CN103003087B - 用于机动车辆的仪表组 - Google Patents

Abstract

一种仪表组（10），尤其是用于机动车辆，包括显示屏（14），用于将信息显示给车辆的驾驶员，全息存储器（22），包含以全息图形式存储的信息，以及光源（18），用于生成一个或多个读取光束以从该全息存储器提取要被显示的信息，并在该显示屏上显示从该全息存储器提取的信息。该平视显示设备集成在该仪表组中且包括组合器（16），该组合器（16）将从该全息存储器提取的信息投影到该驾驶员的平视视场中。

Description

用于机动车辆的仪表组

技术领域

本发明涉及特别是用于机动车辆的仪表组（仪表板），更特别地，这种仪表组从全息存储器恢复要被显示给用户（特别是驾驶员）的信息。

背景技术

用于机动车辆的仪表组当今主要是基于机械系统（例如具有电动机致动的指针或量表的刻度盘）、指示灯和荧光或液晶显示器的组合。仪表组通常被用于显示与机动车辆的操作有关的信息，例如，位移的速度、引擎的转数、该车辆的油位、行进的千米数、以及各种警报、警告（油压、制动液液位、车辆门打开，等等）或操作信号（例如，侧灯、倾斜或全光束前灯、手闸被施加，等等）。

某些汽车附加地配备有平视显示设备，该平视显示设备允许显示叠加在外部环境上的信息，比如它从驾驶员的视点出现。平视显示设备通常包括投影单元，该投影单元产生意图向组合器引导的光束，以便将图像以虚像的形式投影到驾驶员的视场中，该图像尤其包含与车辆的功能或驾驶有关的信息。这种设备基于从航空应用获得的技术而最初被创建。它们的制造成本因此通常是高的，具有的性质防碍了它们的销售以及它们在低档或中档车辆中的大规模安装。

应当注意到的是，当今了解的平视显示设备是与仪表组分离的显示单元，尽管它们在汽车的前区中被固定在驾驶员的前面并因此在该仪表组的附近。因此，固定平视显示设备的工作（以及因此成本）在设计阶段中和在生产阶段中均是相对大的。

本发明的目的是能够提出一种平视设备，其需要比根据现有技术的平视设备更少的I固定工作。

发明内容

本发明达到该目的首先通过事实上提出一种具有集成的平视显示设备的仪表组，以及事实上基于允许生成信息的光衍射技术，该信息可以在仪表组上并且由该平视显示设备所同时地显示。将理解的是，将仪表组上的显示与平视显示器的显示的关联允许了从人机工程视点更好地分布对于驾驶安全性所必需的信息。

更特别地，根据本发明的仪表组（尤其是用于机动车辆）包括显示屏（典型地是半透明散射屏），用于将信息显示给车辆的驾驶员、全息存储器，包含以全息图形式存储的信息、以及光源，用于生成一个或多个读取光束来从该全息存储器提取要被显示的信息，并在该显示屏上显示从该全息存储器提取的信息。集成在该仪表组中的该平视显示设备包括组合器，该组合器将从该全息存储器提取的信息投影到该驾驶员的平视视场中。读取光束因此照亮包含要被显示的信息的存储器的区域，并且一方面在显示屏上将其恢复，以及另一方面将其叠加在外部环境上，比如其从该用户的视点出现。该显示屏优选地被设计为具有以分子级别的光学属性，其允许来自全息存储器的光束的方向具有限定的角大小和优化的对比度。

该仪表组优选地包括光束分离器（例如半反射镜），被布置在全息存储器和显示屏之间的光路中，以将由该光源所生成的一个或多个光束分离成向该显示屏引导的第一光束或第一组光束和向该平视显示设备的组合器引导的第二光束或第二组光束。要被显示的信息因此由该第一光束或该第一组光束在该显示屏上进行恢复，以及由向该组合器引导的该第二光束或第二组光束在该驾驶员的平视视场中进行恢复。

