CN112313558A - 用于运行机动车用的视场显示装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行尤其是机动车用的视场显示装置的方法，该视场显示装置构造用于产生具有显示内容的投影光束并将所述投影光束投射到部分透明的反射投影片材上、尤其是机动车的挡风玻璃上，使得在投影片材后方生成显示到用户视场中的虚拟显示图像。所述方法包括下述步骤：‑确定待显示虚拟显示图像中的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘并且‑将如此确定的图像元素边缘相对于垂线倾斜到相应适配的倾斜角，使得在用于用户的虚拟显示图像中相应图像元素边缘的由投影光束在投影片材的两个光学界面上的双重反射引起的、沿水平方向彼此偏移的重影重合并且因此看上去是基本上清晰的。

Description

用于运行机动车用的视场显示装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行视场显示装置、尤其是用于机动车的抬头显示器(Head-Up-Display)的方法，以及本发明涉及一种相应的控制装置和配备所述控制装置的机动车。尤其是本发明涉及在由视场显示装置生成的虚拟显示图像中避免由投影光束在部分透明的反射投影片材的两个光学界面上的双重反射引起的、相互偏移的重影的措施。

背景技术

机动车中的视场显示装置尤其是以抬头显示器(HUD)为名已知。藉此将诸如速度限制信息的显示内容作为虚拟显示图像显示到或者说展现到机动车前方的驾驶员视场中，使得驾驶员不必将其视线从道路上移开。为此视场显示装置通常包括投影单元，该投影单元通过安装在仪表板上侧下方的显示器和适合的投影光学器件产生具有希望的显示内容的投影光束并将其投射到部分透明的投影片材、如机动车的挡风玻璃上，投影光束从该投影片材朝向驾驶员反射。

在这种传统设计中，HUD具有相对小的视场，其通常仅接近达到水平线，并且虚拟显示图像与挡风玻璃的距离由投影单元的光学结构确定。仪表板内有限的安装空间阻碍视场扩大。尤其是已知的投影光学器件在垂直方向上占据很多空间。驾驶员在此近似向望远镜中观看，因而为他在机动车前方远处显示在近处、在HUD内部显示器上生成的显示图像。因此根据“望远镜的开口”仅能实显示有限的立体角，在其中HUD图像可与穿过挡风玻璃的视线叠加。例如无法在虚拟HUD显示图像的该有限的立体角之外实现由增强现实已知的接触模拟显示(kontaktanaloge Einblendung)。

另一方面，例如由DE 102009054232 A1已知一种用于机动车中的立体信息显示的抬头显示器，所述抬头显示器具有用于生成两个不同的、用于乘员两只眼睛的确定的单个图像的图像生成装置以及显示单元，在该显示单元上可产生光点，其光线通过在机动车挡风玻璃上的反射对于乘员可见。此外，在显示单元与挡风玻璃之间的光路中设有偏转装置、如小透镜的矩阵阵列，其将不同光点的光线向不同的辐射方向偏转。此外，设置像素分配装置，其将单个图像的像素分配给显示单元的光点。所述构件的相互布置及所述分配使得对于乘员的左眼可以看到用于左眼的确定的单个图像并且乘员的右眼可以看到用于右眼的确定的单个图像。立体信息显示对于内容的接触模拟显示可以是特别有利的。

在视场显示装置中通常设有附加措施，以防止环境光在其构件上的干扰反射，干扰反射可能导致用户眩目。为此在传统HUD中例如朝外部封闭投影单元的盖板在几何结构上是抗反射的(所谓的防眩光)，但由此已知的抗反射技术不适用于与挡风玻璃直接相对设置的显示器。

另一个问题是在虚拟显示图像中通过投影光在投影片材的两个光学界面上的双重反射引起的相互偏移的重影。作为对策，例如对于窄水平视场已知将投影片材的两个光学界面借助楔形膜构造成彼此垂直倾斜的，以便无偏移地重合水平图像元素边缘的重影。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于——尤其是机动车用的——视场显示装置的在克服彼此偏移的重影方面得到改善的解决方案，所述视场显示装置尤其是即使在大视场中也是良好适用的。

所述任务通过根据权利要求1的用于运行视场显示装置的方法、根据并列权利要求的相应控制单元、计算机程序和机动车来解决。在从属权利要求中给出其它实施方式。所有在权利要求和说明书中对于方法提到的其它特征和效果也适用于视场显示装置、控制单元、计算机程序或机动车，反之亦然。

根据第一方面，提出一种用于运行——尤其是机动车用的——视场显示装置的方法。该视场显示装置构造用于产生具有显示内容的投影光束并将其投射到部分透明的反射投影片材上、尤其是机动车的挡风玻璃上，使得在投影片材后方生成显示到用户(如机动车的驾驶员或另一乘员)视场中的虚拟显示图像。所述方法包括下述步骤：

-确定在待显示虚拟显示图像中的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘(尤其是线条)并且

-将确定的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘相对于垂线倾斜到相应适配的倾斜角，使得在用于用户的虚拟显示图像中相应图像元素边缘的由投影光束在投影片材的两个光学界面上(如其前表面和后表面)的双重反射引起的彼此水平偏移的重影重叠并且因此看上去是基本上清晰的。(术语“基本上”尤其是可指在所描述的功能原理的范围内受制造或设计影响的可能偏差，该偏差例如不能超过相关的适合测量值的约10％。)

