DE102021114088A1

DE102021114088A1 - Head-up-Anzeige zum Abschwächen der Sonnenlast und der Rückreflexion

Info

Publication number: DE102021114088A1
Application number: DE102021114088.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Seder; Kai-Han Chang; Shailendra Kaushik; Leslie G. Ferris; Guy N. Kennerly
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN114578556A; US20220171185A1

Abstract

Eine Head-up-Anzeige für ein Fahrzeug. Die Head-up-Anzeige umfasst eine Bilderzeugungseinheit, die konfiguriert ist, ein Bild auf eine Glasoberfläche und einen optischen Stapel zu projizieren. Der optische Stapel umfasst eine infrarotreflektierende Wellenplatte und einen doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm. Die infrarotreflektierende Wellenplatte setzt einen einfallenden Sonnenlichtstrahl von nicht polarisiertem Licht in einfallendes polarisiertes Licht mit einer einfallenden S-Polarisationskomponente und einer einfallenden P-Polarisationskomponente um. Der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm empfängt das einfallende polarisierte Licht von der infrarotreflektierenden Wellenplatte und eliminiert im Wesentlichen alles der einfallenden P-Polarisationskomponente. Der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm lässt im Wesentlichen alles der einfallenden S-Polarisationskomponente durch.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Sowohl die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, als auch die Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik eignen können, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Head-up-Anzeige (HUD), die Informationen auf einem Glasschirm, wie z. B. auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs (z. B. Pkw, Lkw), eines Zugs, eines Luftfahrzeugs, eines Boots oder dergleichen, anzeigt. Bei einer Head-up-Anzeige mit einer Optik mit hoher Vergrößerung kann eine übermäßige Sonnenlast in die Bilderzeugungseinheit (PGU) der HUD projiziert werden und Schäden am Material verursachen. Zusätzlich kann, wenn das Sonnenlicht in den Lichtweg der HUD eintritt, das rückreflektierte Sonnenlicht von der PGU-Oberfläche demselben Lichtweg folgen und vom Fahrer gesehen werden. Diese Rückreflexion verringert den Bildkontrast.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Head-up-Anzeige bereitzustellen, die umfasst: i) eine Bilderzeugungseinheit, die konfiguriert ist, ein Bild auf eine polarisationsbewahrende Diffusorfläche zu projizieren; und ii) einen optischen Stapel, der seinerseits umfasst: iii) eine infrarotreflektierende Wellenplatte; und iv) einen doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm. Die infrarotreflektierende Wellenplatte reflektiert einen Infrarotanteil eines ersten einfallenden Sonnenlichtstrahls und lässt einen zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durch.
In einer Ausführungsform empfängt der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm den zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahl von der infrarotreflektierenden Wellenplatte und reflektiert im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls.
In einer weiteren Ausführungsform lässt der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm im Wesentlichen alles der S-Polarisationskomponente, die von der infrarotreflektierenden Wellenplatte empfangen wird, als einen dritten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit einer S-Polarisationskomponente durch.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Head-up-Anzeige einen Lichtabsorber.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform reflektiert der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm durch Ablenken der P-Polarisationskomponente in Richtung des Lichtabsorbers im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Ebene des doppelten Helligkeitsverstärkungsfilms bezüglich der Richtung des zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls geneigt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst die Head-up-Anzeige ferner einen polarisationsbewahrenden Diffusor, der konfiguriert ist, den dritten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit der S-Polarisationskomponente von dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm zu empfangen und einen ersten ausgehenden Strahl mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durchzulassen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform ist die S-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls signifikant größer als die P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls.
In einer Ausführungsform empfängt der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm den ersten ausgehenden Strahl von dem polarisationsbewahrenden Diffusor und eliminiert im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls.
In einer weiteren Ausführungsform lässt der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm im Wesentlichen alles der S-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls als zweiten ausgehenden Strahl durch.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform eliminiert der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm durch Ablenken der P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls in Richtung des Lichtabsorbers im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls.
In einer abermals weiteren Ausführungsform empfängt die infrarotreflektierende Wellenplatte den zweiten ausgehenden Strahl von dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm und lässt einen dritten ausgehenden Strahl mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durch.
