CN106489095B - 用于接触模拟平视显示器(hud)的投影装置 - Google Patents

用于接触模拟平视显示器(hud)的投影装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于平视显示器(HUD)的投影装置，其至少包括‑车辆挡风玻璃(1)，其包括通过热塑性中间层(4)相互接合的外玻璃板(2)和内玻璃板(3)与上边缘(O)、下边缘(U)和HUD区域(B)，所述热塑性中间层(4)的厚度在上边缘(O)和下边缘(U)之间的垂直路径中至少在HUD区域(B)中以楔角(α)可变，其中所述车辆挡风玻璃(1)具有55°～75°的安装角度，并且其中外玻璃板(2)和内玻璃板(3)各自具有最大5mm的厚度；和‑投影仪(5)，所述投影仪指向HUD区域(B)，并且以至少为5m的投影距离(d)产生观察者(6)可以看见的虚拟图像(7)，其中所述挡风玻璃(1)在HUD区域(B)中具有至少为6m的垂直曲率半径(R)，并且其中最大楔角(α)小于或等于0.3mrad。

Description

用于接触模拟平视显示器(HUD)的投影装置
本发明涉及用于平视显示器(HUD)的投影装置、其制造方法以及挡风玻璃在这样的投影装置中的用途。
现代的汽车越来越多配有所谓的平视显示器(HUD)。利用例如仪表板或者车顶区域中的投影仪将图像投影到挡风玻璃上，在那里被反射，被驾驶员作为(从他的角度观察)挡风玻璃后面的虚拟图像所看见。可以将重要信息投影到驾驶员的视野之中，例如驾驶员可以看见的当前行驶速度、导航或者警告提示，而不必将其目光从车道移开。因此平视显示器可以显著有助于提升交通安全性。用于显示静态信息的典型HUD的投影距离(虚拟图像和驾驶员之间的距离)通常约为2m。
HUD的一种较新的变型称作接触模拟HUD或者增强现实HUB。这些HUD的特征在于较大的HUD范围(玻璃上的投影面)和明显更大的投影距离，至少5m，通常甚至超过7m。接触模拟HUD开拓了不再仅仅将可读信息静态地投影到玻璃上，而且使用光学信息来标明真实车辆环境的元素的可能性-示例性应用是光学标记车道边界、光学突出路边行人、直接在车道上的导航提示或者标记由驾驶辅助系统所识别的车辆。通过光束在投影仪之内的较大光程长度，例如通过附加的反射镜和较大的体积产生较大的投影距离。例如DE102014001710A1、WO2014079567A1、US2013249942A1、US2014354692A1、US2014375816A1和WO2013136374A1公开了接触模拟HUD。
对于HUD而言出现投影仪图像在挡风玻璃的两个表面上反射的基本问题。因此驾驶员不仅看见所需的主图像，而且也看见略微偏置的、通常强度较弱的副图像。后者通常也称作重影。一般来说，解决该问题的方式是将反射表面以有意选择的角度相互布置，以使得主图像和重影重叠，由此使得重影不再明显碍眼。在用于平视显示器的传统的复合玻璃中，楔角通常大约为0.5mrad。
挡风玻璃由两个通过热塑性薄膜相互层压的玻璃板构成。如果应如所述的那样以一个角度布置玻璃板的表面，则通常使用具有非恒定厚度的热塑性薄膜。其也称作楔形薄膜或楔薄膜。将该薄膜的两个表面之间的角度称作楔角。楔角可以在整个薄膜上恒定(线性厚度变化)，或者可以随位置而变(非线性厚度变化)。例如WO2009/071135A1、EP1800855B1或者EP1880243A2公开了具有楔薄膜的复合玻璃。
通常利用挤出制造楔薄膜，其中使用楔形的挤出模头。制造具有尤其取决于具体的玻璃板几何和平视显示器的投影装置的所需楔角的楔薄膜非常昂贵和复杂。
本发明的目的在于，提供具有改进的挡风玻璃的用于平视显示器(HUD)的投影装置，其可以成本更有利且更简单地制造并且可用于将重影问题有效地最小化。
按照本发明，通过根据权利要求1所述的投影装置实现这一目的。从属权利要求示出优选实施方案。
