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投影设备及相关联的平视观看系统的制作方法

文档序号:24941703发布日期:2021-05-04 11:34
投影设备及相关联的平视观看系统的制作方法

本发明总体上涉及机动车辆的驾驶辅助的领域。本发明更特别地涉及投影设备及相关联的平视观看系统。



背景技术:

为了使驾驶机动车辆更容易且更安全,希望避免驾驶员不得不将他的视线从他正在行驶的道路上转移。

为此,已知使用允许平视显示的平视观看系统,该平视观看系统设计为与驾驶员的视线平齐地投影信息(车辆的速度、要采取的方向等)以便辅助他进行驾驶。为此,在系统中实现投影该信息的设备。

该投影设备主要包括生成光束的装置和成像屏幕。总体而言,折叠反射镜用于将由投影设备产生的图像反射到与驾驶员的视线平齐地布置的部分反射板。可以将折叠反射镜合并到投影设备中。

已知的系统遇到的一个问题是难以实现投影的信息的均匀照明。此外,还必须避免自外部光源、离开平视观看系统且特别是其投影设备的光学元件的杂散反射。在这些外部光源之中,太阳光可能以某些角度被投影设备的光学元件反射并且损害驾驶员和对投影的信息的读取。



技术实现要素:

根据本发明提出一种投影设备(在此,旨在用于供车辆的驾驶员观看光显示的平视观看系统),其从光路的上游到下游(在此朝向驾驶员的显示光路)包括:用于生成具有确定的主方向的光束的至少一个装置、具有第一光学散射指示量的第一漫射器、具有第二光学散射指示量的第二漫射器(这些漫射器形成了用于使来自由生成光束的装置生成的具有确定的主方向的光束的光散射的构件)以及成像屏幕(典型地为平坦的且包括两个相对面,用于从生成光束的装置接收光束的输入面和相对的输出面),第一漫射器和第二漫射器分离开确定的距离,并且第一光学散射指示量不同于第二光学散射指示量。

使用具有分离的光学散射指示量的两个分离的漫射器允许在这些漫射器的选择方面的灵活性更大,同时允许从两个漫射器的效果的组合得到的效果提供希望的散射。因此,例如可以选择两个相对简单(因此不昂贵的)漫射器,该组合却因此产生相对复杂的散射功能。

理解的是,在本发明的上下文中,术语“上游”、“下游”或“输入”、“输出”或它们的等同物(指示各种光学构件沿着光路的位置)基本上参考光从生成光束的装置的光源沿着光路的传播方向而确定。

根据本发明的设备的其他非限制性和有利的特征(单独地或技术上可以组合地采用)如下:

-第二漫射器和成像屏幕相对于由生成光束的装置生成的光束的主方向倾斜(就是说所述第二漫射器和所述成像屏幕不垂直于由生成光束的装置生成的光束的主方向);

