CN109791285B

CN109791285B - 包括光传感器的显示器

Info

Publication number: CN109791285B
Application number: CN201780034610.5A
Authority: CN
Inventors: F.格兰德克莱尔; P.默米洛德
Original assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Current assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: FR3050542A1; WO2017186745A1; EP3449305A1; US11330691B2; CN109791285A; EP3449305B1; FR3050542B1; US20200413516A1

Abstract

本发明涉及一种显示器(1)，包括：壳体(10)，‑图像生成单元(20)，和‑光传感器(30)，设置在所述壳体(10)的内部(INT)中，适于传送代表由其接收的光强度的信号，显示器(1)被适配成使得由图像生成单元(20)生成的图像的亮度作为所述信号的函数被控制。根据本发明，显示器(1)还包括位于显示器(1)的壳体(10)的内部(INT)中的光导(50)，其具有输入面(51)并且被成形为在其输入面(51)处收集来自显示器的壳体(10)外部的光线，以及用于将所述光线引导到所述传感器(30)。

Description

包括光传感器的显示器

技术领域

本发明涉及一种显示器，特别地涉及一种平视显示器。

更特别地说，涉及一种显示器，包括：

-壳体；

-图像生成单元；和

-光传感器，布置在所述壳体内，适于传送代表其接收的发光强度的信号；

所述显示器被设计成使得由所述图像生成单元生成的图像的亮度根据所述信号进行控制。

它特别有利地适用于机动车辆。

背景技术

对于机动车辆的驾驶员，特别有帮助的是，能够查看与车辆的操作、交通状况等有关的信息而不必将他或她的视线从车辆前方的道路上移开以便这样做。

在这方面，已知的做法是给机动车辆装配平视显示器。在这样的显示器中，由图像生成单元生成包括要显示的信息的图像。然后通过位于驾驶员前方的半透明板例如位于车辆风挡和驾驶员眼睛之间的组合器的部分反射，将该图像在视觉上叠加在车辆前方的环境上。

为了使以这种方式显示的信息足够明亮以便能够正确地观看，而不会使驾驶员有眼花缭乱的风险，有必要将如此叠加在车辆外部环境上的图像的亮度与该环境本身的亮度相匹配，白天驾驶和夜间驾驶或通过隧道之间差异很大。

在这方面，已知的做法是为平视显示器提供光传感器，然后控制单元根据光传感器获取的信号控制所生成图像的亮度，以便匹配该图像的亮度与环境亮度。

更特别地，已知的做法是将光传感器定位在显示器的壳体内。然后在显示器壳体中形成开口，使得来自外部的一部分发光辐射进入壳体并到达光传感器。然而，显示器外壳的内部对于用户是可见的，从而损害了显示器的外观。

发明内容

在这种情况下，本发明提供了一种如在引言中所限定的显示器，其还包括位于显示器外壳内部的光导，该光导具有输入面并且被成形为在其输入面处收集源自显示器的壳体外部的发光辐射，并将所述发光辐射引导到所述传感器。

能够将光传感器定位在壳体内部是有利的，特别是为了解决该传感器的机械和电连接限制。

光导有利地允许光传感器放置在显示器壳体内，而不会使壳体的内部对用户是可见的，这在显示器的外观方面是特别有利的。光导还允许有效地收集源自显示器壳体外部的发光辐射，以及由光传感器测量的发光强度。

