BR112020021185A2

BR112020021185A2 - dispositivo de teste para um colimador de pilotagem frontal (hud)

Info

Publication number: BR112020021185A2
Application number: BR112020021185-0A
Authority: BR
Inventors: Martin Arndt; Michele CAPPUCCILLI; Ninet BABAJANI
Original assignee: Saint-Gobain Glass France
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-03-02
Also published as: RU2764080C1; PE20210512A1; MA53470A; US11340453B2; US20210263312A1; MX2021002251A; EP3844556A1; KR20210038941A; DE202019005819U1; WO2020043352A1; KR102602262B1; JP7189973B2; CN111164493A; JP2021528689A

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo de teste para um colimador de pilotagem frontal (HUD), compreendendo pelo menos - uma unidade de imagem (8), - um elemento óptico (13), que é adequado para desviar a radiação da unidade de imagem (8) na direção de um para-brisa (1) e, assim, irradiar uma região HUD (B) do para-brisa (1) a fim de gerar uma imagem virtual (7), - um dispositivo de posicionamento (11), que é adequado para fixar o para-brisa (1) em um arranjo definido em relação ao elemento óptico (13), e - uma unidade de câmera (12), que é adequada para capturar a imagem virtual (7) através do para-brisa (1) de diferentes posições dos olhos, em que o elemento óptico (13) é configurado de modo que toda a imagem virtual (7) fique dentro da faixa de profundidade de campo (¿d) da unidade de câmera (12).

Description

“DISPOSITIVO DE TESTE PARA UM COLIMADOR DE PILOTAGEM FRONTAL (HUD)”

[0001] A invenção se refere a um dispositivo de teste para um colimador de pilotagem frontal (HUD), em particular para um HUD de contato analógico, um método para testar tal HUD e o uso de um elemento óptico em tal teste.

[0002] Os automóveis modernos estão cada vez mais equipados com os chamados colimadores de pilotagem frontal (HUDs). Com um projetor, por exemplo, na região do painel ou na região do teto, as imagens são projetadas no para-brisa, ali refletidas e percebidas pelo motorista como uma imagem virtual (do seu ponto de vista) atrás do para-brisa. Assim, dados importantes podem ser projetados no campo de visão do motorista, por exemplo, a velocidade atual de condução, a navegação ou as mensagens de aviso, que o motorista pode perceber sem ter que desviar o olhar da estrada. Assim, os colimadores de pilotagem frontal (HUDs) podem contribuir significativamente para o aumento na segurança do tráfego. A distância de projeção (distância entre uma imagem virtual e o motorista) de um HUD convencional para exibir dados estáticos é normalmente de 2 m aproximadamente.

[0003] Uma variante mais recente do HUD é conhecida como HUD de contato analógico ou HUD de realidade aumentada. Esses HUDs são diferenciados por uma região de HUD maior (área de projeção no painel) e uma distância de projeção significativamente maior de pelo menos 5 m, normalmente até mais de 7 m. HUDs de contato analógico abrem a possibilidade de não mais projetar apenas dados legíveis estaticamente no painel, mas, em vez disso, de usar as informações ópticas para a identificação de elementos do ambiente real do veículo - aplicações exemplares são a marcação óptica de limites de estradas, o realce óptico de pedestres na lateral da via, as instruções de navegação diretamente na via, ou a marcação de veículos reconhecidos pelo sistema de assistência ao condutor. A maior distância de projeção é produzida por um maior comprimento do caminho óptico dos feixes dentro do projetor, por exemplo, por espelhos adicionais e um maior volume. HUDs de contato analógico são, por exemplo, conhecidos dos documentos DE102014001710A1, WO2014079567A1, US2013249942A1, US2014354692A1, US2014375816A1 e

WO2013136374A1.

[0004] Ao projetar um HUD, é comum investigar a qualidade óptica da imagem em um dispositivo de teste. O para-brisa é irradiado com uma unidade de imagem, gerando uma imagem virtual correspondente à imagem do HUD, normalmente na forma de um padrão característico de pontos e linhas. Esta imagem é capturada através do para-brisa com uma unidade de câmera de uma pluralidade de possíveis posições dos olhos de um motorista. Usando as imagens, a ocorrência de contorções, distorções, imagens fantasmas como resultado de múltiplas reflexões e outros efeitos ópticos podem ser avaliados em detalhes para diferentes posições dos olhos.

[0005] Como resultado da geometria curva dos para-brisas convencionais e da curvatura associada do campo de imagem, a imagem do HUD virtual não é organizada em um plano, mas, em vez disso, também é curva no espaço. Isso não constitui um problema no teste de HUDs convencionais porque a imagem tem apenas uma expansão relativamente pequena e, consequentemente, pode ser capturada com nitidez geral com a unidade de câmera, apesar da curvatura. No entanto, no caso de HUDs de contato analógico com seu tamanho de imagem substancialmente mais expandido, a curvatura da imagem pode fazer com que partes da imagem sejam sempre exibidas fora de foco por causa da profundidade limitada de foco da unidade de câmera, tornando a avaliação difícil ou impossível. Outros erros de imagem resultam do astigmatismo, uma vez que a radiação atinge o para-brisa em um ângulo em relação ao eixo óptico.

[0006] O objetivo da invenção é fornecer um dispositivo aprimorado de teste para um colimador de pilotagem frontal (HUD), que pode, em particular, também ser usado em HUDs de contato analógico.

[0007] Este objetivo é alcançado de acordo com a invenção por um dispositivo de teste de acordo com a reivindicação 1. As formas de realização preferidas emergem das reivindicações dependentes.

