偏转光束的光学装置及运行光学装置的方法和控制设备与流程

1.本发明基于根据独立权利要求的前序部分的用于使用于车辆的显示装置的光束偏转的光学装置以及用于运行光学装置的方法和控制设备。计算机程序也是本发明的主题。


背景技术：

2.关于高度自动化的驾驶，需要不断改进车辆的现有系统和/或装置。当前可用的车辆尚不能自主或高度自动化地行动。一方面因为对应的技术尚未充分开发。另一方面因为法律规定车辆驾驶员必须能够随时亲自干预驾驶过程，由此使得高度自动化车辆的实现更加困难。但是，已经有各种制造商的系统可用于高度自动化或部分自动化的驾驶。这些系统处于密集测试阶段。今天已经可以预见，全自动车辆系统将在几年后投放市场。


技术实现要素：

3.在这种背景下，利用这里提出的方案来提出根据独立权利要求的一种用于使用于车辆的显示装置的光束偏转的改进的光学装置和一种用于运行光学装置的改进的方法，此外还有一种使用该方法的改进的控制设备以及最后一种对应的计算机程序。通过在从属权利要求中列出的措施，使得独立权利要求中说明的设备的有利扩展和改进成为可能。
4.通过这里提出的方案，为车辆的显示装置提供了有利地防止产生干扰光的可能性，所述干扰光例如使得难以识别所述显示装置上的图像。
5.提出了一种用于使用于车辆的显示装置的光束偏转的光学装置。所述光学装置在此具有透明的片材元件（scheibenelement），所述片材元件被构造为透射所述光束并且附加地或替代地将反射光束在所述片材元件的片材表面上反射。此外，所述光学装置具有全息图元件，所述全息图元件具有第一子全息图和第二子全息图，所述第一子全息图用于反射透射过所述片材元件的光束以获得所述反射光束，而所述第二子全息图用于向所述片材表面的方向反射和扩展所述反射光束。
6.所述光学装置可以例如为具有所述显示装置的车辆来实现，例如乘用车。例如，所述显示装置可以被实现为平视显示器。所述片材元件可以有利地成型为玻璃片材或塑料片材。所述全息图元件可以例如成型为膜形状或成型为层。第一和第二子全息图可以例如以组合的方式产生所述全息图元件。替代地，所述全息图元件可以例如整体地成型，使得第一和第二子全息图可以例如实现为所述全息图元件的彼此邻接的部分。
7.根据一个实施方式，所述第一子全息图和所述第二子全息图可以被构造为根据角度并且附加地或替代地根据波长来反射所述光束。这意味着，如果所述光束入射得太平坦并且例如没有达到所述反射所需的阈值，则有利地不会反射所述光束。由此可以有利地忽略从车辆外部入射的干扰光。
8.此外，所述第二子全息图可以被构造为沿着垂直于所述全息图元件布置的轴来反射所述光束。在这种情况下，所述光束源自第一子全息图上的反射（衍射）。有利地，由此所
述光束可以例如被引导至车辆的驾驶员，使得驾驶员例如看到显示在所述显示装置上的信息。
9.根据一个实施方式，所述第一子全息图和所述第二子全息图可以成型为体积全息图。这样的实施方式提供了子全息图的非常有效且技术上易于实现的制造或设计的优点。
10.根据一个实施方式，所述光学装置可以具有至少一个其他第一子全息图，用于反射透射过所述片材元件的光束，以获得所述反射光束。所述光学装置可以具有其他第二子全息图，用于向所述片材表面的方向反射和扩展所述反射光束，特别是其中所述第二子全息图布置在所述第一子全息图和所述其他第一子全息图之间，并且附加地或者替代地其中第一子全息图布置在所述其他第二子全息图和所述第二子全息图之间。这意味着，所述其他第一子全息图有利地具有与所述第一子全息图相同的特性，并且所述其他第二子全息图具有与所述第二子全息图相同的特性。有利地，这些子全息图在平面中错开地布置，其中特别是这些子全息图的各个子部分相对于彼此周期性地布置。
11.根据一个实施方式，所述光学装置可以具有其他片材元件，其中所述全息图元件布置在所述片材元件与所述其他片材元件之间。有利地，由此可以保护所述全息图元件不受外部影响。