原则上这也可以是传统的、如开头所提类型的视场显示装置。但该方法对于在视场显示装置的用户视场内具有宽水平的可用立体角的视场显示装置是特别有利的。在此情况下，在虚拟显示图像中垂直和倾斜图像元素边缘通过上述双重反射在不采取对策的情况下的彼此水平偏移的重影可能是干扰性的。这不能类似于水平图像元素边缘简单地通过开头所提的楔形膜得到补偿，因为例如一半挡风玻璃长度的视场中的水平楔形对于副驾乘员来说将相当大。

因此，在当前取而代之提出，通过将垂直图像元素边缘定向到相应适配的倾斜角来使其重影重合，在此它们在虚拟显示图像中虽然对于用户而言稍微倾斜于垂线，但它们显示为清晰的线条或边缘。这同样适用于倾斜的图像元素边缘，尤其是具有垂直分量的直线。

该原理例如可应用于符号(方框箭头、框等)和/或文字。例如在图像生成范围内，适合的计算算法可自动确定待显示的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘，计算相应适配的倾斜角并且相应调整待由投影光束传输的显示内容。

根据该方法的一种变型方案，还提供用户的当前位置、尤其是眼睛位置或视轴并且根据所提供的用户当前位置、尤其是根据相应确定的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘与用户视轴的距离来确定所述相应适配的倾斜角。由此例如可进一步简化和/或精确该方法。

在一种特殊设计中，所述投影片材附加地具有设置在两个光学界面之间的倾斜元件、尤其是楔形膜，其用于在待显示虚拟显示图像中使水平或具有水平分量的图像元素边缘的由投影光束在两个光学界面上的双重反射引起的、彼此垂直偏移的重影重合。

替代或附加于此，通过为相应图像元素设置具有水平分量的纹理可在待为用户显示的虚拟显示图像中掩盖水平或具有水平分量的图像元素边缘的彼此垂直偏移的重影。

根据一种实施方式，视场显示装置包括：

-用于产生具有显示内容的投影光束的电可控平面像素装置、尤其是一个或多个平板屏幕或其它类型的二维像素矩阵，和

-设置在平面像素装置上的反射抑制偏转装置，所述反射抑制偏转装置包括一个或多个沿平面像素装置与平面像素装置成预定锐角并且彼此平行延伸的平面反射面，所述反射面用于将产生的投影光束投射到投影片材上。

在此所述一个或多个反射面的背面构造成吸光的，以抑制干扰反射。

与开头所提的具有安装在机动车仪表板内部的投影光学器件的传统HUD设计相比，根据本实施方式的视场显示装置具有明显更扁平的结构并且例如可以仅几个厘米的安装深度内置在仪表板上侧中或事后安装在其上。这显著扩宽了视场显示装置的视场，例如也沿垂直方向明显超过水平线，这特别适合于用于驾驶员和其它乘员的接触模拟显示，以辅助导航或自动驾驶。尤其是因此可实现真正的接触模拟3D效果(立体增强现实)。

术语“平面”在此相当宽泛地表示像素装置在如下这样的表面上延伸，所述表面可以至少区域性地是平面，但也可以区域性地是弯曲或拱形的。尤其是平面像素装置可在需要时适配机动车仪表板上侧的拱形，例如通过将其由多个较小的局部表面、如平面显示器以阶梯或嵌套的方式构造。

反射抑制偏转装置的所述多个相互平行的反射面可构造成彼此相同的或可在其形状或尺寸上彼此不同的。根据反射面的形状和尺寸，反射面沿垂直于其延伸方向的方向彼此间的间隔可被选择成，使得几乎完全抑制干扰反射并确保投影光束的基本上无损耗和保持形状的偏转。下面给出一些用于此的示例。原则上任何已知的吸收太阳光的涂层、如无光泽的黑色层都适合于反射面的背面。

在该实施方式的一种扩展方案中，所述反射抑制偏转装置的至少一个反射面由设置在平面像素装置上的棱镜的一个侧面形成，所述棱镜尤其是具有三角形横截面。这可赋予相应反射面特别高的机械稳定性。棱镜可由任何对所用投影光透明的材料制成、尤其是玻璃或塑料。在反射面和其吸光背面之间存在空气层时，反射可通过在棱镜上述侧面上的全反射进行；否则，可在其上施加例如由金属制成的反射层并且在该反射层上施加吸光层。

在一种特殊设计中，对于每两个相邻的反射面连接一个反射面的上边缘和下一个反射面背面的下边缘的光出射平面在视场显示装置运行期间基本上垂直于投影片材定向。这尤其是可完全抑制来自任何方向的环境光的干扰反射。

在一种特殊设计中，从用户角度看，反射抑制偏转装置的所述多个相互平行的反射面的上边缘基本上位于一条线上，以便例如遮挡反射面以防用户直接看向它。这尤其是可借助用于反射抑制偏转装置或平面像素装置的适合的提升/倾斜装置手动或至少部分自动地、如通过眼动追踪来调节。为此所述方法尤其是可包括下述附加步骤：

-提供用户的当前位置、尤其是眼睛位置或视线方向，并且

-根据所提供的当前用户位置将反射抑制偏转装置的所述多个相互平行的反射面的上边缘基本上对齐到一条通向用户眼睛的线上。

在一种特殊设计中，所述平面像素装置包括至少一个自由立体屏幕和/或至少一个2D屏幕并且所述方法包括下述步骤：

-检测投影片材后方的当前环境、尤其是机动车前方的环境；并且

-根据检测到的环境通过所述至少一个自由立体屏幕和/或所述至少一个2D屏幕将接触模拟信息、尤其是虚拟物体图像和/或物体标记显示到用户的视场中，尤其是用于在导航时辅助用户或用于在高度或全自动驾驶(HAF/VAF)中说明驾驶情况。

