CN106249411A - 投影装置及将虚拟图像投影至车辆驾驶员视野中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将虚拟图像投影至车辆(1)的驾驶员(3)的视野中的投影装置，该投影装置包含用于发射呈现虚拟图像的具有可预先设定的强度的光信号的成像装置(5)，用于在视野中显示该光信号的投影元件(7)，以及至少一个光传感器(10)，光传感器(10)用于获取驾驶员的视野内的当前环境光的强度，以便根据获取的环境光的强度调整发射的光信号的强度，其中，由成像装置(5)发射的光信号具有预先确定偏振特性，并且使用偏振滤波器过滤到达光传感器(10)的环境光，该偏振滤波器在光信号到达光传感器(10)之前过滤出光信号的偏振特性。本发明还涉及用于将虚拟图像投影至车辆驾驶员的视野内的方法。

Description

投影装置及将虚拟图像投影至车辆驾驶员视野中的方法

技术领域

本发明涉及一种投影装置，具体涉及一种抬头显示器，并且涉及用于将虚拟图像投影到车辆——尤其是机动车辆——的驾驶员的视野中的方法。

背景技术

抬头显示器具有在车辆(尤其是机动车辆)驾驶员的视野内或者其中投影或显示信息的作用。为了该目的，通常提供至少一个成像装置和投影元件。该成像装置产生将被显示为图像的信息并通过由投影元件显示的光信号在驾驶员视野中呈现该信息。该投影元件是光透射及反射表面，例如机动车辆的挡风玻璃。由成像装置发射的光信号被投影在挡风玻璃的内侧上以使得驾驶员能够同时看到或察觉到被投影的虚拟图像及挡风玻璃后面的真实世界二者。这里的信息被呈现给驾驶员，宛如他们在挡风玻璃外面自由浮动。

组合抬头显示器是在车辆驾驶员的视野内的整个单独平板上显示虚拟图像的抬头显示器。因此，组合抬头显示器可以不依赖于挡风玻璃的形式使用并且因此可以用于不同类型的车辆。

为了驾驶员视野内虚拟图像的可感知性或可读性，被投影在投影元件上的光信号和驾驶员视野内当前主要环境光之间的特定对比度是必要的。

发明内容

针对该背景，本发明基于如下目的：提供一种投影装置及用于将虚拟图像投影至车辆驾驶员视野内的方法，该投影装置始终，也就是说尤其在变化的环境光线状况下，对车辆驾驶员而言保证虚拟图像的良好的可感知性或可读性。另外，将投影装置安装至车辆中的安装复杂度应该尽可能地低并且投影装置应该紧凑。

该目的通过具有权利要求1的特征的投影装置以及具有权利要求5的特征的方法来实现。另外，各自的从属权利要求披露了本申请的特别有利的实施例。

应该注意的是，权利要求中的单独列出的特征可以以任何技术上有意义的方式结合并且给出本申请的其他实施例。本说明书尤其结合附图另外描绘并说明了本申请。

根据本申请，一种用于将虚拟图像投影至车辆——尤其是机动车辆——驾驶员视野中的投影装置，尤其是抬头显示器或组合抬头显示器，包含：用于发射用于呈现虚拟图像的具有可预先指定的强度的光信号的成像装置、用于在视野中显示光信号的投影元件、以及至少一个光传感器，该光传感器用于获取驾驶员视野中的当前环境光强度，以便根据获取的环境光强度调整发射的光信号的强度。这保证了对车辆驾驶员而言虚拟图像的良好的可感知性和可读性。

投影装置可以指投影仪，例如抬头显示器或组合抬头显示器，该投影装置可以透过车辆的前面板或挡风玻璃将一项图像信息投影至驾驶员的视野中，例如车辆驾驶员的前方。该车辆可以是机动车辆，例如客车、卡车、摩托车或飞机。本发明背景下的视野可以被理解为意味着尤其是在驾驶员的观察方向上驾驶员前方的区域。该视野可以设置在例如车辆挡风玻璃的方向上。虚拟图像可以是位于从驾驶员视角的视野内的呈现。例如，虚拟图像可以从驾驶员的视角呈现，正如其似乎在挡风玻璃前方浮动，或者可以被显示在位于视野内环绕车辆的区域内。虚拟图像可以表示例如字符。另外或可替换地，虚拟图像还可以被投影至车辆的另一乘员——例如前方乘客——的视野内。