-投影设备还包括在成像屏幕的下游的输出折叠反射镜,就是说在成像屏幕的输出面侧的输出折叠反射镜,

-输出折叠反射镜是平坦的,

-输出折叠反射镜是不平坦的,

-输出折叠反射镜是自由形式的,

-每个漫射器具有偏转角,所述角能够为零或非零,

-每个漫射器产生具有限定的主散射锥轴线的光的散射,

-在偏转角为零的情况下,主散射锥轴线与入射束共线,

-在偏转角为非零的情况下,主散射锥轴线相对于入射束倾斜,

-第一漫射器的光散射锥的主轴线和照射第一漫射器的光束的主方向共线,偏转角为零,

-第一漫射器的光散射锥的主轴线和照射第一漫射器的光束的主方向共面,

-第二漫射器的偏转角为零,

-第二漫射器的偏转角为非零,

-第二漫射器的光散射锥的主轴线和照射第二漫射器的光束的主方向相对于彼此倾斜,

-第二漫射器还是用于偏转由生成光束的装置生成的光束的偏转器,

-第二漫射器的偏转角为使得所产生的散射锥的主轴线实质上垂直于成像屏幕的输入面,

-第二漫射器平行于成像屏幕,

-第二漫射器不平行于成像屏幕,

-第二漫射器平行于成像屏幕并且第二漫射器的偏转角的绝对值实质上等于成像屏幕相对于由生成光束的装置生成的光束的确定的主方向的法线的倾斜角。

-第二漫射器布置为抵靠成像屏幕的输入面,第二漫射器接合到成像屏幕。

-第二漫射器布置在距成像屏幕的输入面的确定的距离处,

-生成光束的装置包括反射器,该反射器旨在在输出处形成具有确定的主方向的光束,并且第一漫射器布置在所述反射器的输出处。

-反射器是金属的并且形成用于生成光束的装置的至少一个光源的热辐射器,

-反射器在输出处形成与光束的主方向相比发散度减少的光束,所述发散度在0°与45°之间(含端值),

-优选地,发散度在0°与12.5°之间(含端值),

-第一漫射器的偏转角为零,

-第一漫射器的偏转角为非零,

-第一漫射器布置为抵靠反射器的输出,

-第一漫射器布置在距反射器的输出的确定的距离处,

-第一漫射器实质上垂直于光束在反射器的输出处的确定的主方向,

-第一漫射器不垂直于光束在反射器的输出处的确定的主方向,

-第一漫射器的形状为屈光镜的形状,所述屈光镜形状对应于光学透镜的形状,在相同位置处,该光学透镜在输出处将从生成光束的装置产生实质上准直的光束,

-形状为屈光镜的形状的第一漫射器具有菲涅尔结构,

-将在生成光束的装置与成像屏幕之间的光束限制在具有不反射光的(一个或多个)内壁的管内,

-将在生成光束的装置与成像屏幕之间的光束限制在具有吸取光的(一个或多个)内壁的管内,

-将在生成光束的装置与成像屏幕之间的光束限制在具有反射光的(一个或多个)内壁的管内,

-管具有圆形、正方形或矩形横截面,

-设备还包括在反射器的输出与成像屏幕之间以便改变光束的方向的中间折叠反射镜,

-中间折叠反射镜布置为在第一漫射器与第二漫射器之间,

-中间折叠反射镜布置在反射器的输出与第一漫射器之间,

-中间折叠反射镜是平坦的,

-中间折叠反射镜是不平坦的

-中间折叠反射镜是自由形式的

-将中间折叠反射镜合并到第一漫射器中,

-将中间折叠反射镜合并到第一漫射器中,并且漫射器的两个面中的一个包括反射表面,所述反射表面是与漫射器的输入表面相对的漫射器的表面,所述漫射器的输入表面布置在生成光束的装置的一侧,

-投影设备包括中间折叠反射镜和输出折叠反射镜,

-如果中间折叠反射镜布置在投影设备中,则省略输出折叠反射镜,

-每个漫射器是具有选自线性、圆形、圆形高斯、椭圆形、蜂窝形、棱形或其他类型的散射的光散射类型的漫射器,

-第一漫射器生成选自以下列表的第一类型的散射:线性、圆形、圆形高斯、椭圆形、蜂窝形、棱形;

-第二漫射器生成选自以下列表的第二类型的散射:线性、圆形、圆形高斯、椭圆形、蜂窝形、棱形;

-在一个实施例中,其中第一类型的散射是线性,第二类型的散射可以是圆形(例如圆形高斯)或椭圆形或蜂窝形或棱形;

-在一个实施例中,其中第一类型的散射是圆形(可能圆形高斯),第二类型的散射可以是线性或椭圆形或蜂窝形或棱形;

-在一个实施例中,其中第一类型的散射是椭圆形,第二类型的散射可以是线性或圆形(例如圆形高斯)或蜂窝形或棱形;

-在一个实施例中,其中第一类型的散射是蜂窝形,第二类型的散射可以是线性或圆形(例如圆形高斯)或椭圆形或棱形;

-在一个实施例中,其中第一类型的散射是棱形,第二类型的散射可以是线性或圆形(例如圆形高斯)或椭圆形或蜂窝形;