该光束分离器优选地包括弯曲的（例如抛物线形的）半反射镜，以调整向该平视显示设备的组合器引导的一个或多个光束的发散。

有利地，该全息存储器包括全息存储支撑，将该全息存储支撑以平移和/或旋转的方式可移动地被安装在框架和定位装置（例如，一个或多个定位电动机或与其有关的机构）上，以根据必须被显示的信息来将全息存储支撑带进所选择的位置中并将其保持在所选择的位置中。该定位装置优选地由控制单元所控制，该控制单元被配置成接收作为输入的该车辆的参数（例如，经由该车辆接口），以基于这些参数来确定要被显示给该驾驶员的信息，以及如此控制该定位装置使得包含要被显示的信息的该全息存储器的区域被照亮。

根据本发明的有利的实施例，该全息存储器包括多个全息存储支撑，将该多个全息存储支撑以平移和/或旋转的方式可移动地安装在框架和定位装置上，以根据必须被显示的信息来将这些全息存储支撑彼此独立地带进所选择的相应的位置中并将它们保持在所选择的相应的位置中。以这种方式，能够同时被显示的信息组合的数量可以被相当地增加。

该一个或多个全息存储支撑优选地以磁盘形式，尤其是借助于以磁盘形式的一个或多个全息存储支撑的边缘上的引导系统来以旋转的方式可移动地安装在框架上。该一个或多个磁盘的中心区域因此对于信息的存储是可用的，与落在心轴上的磁盘的情况相反。

该一个或多个全息存储支撑包括由透明塑料材料（例如，聚碳酸酯（PC）、甲基聚甲基丙烯酸酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））制成的板，在该板的表面上雕刻了以要以全息图形式被显示的信息。这种存储支撑的主要优点是它们每单位的低成本，因为它们有助于通过复制主盘来进行大量生产。意图被显示的不同信息可以由激光干涉平版印刷术或由适合于由微制造技术生产主盘的全息图的数字生成来进行记录。

根据本发明的有利实施例，该平视显示设备的组合器可缩进到该仪表组中。用户可以因此选择他们是希望使信息仅在仪表组上显示给他，还是也经由平视显示设备显示给他。

该组合器可以是半反射镜或衍射组合器（即，包括光学衍射光栅），其被如此布置以便将入射光偏离到该用户的视场中。

在衍射组合器的情况下，该平视显示设备优选地包括反射的散射体支撑，该反射的散射体支撑被如此布置，使得从该全息存储器提取的信息以物像的形式被恢复，并且该物像的虚像出现在该驾驶员的平视视场中。换句话说，该一个或多个光束以先前记录的信息的实像的形式在该散射体支撑上恢复要被显示的信息。该组合器接着将从该散射体支撑发出的散射光偏离到该用户的视场中，因此创建了该散射光源位于从用户的眼睛出发到该组合器的轴的延伸中的错觉。

为了产生多个读取光束，可以提供多个光源和/或布置在光源和全息存储器之间的光路中的一个或多个光束分离器，以将来自光源的光束分离成多个读取光束。

根据本发明的仪表组优选地包括扫描装置，用于根据必须被显示的信息来在全息存储器中使由该一个或多个读取光束所产生的一个或多个斑点（照明点）进行位移。该扫描装置优选地由控制部件所控制，该控制部件确定这些斑点的位置，并因此确定要被现实的信息的位置。在扫描装置连同用于定位该全息存储器的装置一起使用的情况下，两者优选地由控制部件所控制，该控制部件接着协调不同的可能移动。