12.根据一个实施方式，所述片材元件可以具有比所述全息图元件更大的宽度或厚度。有利地，所显示的图像内容可以显示在驾驶员的眼高处，因为例如通过所述片材元件的宽度或厚度确定了所述光束进入所述片材元件的入射角以及附加地或替代地离开所述片材元件的出射角。
13.此外，所述光学装置可以具有用于将所述光束提供到所述全息图元件上的投影装置，其中所述投影装置具有至少一个用于输出所述光束的投影元件和用于对所述光束成形的成形元件。所述投影元件可以例如包括一个或多个光源，例如led。所述成形元件可以例如被成型为透镜，该透镜可以将所述光束例如部分地或替代地完全地成束在一个点上。
14.可以将所述成形元件构造为以使得所述光束入射到所述第一子全息图上的方式来对所述光束成形。特别地，所述成形元件可以被构造为不将所述光束偏转到所述第二子全息图上。这意味着所述成形元件可以有利地对所述光束成形，使得所述第一子全息图的整个表面完全被所述光束照射。
15.根据一个实施方式，所述光学装置可以具有用于输出其他光束的其他投影元件。在此可以将所述成形元件构造为使所述光束和所述其他光束成形，特别是其中所述第一光束和所述其他光束可以通过距离彼此隔开，并且附加地或替代地通过未被照射的区域彼此隔开。有利地，所述其他投影元件可以像所述投影元件那样成型。例如，所述投影元件以及附加地或替代地所述其他投影元件可以被成型为点光源。
16.此外，提出了一种在上述变型中的用于运行光学装置的方法，其中所述方法包括用光束照射第一子全息图的步骤。
17.有利地，车辆的驾驶员通过该方法例如利用光学装置识别显示装置上的图像内容，而没有干扰光的影响。
18.通过所涉及的全息图结构可以实现的其他优点在于，可以抑制来自环境的干扰光，以便增加由全息图和片材构成的整体结构的透明度。这用于实现可以用作显示表面或窗口的透明投影表面。
19.另外，例如可以抑制特别是来自车前灯和路灯的光的耦合输入，因为这可能刺激驾驶员/乘客。
20.该方法可以例如以软件或硬件或者以软件和硬件的混合形式例如在控制设备中实现。
21.在此提出的方案还创建了一种控制设备，该控制设备被构造为在对应的装置中执行、操控或实现在这里提出的方法的变型的一个或多个步骤。通过控制设备形式的本发明的这些实施变型，也可以快速和有效地解决本发明所基于的任务。
22.为此，所述控制设备可以具有至少一个用于处理信号或数据的处理单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至传感器或执行器的至少一个接口，用于从所述传感器读取传感器信号或用于将控制信号输出到所述执行器，和/或至少一个用于读取或输出嵌入在通信协议中的数据的通信接口。所述计算单元可以是例如信号处理器、微控制器等，其中所述存储单元可以是闪存、eeprom或磁存储单元。所述通信接口可以被构造为无线和/或有线地读取或输出数据，其中可以读取或输出有线数据的通信接口例如从对应的数据传输线路电气或光学地读取所述数据，或者将所述数据输出到对应的数据传输线路中。
23.在当前情况下，控制设备可以理解为处理传感器信号并据此输出控制信号和/或数据信号的电气设备。该控制设备可以具有可以根据硬件和/或软件来构造的接口。在根据硬件构造的情况下，所述接口可以例如是所谓的系统asic的一部分，所述系统asic包含所述控制设备的各种功能。然而，所述接口也可以是分离的集成电路或至少部分地由分立元件组成。在根据软件构造的情况下，所述接口可以是软件模块，所述软件模块例如在微控制器上与其他软件模块共存。
24.在一种有利的设计中，通过所述控制设备来控制用于运行光学装置的方法。为此，所述控制设备例如可以访问诸如照明信号的传感器信号以激活所述光学装置的投影装置。该控制通过执行器进行，如用于提供所述照明信号的提供单元。
25.具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，所述程序代码可以存储在诸如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器的机器可读载体或机器可读存储介质上并且用于执行、实现和/或操控根据上述实施方式之一的方法的步骤，特别是当所述程序产品或程序在计算机或设备上执行时。