本发明的用于平视显示器(HUD)的投影装置包括至少一个车辆挡风玻璃(尤其是机动车、例如轿车的挡风玻璃)和投影仪。通常如HUD中常见那样，投影仪照射挡风玻璃的一个区域，在那里将射线朝向观察者(驾驶员)反射，从而产生处在车辆中的观察者从他的角度观察在挡风玻璃后面看见的虚拟图像。可以通过投影仪照射的挡风玻璃区域称作HUD区域。投影仪指向HUD区域。通常可以通过反射镜改变投影仪的光束方向，尤其是在垂直方向上，以使得投影适应于观察者的身高。将在给定的反射镜位置时观察者眼睛必须所在的区域称作眼动范围窗口(Eyeboxfenster)。可以通过调整反射镜来垂直移动该眼动范围窗口，其中将由此可以达到的整个区域(即所有可能的眼动范围窗口的叠加)称作眼动范围。处在眼动范围之内的观察者可以看见虚拟图像。所指的当然是观察者的眼睛必须处在眼动范围之内，而不是说整个身体。在投影仪和眼动范围中心之间传播的光束通常称作中心光束。这是设计HUD投影装置的特征参考光束。
本领域技术人员一般已知这里所使用的HUD领域的专业概念。对于详细描述，可参阅慕尼黑工业大学信息学院的Alexander Neumann的博士论文“基于仿真的平视显示器检测技术(Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-up Displays)”(慕尼黑：慕尼黑工业大学图书馆，2012)，尤其是参阅第2章“平视显示器(Das Head-upDisplay)”。
挡风玻璃包括通过热塑性中间层相互接合的外玻璃板和内玻璃板。挡风玻璃用于在车辆的窗户开口中将内室与外部环境分开。本发明所述的内玻璃板指的是复合玻璃的朝向内室(车辆内室)的玻璃板。外玻璃板指的是朝向外部环境的玻璃板。
中间层的厚度在挡风玻璃的上边缘和下边缘之间的垂直路径中至少局部可变。这里所述的“局部”指的是上边缘与下边缘之间的垂直路径至少具有一个区段，其中中间层厚度随位置而变，即中间层具有楔角。中间层的厚度至少在HUD区域内可变。但是，该厚度也可以在多个区段中或者在整个垂直路径中变化，例如从下边缘到上边缘单调增大。垂直路径指的是在路径方向上基本垂直于上边缘的在上边缘与下边缘之间的路径。由于挡风玻璃的上边缘可能显著不同于直线，该垂直路径在本发明中更准确来说是垂直于上边缘的角之间的(直线)连接线的。中间层至少局部具有有限的楔角，也就是在厚度可变的区段中具有大于0°的楔角。所谓楔角指的是中间层的两个表面之间的角度。如果楔角并非恒定，则对于其测量应考虑在某一点处在表面上的切线。
本发明的平视显示器是所谓的接触模拟HUD或者增强现实HUD。接触模拟HUD中，不仅将信息投影到挡风玻璃的有限区域上，而且也包括外部环境的元素。对此的实例是标记行人、显示与前车的距离或者将导航说明直接投影到车道上，例如用于标记要选择的行驶轨迹。因此接触模拟HUD与典型的静态HUD的区别在于投影距离至少为5m。静态HUD中，投影距离明显较小，通常约为2m。本发明中的投影距离指的是虚拟图像与观察者(即通常是驾驶员的头部)之间的距离。投影距离优选至少为7m。投影距离优选最多为15m。
在接触模拟HUD的投影装置中，所有投影的图像的投影距离基本上恒定。观察者主观上应以不同距离看见的投影在现实中基本上也具有基本上相同的投影距离。通过几何光学效应实现不同距离的主观印象。
通常将挡风玻璃与虚拟图像之间的距离称作像距。由于驾驶员头部与挡风玻璃之间通常有大约一米的距离，像距比投影距离小近乎1m。因此，替代投影距离，也能以充分的精确度考虑将像距作为标准。因此像距优选至少为4m，尤其优选至少6m，并且优选最多14m。
最大楔角小于或等于0.3mrad。这明显小于传统静态HUD中的典型楔角(大约0.5mrad)。所谓的最大楔角指的是中间层中出现的最大楔角，其中应忽略边缘处可能的极限值。