[0008] Dispositivos genéricos de teste compreendem pelo menos uma unidade de imagem, um dispositivo de posicionamento e uma unidade de câmera. O dispositivo de teste de acordo com a invenção para um colimador de pilotagem frontal (HUD)

inclui além disso um elemento óptico. A unidade de imagem emite radiação para gerar uma imagem virtual após reflexão em um para-brisa a ser testado, cujo posicionamento e expansão correspondem à imagem HUD posterior. O para-brisa, no entanto, não é irradiado diretamente pela unidade de imagem, mas indiretamente por meio do elemento óptico. O elemento óptico é adequado e fornecido para desviar a radiação da unidade de imagem na direção da deflexão do para-brisa e, assim, irradiar a região HUD do para-brisa a fim de gerar a imagem virtual. O dispositivo de posicionamento é adequado e fornecido para fixar o para-brisa em um arranjo definido em relação ao elemento óptico e à unidade de imagem. O para-brisa deve ser irradiado pela unidade de imagem da mesma maneira que mais tarde pelo projetor HUD no veículo, portanto a imagem gerada no dispositivo de teste é um bom modelo para a projeção posterior do HUD. A radiação da unidade de imagem deve, portanto, atingir a mesma região do para-brisa com essencialmente o mesmo ângulo de incidência e o mesmo ângulo de abertura que a radiação do projetor HUD o fará posteriormente. A unidade da câmera é adequada e fornecida para capturar a imagem virtual através do para-brisa de diferentes posições dos olhos. "Posições dos olhos" refere-se às possíveis posições dos olhos de um observador/usuário posterior do HUD.

[0009] O elemento óptico pode reduzir a curvatura da imagem virtual no espaço (curvatura do campo de imagem) de modo que toda a imagem possa ser capturada em foco pela unidade de câmera, constituindo uma grande vantagem da presente invenção. Para isso, o elemento óptico é implementado de modo que toda a imagem virtual fique dentro da faixa de profundidade do campo da unidade de câmera. Mais precisamente, isso significa que a expansão da imagem ao longo do eixo óptico (passando entre a unidade da câmera e o centro da imagem) é menor ou igual à extensão da profundidade do intervalo de campo da unidade da câmera de modo que seja possível focar a unidade da câmera na imagem, de modo que toda a imagem fique dentro da faixa de profundidade do campo e, portanto, seja exibida em foco. A rigor, a imagem inclui a sobreposição da imagem primária e da imagem fantasma, pois ambas devem ser exibidas em foco. Idealmente, a imagem primária é organizada em um único plano no qual a unidade da câmera pode ser focada. Um ligeiro desvio desta planicidade ideal, ou seja, uma ligeira curvatura residual da imagem é, no entanto, aceitável. O grau de curvatura aceitável depende da câmera usada e sua profundidade de campo. Além da curvatura do campo de imagem, o astigmatismo também pode ser compensado pelo elemento óptico de acordo com a invenção.

[0010] Um dos objetivos da invenção é reduzir a expansão da imagem; caso contrário, não será possível capturar a imagem completa dentro da faixa de profundidade de campo da câmera. Esse problema ocorre em particular em conexão com HUDs de contato analógico. Consequentemente, em uma modalidade preferencial, sem usar o elemento óptico, a imagem virtual não ficaria completamente dentro da faixa de profundidade de campo da unidade de câmera. Em outras palavras, a expansão da imagem ao longo do eixo óptico sem usar o elemento óptico é maior do que a faixa de profundidade de campo da unidade de câmera.

[0011] Outra vantagem da invenção consiste em que o caminho do feixe através do elemento óptico é, por assim dizer, dobrado, como resultado de que o dispositivo de teste pode ter um design significativamente mais compacto, o que é vantajoso, em particular, em conexão com HUDs de contato analógico e suas grandes distâncias de projeção.

[0012] A invenção também inclui um método para testar um HUD, compreendendo pelo menos as seguintes etapas: a. Posicionar um para-brisa com uma região HUD por meio de um dispositivo de posicionamento em um arranjo definido em relação a um elemento óptico, b. Irradiar o elemento óptico por uma unidade de imagem, em que a radiação é desviada pelo elemento óptico na direção do para-brisa e a região de HUD é irradiada, com uma imagem virtual gerada desse modo, c. Capturar a imagem virtual por meio de uma unidade de câmera de diferentes posições dos olhos,

[0013] em que o elemento óptico (13) é configurado de modo que toda a imagem virtual (7) fique dentro da faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12).

[0014] A invenção é descrita em detalhes a seguir, com modalidades preferidas referindo-se igualmente ao dispositivo e ao método.

[0015] O elemento óptico é de preferência um espelho, em particular um espelho curvo. Um desenho adequado da curvatura do espelho torna possível compensar a indesejável curvatura do campo de imagem da imagem virtual e também qualquer astigmatismo. Por exemplo, o raio de curvatura do espelho pode mudar a partir do centro na direção da borda, a fim de influenciar o posicionamento das porções da imagem geradas pelas respectivas regiões do espelho. Ao projetar o espelho, a geometria do painel a ser testada é decisiva; e a posição da unidade de câmera também deve ser levada em consideração. O design necessário, em particular a curvatura do espelho, pode ser determinado por métodos usuais na técnica, por exemplo, usando as conhecidas equações de Coddington, em particular aplicando os chamados métodos de rastreamento de raios. O elemento óptico é de preferência um espelho de metal altamente polido, que pode ser fabricado com alta precisão. Alternativamente, no entanto, outros elementos ópticos também são concebíveis, por exemplo, lentes com um perfil de curvatura adequado.

