CN104827967B - 平视显示设备 - Google Patents

Abstract

本公开的示例性实施例包括一种平视显示设备，所述HUD设备包括：第一光学模块；第二光学模块，所述第二光学模块相对于所述第一光学模块以预定角度布置；分光模块，所述分光模块布置在第一和第二光学模块的光路上，从而全反射第一光学模块的光并且投射来自第二光学模块的光；以及光学系统，所述光学系统被构造成将已经过分光模块的光输出。

Description

平视显示设备

技术领域

根据本公开的示例性实施例的教导大体涉及一种平视显示设备，该平视显示设备被构造成投射二维和三维图像。

背景技术

通常，仪表面板被安装在方向盘的附近，从而向驾驶员传递车辆相关信息。仪表面板设置有发动机转数表、当前车速表、发动机温度表、燃油表等。近来，趋势是模拟式仪表面板变为数字式仪表面板，从而通知驾驶员行驶距离、燃油效率、里程和其他车辆相关信息。

同时，伴随着利用商业GPS(全球定位系统)的基于位置的服务的普遍化，能够在视觉和听觉上为驾驶员指引道路的导航系统以分离的方式或嵌入的方式被安装在车辆中。然而，导航系统对于安全驾驶是一种阻碍，这是因为驾驶员必需频繁地将视野从挡风玻璃移至导航屏幕以便阅读由导航系统传递的信息。此外，当要检查车辆驾驶环境的信息时，必须单独地获取除了行驶路径指引信息以外的车辆相关信息，从而分散视野。

为了解决上述缺点，最近已经在车辆上采用HUD(平视显示设备)。这种类型的HUD通常从现有技术中已知，并且在车辆驾驶或飞机飞行的过程中，在不偏离驾驶员视野即不偏离驾驶员的前侧视野的范围内，这种类型的HUD提供各种车辆相关信息。HUD已经被初步研发，用于通过被安装在飞机、特别地是战斗机上来向飞行员提供飞行信息。

因此，已经根据安装在飞机上的HUD的原理而采用为车辆设计的HUD。车辆HUD包括具有投影屏幕的显示单元，通过图像产生单元并且可选地通过光学模块，仪表面板的车辆信息(车速、行驶距离、RPM等)在该显示单元上被投影在驾驶员视野范围内的前窗上，从而允许即使驾驶员在驾驶车辆的中途，他也能够容易获知行驶信息，由此驾驶员能够通过识别重要的行驶信息来安全地驾驶。相关专利能够从韩国注册专利中找到，包括专利No.10-1291408，并且目前还提交了许多专利申请。

然而，构造成仅提供二维(2D)屏幕的传统HUD受限于在有限尺寸的虚拟屏幕上表示简单的图像或字符信息。特别地，由于各种规章制度，HUD屏幕不得不受尺寸的限制，并且因此在尺寸上不足以提供包括行驶引导的较大量的信息。此外，由光学系统放大的虚拟图像通过被固定至设计深度以仅允许二维信息传递而形成。当然，尽管通过改善光学系统已经公开了增加其他虚拟图像的技术思路，但是这种类型的构造由于结构限制导致的光损失而仍然具有白天可见度降低的缺点，并且虚拟图像的位置必然是固定的。因此，需要能够在有限尺寸的屏幕内提供更多信息的研发要求。