附图说明
26.这里提出的方案的实施例在附图中示出并且在下面的说明中详细加以解释。
27.图1示出了根据实施例的具有显示装置的车辆的示意图；图2示出了根据实施例的用于车辆的光学装置的示意图；图3示出了根据实施例的第一子全息图的示意图；图4示出了根据实施例的第二子全息图的示意图；以及图5示出了根据实施例的用于运行光学装置的方法的流程图。
28.在本发明的有利实施例的以下描述中，将相同或相似的附图标记用于在各个附图中示出并且相似作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
具体实施方式
29.图1示出了根据实施例的具有显示装置105的车辆100的示意图。根据该实施例，在此车辆100被实现为或可以被实现为乘用车或替代地被实现为或可以被实现为载重车辆，并且例如被成型为高度自动化地驾驶。因此，显示装置105也可以替代于这里示出的车辆100而在载重车辆中使用。显示装置105被构造为向车辆100的驾驶员110显示例如包含驾驶信息的图像数据。除了例如实现为平视显示器的显示装置105之外，车辆100还具有控制设备115，该控制设备115被构造为例如借助于用于运行显示装置的方法来操控显示装置105。所述光学装置被成型为显示装置105的一部分，并且在后续附图之一中更详细地加以描述。为此，控制设备115具有提供单元120，该提供单元被构造为提供用于激活所述光学装置的投影装置的照明信号125。
30.图2示出了根据实施例的用于车辆的光学装置200的示意图。光学装置200可以例如在车辆的显示装置中使用，如图1中所描述的。光学装置200被构造为使用于所述显示装置的光束205偏转。光学装置200在此具有透明的片材元件210，该片材元件被构造为透射光束205和/或在片材元件210的片材表面220上反射反射光束215。片材元件210在此例如由玻璃或例如由塑料成型。此外，光学装置200具有带有第一子全息图230和第二子全息图235的全息图元件225，第一子全息图和第二子全息图例如被实现为体积全息图。第一子全息图230在此被构造为反射透射过片材元件210的光束105，以获得反射光束215。这意味着光束205透射过片材元件210，并最终由全息图元件210朝着片材表面220的方向反射。第二子全息图235被构造为反射反射光束215，然后朝着片材表面220的方向扩展反射光束215，这意味着朝着驾驶员110的方向扩展该反射光束，根据该实施例，驾驶员110象征性地作为眼睛示出。在此，根据角度和/或根据波长来发射光束205、215。根据该实施例，第二子全息图235被构造为沿着例如垂直于全息图元件225延伸的轴240反射反射光束215。第一子全息图230的反射角245在此取决于光束205在第一子全息图230上的入射角，从而例如如果该入射角相对于平行于轴240延伸的平行轴240'减小或低于阈值，则不发生反射。
31.根据该实施例，全息图元件225还可选地具有至少一个其他第一子全息图250和至少一个其他第二子全息图255。根据该实施例，全息图元件210具有多个其他第一子全息图250和多个其他第二子全息图255，它们分别以相同的方式实现。在此，其他第一子全息图250具有与第一子全息图230相同的特性，而其他第二子全息图255具有与第二子全息图235相同的特性。这意味着，其他第一子全息图250被构造为反射透射过片材元件210的光束205，以获得反射光束215。其他第二子全息图255被构造为朝着片材表面220的方向反射和扩展反射光束215。根据该实施例，第二子全息图235布置在第一子全息图和其他第一子全息图之间和/或第一子全息图230布置在第二子全息图235和其他第二子全息图255之间。这意味着，第一子全息图230、250和第二子全息图235、255交替地，特别是相对于彼此周期性地和/或在一个平面中布置，以由此形成全息图元件225。根据该实施例，片材元件210在此具有比全息图元件225更大的宽度或厚度。在全息图元件225的背离片材元件210的一侧上，根据该实施例的光学装置200具有其他片材元件260。
