本發(fā)明涉及一種投影裝置，具體涉及一種抬頭顯示器，并且涉及用于將虛擬圖像投影到車輛——尤其是機(jī)動車輛——的駕駛員的視野中的方法。

背景技術(shù)：

抬頭顯示器具有在車輛(尤其是機(jī)動車輛)駕駛員的視野內(nèi)或者其中投影或顯示信息的作用。為了該目的，通常提供至少一個成像裝置和投影元件。該成像裝置產(chǎn)生將被顯示為圖像的信息并通過由投影元件顯示的光信號在駕駛員視野中呈現(xiàn)該信息。該投影元件是光透射及反射表面，例如機(jī)動車輛的擋風(fēng)玻璃。由成像裝置發(fā)射的光信號被投影在擋風(fēng)玻璃的內(nèi)側(cè)上以使得駕駛員能夠同時看到或察覺到被投影的虛擬圖像及擋風(fēng)玻璃后面的真實世界二者。這里的信息被呈現(xiàn)給駕駛員，宛如他們在擋風(fēng)玻璃外面自由浮動。

組合抬頭顯示器是在車輛駕駛員的視野內(nèi)的整個單獨平板上顯示虛擬圖像的抬頭顯示器。因此，組合抬頭顯示器可以不依賴于擋風(fēng)玻璃的形式使用并且因此可以用于不同類型的車輛。

為了駕駛員視野內(nèi)虛擬圖像的可感知性或可讀性，被投影在投影元件上的光信號和駕駛員視野內(nèi)當(dāng)前主要環(huán)境光之間的特定對比度是必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對該背景，本發(fā)明基于如下目的：提供一種投影裝置及用于將虛擬圖像投影至車輛駕駛員視野內(nèi)的方法，該投影裝置始終，也就是說尤其在變化的環(huán)境光線狀況下，對車輛駕駛員而言保證虛擬圖像的良好的可感知 性或可讀性。另外，將投影裝置安裝至車輛中的安裝復(fù)雜度應(yīng)該盡可能地低并且投影裝置應(yīng)該緊湊。

該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的投影裝置以及具有權(quán)利要求5的特征的方法來實現(xiàn)。另外，各自的從屬權(quán)利要求披露了本申請的特別有利的實施例。

應(yīng)該注意的是，權(quán)利要求中的單獨列出的特征可以以任何技術(shù)上有意義的方式結(jié)合并且給出本申請的其他實施例。本說明書尤其結(jié)合附圖另外描繪并說明了本申請。

根據(jù)本申請，一種用于將虛擬圖像投影至車輛——尤其是機(jī)動車輛——駕駛員視野中的投影裝置，尤其是抬頭顯示器或組合抬頭顯示器，包含：用于發(fā)射用于呈現(xiàn)虛擬圖像的具有可預(yù)先指定的強(qiáng)度的光信號的成像裝置、用于在視野中顯示光信號的投影元件、以及至少一個光傳感器，該光傳感器用于獲取駕駛員視野中的當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)度，以便根據(jù)獲取的環(huán)境光強(qiáng)度調(diào)整發(fā)射的光信號的強(qiáng)度。這保證了對車輛駕駛員而言虛擬圖像的良好的可感知性和可讀性。

投影裝置可以指投影儀，例如抬頭顯示器或組合抬頭顯示器，該投影裝置可以透過車輛的前面板或擋風(fēng)玻璃將一項圖像信息投影至駕駛員的視野中，例如車輛駕駛員的前方。該車輛可以是機(jī)動車輛，例如客車、卡車、摩托車或飛機(jī)。本發(fā)明背景下的視野可以被理解為意味著尤其是在駕駛員的觀察方向上駕駛員前方的區(qū)域。該視野可以設(shè)置在例如車輛擋風(fēng)玻璃的方向上。虛擬圖像可以是位于從駕駛員視角的視野內(nèi)的呈現(xiàn)。例如，虛擬圖像可以從駕駛員的視角呈現(xiàn)，正如其似乎在擋風(fēng)玻璃前方浮動，或者可以被顯示在位于視野內(nèi)環(huán)繞車輛的區(qū)域內(nèi)。虛擬圖像可以表示例如字符。另外或可替換地，虛擬圖像還可以被投影至車輛的另一乘員——例如前方乘客——的視野內(nèi)。