发明内容

已经完成了本公开以解决现有技术的上述缺点，并且因此本公开的某些实施例的目的是提供一种HUD设备，该HUD设备构造成在有限尺寸的屏幕内提供更多的信息。

由本公开解决的技术内容不限于上述的描述，并且本领域技术人员根据下面的描述将会清楚地理解到尚未提及的任何其他技术问题。

为了全部或部分地实现至少上述目标，并根据本公开的如所实施的和大致描述的目的，在本发明的一个总的方面中，提供一种HUD设备，所述HUD设备包括：

第一光学模块；

第二光学模块，所述第二光学模块相对于所述第一光学模块以预定角度布置；

分光模块，所述分光模块被布置在所述第一和第二光学模块的光路上，从而全反射所述第一光学模块的光并且投射来自所述第二光学模块的光；以及

光学系统，所述光学系统被构造成将已经过所述分光模块的光输出。

优选地但不必须地，所述第一光学模块可以包括二维显示面板和第一背光单元。

优选地但不必须地，所述第二光学模块可以包括三维显示面板和第二背光单元。

优选地但不必须地，所述分光模块可以是PBS(偏振分束器)，该PBS被构造成过滤来自第一和第二光学模块的偏振方向的光。

优选地但不必须地，所述第一和第二光学模块可以相互垂直地布置。

优选地但不必须地，所述第一和第二光学模块可以被选择性地操作。

优选地但不必须地，所述第一和第二光学模块可以被同时操作。

优选地但不必须地，所述第一光学模块可以包括二维显示面板和第一背光单元，所述第一背光单元构造成提供文本和图形信息，并且所述第二光学模块可以包括以视差格栅法和透镜法中的一种方法的三维显示面板和第二背光单元，视差格栅法和透镜法被构造成利用虚拟屏幕的深度调节来提供导航信息。

优选地但不必须地，可以通过车辆速度和行驶环境信息来改变由所述第二光学模块形成的所述虚拟屏幕的位置。

优选地但不必须地，当车辆以高速行驶时，所述虚拟屏幕的焦点位置可以设定在较远距离处，从而与驾驶员的视野相匹配；并且当车辆以低速行驶时，所述虚拟屏幕移动至驾驶员的视野的较近距离处。

优选地但不必须地，所述分光模块可以包括利用从所述第一和第二光学模块发出的光的全反射和投射的反射棱镜，并且利用从所述反射棱镜发出的光的内全反射和投射，可以在没有损失的情况下传递所述第一和第二光学模块的光。

优选地但不必须地，所述第一和第二光学模块可以具有预定的角度。

优选地但不必须地，所述第一光学模块可以包括二维显示面板和第一背光单元，所述第二光学模块可以包括三维显示面板和第二背光单元，并且所述第二光学模块的输出屏幕的尺寸可以被与车速相关地控制。

优选地但不必须地，当车辆处于静止状态时，所述第二光学模块的三维屏幕可以增加至最大，并且当车辆处于行驶状态时，所述第二光学模块的三维屏幕减小至最小。

优选地但不必须地，可以响应于车速而可变地控制所述第一和第二光学模块的亮度。

优选地但不必须地，当车辆处于静止状态时，所述第一和第二光学模块的亮度可以是最亮的，并且当车辆处于行驶状态时，所述第一和第二光学模块的亮度是最暗的。

有益效果

本公开的如此讨论的示例性实施例具有如下有利效果，二维屏幕和三维屏幕能够被选择性地或同时地输出从而在有限尺寸的屏幕中提供最大量的信息，这是因为二维显示单元和三维显示单元是竖直布置的，并且分光模块被安装为使得该分光模块形成为无损失地反射从二维和三维显示单元发出的光。

另一个有利效果是驾驶员即使在日光下也能够看到具有明亮质量的虚拟屏幕，这是因为在来自分光模块的光反射的过程中几乎不发生光的损失，从而允许从二维显示单元和三维显示单元产生的光原样被传递至驾驶员。

还有一个有利效果是当HUD设备被安装在车辆上时，能够使额外的空间最小化，这是因为在与传统HUD设备相比时，上述设备能够被保持为节省体积。

又一有利效果是设备稳定性极好，这是因为在初始安装过程中，包括光学系统的外壳被固定在最佳状态下，并且如图像位置调节或三维图像深度调节的工作能够利用随后处理的数据。

附图说明

图1是说明根据本公开的示例性实施例的HUD设备的示意性结构图。

图2是说明第一光学模块的操作状态的示意图。

图3是说明在虚拟图像中形成二维屏幕的状态的示意图。

图4是说明第二光学模块的操作状态的示意图。

图5是说明在虚拟图像中形成三维屏幕的状态的示意图。

图6是说明第一和第二光学模块都处于操作的状态的示意图。

图7是说明在虚拟图像中形成二维和三维屏幕的状态的示意图。并且

图8是说明在虚拟屏幕中实际地形成二维和三维屏幕的示意图。

具体实施方式

现在，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。

在下文中将参考附图更完整地描述示出了一些示例性实施例的各个示例性实施例。然而，本发明构思可以以多种不同形式实施，并且不应该解释为限制于在这里阐述的示例性实施例。相反地，所描述的方面旨在包含落在本公开的保护范围和新颖想法内的所有变更、变型和变化形式。

在本公开的描述中，为了清楚，层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸可以被放大或缩小。遍及全文，相同的数字表示相同的元件。

将会理解，尽管在这里可能使用术语第一、第二等以描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个区分开。例如，在不背离本发明主题的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

