机动车辆平视显示器和包括这种显示器的机动车辆的制作方法

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本发明总体涉及显示器领域。2.更具体地，本发明涉及一种用于机动车辆的平视显示器，所述显示器包括用于控制所述显示器亮度的控制系统。3.本发明还涉及包括这种显示器的机动车辆。4.最后，本发明涉及用于控制集成到机动车辆中的平视显示器的方法。背景技术：5.对于机动车辆的驾驶员来说，能够查看与车辆的运行和车辆前方的道路相关的信息是特别舒适的，尤其是在不需要将他的视线从前方的道路上移开的情况下。6.为此，已知为机动车辆配备所谓的“平视”显示器，该显示器在外壳内包括图像生成单元和投影光学系统，源光束从该图像生成单元发出，该投影光学系统适于将所述源光束向外投影，以便在所述机动车辆的驾驶员的视野中形成虚拟图像。7.然后，包含要显示的信息的虚拟图像在视觉上叠加在车辆前方的环境上。8.实际上，对于位于车内的人来说，虚拟图像是可见的，其视觉发光度或亮度必须足够。此外，显示器的亮度必须根据与环境相关的驾驶条件进行调整。9.例如，在白天，平视显示器必须显示亮度必须较高的虚拟图像，而在晚上，它必须显示亮度可以较低的虚拟图像。10.其他使用情况、比如进入和离开隧道需要与环境光强度变化成比例的亮度过渡。11.为了实现平视显示器亮度的这种调节，后者可以例如包括用于控制虚拟图像亮度的系统。12.例如，文献us2017/004805公开了一种如上所述的平视显示器，其还包括用于控制所述显示器亮度的控制系统，该控制系统包括：13.第一测量设备，其适于测量第一方向上的环境光强度的第一值；14.第二测量设备，其适于测量在不同于第一方向的第二方向上的环境光强度的第二值；以及15.电子处理单元，其适于根据所述第一和第二测量光强度值来控制所述平视显示器的亮度。16.在文献us2017/004805中，第一设备包括第一传感器，其位于驾驶员前方的仪表板上，并且在虚拟图像的方向上瞄准车辆前方的场景。这允许测量驾驶员所看到的显示虚拟图像的背景亮度。第二设备本身包括位于显示器外部的第二传感器，其放置在仪表板的中间并指向上方，以便测量车辆上方的光强度。17.在这种架构中，控制系统位于显示器之外，使得后者依赖于外部设备(即位于其系统周界之外的设备)传递的信息。因此，有必要将平视显示器与机动车辆的其他设备连接起来，这使得其集成到车辆中变得复杂。技术实现要素：18.为了弥补上述缺点，本发明提供了一种用于机动车辆的平视显示器，其完全自主操作，不需要由车辆中的其他设备产生的信息。19.更具体地，根据本发明，提供了如引言中所定义的平视显示器，其中所述控制系统容纳在所述外壳内。20.因此，由于用于控制显示器亮度的系统被完全集成到显示器内部，后者是完全自主的，并且可以调节虚拟图像的亮度，而不需要由位于显示器外部的其他传感器产生信息。因此，本发明的平视显示器更容易集成到机动车辆中。21.以下是根据本发明的平视显示器的其他非限制性的和有利的特征，这些特征可以单独实现或者以任何技术上可能的组合实现：[0022]-所述第二测量设备朝向所述投影光学系统的投影反射镜定向；[0023]-所述第一测量设备包括第一传感器和第一收集光学部件，其用于将第一方向上收集的光强度聚焦到所述第一传感器上；[0024]-所述第二测量设备包括第二传感器和第二收集光学部件，其用于将第二方向上收集的光强度聚焦到所述第二传感器上；[0025]-所述第一收集光学部件和所述第二收集光学部件形成整体构造的单个光学组件；[0026]-所述控制系统包括集成了所述第一和第二传感器的单个印刷电路板。[0027]当平视显示器安装在机动车辆中时，本发明尤其有利。[0028]因此，本发明还提供了一种包括如上所述的平视显示器的机动车辆，其中所述第一方向朝向机动车辆的前方定向，所述第二方向朝向机动车辆的上方定向。[0029]这允许显示器不仅“观看”机动车辆前方的场景区域，所述区域被选择为靠近投影的虚拟图像，而且“观看”位于车辆上方的场景(例如天空、隧道的天花板等)。这样，可以更容易地检测进入或离开隧道，并根据环境条件调节显示器的亮度。[0030]优选地，所述第一测量设备布置在所述外壳内，使得当机动车辆位于水平道路上时，第一方向与水平方向成0°至10°之间的第一角度α。