[0016] Numa forma de realização preferida, o elemento óptico é, em particular quando concebido como um espelho, não rotativo, mas sim montado estaticamente. Assim, uma estrutura mais simples e menos sujeita a erros pode ser implementada, permitindo maior precisão de medição e uma medição mais rápida. O elemento óptico deve então ser projetado de modo que toda a caixa ocular (eye box) seja iluminada simultaneamente. Isto distingue o elemento óptico de acordo com a invenção em particular de um espelho dentro de um projetor HUD, que pode irradiar apenas uma janela limitada da caixa ocular e deve ser girado para cobrir toda a caixa ocular.

[0017] O dispositivo de teste de acordo com a invenção é particularmente vantajosamente adequado para testar HUDs de contato analógico (os chamados "colimadores de pilotagem frontal de realidade aumentada" (AR-HUD)). Eles têm distâncias de projeção significativamente maiores (distância entre a imagem e o observador) do que os HUDs convencionais e imagens de projeção significativamente maiores. Como resultado, o efeito da curvatura da imagem de projeção torna-se mais perceptível quando ela é capturada de tal forma que pode não ser possível capturar a imagem inteira em foco nítido, uma vez que partes da imagem se estendem para fora da faixa de profundidade de campo da unidade de câmara. Este efeito é reduzido pelo dispositivo de acordo com a invenção. HUDs convencionais têm distâncias de projeção de menos de 3 m, enquanto HUDs de contato analógico têm distâncias de projeção de (às vezes significativamente) mais de 3 m. Consequentemente, numa forma de realização particularmente vantajosa, a imagem virtual é gerada com uma distância de projeção superior a 3 m, de preferência superior a 4 m, com particular preferência superior a 5 m.

[0018] Um arranjo de projeção para um colimador de pilotagem frontal (HUD) compreende pelo menos um para-brisa de veículo (em particular de um veículo motorizado, por exemplo, de um carro de passeio) e um projetor. O projetor irradia uma região do para-brisa, onde a radiação é refletida na direção do observador (motorista), por meio da qual é gerada uma imagem virtual, que o observador situado no veículo percebe de seu ponto de vista como estando atrás do para-brisa. A região do para-brisa que pode ser irradiada pelo projetor é chamada de região HUD. O projetor é voltado para a região do HUD. A direção de irradiação do projetor geralmente pode ser alterada por espelhos, principalmente na vertical, para adaptar a projeção ao tamanho do corpo do observador. A região em que os olhos do espectador devem estar situados em uma determinada posição do espelho é chamada de janela da caixa ocular. Esta janela da caixa ocular pode ser deslocada verticalmente pelo ajuste dos espelhos, com toda a área disponível (por exemplo, a sobreposição de todas as possíveis janelas da caixa ocular) denominada "caixa ocular". Um observador situado dentro da caixa ocular pode perceber a imagem virtual. Obviamente, isso significa que os olhos do espectador devem estar situados dentro da caixa ocular e não, por exemplo, o corpo inteiro. A caixa ocular é, por assim dizer, a soma de todos os posicionamentos possíveis dos olhos do observador, que são normalmente chamados de posições dos olhos. O feixe que passa entre o projetor e o centro da caixa ocular é comumente conhecido como feixe central. É um feixe de referência característico para o projeto de um arranjo de projeção de HUD.

[0019] Os termos técnicos usados aqui no campo dos HUDs são geralmente conhecidos por um versado na técnica. Para uma apresentação detalhada, é feita referência à dissertação "Simulation-Based Metrology for Testing Head-Up Displays" por Alexander Neumann no Instituto de Informática da Universidade Técnica de Munique (Munich: University Library of Munich TU, 2012), em particular ao capítulo 2 "The Head-Up Display".

[0020] A percepção da projeção do HUD depende da posição do olho. Um HUD é geralmente otimizado conceitualmente para o centro da caixa ocular; e às vezes, com outras posições dos olhos, podem ocorrer contorções, imagens fantasmas mais fortes ou outros efeitos ópticos indesejados. Isto deve ser investigado com o dispositivo de acordo com a invenção.

[0021] A região do HUD do para-brisa é irradiada por meio da unidade de imagem para gerar uma imagem de teste virtual. A imagem de teste é normalmente um padrão de pontos e/ou linhas. Esses padrões podem então ser prontamente avaliados quantitativamente em termos de critérios ópticos. O padrão pode ter uma pré-distorção de forma que qualquer distorção inevitavelmente causada pelo para-brisa seja compensada e o padrão pareça regular na imagem virtual (pelo menos em termos do feixe central). Em uma modalidade preferida, a unidade de imagem compreende uma placa e uma fonte de luz plana que retroilumina a placa. O padrão é introduzido na placa na forma de aberturas passantes na forma de uma placa perfurada. A placa pode ser feita, por exemplo, de metal ou plástico. Alternativamente, no entanto, a unidade de imagem pode, por exemplo, também ser implementada como um visor (tela), por exemplo, um LED, LCD ou visor DLP.

[0022] A radiação da unidade de imagem atinge o elemento óptico e é projetada por ele na região HUD do para-brisa fixada no dispositivo de posicionamento. O dispositivo de posicionamento é, por exemplo, um suporte no qual o para-brisa é preso de forma que sua posição seja reproduzível. O arranjo relativo do para-brisa, do elemento óptico e da unidade de imagem é selecionado de modo que a radiação atinja o para-brisa no mesmo ângulo e com a mesma expansão que a radiação do projetor HUD, de modo que a imagem de teste seja um modelo realista para a projeção do HUD.