成像装置可以被理解为意味着显示装置，例如显示器，尤其是TFT(薄膜晶体管)显示器。该成像装置可以具有用于产生虚拟图像的单个图像点的多个光源。因此光信号可以是一组多个光束。单个光束可以具有不同的波长以便能够以不同颜色表示虚拟图像。该投影元件及成像装置可以如此设置以使得由成像装置发射的光信号到达投影元件的表面并且由投影元件的该表面反射至视野内。投影元件可以是平板。投影元件可以设计为相对于光信号可反射的。另外，投影元件可以配置为相对于从远离驾驶员的投影元件的一侧到达投影元件的光是光透射的。通过这种方式，驾驶员的视野可以不受投影元件限制，或者仅仅轻微受限，并且虚拟图像仍然可以被投影至视野内。光传感器可以是光电二极管或摄像机。本发明意义内的环境光可以被理解为意味着从围绕车辆的空间进入车辆的光。具体地，根据本发明，在驾驶员视野内由驾驶员感知的环境光由光传感器获取。

环境光的强度优选地被连续获取以使得发射的光信号的强度可以优选地始终适应于驾驶员视野中的环境光的当前强度。在此，发射的光信号的强度优选地随着驾驶员视野内的环境光的强度增加而增加，另外的情况下其可以被减弱。

根据本发明，由成像装置发射的光信号具有预先确定的偏振特性。本发明使用成像装置(例如TFT显示器)的以偏振的形式射出光信号的特性。另一方面，环境光不被偏振。另外，偏振滤波器设置在环境光至光传感器的光束线路中，该偏振滤波器过滤到达光传感器的环境光以使得由成像装置发射的光信号的偏振特性被过滤出去。换句话说，偏振滤波器在光信号到达光感器之前从环境光中过滤出来自成像装置的被偏振的光信号。这保证由光传感器获取的入射光的强度只依赖于驾驶员视野中的环境光，并且不包括由成像装置发射的光信号的部分。

本发明的一个有利的实施例提供至少一个用于引导由成像装置发射的光信号的光学元件，相对于由成像装置发射的光信号的光束线路，该光学元件被设置在成像装置的下游及投影元件的上游。例如，光学元件可以是像镜子、凹面镜等这样的反射元件，或者像透镜、凸透镜等这样的折射元件，或者像半透射型镜子、棱镜等这样的半透射元件，或者像滤波镜等这样的电介质或二色性元件，以及他们的结合。一个或多个这些光学元件可以设置在成像装置和投影元件之间的光束线路中。

根据本发明的另一有利实施例，投影装置具有壳体，成像装置、光传感器、偏振滤波器及至少一个光学元件容纳在该壳体中。通过这种方式可行的是，由于没有与投影装置的壳体相分离的附加部件需要安装，尤其显著降低投影装置的安装复杂度。另外，投影装置因此可以配置为是紧凑的，由于所有必要部件均设置在壳体内。

本发明的另一有利实施例规定光传感器设置为使得环境光在到达光传感器之前到达至少一个光学元件。换句话说，相同的光学元件同时用于将由成像装置发射的光信号至投影元件的表面上的投影及在驾驶员视野内当前的环境光在光传感器上的投射。因此，不需要附加的光学元件将环境光引导至光传感器，这进一步简化了投影装置的结构并降低了投影装置的制造成本。

根据本发明的另一方面，提供一种用于将虚拟图像投影至车辆驾驶员视野内的方法，该方法包含以下步骤：发射具有可预先指定的强度的用于呈现虚拟图像的光信号，使用投影元件在视野内显示光信号，使用至少一个光传感器获取在驾驶员的视野的当前环境光的强度，以及根据获取的环境光的强度调整发射的光信号的强度。关于前面提到的术语的含义，参照之前关于根据本发明的投影装置的解释，该术语类似地还应该应用于根据本发明的方法。

根据本发明的方法另外规定调制发射的光信号以使得其具有预先确定的偏振特性。由成像装置本身，尤其例如由(TFT)显示器根据本发明执行对由成像装置发射的光信号的该调制。该方法还包含使用偏振滤波器在光信号到达光传感器之前从到达光传感器的环境光中过滤出发射的光信号的预先确定的偏振特性。

根据本发明的方法的有利实施例，使用至少一个光学元件将发射的光信号引导至投影元件，并且使用相同的光学元件将环境光引导至光传感器。

可以由上述投影装置的元件或装置执行该方法的步骤。通过例如电路的形式的适合的控制装置可以提供用于驱动相应元件或装置的必要控制信号。

附图说明

在下面的本发明的具体实施方式中可以获得本发明的其他特征和优点，该具体实施方式将被理解为非限制性的并且将参照附图在以下更加详细地描述该具体实施方式。在附图中，附图示意性示出了：