In einer weiteren Ausführungsform ist die S-Polarisationskomponente des dritten ausgehenden Strahls signifikant größer als die P-Polarisationskomponente des dritten ausgehenden Strahls.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verringern der Sonnenlast in einer Head-up-Anzeige bereitzustellen, die eine Bilderzeugungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, ein Bild auf eine polarisationsbewahrende Diffusorfläche zu projizieren. Das Verfahren umfasst in einem optischen Stapel, der eine infrarotreflektierende Wellenplatte und einen doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm umfasst: i) Reflektieren eines Infrarotanteils eines ersten einfallenden Sonnenlichtstrahls durch die infrarotreflektierende Wellenplatte; und ii) Durchlassen eines zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durch die infrarotreflektierende Wellenplatte.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: i) Empfangen des zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls von der infrarotreflektierenden Wellenplatte in dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm; und ii) Reflektieren im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des zweiten einfallenden Lichtstrahls in dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner in dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm das Durchlassen eines dritten einfallenden Sonnenlichtstrahls mit einer S-Polarisationskomponente, wobei der dritte einfallende Lichtstrahl im Wesentlichen alles der S-Polarisationskomponente in dem zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahl enthält, der von der infrarotreflektierenden Wellenplatte empfangen wird.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform umfasst das Reflektieren im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des zweiten einfallenden Lichtstrahls in dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm das Ablenken der P-Polarisationskomponente in Richtung eines Lichtabsorbers der Head-up-Anzeige.
In einer abermals weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner in einem polarisationsbewahrenden Diffusor das Empfangen des dritten einfallenden Sonnenlichtstrahls mit der S-Polarisationskomponente von dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm und das Durchlassen eines ersten ausgehenden Strahls mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur für Veranschaulichungszwecke vorgesehen und sind nicht vorgesehen, den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden; es zeigen:

1 einen funktionalen Blockschaltplan eines beispielhaften Fahrzeugsystems, das eine Head-up-Anzeige (HUD) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält;
2 einen Blockschaltplan der beispielhaften HUD, der den Betrieb der HUD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 einen Lichtweg von Modellsonnenlicht, das einen Diffusor der HUD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht;
4 die Verringerung der Rückreflexion der beispielhaften HUD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
5 eine Lichtverlustanalyse der beispielhaften HUD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen mehrfach verwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Head-up-Anzeige (HUD), die einen neuartigen kompakten optischen Stapel enthält, der sowohl polarisationsselektive Eigenschaften, wellenlängenselektive Komponenten als auch passende Installationswinkel enthält, um das Risiko von Sonnenschäden am Diffusor der HUD zu verringern. Derselbe optische Stapel ist zum Verringern der Rückreflexion und Verbessern des Bildkontrasts wirksam. Die polarisations- und wellenlängenselektiven Komponenten verringern die Sonnenlast des Diffusors an der PGU-Bildebene und verringern die Rückreflexion des Sonnenlichts vom Diffusor, die in das Auge des Fahrers eintreten würde.
Der neuartige optische Stapel schwächt übermäßige Diffusortemperaturen aufgrund der Sonnenlast und Rückreflexionen für HUD-Bauformen mit hoher Vergrößerung ab. Typische HUDs mit einer Vergrößerung von M = 6 oder kleiner können diese Probleme nicht aufweisen. Diese Probleme entstehen jedoch, falls die Vergrößerung drastisch zunimmt, um das Volumen der HUD zu verringern. Die offenbarte HUD verwendet eine einzigartige Konfiguration von Komponenten, um die Sonnenlast und die Rückreflexion bei hoher Vergrößerung zu minimieren, um bestimmte Ziele zu erreichen.
Erstens reflektiert die HUD sowohl die S-Polarisation als auch die P-Polarisation der Infrarotstrahlung zu einem sicheren Absorber unter Verwendung eines mehrschichtigen dielektrischen Dünnfilmreflektors, der auf eine Wellenplatte beschichtet ist. Die offenbarte HUD reflektiert außerdem die P-Polarisation der sichtbaren Strahlung auf den sicheren Absorber unter Verwendung einer als DBEF bezeichneten geneigten Komponente, die eine mehrschichtige Filterbauform ist, um die S-Polarisation durchzulassen und die P-Polarisation zu reflektieren. Diese beiden Elemente ermöglichen sichere Temperaturen sogar in Bereichen mit starkem Sommersonnenlicht (z. B. Arizona).
