[發明專利]用于顯示設備的光波導

在審

• 申請號: 201980038166.3
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN112236714A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: T·A·克恩;F·維勒
• 申請（專利權）人: 大陸汽車有限責任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 汪勤;吳鵬

本發明涉及一種用于顯示設備的光波導(5)以及一種用于制造這種光波導的方法。光波導(5)具有基質(54)，在基質上布置全息圖層(56)。在全息圖層(56)上布置覆蓋層(55)，覆蓋層由經受了硬化過程的透光的材料制成。基質(54)可由玻璃制成。備選地，基質(54)同樣由經受了硬化過程的透光的材料制成。

技術領域

本發明涉及一種用于顯示設備的光波導以及一種用于制造這種光波導的方法。此外，本發明涉及一種用于生成虛擬圖像的使用這種光波導的設備。

背景技術

也稱為HUD的抬頭顯示器理解成如下顯示系統，即，在該顯示系統中，觀察者可保持其視線方向，因為使待示出的內容漸顯到觀察者的視野中。雖然這種類型的系統由于其復雜性和成本本來主要使用在航空的領域中，但是該系統目前也大量安裝在汽車領域中。

抬頭顯示器通常由圖像生成器、光學單元和鏡子單元組成。圖像生成器產生圖像。光學單元將圖像傳導到鏡子單元上。圖像生成器通常也稱為給出頭像的單元或PGU(圖像生成單元)。鏡子單元是部分映現的、可透過空氣的玻璃盤。因此，觀察者作為虛擬圖像看到由圖像生成器示出的內容，并且同時看到在玻璃盤之后的真實世界。在汽車領域中，前擋風玻璃通常用作鏡子單元，在顯示時，必須考慮前擋風玻璃的彎曲的形狀。通過光學單元和鏡子單元的共同作用，虛擬圖像是由圖像生成器產生的圖像的放大展示。

觀察者僅僅可從所謂的眼動范圍(Eyebox)的位置中觀察虛擬圖像。如下區域被稱為眼動范圍，即，該區域的高度和寬度相應于理論的視窗。只要觀察者的眼睛位于眼動范圍之內，則虛擬圖像的所有元素對于眼睛來說都是可見的。相反地，如果眼睛位于眼動范圍之外，則對于觀察者來說，僅僅還能部分地看到或者甚至看不到虛擬圖像。由此，眼動范圍越大，觀察者在選擇其座位時的限制越少。

傳統的抬頭顯示器的虛擬圖像的大小受到光學單元的大小限制。用于放大虛擬圖像的方案在于，將來自成像單元的光耦合到光波導中。被耦合到光波導中的載有圖像信息的光在光波導的分界面上被完全反射，并且由此在光波導之內被引導。附加地，在沿著傳播方向的多個位置上分別使光的一部分退耦，從而通過光波導的面分布地給出圖像信息。以這種方式，通過光波導擴大出射光瞳。在此，有效的出射光瞳由圖像生成系統的孔徑的圖像組成。

在該背景下，專利文獻US 2016/0124223 Al描述了一種用于虛擬圖像的顯示裝置。該顯示裝置包括光波導，光波導引起來自成像單元的通過第一光射入面射入的光反復地經受內部反射，以便在第一方向上遠離第一光射入面運動。此外，光波導引起，在光波導中被引導的光的一部分通過在第一方向上延伸的、第一光射入面的區域向外離開。顯示裝置此外包括第一光射入側的衍射光柵和第一光射出側的衍射光柵，第一光射入側的衍射光柵使射上的光衍射，以引起被衍射的光進入光波導中，并且第一光射出側的衍射光柵使從光波導射入的光衍射。

以光波導為基礎的傳統的全彩色抬頭顯示器通常由三個相疊的、單色的光波導組成，其分別用于紅色、綠色和藍色。光波導分別由玻璃基質、薄的全息圖層和另一作為覆蓋層的玻璃基質組成。在此，玻璃典型地比1mm更厚。此外，玻璃是剛性的并且是抗彎曲的。

用于制造這種光波導的基質必須具有非常好的表面性能，例如在平面度方面。在沒有復雜的基質的表面處理的情況下，僅僅非常難以實現并且以過高的價格在市場上獲得這種性能。此外，基質厚度導致由三個單色的光波導組成的光波導的更高的結構。這又導致整個包含光波導的產品(例如抬頭顯示器)的更高的結構。此外，當在傾斜的角度下觀察光波導時，出現通過單色的光波導中的分別一個傳輸的顏色的重疊缺陷。尤其是在作為在機動車中的抬頭顯示器的應用時，通常是這種情況。

發明內容

本發明的目的是，提供一種更好的光波導以及一種用于制造這種光波導的方法。

該目的通過具有權利要求1所述的特征的光波導并且通過具有權利要求6或7所述的特征的方法實現。本發明的優選的設計方案是從屬權利要求的對象。