显示器壳体具有开口，所述发光辐射穿过该开口以到达光传感器。

根据显示器的一个可选特征，光导的输入面位于该开口的水平处。

因此，显示器的外观有利地是光滑和均匀的。

另外，光导然后防止诸如灰尘颗粒的异物进入显示器壳体，并且从用户的视角看最佳地屏蔽所述壳体的内部。

根据另一可选特征，显示器还包括光学投影组件，其适于将由图像生成单元生成的图像投影在半透明板的方向上，以便与半透明板一起在用户的视野中形成虚拟图像。

因此可以设置成使光导不同于半透明板。还可以设置成使光导与半透明板是分离的。

优选的是，防止由图像生成单元发射并且随后从半透明板部分地反射的的光的一部分到达所述传感器，因为该光会破坏由该传感器进行的环境光度测量。

因为光导与半透明板是不同的或者甚至是分离的，所以有利地防止了由图像生成单元发射的光到达光传感器。

申请人进一步观察到，当显示器安装在车辆上时，二次发光辐射：

-表现出突然和反复的强度变化；和

-来自车辆外部而不是来自位于驾驶员视野内的区域，

会入射在显示器上。

遇到这种情况特别是当车辆行驶正通过隧道时，其中该隧道设置有沿隧道以规则间隔定位的照明装置，或者当车辆通过桥梁的悬挂电缆或沿着车辆的路径交替定位的其他结构元件时。

然后，该二次发光辐射的发光强度的变化易于由光传感器检测，然后导致由图像生成单元生成的图像的亮度中的寄生变化，在这种情况下闪烁。

为了特别地克服该缺点，可以设置成使光导被成形为使得其被设计成用于收集的发光辐射产生于大致位于形成所述虚拟图像的方向上的区域。

当用户在所述虚拟图像的方向上看时，用户会感觉到由该区域产生的发光辐射，即光。因此，借助于该光导，有利的是使传感器接收由该区域产生的至少一部分发光辐射，以便能够将虚拟图像的发光度与其视觉环境的发光度相匹配。

以这种方式成形的光导进一步使得可以通过排除从显示器外部的环境的其他区域产生的光来选择性地收集从该区域产生的光。借助于光导的该选择性特征，有利地限制了由显示器产生的图像的上述闪烁。

根据本发明的显示器的其他非限制性和有利特征如下：

-所述区域围绕所述虚拟图像；

-光导的输入面以这样的方式取向，以便通过折射使所述区域产生的发光辐射偏转，从而将所述发光辐射耦合在光导中；

-光导的输入面是弯曲的，以便选择性地收集从所述区域产生的发光辐射；

-光导的输入面是凸的；

-光导的输入面相对于半透明板位于与所述虚拟图像相反的一侧上；

-外壳有外表面；

-壳体在所述外表面的水平处具有凹部，光导的输入面位于该凹部的水平处；

-壳体包括在壳体内部的方向上从该外表面延伸的壁；

-光导的输入面位于所述壁的水平处；

-所述壁悬挂在所述外表面上；

-壳体包括从所述外表面朝向壳体内部延伸的导管，光导的输入面位于该导管的水平处；

-该导管被设置成以便允许由图像生成单元发出的发光辐射从壳体中出来；

-所述外表面相对于壳体内部定位在与处于操作位置的半透明板相同的壳体的同一侧上；

-光导与所述传感器是分离的；

-显示器被设计成使得所产生图像的亮度随着由所述传感器接收的发光强度而增加；和

-显示器构成用于装配在车辆上的平视显示器。

附图说明

参考作为非限制性示例提供的附图的以下描述将有助于理解本发明以及如何实施本发明。

在附图中：

-图1是实施本发明的教导的显示器的示意性侧截面图；和

-图2是图1中区域II的示意性详细视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了显示器1的主要元件，在此是平视显示器，其旨在装配到车辆，例如安装到机动车辆，火车，船只(例如驳船)，电车或公共汽车。

显示器1包括图像生成单元20，其包括例如照射TFT(薄膜晶体管)液晶显示器(LCD)的背光装置。

在此，显示器1还包括光学投影组件，该光学投影组件适于将由图像生成单元20生成的图像投影在半透明板的方向上，以便与半透明板一起形成用户的视图中的虚拟图像IMV。虚拟图像IMV再现在图像生成单元20水平处生成的图像。

因此，可以在用户的视野中显示信息而无需他或她必须移开他或她的注视。在实践中，该用户在此对应于车辆的驾驶员。

光学投影组件在此包括折叠镜60。作为变型，它可以包括多个镜和/或其他光学元件。

半透明板在此以组合器70(即半透明窗格的形式实现，其在此位于车辆的风挡2和驾驶员的眼睛3之间。

作为变型，可以提供光学投影组件以将由图像生成单元生成的图像直接投影到车辆的风挡的方向上，然后省略上述组合器。在这种情况下，半透明板因此以车辆风挡的形式实现。

术语“半透明板”在此指的是至少部分透明的板，其表现出包括在完全透明板和完全不透明板之间的透明度水平。

除了半透明之外，该板是半反射的，因此使得可以使由图像生成单元20产生的光的至少一部分返回到用户的方向，如图1中示意性所示的。

由光学投影组件和半透明板在用户视野中形成的虚拟图像IMV相对于半透明板位于用户的对面，例如距离半透明板几米。

在此，对于车辆的驾驶员，虚拟图像IMV形成在车辆前方的道路环境内，因此在视觉上叠加在该环境上。

形成虚拟图像IMV的方向，即虚拟图像IMV相对于显示器1的定位方向，在图1中由箭头F1示意性地表示。

显示器1还包括光传感器30，例如光电二极管或光电晶体管，其适于传送表示其接收的发光强度的信号，并且定位成接收源自显示器1外部的发光辐射。

显示器1被设计成使得由图像生成单元20生成的图像的亮度根据光传感器30传送的信号来控制。

因此，所生成的图像的亮度可以与通过传感器30测量的环境亮度相匹配，这使得可以确保即使在变化的环境亮度下虚拟图像IMV也是可见的。

更具体地，在此显示器1设计成，使得所生成的图像的亮度随着由所述传感器30接收的发光强度而增加。

为此，显示器1在此包括控制单元40，该控制单元40被编程为根据由该传感器30传送的信号控制由图像生成单元20生成的图像的亮度。在这种情况下，控制单元40被编程控制所生成的图像的亮度，使其随着所述传感器30接收的发光强度而增加。