本发明的挡风玻璃在HUD区域内具有至少6m的垂直曲率半径。这就是说，在HUD区域内仅仅出现大于或等于6m的垂直曲率半径。所述垂直曲率半径在此涉及玻璃板在上边缘与下边缘之间的垂直尺寸中的曲面。垂直意味着垂直于上边缘朝向下边缘，其中如果上边缘不同于直线，则应将其想象为上边缘的角之间的直线连接线。大曲率半径相当于弯曲程度小，小曲率半径相当于玻璃板的弯曲程度大。
本发明基于令人惊奇的认识：接触模拟HUD与静态HUB相比的增大的投影距离与HUD区域中不太大程度的玻璃板弯曲的结合确保在小楔角的情况下使得主图像和重影有效重叠。如果投影距离在5m以上并且曲率半径至少为6m，仅需最多0.3mrad的楔角。本发明也能够使用只有小楔角的热塑性薄膜，其与具有较大楔角的薄膜相比可以成本更有利且更简单地制造。因此通过拉伸而不是挤出具有恒定厚度的薄膜，可获得这样的薄膜。
通过复合玻璃的不同表面上的折射和反射，可能在透射中引起双像-透过复合玻璃观察的物体此时看起来是两个。通过针对HUD优化的具有大楔角的楔薄膜，甚至可能增强该效应。本发明能够使用很小的楔角，从而减小在透射中的双像问题。这是本发明的另一个重要的优点。
除了投影距离和玻璃曲率之外，其它因素也对所需的楔角有影响，其中包括玻璃板厚度以及挡风玻璃的安装角度。如果HUD的设计合适，明显更小的楔角就够用。在一个优选实施方案中，最大楔角小于或等于0.2mrad，特别优选小于或等于0.15mrad，尤其特别优选小于或等于0.1mrad。楔角越小，则中间层的制造越简单，并且透射中的双像问题越不明显。
HUD区域中的垂直曲率半径优选为6m～10m。这就是说，在HUD区域中仅仅出现6m～10m的垂直曲率半径。这样得到良好的结果，而不必将HUD区域中的玻璃板设计得过分平坦，这例如出于美观或者空气动力学的原因是通常不希望的。
在一个优选实施方案中，HUD区域中的垂直曲率半径至少为7m，优选为7m～9m，尤其优选为7m～8m。这样获得特别好的结果。
整个挡风玻璃的垂直曲率半径优选为1m～20m，尤其优选为2m～15m，尤其为3m～13m。
楔角可以在垂直路径中恒定，这产生中间层的线性厚度变化，其中所述厚度通常并且优选自下而上变大。方向说明“自下而上”表示从下边缘到上边缘的方向。但也可以存在更复杂的厚度分布(Dickenprofil)，此时楔角可以自下而上线性或者非线性地可变(即在垂直路径中随位置可变)。
中间层的厚度可以在水平截面(即大致平行于上边缘和下边缘的截面)中恒定。此时，厚度分布在复合玻璃的宽度上恒定。但是，厚度也可以在水平截面中可变。此时，厚度不仅在垂直路径中，而且也在水平路径中可变。
通过至少一个热塑性薄膜形成中间层。在一个有利的实施方案中，通过拉伸在薄膜中产生楔角。楔形薄膜不是挤出的，而是原先作为具有基本上恒定厚度的传统薄膜提供并且通过拉伸变形，以使其具有所需的楔角。这是比通过挤出制造更简单、成本更有利的。本领域技术人员事后尤其在下边缘和/或上边缘附近的典型厚度分布方面识别楔角是否通过拉伸或者通过挤出形成的。
接触模拟HUD中的HUD区域通常比传统静态HUD的大。在一个优选实施方案中，本发明的HUD区域的面积为挡风玻璃面积的至少7％，尤其优选至少8％。静态HUD的HUD区域的面积通常为挡风玻璃面积的最多4～5％。例如HUD区域的面积为40000mm2～125000mm2。
挡风玻璃相对于水平线的安装角通常为55°～75°，尤其58°～72°。在这些安装角度的情况下可以无问题地实现本发明的楔角。在一个特别有利的实施方案中，相对于水平线的安装角度为60°～68°，优选为63°～67°。这样能实现特别小的中间层楔角。
挡风玻璃上的中心光束的入射角优选为50°～75°，尤其优选60°～70°，例如为65°。入射角相对于挡风玻璃上的法线方向而测量。
基本上可以在专业常见的值范围内自由选择外玻璃板和内玻璃板的厚度。对于传统的挡风玻璃来说常见的是单玻璃板的厚度为1mm～5mm，尤其1.2mm～3mm。因此可以无问题地实现本发明的楔角。单玻璃板有利地各自具有最大为5mm、尤其最大为3mm的厚度。标准玻璃板厚度例如为2.1mm或者1.6mm。外玻璃板和内玻璃板的优选厚度为1.2mm～2.6mm，尤其优选1.4mm～2.1mm。在一个优选实施方案中，外玻璃板和内玻璃板的厚度最多为2.6mm，尤其优选最多2.1mm，因为由此有利地需要小的楔角。