32.根据该实施例，用于将光束205提供到全息图元件225上的投影装置265也是光学装置200的一部分。为此，根据该实施例的投影装置265具有被构造为输出光束205的至少一个投影元件270以及被构造为对光束205成形的成形元件275。投影元件270例如被实现为或
可以被实现为点光源。根据该实施例，成形元件275被实现为透镜，正如其例如也可以在图像检测装置中实现的那样。成形元件275被构造为对光束205成形，使得光束205入射到第一子全息图230上。在此，光束205不会散射到相邻的第二子全息图235上。根据该实施例，光学装置200，更确切地说是投影装置265，具有其他投影元件277，该其他投影元件277例如以与投影元件270相同的方式成型。其他投影元件277被构造为输出其他光束280。这意味着，对应地成形元件275也被构造为对其他光束280成形。根据该实施例，光束205和其他光束280通过距离和/或通过未被照射的区域285彼此隔开。
33.这里提出的方案是在高度自动化驾驶领域中遵循以下方案的背景下提出的，在这些方案中车辆的侧窗、前窗和后窗用作显示系统的投影表面。由于不同的安装状况，部分存在全息散射片材与干扰光的强烈相互作用，根据该实施例，所述全息散射片材包括片材元件210、全息图元件225以及其他片材元件260，所述干扰光例如通过特定的太阳辐射或在晚上（特别是在led路灯的情况下）引起。这会导致异常烦人且令人无法接受的亮度波动并带有不同的颜色效应。通过这里提出的方案，实现全息散射片材以避免上述缺点，并且所述全息散射片材适合作为透明显示系统用于不同的应用领域。
34.换句话说，利用这里提出的方案提出了具有逐像素干扰光抑制的全息散射片材。这意味着提出了与透明显示系统相关的全息散射片材的实现。根据该实施例，所述显示系统称为光学装置200。所述全息散射片材的中心元件在此是也称为间歇全息结构的全息图元件225，其具有由光学功能和扩展功能构成的适当组合，所述光学功能例如是偏转到全反射角，所述光学功能和扩展功能根据该实施例由第一子全息图230、250和第二子全息图235、255执行。这里提出的方案的功能基于借助于光束205、215入射的图像内容与全息图元件225的双重相互作用。由此与单级全息散射片材相比，可以明显改善干扰光抑制。根据该实施例，这样的光学装置200可以实现在车辆中的不同位置处。光学装置200还包括投影装置265，该投影装置也称为投影单元。
35.根据该实施例，由投影装置265经由多个投影元件270、277生成图像内容，所述投影元件也被实现为成像器，例如dlp芯片或lcos芯片，所述投影装置265具有像素的对应操控（这里将像素称为投影元件270、277）和可称为投影光学器件的成形元件275。投影元件270经由成形元件275以对应的成像比例成像到全息散射片材上。所述散射片材被实现为透明的玻璃层或塑料层、片材元件210、260和全息图元件225的序列。全息图元件225由间歇的子全息图230、235、250、255组成，所述间歇的子全息图例如被曝光到光敏聚合物膜中和/或包括例如15μm的厚度。选择投影元件270、277的成像比例，使得被成像的像素具有与子全息图230、235、250、255相同的边缘长度。例如，所述边缘长度仅可选地为20
‑