Die offenbarte HUD ermöglicht außerdem einen hohen Wirkungsgrad der Bilderzeugungseinheit (PGU) unter Verwendung eines Diffusors, der die S-Polarisation des durchgelassenen PGU-Lichts bewahrt, weil jede P-Polarisation, die am Diffusor erzeugt wird, nicht durch das geneigte DBEF hindurchgeht. Die S- und die P-Polarisationen sind ein herkömmliches Koordinatensystem, das sich auf die Einfallsebene bezieht. Die Komponente des elektrischen Feldes parallel zu dieser Ebene wird als P (parallel) bezeichnet, während die Komponente senkrecht zu dieser Ebene als S (von dem deutschen Wort „senkrecht“ für „perpendicular“) bezeichnet wird. Polarisiertes Licht mit einem elektrischen Feld entlang der Einfallsebene wird als P-Polarisation bezeichnet, während Licht mit einem elektrischen Feld normal zur Einfallsebene als S-Polarisation bezeichnet wird. Weil die Hälfte des in die HUD eintretenden sichtbaren Lichts reflektiert wird, bevor sie am Diffusor ankommt, und die Rückstreuung durch den Diffusor minimal ist, wird relativ wenig sichtbares Licht zurück in das Auge des Fahrers gestreut.
1 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines beispielhaften Fahrzeugsystems 100, das eine Head-up-Anzeige (HUD) 190 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Während ein Fahrzeugsystem für ein manuell geführtes Hybridfahrzeug gezeigt ist und beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung außerdem auf autonom geführte Fahrzeuge und auf vollelektrische Fahrzeuge anwendbar, die eine Head-up-Anzeige enthalten. Die vorliegende Anmeldung kann außerdem auf Nicht-Kraftfahrzeug-Implementierungen, wie z. B. Züge, Boote und Luftfahrzeuge, anwendbar sein.
Eine Kraftmaschine 102 verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Ein Kraftmaschinen-Steuermodul (ECM) 106 steuert die Kraftmaschine 102 basierend auf einer oder mehreren Fahrer- oder Fahrzeugeingaben. Das ECM 106 kann z. B. die Betätigung der Kraftmaschinenaktuatoren, wie z. B. einer Drosselklappe, einer oder mehrerer Zündkerzen, einer oder mehrerer Kraftstoffeinspritzdüsen, der Ventilaktuatoren, eines Nockenwellenphasenstellers, eines Abgasrückführungsventils (AGR), einer oder mehrerer Ladedruckvorrichtungen und anderer geeigneter Kraftmaschinenaktuatoren, steuern.
Die Kraftmaschine 102 kann ein Drehmoment zu einem Getriebe 110 ausgeben. Ein Getriebesteuermodul (TCM) 114 steuert den Betrieb des Getriebes 110. Das TCM 114 kann z. B. die Gangwahl innerhalb des Getriebes 110 und eine oder mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen (z. B. einen Drehmomentwandler, eine oder mehrere Kupplungen usw.) steuern.
Das Fahrzeugsystem 100 kann einen oder mehrere Elektromotoren enthalten. Ein Elektromotor 118 kann z. B. innerhalb des Getriebes 110 implementiert sein, wie in dem Beispiel nach 1A gezeigt ist. Ein Elektromotor kann zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder als ein Generator oder als ein Motor wirken. Wenn er als ein Generator wirkt, setzt ein Elektromotor mechanische Energie in elektrische Energie um. Die elektrische Energie kann über eine Leistungssteuervorrichtung (PCD) 130 eine Batterie 126 laden. Wenn er als ein Motor wirkt, erzeugt ein Elektromotor ein Drehmoment, das das durch die Kraftmaschine 102 ausgegebene Drehmoment ergänzt oder ersetzt. Während das Beispiel eines Elektromotors bereitgestellt ist, kann das Fahrzeug keinen oder mehr als einen Elektromotor enthalten.
Ein Leistungswechselrichter-Steuermodul (PIM) 134 kann den Elektromotor 118 und die PCD 130 steuern. Die PCD 130 legt basierend auf den Signalen vom PIM 134 (z. B. Gleichstrom-) Leistung von der Batterie 126 an den (z. B. Wechselstrom-) Elektromotor 118 an, während die PCD 130 die durch den Elektromotor 118 ausgegebene Leistung z. B. der Batterie 126 bereitstellt. Das PIM 134 kann in verschiedenen Implementierungen als ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) bezeichnet werden.
Ein Lenksteuermodul 140 steuert das Lenken/Drehen der Räder des Fahrzeugs z. B. basierend auf einem Fahrer, der ein Lenkrad im Fahrzeug dreht, und/oder auf den Lenkbefehlen von einem oder mehreren Fahrzeugsteuermodulen. Ein Lenkradwinkelsensor (SWA) überwacht die Drehposition des Lenkrads und erzeugt basierend auf der Position des Lenkrads ein SWA-Signal 142. Das Lenksteuermodul 140 kann als ein Beispiel die Fahrzeuglenkung über einen EPS-Motor 144 basierend auf dem SWA-Signal 142 steuern. Das Fahrzeug kann jedoch einen weiteren Typ des Lenksystems enthalten. Ein elektronisches Bremssteuermodul (EBCM) 150 kann die Bremsen 154 des Fahrzeugs selektiv steuern.