在另一个优选实施方案中，挡风玻璃的单玻璃板的至少一个具有更小的厚度。除了减轻重量之外，这还有需要还更小的楔角来抵消重影的优点，因为反射的表面彼此更靠近。由此，主图像和重影相互间移位较不大，从而能够使用较小的楔角使它们重合。
内玻璃板优选具有小于1.2mm的厚度。外玻璃板在此优选比内玻璃板厚，这样尽管材料厚度较小，仍然实现充分的挡风玻璃稳定性。内玻璃板的厚度尤其优选为0.3mm～1.1mm，非常尤其优选为0.5mm～0.9mm并且尤其为0.6mm～0.8mm。
外玻璃板可以具有对于复合玻璃来说传统范围内的厚度，尤其2.1mm～3.0mm，例如2.1mm或者2.6mm。在一个特别有利的实施方案中，外玻璃板也是较薄的玻璃板并且具有小于2.1mm的厚度。这样加强出现以上提及的优点。
外玻璃板的厚度优选为1.2mm～2.0mm，尤其优选为1.4mm～1.8mm，非常尤其优选为1.5mm～1.7mm。通过这些厚度，复合玻璃是充分稳定的，足以用作车辆玻璃。较厚的外玻璃板与较薄的内玻璃板制成的不对称组合被证明有利于提高抗石击性和破碎强度。
外玻璃板和内玻璃板可以是非预应力玻璃板。但是替代地，薄的内玻璃板可以是化学预应力玻璃板。在化学预应力中，通过离子交换改变表面区域中玻璃的化学成分。尤其，较厚的外玻璃板是非预应力玻璃板，较薄的内玻璃板是化学预应力玻璃板。
内玻璃板和外玻璃板优选由玻璃、尤其优选由钠钙玻璃构成，这被证明对窗户玻璃是有利的。但是，这些玻璃板也可以由其它玻璃种类构成，例如硼硅酸盐玻璃或者铝硅酸盐玻璃。这些玻璃也可以基本上替代地由塑料制成，尤其是聚碳酸酯或者PMMA。
外玻璃板优选包含钠钙玻璃，内玻璃板包含钠钙玻璃或者铝硅酸盐玻璃。外玻璃板尤其优选由非预应力钠钙玻璃构成，内玻璃板同样由非预应力钠钙玻璃构成或者由化学预应力铝硅酸盐玻璃构成。铝硅酸盐可以比钠钙玻璃更有效地进行化学预加应力。
外玻璃板、内玻璃板和热塑性中间层可以透明无色，但也可以着色或者染色。在一个优选实施方案中，透过复合玻璃的总透射率大于70％，尤其当复合玻璃是挡风玻璃的时候。术语总透射率涉及通过ECE-R 43，附录3，§9.1规定的机动车玻璃透光率检验方法。
除了垂直曲率之外，挡风玻璃的特征也在于水平曲率。然而，这对重影问题的影响是次要的，因此不是本发明根本的。可以按专业常见那样选择曲率。挡风玻璃原则上也可以是平坦的(即具有无限的垂直和水平曲率半径)，例如当其用作公交车、火车或者拖拉机的玻璃板的时候。
中间层优选具有0.2mm～2mm、尤其优选0.3mm～1mm、非常尤其优选0.5mm～0.9mm的最小厚度。最小厚度指的是中间层最薄位置处的厚度。具有较薄中间层的复合玻璃通常具有太小的稳定性，无法用作车辆玻璃。市面上销售的热塑性薄膜，尤其PVB薄膜的标准厚度为0.76mm。可以由这些薄膜通过拉伸有利地引入本发明的楔角。由于本发明的楔角非常小，使薄膜不会局部太薄而出现复合玻璃稳定性的问题。
中间层优选至少包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯(PU)或者其混合物、共聚物或衍生物，尤其优选包含PVB。在一个优选实施方案中，中间层由PVB薄膜形成。
可以通过单个薄膜、或者也可以通过多于一个薄膜形成中间层。在后一种情况下，这些薄膜的至少一个必须具有楔角。中间层也可以由具有降噪作用的所谓的消声薄膜形成。这样的薄膜通常由至少三个层构成，其中中间层具有比包围其的外层更高的塑性或者弹性，例如是由于更高含量的增塑剂。此类降噪的多层薄膜的应用优选用于改善声学舒适性。当外玻璃板和/或内玻璃板具有小厚度并且因此无法很好屏蔽噪声的时候，这就特别有利。