[0023] A imagem de teste virtual assim gerada é capturada por meio da unidade de câmera de diferentes posições dos olhos. Para isso, pode ser utilizada uma única câmera montada de forma móvel, por exemplo, em um braço de robô de forma que possa ser movida entre as diferentes posições dos olhos. Alternativamente, uma pluralidade de câmeras, cada uma associada a uma posição de olho, pode ser usada. O movimento durante o teste é então desnecessário e as câmeras são, portanto, preferencialmente montadas estaticamente.

[0024] As imagens capturadas pela unidade de câmera são então analisadas usando programas de processamento de imagem habituais na técnica. Em particular, a ocorrência e a intensidade de imagens fantasmas, contorções, por exemplo, contorções rotacionais ou trapezoidais e outros efeitos ópticos podem ser investigados em função da oposição.

[0025] Um para-brisa geralmente compreende um painel externo e um painel interno unidos entre si por meio de uma camada intermediária termoplástica. O para- brisa destina-se, em uma abertura de janela de um veículo, a separar o interior do ambiente externo. No contexto da invenção, "painel interno" refere-se ao painel voltado para o interior (interior do veículo). "Painel externo" refere-se ao painel voltado para o ambiente externo. Os para-brisas são normalmente curvos, com raios de curvatura habituais na faixa de 10 cm a 40 m aproximadamente. Na região do HUD, os raios de curvatura são tipicamente de 2 m a 20 m. A superfície do lado interno do painel interno é essencialmente côncava; a superfície do lado externo do painel externo, convexa. "Superfície do lado interno" refere-se à superfície voltada para o interior do veículo na posição instalada. "Superfície do lado externo" refere-se à superfície voltada para o ambiente externo na posição instalada.

[0026] Como no HUD, o para-brisa do dispositivo de teste é irradiado a partir do lado interno. O projetor HUD e a unidade de imagem são, portanto, dispostos no lado interno do para-brisa de forma que seu painel interno fique voltado para eles. O para-

brisa é irradiado através da superfície do lado interno do painel interno.

[0027] O problema das chamadas imagens fantasmas é comum nos HUDs. O projetor é disposto no interior do veículo e sua radiação atinge a superfície interna do painel interno, onde parte é refletida em direção aos olhos do motorista, criando a imagem virtual desejada, que o motorista percebe do seu ponto de vista como atrás do para-brisa, ou seja, do lado de fora. A maior parte da radiação passa pelo para- brisa, onde parte é novamente refletida na superfície do lado externo do painel externo. Este reflexo secundário cria outra imagem de HUD - a imagem fantasma, que é percebida pelo motorista como um pouco deslocada em relação à imagem primária e com menor intensidade. Os para-brisas típicos são em forma de cunha de modo que a superfície do lado interno do painel interno e a superfície do lado externo do painel externo sejam dispostas em um ângulo em relação ao outro, a fim de sobrepor a imagem fantasma com a imagem primária ou pelo menos para reduzir a distância entre eles de modo que a imagem fantasma distraia menos. No entanto, essa compensação muitas vezes não é a ideal e também depende da posição dos olhos.

[0028] A forma de cunha do para-brisa é geralmente obtida usando uma camada intermediária termoplástica semelhante a uma cunha. A espessura da camada intermediária é variável, pelo menos em seções, no curso vertical entre a borda superior e a borda inferior do para-brisa. Aqui, "em seções" significa que o curso vertical entre a borda superior e a borda inferior tem pelo menos uma seção em que a espessura da camada intermediária varia dependendo da posição, ou seja, a camada intermediária tem um ângulo de cunha. A espessura da camada intermediária é variável, pelo menos na região do HUD. No entanto, a espessura também pode variar em uma pluralidade de seções ou em todo o curso vertical, por exemplo, pode aumentar de forma substancialmente contínua da borda inferior para a borda superior. O termo "curso vertical" refere-se ao curso entre a borda superior e a borda inferior com a direção do curso sendo orientada substancialmente perpendicular à borda superior. Uma vez que, em para-brisas, a borda superior pode se desviar muito de uma linha reta, o curso vertical no contexto da invenção é mais precisamente expresso como perpendicular à linha de conexão entre os cantos da borda superior. A camada intermédia apresenta, pelo menos nas secções, um ângulo de cunha finito, ou seja, um ângulo de cunha superior a 0°, ou seja, na secção em que a espessura é variável. O termo "ângulo de cunha" refere-se ao ângulo entre as duas superfícies da camada intermediária. Se o ângulo da cunha não for constante, as tangentes à sua superfície devem ser usadas para sua medição em um ponto. Os ângulos de cunha típicos estão na faixa de 0,2 mrad a 1 mrad, em particular de 0,3 mrad a 0,7 mrad. O ângulo da cunha pode ser constante no curso vertical, o que resulta em uma mudança linear na espessura da camada intermediária, com a espessura típica e preferencialmente tornando-se maior de baixo para cima. A indicação de direção "de baixo para cima" refere-se à direção da borda inferior para a borda superior. No entanto, perfis de espessura mais complexos podem estar presentes, nos quais o ângulo de cunha é linear ou não linearmente variável de baixo para cima (em outras palavras, é dependente da posição no curso vertical).