Die Module des Fahrzeugs können die Parameter über ein Controller-Bereichsnetz (CAN) 162 gemeinsam benutzen. Das CAN 162 kann außerdem als ein Fahrzeug-Bereichsnetz bezeichnet werden. Das CAN 162 kann z. B. einen oder mehrere Datenbusse enthalten. Verschiedene Parameter können durch ein gegebenes Steuermodul über das CAN 162 anderen Steuermodulen verfügbar gemacht werden.
Die Fahrereingaben können z. B. eine Fahrpedalposition (APP) 166 enthalten, die dem ECM 106 bereitgestellt werden kann. Eine Bremspedalposition (BPP) 170 kann an dem EBCM 150 bereitgestellt werden. Eine Position 174 eines Park-, Rückwärts-, Neutral- und Fahrhebels (PRNDL) kann dem TCM 114 bereitgestellt werden. Ein Zündzustand 178 kann einem Karosseriesteuermodul (BCM) 180 bereitgestellt werden. Der Zündzustand 178 kann z. B. durch einen Fahrer über einen Zündschlüssel, eine Taste oder einen Schalter eingegeben werden. Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann der Zündzustand 178 einer von Aus, Zubehör, Betrieb oder Anlassen sein.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das Fahrzeugsystem 100 ferner ein fortschrittliches Rechenmodul 185 und eine Head-up-Anzeige (HUD) 190. Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, umfasst die HUD 190 ferner ein Fenster (oder eine Linse) 191, durch das (die) Licht auf die (nicht gezeigte) Windschutzscheibe des Fahrzeugsystems 100 projiziert wird.
Das fortschrittliche Rechenmodul 185 umfasst eine Hochleistungs-Rechenplattform, die viele der Funktionen höherer Ordnung und der Funktionen niedrigerer Ordnung des Fahrzeugsystems 100 steuert. In einer typischen Implementierung kann das fortschrittliche Rechenmodul 185 als ein Mikroprozessor und ein zugeordneter Speicher implementiert sein. Das fortschrittliche Rechenmodul 185 führt ein Kernel-Programm aus, das den Gesamtbetrieb des fortschrittliche Rechenmoduls 185 steuert.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung verbraucht das fortschrittliche Rechenmodul 185 die Sensorinformationen von verschiedenen (nicht gezeigten) Sensoren im Fahrzeugsystem 100. Die Sensorinformationen können z. B. Raddrehzahldaten, Lenkradwinkelsensordaten, Bremsstatusdaten, LiDAR-System-Daten, Radardaten, Kamerabilder, GPS-Daten, Beschleunigungsmesserdaten, Temperatur und Drehzahl der Kraftmaschine und dergleichen enthalten, um die Geschwindigkeit, die Richtung und den Ort des Fahrzeugsystems 100 zu bestimmen.
Das fortschrittliche Rechenmodul 185 verarbeitet ausgewählte Teile der Sensorinformationen, um nützliche Informationen für die Anzeige über die HUD 190 auf der Windschutzscheibe zu erzeugen. Das fortschrittliche Rechenmodul 185 kann z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahl der Kraftmaschine, die Motortemperatur, den Kraftstoffstatus, die Navigationsrichtung und dergleichen an die HUD 190 senden, die die HUD 190 dann auf die Innenfläche der Windschutzscheibe projiziert. Dies ermöglicht es dem Fahrer, die projizierten Informationen zu sehen, während er geradeaus schaut. Der Fahrer oder die Fahrerin muss nicht nach unten auf die Instrumententafel schauen und dadurch seine oder ihre Augen von der Straße nehmen, um die projizierten Daten zu sehen.
2 ist ein Blockschaltplan der beispielhaften HUD 190, der den Betrieb der HUD 190 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die HUD 190 umfasst eine Linse 191, die es ermöglicht, dass Licht in das Gehäuse der HUD 190 eintritt und aus dem Gehäuse der HUD 190 austritt. Die internen Komponenten der HUD 190 umfassen eine Bilderzeugungseinheit 215, einen polarisationsbewahrenden Diffusor 225, einen doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm (DBEF) 230, eine infrarotreflektierende (IR-reflektierende) Wellenplatte 235, einen Spiegel 220 und einen Lichtabsorber 240.