为了以这种方式匹配所生成的图像的亮度，在此设想控制向图像生成单元20的背光装置供电的电流或电压的平均幅度。

在此，更具体地，控制单元40被编程为调制向图像生成单元20的背光装置供应电力的电流的脉冲宽度，使得该电流的平均强度(随时间)随着由传感器30测量的发光强度而增加。

由传感器30测量的发光强度与施加到背光装置的电流的相应平均强度之间的关系例如以查找表的形式存储在控制单元40的存储器中。

作为变型，可以省略控制单元，然后通过显示器外部的电子模块以与上述相似的方式控制图像生成单元。

显示器1还包括壳体10，图像生成单元20和重取向镜60容纳在壳体10中。

该壳体10(部分地在图1中示出)从用户的视角屏蔽显示器1的容纳在壳体10中的元件，由此显示器的外观是一致的。壳体10还保护显示器1的这些元件免受诸如灰尘颗粒的异物的影响。

壳体10由多个光学不透明壁11，13，14形成，壁11，13，14将壳体10的内部INT与外部分开。

壳体10特别地包括上主壁11，该上主壁11在操作位置中位于半透明板的侧面上。在操作位置，半透明板，在此是组合器70，相对于该上主壁11从壳体10中突出出来。该上主壁11在此总体上是平面的。

术语“上(upper)”指的是显示器的元件或元件的部分，其相对于壳体10(更具体地相对于壳体10的内部INT)位于该壳体10的同一侧上，作为在操作位置的半透明板。因此，这些元件，特别是上主壁11，可以是用户可见的。在显示器1安装在车辆中靠近其仪表板的特定情况下(在风挡2的与车辆顶部相对的一侧)，术语“上”指的是显示器的定位成相对于向上竖直方向朝向显示器的顶部的元件或元件的部分。

可选地，可以设想组合器70安装成在其操作位置和缩回位置之间相对于壳体10移动，处于缩回位置的组合器70容纳在壳体10中。

光传感器30也容纳在显示器的壳体10中。在此，更具体地，光传感器30位于壳体的内部INT，在上述壳体的上主壁11附近。

光传感器30固定地安装在印刷电路支撑板(未示出)上。为了在将光传感器30定位在显示器内时允许更大的自由度，该印刷电路支撑板在在此与显示器的另一个主印刷电路支撑板不同，它通过电缆连接到该主印刷电路支撑板。显示器的主印刷电路支撑板例如用于安装控制单元40和/或产生向图像生成单元20供电的电流(在此是脉冲宽度调制的)所需的电子元件。由光传感器30传送的信号通过上述电连接件传输到主印刷电路支撑板。

壳体10具有开口16(在图2中可见)，其允许由传感器30接收的发光辐射从外部进入壳体10的INT。

根据一个特别值得注意的特征，显示器1还包括位于显示器的壳体10内部INT的光导50，其具有输入面51并且被成形为在其输入面51处收集源自显示器的壳体10外部的发光辐射，并将所述发光辐射引导到所述光传感器30。

该光导50有利地允许光传感器30被放置在显示器1的壳体内部INT内，而不会使用户看到该壳体的内部INT，这在显示器1的外观方面是特别有利的。

光导50还允许有效地收集源自显示器壳体10外部的发光辐射，其发光强度是由光传感器30测量的。

在此，光导50与半透明板是不同的并且分开的。这防止了由图像生成单元20发出并且通过半透明板或由其反射的光到达光传感器30。该布置是特别有利的，因为如果由图像生成单元发出的光的一部分要到达光传感器30，那么这将破坏由该传感器30进行的环境光度测量。

光导50的输入面51在此位于壳体10中形成的开口16的水平处，以便使发光辐射穿过并到达光传感器30。更具体地，如图2中可看到的，在此，光导50的输入面51与其中形成该开口16的壳体的壁15的外表面17齐平。