附图说明

参考附图以说明方式，从在以下呈现的一些有利实施例的详细描述中，本发明的其它特征和特点将将变得明白。这些示出了：

图1：根据本发明的优选实施例的具有集成的平视显示设备的仪表组的外部视图；

图2：图1的仪表组的部分分解图；

图3：图2中所示的光束倍增器的三维视图；

图4：图2中所示的全息存储器的三维视图；

图5：示出了图1的仪表组中的光路的图解剖面；

图6：示出了根据图1的仪表组的替代实施例的仪表组中的光路的图解剖面；

图7：用于以全息图形式记录信息的布置的图解表示；

图8：全息存储磁盘的图解前视图；

图9：根据本发明的另一个优选实施例的具有集成的平视显示设备的仪表组的外部视图；

图10：图9的仪表组的第一替代实施例的说明；

图11：图9的仪表组的第二替代实施例的说明。

具体实施方式

图1示出了用于机动车辆的具有集成的平视显示设备的仪表组10的外观。仪表组10包括通常是圆柱形式的箱体12，其中集成了允许显示与机动车辆的操作有关的信息的不同元件。在意图面对驾驶员的侧面上，该仪表组10包括由半透明光扩散材料制造的显示屏14，将要被显示的信息投影到该显示屏上。该仪表组10还允许由该平视显示设备将信息叠加在外部环境上进行显示。意图用于该平视显示器的信息出现在从驾驶员的眼睛出发到该集成平视显示设备的组合器16的轴的延伸中，为驾驶员创建了该信息被显示在挡风玻璃的前方的错觉，如离该驾驶员的眼睛一定的距离（例如1和5m之间）。

图2示出了图1的仪表组的部分分解图。图5示出了贯穿图2的系统的图解纵截面。除了显示屏14和组合器16，该光学系统包括光源18（例如激光器）、光束倍增器20、全息存储器22、光束分离器24、偏差反射镜26和散射体支撑28。

光源18产生光束，该光束被光束倍增器20分离成多个读取光束。这包括不同反射率的n个反射镜30的组（在所示的示例中，n=3），如此设计使得划分的光束具有至少大约等于P/n的功率，其中P表示该源的光功率。在图2的示例中，光路上的第一和第二反射镜30是分别具有33%和50%的反射率的半反射镜。第三反射镜30是接近于100%反射率的反射镜。光束倍增器20因此背对该存储器22的不同区域和/或以不同的角度来发送n个读取光束，以读取以全息图形式存储的信息。

图3示出了光束倍增器20的后侧。借助于定位系统来以旋转和平移的方式可移动地安装该反射镜30。该定位系统和该反射镜一起形成扫描系统，以在全息存储器22中使由n个读取光束所产生的一个或多个斑点进行位移。反射镜30的组被承载在支撑板上，电动机40允许该支撑板借助于蜗杆42来以旋转的方式被驱动。该反射镜30由另一个电动机44、齿轮46和带48的组件以旋转的方式被驱动。因此可以使每个反射镜30围绕与包含入射光束（来自光源18）和读取光束的平面基本上垂直的相应的轴进行转动。光束倍增器20的定位系统因此允许了存储器22的全息存储磁盘32上的读取光束的入射角和位置的变化，以及因此允许了根据斑点的入射角和位置所提取的信息的变化。图1和3中所示的光束倍增器20的定位系统保持了反射镜30之间的角度，并且因此不允许以个别方式来控制n个光束的入射角。如果需要这样做，则应当为每个反射镜30提供个别的定位系统。

如图2和4中所示的，全息存储器22包括全息存储磁盘32（例如，由聚碳酸酯、PMMA或PET所制造），该全息存储磁盘32以平移和旋转的方式可移动地被安装在框架34和机械定位系统上，以根据必须被显示的信息将磁盘32带到所选择的位置中并将其保持在所选择的位置中。该机械定位系统包括齿缘36，该齿缘36被固定到该磁盘32的边缘，并且由齿轮38所驱动，该齿轮38被耦合到电动机50，该电动机50允许磁盘32的旋转移动被获取。所选择的配置允许使用磁盘32的整个表面来存储必要的信息，因为与在它们的旋转轴上由电动机以旋转的方式进行驱动的系统相反，在磁盘的外边缘上执行旋转引导。为了更优化读取在该磁盘32上编码的信息，将以旋转方式的移动与沿轴x和y的两个平移的移动相耦合。旋转与两个平移的组合允许了该磁盘32的整个表面以最佳方式被覆盖。由电动机52、54来分别执行每个平移，该电动机52、54分别驱动蜗杆56、58。