[0029] Em um HUD de contato analógico ou HUD de realidade aumentada, não apenas as informações são projetadas em uma região limitada do para-brisa, mas elementos do ambiente externo são incluídos na tela. Exemplos disso são a marcação de um pedestre, a indicação da distância até um veículo precedente ou a projeção de dados de navegação diretamente na via, por exemplo, para marcar a faixa de tráfego a ser selecionada. O HUD de contato analógico é diferenciado de um HUD estático convencional em que a distância de projeção é maior do que 3 m, de preferência maior do que 4 m, tipicamente ainda mais do que 5 m. Em um HUD estático, a distância de projeção é significativamente menor, normalmente aproximadamente 2 m. No contexto da invenção, a "distância de projeção" refere-se à distância entre a imagem virtual e o observador, ou seja, via de regra, a cabeça do motorista. A distância de projeção é de preferência de pelo menos 7 m. A distância de projeção é de preferência no máximo 15 m.

[0030] Em um arranjo de projeção de um HUD de contato analógico, a distância de projeção para todas as imagens projetadas é substancialmente constante. Mesmo projeções que o observador deveria perceber subjetivamente em uma distância diferente possuem, na realidade, substancialmente a mesma distância de projeção. A impressão subjetiva de uma distância diferente é obtida por efeitos ópticos geométricos.

[0031] A distância entre o para-brisa e a imagem virtual costuma ser chamada de "largura da imagem". Como, normalmente, a cabeça do motorista está a uma distância de aproximadamente 1 m do para-brisa, a largura da imagem é de aproximadamente 1 m a menos que a distância de projeção. Consequentemente, como alternativa à distância de projeção, a largura da imagem pode ser usada como um critério com precisão suficiente. Consequentemente, a largura da imagem é preferencialmente superior a 2 m, particularmente preferencialmente superior a 3 m, mais particularmente preferencialmente superior a pelo menos 4 m, e preferencialmente no máximo 14 m.

[0032] A região do HUD é, no caso de um HUD de contato analógico, normalmente maior do que no caso de um HUD estático convencional. Em uma modalidade preferida, a área da região de HUD é pelo menos 7% da área do para-brisa, particularmente de preferência pelo menos 8%. A área da região do HUD de um HUD estático é normalmente de no máximo 4-5% da área do para-brisa.

[0033] O painel interno e o painel externo são de preferência feitos de vidro, especialmente de vidro de cal sodada, que provou seu uso para vidro de janela. No entanto, os painéis também podem ser feitos de outros tipos de vidro, por exemplo, vidro de borossilicato ou aluminossilicato. Em alternativa, os painéis podem, em princípio, ser de plástico, em particular de policarbonato ou PMMA. As espessuras do painel externo e do painel interno podem, em princípio, ser escolhidas livremente no contexto dos valores usuais na técnica. Para os para-brisas convencionais, as espessuras dos vidros individuais situam-se habitualmente na faixa de 1 mm a 5 mm, em particular de 1,2 mm a 3 mm. As espessuras padrão do painel são, por exemplo, 2,1 mm ou 1,6 mm. O painel externo, o painel interno e a camada intermediária termoplástica podem ser transparentes e incolores, mas também tingidas ou coloridas. Numa forma de realização preferida, a transmitância total através do vidro compósito é superior a 70%, em particular quando o vidro compósito é um para-brisa. O termo “transmitância total” é baseado no processo de teste da permeabilidade à luz de janelas de veículos motorizados especificado pela ECE-R 43, Anexo 3, §9.1.

[0034] A camada intermediária é normalmente formada por pelo menos um filme termoplástico, de preferência à base de polivinilbutiral (PVB), etileno vinil acetato (EVA), poliuretano (PU), ou misturas ou copolímeros ou seus derivados, particularmente de preferência PVB. A espessura da camada intermediária, medida em sua borda fina no caso de uma película em cunha, está tipicamente na faixa de 0,2 mm a 2 mm, em particular 0,5 mm a 1 mm.

[0035] O ângulo de instalação do para-brisa está tipicamente na faixa de 55° a 75° em relação à horizontal, em particular de 60° a 70°, por exemplo cerca de 65°.

[0036] A invenção também inclui um arranjo de teste para um HUD, compreendendo o dispositivo de teste de acordo com a invenção e um para-brisa fixado no dispositivo de posicionamento.

[0037] O HUD testado de acordo com a invenção é preferencialmente utilizado em um veículo, particularmente preferencialmente em um veículo motorizado, mais particularmente preferencialmente em um carro de passeio.

[0038] A invenção também inclui o uso de um elemento óptico para desviar a radiação de uma unidade de imagem em uma região do HUD de um para-brisa, cuja disposição em relação ao elemento óptico é fixada por um dispositivo de posicionamento, em que uma imagem virtual é gerada, que, para fins de teste, é capturada através do para-brisa por meio de uma unidade de câmera de diferentes posições dos olhos,

[0039] em que o elemento óptico é configurado de modo que toda a imagem virtual fique dentro da faixa de profundidade de campo da unidade de câmera.

[0040] A seguir, a invenção é explicada em detalhes com referência aos desenhos e modalidades exemplares. Os desenhos são representações esquemáticas e não estão em escala real. Os desenhos não restringem de forma alguma a invenção.

[0041] Eles retratam:

[0042] Fig. 1 ֯ uma vista plana do para-brisa para um HUD,

[0043] Fig. 2 ֯ uma seção transversal através do para-brisa da Fig. 1 como uma superfície de projeção para um HUD,

[0044] Fig. 3 ֯ uma vista lateral através de um dispositivo de teste da técnica anterior para HUDs,

[0045] Fig. 4 ֯ uma vista lateral através de um dispositivo de teste de acordo com a invenção para HUDs,

[0046] Fig. 5 ֯ imagens exemplares simuladas de um dispositivo de teste da técnica anterior de acordo com a Fig. 3 e um dispositivo de teste de acordo com a invenção de acordo com a Fig. 4, e

[0047] Fig. 6 ֯ é uma ilustração esquemática da expansão da imagem virtual e da faixa de profundidade de campo da unidade de câmera.