在根据上述实施方式的另一种特殊设计中，所述视场显示装置附加地还具有开头所提的传统投影单元，其用于生成显示到用户视场中的另一虚拟显示图像(在本文中称为混合方法)。也就是说，投影单元在其内部不仅具有用于生成具有另一显示内容的另一投影光束的成像单元也具有与成像单元相对设置的投影光学器件，其用于将所产生的所述另一投影光束投射到投影片材的局部表面上。在此所述平面像素装置连同设置其上的反射抑制偏转装置例如设置在投影单元的光出射口旁、尤其是直接邻接其和/或围绕其和/或与其边缘齐平地设置。由此传统HUD技术可与上述技术相结合，以便根据情况同时或交替地使用(在本文中也称为混合方法)。所述方法在此包括下述步骤：

-提供运动中的、安装有视场显示装置的上级系统(尤其是机动车)的系统状态数据，和/或提供前方路段的路线数据；并且

-根据提供的系统状态数据和路线数据通过投影单元和/或平面像素装置的所述至少一个自由立体屏幕和/或所述至少一个2D屏幕将预定的静态信息尤其是独立于显示中的投影片材后方的真实物体地显示到用户的视场中。

预定的静态信息例如可以是在储能器的临界充电状态或车载油箱的临界液面或即将到来的暴风雨时的警告消息或当前速度限制或超速等的显示。

根据另一方面，提出一种计算机程序，当其在控制单元中执行时，该计算机程序构造用于实施本文所述类型的方法。

根据另一方面，提出一种用于视场显示装置的控制单元，所述控制单元构造用于实施本文所述类型的方法。

根据另一方面，提出一种机动车，包括：

-在机动车的挡风玻璃和仪表板之间延伸的仪表板上侧；

-设置在仪表板上侧上方、之中或下方的视场显示装置，所述视场显示装置用于将虚拟显示图像显示到驾驶员和/或其它乘员的视场中，在所述视场显示装置中尤其是上述类型的电可控平面像素装置或设置其上的、上述类型的反射抑制偏转装置基本上与仪表板上侧齐平地设置。

机动车在此尤其是还可包括本文所述类型的控制单元。

附图说明

下面参考附图中所示的示例详细阐述本发明的上述方面及其实施方式和特殊设计。附图是纯示意性的，它们尤其是不应被视为按比例绘制的。相似或彼此相应的元件在本文中具有相同的附图标记。附图如下：

图1示出根据本发明上述实施方式的视场显示装置的示意性侧向横截面图；

图2a示出根据上述实施方式的视场显示装置在机动车仪表板上侧中的可能延伸的透视图；

图2b和2d分别从驾驶员角度示出机动车挡风玻璃中的可通过图2a的视场显示装置使用的投影区域的透视图；

图2c从副驾乘员角度示出机动车挡风玻璃中的可通过图2a的视场显示装置使用的投影区域的透视图；

图3a至3c是根据上述实施方式的视场显示装置的一种模型示例的透视图，用以说明具有多个棱镜的反射抑制偏转装置的偏转效果；

图4a和4b是根据上述实施方式的视场显示装置的另一种模型示例的透视图，用以说明在包含平面像素装置的区域中可见和不可见条纹的形成；

图5a示出根据上述实施方式的视场显示装置在机动车仪表板上侧中的可能布置的透视图；

图5b从驾驶员角度示出机动车挡风玻璃中的可通过图5a的视场显示装置使用的投影区域的透视图，该投影区域具有接触模拟显示的虚拟转向箭头；

图6示出根据上述实施方式的视场显示装置的示意性侧向横截面图，所述视场显示装置具有用于其平面像素装置的控制部件，所述控制部件用于为用户生成真正的接触模拟3D效果；

图7从驾驶员角度示出透视的挡风玻璃视图，所述挡风玻璃视图具有借助图6的视场显示装置接触模拟显示的其它车辆的虚拟标记；

图8从驾驶员角度示出另一透视的挡风玻璃视图，所述挡风玻璃视图具有借助图6的视场显示装置接触模拟显示的一个车道的虚拟标记和借助附加的传统投影单元静态显示的另一虚拟显示内容；

图9a和9b示出根据上述实施方式的其它视场显示装置的示意性侧向横截面图；

图10从驾驶员角度示出穿过挡风玻璃的视线连同由视场显示装置在使用或不使用根据本发明方法的情况下生成的虚拟显示图像的示例；和

图11示出穿过挡风玻璃的视线连同通过根据本发明的方法由视场显示装置在虚拟显示图像中生成的清晰垂直线的另一种示例。

具体实施方式

所有在上文和下文的说明书及权利要求书中提到的根据本发明第一方面的用于视场显示装置的运行方法的特定细节和变型方案、尤其是根据上述实施方式的相关视场显示装置的各种设计特征可在图1至11所示的示例中实现。相反，图1至11中所示的特定示例仅可理解为对在说明书和权利要求书中更概括定义的特征的简化说明性解释。

图1以高度简化示意性垂直横截面图示出机动车(图1中未示出，参见图2a-2d和5a-5b)中根据本发明上述实施方式的视场显示装置1、尤其是抬头显示器。下面参考图10和11进一步解释根据本发明的方法。