光束倍增器20和全息存储器两者的定位装置由控制单元（未示出）所控制，该控制单元接收作为输入的该车辆的参数（例如，速度、油位等等），从它们推断要显示给驾驶员的信息（存储的图像），使得包含要被显示的信息的全息存储器的区域均以适当的入射角被照明。

在从全息存储器读取时，由读取光束进行的照明以在记录时的"参考"光束的角度来被执行。这导致了光的衍射，其重建了"物体"光束。在全息存储磁盘32中的衍射之后，该读取光束与要被显示的信息一起被"印刷"。要被显示的信息的记录参数被如此选择，使得存储的图像作为该显示屏14上的实像而被重建。

在穿过该全息存储磁盘32之后，该光束分离器24将读取光束划分成冲击该显示屏14的第一组发射光束和向该平视显示设备反射的第二组光束。光束分离器以抛物线形的半反射镜（例如，具有50%的反射率）的形式来被产生，以便调整反射光束的发散并最小化尺寸。该偏差反射镜26将反射光束向散射体支撑28偏离，在那里重建该存储信息的另一个实像。

当这被部署时，在该散射体支撑18上产生的散射光由衍射组合器16（其例如由聚碳酸酯、PMMA或PET所制造）向驾驶员偏离。优选地，衍射组合器16的光学衍射光栅还执行放大功能（以便调整呈现给驾驶员的虚像的大小）和在关注真实场景时在驾驶员的视场中定位虚像的功能。

组合器16通过包括电动机60的机构可缩进到箱体12中，该电动机60驱动齿轮系62和齿形带64。这些元件被保持在箱体12的背板66上。该组合器被容纳成能够围绕偏心轴进行转动，这允许它根据由该驾驶员所选择的操作模式（即，有或没有平视显示器）来进行退出或再进入。将理解的是，可采用其它手段来使该组合器16退出或再进入。例如，代替使用驱动该组合器偏心旋转的系统，还可以提供被配置成使该组合器通过平移移动退出或再进入的系统。

图6示出了贯穿图2的系统的替代实施例的纵截面中的视图。图6的仪表组与图2和5中所示的仪表组的不同实际上在于，散射体支撑28由偏差反射镜28'所替代，并且使用反射组合器16'来代替衍射组合器16。在图6的情况下，反射组合器16'是平的半反射镜（大约60%的反射率）。然而，弯曲的半反射镜可以被使用，尤其是用于调整显示给驾驶员的虚像的大小和该虚像所位于的距离。

全息存储磁盘32能以包括信息的图像的全息图的形式来存储该信息。图8中示出了全息存储磁盘32的正视图。全息图68被布置在多个同心圆中。存储器区域几乎覆盖了该磁盘32的整个表面。磁盘的机械驱动已经被如此设计，以便能够为信息的存储而使用整个该表面。能够被显示的全部信息被预先记录在磁盘32上，并根据车辆的参数或需要将某些信息显示给驾驶员的其它情形的参数进行读取。考虑以下来记录每个图像：在磁盘上的位置；

○在读取和显示图像时该磁盘的方向；

○读取光束的入射方向；

○读取光束的波长；

○所需要的衍射光束的方向（以及因此该显示装置上的图像的位置）；

○所需要的衍射光束的发散；

○等等。

将注意到的是，可以将不同的全息图叠加在全息存储器的相同区域中（复用的全息图），只要这些全息图与该一个或多个读取光束的不同入射方向相对应。因此，在给定存储器区域中，每个入射角与一块显示信息相对应。全息图的复用允许了存储最多的信息。