图1是具有根据本发明的示例性实施例的投影装置的车辆的剖视图及其中的细节放大图；

图2是图1的投影装置的框图。

具体实施方式

在不同的附图中，在其功能上相当的部分通常具有相同的附图标记并且因此总体上只描述一次。

图1在上半部分图片中说明了车辆1的剖视图，根据本发明的一个示例性实施例，该车辆1具有用于将虚拟图像投影至车辆1的驾驶员3的视野内的投影装置，并且在图片的左下方说明了投影装置2的细节放大视图。

图1中所示的示例性实施例中投影装置2配置为邻近车辆1的挡风玻璃4设置的组合抬头显示器。在投影装置2的运行期间，虚拟图像可以被显示在车辆1的驾驶员3的视野中。

投影装置2具有用于发射用于呈现虚拟图像的光信号的成像装置5，在这种情况下是TFT显示器。通过反射光学元件6——在此是镜子的形式，例如凹透镜、平面镜或任意形式的镜子——将光信号反射至投影元件7上以便在驾驶员3的视野内显示光信号。在所示的示例性实施例中投影元件7代表组合抬头显示器2的组合。

根据该示例性实施例，成像装置5及光学元件6设置在集成在车辆1的仪表板的壳体8中。壳体8具有朝向仪表板的表面的通孔，通过该通孔由光学元件6反射的光信号可以射出壳体8并且到达投影元件7。投影元件7配置为面板，在此是弯曲面板，例如球面的、非球面的或任意形式。投影元件7配置在壳体8的外面并且从仪表板的表面开始远离仪表板的表面延伸。远离仪表板表面的投影元件7的至少一个区域位于驾驶员3的视野内。投影元件7可以配置为例如矩形的或半圆形的。该投影元件7配置为在驾驶员3的视野内投影由光信号呈现的图像。投影元件7是光透射设计以使得驾驶员3能够通过投影元件7感知车辆的环境。

根据图1所示的示例性实施例，投影装置2另外包含光传感器(未示出)，该光传感器获取驾驶员视野内的当前环境光的强度，以便根据获取的环境光的强度调整发射的光信号的强度。该光传感器优选地获取来自在图1中由粗杆标记的车辆1的挡风玻璃4前方的区域9的环境光。另外，环境光的不同光束路线在图1中通过相应的箭头(实线、点划线、虚线)示出。可以看出的是，环境光从驾驶员3的视野通过光透射投影元件7到达光学元件6并且由此在成像装置5的方向上被引导至壳体8内。光传感器优选地设置在相应箭头的端部，也就是说例如在壳体8的成像装置5的上方、下方或紧邻成像装置，应该据此获取并评估到达投影装置2的环境光的光束路线。

还可以想到的是，投影装置2具有优选地在壳体8内的多于一个的光传感器，这样可以由相应的光传感器获取不同光束路线的光强度，由此例如可以形成用于确定在驾驶员3的视野内当前环境光的强度的平均值。

图1所示的投影装置2还具有偏振滤波器(未示出)，该偏振滤波器与光传感器(同样未示出)相关联。偏振滤波器优选地同样被容纳在壳体8中并且设置为例如紧邻光传感器。通常，众所周知，由成像装置5发射的光信号具有源于用作成像装置5的(TFT)显示器的运行模式的偏振特性。相反，环境光没有偏振。选择与光传感器关联的偏振滤波器以使得其从到达光传感器的环境光中过滤出被发射的光信号的偏振特性。换句话说，偏振滤波器不允许环境光中的光信号的任一部分通过，这使得由光传感器获取的光强度只依赖于驾驶员3的视野中的当前环境光。

图2示出了图1的投影装置2的框图。示意性示出的是驾驶员3、挡风玻璃4、成像装置5、至少一个光学元件6、获取的环境光的区域9及光传感器10。

如可以在图2中左半部分的图片中看出的，由成像装置5发射例如s-偏振光的偏振光信号11。例如TFT显示器的成像装置5在此以公知的方式用作光信号的调制器。S-偏振光信号11随后由至少一个例如镜子的光学元件6引导至投影元件(未在图2中示出)，使得投影元件可以在驾驶员3的视野内显示光信号的虚拟图像。