成像裝置可以被理解為意味著顯示裝置，例如顯示器，尤其是TFT(薄膜晶體管)顯示器。該成像裝置可以具有用于產(chǎn)生虛擬圖像的單個圖像點的多個光源。因此光信號可以是一組多個光束。單個光束可以具有不同的 波長以便能夠以不同顏色表示虛擬圖像。該投影元件及成像裝置可以如此設(shè)置以使得由成像裝置發(fā)射的光信號到達(dá)投影元件的表面并且由投影元件的該表面反射至視野內(nèi)。投影元件可以是平板。投影元件可以設(shè)計為相對于光信號可反射的。另外，投影元件可以配置為相對于從遠(yuǎn)離駕駛員的投影元件的一側(cè)到達(dá)投影元件的光是光透射的。通過這種方式，駕駛員的視野可以不受投影元件限制，或者僅僅輕微受限，并且虛擬圖像仍然可以被投影至視野內(nèi)。光傳感器可以是光電二極管或攝像機(jī)。本發(fā)明意義內(nèi)的環(huán)境光可以被理解為意味著從圍繞車輛的空間進(jìn)入車輛的光。具體地，根據(jù)本發(fā)明，在駕駛員視野內(nèi)由駕駛員感知的環(huán)境光由光傳感器獲取。

環(huán)境光的強(qiáng)度優(yōu)選地被連續(xù)獲取以使得發(fā)射的光信號的強(qiáng)度可以優(yōu)選地始終適應(yīng)于駕駛員視野中的環(huán)境光的當(dāng)前強(qiáng)度。在此，發(fā)射的光信號的強(qiáng)度優(yōu)選地隨著駕駛員視野內(nèi)的環(huán)境光的強(qiáng)度增加而增加，另外的情況下其可以被減弱。

根據(jù)本發(fā)明，由成像裝置發(fā)射的光信號具有預(yù)先確定的偏振特性。本發(fā)明使用成像裝置(例如TFT顯示器)的以偏振的形式射出光信號的特性。另一方面，環(huán)境光不被偏振。另外，偏振濾波器設(shè)置在環(huán)境光至光傳感器的光束線路中，該偏振濾波器過濾到達(dá)光傳感器的環(huán)境光以使得由成像裝置發(fā)射的光信號的偏振特性被過濾出去。換句話說，偏振濾波器在光信號到達(dá)光感器之前從環(huán)境光中過濾出來自成像裝置的被偏振的光信號。這保證由光傳感器獲取的入射光的強(qiáng)度只依賴于駕駛員視野中的環(huán)境光，并且不包括由成像裝置發(fā)射的光信號的部分。

本發(fā)明的一個有利的實施例提供至少一個用于引導(dǎo)由成像裝置發(fā)射的光信號的光學(xué)元件，相對于由成像裝置發(fā)射的光信號的光束線路，該光學(xué)元件被設(shè)置在成像裝置的下游及投影元件的上游。例如，光學(xué)元件可以是像鏡子、凹面鏡等這樣的反射元件，或者像透鏡、凸透鏡等這樣的折射元件，或者像半透射型鏡子、棱鏡等這樣的半透射元件，或者像濾波鏡等這樣的電介質(zhì)或二色性元件，以及他們的結(jié)合。一個或多個這些光學(xué)元件可以設(shè)置在成像裝置和投影元件之間的光束線路中。

根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，投影裝置具有殼體，成像裝置、光傳感器、偏振濾波器及至少一個光學(xué)元件容納在該殼體中。通過這種方式可行的是，由于沒有與投影裝置的殼體相分離的附加部件需要安裝，尤其顯著降低投影裝置的安裝復(fù)雜度。另外，投影裝置因此可以配置為是緊湊的，由于所有必要部件均設(shè)置在殼體內(nèi)。

本發(fā)明的另一有利實施例規(guī)定光傳感器設(shè)置為使得環(huán)境光在到達(dá)光傳感器之前到達(dá)至少一個光學(xué)元件。換句話說，相同的光學(xué)元件同時用于將由成像裝置發(fā)射的光信號至投影元件的表面上的投影及在駕駛員視野內(nèi)當(dāng)前的環(huán)境光在光傳感器上的投射。因此，不需要附加的光學(xué)元件將環(huán)境光引導(dǎo)至光傳感器，這進(jìn)一步簡化了投影裝置的結(jié)構(gòu)并降低了投影裝置的制造成本。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于將虛擬圖像投影至車輛駕駛員視野內(nèi)的方法，該方法包含以下步驟：發(fā)射具有可預(yù)先指定的強(qiáng)度的用于呈現(xiàn)虛擬圖像的光信號，使用投影元件在視野內(nèi)顯示光信號，使用至少一個光傳感器獲取在駕駛員的視野的當(dāng)前環(huán)境光的強(qiáng)度，以及根據(jù)獲取的環(huán)境光的強(qiáng)度調(diào)整發(fā)射的光信號的強(qiáng)度。關(guān)于前面提到的術(shù)語的含義，參照之前關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的投影裝置的解釋，該術(shù)語類似地還應(yīng)該應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方法另外規(guī)定調(diào)制發(fā)射的光信號以使得其具有預(yù)先確定的偏振特性。由成像裝置本身，尤其例如由(TFT)顯示器根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行對由成像裝置發(fā)射的光信號的該調(diào)制。該方法還包含使用偏振濾波器在光信號到達(dá)光傳感器之前從到達(dá)光傳感器的環(huán)境光中過濾出發(fā)射的光信號的預(yù)先確定的偏振特性。