图1是说明根据本公开的示例性实施例的HUD设备的示意性结构图，图2是说明第一光学模块的操作状态的示意图，图3是说明在虚拟图像中形成二维屏幕的状态的示意图，图4是说明第二光学模块的操作状态的示意图，图5是说明在虚拟图像中形成三维屏幕的状态的示意图，图6是说明第一和第二光学模块都运行的状态的示意图，图7是说明在虚拟图像中形成二维和三维屏幕的状态的示意图，并且图8是说明在虚拟屏幕中实际地形成二维和三维屏幕的示例图。

参考图1，根据本公开的示例性实施例的HUD设备100可以包括第一光学模块110、第二光学模块120、分光模块130和光学系统140。

被安装以用于显示二维图像的第一光学模块110可以包括二维显示面板111和第一背光单元112。此时，二维显示面板111可以由LCD提供。第一背光单元112可以使用LED和CCFL作为光源，以执行为驾驶员提供照明的功能从而检查通过二维显示面板111形成的图像。此时，可以通过预定的控制器或驾驶员执行第一背光单元112的开关控制来自动地或手动地打开或关闭二维图像信息。优选地，第一光学模块110提供文本或图形信息，这是因为二维图像具有提供平坦的高清晰度屏幕的优点。因此，利用二维图形图像能够提供面向文本的信息。

第二光学模块120可以相对于第一光学模块110的垂直方向被布置，并且第二光学模块120可以包括三维显示面板121和第二背光单元122。

此时，尽管未示出，三维显示面板121可以安装有滤光器，该滤光器构造成确定第二光学模块的偏振方向。三维显示面板121可以通过视差格栅法和透镜法中的任一种方法来形成，视差格栅法和透镜法被构造成利用虚拟屏幕的深度调节来提供导航信息。

透镜法和视差格栅法是用于实现三维图像的显示面板形成方法。也就是说，透镜法使用多个透镜阵列，从而通过识别由左眼和右眼看到的图像的差别而形成三维图像。视差格栅法被构造成使得在三维显示面板121的前端处形成多个狭缝，从而通过区分由左眼和右眼看到的图像而形成三维图像。三维显示面板121可以被任何类型的裸眼立体图像显示技术面板使用。该技术由于已经是已知技术所以将省略对其进一步详细的解释。

同时，第一和第二光学模块110、120的排列可以被设定在相互垂直的位置上。当然，尽管该排列可以被以预定角度设定，但是成角度的位置可能会增加设备的体积并且使光路径变得复杂，所以如果可行的话垂直排列是优选的。

根据本公开的示例性实施例，第二光学模块120可以被布置在如图1所示的地板侧以提供三维图像，并且第一光学模块110可以被布置在垂直于第二光学模块120的光路径上以提供二维图像。然而，本公开不限于此，并且第一和第二光学模块的位置可以变化。此外，构造成提供二维图像的第一光学模块110可以被安装在车辆的前侧处，并且可以被安装在车辆的两个侧面处。第一和第二光学模块的排列位置可以随时变化，只要维持第一和第二光学模块110、120之间的垂直关系。

分光模块130可以构造成通过被布置在第一和第二光学模块110、120的光路上，而全反射第一光学模块110的光并且投射第二光学模块120的光。根据本公开的示例性实施例，分光模块130可以是PBS(偏振分束器)，该PBS构造成过滤第一和第二光学模块110、120的偏振方向。

也就是说，分光模块130可以构造成通过将第一光学模块110的光的偏振方向形成在预定水平处而将第一光学模块110的光完全反射至该偏振方向，并且通过形成第二光学模块120的光的偏振方向而垂直地形成第一和第二光学模块110、120的偏振方向，由此分光模块130能够形成为100％投射第二光学模块120的光而没有损失，并且由此通过将第一和第二光学模块110、120的光穿过形成有透镜或镜子的光学系统140而反射至挡风玻璃10，能够将第一和第二光学模块110、120的光传递至驾驶员的眼睛20。

同时，第一和第二光学模块110、120的偏振方向可以由安装在第一和第二光学模块110、120上的偏振薄膜的方向确定。代替使用取决于光源类型的偏振方法，分光模块130可以形成有构造成完全反射光的反射棱镜，其中光源的光能够被投射或完全反射至光学系统140，而没有光源的光损失，这是因为利用了棱镜的内全反射。在该情况下，光源可以使用与偏振无关的光源。

