CN107407811A - 平视显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合器、一种平视显示模块和一种车辆。为了提高平视显示器的图像品质，设置了包括透明板片(12)的组合器(10)。该透明板片构造成向用户(16)反射投影图像(15)。该透明板片具有小于1mm的厚度。

Description

平视显示器

技术领域

本发明涉及汽车应用的领域。具体地，本发明涉及一种组合器、一种平视显示模块和一种车辆。

背景技术

平视显示器/抬头显示器(head-up display)用于车辆中以将诸如车速和警告信号的信息可视化。平视显示器可包括安放在终端用户前方的透明屏幕，该屏幕用于反射投影图像并协助在终端用户前方形成包含信息的虚拟图像。平视显示器的一个重要方面是由透明屏幕提供的虚拟图像的品质。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有改善的图像品质的平视显示器。

通过独立权利要求的主题来实现本发明的目的，其中更多实施方式结合在从属权利要求中。应当指出的，以下描述的本发明的各方面适用于组合器/组合装置(combiner)、平视显示模块和车辆。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆用平视显示器的组合器。该组合器包括透明板片。该透明板片构造成向用户反射投影图像。该透明板片具有小于1mm的厚度。

作为一个优点，可以减轻由于组合器的两个平行表面的反射而引起的投影双图像效应——较明亮的主图像和亮度较低的“重像”，从而增加呈现给观看者——例如驾驶者——的投影图像如符号的易读性。这是因为透明板片(或屏幕)的厚度的减小可以使重像在从观看者的位置看去时在与主图像相同的位置移动(或至少使重像更靠近主图像移动)。换言之，主图像与重像之间的偏离减小以使得主图像和重像(或至少两个图像的大部分)重叠。另外，由于组合器屏幕的厚度小，所以即使在存在过程变异性的情况下，重像与主图像之间的距离也仍可低于分辨阈值。这引起增加的容许工艺公差并进而引起高工艺成品率和低成本。

作为又一个优点，通过在平视显示屏幕的制作期间使用较少的材料，可以降低屏幕的成本。

根据本发明的一个实施方式，厚度跨透明板片是恒定的。

作为一个优点，组合器具有厚度恒定的简单几何形状。其它特定几何形状——例如沿屏幕的竖直方向增大的厚度——可能更难制造。

作为又一个优点，屏幕的恒定厚度使得组合器能够借助于冲压工艺形成。可以从根据要求形状切割的大母板获得单独的屏幕。另一方面，如果屏幕将具有特殊几何形状，例如增大的厚度，则不可以应用冲压工艺，这是因为从同一块板获得的不同部件将具有不同平均厚度，并且在从驾驶者看去时将使重像在不同位置移动。

作为再又一个优点，平坦几何形状也可降低由增大的容许工艺公差给出的制造和组装成本。

根据本发明的一个实施方式，组合器还包括支承结构。透明板片以使得支承结构为透明板片提供机械支承的方式安装在支承结构上。此外，该结构也为透明板片提供了一定曲率以进一步增强光学表现，或可以使它是平坦的。

作为一个优点，该支承结构为透明板片提供了机械支承或机械强度。

根据本发明的一个实施方式，该支承结构包括第一销和第二销。第一销和第二销配置在透明板片的对向两侧。

根据本发明的一个实施方式，支承结构是包围透明板片的框架。

有利地，该框架限定组合器屏幕的形状并向透明板片提供机械支承。透明板片(或屏幕)的形状可以是正方形、矩形、圆形、椭圆形或任何其它期望的几何形状。框架可由任意合适的材料制成。设想的材料包括金属、木材、塑料和提供用于支承透明板片的充分刚度的其它组分。该透明板片也可以以包括例如附接和紧固的许多方式安装在框架上。