本发明的挡风玻璃可以具有功能涂层，例如红外反射或吸收涂层、紫外反射或吸收涂层、赋色涂层、低辐射涂层、可加热涂层、具有天线功能的涂层、碎片粘连的涂层、或者用于屏蔽电磁辐射的涂层。功能涂层可以布置在外玻璃板或者内玻璃板的表面上，或者也可以布置在中间层中的例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的嵌入薄膜上。
此外本发明还包括制造尤其如以上所述形成的用于HUD的投影装置的方法，所述投影装置包括：
-车辆挡风玻璃，其包括通过热塑性中间层相互接合的外玻璃板和内玻璃板与上边缘、下边缘和HUD区域，其中所述热塑性中间层的厚度在上边缘和下边缘之间的垂直路径中至少在HUD区域内以小于或等于0.3mrad的楔角可变；和
-投影仪，所述投影仪指向HUD区域，并且以至少5m的投影距离产生虚拟图像。
本发明的方法至少包括以下方法步骤：
(a)确定挡风玻璃的HUD区域；
(b)创建垂直曲率半径的分布，其中所述垂直曲率半径在HUD区域内至少为6m；
(c)制造具有楔角和所确定的垂直曲率半径的挡风玻璃；
(d)相对布置挡风玻璃和投影仪，由此产生投影装置。
所述方法的特殊优点在于，在设计投影装置的时候包括挡风玻璃的曲率分布。以上关于复合玻璃所述的优选实施方案相应地适用于本发明的方法。
玻璃板厚度以及安装位置通常在设计HUD的时候已经确定。以此为基础也可以在理论上确定楔角，从而将重影最优地最小化。通过专业常见的模拟确定楔角分布。还必须确定挡风玻璃与投影仪之间的相对布置。由于曲率分布也可能对重影有影响，此时可能需要调节楔角。可以反复进行具有楔角和曲率分布的玻璃几何的最终确定，直至将重影问题最小化。通常在设计阶段，通常根据车辆的CAD数据进行目前为止所述的步骤。在确定了最终玻璃几何之后，就可以制造玻璃。
以至少一个薄膜的形式提供热塑性中间层。在一个优选实施方案中，这是具有(在初始状态下)基本上恒定厚度的传统的热塑性薄膜，尤其PVB薄膜。优选通过拉伸薄膜，即通过合适牵拉的机械力作用引入具有本发明楔角的可变厚度。可以通过拉伸实现本发明的小楔角，这与通过挤出制造楔薄膜相比明显成本更有利。替代地，也可以通过借助楔形挤出模头通过挤出来制造热塑性中间层。
在层压之前根据所确定的曲率分布对外玻璃板和内玻璃板进行弯曲加工。优选使得外玻璃板和内玻璃板共同(即同时并且通过同一个模具)一致性弯曲，因为这样使得玻璃板的形状对于稍后进行的层压而言最佳地相互匹配。玻璃弯曲加工的典型温度例如为500℃～700℃。
如果应对内玻璃板进行化学预加应力，那么在弯曲之后有利地缓慢冷却玻璃板，优选以0.05℃/秒～0.5℃/秒的冷却速率直至冷却到400℃的温度，以避免热应力。然后也可以以更高的冷却速率继续冷却，因为在低于400℃时产生热应力的危险很小。优选在300℃～600℃、尤其优选在400℃～500℃的温度下进行化学预加应力。在此使用盐熔体处理玻璃板，例如将其浸没到盐熔体之中。在处理过程中，尤其将玻璃的钠离子替换成更大的离子，尤其是更大的碱金属离子，由此产生所需的表面压应力。盐熔体优选是钾盐，尤其优选硝酸钾(KNO3)或者硫酸钾(KSO4)，非常尤其优选硝酸钾(KNO3)的熔体。常见的处理持续时间为2～48小时。使用盐熔体处理之后，将玻璃板冷却到室温。接着优选使用硫酸(H2SO4)清洗玻璃板。
利用本领域技术人员本身已知的常见方法，例如高压釜法、真空袋法、真空环法、压延机法、真空层压机或者其组合，通过层压来制造挡风玻璃。通常在热量、真空和/或压力作用下实现外玻璃板和内玻璃板的接合。
接着将挡风玻璃和投影仪相对于彼此布置，通常通过将挡风玻璃和投影仪安装到车身之中。由此形成本发明的投影装置。
优选在车辆中、尤其优选在机动车中、非常尤其优选在轿车中使用本发明所述的投影装置作为平视显示器(HUD)。