例如，第一光学模块110的光在被入射在反射棱镜的内侧上之后，可以从反射棱镜的内侧被完全反射并前进，而第二光学模块120的光可以投射并前进而不被反射，由此由第一和第二光学模块110、120产生的光可以被传递而没有任何光损失。

根据本公开的示例性实施例，第一和第二光学模块110、120可以被选择性地或同时地操作。

也就是说，当如在公路行驶过程中能够通过利用单调的导航屏幕来传递足够的信息时，或者当如在停车场停车中缓慢行驶时不需要单独的三维信息时，第二光学模块120被关闭，如图2所示，而只有第一光学模块110被打开，并且可以通过只将二维信息(A)投射在挡风玻璃10上而形成虚拟屏幕，如图3所示。

替代地，当如在城市行驶或在30-60km的中速行驶过程中需要复杂的导航信息时，或者当在车辆行驶时通过使用现实增强技术在驾驶员的视野中显示周围环境的广告信息、加油站的信息和/或公寓价格信息时，第一光学模块110被关闭，而只有第二光学模块120被操作，从而允许只有三维图像(B)被投射在挡风玻璃10上以用于驾驶员观看，如图4和5所示。

此时，能够相对于驾驶员向上拉动三维屏幕的深度(D)或者向后推动HUD，以用于在软件方面的图像数据处理，这样使得不需要通过实际上移动单独的机械构造来移动虚拟图像，并且因此能够通过在软件方面的图像数据处理来调节虚拟图像的位置和深度。因此，驾驶员能够通过确实地调节虚拟图像的位置而在适当的深度处形成信息窗口。此外，当使用大量的三维图像时，可以使用三维图形诸如图8所示的深度敏感箭头来形成导航屏幕，并且二维信息和三维信息可以被分离开以用于驾驶员的选择观看。

此外，当通过控制器选择或通过用户选择要检查车辆的复杂导航屏幕或行驶信息时，第一和第二光学模块110、120都被使用，以同时将复杂导航屏幕或行驶信息投射在挡风玻璃10上，如图6和7所示。

通过选择车辆驾驶环境和控制器和/或通过用户选择，虚拟屏幕的构造可以根据需要变化而没有任何限制，并且虚拟屏幕上的虚拟图像的位置可以根据需要变化而没有任何限制。

例如，当驾驶员位于注视位置逐渐远离车辆的位置处时，如行驶在高速公路上，由HUD设备形成的虚拟屏幕的位置上的三维屏幕的深度可以被深深地形成在较远的位置处以对应于注视焦点。替代地，当在城市行驶或低速行驶过程中，目光集中在车辆引擎罩上或前方车辆的车牌的较低位置上时，HUD设备的虚拟屏幕被移动至更近的位置以对应于目光的聚焦位置。

特别地，当通过如上所述地使用三维图像来形成虚拟屏幕时，能够提供尽可能真实的信息，这是因为相对于屏幕上的预定尺寸的二维区域，三维图像信息能够被提供至深度(D)(参见图5)方向。

例如，如图8所示，当通过使用现实增强技术将导航屏幕例如移动箭头以三维显示并且将数字信息例如行驶速度以二维显示时，能够有效地利用狭窄HUD设备上的虚拟屏幕的空间。

同时，在HUD设备的操作过程中，相对于传递二维图像的虚拟图像的距离可以是恒定不变的。例如，与虚拟图像的距离可以被恒定地维持为使得从第一光学模块110发出的二维图像被生动地形成。

同时，能够与车辆的行驶速度相关地控制第一和/或第二光学模块110、120的尺寸或亮度。例如，当车辆处于静止状态时，即使通过二维和三维屏幕向驾驶员提供了很多信息，也不会阻碍安全驾驶。因此，即使通过第二光学模块120提供的图形信息的尺寸被以很大尺寸形成，也不会给驾驶带来太大的阻碍。例如，图标或图形图像可以被弹出为很大尺寸，从而基于当前位置信息提供周围建筑的房地产价格信息或天气信息。

同时，当车辆开始移动时，可以减少与车辆行驶速度相关地提供的信息量，并且可以与车速相关地逐渐减小所提供的图形信息的尺寸。同样地，也可以控制第一光学模块110的信息以与车辆行驶速度相对应。此外，可以控制第一和第二光学模块110、120的亮度以与车辆行驶速度相对应。例如，在高速行驶过程中可以以最大暗度提供信息，从而防止驾驶员的视线被阻挡，并且当行驶速度降低时，可以通过明亮地提供信息而向驾驶员提供各种信息。

