CN105143960B - 在驾驶员的视野内显示虚拟图像的显示器，以及生成用于所述显示器的图像的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在驾驶员(5)的视野内(3)显示虚拟图像(9)的显示器(1)，所述显示器(1)包括：‑图像生成装置(11)，和‑至少一个光传感器(13)，所述图像生成装置(11)被配置为利用所述光传感器(13)产生位于在形成有所述图像(9)的方向上的称为环境背景的区域(15)内的环境光的测量，以能够使所述图像(9)的亮度适于所述环境背景(15)。本发明还涉及为生成用于这种显示器的图像的装置，所述装置包括所述传感器。

Description

在驾驶员的视野内显示虚拟图像的显示器，以及生成用于所 述显示器的图像的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在驾驶员的视野内显示虚拟图像的显示器装置，以及用于所述显示器的图像生成装置。

背景技术

已知发射光束的装置，其设计为形成用于通知车辆用户的图像，尤其是其驾驶员。

特别地，已知为机动车辆配备称为抬头显示器的显示装置。这样的装置在汽车驾驶员的视野内显示与机动车辆状况、交通状况相关的信息或者其它信息。

这种显示装置通常包括图像生成装置、专用于装置架构的光学部件和用于管理该装置并连接到装备有该装置的机动车辆的电子元件。该图像生成装置采用壳体的形式，在壳体内组装有该装置的部件。被显示图像的亮度必须适于(特别是在光强度上)环境光强度以提供与道路的足够对比度，而不会使驾驶员感到炫目，尤其在黑暗中。

为此目的，可以将车辆的光强传感器用于前照灯的自动激活。然而，由于来自传感器的信息必须经由车辆的网络来传送，失去反应性，且对于使被显示图像的亮度实时地适于环境光强度来说不是最优的。

另外，由传感器目标所在的区域来看，由所述传感器测得的光强度不完全相关。

另外，可以在车辆的仪表盘的顶端部分上设置光强传感器，用于测量被显示图像所处的环境背景中的环境光强度，换句话说，当驾驶员沿所述图像的方向看时呈现给驾驶员的场景亮度。这种传感器是突出的，且它们还需要外部线缆，这不是非常美观并且需要成本。

发明内容

本发明的目的是为克服全部或部分这些缺陷。

根据本发明，提供了一种显示装置，用于在驾驶员的视野内显示虚拟图像，所述显示装置包含：

-图像生成装置，和

-至少一个光传感器，

所述图像生成装置被配置为利用该光传感器产生位于形成有所述图像的方向上的区域内的环境光强度的测量，所述区域称为环境背景，以允许所述图像的亮度适于所述环境背景。

由此，根据本发明的显示装置允许通过在相关区域(即沿所述图像的方向)中亮度的测量而为车辆驾驶员提供舒适的图像，例如所，所述图像可清晰分辨，且其光强度足够而不炫目。通过图像生成装置处理来自传感器的信息还允许显示装置的反应速度提高。

根据本发明的可一起或单独采用的多个实施例：

-所述光传感器集成到所述图像生成装置中，以使得接收一光束，所述光束沿与所述图像的发射的光束相反的方向并对应于呈现于所述图像的环境背景中的环境光，

-所述光传感器被定位在用于所述图像的发射的光束的光路中，

-所述显示装置包括用于在驾驶员的视野内显示所述图像的光学部件，所述光学部件限定所述光路的全部或一部分，

-所述光传感器相对于光学部件中的一个定位，以使得从所述光学部件接收沿与所述图像的发射的光束相反的方向并对应于呈现于所述图像内的环境光的光束，

-所述图像生成装置包括壳体，该壳体经由位于该壳体的一个面上的所述光学部件中的一个来传输所述图像，

-所述传感器位于所述壳体内部，

-所述光传感器布置为接近于位于所述壳体的一个面上的所述光学部件，

-所述光传感器刚性地附接至所述壳体和/或位于壳体的一个面上的所述光学部件，

-位于所述壳体的一个面上的所述光学部件为图像漫射器，

-所述图像生成装置包括用于产生所述图像的控制单元，

-所述光传感器连接至所述控制单元，该控制单元设计为相对于所述环境背景调节所述图像的亮度，对应于由所述光传感器测得的环境光，

-所述用于生成图像的装置包括光源，

-所述光源包括一个或多个激光二极管。

本发明还涉及一种如前文所描述的用于显示装置的图像生成装置，所述传感器设置在所述图像生成装置内。

所述装置有利地配置为，根据该图像生成装置的标准化制造，适用于多种显示装置。

附图说明

本发明的这些特征和优势以及其他将由于本发明实施例的参考附图在下文中的描述而变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的用于车辆的图像显示装置的正面示意图；

图2是车辆的驾驶员看到的、由图1中的显示装置产生的图像的示例图。

具体实施方式

在以下的描述中，相同的标记用来指代类似或相同的元件。

如图1所示，本发明涉及显示装置1，或者被称为抬头显示装置，在观察机动车辆的驾驶路径7(图2)的车辆驾驶员5的视野3内显示虚拟图像9。

该显示装置1包括图像生成装置11。该装置包含，例如，配备有一个或多个光源的扫描投影仪34，其所述光源每一个发射激光类型的光束。这些例如是激光源，典型为激光二极管，每个激光源发射单色光束，即由单一颜色组成的光束。