可以从图2的右半部分图片中看到的是，未偏振的环境光12如何通过挡风玻璃4从区域9进入车辆并且在那由投影装置2的相同的光学元件6引导至光传感器10，光学元件6将由成像装置5发射的s-偏振光信号11引导至驾驶员3。在其从挡风玻璃4至光传感器10的路线中，使用偏振滤波器(未示出)过滤出初始无偏振环境光12，使得其在穿过偏振滤波器之后类似地具有偏振特性。现在选择偏振滤波器使得其过滤出s-偏振光信号11的偏振特性。换句话说，在投影装置2的图2所示的示例性实施例中的偏振滤波器从无偏振环境光12中过滤出s-偏振光11，使得其在穿过偏振滤波器之后具有偏振特性，在这种情况下具体地是p-偏振。过滤后p-偏振环境光13的强度只依赖于驾驶员3的视野中当前环境光的强度并且不会受发射的光信号11的强度的影响，随后p-偏振环境光13到达光传感器10，在此环境光的强度被获取。随后根据由光传感器10获取的环境光的强度调整发射的光信号11的强度，以便由于足够的对比度而对驾驶员3而言始终保证虚拟图像的良好的可感知性和可读性。

参照附图中说明的示例性实施例更加详细地解释了根据本发明的投影装置及方法。然而，投影装置及方法并不限于在此描述的实施例，而是还包含具有相同功能的其他实施例。具体地，本发明可以以相同的方式适用于挡风玻璃抬头显示器及组合抬头显示器。另外，发射的光信号的偏振特性将依赖于使用的成像装置的类型，因此选择偏振滤波器使得其能够在任何情况下从无偏振环境光中过滤出发射的偏振光信号。例如，在由成像装置圆偏振的左向偏振的光信号的情况下，在环境光穿过滤波器之后由偏振滤波器过滤的环境光将被右向偏振。为了该目的，偏振滤波器可以是用于过滤圆偏振光的拉姆达/4滤波器(左向或右向偏振)或者是线性偏振光(s-偏振或p-偏振)情况下的拉姆达/2滤波器。

根据本发明的投影装置在优选的配置中用作车辆——尤其是机动车辆——中的挡风玻璃抬头显示器或组合抬头显示器。

附图标记列表

1 车辆

2 投影装置

3 驾驶员

4 挡风玻璃

5 成像装置

6 光学元件

7 投影元件

8 壳体

9 获取环境光的区域

10 光传感器

11 s-偏振光信号

12 无偏振环境光

13 p-偏振环境光

Claims (6)

1.一种用于将虚拟图像投影至车辆(1)的驾驶员(3)的视野中的投影装置，所述投影装置包含：

成像装置(5)，所述成像装置(5)用于发射具有可预先设定的强度的用于呈现所述虚拟图像的光信号；

投影元件(7)，所述投影元件(7)用于在所述视野中显示光信号；以及

至少一个光传感器(10)，所述至少一个光传感器(10)用于获取所述驾驶员的所述视野中的当前环境光的强度，从而根据获取的所述环境光的强度调整发射的所述光信号的强度，

其中由所述成像装置(5)发射的所述光信号具有预先确定的偏振特性，并且使用偏振滤波器过滤到达光传感器(10)的环境光，所述偏振滤波器在光信号到达所述光传感器(10)之前过滤出所述光信号的偏振特性。

2.根据权利要求1所述的投影装置，

其特征在于，

相对于由所述成像装置(5)发射的所述光信号的光束路径，用于引导由所述成像装置(5)发射的所述光信号的至少一个光学元件(6)设置在所述成像装置(5)的下游及所述投影装置(7)的上游。

3.根据权利要求1和2所述的投影装置，

其特征在于，

包含壳体(8)，所述成像装置(5)、所述光传感器(10)、所述偏振滤波器及所述至少一个光学元件(6)被容纳在所述壳体(8)中。

4.根据权利要求2或3所述的投影装置，

其特征在于，

所述光传感器(10)设置为使得所述环境光在到达所述光传感器(10)之前到达所述至少一个光学元件(6)。

5.一种用于将虚拟图像投影至车辆(1)的驾驶员(3)的视野中的方法，所述方法包含以下步骤：

发射用于呈现所述虚拟图像的具有可预先设定的强度的光信号；

调制发射的所述光信号使得其具有预先确定的偏振特性；

使用投影元件(7)在视野中显示所述光信号；

使用至少一个光传感器(10)获取驾驶员视野内的当前环境光的强度；

使用偏振滤波器在所述光信号到达所述光传感器(10)之前从到达所述光传感器(10)的环境光中过滤出发射的所述光信号的预定偏振特性；以及

根据获取的环境光的强度调整发射的所述光信号的强度。

6.根据前一权利要求所述的方法，进一步包含使用至少一个光学元件(6)将发射的所述光信号引导至所述投影元件(7)，以及使用相同的所述光学元件(6)将环境光引导至所述光传感器(10)。