根據(jù)本發(fā)明的方法的有利實施例，使用至少一個光學(xué)元件將發(fā)射的光信號引導(dǎo)至投影元件，并且使用相同的光學(xué)元件將環(huán)境光引導(dǎo)至光傳感器。

可以由上述投影裝置的元件或裝置執(zhí)行該方法的步驟。通過例如電路的形式的適合的控制裝置可以提供用于驅(qū)動相應(yīng)元件或裝置的必要控制 信號。

附圖說明

在下面的本發(fā)明的具體實施方式中可以獲得本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，該具體實施方式將被理解為非限制性的并且將參照附圖在以下更加詳細(xì)地描述該具體實施方式。在附圖中，附圖示意性示出了：

圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的投影裝置的車輛的剖視圖及其中的細(xì)節(jié)放大圖；

圖2是圖1的投影裝置的框圖。

具體實施方式

在不同的附圖中，在其功能上相當(dāng)?shù)牟糠滞ǔ＞哂邢嗤母綀D標(biāo)記并且因此總體上只描述一次。

圖1在上半部分圖片中說明了車輛1的剖視圖，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，該車輛1具有用于將虛擬圖像投影至車輛1的駕駛員3的視野內(nèi)的投影裝置，并且在圖片的左下方說明了投影裝置2的細(xì)節(jié)放大視圖。

圖1中所示的示例性實施例中投影裝置2配置為鄰近車輛1的擋風(fēng)玻璃4設(shè)置的組合抬頭顯示器。在投影裝置2的運行期間，虛擬圖像可以被顯示在車輛1的駕駛員3的視野中。

投影裝置2具有用于發(fā)射用于呈現(xiàn)虛擬圖像的光信號的成像裝置5，在這種情況下是TFT顯示器。通過反射光學(xué)元件6——在此是鏡子的形式，例如凹透鏡、平面鏡或任意形式的鏡子——將光信號反射至投影元件7上以便在駕駛員3的視野內(nèi)顯示光信號。在所示的示例性實施例中投影元件7代表組合抬頭顯示器2的組合。

根據(jù)該示例性實施例，成像裝置5及光學(xué)元件6設(shè)置在集成在車輛1的儀表板的殼體8中。殼體8具有朝向儀表板的表面的通孔，通過該通孔由光學(xué)元件6反射的光信號可以射出殼體8并且到達(dá)投影元件7。投影元件7配置為面板，在此是彎曲面板，例如球面的、非球面的或任意形式。 投影元件7配置在殼體8的外面并且從儀表板的表面開始遠(yuǎn)離儀表板的表面延伸。遠(yuǎn)離儀表板表面的投影元件7的至少一個區(qū)域位于駕駛員3的視野內(nèi)。投影元件7可以配置為例如矩形的或半圓形的。該投影元件7配置為在駕駛員3的視野內(nèi)投影由光信號呈現(xiàn)的圖像。投影元件7是光透射設(shè)計以使得駕駛員3能夠通過投影元件7感知車輛的環(huán)境。

根據(jù)圖1所示的示例性實施例，投影裝置2另外包含光傳感器(未示出)，該光傳感器獲取駕駛員視野內(nèi)的當(dāng)前環(huán)境光的強(qiáng)度，以便根據(jù)獲取的環(huán)境光的強(qiáng)度調(diào)整發(fā)射的光信號的強(qiáng)度。該光傳感器優(yōu)選地獲取來自在圖1中由粗桿標(biāo)記的車輛1的擋風(fēng)玻璃4前方的區(qū)域9的環(huán)境光。另外，環(huán)境光的不同光束路線在圖1中通過相應(yīng)的箭頭(實線、點劃線、虛線)示出?？梢钥闯龅氖?，環(huán)境光從駕駛員3的視野通過光透射投影元件7到達(dá)光學(xué)元件6并且由此在成像裝置5的方向上被引導(dǎo)至殼體8內(nèi)。光傳感器優(yōu)選地設(shè)置在相應(yīng)箭頭的端部，也就是說例如在殼體8的成像裝置5的上方、下方或緊鄰成像裝置，應(yīng)該據(jù)此獲取并評估到達(dá)投影裝置2的環(huán)境光的光束路線。

還可以想到的是，投影裝置2具有優(yōu)選地在殼體8內(nèi)的多于一個的光傳感器，這樣可以由相應(yīng)的光傳感器獲取不同光束路線的光強(qiáng)度，由此例如可以形成用于確定在駕駛員3的視野內(nèi)當(dāng)前環(huán)境光的強(qiáng)度的平均值。