所述装置可以典型的包含三个源，所述装置被配置用于通过将由每个所述源单独发射的光束组合而成的共同路径来形成光束。更精确地，源可从一个原到另一个源发射不同颜色的光束。这些颜色例如是红、绿和蓝(RGB)。

每个源的光功率通过一个或多个激光源的供电电流而被独立控制。在给定的光功率下，光束的颜色由在各激光二极管之间建立功率比的方式来确定。例如为了获得白光，光功率，作为比例，必须依照如下分配来建立：对于绿光二极管是60％，对于蓝光二极管是30％，对于红光二极管是10％。每个源的光功率也可以被控制以调节光束的光功率。

每个源发射的光束被定向为，例如，彼此平行并沿相同方向反射以通过组合形成共同光束。为此目的，所述装置包括在一波长范围上为半透明的光学单元，例如分色镜或结合板(combiner plate)，其拦截由每个所述源发射的光束，并将它们在所述光束的方向上结合。

更通常的，所述装置被配置用于由所述一个或多个激光束形成所述光束，而无论所包含的源的数量。在单一源的情况下，光束由所采用的单一源发射的激光束组成，而所获得图像则将是单色的，根据所述颜色的分级，由在构成其的每一个点处施加的各水平的光功率构成。在多个源的情况下，典型地为上文所提到的三个源，于是形成所述光束的所述共同光束将允许图像根据色谱建立，其分辨率将对应于所述源的供电的控制的分辨率。

所述装置可以还包括用于控制至所述源的电流供应的器件。如上文所述，它们可允许光束的颜色的选择。

作为非限制性例子，所述扫描投影仪还包含，例如，这样的投影扫描仪，其功能为水平和垂直地移动由一个或多个光源发射的光束，以根据一频率进行扫描，该频率特别是等于60Hz。该扫描投影仪特别是包括使用微电机系统的扫描镜(以下称为MEMS镜)，在其上，由一个或多个光源发射的光束被反射为扫描光束10。这样的MEMS镜具有例如1mm²的直径。MEMS镜被设计为围绕两个旋转轴旋转以执行所述装置的图像漫射器29的扫描，例如以60Hz的刷新频率扫描。所述图像然后形成在所述图像漫射器29上。替代地，MEMS镜可以由两个平面且可移动镜来替代，其移动为相关联的。这些镜中的一个可专用于沿水平轴线扫描，而另一个镜可专用于沿垂直轴线扫描。

形成有图像的图像漫射器29可以是透明的投影屏幕，其具有复杂的结构以用来通过透明度产生投影。替代地，其可为半透明的。其例如由玻璃制成，特别是未抛光的，或由聚碳酸酯制成。举例来说，该图像漫射器29为“出射光瞳扩展器(Exit Pupil Expander)”类型。其允许观察锥形区域(cone of observation)被拓宽。其在该光束穿过的平面中延伸，来源于该扫描光束10的图像形成于该图像漫射器29的一个面的平面上。

该漫射屏接收扫描光束10。其被设置为使该扫描光束10沿一角域发生散射，该角域例如在扫描光束10入射在图像漫射器29上的点处相对于扫描光束10的方向等于30°。为此目的，根据一个非限定性例子，漫射屏的一个面为粗糙的，在此意义上其包括导致扫描光束发生散射的不规则体。该粗糙面对应于光束离开所经由的面，换句话说，其上形成有图像的面。

在图像漫射器29相对于光束行进方向的下游，所述显示装置包括至少一个半反射板21和，可选的，插入在图像漫射器29和半反射板21之间的图像的路径中的反射装置25。在该图中，图像的路径由在通过半反射板21显示前在反射装置25上被反射的箭头来表示。该半反射板允许超过所述半反射板的图像9(特别是超过配备有所述装置的车辆的风挡)在借助于所述半反射板21获得的虚拟屏幕上的放大和/或，通过透明方式的显示。

该透明板具有的反射功率至少等于20％，其允许用户通过该板看到车辆行驶所沿的道路，同时又受益于允许被显示图像被看到的高对比度。可替代地，图像的显示可以通过装备有所述显示装置的车辆的风挡来实现。

然而，根据本发明，所述显示装置还包含至少一个光传感器13。所述图像生成装置11被配置为利用该光传感器13产生位于驾驶员的视野3中的区域15内的环境光强度的测量，该区域15称为环境背景，其中所述图像形成为允许所述图像的亮度与所述环境背景相适应。换句话说，如图2所示，环境背景包围所述图像9。