同时，第一和/或第二光学模块110、120的模式变化可以通过驾驶员选择或通过模式变化而由预定的速度检测传感器自动地控制。此外，通过第二光学模块120提供的信息的类型和图形信息的形状可以通过驾驶员选择而增加或减少，并且所提供的尺寸和位置也可以被自由地调节。

从本公开的上述示例性实施例可以明白，二维图像和三维图像能够被选择性地或同时地提供，从而允许在预定尺寸的虚拟屏幕内向驾驶员提供尽可能多的信息。特别地，考虑到安装在车辆上的HUD设备在白天和夜晚都会被使用的事实，当HUD设备以如本公开的示例性实施例所述的方式被安装时，由于几乎没有光损失，所以白天的可见度是极好的。

此外，可以通过三维图像的深度调节而无需硬件变化来改变在用于传递各种信息的虚拟屏幕内的虚拟图像表面的深度和位置，由此能够增强产品的稳定性和可靠性，这是因为在将HUD设备安装在初始优化位置处之后，在硬件方面不需要单独的调整操作。

更进一步地，当能够提供许多图像例如用于导航信息的频繁移动的方向箭头的屏幕能够以三维屏幕处理，并且具有文本信息例如行驶速度或距离信息的屏幕能够以二维屏幕处理时，与在屏幕上的相同尺寸区域上提供信息相比，能够提供更多的信息。

尽管已经参考上述实施例和优点详细地描述了本公开，但是本领域技术人员将会明白在权利要求的界限和范围内可以做出许多替代、变型和变体。因此，应该理解除非另有说明，否则上述实施例不受上述描述的任何细节的限制，而是应该在所附权利要求限定的范围内被广泛地解释。

Claims (13)

1.一种HUD设备，所述HUD设备包括：

第一光学模块；

第二光学模块，所述第二光学模块相对于所述第一光学模块以预定角度布置；

分光模块，所述分光模块被布置在所述第一光学模块和所述第二光学模块的光路上，以全反射所述第一光学模块的光并且投射来自所述第二光学模块的光；以及

光学系统，所述光学系统被构造成将经过所述分光模块的光输出，

其中，所述第一光学模块包括二维显示面板和第一背光单元，

其中，所述第二光学模块包括三维显示面板和第二背光单元，并且

其中，所述第一光学模块和所述第二光学模块被选择性地打开。

2.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述分光模块是PBS(偏振分束器)，所述PBS被构造成过滤来自所述第一光学模块和所述第二光学模块的偏振方向的光。

3.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述第一光学模块和所述第二光学模块相互垂直地布置。

4.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述第一光学模块和所述第二光学模块被同时地操作。

5.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述第一背光单元被构造成提供文本和图形信息，并且所述三维显示面板利用视差格栅法和透镜法中的一种方法，所述视差格栅法和透镜法被构造成利用虚拟屏幕的深度调节来提供导航信息。

6.根据权利要求5所述的HUD设备，其中，通过车速和行驶环境信息来改变由所述第二光学模块形成的所述虚拟屏幕的位置。

7.根据权利要求6所述的HUD设备，其中，当车辆以高速行驶时，所述虚拟屏幕的焦点位置设定在较远距离处以与驾驶员的视野相匹配；并且当车辆以低速行驶时，所述虚拟屏幕移动至所述驾驶员的视野的较近距离处。

8.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述分光模块包括通过利用来自所述第一光学模块和所述第二光学模块的光的全反射和投射的反射棱镜，并且利用来自所述反射棱镜的光的内部全反射和投射，在没有损失的情况下传递所述第一光学模块和所述第二光学模块的光。

9.根据权利要求8所述的HUD设备，其中，所述第一光学模块和所述第二光学模块具有预定的角度。

10.根据权利要求1所述的HUD设备，其中，所述第二光学模块的输出屏幕的尺寸被与车速相关地控制。

11.根据权利要求10所述的HUD设备，其中，当车辆处于静止状态时，所述第二光学模块的三维屏幕增加至最大，并且当车辆处于行驶状态时，所述第二光学模块的三维屏幕减小至最小。

12.根据权利要求10所述的HUD设备，其中，响应于车速而可变地控制所述第一光学模块和所述第二光学模块的亮度。

13.根据权利要求12所述的HUD设备，其中，当车辆处于静止状态时，所述第一光学模块和所述第二光学模块的亮度是最亮的，并且当车辆处于行驶状态时，所述第一光学模块和所述第二光学模块的亮度是最暗的。