Der DBEF 230 ist ein dünner, mehrschichtiger reflektierender Polarisator, der zwei diffuse Oberflächen enthält, um eine Helligkeitsverstärkung und eine hohe visuelle Qualität bereitzustellen. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 (die außerdem als ein Phasenschieber bekannt ist) lässt Licht durch und modifiziert seinen Polarisationszustand, ohne den Strahl zu dämpfen, abzulenken oder zu versetzen. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 führt dies durch das Retardieren (oder Verzögern) einer Komponente (z. B. der S-Polarisation) der Polarisation bezüglich ihrer orthogonalen Komponente (z. B. der P-Polarisation) aus.
2 veranschaulicht zwei Lichtwege. Ein erster Lichtweg 205 umfasst einen einfallenden Sonnenlichtstrahl von der Sonne 201, der durch die Windschutzscheibe 202 des Fahrzeugsystems 100 hindurchgeht, in die Linse 191 der HUD 190 eintritt, vom Spiegel 220 reflektiert wird, durch die infrarotreflektierende (IR-reflektierende) Wellenplatte 235 hindurchgeht und vom DBEF 230 in Richtung des Lichtabsorbers 240 reflektiert wird. Die Grenzen des ersten Lichtwegs 205 sind durch Linien mit ähnlich großen Strichen angegeben. Etwas des einfallenden Sonnenlichtstrahls kann dennoch durch den polarisationsbewahrenden Diffusor 225 hindurchgehen, bevor er in die PGU 215 eintritt.
Ein zweiter Lichtweg 210 ist ein Bild, das von der PGU-Einheit 215 durch den polarisationsbewahrenden Diffusor 225, den DBEF 230 und die IR-reflektierende Wellenplatte 235 projiziert wird, bevor es durch den Spiegel 220 durch die Linse 191 auf die Windschutzscheibe 202 reflektiert wird. Die Windschutzscheibe 202 reflektiert das PGU-Licht ferner in eine Eyebox 203, die den Bereich der Augen des Fahrers repräsentiert. Linien mit abwechselnden Punkten und Strichen geben die Grenzen des zweiten Lichtwegs 210 an. Ein kreuzweise schraffiertes Füllmuster unterscheidet ferner den zweiten Lichtweg 210 vom ersten Lichtweg 205.
Es wird angemerkt, dass die Lichtwege 205 und 210 etwa senkrecht zu den Ebenen des polarisationsbewahrenden Diffusors 225 und der IR-reflektierenden Wellenplatte 235 sind. Eine Ebene des DBEF 230 ist jedoch bezüglich des ersten Lichtwegs 205 und des zweiten Lichtwegs 210 geneigt, so dass die Lichtwege 205 und 210 nicht zur Ebene des DBEF 230 senkrecht sind.
3 veranschaulicht einen Lichtweg des Modellsonnenlichts, das den Diffusor der HUD 190 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht. Die Lichtwegsegmente 301-305 repräsentieren den einfallenden Sonnenlichtstrahl. Der einfallende Sonnenlichtstrahl von der Sonne 201 fällt auf die Windschutzscheibe als das Lichtwegsegment 301 ein. Das Lichtwegsegment 301 geht durch die Windschutzscheibe 202 und kann einige PVB- und Fresnel-Verluste erfahren, um das Lichtwegsegment 302 zu werden. Das Lichtwegsegment 302 wird vom Spiegel 220 reflektiert und kann einige Blendungsfallen-Linsenverluste erfahren, um das Lichtwegsegment 303 zu werden. Das Lichtwegsegment 303 geht dann durch die IR-reflektierende Wellenplatte 235, wo zusätzliche Verluste erfahren werden können, und wird das Lichtwegsegment 304.
Das nicht polarisierte IR-Licht im Lichtwegsegment 303 wird im Lichtwegsegment 304 durch die IR-reflektierende Wellenplatte 235 in 50 % S-Polarisationslicht und 50 % P-Polarisationslicht polarisiert. Das Lichtwegsegment 304 geht dann durch den DBEF 230 und wird das Lichtwegsegment 305. Im Lichtwegsegment 305 verringert der DBEF 230 fast alles der P-Polarisationsleuchtdichte des Lichtwegsegments 304 und ebenso etwas der S-Polarisationsleuchtdichte. Der polarisationsbewahrende Diffusor 225 absorbiert dann teilweise das Lichtwegsegment 305. Mit dem optischen Stapel wird die Temperatur des Diffusors nach dem Absorbieren des Lichtwegsegments 305 gut auf eine Temperatur gesteuert, die tiefer als die Glasübergangstemperatur des Diffusormaterials ist.