-两个漫射器的至少一个由模制或注入的塑料制成,

-第一漫射器由选自聚乙烯系列、特别地对苯二甲酸酯或聚碳酸酯的塑料制成,

-漫射器包括两个相对面,两个面中的至少一个是磨砂的,

-两个漫射器中的至少一个的相对主面是平坦的,

-两个漫射器中的至少一个的相对主面是平行的,

-两个漫射器中的至少一个的相对主面是不平坦的,

-两个漫射器中的至少一个的相对主面是不平行的,

-两个漫射器中的至少一个具有均匀厚度,

-两个漫射器中的至少一个具有不均匀厚度

-两个漫射器中具有不均匀厚度的至少一个是棱形的,

-两个漫射器中的至少一个是自由形式的,

-成像屏幕是透射式的,

-成像屏幕是反射式的,

-车辆选自:汽车、卡车、公交汽车或长途汽车。

本发明还涉及一种平视观看系统,用于供车辆的驾驶员观看光显示,所述系统包括如上述提及所述的至少一个投影设备以及设计为将光束投影到部分反射板的方向上的光学系统。

根据本发明的系统的其他非限制性和有利的特征(单独地或技术上可以组合地采用)如下:

-平视观看系统还包括在投影设备的成像屏幕的下游的输出折叠反射镜,

-投影设备还包括输出折叠反射镜,输出折叠反射镜使光路径朝向系统的部分反射显示板反射,

-在系统中,部分反射显示板是特定于平视观看系统且安装在车辆中的部分反射板,或者则是车辆的挡风玻璃。

-在系统中,部分反射显示板是有色的或不透明的,

-在系统中,挡风玻璃在形成部分反射板的区域中包括旨在避免幻影图像的处理,

-在系统中,部分反射显示板实际上是完全反射的,

-投影设备还包括在生成光束的装置与成像屏幕之间的中间折叠反射镜,

-投影设备包括中间折叠反射镜以代替输出折叠反射镜。

具体实施方式

以下参考作为非限制性示例提供的附图的描述将有助于理解本发明的内容和如何可以实现本发明。

附图中:

-图1示出了用于机动车辆驾驶员的平视观看系统的示意图,该系统包括根据本发明的投影设备。

图1示出了旨在于在车辆(例如汽车类型的机动车辆)中匹配的平视观看系统1。

该平视观看系统包括由计算机(未示出)驱动的图像投影设备2以及光学投影系统,该光学投影系统基本上由输出折叠反射镜7和旨在将图像投影到车辆的驾驶员9的部分反射板8构成。

实践中,投影设备2自在光源测的上游到在驾驶员的视场侧的下游包括:

-装置3,用于以至少一个光源10生成光束;

-第一漫射器4,用于散射由生成光束的装置3生成的光束12;

-第二漫射器5,用于散射光束12;以及

-成像屏幕6,用于形成旨在被投影的图像。第一漫射器和第二漫射器典型地为具有均匀厚度的平坦/平的光学元件。它们4、5中的每一个限定了称为特定于其的漫射器平面的平面。同样地,成像屏幕6典型地是具有均匀厚度的平坦/平的光学元件。成像屏幕6限定了称为像平面的平面。

在图1所示的示例中,由用于生成光束的装置3生成的光束12遵循通过第一漫射器4、然后第二漫射器5、然后成像屏幕6的光路,同时使其路径以光束的形式继续,参考13,其被折叠反射镜7反射,后者可以形成或不形成投影设备2的一部分。

进一步在下游,光束13在被折叠反射镜7反射之后,采取参考14并且照射部分反射板8。使光束中所投影的图像沿着驾驶员9的视线/视场的方向(参考15)是可见的。理解的是,在图1中,所示的光束由作为所述束的主方向的轴线表示,束自身的横截面可以是圆形、正方形或矩形,或者甚至其他形状,视情况而定。

生成光束的装置3包括反射器(典型地形式为内反射的向外展开状的元件)11,反射器11旨在在输出处形成具有相对较低发散度的确定的方向的实质上准直的光束12。在所示的示例中,第一漫射器4放置为抵靠生成光束的装置3的反射器11的输出。