[0031]同样优选地，所述第二测量设备布置在所述外壳内，使得当机动车辆位于水平道路上时，第二方向与竖直方向成0°至10°之间的第二角度β。[0032]本发明最后涉及一种用于控制集成到如上所述的机动车辆中的平视显示器的方法，其中所述平视显示器的亮度被设定成以下的值：[0033]-当光强度的第一和第二值高于亮度阈值时为高；[0034]-当光强度的第一和第二值低于所述亮度阈值时为低；[0035]-当光强度的第一值高于亮度阈值并且当光强度的第二值低于亮度阈值时为高；以及[0036]-当光强度的第一值低于亮度阈值并且当光强度的第二值高于亮度阈值时为低。[0037]当然，本发明的各种特征、变型和实施例可以各种组合相互关联，只要它们不是相互不兼容或相互排斥的。附图说明[0038]参考以非限制性示例的方式提供的附图给出的以下描述将允许清楚地理解本发明由什么构成以及如何实施。[0039]在附图中：[0040]图1是示出了根据本发明的平视显示器集成到机动车辆中的示意图，并且示出了显示器测量光强度的方向；以及[0041]图2是用于控制图1的显示器亮度的系统的细节图。具体实施方式[0042]应当注意，在这些图中，各种变型共有的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记来表示。[0043]图1示意性地从侧面示出了配备有根据本发明的平视显示器2的机动车辆1。个体3(这里是驾驶员)位于车辆1的乘客车厢中。[0044]显示器2首先包括外壳14，外壳14通常放置在车辆1的仪表板16下方，并且在此，外壳14在其靠近仪表板16的上部包括由透明窗15封闭的孔，透明窗15适于让对显示器2的操作有用的各种光束通过。[0045]如图1所示，平视显示器2在该外壳14内包括图像生成单元4、投影光学系统7、8和用于控制亮度的系统17。[0046]这里，图像生成单元4包括屏幕5，其用于生成要显示的图像。[0047]如这里一样，该屏幕5可以是lcd屏幕(lcd是液晶显示器的首字母缩写)。在这种情况下，图像生成单元4包括用于背光照明屏幕5的设备(未示出)，该设备包括一个或多个光源，例如发光二极管，以及反射器(未示出)，该反射器收集由这些光源发射的光，以便将其导向屏幕5。[0048]作为变型，图像生成单元可以包括发射激光束的至少一个源，以及用于扫描(即移动)激光束的系统，上述屏幕则例如是散射屏幕。然后，通过在漫射屏幕的一个面上扫描激光束来产生要显示的图像。[0049]待显示的图像通常由屏幕5产生，这取决于由车辆的车载计算机(未示出)产生的控制信号。[0050]屏幕5具有出射面，光束通过该出射面出射(在图1中，仅示出了该光束的主光线6)。[0051]显示器2的投影光学系统7、8将从屏幕5出射的光束6向外投影，从而形成屏幕5的虚拟图像10。[0052]优选地，将光束6朝向部分反射的(因此也是部分透明的)板9投影，板9将其反射到驾驶员3的方向上，然后驾驶员3看到由板9的反射形成的屏幕5的虚拟图像10。[0053]这里，部分透明板9由车辆1的挡风玻璃形成。[0054]替代由车辆的挡风玻璃形成，作为变型，部分透明板可以是专用光学部件(称为组合器)，放置在车辆的挡风玻璃和通常由个人头部占据的位置之间。[0055]在图1所示的实施例中，投影光学系统包括第一反射镜7和第二反射镜8，第一反射镜7在这里是平面的，这些反射镜都布置在光束6的路径上(光束6上的箭头表示光的传播方向)。[0056]这些反射镜7、8允许图像生成单元4和板9之间的光束6所遵循的路径被折叠。沿着该路径，图像生成单元4和板2之间的距离由此增加，同时保持显示器2的体积较小。[0057]第二反射镜8将光束6朝向板9反射。该第二反射镜8是会聚的，从而在被板9反射之后，在车辆1的发动机罩11的前面，在显示器2前面的给定距离处(在与用户3相对的板9的一侧上，在离板9的给定距离处)形成虚拟图像10。该距离例如可以在2米和15米之间。这里，它更精确地包括在4和10米之间，并且可以根据车辆1行驶通过的城市或高速公路环境可选地调整(以便在城市环境中包括在5和10米之间，在高速公路上包括在10和15米之间)。[0058]有利地，第二反射镜8是弯曲的，并且例如被优化以便增加投影光学系统的放大率和/或补偿可能由来自板9的反射引起的失真或光学像差。