视场显示装置1包括电可控平面像素装置2，其在运行中产生具有希望的显示内容的投影光束L。此外，视场显示装置1还包括设置在平面像素装置2上的反射抑制偏转装置3，该反射抑制偏转装置在本示例中具有多个(纯示例性地为五个)沿平面像素装置2与其成预定锐角并且彼此平行延伸的平面反射面4。通过使投影光束L在反射面4上偏转，投影光束被投射到机动车的挡风玻璃5上并从挡风玻璃朝向用户6、尤其是驾驶员或副驾乘员的眼睛(通过箭头示出)反射。由此在挡风玻璃5后方产生显示到用户6视场中的虚拟显示图像(参见图5b、7和8)，该虚拟显示图像对于用户6而言与穿过挡风玻璃5观看到的机动车前方的真实环境叠加。为此例如可应用特定地由平面像素装置2、挡风玻璃5和用户6的相互几何布置来确定反射面4的预定的定位锐角(Anstellwinkel)。在此反射面4在其背面11上构造为全表面吸光的，以抑制干扰反射。

视场显示装置1例如可安装在挡风玻璃5和仪表板8或方向盘之间的机动车仪表板8(图1中未示出，参见图2a-2d和5a)上侧7之中或上方。在此平面像素装置2或反射抑制偏转装置3可以至少区段地例如与仪表板8的上侧7基本上齐平地设置，这是特别不显眼的且可保护光学构件或用户6和/或节省空间。

在图1中纯示例性地反射抑制偏转装置3的所有反射面4由处于平面像素装置2上的棱镜9的侧面形成，所述棱镜由玻璃或塑料制成。这可形成视场显示装置1的特别稳固的结构并且不仅保护平面像素装置2和反射面4不受损害而且也保护用户6不受露出的边缘伤害。为此尤其是可将露出的上棱镜边缘10附加地倒圆或倒角并且——例如以类似于反射面背面的方式并且出于相同目的——尤其是也构造成吸光的。

图1中的相应棱镜9尤其是具有三角形横截面A，使得棱镜的另一下侧面9a处于平面像素装置2上，而棱镜的第三侧面用作用于偏转的投影光束L的光出射面13a。光出射面13a尤其是可从外部设有适合的抗反射涂层。在图1中棱镜的处于平面像素装置2上的侧面9a纯示例性地彼此直接邻接。

在图1所示的反射面4的几何布置中，通过其吸光的背面11尤其是可几乎完全抑制来自机动车外部和内部的任何方向的环境光12的干扰反射，如图1中通过用户6周围的无干扰反射区域6a象征性所示。为此例如光出射平面13a可以基本上垂直于挡风玻璃5定向，所述光出射面对于每两个相邻的反射面4连接一个反射面的上边缘和下一个反射面背面11的下边缘并且在本示例中棱镜9的光出射面13a位于其中。尤其是在本示例中，反射面4及其吸光背面11以其下边缘直接处于平面像素装置2上，平面像素装置必要时也可具有保护性覆盖层等。

此外，在图1中最接近用户6的前部反射面4在用户6的视线方向上被加深或吸光的覆盖表面14覆盖，以防止用户眩目。在本示例中，覆盖表面14覆盖前部棱镜9的朝向用户6的侧面。与反射面4的吸光背面11上的相同涂层、如黑色无光泽涂层是特别适合于覆盖表面14。作为替代方案，为了相同目的还可设置一个单独的、在用户方向上位于前部反射面4前方的覆盖表面，使得所述反射面4可用于偏转投影光。

此外，在图1中各反射面4的上边缘纯示例性地基本上位于一条从视场显示装置1的用户6角度看的线K上。

图2a示意性示出根据本发明上述实施方式的、尤其是根据图1的视场显示装置1在机动车15仪表板8上侧7中的可能延伸的透视图。视场显示装置1在垂直于平面像素装置2方向上的总高度尤其是可仅为几厘米、如在0.5和10cm之间、尤其是在1和7cm之间、如大约2、3、4、5或6cm。基于视场显示装置1的相应小的安装深度，它原则上可占据挡风玻璃5前方机动车15仪表板8上侧7的整个表面，如在图2a中通过可能的轮廓1a示出。为了比较，在图2a中示出开头提到的传统HUD投影单元中的光出射口16及其边缘16a，该HUD投影单元具有安装在仪表板8上侧7下方的投影光学器件(未示出)。

图2b和2d分别从驾驶员角度示意性示出机动车15挡风玻璃5的可通过图2a的视场显示装置1使用的投影区域17的透视图，其边界17a相应于视场显示装置1的轮廓1a。为了比较，再次示出相应于传统投影单元的光出射口16的投影区域19及其边界19a。与此不同，可通过视场显示装置1使用的投影区域17向上明显延伸超过水平线并且也侧向覆盖挡风玻璃5前方的大部分待由驾驶员观看的道路区域。

图2c从副驾乘员角度示意性示出机动车15挡风玻璃5的可通过图2a的视场显示装置1使用的投影区域18的透视图，其边界18a相应于视场显示装置1的轮廓1a。由此可容易地看出，上面提到的视场显示装置1对于驾驶员的效果也可同样好地用于副驾乘员。这同样适用于机动车15的其它乘员，如后座位置上的乘员。总之，因此可通过视场显示装置1实现多用户使用。如果应仅由一个用户观看内容，则通过评估对于所有待考虑用户的眼动追踪来控制平面像素装置2的像素矩阵，使得图像只能由相关用户观看。

图3a至3c分别以透视图示出根据上述实施方式(如根据图1)的视场显示装置1的一种高度简化的模型示例，用以说明其反射抑制偏转装置3的偏转效果，反射抑制偏转装置的反射面4在该模型中由两个具有三角形横截面A的棱镜9的背向观看者或用户的后侧面形成。