在此，光导50被成形为使得其被设计成用于收集的发光辐射产生于区域Z1，区域Z1大致位于其中形成虚拟图像IMV的方向上。

其中区域Z1相对于显示器1定位的方向由图1中的箭头F2表示。该方向接近于其中形成所述虚拟图像IMV的方向。

然而，区域Z1可以相对于虚拟图像IMV略微成角度地偏移，例如0°和45°之间的角度。

由于区域Z1所在的方向接近于形成虚拟图像IMV的方向，因此区域Z1对于用户而言位于虚拟图像IMV的视觉附近。在此例如，从视觉的角度来看，区域Z1在用户的视野中位于虚拟图像IMV的略微上方(如图1中示意性所示的)。因此，当用户在所述虚拟图像IMV的方向上看时，由该区域Z1产生的光被该用户感知。

借助于光导50，从该区域Z1产生的至少一部分发光辐射到达光传感器30。光导50还防止从显示器1外部的环境的其他区域产生的光到达光传感器30。

借助于该布置，因此根据区域Z1的亮度来调节虚拟图像IMV的亮度，区域Z1可视地位于该图像IMV的附近。因此，该布置是特别有利的，因为它为用户提供了虚拟图像IMV的最佳可见性。

可选地，还可以设想区域Z1不仅位于接近形成虚拟图像IMV的方向上，而且该区域Z1另外围绕所述虚拟图像IMV。换句话说，可以设想区域Z1在用户前方的环境中位于虚拟图像IMV周围。

光导50选择性地收集由区域Z1产生的发光辐射的能力特别地通过适当地定位光导50来实现，这将在下面更详细地描述。

为此，可以像在此一样设想壳体10具有外表面12并且在该外表面12的水平处具有凹部100，光导50的输入面51位于该凹部100的水平处。换句话说，可以设想壳体10在该外表面12的水平处具有相对于该外表面向后设置的部分(所述凹部)，形成空腔或导管。光导50的位于该凹部100的水平处(相对于显示器的壳体10的外表面12向后设置)的输入面51，然后至少部分地避开显示器周围的、不是由区域Z1产生的发光辐射。

为了进一步加强这种效果，可以设想，就像在此一样，壁15，在光导的输入面51所处的其水平处，延伸到壳体10的INT中并且悬挂在所述壳体的外表面12上，即与外表面12形成小于90°的锐角。然后，壳体的外表面12相对于壳体10的内部INT在光导的输入面51上延伸，并因此部分地使其避开上述发光辐射。

如图2所示的，光导50的输入面51在此更具体地位于所述壁15上，靠近显示器壳体的外表面12。

在此，显示器1还包括导管19(图1)，导管19从壳体的外表面12沿壳体10的内部INT的方向延伸。该导管19开口到壳体10的外表面12上。导管19引导由图像生成单元20发射并通过光学投影组件发送到组合器70的发光辐射，以便形成虚拟图像IMV。

导管19由多个光学不透明的壁15，15'，18形成。它特别地防止除了用于形成虚拟图像IMV的寄生发光辐射从显示器外壳中逸出。

上述壁15，在光导50的输入面51所处的其水平处，在此对应于形成该导管19的壁15，15'，18中的一个。

此外，上述外表面12在此相对于壳体10的内部INT与处于操作位置的半透明板70位于壳体10的同一侧上。更具体地，该外表面12在此由壳体10的上主壁11构成。

然后，从光学的视角来看，光导50的输入面51特别适当地定位，用于收集源自接近形成虚拟图像IMV的方向的光，同时最佳地避开其他发光辐射。

在该构造中，光导50的输入面51然后相对于半透明板位于与虚拟图像IMV相反的一侧上。

现在可以更详细地描述如上所述定位的光导50。

从区域Z1产生的发光辐射通过光导50沿着平均传播路径C，该平均传播路径将光导的输入面51连接到面向光传感器30定位的输出面53。

在此，光导50的输入面51以这样的方式取向，以便通过折射使该发光辐射偏转，以便将其耦合在光导50中。换句话说，光导50在此以这样的方式取向以便通过折射改变该辐射的平均传播方向，使其在光导中与由传播路径C所限定的一致。

通过折射的偏转是借助于输入面51相对于区域Z1所处的方向适当地倾斜来实现的。

为了允许通过折射的该偏转，输入面51也相对于由传播路径C限定的方向(在光导的输入面51的水平处)倾斜地取向。因此，光导50在其输入面51的水平处呈斜切形状。

传播路径C在此大致是直线的。因此，光导的输入面51被取向成使得更具体地，在此，它通过在光传感器30的方向上的折射来偏转从所述区域Z1产生的发光辐射。

在一个变型(未示出)中，可以设想光导的输入面大致垂直于从输入面51看时区域Z1所处的方向，而不是如在以上所述的实施例中相对于该方向倾斜地取向。

根据该变型，当进入光导时，从该区域Z1产生的光平均不会偏转。在该变型的上下文中，传播路径C然后从光导的输入面沿着与从输入面51看时区域Z1所处的方向基本平行的方向延伸。