亮度的测量因此在沿所述图像9的方向定位的区域内实施，且因此在车辆行驶所沿的道路或路径7的方向上实施。

该布置允许呈现给车辆的驾驶员5亮度舒适的图像，即其光强为舒适的，即足够却不炫目，特别是在黑暗中。

所述光传感器13在此集成在所述图像生成装置11中，以接收沿与所述图像的发射方向的光束19(即朝向图像生成装置11导向的光束)相反的方向的光束17。沿相反方向的该光束17对应于呈现于所述图像内的环境光，例如在环境背景内，特别是由允许所述虚拟图像9显示的所述风挡或所述半反射板21传输的环境光，如图1所示的。

如所示的，所述光传感器13有利地定位在用于发射所述图像的光束的光路23中，即在所述环境光的反射回的光束17上。

如已看到的，所述显示装置1可设置有光学部件，例如所述反射装置25的两个反射镜25a、25b，用于在驾驶员5的视野3内显示所述图像9，所述光学部件限定被发射光束的所述光路23的全部或部分。

所述光传感器13有利地相对于光学部件中的一个定位，此处为反射装置25的第一反射镜25b，其位于图像生成装置11的下游，以使得从所述光学部件接收光束17，该光束17与所述图像的发出光束的方向19相反，并对应于呈现于所述图像中的环境光。

因此，所述光传感器13看到在与所述图像9的发出光束的方向相反方向上的并对应于呈现于所述图像中的环境光的光束17，尤其在环境背景上，特别是通过终端光学部件21传送的环境光，即允许显示所述虚拟图像9的所述半反射板或风挡。

图像生成装置11可以特别的包括壳体27，包括限定用于形成所述图像的光学路径所述光学部件中的一个，该光学部件设计为位于壳体的一个面31上。这可以特别是图像生成装置的图像漫射器29。该光传感器13在此布置为接近所述图像漫射器29，优选的刚性连接至(如例子中的)所述图像漫射器29和/或所述壳体27。

所述图像生成装置将有利地包括用于产生所述图像9的控制单元33。所述控制单元包括，例如，所述控制供应至光源的电流的器件。

所述光传感器13将连接至所述控制单元33，使得所述控制单元能够相对于所述环境背景来调节所述图像9的亮度，与由光传感器13测得的环境光相对应。

因此，所述图像9可在最小干涉的情况下显示在正被观察的道路7上。

此外，由此装备有光传感器13的所示图像生成装置11例如可有利地，根据图像生成装置的标准化且具有成本效益的制造，通过其壳体27以紧凑且刚性的样式配置，以适用于各种显示设备。

本发明由此提供一种显示装置，其可以给车辆的驾驶员提供图像，其光强度舒适且可持续地适应于环境光强度，即具有对于车辆的驾驶员足够而又不炫目的亮度，特别是在黑暗中。

Claims (10)

1.一种用于在驾驶员(5)的视野(3)内显示虚拟图像(9)的显示装置(1)，所述显示装置(1)包括：

图像生成装置(11)，其配置为使用沿第一方向的光路显示虚拟图像；

至少一个半反射板，其位于所述光路上；

至少一个全反射装置，其不同于所述半反射板，并且在所述图像生成装置(11)与该至少一个半反射板之间位于所述光路上；

至少一个光传感器(13)，

所述图像生成装置(11)被配置为利用所述光传感器(13)产生位于在形成有所述图像(9)的方向上的区域(15)内的环境光强度的测量，所述区域(15)称为环境背景，以允许所述图像(9)的亮度适于所述环境背景，并且

环境光使用沿第二方向的光路到达所述光传感器(13)，该第二方向与第一方向相反，

其中，所述虚拟图像显示在通过所述至少一个半反射板获得的虚拟屏幕上。

2.如权利要求1所述的显示装置(1)，其中所述光传感器(13)集成到所示图像生成装置(11)中，以接收光束(17)，所述光束(17)沿与所述图像(9)发射光束(19)相反的方向并对应于呈现于所述图像的环境背景中的环境光。

3.如权利要求2所述的显示装置(1)，其中所述光传感器(13)定位在用于所述图像的发射的光束(19)的光路(23)中。

4.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置(1)，包括反射装置(25)，用来在驾驶员的视野内显示所述图像，所述反射装置(25)限定所述光路(23)的全部或一部分。

5.如权利要求4所述的显示装置(1)，其中所述图像生成装置(11)包含壳体(27)，该壳体(27)经由位于该壳体的一个面(31)上的图像漫射器(29)来传输所述图像，所述光传感器(13)设置为接近所述图像漫射器(29)。

6.如权利要求5所述的显示装置(1)，其中所述光传感器(13)刚性地附接至下列中的一个：图像漫射器、壳体，以及漫射器和壳体的组合。

7.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置(1)，其中所述图像生成装置包括用于产生所述图像(9)的控制单元(33)，所述光传感器(13)连接至所述控制单元(33)，所述控制单元(33)被设计为相对于所述环境背景来调节所述图像(9)的亮度，与由光传感器(13)测得的环境光相对应。

8.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其中所述图像生成装置包括配备有至少一个激光二极管的光源。

9.一种用于如前述权利要求中任一项所述的显示装置(1)的图像生成装置，所述传感器(18)设置在所述图像生成装置(11)内。

10.如权利要求9所述的装置，被配置为适用于多种显示装置。