圖1所示的投影裝置2還具有偏振濾波器(未示出)，該偏振濾波器與光傳感器(同樣未示出)相關(guān)聯(lián)。偏振濾波器優(yōu)選地同樣被容納在殼體8中并且設(shè)置為例如緊鄰光傳感器。通常，眾所周知，由成像裝置5發(fā)射的光信號具有源于用作成像裝置5的(TFT)顯示器的運行模式的偏振特性。相反，環(huán)境光沒有偏振。選擇與光傳感器關(guān)聯(lián)的偏振濾波器以使得其從到達(dá)光傳感器的環(huán)境光中過濾出被發(fā)射的光信號的偏振特性。換句話說，偏振濾波器不允許環(huán)境光中的光信號的任一部分通過，這使得由光傳感器獲取的光強(qiáng)度只依賴于駕駛員3的視野中的當(dāng)前環(huán)境光。

圖2示出了圖1的投影裝置2的框圖。示意性示出的是駕駛員3、擋風(fēng)玻璃4、成像裝置5、至少一個光學(xué)元件6、獲取的環(huán)境光的區(qū)域9及光 傳感器10。

如可以在圖2中左半部分的圖片中看出的，由成像裝置5發(fā)射例如s-偏振光的偏振光信號11。例如TFT顯示器的成像裝置5在此以公知的方式用作光信號的調(diào)制器。S-偏振光信號11隨后由至少一個例如鏡子的光學(xué)元件6引導(dǎo)至投影元件(未在圖2中示出)，使得投影元件可以在駕駛員3的視野內(nèi)顯示光信號的虛擬圖像。

可以從圖2的右半部分圖片中看到的是，未偏振的環(huán)境光12如何通過擋風(fēng)玻璃4從區(qū)域9進(jìn)入車輛并且在那由投影裝置2的相同的光學(xué)元件6引導(dǎo)至光傳感器10，光學(xué)元件6將由成像裝置5發(fā)射的s-偏振光信號11引導(dǎo)至駕駛員3。在其從擋風(fēng)玻璃4至光傳感器10的路線中，使用偏振濾波器(未示出)過濾出初始無偏振環(huán)境光12，使得其在穿過偏振濾波器之后類似地具有偏振特性?，F(xiàn)在選擇偏振濾波器使得其過濾出s-偏振光信號11的偏振特性。換句話說，在投影裝置2的圖2所示的示例性實施例中的偏振濾波器從無偏振環(huán)境光12中過濾出s-偏振光11，使得其在穿過偏振濾波器之后具有偏振特性，在這種情況下具體地是p-偏振。過濾后p-偏振環(huán)境光13的強(qiáng)度只依賴于駕駛員3的視野中當(dāng)前環(huán)境光的強(qiáng)度并且不會受發(fā)射的光信號11的強(qiáng)度的影響，隨后p-偏振環(huán)境光13到達(dá)光傳感器10，在此環(huán)境光的強(qiáng)度被獲取。隨后根據(jù)由光傳感器10獲取的環(huán)境光的強(qiáng)度調(diào)整發(fā)射的光信號11的強(qiáng)度，以便由于足夠的對比度而對駕駛員3而言始終保證虛擬圖像的良好的可感知性和可讀性。

參照附圖中說明的示例性實施例更加詳細(xì)地解釋了根據(jù)本發(fā)明的投影裝置及方法。然而，投影裝置及方法并不限于在此描述的實施例，而是還包含具有相同功能的其他實施例。具體地，本發(fā)明可以以相同的方式適用于擋風(fēng)玻璃抬頭顯示器及組合抬頭顯示器。另外，發(fā)射的光信號的偏振特性將依賴于使用的成像裝置的類型，因此選擇偏振濾波器使得其能夠在任何情況下從無偏振環(huán)境光中過濾出發(fā)射的偏振光信號。例如，在由成像裝置圓偏振的左向偏振的光信號的情況下，在環(huán)境光穿過濾波器之后由偏振濾波器過濾的環(huán)境光將被右向偏振。為了該目的，偏振濾波器可以是用于過濾圓偏振光的拉姆達(dá)/4濾波器(左向或右向偏振)或者是線性偏振光 (s-偏振或p-偏振)情況下的拉姆達(dá)/2濾波器。

根據(jù)本發(fā)明的投影裝置在優(yōu)選的配置中用作車輛——尤其是機(jī)動車輛——中的擋風(fēng)玻璃抬頭顯示器或組合抬頭顯示器。

附圖標(biāo)記列表

1 車輛

2 投影裝置

3 駕駛員

4 擋風(fēng)玻璃

5 成像裝置

6 光學(xué)元件

7 投影元件

8 殼體

9 獲取環(huán)境光的區(qū)域

10 光傳感器

11 s-偏振光信號

12 無偏振環(huán)境光

13 p-偏振環(huán)境光