可选地，可以设想输入面51是弯曲的，以便增加光导50的收集选择性和有效性。输入面51可以特别是凸起的，以便执行会聚透镜的光学功能。

输出面53是近似平面的并与传播路径C是正交的。

在此，光传感器30以与光导的输入面51相同的方式定位在壳体的上主壁11附近(在壳体的内侧上)，使得上述传播路径C大致平行于壳体的上主壁11。

传感器30的敏感表面在此大致垂直于该上主壁11延伸。

在此，光导50还具有连接其输入面51和其输出面53并且大致平行于传播路径C延伸的上表面52。该上表面52执行通过全内反射引导由光导50收集的发光辐射的功能。为此，上表面52被抛光。

输入面52和输出面53以及光导50的其他面也被抛光。

光导50例如通过将诸如透明聚碳酸酯或透明聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的透明塑料材料注入模具中来制造。

光导50的输出面53在此与光传感器30分离，在传感器30和输出面53之间提供窄的间隙。该布置有利地防止振动或机械应力在光导50和传感器30之间传送。

Claims

1.一种显示器（1），包括：

- 壳体（10）；

- 图像生成单元（20）；

- 光传感器（30），布置在所述壳体（10）的内部（INT），定位在所述壳体（10）的上主壁（11）附近，且适于传送代表其接收的发光强度的信号；

显示器（1）被设计成使得由图像生成单元（20）生成的图像的亮度根据所述信号被控制，

其特征在于，显示器（1）还包括位于显示器（1）的壳体（10）的内部（INT）的光导（50），其具有输入面（51）并且被成形为在其输入面（51）处收集源自显示器的壳体（10）的外部的发光辐射，并将所述发光辐射引导到所述传感器（30）；

其中，所述光导（50）被成形为使得其被设计成用于收集的发光辐射产生于区域（Z1），该区域（Z1）大致位于形成虚拟图像（IMV）的方向上，并且所述壳体（10）具有外表面（12），所述壳体（10）包括壁（15），该壁在壳体（10）的内部（INT）的方向上从所述外表面（12）延伸并且悬挂在所述外表面（12）上，并与所述外表面（12）形成小于90°的锐角，光导（50）的输入面（51）位于所述壁（15）的水平处。

2.如权利要求1所述的显示器（1），其中所述壳体（10）具有开口（16），所述发光辐射穿过所述开口，所述光导（50）的输入面（51）位于该开口（16）的水平处。

3.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），包括光学投影组件（60），其适于将由图像生成单元（20）产生的图像投影在半透明板（70）的方向上，以便与半透明板（70）一起在用户的视野中形成虚拟图像（IMV），并且其中光导（50）与半透明板（70）是不同的。

4.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，所述区域（Z1）围绕所述虚拟图像（IMV）。

5.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，光导（50）的输入面（51）取向成使得通过折射偏转从所述区域（Z1）产生的发光辐射以便将所述发光辐射耦合在光导（50）中。

6.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，光导（50）的输入面（51）是弯曲的，以便选择性地收集从所述区域（Z1）产生的发光辐射。

7.如权利要求3所述的显示器（1），其中，所述光导（50）的输入面（51）相对于所述半透明板（70）位于与所述虚拟图像（IMV）相反的一侧上。

8.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，所述壳体（10）具有外表面（12）并且在该外表面（12）的水平处具有凹部（100），所述光导（50）的输入面（51）位于该凹部（100）的水平处。

9.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，所述壳体（10）具有外表面（12），所述壳体（10）包括导管（19），该导管从所述外表面（12）朝向壳体（10）的内部（INT）延伸，以允许由图像生成单元（20）发射的发光辐射从壳体（10）中出来，光导（50）的输入面（51）定位在该导管（19）的水平处。

10.如权利要求3所述的显示器（1），其中所述外表面（12）相对于壳体（10）的内部（INT）定位在与处于操作位置的半透明板（70）相同的壳体（10）的同一侧上。

11.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），其中，所述光导（50）与所述传感器（30）是分离的。

12.如权利要求1和2中任一项所述的显示器（1），被设计成使得所生成的图像的亮度随着由所述传感器（30）接收的发光强度而增加。