是也可(但不一定必须)适用于AR(增强现实)和其它需要在尽可能宽的立体角范围(视场)中在用户前方显示虚拟显示图像的应用。视场显示设备尤其是可设计用于车辆中，该车辆可以是机动车或任何其它陆上、空中或水上交通工具。
[0011]本文所述类型的视场显示设备包括成像单元，该成像单元构造用于产生具有显示内容的投影光束。为此，成像单元包括透射性的显示器显示层，该透射性的显示器显示层通过具有多个面状(尤其是基本上均匀地)分布的能选择性控制的透射型显示元件形成一个显示器表面，以及构造用于对透射性的显示器显示层进行背光照明的矩阵背光装置，该矩阵背光装置具有多个沿透射性的显示器显示层(尤其是基本上均匀地以二维的不规则或规则，如六边形布置)分布的能选择性控制的光源。光源尤其可以是高效光源、如LED、例如白光LED。透射性的显示器显示层例如可构造为液晶显示层(也称为LCD面板)，即，其能选择性控制的显示元件可以是液晶显示元件。此外，成像单元包括二维准直阵列，该二维准直阵列具有设置在相应的光源和透射性的显示器显示层之间的准直器，这些准直器尤其是可构造
为准直透镜(参照图2a)。在光源的六边形布置中，设置在其上方的准直器例如可以表面覆盖的方式构造为六边形准直透镜。
[0012]术语“表面”和“面状”在本文中概况地用于二维布置、分布、外表面等。在此尤其是可涉及“平面”或“平面的”的几何形状，但这不是强制性的，所描述的设备在不损害所述光学功能的情况下也可偏离平面几何形状，以便例如为了AR应用简化大表面的设计和其在车辆中的整合。换句本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.视场显示设备(1)、尤其是用于车辆(2)中的视场显示设备，所述视场显示设备包括：
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用于产生具有显示内容的投影光束(L)的成像单元(16)，该成像单元包括透射性的显示器显示层(18)、构造用于对透射性的显示器显示层进行背光照明的矩阵背光装置(17)和准直阵列(19)，所述显示器显示层具有多个面状分布的能选择性控制的显示元件，所述矩阵背光装置具有多个沿透射性的显示器显示层(18)——尤其是基本上均匀地——分布的能选择性控制的光源(17a)，所述准直阵列具有设置在相应光源(17a)和所述透射性的显示器显示层(18)之间的准直器(19a)；和
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在由成像单元(16)产生的投影光束(L)的光路中的构造用于使投影光束向用户反射的投影屏幕，所述投影屏幕被设置成，使得在投影屏幕后方在用户的视场中产生虚拟显示图像(V)，
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每个准直器(19a)构造用于根据预定辐射特性来集中由相配光源(17a)发出的子光束(La)，以用于将向用户反射的投影光束(L)限制在针对用户的眼睛所预定的空间区域(12)。2.根据权利要求1所述的视场显示设备(1)，其中，每个光源(17a)设置在相配光学准直器(19a)的焦点或焦平面中或附近，使得由光源发出的发散的子光束(La)根据相应的预定辐射特性被准直成大致平行的子光束(La)，各子光束具有例如约+/
‑5°
的预定小张角和尤其是因光源(17a)而异的传播方向。3.根据权利要求1或2所述的视场显示设备(1)，
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所述视场显示设备的准直器(19a)能相对于光源(17a)运动，尤其是整个准直阵列(19)构造成能相对于矩阵背光装置(17)的设置有光源(17a)的平面或表面横向移动，并且
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所述视场显示设备还包括控制单元，该控制单元构造用于—例如通过沿矩阵背光装置(17)横向移动准直阵列(19)—使准直器(19a)和因此使投影光束的预定辐射特性跟踪当前用户位置、例如通过眼睛跟踪确定的当前用户位置，尤其是眼睛位置或视线方向。4.根据前述权利要求中任一项所述的视场显示设备(1)，其中，在所述矩阵背光装置(17)和准直阵列(19)之间的距离(D)能在光束传播方向上进行机械调整以改变预定辐射特性，使得尤其是在设置用于单个用户的私人模式和设置用于多个用户的共同模式之间进行切换，在所述私人模式中仅设置用于单个用户眼睛的预定空间区域被投影光束(L)照射，在所述共同模式中设置用于所述多个用户的眼睛的预定空间区域被投影光束(L)照射。5.根据前述权利要求中任一项所述的视场显示设备(1)，
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在所述视场显示设备中，矩阵背光装置(17)的各光源(17a)能彼此独立地调光，例如通过使用电位计和/或通过在不能被人眼识别为单个图像的例如通常τ<20ms的周期内具有特定明暗时间比Vhd的时间脉冲来调光，并且
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所述视场显示设备还包括控制单元，该控制单元构造用于根据预定修正函数H1(x，y)在表面中彼此独立地对矩阵背光装置(17)的各光源(17a)进行调光，以便增加虚拟显示图像(V)中的亮度均匀性和/或受情况而定地调整矩阵背光装置(17)的亮度，和/或
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所述视场显示设备还包括控制单元，该控制单元构造用于在生成待显示的显示内容时根据预定修正函数H2(x，y)在表面中彼此独立...
【专利技术属性】
技术研发人员：WA，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：
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