4 veranschaulicht die Verringerung der Rückreflexion der beispielhaften HUD 190 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Lichtwegsegmente 301-303 und die Lichtwegsegmente 404 und 405 repräsentieren den einfallenden Sonnenlichtstrahl von der Sonne 201. Die Lichtwegsegmente 301-303 sind die gleichen wie in 3. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 reflektiert die Infrarotkomponente 403 des einfallenden Sonnenlichtstrahls. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 setzt das nicht polarisierte Licht im Lichtwegsegment 303 in polarisiertes Licht im Lichtwegsegment 404 um, das 50 % S-Polarisationsleuchtdichte und 50 % P-Polarisationsleuchtdichte umfasst. Nach dem Durchlaufen des DBEF 230 umfasst das Lichtwegsegment 405 jedoch nur das S-Polarisationslicht.
Der polarisationsbewahrende Diffusor 225 reflektiert etwa 5 % des Lichts im Lichtwegsegment 405 zurück in Richtung der Windschutzscheibe 202 in das Lichtwegsegment 451. Der polarisationsbewahrende Diffusor 225 reflektiert das Lichtwegsegment 451 als z. B. 70 % S-Polarisationsleuchtdichte und 30 % P-Polarisationsleuchtdichte zurück. Der DBEF 230 ist in einem Winkel geneigt, um die P-Polarisation im Lichtwegsegment 462 in Richtung des Lichtabsorbers 240 zu reflektieren. Der DBEF 230 lässt jedoch das S-Polarisationslicht im Lichtwegsegment 452 in Richtung der IR-reflektierende Wellenplatte 235 durch. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 setzt dann die 100 % S-Polarisationslicht im Lichtwegsegment 452 um, so dass es das Lichtwegsegment 453 (25 % P-Polarisationsleuchtdichte) und das Lichtwegsegment 463 (75 % S-Polarisationsleuchtdichte) wird.
Der Spiegel 220 reflektiert etwa 100 % des Lichtwegsegments 453 als das Lichtwegsegment 454 und 100 % des Lichtwegsegments 463 als das Lichtwegsegment 464 zur Windschutzscheibe 202. Die Windschutzscheibe 202 reflektiert dann etwa 3 % der P-Polarisationsleuchtdichte im Lichtwegsegment 454 als das Lichtwegsegment 455. Außerdem reflektiert die Windschutzscheibe 202 etwa 20 % der S-Polarisationsleuchtdichte im Lichtwegsegment 464 als das Lichtwegsegment 465. Die Windschutzscheibe 202 reflektiert die Lichtwegsegmente 455 und 465 in Richtung der Eyebox 203.
Ohne den DBEF 230 und die IR-reflektierende Wellenplatte 235 kann die Rückreflexion von einem herkömmlichen Diffusor, der z. B. 8 % nicht polarisiertes Licht reflektiert, eine reflektierte Leuchtdichte von 325,1 cd/m² an der Eyebox 203 verursachen. Weil die offenbarte HUD 190 jedoch die neuartige Kombination aus dem polarisationsbewahrenden Diffusor 225, dem geneigten DBEF 230 und der IR-reflektierenden Wellenplatte 235 enthält, kann die reflektierte Leuchtdichte auf eine reflektierte Leuchtdichte von 219,1 cd/m² an der Eyebox 203 verringert werden. Dies repräsentiert eine Verringerung des rückreflektierten Lichts um 32,6 %.
5 veranschaulicht die Lichtverlustanalyse der beispielhaften HUD 190 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Lichtwegsegmente 501-506 repräsentieren das Licht eines von der PGU 215 auf die Eyebox 203 projizierten Bildes. Das projizierte Licht von der PGU 215 fällt auf den polarisationsbewahrenden Diffusor 225 als das Lichtwegsegment 501 ein. Es wird angenommen, dass das Lichtwegsegment 501 eine Leuchtdichte von 75.000 cd/m² und 100 % S-Polarisation aufweist. Der polarisationsbewahrende Diffusor 225 erzeugt das Lichtwegsegment 502, das z. B. 5 % P-Polarisation und 95 % S-Polarisation aufweisen kann.
Der DBEF 230 eliminiert die P-Polarisation aus dem Lichtwegsegment 502 und lässt das Lichtsegment 503 mit 100 % S-Polarisation in Richtung der IR-reflektierenden Wellenplatte 235 durch. Die IR-reflektierende Wellenplatte 235 dreht dann das Licht mit 100 % S-Polarisation im Lichtwegsegment 503, so dass es das Lichtwegsegment 504 wird, das 25 % P-Polarisationsleuchtdichte und 75 % S-Polarisationsleuchtdichte umfassen kann. Der Spiegel 220 reflektiert 100 % des Lichtwegsegments 504 als das Lichtwegsegment 505, das zu der Windschutzscheibe 202 durchgelassen wird. Schließlich reflektiert die Windschutzscheibe 202 das Lichtwegsegment 505 als das Lichtwegsegment 506, das zu der Eyebox 203 durchgelassen wird. Das Lichtwegsegment 506 kann 20 % S-Polarisationsleuchtdichte und 3 % P-Polarisationsleuchtdichte umfassen.