根据本发明的一个实施方式，框架和透明板片由同一材料并一体地形成。

作为一个优点，使用诸如塑料的同一材料来提供机械支承以及组合器屏幕、即透明板片的所需低厚度。

根据本发明的一个实施方式，支承结构被设置为车辆仪表板模块的一部分。

作为一个优点，可以不需要另外的单独机械支承件。透明板片可集成在或可移除地安装在车辆仪表板模块上。

根据本发明的一个实施方式，透明板片包括用于反射投影图像的第一表面和第二表面。第一表面和第二表面构造成具有不同反射率。

作为一个优点，通过调节第一表面和第二表面的反射率，可提高主虚拟图像的亮度并且可降低重像的亮度。这可以进一步提高主虚拟图像的品质并增强呈现给驾驶者的符号的易读性。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于车辆的平视显示模块。该平视显示模块包括图像投影器和根据在上文和下文中描述的实施方式之一的组合器。图像投影器构造成朝组合器投影图像。该组合器构造成朝用户反射投影图像。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据第二方面的平视显示模块或其实施方式的车辆。

根据本发明的第四方面，提供了一种包括根据第二方面的平视显示模块或其实施方式的用于飞机的驾驶舱显示器。

在以下应用中，也称作“HUD”的术语“平视显示器”可以涉及用于在驾驶者不必明显移动他的道路视野的情况下光学地向车辆驾驶者提供信息的装置。HUD可以直接投影到汽车挡风玻璃上，或可替代地它可以投影到例如搁置在汽车仪表板的顶部上的组合器屏幕上。

术语“组合器”或组合器HUD可指的是方向盘与挡风玻璃之间用于向诸如驾驶者的用户反射投影图像的透明屏幕，例如小型塑料屏幕。组合器可以以它在驾驶者前方例如约2米的距离处作为虚拟图像出现的方式将所显示的数据与场景融合。应指出，如在以下说明中概述的组合器涉及与向挡风玻璃(即前挡玻璃)投影虚拟图像的前挡玻璃HUD形成对照的单独组合器。

术语“投影图像”涉及投影至组合器屏幕的图像，该图像可以包含导航信息和车辆的当前速度。另外，投影图像可加入由基于摄像机交通标志识别提供可选择地提供的当前限速和其它当地交通规则。

术语“透明的”或半透明的指透明板片是通透的，或足够透明以允许光通过，或允许观看者透视。

因此，可以视为本发明的要点的是，组合器HUD的厚度减小，这允许减轻或甚至消除双图像效应(归因于组合器HUD的两个平行表面的反射)。此外，组合器HUD具有厚度一致的简单几何结构，这可以允许高产出制造工艺以及降低的制造和组装成本。

本发明的这些和其它方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考这些实施例阐述。

现在参考下图在下文中描述本发明的示例性实施方式。

附图说明

图1示出组合器的一个示例性实施方式的侧视图。

图2示出具有销形式的机械支承件的组合器的一个示例性实施方式的示意图。

图3A示出具有框架形式的机械支承件的组合器的一个示例性实施方式的示意图。

图3B示出图3A的侧视图。

图4示出具有车辆仪表板形式的机械支承件的组合器的一个示例性实施方式的示意图。

图5示出平视显示模块的一个示例性实施方式的示意图。

图6示出车辆的一个示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出组合器10的一个示例性实施方式的侧视图。该组合器包括透明板片12。透明板片12构造成向用户16——例如驾驶者——反射使用白色箭头15表示的投影图像。

透明板片12具有小于1mm的厚度。在又一示例中，该厚度小于500μm。在再又一示例中，该厚度小于250μm。

透明板片12的要求厚度取决于期望的图像品质。基于期望品质因数Q，在考虑D(用户16与投影的双图像22或24之间的距离)、n₁(组合器12的折射率)、n₀(空气的折射率)和α(从图像15朝组合器12行进的光束的入射角)的情况下，组合器厚度t通过以下不等式来确定上限：

品质因数Q定义为可以通过人眼正确地感知的最小细节的大小。在一个实施方式中，品质因数Q具有1/60的值，即每度视野有60个个体元素。在又一示例中，品质因数Q具有1/90的值。在又一示例中，品质因数Q具有1/120的值。