此外，本发明还涉及包括通过热塑性中间层相互接合的外玻璃板和内玻璃板的车辆挡风玻璃在以至少5m的投影距离的用于平视显示器的投影装置中的用途，其中所述热塑性中间层的厚度在垂直路径中以小于或等于0.3mrad的楔角可变，所述挡风玻璃具有垂直曲率半径至少为6m的区域，其中将挡风玻璃的HUD区域完全布置在垂直曲率半径至少为6m的所述区域中。
以下根据附图和实施例对本发明进行更进一步阐述。附图是示意图，并且没有按照比例。附图决不限制本发明。
图1显示本发明的投影装置的挡风玻璃的俯视图，
图2显示通过本发明的投影装置的横截面，以及
图3显示本发明的方法的一个实施方案的流程图。
图1所示为本发明的投影装置的挡风玻璃1的俯视图。挡风玻璃1具有上边缘O、下边缘U和两个将其连接的侧边缘。上边缘O在安装位置中向上朝向车顶(车顶边缘)，下边缘U向下朝向发动机舱(发动机边缘)。挡风玻璃1具有HUD区域B，该区域在安装位置中可以被HUD投影仪照射并且在工作状态下受到照射。
图2所示为通过本发明的投影装置的横截面，所述投影装置包括图1中的挡风玻璃以及HUD投影仪5。挡风玻璃1被切割线A-A’切开。挡风玻璃1由通过热塑性中间层4相互接合的外玻璃板2和内玻璃板3构成。挡风玻璃1将车辆内室与外部环境分开，其中外玻璃板2在安装位置中朝向外部环境，内玻璃板3朝向车辆内室。相对于水平线的安装角度β例如为65°。
外玻璃板2和内玻璃板3例如由非预应力钠钙玻璃构成。外玻璃板2具有例如2.1mm的厚度，内玻璃板3具有1.6mm的厚度。这些玻璃板常用于挡风玻璃。中间层4的厚度在从下边缘U朝向上边缘O的垂直路径中连续增大，其中两个表面之间的楔角α基本上恒定。中间层4由单一的PVB薄膜形成。中间层4在上边缘O处的厚度例如为1.0mm，并且在下边缘U处例如为0.76mm。通过中间层4的楔形设计，使得由于在外玻璃板2和内玻璃板3的两个背向中间层4的表面上反射投影图像所产生的两个图像相互重叠。因此出现干扰性重影的程度小。
投影仪5指向HUD区域B。应通过投影仪5在该区域中产生图像。挡风玻璃1将投影图像朝向观察者6(车辆驾驶员)反射。由此产生虚拟图像7，处在车内的观察者6从他的角度观察在挡风玻璃1后面看见该虚拟图像。观察者6与虚拟图像7之间的距离称作投影距离d。挡风玻璃1与虚拟图像7之间的距离称作像距w。
本发明的投影装置是所谓的接触模拟HUD或者现实增强HUD，其特征在于投影距离d大，例如10m。这能将周围环境包括到光学成像(Darstellung)中，从而例如可以将要选择的行驶轨迹作为观察者6可见的导航提示直接投影到车道上。除了较大的投影距离d之外，接触模拟HUD与传统HUD的区别也在于较大的HUD区域B，其面积例如为挡风玻璃1面积的9％。
观察者6的眼睛必须处在其中才看见虚拟图像的区域称作眼动范围窗口。可以通过投影仪5中的反射镜垂直调整眼动范围窗口，以使得HUD能够适应于身高和坐姿不同的观察者6。可在其中移动眼动范围窗口的整个可到达的区域称作眼动范围E。
挡风玻璃1在HUD区域B之内具有至少6m，例如8m～9m的垂直曲率半径R。发明人已经认识到，大的投影距离d与HUD区域B中大的曲率半径R的结合仅需非常小的楔角α，以避免重影。楔角α例如为0.27mrad。可以通过拉伸在具有例如0.76mm的基本上恒定厚度的传统PVB薄膜中产生这样小的楔角α。与使用通过挤出制造的楔薄膜相比，由此明显简化并且成本更有利地制造挡风玻璃1。
可以例如通过还更大的投影距离d或者通过将较薄的玻璃用于外玻璃板2和/或内玻璃板3，实现还更小的楔角α。在一个替代性实施方案中，外玻璃板2和内玻璃板3由薄玻璃形成，并且例如外玻璃板2的厚度为1.6mm，内玻璃板3的厚度为0.7mm。