在该模型示例中，平面像素装置2构造为平板屏幕，其可生成希望的显示内容，在本示例中为图3a中所示的二维蝴蝶图像，该图像由平板屏幕发出的投影光束L(参见图1)传输。当穿过设置在平面像素装置2上的反射抑制偏转装置3时，投影光束L在棱镜9后侧面的反射面4上被偏转，以便例如如图1所示到达机动车的挡风玻璃5并从挡风玻璃5朝向用户6的眼睛反射。

如图3b所示，经由棱镜9下侧面9a耦入的投影光束L从棱镜的光出射面13a射出，而反射面4的背面11构造成吸光的，以抑制环境光的干扰反射。如图3c所示，耦入到反射抑制偏转装置3中的投影光束L基本上无亮度损失地并且在适当控制如图3a所示的平面像素装置2的情况下也没有形状损失地离开棱镜9的光出射面13a。

图4a和4b分别以透视图示出根据上述实施方式(如根据图1)的视场显示装置1的另一种高度简化的模型示例，用以说明在包含平面像素装置2的表面中可见条纹和不可见条纹的形成。类似于图3a-3c，平面像素装置2也构造为平板屏幕，其生成希望的显示内容，在本示例中为图4a所示的二维蝴蝶图像。设置在平面像素装置2上的反射抑制偏转装置3在该模型示例中也类似于图3b-3c由处于平板屏幕上、以其长边彼此邻接的棱镜9形成，为简单起见，在此仅示出两个以上可能的棱镜中的两个。

如图4a和4b中额外所示，平行于棱镜9反射面4的条纹21在像素表面中延伸，这些条纹能够通过将投影光在在此最多五个相同棱镜9的反射面4上的偏转而对于视场显示装置1的用户可见。在其之间是对于视场显示装置1的用户不可见的条纹22。

不可见条纹22因此在像素装置中可保持为黑色或用于其它功能，如用作挡风玻璃加热装置或内部空间通风装置的出风口、用作声源开口、用作内部漫射照明装置的光源或用作组合平面像素装置的相邻局部表面在嵌套或分级时的重叠区域。

尤其是为此例如可将图1中距离用户6最远的第一反射面4在省却一个棱镜的情况下直接置于机动车挡风玻璃5的窗根下方并且因此与反射面露出时不同地既可受到机械保护也可保护用户免受可能的伤害。作为省却一个棱镜9的替代方案，可在该反射面和/或其它反射面4中(并且不仅在该示例中)将与相应反射面4相对置的在相应于不可见条纹22的区域中的棱镜边缘切掉，投影光束L不穿过所述区域。由此，例如不可见条纹22可如上所述那样用于其它目的和/或可减少反射抑制偏转装置的重量和材料消耗。

图5a示出根据上述实施方式(如根据图1)的视场显示装置1在机动车15仪表板8上侧7中的可能布置的透视图。基于其扁平的结构，视场显示装置1可沿仪表板8的上侧7明显高于开头提到的传统HUD设计的投影单元的光出射口16的边缘16a延伸，该边缘为了比较而在图5a中示出。如上面关于图2a所述，视场显示装置1可占据仪表板8上侧7的直至整个表面。

在图5a中视场显示装置1的平面像素装置2占据挡风玻璃5前方的机动车15仪表板8上侧7的局部表面，其仅示例性地通过四边形轮廓1a限定。平面像素装置2尤其是可构造为一个或多个彼此并排平面或嵌套或阶梯状设置的2D或3D平板屏幕。在挡风玻璃5的方向上，平面像素装置2被反射抑制偏转装置3覆盖，所述反射抑制偏转装置的多个彼此平行的反射面4或其吸光的背面11通过平行线示出。

图5b示出挡风玻璃5中的可通过图5a的视场显示装置1使用的投影区域17，其边界17a相应于视场显示装置1的轮廓1a。投影区域17向上明显延伸超过水平线并且也侧向覆盖机动车15前方的待由驾驶员观看的道路区域的多个车道。基于视场显示装置1的相应大的立体角或视场，它特别适合于根据机动车15前方的真实环境20将虚拟辅助内容接触模拟地显示到驾驶员的视场中。尤其是可借助视场显示装置1实现真正的接触模拟3D效果(立体增强现实)：

图5a的平面像素装置2为此可以已知方式、如根据DE102009054232A1构造用于自由立体显示或3D显示。这种平面像素装置2可由图像生成单元和/或控制单元这样控制，使得两个不同的2D图像到达机动车15驾驶员的左眼和右眼，以使其获得所显示虚拟显示图像的立体印象。以此方式借可助自由立体平面像素装置2在距驾驶员眼睛大约1m处到无限远的任何距离中产生三维显示。在此尤其是原则上可同时实现所有会聚平面，从而可沉浸在虚拟3D世界中。

图6示出根据图1和图2a或图5a的视场显示装置1的示意性侧向横截面图，其平面像素装置2以上述方式构造用于自由立体显示。为此平面像素装置2例如具有光线强的显示器2a、如液晶屏或任何其它例如也可在传统HUD中使用的标准显示器以及安装在其上的微透镜阵列2b或根据DE 102009054232 A1的其它类型的偏转装置，它们将显示器2a的不同光点的光束偏转向不同的辐射方向。