为生产全息存储磁盘所设想的过程包括数字全息术和模拟全息术。

在数字全息术过程中，衍射结构（即全息图）由计算机根据要被显示的图像、读取参数（例如，读取光束的波长、入射角、由读取光束所产生的斑点的大小，等等）和显示参数（例如，显示装置上的图像的位置和大小，等等）所计算。例如，基于FDTD（来自英文：FiniteDifferenceTimeDomain-在时域中精细的差分）、EMT（来自英文：EffectiveMediumTheory-有效介质的理论）或其它的迭代方法来执行该计算。衍射结构的数字模型最终被获取，其接着由微制造技术所写入。优选地，首先通过光刻法或电子束平印术来创建全息存储磁盘的主盘，接着根据该主盘通过批量生产过程来制造主盘拷贝。该主盘例如由诸如硅或石英的材料所制造，并且接着被用来产生用于塑料复制的模具。

如果选择激光干涉平版印刷术来生产该全息存储器，则优选地遵循图7。由光束分离器72（例如半反射镜）将激光束70分离成两个。因此而获得的光束之一被展开，并且接着由透镜组件73所校准。校准的光束照亮了透射液晶屏幕74，借助于该透射液晶屏幕74，要被记录的图像在该光束（给出该物体光束76）中"被加载"。图像的位置及其大小被数字地选择并且该液晶屏幕74因此而被控制。物体光束76接着穿过会聚透镜以调整该全息图的大小（其可以小于1mm²）。另一个光束（参考光束78）向多个反射镜80被引导，以在涂敷在坚固支撑（例如，玻璃板）上的感光树脂层82中将该光束叠加在物体光束76上。物体光束76和参考光束78的干涉给出了记录在感光层82中的全息图。

图7的整个记录特别地被设计成以连贯的方式来记录多个全息图。该系统允许将参考光束以不同入射方向引导到感光层上。多个全息图因此可以在感光层82的相同区域中被复用。在读取时，通过使用以与在记录时所使用的入射角相同的入射角与全息存储磁盘相遇的读取光束来个别地提取信息的不同块。图7示出了该参考光束78首先由以旋转的方式可移动的反射镜所反射，该反射镜将其向反射镜M1引导或向反射镜M2引导。通过使该参考光束78传递到该反射镜M1上来记录第一全息图。接着，在液晶屏幕74上所产生的图像被改变，并且通过使参考光束78传递到反射镜M2上来记录另一个全息图，而不移动承载该感光层82的板。该过程可以对于该参考光束78的其它入射角而进行重复。可以在感光层82中的相同地方被复用的全息图的数量取决于光敏介质的饱和度。

承载感光层82的板优选地以旋转（围绕垂直于该感光层的轴）和/或以平移（在感光层的平面中）的方式可移动地被安装，以允许在该感光层的整个表面上记录全息图。

物体光束76和参考光束78在感光树脂层82中产生干涉条纹，其引起了树脂的可溶性空间中的转变。感光树脂的曝光区域因此变得相对于其它区域而或多或少地可溶解。化学刻图接着允许对未曝光区域（或暴露区域，取决于感光树脂的类型：正或负）的移除，以便获得表面衍射结构。该衍射结构接着显著地被转移到模具，该模具用于大量复制所记录的全息图的由合成材料（例如，聚碳酸酯、PMMA或PVB）制造的复本。

在读取时，该读取光束被引导到磁盘区域上，该磁盘区域包含与该磁盘的法线成角度α所记录的全息图。恢复的图像则将是该区域中已经用角度α所记录的图像。衍射方向与物体光束的方向相对应。包含要被显示的图像的衍射光束的发散通过选择会聚透镜的焦距来被确定，该会聚透镜被用于减少物体光束的截面。

为了增加存储在全息存储器中的信息的密度，有可能叠加多个全息存储磁盘。这些磁盘可以彼此附着（例如，粘在一起）或相对于彼此可移动。在第一种情况下，单个旋转和/或平移系统可以被用于所有的磁盘。在另一种情况下，分离的旋转和/或平移机构对于这些磁盘是必要的。具有多个独立磁盘的优点是相对于能够被显示的信息的组合增加了灵活性。