[0059]作为变型，投影光学系统可以包括不同数量的反射镜和放置在光束路径上的一个或多个其他光学部件，即诸如透镜或透镜组的光学部件。[0060]虚拟图像10在图像方向12上对个人3是可见的，图像方向12通常相对于水平方向13稍微向下倾斜，并且例如形成0°和+10°之间的角度δ(见图1)(在传统的逆时针方向上正向测量的正角)。[0061]该图像方向通常由驾驶员确定，驾驶员可以调节组合器的倾斜角度。也可以根据驾驶员3在车辆1的乘客车厢中的位置(特别是其头部和眼睛的位置)和/或要显示的信息类型来自动确定。[0062]水平方向可被定义为基本平行于车辆1行驶的道路的方向。换句话说，水平方向可以说是车辆1在道路上移动的瞬时速度的方向。[0063]同样，竖直方向20(见图1)可被定义为例如垂直于上面定义的水平方向13的方向。[0064]如上所述，显示器2还包括用于控制显示器2的亮度的系统17，允许控制由驾驶员3从车辆1的乘客车厢感知的虚拟图像10的光强度水平。[0065]如图1示意性所示，控制系统17包括：第一测量设备22、第二测量设备23和连接到两个测量设备22、23的电子处理单元24(参见这些不同元件之间的箭头)。[0066]第一测量设备22用于测量在第一方向18上的环境光强的第一值，下面用i1表示(见图1：指向方向18的双箭头表示光在这个方向上朝向第一设备22传播)。第二测量设备23用于测量在不同于第一方向18的第二方向19(也参见图1中的三箭头)上的环境光强度的第二值(用i2表示)。[0067]电子处理单元24根据光强度的第一测量值i1和第二测量值i2来控制图像生成单元4(参见图1中的箭头21)，以调节由屏幕5生成的源光束6的功率。[0068]根据本发明，如图1所示，控制系统17容纳在显示器2的外壳14内。[0069]因此，对显示器2的操作有用的所有元件都位于该外壳14内，从而使得显示器2是自主的并且容易与车辆1的其他部件或系统连接，特别是其车载计算机(未示出)。[0070]优选地，规定控制系统17观察机动车辆1前方的场景，并测量驾驶员3在第一方向18上看到的该场景在车辆前方的光强度的第一值i1。然后，这允许确定驾驶员3在其视野中感知的该场景的亮度(所谓的“背景”亮度)。[0071]理想地，在车辆1前方观察到的场景将例如位于由显示器2形成虚拟图像10的区域周围。然而，考虑到显示器2集成在车辆1的仪表板16下方的限制，并且考虑到虚拟图像10通常形成在水平方向13下方(参见图1的角度δ)，很难直接观察虚拟图像10形成的区域。[0072]有利地，第一方向18朝向机动车辆1的前方定向。因此，光强度的第一值i1在车辆1前方由第一测量设备22在略高于虚拟图像10的区域中测量。[0073]为此，控制系统17的第一测量设备22优选布置在显示器2的外壳14内，使得当机动车辆1位于水平道路上时(图1的情况)，第一方向18在水平定向13上方形成第一角度α(见图1)，该第一角度α则在0°(水平方向)和10°之间。[0074]实际上，光强度的第一值i1是以第一方向18为中心的锥体中辐射的光强度的值，该锥体例如具有包括在5°和30°之间的顶角(在第一设备22的入射光瞳的平面中测量)。[0075]此外，如上所述，显示器2能够检测机动车辆1进入或离开隧道是有利的。为此，第二方向19朝向汽车1的上方定向。[0076]换句话说，平视显示器2配置成使得由第二测量设备23测量的光强度的第二值i2在车辆1上方被测量，例如在其车顶(未编号)和/或其挡风玻璃9上方。[0077]为此，控制系统17的第二测量设备23有利地布置在显示器2的外壳14内，使得当机动车辆1位于水平道路上时(图1的情况)，第二方向19与竖直方向20成第二角度β，该角度β则在-10°和+10°之间(值0°对应于竖直方向20，负值对应于竖直方向之后的第二方向，如图1的情况)。[0078]至于光强度的第一值i1，第二值i2是以第二方向19为中心的锥体中辐射的光强度的值，该锥体例如具有5°和30°之间的顶角(在第二设备23的入射光瞳的平面中测量的张角)。[0079]此外，非常有利地，通过利用投影光学系统7、8的反射特性，可以使用显示器2的光学配置以能够测量车辆1上方(第二方向19)的光强度。[0080]更准确地说，在一特定实施例中，第二测量设备23优选地朝向投影光学系统的投影反射镜8定向。