图3所示为制造用于平视显示器的投影装置的本发明方法的一个实施例的流程图。由车辆的设计数据(CAD)确定外玻璃板2、内玻璃板3和中间层4的厚度以及挡风玻璃1和投影仪5的相对布置。除了入射角之外，由相对布置也得出挡风玻璃1的HUD区域B，该区域相当于被照射或者可被照射的区域。如果确定了HUD区域B，就确定玻璃板的曲率分布。按照本发明，在HUD区域B中仅允许出现至少为6m的垂直曲率半径R。其余玻璃板的垂直曲率半径R以及水平曲率半径可以自由选择，并通常由车辆制造商预定(车辆设计)。现在计算理论上预期的重影，并且确定中间层4的楔角α以使得主图像和重影重叠。挡风玻璃1的设计由此确定，并且使用所确定的垂直曲率半径R的值以及楔角α通过专业常见的方法制造挡风玻璃。通过拉伸标准薄膜特别有利地实现本发明的小楔角α。接着将挡风玻璃1和投影仪5相对于彼此布置，由此产生所述投影装置。通常通过将挡风玻璃1和投影仪5安装到车身之中来实现。
实施例
下表包含模拟结果。针对外玻璃板2和内玻璃板3的不同厚度、不同的投影距离d和HUD区域B中不同的最小垂直曲率半径R，确定对于避免重影所需的楔角α。在所有实施例中假设挡风玻璃1和投影仪5的相对布置是恒定的。
在前十二行的本发明实施例中(具有本发明的曲率半径R和本发明的投影距离d)，出现小于0.3mrad的本发明的楔角α。接触模拟HUD中可通过适当调整挡风玻璃1的曲率半径实现如此小的楔角α，这对于本领域技术人员来说出乎意料并且令人惊奇。
最后四行描述了将投影距离缩短到低于5m的对比例。这里出现大于0.3mrad的楔角。
附图标记列表：
(1)挡风玻璃
(2)外玻璃板
(3)内玻璃板
(4)热塑性中间层
(5)投影仪
(6)观察者/车辆驾驶员
(7)虚拟图像
(O)挡风玻璃1的上边缘
(U)挡风玻璃1的下边缘
(B)挡风破璃1的HUD区域
α 中间层4的楔角
β 1相对于水平线的安装角度
R 挡风玻璃1的垂直曲率半径
d 投影距离/6和7的距离
w 像距/1和7的距离
(E)眼动范围
A-A’垂直切割线

Claims (26)

1.用于平视显示器(HUD)的投影装置，其至少包括
-车辆挡风玻璃(1)，其包括通过热塑性中间层(4)相互接合的外玻璃板(2)和内玻璃板(3)并具有上边缘(O)和下边缘(U)和可以通过投影仪(5)照射的HUD区域(B)，其中所述热塑性中间层(4)的厚度在上边缘(O)和下边缘(U)之间的垂直路径中至少在HUD区域(B)中以楔角(α)可变，其中所述车辆挡风玻璃(1)具有55°～75°的安装角度，并且其中外玻璃板(2)和内玻璃板(3)各自具有最大5mm的厚度；和
-投影仪(5)，所述投影仪指向HUD区域(B)，并且以至少5m的投影距离(d)产生观察者(6)可以看见的虚拟图像(7)，
其中所述挡风玻璃(1)在HUD区域(B)中具有至少6m的垂直曲率半径(R)，并且其中最大楔角(α)小于或等于0.3mrad。
2.根据权利要求1所述的投影装置，其中最大楔角(α)小于或等于0.2mrad。
3.根据权利要求1所述的投影装置，其中最大楔角(α)小于或等于0.15mrad。
4.根据权利要求1所述的投影装置，其中最大楔角(α)小于或等于0.1mrad。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中通过至少一个热塑性薄膜形成中间层(4)，在所述热塑性薄膜中通过拉伸产生楔角(α)。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中HUD区域(B)中的垂直曲率半径(R)为6m～10m。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中HUD区域(B)中的垂直曲率半径(R)至少为7m。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中HUD区域(B)中的垂直曲率半径(R)为7m～9m。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中外玻璃板(2)和内玻璃板(3)具有最多2.6mm的厚度。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中外玻璃板(2)和内玻璃板(3)具有最多2.1mm的厚度。