In dieser Weise empfängt die Eyebox 203 das anfängliche Lichtwegsegment 501, das eine beispielhafte Leuchtdichte von 75.000 cd/m² aufweisen kann, als ein Lichtwegsegment 506, das eine S-Polarisationsleuchtdichte von 9.455,6 cd/m² und eine P-Polarisationsleuchtdichte von 472,8 cd/m² aufweisen kann. Die kombinierte Leuchtdichte des S- und P-Polarisationslichts beträgt dann 9.928,4 cd/m².
In der unteren Hälfte der 5 sind die Lichtverluste basierend auf der Annahme dargestellt, dass der Diffusor 530 kein polarisationsbewahrender Diffusor ist und dass der DBEF 230 und die IR-reflektierende Wellenplatte 235 nicht im optischen Stapel vorhanden sind. Ein herkömmlicher Diffusor 530. Das projizierte Licht von der PGU 215 fällt auf den herkömmlichen Diffusor 530 als das Lichtwegsegment 511 ein. Es wird angenommen, dass das Lichtwegsegment 511 wie zuvor eine Leuchtdichte von 75.000 cd/m² und 100 % S-Polarisation aufweist. Der Diffusor 530 erzeugt das Lichtwegsegment 512, das z. B. 30 % P-Polarisation und 70 % S-Polarisation aufweisen kann. Der Spiegel 220 reflektiert 100 % des Lichtwegsegments 512 als ein Lichtwegsegment 515, das zu der Windschutzscheibe 202 durchgelassen wird. Die Windschutzscheibe 202 reflektiert das Lichtwegsegment 515 als ein Lichtwegsegment 516, das zur Eyebox 203 durchgelassen wird. Das Lichtwegsegment 516 kann 20 % des S-Polarisationslichts und 3 % des P-Polarisationslichts umfassen.
In dieser Weise empfängt die Eyebox 203 das anfängliche Lichtwegsegment 511, das eine beispielhafte Leuchtdichte von 75.000 cd/m² aufweisen kann, als das Lichtwegsegment 516, das eine S-Polarisationsleuchtdichte von 10.500 cd/m² und eine P-Polarisationsleuchtdichte von 675 cd/m² aufweisen kann. Die kombinierte Leuchtdichte von S- und P-Polarisationslicht beträgt dann 11.175 cd/m².
Folglich kann der optische Stapel im oberen Teil der 5, der den polarisationsbewahrenden Diffusor 225, den DBEF 230 und die IR-reflektierende Wellenplatte 235 enthält, einen Leuchtdichteverlust von 11 % verursachen (d. h., 9.928,4 cd/m² gegenüber 11.175 cd/m²). Dies ist jedoch immer noch nah bei einer Zielleuchtdichte von 10.000 cd/m² für die HUD 190.
Die vorhergehende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und ist in keiner Weise vorgesehen, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in verschiedenen Formen implementiert sein. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, sollte deshalb der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, weil andere Modifikationen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es sollte erkannt werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser Merkmale, die bezüglich irgendeiner Ausführungsform der Offenbarung beschrieben worden sind, in irgendeiner der anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit den Merkmalen irgendeiner der anderen Ausführungsform kombiniert sein, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen einander nicht aus, wobei Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander im Schutzumfang dieser Offenbarung bleiben. Es sollte außerdem erkannt werden, dass Schritte in den Ausführungsformen außerdem eliminiert werden können. Es können z. B. alle auf dem Weiterleiten basierenden Bewertungen und Handlungen eliminiert werden, so dass nur die Wölbung und möglicherweise die Belegung überwacht werden und mit Handlungen auf sie gewirkt wird.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung verschiedener Begriffe beschrieben, z. B. „verbunden“, „im Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber außerdem eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, wenn sie nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben ist. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet wird, sollte er ausgelegt werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen ODER bedeutet, und nicht ausgelegt werden, dass er „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ bedeutet.
In den Figuren demonstriert die Richtung eines Pfeils, wie durch die Pfeilspitze angegeben ist, im Allgemeinen den Informationsfluss (wie z. B. Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Wenn z. B. das Element A und das Element B verschiedene Informationen austauschen, aber die vom Element A zum Element B übertragenen Informationen für die Veranschaulichung relevant sind, kann der Pfeil vom Element A zum Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil impliziert nicht, dass keine anderen Informationen vom Element B zum Element A übertragen werden. Ferner kann das Element B für die vom Element A zum Element B gesendeten Informationen Anforderungen für die oder Empfangsquittungen der Informationen an das Element A senden.