光源10可以由印刷电路板承载的发光二极管的共面阵列或由适当功率的单个发光二极管形成。

图1中,第二漫射器5以抵靠成像屏幕6的输出面接合的方式布置,并且这两个元件5、6因此彼此平行。

由于第二漫射器5接合到成像屏幕6,因此简化在投影设备2中这些元件的安装和调整。此外,避免了任何杂散反射,这些杂散反射当这些元件为彼此分离或特别是彼此倾斜时则可能在这些元件的光学界面发生。使成像屏幕6不垂直于光束的事实可以避免杂散反射,以及特别是来自太阳光的反射。借助于此,来自太阳光的任何反射都不会反射到驾驶员的视野中,而是会通行到折叠反射镜7的外部。然而,可以提供其他构件,可能是附加的或替代的构件,用于特别是在第二漫射器5和成像屏幕6可以由自由空间分离或填充有透明材料(特别是由一块透明塑料分离)的变型的情况中避免杂散反射。在可能与上述变型组合的其他变型中,第二漫射器5和成像屏幕6可以彼此倾斜和/或具有不均匀厚度。

因此,在一些变型中,成像屏幕6和第二漫射器5彼此不平行。在后一种情况中,如果成像屏幕6不垂直于光束12,则第二漫射器可以垂直或可以不垂直于光束12,或者如果第二漫射器不垂直于光束12,则成像屏幕6可以垂直或可以不垂直于光束12,或者成像屏幕6和第二漫射器5则都不垂直于光束12且不彼此平行。

如图1所示,第一平坦的漫射器4在此放置为垂直于生成光束的装置3生成的光束12,就是说第一漫射器4的漫射器平面垂直于光束12。第二平坦的漫射器5和成像屏幕6不垂直于通行穿过第一漫射器的光束12(就是说相对于该光束12倾斜),就是说第二漫射器5的漫射器平面和成像平面不垂直于光束12。

漫射器的光学性质表征为限定的参数。在这些性质中,光线由漫射器引起的偏转可以表征为偏转角参数,该偏转角参数在入射输入束的方向与散射的输出束的主方向之间被测量。取决于该偏转角的值,等同于光学散射指示量的散射锥的主轴线的取向(其对应于漫射器的输出处散射的光的主取向)将或多或少地相对于入射/输入光线的方向倾斜。因此,偏转角为0°的漫射器将不会偏转入射光,并且相比之下,偏转角为15°的漫射器将具有相对于入射光束的方向倾斜15°的主散射锥轴线。

通过使用特定技术(例如特定光学图案),可以创造除散射以外以确定的偏转角全局偏转光的漫射器。

图1中,垂直于在生成光束的装置3的输出处的光束12的第一漫射器4的偏转角为零,并且在第一漫射器4的输出处的光束保持与第一漫射器4的输入处的束共线。

关于图1中平行于成像屏幕6的第二漫射器5,这两个相对于入射光束倾斜,两种情况在图1中示出。

第一情况是以下的一种情况:第二漫射器5的偏转角为零并且在成像屏幕6的输出处的光束13保持与到达第二漫射器5的光束共线。因此,由第二漫射器5产生的主散射锥轴线不垂直于像平面6。

第二情况是以下的一种情况:第二漫射器5的偏转角为非零并且补偿第二漫射器5(以及成像屏幕6)的倾斜以便于形成垂直于像平面的光束13′。因此,由第二漫射器5产生的主散射锥轴线垂直于成像屏幕6的平面。

对于第二漫射器5(其不垂直于照射其的入射光束12),漫射器优选地实现为偏转角为非零,使得第二漫射器的主散射锥轴线实质上垂直于成像屏幕的输入面并且因此实质上垂直于像平面。因此,如果第二漫射器5和成像屏幕6彼此平行,来自第二漫射器的光的偏转角将选择为实质上(至少为在绝对值方面)等于成像屏幕6(或第二漫射器5,它们的倾斜是相同的)相对于由第二漫射器5接收的入射光束12的法线的倾斜度。作为示例,如果成像屏幕的平面和第二漫射器的平面相对于来自生成光束的装置的光束的法线倾斜了15°,则第二漫射器的偏转角的绝对值为15°,使得第二漫射器的主散射锥轴线垂直于像平面,这对应于图1中的光束13′。