11.根据权利要求9所述的投影装置，其中内玻璃板(3)具有小于1.2mm的厚度，和外玻璃板(2)具有小于2.1mm的厚度。
12.根据权利要求9所述的投影装置，其中内玻璃板(3)的厚度为0.3mm～1.1mm。
13.根据权利要求9所述的投影装置，其中内玻璃板(3)的厚度为0.5mm～0.9mm。
14.根据权利要求9所述的投影装置，其中内玻璃板(3)的厚度为0.6mm～0.8mm。
15.根据权利要求9所述的投影装置，其中外玻璃板(2)的厚度为1.2mm～2.0mm。
16.根据权利要求9所述的投影装置，其中外玻璃板(2)的厚度为1.4mm～1.8mm。
17.根据权利要求11所述的投影装置，其中内玻璃板(3)是化学预应力玻璃板。
18.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中中间层(4)具有0.2mm～2mm的最小厚度。
19.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中中间层(4)具有0.3mm～1mm的最小厚度。
20.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中中间层(4)具有0.5mm～0.9mm的最小厚度。
21.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中中间层(4)至少包含聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯(PU)或者其混合物、共聚物或衍生物。
22.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中外玻璃板(2)包含钠钙玻璃，并且其中内玻璃板(3)包含钠钙玻璃或者铝硅酸盐玻璃。
23.根据权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中中间层(4)被设计成降噪的多层薄膜。
24.制造权利要求1～23中任一项所述的用于平视显示器(HUD)的投影装置的方法，所述投影装置包括
-车辆挡风玻璃(1)，其包括通过热塑性中间层(4)相互接合的外玻璃板(2)和内玻璃板(3)并具有上边缘(O)和下边缘(U)和可以通过投影仪(5)照射的HUD区域(B)，其中所述热塑性中间层(4)的厚度在上边缘(O)和下边缘(U)之间的垂直路径中至少在HUD区域(B)中以小于或等于0.3mrad的楔角(α)可变；和
-投影仪(5)，所述投影仪指向HUD区域(B)，并且以至少5m的投影距离(d)产生虚拟图像(7)；
其中所述方法至少包括以下方法步骤：
(a)确定挡风玻璃(1)的HUD区域(B)；
(b)创建垂直曲率半径(R)的分布，其中所述垂直曲率半径(R)在HUD区域(B)中至少为6m；
(c)制造具有楔角(α)和所确定的垂直曲率半径(R)的挡风玻璃(1)；
(d)相对布置挡风玻璃(1)和投影仪(5)，其中产生投影装置。
25.根据权利要求24所述的方法，其中通过拉伸将楔角(α)引入到厚度恒定的热塑性薄膜之中。
26.包括通过热塑性中间层(4)相互接合的外玻璃板(2)和内玻璃板(3)的车辆挡风玻璃(1)在以至少5m的投影距离(d)的用于平视显示器的投影装置中的用途，其中所述热塑性中间层(4)的厚度在垂直路径中以小于或等于0.3mrad的楔角(α)可变，所述挡风玻璃具有垂直曲率半径(R)至少为6m的区域，其中将挡风玻璃(1)的可以通过投影仪(5)照射的HUD区域(B)完全布置在垂直曲率半径(R)至少为6m的所述区域之内。
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