此外，为了控制平面像素装置2以便为用户6生成接触模拟3D效果，以本身已知的方式设置用于显示器2a和微透镜阵列2b的控制单元24。控制单元24例如可从图像生成单元23接收待显示为虚拟显示图像的显示内容。图像生成单元23在此尤其是可构造用于计算待显示给用户6的环境物体的适合的立体显示并且为此例如从环境检测单元26获得关于机动车15当前前方环境20的数据和/或从眼动追踪单元25获得用户6的当前眼睛位置，所述眼动追踪单元例如可包括一个或多个相机。相应信号线在图6中通过箭头示出。

图9a至9b分别以示意性垂直横截面图示出根据上述实施方式的视场显示装置1的其它特殊设计。图9a-9b的反射抑制偏转装置3与图1和6的反射抑制偏转装置的区别在于它仅具有一个唯一的大反射面40(图9a)或具有多个垂直于平面像素装置2的高度互不相同的反射面4(图9b)。

借助图9a所示的具有一个唯一的、例如约6厘米高(在垂直于平面像素装置2的方向上)的大反射面40的视场显示装置1已经可实现在垂直方向上可与开头所提当今机动车中的传统HUD相媲美的视场。但图9a的视场显示装置1同时基于其扁平的结构可沿水平方向构造得比传统HUD明显更宽，这总体上可产生相应明显更大的视场。在此反射面40可由棱镜9的一个侧面形成，但这并非绝对必要的。取而代之，反射面40也可以简单地是一个倾斜的镜子，其具有其稳定性和用户不受伤害所需的厚度，因为该厚度不影响所生成的虚拟显示图像。这也适用于图1和6中分别最靠近挡风玻璃5设置的反射面4。与图1和6相同地，为了抑制干扰反射，在图9a中相对于反射面40设置模拟物(Attrappe)，其具有朝向用户6的吸光覆盖表面14和与反射面40平行的吸光背面11。

关于图9a中的反射面40的内容也适用于图9b中从左数第一个反射面4，其例如在机动车中最靠近挡风玻璃5设置。通过其它在其高度方面递减并且如图9b所示由相应不同高度的棱镜9形成的反射面4可实现视场显示装置1的与图9a相比更大的视场。

通过反射面40、4或其背面11在图9a和9b中递减的高度，它们的上边缘即使例如在机动车仪表板8上侧7的区段与图1相比更强地相对于挡风玻璃5倾斜的情况下也可对齐成一条通向用户6眼睛的线K上。

在图1至9b所示的视场显示装置中，通过具有2D屏幕而非自由立体屏幕的平面像素装置2可在距用户6略小于或大于1m处、在常见的车辆尺寸下约1.2米的固定距离处生成虚拟显示图像。在此也不需要眼动追踪。因此例如代替传统的组合仪表显示可在该区域中持续显示有关车辆状态的信息，而无需评估眼动追踪。

图10和11示出根据本发明的方法。图10从驾驶员角度示出穿过机动车15挡风玻璃5的视线。在上挡风玻璃区段5a中示出虚拟显示图像50、51和52，所述虚拟显示图像由视场显示装置通过使用本文阐述的用于消除水平偏移的重影的步骤生成。为了比较，在下挡风玻璃区段5b中示出在未使用这些步骤时的相同内容。在此尤其可涉及根据上述实施方式(如根据图1至9b)的视场显示装置1，其具有宽水平视场(如图2a-2d、5b所示)。

如在图10的下挡风玻璃区段5b中所示，在投影光束L没有垂直地射入挡风玻璃5的情况下投影光束L(参见图1或6)在挡风玻璃5的两个光学界面上(例如其前表面和后表面上的空气-玻璃过渡部)的双重反射导致虚拟显示图像50、51和52的重影。为简单起见，虚拟显示图像50、51和52显示为具有垂直图像元素边缘50a、51a和52a和水平图像元素边缘50b、51b和52b的矩形框。在没有其它对策的情况下，垂直图像元素边缘51a和52a具有水平偏移的重影，其对于用户是明显清晰可见的。(在此不讨论水平图像元素边缘50b、51b和52b的垂直偏移，垂直偏移例如可以传统方式通过垂直楔形膜消除)。

如在图10的上挡风玻璃区段5a中所示，根据本文阐述的方法确定垂直图像元素边缘50a、51a和52a并使垂直图像元素边缘倾斜到相应适配的倾斜角，使得从用户角度看垂直图像元素边缘51a和52a的水平偏移的重影重合(Koinzidenz)，由此图像元素边缘51a和52a分别精确地呈现为一个清晰边缘。

由图10还可看出，上述内容在很大程度上取决于虚拟显示图像50、51和52在挡风玻璃5中相对于用户(在此为机动车15的驾驶员)当前位置的位置。用户当前位置例如可通过用户的中心视轴B表征，该中心视轴位于挡风玻璃5中并表明笔直向前(geradeaus)穿过挡风玻璃5的视线。

虚拟显示图像51和52位于视轴B的左侧或右侧越远，垂直图像元素边缘51a和52a重影的水平偏移就越大，这对于具有宽视场的视场显示装置尤为重要。相反，在靠近视轴B的虚拟显示图像50中，几乎看不到其垂直图像元素边缘50a的水平偏移。因此，例如也可确定所确定垂直图像元素边缘50a、51a和52a与视轴B的距离并且将所述距离分别纳入到适配的倾斜角的计算中，然后将所确定的视轴B左侧和右侧的图像元素边缘51a和52a在相应相反的方向上倾斜到所述适配的倾斜角。

例如在通过图像生成单元23(参见图6)生成图像的范围中在控制单元24中实现的计算算法可自动地确定待显示的垂直图像元素边缘50a、51a和52a及其与视轴B的距离，计算相应适配的倾斜角并且相应地调整待由投影光束L传输的显示内容。