在图9至11中示出了根据本发明的另一个优选实施例的仪表组。该仪表组10'包括两个显示屏14'和14"以及集成的平视显示设备。使该仪表组10'的组合器16"是可缩进的。根据图10的替代实施例，组合器16"执行平移移动（由箭头84所指示），以进入或离开该仪表组10'的箱体。根据图10的替代实施例，组合器16"执行旋转移动（由箭头86所指示），以进入或离开该仪表组10'的箱体。

缩进机构的其它替代实施例在本发明的情境内是可能的。例如可以通过旋转和平移的组合移动和/或通过使组合器16、16'、16"向前或向后倾斜来使它们退出或再进入。

Claims (14)

1.用于机动车辆的仪表组（10），包括：

显示屏（14），用于显示信息给车辆的驾驶员；

全息存储器（22），其包含以全息图形式存储的信息；

光源（18），用于生成一个或多个读取光束以从该全息存储器（22）提取要被显示的信息，并在该显示屏（14）上显示从该全息存储器（22）提取的信息；

平视显示设备，其被集成在该仪表组（10）中，所述平视显示设备包括组合器（16），该组合器（16）用于将从该全息存储器（22）提取的信息投影到该驾驶员的平视视场中。

2.如权利要求1中所述的仪表组（10），包括光束分离器（24），其被布置在该全息存储器（22）和该显示屏（14）之间的光路中，以将由该光源（18）所生成的一个或多个光束分离成向该显示屏（14）引导的第一光束或第一组光束和向该平视显示设备的组合器（16）引导的第二光束或第二组光束。

3.如权利要求2中所述的仪表组（10），该光束分离器（24）包括半反射曲面镜，以调整向该平视显示设备的组合器（16）引导的一个或多个光束的发散。

4.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），其中该全息存储器（22）包括全息存储支撑（32），该全息存储支撑（32）以平移和/或旋转的方式可移动地被安装在框架（34）和定位装置（36，38，50，52，54，56，58）上，以根据必须被显示的信息来将全息存储支撑（32）带进所选择的位置中并将其保持在所选择的位置中。

5.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），其中该全息存储器（22）包括多个全息存储支撑（32），该多个全息存储支撑（32）以平移和/或旋转的方式可移动地被安装在框架（34）和定位装置（36，38，50，52，54，56，58）上，以根据必须被显示的信息来将所述多个全息存储支撑（32）彼此独立地带进所选择的相应位置中并将它们保持在所选择的相应位置中。

6.如权利要求4中所述的仪表组（10），其中该全息存储支撑（32）是以磁盘形式。

7.如权利要求6中所述的仪表组（10），其中该全息存储支撑（32）借助于以磁盘形式的该全息存储支撑的边缘上的引导系统来以旋转的方式可移动地被安装在所述框架（34）上。

8.如权利要求4中所述的仪表组（10），其中该全息存储支撑（32）包括由透明塑料材料所制造的板，在该板的表面上雕刻了要以全息图的形式被显示的信息。

9.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），其中该平视显示设备的组合器（16）是可缩进到该仪表组（10）中的。

10.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），其中该组合器（16）是衍射组合器。

11.如权利要求10中所述的仪表组（10），其中该平视显示设备包括散射体支撑（28），该散射体支撑被如此布置，使得从该全息存储器（22）提取的信息在该散射体支撑（28）上以物像的形式被恢复，并且该物像的虚像出现在该驾驶员的平视视场中。

12.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），其中该组合器（16）包括半反射镜。

13.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），包括一个或多个光束分离器（30），其被布置在该光源（18）和该全息存储器（22）之间的光路中，以将来自该光源的光束分离成多个读取光束。

14.如权利要求1至3的任一项中所述的仪表组（10），包括扫描装置（40，42，44，46，48），用于根据必须被显示的信息来使由该一个或多个读取光束所产生的一个或多个斑点在该全息存储器（22）中进行位移。