理解的是,如果第二漫射器和成像屏幕不平行但是这两个也不垂直于由生成光束的装置3生成的光束12,则使用允许偏转的第二漫射器,使得偏转的光束实质上垂直于成像屏幕的输入面而到达。

实质上应以宽泛的意义理解术语,并且如果优选地由第二漫射器偏转的束恰好垂直于成像屏幕平面/成像屏幕的输入面而到达,则在其他情况下提供轻微的倾斜,该轻微倾斜相对于垂直度可以在+/-5°之内。

第一漫射器4的光学散射指示量不同于第二漫射器5的光学散射指示量,由此使得可以选择简单设计的(且因此低成本的)漫射器4、5,但是它们协同地产生希望的散射效果。

此外,漫射器的散射的类型在两个漫射器之间可以相同或可以不相同,这些类型能够对应于线性、圆形、圆形高斯、椭圆形、蜂窝形、棱形散射或者其他任何可用的散射类型。因此,可以在散射类型之间和/或在两个漫射器的相应光散射锥的主轴线之间协同实施。

因此,例如,第一漫射器4可以生成圆形散射(例如圆形高斯),而第二漫射器5则可以生成线性散射(或为椭圆形、蜂窝形、棱形散射的变型)。

在另一个可以想到的实施例中,例如可以使用具有垂直的主轴线的两个椭圆形漫射器4、5(在这个情况下两个漫射器4、5的散射类型是相同的但是光学散射指示量是不同的)。

每个漫射器4、5可以具有较大或较小的散射率,就是说输出光通量的较大比例或较小比例(例如在10%至70%之间)具有与输出光通量的主轴线相差多于10°的方向。

在图1图示的实施例中,成像屏幕6是“透射式”并且光源10设计为使该成像屏幕背光。作为变型,成像屏幕可以是“反射式”。

成像屏幕6在此是具有薄膜晶体管(或tft)的液晶屏幕(或“液晶显示”的lcd)。成像屏幕具有面向生成光束的装置3的平坦的输入面。成像屏幕还具有相对输出面,该输出面是平坦的且经由该输出面将图像在光束13中传输。

如图1所示,成像屏幕6可以在计算机(未示出)的控制下生成投影到当驾驶员的视线方向面向行车道时的驾驶员9的视场中(并且因此投影如图1所图示的部分反射板8中)的图像。该系统更明确地设计为将虚拟图像投影到车辆的驾驶员的视场中。

为此,因此它包括折叠反射镜7和部分反射板8,后者放置在车辆的驾驶员9的视场中。可选地,它还可以包括放大透镜/屈光镜(未示出)。优选地,将折叠反射镜合并到投影设备2中,但是在一些变型中,折叠反射镜可以是独立的。

优选地,部分反射板8是在机动车辆的乘客室中、在车辆的挡风玻璃与驾驶员9的眼睛之间布置的组合器。作为变型,部分反射板8应该由挡风玻璃本身形成。

部分反射板8包括部分反射弯曲的光学窗格,在此实行放大功能。它可以是聚碳酸酯注入的部分,其被弯曲以便放大驾驶员9看到的图像的尺寸。

准备旨在要投影的图像的计算机(未示出)典型地包括处理器和储存单元,例如包括可重写非易失性存储器或硬盘的存储器。

所示的系统可以显示二维图像,但是在一些变型实施例中,平视观看系统可以特别在成像屏幕6的输出处补充有自动立体滤波器,以便允许通过驾驶员的视觉深度效应在虚拟三维上显示图像,投影的图像呈现为驾驶员的不同平面上出现。

在各种实施例中,提供实现用于放大由成像屏幕投影的图像的构件,特别是利用如上所描述的构件,和/或在投影的图像的路径上实现放大透镜或屈光镜。还可以提供使用App和/或使用硬件构件的形状校正构件,例如其中非平坦的折叠反射镜和/或至少一个透镜/屈光镜的表面设计为考虑图像可能投影到使其可见的弯曲的表面上的事实。

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