透明板片12包括两个平行的表面，即第一表面18和第二表面20。在操作期间，加入了例如一般驾驶信息如限速和导航方向以及紧急警告信号的图像15(还参见图5)投影至组合器屏幕的第一表面18(以及第二表面)20，组合器屏幕又朝用户16或所谓的眼框——驾驶者的眼睛位于其中的区域——反射投影图像。用户16因此以投影图像15在例如约两米开外出现——或换言之，为虚拟图像——这样的方式观察投影图像15。然而，由于两个表面18和20都参与反射过程，所以用户16将观察到两个虚拟图像——主虚拟图像22(较明亮的图像)和亮度降低的重影虚拟重像24。出于图示目的，主虚拟图像22由实线白色箭头表示，而重影虚拟重像24由虚线白色箭头表示。重影虚拟重像24的存在降低了呈现给用户16的主虚拟图像22中的信息的易读性。

主虚拟图像22与重影虚拟重像24之间的距离取决于透明板片12的厚度。通过减小透明板片12的厚度，重影虚拟重像24朝向主虚拟图像22移动。如果厚度足够小，则主虚拟图像22与重影虚拟重像24彼此重叠并且它们之间的距离足够小而从标称观看距离、即在驾驶位置分辨不出。例如，对于通过组合器投影的虚拟图像与观看者之间的2米的观看距离而言，视力非常好——例如，20/10——的人在主虚拟图像和重影虚拟重像分开290μm以下时可能无法在它们之间进行分辨。如果组合器被安置在该距离的一半——即1米——处，并且组合器与视线之间的角度为45度，则组合器的透明板片的要求厚度为约190μm。应指出，这些值仅仅是示范性的。满足本申请所采用的用于双图像抑制的品质标准的任何其它值仍处于本发明的精神内。

作为一个选择，如图1所示，该厚度跨透明板片12是恒定的。换言之，组合器10具有厚度一致的简单几何结构。

组合器的透明板片、即组合器屏幕的薄的、平坦的几何结构通过以增大的容许工艺公差抑制双虚拟图像而提供了高图像品质，从而允许高产出制造工艺的使用以及低的制造和组装成本。

将会了解的是，该透明板片可以由具有一定硬度的透明材料薄板或由塑性透明箔制成。应指出，术语“塑性”用来表示材料的物理特性，亦即，它在机械力下表现，并且不一定是指材料的化学成分。透明板片以适合的方式制作。例如，单独的组合器可通过刀片切削工艺由大的箔片或由初始母板制成，由所述初始母板冲压出各个预先成形的屏幕并且然后热压至期望厚度。

由于这种薄结构的机械强度可能不是很适合车内应用，所以可以设置支承结构以提供期望的机械性能。

图2示出提供期望的机械性能的一个示例，其中组合器10还包括支承结构26。透明板片12以使得支承结构26为透明板片12提供机械支承的方式安装在支承结构26上。

将透明板片“安装”在支承结构上可以指将透明结构牢固地附接、附着、紧固或以任何其它合适的方式固定在支承结构上。

在作为一个选择的图2所示的一个示例中，支承结构26包括第一销28和第二销30。第一销28和第二销30配置在透明板片12的对向两侧。换言之，透明板片12——即显示器或屏幕——借助于安置在显示器的两侧的两个销28、30保持就位。

术语“销”可以指用于协助保持或支承透明板片的构件或装置。例如，图2示出两个杆形的机械销。

尽管在图2中未示出，但支承结构26还可包括第三、第四或更多销。

图3A示出又一示例，其中支承结构26是包围透明板片12的框架32。

框架32限定透明板片12或屏幕的形状。尽管透明板片12在图2中呈正方形，但是应该了解的是，屏幕的形状也可以是矩形、圆形、椭圆形，或具有任何其它期望的几何形状。

作为一种选择，框架32和透明板片12由同一材料并一体地形成。例如，如图3B(图3A的截面图)所示，中央区域——即透明板片12或屏幕——相对于组合器10的两侧凹进。这样，组合器10的中央部分——即透明板片12——提供产生单个虚拟图像所需的厚度，而同一材料的外部较厚框架32提供所需的刚性。

一体结构可以借助于从较大的母板切削预成形的组合器，然后进行形成凹进区域的热冲压或压制的另一加工工序来制作。

图4示出再又一示例，其中支承结构26被设置为车辆仪表板模块34的一部分。

例如，如图4所示，组合器10的透明板片12集成在车辆仪表板模块34的装饰元件中。这样，透明板片12提供用于HUD的屏幕，而装饰元件提供所需的机械强度。

将会了解的是，透明板片12当然可以安装在车辆仪表板模块上。例如，可通过从大的卷材进行刀片切削来获得透明板片并且然后可以借助于胶粘方法将它附接到车辆仪表板模块34上。