图11示出通过使用根据本发明的方法由视场显示装置在虚拟显示图像53中产生的清晰垂直线53a的另一种示例。相当类似于图10，在此也示出穿过机动车挡风玻璃5的驾驶员视线，因此关于图10所述的内容也按意义适用于图11。在该示例中，虚拟显示图像53是挡风玻璃5的远离驾驶员的右侧区段中机动车前方的环境物体的近似正方形的明亮标记、尤其是接触模拟标记。所述标记具有一些沿正方形边延伸的黑色垂直细线53a。为了精确、即清晰地在没有干扰的水平偏移的重影的情况下显示这些线53a，将图11中的虚拟显示图像53从垂线倾斜适配的倾斜角。

参考图5b、7和8说明用于运行根据图6的视场显示装置1的该方法的扩展方案。(在图7和8中显示为虚拟显示图像的内容29、30和31没有任何边缘线；更确切地说，所显示的边缘线仅用于向读者进行说明。)

在该方法的一种变型方案中，由环境检测单元26检测当前位于挡风玻璃5后方的机动车15前方环境20。根据检测到的环境20，在用户6、尤其是机动车15驾驶员的视场中显示接触模拟信息如虚拟物体图像和/或物体标记，以便在自主或辅助驾驶时的导航中辅助用户6或者在高度或全自动驾驶(HAF/VAF)期间用于可视化/说明由机动车15检测到的驾驶情况及其驾驶意图。因此，在图5b中以接触模拟方式将虚拟转向箭头27显示到前方道路的正确转弯位置中，在图7a中以彩色、如红色圆圈29清晰可见地虚拟标记在停车位上在黑暗中检测到的自身机动车15前方的其它车辆28，并且在图8中在没有车道标记的道路上通过连续的彩色、如黄色的虚拟车道标记30以整个待行驶车道的形式示出自身机动车15前方的正确车道。

参考图8描述该方法的另一种变型方案，借助于该变型方案描述上述可组合的变型方案。在此根据上面提到的混合方案，视场显示装置1除了包括平面像素装置2和反射抑制偏转装置3之外还包括开头所提类型的传统投影单元(未示出)，其用于生成显示到用户6视场中的另一虚拟显示图像31。

在此机动车15仪表板8上侧7中的平面像素装置2连同设置其上的反射抑制偏转装置3例如可如图5a所示设置在投影单元的光出射口16旁、尤其是直接邻接它或围绕它。但与图5a所示的传统位置不同，投影单元的光出射口16尤其是可更靠近挡风玻璃5的窗根设置并且邻接平面像素装置2在图5a中的轮廓下侧并且在水平方向上构造得比在图5a中更长，以便在水平线下方更深处、例如直接在由平面像素装置2生成的接触模拟虚拟显示图像下方显示所述另一虚拟显示图像31。

附图标记列表：

1 视场显示装置

1a 视场显示装置在仪表板上侧中的轮廓

2 平面像素装置

2a 显示器

2b 微透镜阵列

3 反射抑制偏转装置

4、40 反射抑制偏转装置的彼此平行的倾斜反射面

5 挡风玻璃

5a/5b 上/下挡风玻璃区段

6 视场显示装置的用户

7 仪表板上侧

8 机动车的仪表板

9 棱镜

9a 棱镜的下侧面

10 上棱镜边缘

11 反射抑制偏转装置的反射面的吸光背面

12 环境光

13 反射抑制偏转装置的光出射平面

13a 棱镜的光出射面

14 覆盖表面

15 机动车

16 传统HUD投影单元的光出射口

16a 光出射口的边缘

17 从驾驶员角度看挡风玻璃中视场显示装置的投影区域

17a 从驾驶员角度看投影区域的边界

18 从副驾乘员角度看挡风玻璃中视场显示装置的投影区域

18a 从副驾乘员角度看投影区域的边界

19 传统HUD投影单元的投影区域

19a 传统HUD投影单元的投影区域的边界

20 前方环境或者说投影片材后方的环境

21 可见条纹

22 不可见条纹

23 图像生成单元

24 控制单元

25 眼动追踪单元

26 环境检测单元

27 接触模拟显示的转向箭头

28 检测到的自身车辆前方的其它车辆

29 检测到的其它车辆的接触模拟显示的标记

30 接触模拟显示的车道标记

31 附加设置的传统HUD投影单元的静态显示的另一虚拟显示图像

50、51、52、53 框状虚拟显示图像

50a、51a、52a、53a 垂直图像元素边缘

50b、51b、52b、53b 水平图像元素边缘

B 视场显示装置的用户(中间)视轴

L 投影光束

A 棱镜的横截面

K 从用户角度看的线，所述多个反射面的上边缘位于该线上

Claims (13)

1.一种用于运行视场显示装置(1)、尤其是用于机动车(15)的视场显示装置的方法，该视场显示装置构造用于产生具有显示内容的投影光束(L)并将所述投影光束投射到部分透明的反射投影片材上、尤其是机动车(15)的挡风玻璃(5)上，使得在所述反射投影片材后方生成显示到用户(6)视场中的虚拟显示图像(51、52、53)，

所述方法包括下述步骤：

-确定在待显示虚拟显示图像(51、52、53)中的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘(51a、52a、53a)，并且