[0048] A Fig. 1 representa uma vista plana de um para-brisa 1 de um arranjo de projeção de HUD. O para-brisa 1 tem uma borda superior O, uma borda inferior U e duas bordas laterais conectando-as. A borda superior O aponta para cima, na posição de instalação, em direção ao teto do veículo (borda do teto); a borda inferior U, para baixo em direção ao compartimento do motor (borda do motor). O para-brisa 1 possui um HUD região B, que, na posição de instalação, pode ser irradiado pelo projetor HUD e é irradiado durante o funcionamento.

[0049] A Fig. 2 representa uma seção transversal através de um arranjo de projeção HUD, compreendendo o para-brisa 1 da Fig. 1, bem como um projetor HUD

5. O para-brisa 1 é cortado pela linha de seção A-A‘. O para-brisa 1 compreende um painel externo 2 e um painel interno 3 unidos um ao outro por meio de uma camada intermediária termoplástica 4. O para-brisa 1 separa o interior do veículo do ambiente externo, em que, na posição de instalação, o painel externo 2 está voltado para o ambiente externo; o painel interno 3, para o interior do veículo. O ângulo de instalação em relação à horizontal é, por exemplo, 65°.

[0050] O painel externo 2 e o painel interno 3 são feitos, por exemplo, de vidro de cal sodada não temperado. O painel externo 2 tem, por exemplo, uma espessura de 2,1 mm; e o painel interno 3, uma espessura de 1,6 mm. Esses painéis são comuns em para-brisas. A espessura da camada intermediária 4 aumenta continuamente no curso vertical da borda inferior U para a borda superior O com um ângulo de cunha substancialmente constante entre as duas superfícies. A camada intermediária 4 é formada por uma única película de PVB. A espessura da camada intermediária 4 na borda superior O é, por exemplo, 1,0 mm e na borda inferior U, por exemplo, 0,76 mm. Por meio da implementação em forma de cunha da camada intermediária 4, as duas imagens que são produzidas pela reflexão da imagem do projetor nas duas superfícies do painel externo 2 e do painel interno 3 voltado para longe da camada intermediária 4 são sobrepostas uma com a outra. Consequentemente, imagens fantasmas gerando incômodo ocorrem em menor grau.

[0051] O projetor 5 está voltado para a região B do HUD. As imagens devem ser produzidas nesta região pelo projetor 5. A imagem do projetor é refletida na direção do observador 6 (motorista do veículo) pelo para-brisa 1. Assim, é produzida a imagem virtual 7, que o observador 6 situado no veículo percebe por trás do para-brisa 1 do seu ponto de vista. A distância entre o observador 6 e a imagem virtual 7 é referida como a distância de projeção d. A distância entre o para-brisa 1 e a imagem virtual 7 é referida como largura da imagem w.

[0052] O arranjo de projeção é o chamado HUD de contato analógico ou HUD de realidade aumentada, que se caracteriza por uma grande distância de projeção d de, por exemplo, 10 m. Isso permite a inclusão do ambiente na apresentação ótica, por meio da qual, por exemplo, a faixa de tráfego a ser selecionada pode ser projetada aparentemente diretamente na via como uma instrução de navegação para o observador 6. Além da maior distância de projeção d, o HUD de contato analógico também difere do HUD convencional por um HUD maior na região B, cuja área é, por exemplo, 9% da área do para-brisa 1.

[0053] A região, dentro da qual os olhos do observador 6 devem estar situados para perceber a imagem virtual, é chamada de janela da caixa ocular. A janela da caixa ocular é verticalmente ajustável por espelhos no projetor 5, a fim de ser capaz de adaptar o HUD aos observadores 6 de diferentes tamanhos corporais e posições no assento. Toda a região acessível dentro da qual a janela da caixa ocular pode ser deslocada é chamada de caixa ocular E.

[0054] Com um HUD, vários efeitos ópticos indesejados podem ocorrer. Por um lado, isso envolve distorções da tela, como rotações ou distorções trapezoidais. Por outro lado, a radiação do projetor é refletida em ambas as superfícies externas do para-brisa 1, de modo que, uma imagem fantasma ligeiramente deslocada é gerada além da imagem primária. O ângulo de cunha destina-se a sobrepor a imagem primária e a imagem fantasma tanto quanto possível, em que o design do ângulo de cunha é geralmente baseado no feixe central (feixe entre o projetor 5 e o centro da caixa ocular 5). No entanto, a ocorrência de efeitos ópticos é fortemente dependente da posição do olho, ou seja, da disposição precisa do observador dentro da caixa ocular E. Consequentemente, a ocorrência dos efeitos deve ser testada em função da posição do olho, para o qual dispositivos de teste que constituem o assunto da presente invenção são usados.