作为上述实施例的又一选择，向透明板片12施加表面处理工序，例如提高第一表面18的反射率和/或降低第二表面20的反射率以便提高主虚拟图像的亮度并降低重影虚拟重像的亮度。

图5示出平视显示模块40的一个示例。平视显示模块40包括图像投影器36和根据上述实施方式之一的组合器10。图像投影器36构造成朝组合器10投影图像15。组合器10构造成朝用户16反射投影图像15。

图5中还示出了普通光学装置38，例如一系列折叠式反射镜14，其设置成使光偏转并进而向组合器10投影图像15。

图6示出包括平视显示模块40的车辆100的一个示例。

作为一种选择，平视显示模块40的组合器10安装在车辆仪表板模块34上。

将会了解的是，平视显示模块40可配置在任意合适的位置。平视显示模块40也可针对最佳观看而被水平或竖直地调节。

此外，应当了解的是，组合器可具有不同尺寸以满足不同要求，例如用于部署在紧凑型汽车中的小型组合器。如图中所示的尺寸仅处于图示的目的。

根据又一实施方式(未示出)，提供了一种包括根据第二方面的平视显示模块或其实施方式的用于飞机的驾驶舱显示器。

前面的详细描述在性质上仅仅是示范性的，且并非旨在限制应用和用途。

此外，并非旨在受在前面的背景技术或发明内容或前面的详细描述中提出的任何理论约束。

应当指出的是，术语“包括”不排除多个要素。还应指出，参考上述示例性实施方式之一描述的特征也可以与上述其它实施方式的其它特征相结合地使用。

此外，虽然在前面的发明内容和详细描述中已提出至少一个示例性实施例，但应该了解的是，存在非常多的变型。

概述的示例性实施方式是示例，且并非旨在以任何方式限制范围、适用性或构型。

确切而言，前面的发明内容和详细描述将为本领域的技术人员提供实施示例性实施方式的方便教导，但应当理解的是，可以对在示例性实施例中描述的元件的功能和布置结构做出各种变更而不脱离如在所附权利要求和它们的合法等效方案中阐述的范围。

Claims (11)

1.一种用于车辆用平视显示模块的组合器(10)，包括：

透明板片(12)；

其中，所述透明板片构造成向用户(16)反射投影图像(14)；并且

其中，所述透明板片具有小于1mm的厚度。

2.根据权利要求1所述的组合器，其中，所述厚度跨所述透明板片(12)是一致的。

3.根据权利要求1或2所述的组合器，还包括：

支承结构(26)；

其中，所述透明板片(12)以使得所述支承结构为所述透明板片提供机械支承的方式安装在所述支承结构上。

4.根据权利要求3所述的组合器，其中，所述支承结构(26)包括：

第一销(28)；和

第二销(30)；

其中，所述第一销和第二销配置在所述透明板片(12)的对向两侧。

5.根据权利要求3所述的组合器，其中，所述支承结构(26)是包围所述透明板片(12)的框架(32)。

6.根据权利要求5所述的组合器，其中，所述框架(32)和所述透明板片(12)由相同材料一体地形成。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的组合器，其中，所述支承结构(26)被设置为车辆仪表板模块(34)的一部分。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组合器，

其中，所述透明板片(12)包括用于反射投影图像的第一表面(18)和第二表面(20)；并且

其中，所述第一表面和第二表面构造成具有不同的反射率。

9.一种用于车辆的平视显示模块(40)，包括：

图像投影器(36)；和

根据前述权利要求中任一项所述的组合器(10)；

其中，所述图像投影器构造成向所述组合器投影图像；并且

其中，所述组合器构造成向用户反射所述投影图像。

10.一种车辆(100)，包括根据权利要求9所述的平视显示模块(40)。

11.一种用于飞机的驾驶舱显示器，所述驾驶舱显示器包括根据权利要求9所述的平视显示模块(40)。