-将如此确定的图像元素边缘(51a、52a、53a)相对于垂线倾斜到相应适配的倾斜角，使得在用于用户(6)的虚拟显示图像(51、52、53)中相应图像元素边缘(51a、52a、53a)的由投影光束(L)在投影片材的两个光学界面上的双重反射引起的、沿水平方向彼此偏移的重影重合并且因此看上去是基本上清晰的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，还提供用户(6)的当前位置、尤其是眼睛位置或视轴(B)并且根据所提供的用户(6)的当前位置、尤其是根据相应确定的垂直或具有垂直分量的图像元素边缘(51a、52a、53a)与用户(6)视轴(B)的距离来确定所述相应适配的倾斜角。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述投影片材具有设置在所述两个光学界面之间的倾斜元件、尤其是楔形膜，所述倾斜元件用于在待显示虚拟显示图像(50、51、52)中使水平或具有水平分量的图像元素边缘(50b、51b、52b)的由投影光束(L)在所述两个光学界面上的双重反射引起的、沿垂直方向彼此偏移的重影重合。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过为相应图像元素设置具有水平分量的纹理在待为用户(6)显示的虚拟显示图像(50、51、52)中掩盖水平或具有水平分量的图像元素边缘(50b、51b、52b)的由投影光束(L)在投影片材的所述两个光学界面上的双重反射引起的、沿垂直方向彼此偏移的重影。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述视场显示装置(1)包括：

-电可控的平面像素装置(2)、尤其是至少一个平板屏幕，用于产生具有显示内容的投影光束(L)，

-设置在平面像素装置(2)上的反射抑制偏转装置(3)，所述反射抑制偏转装置包括一个或多个沿平面像素装置(2)与平面像素装置成预定锐角并且彼此平行延伸的平面反射面(4、40)，所述反射面用于将产生的投影光束(L)投射到投影片材上，

-所述一个或多个反射面(4、40)在其背面(11)上构造成吸光的，以抑制干扰反射。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，

-所述反射抑制偏转装置(3)的至少一个所述反射面(4、40)由设置在平面像素装置(2)上的棱镜(9)的一个侧面形成，所述棱镜尤其是具有三角形横截面(A)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，

-对于每两个相邻的反射面(4)，将一个反射面(4)的上边缘和下一个反射面(4)背面(11)的下边缘连接的一个光出射平面(13)在视场显示装置(1)运行期间基本上垂直于投影片材定向。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，从用户(6)角度看，反射抑制偏转装置(3)的多个相互平行的反射面(4)的上边缘基本上位于一条线(K)上，所述方法尤其是包括下述步骤：

-提供用户(6)的当前位置、尤其是眼睛位置或视线方向，并且

-根据所提供的用户当前位置将反射抑制偏转装置(3)的多个相互平行的反射面(4)的上边缘基本上对齐到一条通向用户(6)眼睛的线(K)上。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述平面像素装置(2)包括至少一个自由立体屏幕(2a-2b)和/或至少一个2D屏幕，所述方法包括下述步骤：

-检测投影片材后方的当前环境(20)、尤其是机动车(15)前方环境(20)；并且

-根据检测到的环境(20)通过所述至少一个自由立体屏幕(2a-2b)和/或所述至少一个2D屏幕将接触模拟信息、尤其是虚拟物体图像和/或物体标记(27、29、30、50、51、52、53)显示到用户(6)的视场中，尤其是用于在导航时辅助用户(6)或用于在高度或全自动驾驶中说明驾驶情况。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，

-为了生成显示到用户视场(6)中的另一虚拟显示图像(31)，所述视场显示装置(1)还具有投影单元，该投影单元在其内部不仅具有用于生成具有另一显示内容的另一投影光束的成像单元而且具有与成像单元相对设置的投影光学器件，所述投影光学器件用于将所产生的所述另一投影光束投射到投影片材的局部表面上，所述平面像素装置(2)连同设置其上的反射抑制偏转装置(3)优选设置在投影单元的光出射口(16)旁、尤其是直接邻接于投影单元的光出射口和/或围绕投影单元的光出射口和/或与投影单元的边缘(16a)齐平地设置，所述方法包括下述步骤：

-提供运动中的上级系统、尤其是机动车(15)的系统状态数据、如关于马达或车载储能器的当前运行状态的数据，和/或提供前方路段的路线数据；并且

-根据提供的系统状态数据和路线数据通过投影单元和/或平面像素装置(2)的所述至少一个自由立体屏幕(2a-2b)和/或所述至少一个2D屏幕将预定的静态信息(31)显示到用户(6)的视场中。

11.计算机程序，当所述计算机程序在控制单元(24)中被执行时，该计算机程序构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

12.用于视场显示装置(1)的控制单元(24)，其中，所述控制单元(24)构造用于自动执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

13.机动车(15)，包括：

-在机动车(15)的挡风玻璃(5)和仪表板(8)之间延伸的仪表板(8)上侧(7)；

-设置在仪表板(8)上侧(7)上方、之中或下方的视场显示装置(1)，所述视场显示装置用于将虚拟显示图像(27、29、30、50、51、52、53)显示到驾驶员和/或其它乘员的视场中，在所述视场显示装置中尤其是用于产生投影光束(L)的电可控的平面像素装置(2)或设置平面像素装置上的、用于将产生的投影光束(L)投射到投影片材上的反射抑制偏转装置(3)基本上与仪表板(8)上侧(7)齐平地设置，所述反射抑制偏转装置具有一个或多个沿平面像素装置(2)与平面像素装置成预定锐角并且彼此平行延伸的平面反射面(4、40)，所述反射面具有吸光的背面(11)；

-优选还包括根据权利要求12所述的控制单元(24)。

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