[0055] A Fig. 3 representa um dispositivo de teste genérico para HUDs da técnica anterior. Um para-brisa 1 para um HUD é fixado em um dispositivo de posicionamento 11, que define sua disposição em relação a uma unidade de imagem 8. A unidade de imagem compreende uma placa 9 com um padrão característico de perfurações (orifícios) na forma de pontos e/ou linhas, e também uma fonte de luz plana 10 que retroilumina a placa 9. A disposição relativa do para-brisa 1 e da unidade de imagem 8 corresponde à disposição relativa do para-brisa 1 e do projetor HUD 5 no HUD planejado e configurado no ponto de uso. A região B do HUD do para-brisa 1 é irradiada pela unidade de imagem 8, em que uma imagem virtual 7 do padrão característico de pontos e/ou linhas é gerada atrás do para-brisa 1. A radiação é representada por uma seta de bloco cinza. A imagem virtual 7 é capturada com uma unidade de câmera 12, por exemplo, uma câmera acoplada a um braço do robô, a partir de diferentes posições dos olhos dentro da caixa ocular E. As imagens da unidade de câmera 12 podem então ser avaliadas em detalhes usando software de processamento de imagem. Assim, em particular, os efeitos ópticos indesejados, como a ocorrência de imagens fantasmas ou distorções, podem ser avaliados quantitativamente e em função da posição do olho para tirar conclusões sobre a qualidade da imagem de HUD.

[0056] Conforme indicado na figura, a imagem virtual 7 não é plana, mas sim curva no espaço, em particular devido à curvatura da vidraça. Em particular no caso de imagens relativamente grandes 7, visto que ocorrem com HUDs de contato analógico, podem ocorrer problemas durante a captura. A unidade de câmera 12 tem uma faixa de profundidade de campo limitada de tal forma que às vezes é impossível capturar a imagem inteira com foco nítido. Em vez disso, há áreas da imagem 7 em cada plano de foco que se estendem para fora da faixa de profundidade de campo e são, consequentemente, capturadas fora de foco. Isso afeta negativamente a avaliação das imagens.

[0057] A Fig. 4 representa, por outro lado, um dispositivo de teste de acordo com a invenção para HUDs. Em contraste com o dispositivo de teste da técnica anterior da Fig. 3, o para-brisa 1 não é irradiado diretamente pela unidade de imagem 8. Em vez disso, a radiação é desviada na direção do para-brisa 1 por um elemento óptico 13. A radiação é novamente representada por setas de bloco cinzas. O elemento óptico 13 pode ser usado para influenciar a imagem virtual 7 de modo que seja reprojetado de modo que seja disposto aproximadamente em um plano na figura. Pelo menos a curvatura da imagem 7 é reduzida a tal ponto que sua expansão ao longo do eixo óptico é no máximo tão grande quanto a faixa de profundidade de campo da unidade de câmera 12. A unidade de câmera 12 pode então ser focada de modo que toda a imagem 7 seja capturada em foco e uma avaliação sem problemas seja possível.

[0058] O elemento óptico 13 é, por exemplo, implementado como um espelho curvo feito de uma placa de metal altamente polida, em que a influência de acordo com a invenção na curvatura da imagem 7 é alcançada por um perfil de curvatura adequado do espelho, no qual o raio de curvatura muda adequadamente começando do centro do espelho em direção às bordas laterais.

[0059] A Fig. 5 representa fotos simuladas de um exemplo da presente invenção e um exemplo comparativo. A Fig. 5 (a) foi baseada em um dispositivo de teste da técnica anterior conforme a Fig. 3, no qual o para-brisa 1 foi irradiado diretamente com a unidade de imagem 8 a partir da posição do projetor HUD. Pode ser visto claramente que as regiões da imagem estão fora de foco, uma vez que não estão dentro da faixa de profundidade de campo da unidade de câmera 12. Em contraste, a Fig. 5 (b) foi baseada em um dispositivo de teste de acordo com a invenção pela Fig. 4 com um espelho asférico como o elemento óptico 13. A expansão da imagem 7 ao longo do eixo óptico pode ser reduzida pelo elemento óptico 13 de modo que a imagem 7 esteja completamente dentro da faixa de profundidade de campo e esteja, consequentemente, nitidamente focada.

[0060] Em cada caso, as simulações assumiram uma placa perfurada retroiluminada com um padrão bidimensional de orifícios como unidade de imagem, uma distância de projeção de 10 m e um tamanho de imagem de 1600 mm x 800 mm (medido no plano da imagem virtual a uma distância de 10 metros da câmera central (ponto de vista). Na Fig. 5 (a), a distância da placa perfurada ao painel composto é de 10 m. Na Fig. 5 (b), a distância do espelho asférico ao painel composto é de 300 mm.

[0061] A Fig. 6 ilustra o efeito pretendido pela presente invenção. A unidade de câmera 12 tem uma faixa de profundidade de campo limitada 'd. Em uma determinada configuração de foco, esta é a região entre o ponto distante df (ponto mais distante da unidade de câmera 12 que está em foco) e o ponto próximo d n (ponto mais próximo da unidade de câmera 12 que está em foco) ao longo do eixo óptico (eixo de conexão entre a unidade de câmera 12 e o centro da imagem 12). A imagem virtual 7 é curva no espaço, principalmente devido à curvatura do para-brisa 1. Isso resulta em uma expansão 'x da imagem 7 ao longo do eixo óptico. Se a expansão 'x for maior do que a faixa de profundidade de campo 'd, não há plano focal com o qual toda a imagem 7 pode ser exibida em foco – ela sempre se estende parcialmente fora da faixa de profundidade de campo 'd (Fig. 6a). O elemento óptico 13 de acordo com a invenção reduz a expansão 'x de modo que ela seja menor do que a profundidade de campo 'd. Agora, um plano focal pode ser selecionado para o qual toda a imagem 7 é exibida em foco e pode então ser analisada (Fig. 6b). Para oferecer a possibilidade de uma imagem exibida totalmente focada 7, geralmente deve ser aplicado o seguinte: 'x ≤ 'd

[0062] Aqui, por uma questão de simplicidade, a imagem 7 é representada na forma de uma única linha. Na realidade, a expansão 'x é baseada na totalidade da imagem primária e na imagem fantasma, uma vez que ambas devem ser exibidas em um foco nítido para análise.