In dieser Anmeldung einschließlich der Definitionen im Folgenden kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, Teil sein von, oder enthalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder Gruppe), die den durch die Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen der Obigen, wie z. B. in einem System auf einem Chip.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), dem Internet, einem Weitbereichsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann zwischen mehreren Modulen verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Mehrere Module können z. B. einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (das außerdem als ein entferntes oder Cloud-Modul bekannt ist) einige Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam benutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die etwas oder alles des Codes von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einiges oder alles des Codes von einem oder mehreren Modulen ausführt. Die Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Dies, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzigen Die, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus dem Obigen. Der Begriff gemeinsam benutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die etwas oder alles des Codes von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern etwas oder alles des Codes von einem oder mehreren Modulen speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet wird, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (wie z. B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff computerlesbares Medium kann deshalb als greifbar und nicht transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht transitorisches, greifbares computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie z. B. eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare programmierbare Festwertspeicherschaltung oder eine Maskenfestwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (z. B. eine statische Schreib-Lese-Speicher-Schaltung oder eine dynamische Schreib-Lese-Speicher-Schaltung), magnetische Speichermedien (wie z. B. ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie z. B. eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray-Disc).
Die in dieser Anwendung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer implementiert sein, der durch das Konfigurieren eines Universalcomputers erzeugt wird, um eine oder mehrere spezielle in Computerprogrammen verkörperte Funktionen auszuführen. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Ablaufplankomponenten und anderen Elemente dienen als Software-Spezifikationen, die durch die Routinearbeit eines ausgebildeten Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme enthalten prozessorausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nicht transitorischen, greifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten oder sich auf gespeicherte Daten stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Eingabe-/Ausgabesystem (BIOS), das mit der Hardware des Spezialcomputers wechselwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit speziellen Vorrichtungen des Spezialcomputers wechselwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Anwenderanwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, wie z. B. HTML (Hypertext-Auszeichnungssprache), XML (erweiterbare Auszeichnungssprache) oder JSON (JavaScript-Objektbezeichnung), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der durch einen Compiler aus Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler usw. Lediglich als Beispiele kann der Quellcode unter Verwendung der Syntax von Sprachen einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext-Auszeichnungssprache, 5. Überarbeitung), Ada, ASP (Aktive Server-Seiten), PHP (PHP: Hypertext-Vorprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims

Head-up-Anzeige, die umfasst: eine Bilderzeugungseinheit, die konfiguriert ist, ein Bild auf eine polarisationsbewahrende Diffusorfläche zu projizieren; und einen optischen Stapel, der umfasst: eine infrarotreflektierende Wellenplatte; und einen doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm, wobei die infrarotreflektierende Wellenplatte einen Infrarotanteil eines ersten einfallenden Sonnenlichtstrahls reflektiert und einen zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durchlässt.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 1, wobei der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm den zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahl von der infrarotreflektierenden Wellenplatte empfängt und im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls reflektiert.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 2, wobei der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm im Wesentlichen alles der S-Polarisationskomponente, die von der infrarotreflektierenden Wellenplatte empfangen wird, als einen dritten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit einer S-Polarisationskomponente durchlässt.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 3, wobei die Head-up-Anzeige einen Lichtabsorber umfasst.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 4, wobei der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm durch das das Ablenken der P-Polarisationskomponente in Richtung des Lichtabsorbers im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente reflektiert.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 5, wobei eine Ebene des doppelten Helligkeitsverstärkungsfilms bezüglich der Richtung des zweiten einfallenden Sonnenlichtstrahls geneigt ist.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 6, das ferner einen polarisationsbewahrenden Diffusor umfasst, der konfiguriert ist, den dritten einfallenden Sonnenlichtstrahl mit der S-Polarisationskomponente von dem doppelten Helligkeitsverstärkungsfilm zu empfangen und einen ersten ausgehenden Strahl mit einer S-Polarisationskomponente und einer P-Polarisationskomponente durchzulassen.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 7, wobei die S-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls signifikant größer als die P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls ist.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 8, wobei der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm den ersten ausgehenden Strahl von dem polarisationsbewahrenden Diffusor empfängt und im Wesentlichen alles der P-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls eliminiert.
Head-up-Anzeige nach Anspruch 9, wobei der doppelte Helligkeitsverstärkungsfilm im Wesentlichen alles der S-Polarisationskomponente des ersten ausgehenden Strahls als einen zweiten ausgehenden Strahl durchlässt.