100μm。在子全息图230、235、250、255中，以体积全息图的形式实现不同的角度和波长选择的光学功能。将第一子全息图230、250设计为使得从对应的投影元件270入射的具有围绕特定设计波长的窄光谱分布的光束205相对于表面法线强烈偏转，并且随后以全反射在所述片材元件210中予以反射。第二子全息图235、255将在片材元件210中以全反射传播的反射光束215以对应的发散角（称为眼箱）在以下方向上偏转到期望的观看者位置，该方向与根据该实施例称为平行轴240'的表面法线形成称为反射角245的小角。在此，将片材元件210的边缘长度、宽度或厚度以及反射角245例如选择为，使得入射光束205例如在第一子全息图230、250类型的亚全息图上衍射，并且通过全反射偏转到第二子全息图235、255类型的亚全息图上。通过例如
利用合适的像素图案进行操控，可选地保证观看者或驾驶员110可以只看见期望的图像内容。从而将未被照射的区域285例如实现为附加的变暗的投影元件。
36.通过有用辐射与全息图元件225的两阶段相互作用，显著提高了该布置的选择性。
37.通过这里提出的方案在此避免了：如果例如高强度的环境光从对应于投影装置265的在散射片材上反射的投影方向的方向入射，则具有与设计波长接近的波长的干扰光朝向驾驶员110衍射。此外，通过所述两阶段相互作用，减小了具有与所述设计波长偏离的波长的干扰光现象的强度。在此，由于在相对于目标波长改变了的角度情况下发生了衍射，减少了耦合输入结构与耦合输出结构（这里也称为第一子全息图230、250和第二子全息图235、255）之间的重叠。特别地，根据该实施例的子全息图230、235、250、255的选择性特性有助于衰减干扰光强度，因为例如在子全息图230、235、250、255的主轴之间的衍射角是不同的。这意味着，例如全息结构的体积光栅的周期对于子全息图230、235、250、255具有不同的值，因此为了在相应结构上进行有效的衍射，对每个波长变化都需要不同大小的角度变化。
38.可选地，例如在相邻的子全息图（也称为亚全息图）230、235、250、255上存在耦合输出。此外，例如基于全息图元件225的选择性特性，通过例如堆叠具有不同设计波长的多个间歇全息图层可以显示彩色图像内容。有利地，由于全息图元件225的宽度而导致的根据该实施例的投影仪的景深问题预计不会出现。根据替代的实施例，可以不同地实现投影装置265的位置。投影装置265在此可以例如可选地定位在第一位置上或在与第一位置相反的第二位置上。取决于所述位置的实现，可以想到的是，当将投影装置265例如布置在地板区域中时，例如通过将干扰光远离驾驶员110地衍射来进一步改善干扰光行为。
39.图3示出了根据实施例的第一子全息图230的示意图。这里示出的第一子全息图230可以例如对应于或至少类似于图2中描述的第一子全息图230。第一子全息图230在此也被实现为或可以实现为全息图元件的一部分或区段。这里光束205也入射到第一子全息图230上，在第一子全息图230上该光束被反射以获得反射光束215。
40.换句话说，根据该实施例针对所述设计波长示出了全息图元件的这里称为第一子全息图230的表面元件的作用方式。
41.图4示出了根据实施例的第二子全息图235的示意图。这里示出的第二子全息图235可以例如对应于或至少类似于图2中描述的第二子全息图235。第二子全息图235这里也被实现为或可以实现为全息图元素的一部分或区段。根据该实施例，反射光束215入射到第二子全息图235上，该第二子全息图235被构造为例如沿着垂直于第二子全息图235延伸的轴240反射反射光束215，并在射束方向上扩展该反射光束215。
42.换句话说，根据该实施例针对所述设计波长示出了全息图元件的这里称为第二子全息图235的表面元件的作用方式。
43.图5示出了根据实施例的用于运行光学装置的方法500的流程图。通过方法500来运行光学装置，该光学装置在图2中描述过并且可以在根据图1的车辆中使用。方法500在此包括用光束照射第一子全息图的步骤。
44.如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”链接，则应将其读作：该实施例根据一种实施方式既具有第一特征又具有第二特征，并且根据另一实施方式仅具有所述第一特征或仅具有所述第二特征。