Lista de Caracteres de Referência:

[0063] ሺͳሻpara-brisa

[0064] (2) painel externo

[0065] (3) painel interno

[0066] (4) camada intermediária termoplástica

[0067] (5) projetor

[0068] (6) observador / motorista do veículo

[0069] (7) imagem virtual

[0070] (8) unidade de imagem

[0071] (9) placa (de metal) com padrão de perfurações

[0072] (10) fonte de luz plana

[0073] (11) dispositivo de posicionamento para o para-brisa

[0074] (12) unidade de câmera

[0075] (13) elemento óptico

[0076] (O) ֯ borda superior do para-brisa 1

[0077] (U) ֯ borda inferior do para-brisa 1

[0078] (B) ֯ Região do HUD do para-brisa 1

[0079] α ֯ ângulo de cunha da camada intermediária 4

[0080] β ֯ ângulo de instalação de 1 em relação à horizontal

[0081] d ֯ distância de projeção / distância entre 6 e 7

[0082] w ֯ distância da imagem / distância entre 1 e 7

[0083] dn ponto próximo da unidade de câmera 12

[0084] df ponto distante da unidade de câmera 12

[0085] ∆d ֯ faixa de profundidade de campo da unidade de câmera 12

[0086] ∆x ֯ expansão da imagem 7 ao longo do eixo óptico

[0087] (E) ֯ caixa ocular

[0088] A-A‘ ֯ linha de seção vertical

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de teste para um colimador de pilotagem frontal (HUD), caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos - ֯ uma unidade de imagem (8), - ֯ um elemento óptico (13), que é adequado para desviar a radiação da unidade de imagem (8) na direção de um para-brisa (1) e, assim, irradiar uma região de HUD (B) do para-brisa (1) a fim de gerar uma imagem virtual (7), - ֯ um dispositivo de posicionamento (11), que é adequado para fixar o para-brisa (1) em um arranjo definido em relação ao elemento óptico (13), e - ֯ uma unidade de câmera (12), que é adequada para capturar a imagem virtual (7) através do para-brisa (1) de diferentes posições dos olhos, em que o elemento óptico (13) é configurado de modo que toda a imagem virtual (7) fique dentro da faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12).

2. Arranjo de projeção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a expansão ('x) da imagem (7) ao longo do eixo óptico é menor ou igual à faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12), enquanto a expansão ('x) da imagem (7) ao longo do eixo óptico sem usar o elemento óptico (13) é maior do que a faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12).

3. Arranjo de projeção, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que é adequado para gerar a imagem virtual (7) com uma distância de projeção (d) de mais de 3 m, de preferência mais de 4 m, particularmente de preferência mais de 5 m.

4. Arranjo de projeção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (13) é um espelho curvo, em particular um espelho de metal altamente polido, ou uma lente.

5. Arranjo de projeção, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o raio de curvatura do espelho ou da lente é variável do centro em direção às bordas.

6. Arranjo de projeção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (13) é montado de forma não rotativa.

7. Arranjo de projeção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de imagem (8) inclui uma placa (9), em particular uma placa de metal, com um padrão de perfurações, retroiluminada por uma fonte de luz plana (10).

8. Arranjo de projeção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de câmera (12) é implementada como uma única câmera montada de forma móvel ou como uma pluralidade de câmeras montadas estaticamente.

9. Método para testar um colimador de pilotagem frontal (HUD) caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos as seguintes etapas: (a) Posicionar um para-brisa (1) com uma região de HUD (B) por meio de um dispositivo de posicionamento (11) em um arranjo definido em relação a um elemento óptico (13), (b) Irradiar o elemento óptico (13) por uma unidade de imagem (8), em que a radiação é desviada pelo elemento óptico (13) na direção do para-brisa (1), e a região de HUD (B) é irradiada, com uma imagem virtual (7) gerada desse modo, (c) Capturar a imagem virtual (7) por meio de uma unidade de câmera (12) a partir de diferentes posições dos olhos, em que o elemento óptico (13) é configurado de modo que toda a imagem virtual (7) fique dentro da faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a imagem virtual (7) é gerada com uma distância de projeção (d) de mais de 3 m, de preferência mais de 4 m, particularmente de preferência mais de 5 m.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a região de HUD (B) representa pelo menos 7% da área do para-brisa (1), de preferência pelo menos 8%.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11,

caracterizado pelo fato de que o para-brisa (1) compreende um painel externo (2) e um painel interno (3) que são unidos entre si por meio de uma camada intermediária termoplástica (4), em que a camada intermediária (4) é em forma de cunha pelo menos na região de HUD (B).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o para-brisa (1) é irradiado através do painel interno (3).

14. Uso de um elemento óptico (13) caracterizado pelo fato de ser para desviar a radiação de uma unidade de imagem (8) para uma região de HUD (B) de um para-brisa (1), cuja disposição em relação ao elemento óptico (13) é fixada por um dispositivo de posicionamento (11), em que uma imagem virtual (7) é gerada, a qual é capturada de diferentes posições dos olhos através do para-brisa (1) para fins de teste por meio de uma unidade de câmera (12), em que o elemento óptico (13) é configurado de modo que toda a imagem virtual (7) fique dentro da faixa de profundidade de campo ('d) da unidade de câmera (12).

15. Uso, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico (13) é um espelho curvo ou uma lente, e em que o raio de curvatura do espelho ou da lente é variável do centro para as bordas.