[0081]换句话说，控制系统17的第二测量设备23布置在显示器的外壳14中，以便在从投影光学系统的投影反射镜8反射之后测量第二方向19上的光强度的第二值i2。[0082]具体地，第二反射镜8通常相对于水平方向倾斜45°至85°的角度，使得在第二方向19上通过窗口15进入显示器2的光从该第二反射镜8朝向第二测量设备23反射。[0083]这尤其使得可以设计一种控制系统，其中第一测量设备22和第二测量设备23彼此靠近(参见下面参照图2给出的描述)。[0084]包括如上所述的平视显示器2的机动车辆1允许容易地实现用于控制该显示器2以便改变投影到驾驶员3的虚拟图像10的亮度的方法。[0085]该控制方法包括亮度调节步骤，其中所述亮度被调节到以下的值：[0086]当光强度的第一值i1(车辆前方)和第二值i2(车辆上方)高于预定亮度阈值(例如表示为ith)时为高；[0087]当光强度的第一值i1和第二值i2低于该亮度阈值ith时为低；[0088]当光强度的第一值i1高于亮度阈值ith并且当光强度的第二值i2低于相同的亮度阈值ith时为高；以及[0089]当光强度的第一值i1低于亮度阈值ith并且当光强度的第二值i2高于所述亮度阈值ith时为低。[0090]有利地，通过从一个值到另一个值的快速或慢速变化(增加或减少)，可以实现从高值到低值的转换，反之亦然。这尤其使得可以在从明亮环境到黑暗环境的过程中获得显示器2的亮度的相对平滑的过渡，反之亦然。[0091]本发明的控制方法尤其允许有效地管理机动车辆1进入然后离开公路隧道的情况。[0092]在进入隧道之前，由于车辆1正在开阔的道路上行驶，所以车辆1上方的光强度的第二值i2较高(例如天空晴朗或多云的情况)，并且高于预定亮度阈值ith，而车辆1前方的光强度的第一值i1在刚好进入隧道之前或进入隧道时下降到亮度阈值ith以下之前开始下降(接近隧道入口时)。在这种情况下(见上文)，显示器2的亮度值随后被设定为低值，以预期进入隧道以及伴随的环境亮度的降低，使得虚拟图像10不会亮到冒使驾驶员3(此时他将驾驶通过昏暗的环境)目眩的风险，而是亮到足以对他可见。[0093]在离开隧道之前，因为车辆1正在隧道下行驶，所以车辆1上方的光强度的第二值i2较低(第二测量设备23然后瞄准隧道的天花板)，低于预定亮度阈值ith，并且车辆1前方的光强度的第一值i1在刚好在离开隧道之前或离开隧道时上升到高于亮度阈值ith之前开始增加(接近隧道出口时)。在这种情况下(见上文)，显示器2的亮度值然后被设定为高值，以预期从隧道中出来以及环境亮度的相应增加，使得虚拟图像10亮到足以对驾驶员3(此时驾驶员将驾驶穿过明亮的环境)可见。[0094]关于显示器2的这些高亮度值和低亮度值，将注意到它们可以是预定义的常数。作为变型，它们可以是将被定义的值，例如取决于一天中的时间或者取决于光强度的第一和第二值i1、i2。[0095]至于亮度阈值ith，它将例如是常数，其值通过用测试车辆执行的测试来设定。[0096]在一特定实施例中，控制设备17采取显示器2的部件的形式，该部件相对紧凑并且具有整体构造，并且因此可以容易地容纳在外壳14内部。[0097]如上所述，可以使用显示器2的光学配置，并利用来自第二反射镜8的反射，将从车辆1前方沿第一方向18到达的光和从车辆1上方沿第二方向19到达的光导向显示器2在外壳14内的相同部分。[0098]因此，如图2所示，在该特定实施例中，控制系统17使得第一测量设备22(在图2中未编号)包括第一传感器25和第一收集光学部件26，其用于将第一方向18上收集的光强度聚焦到该第一传感器25上。[0099]第一传感器25例如可以是对可见光敏感的单个光电二极管，或者实际上是矩阵阵列ccd或cmos传感器。第一收集光学部件26可以是单个透镜，或者实际上是更复杂的光学部件，例如包括用于会聚光的部分和用于将该光导向第一传感器25的部分的光导。在光导的情况下，后者可以有利地通过注射成型和/或模制聚合物或有机材料来生产，例如聚碳酸酯(pc)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。[0100]优选地，第二测量设备23(图2中未编号)还包括第二传感器27(例如：光电二极管或矩阵阵列传感器)和第二收集光学部件28(例如：透镜或光导)，其用于将第二方向19上收集的光强度聚焦到第二传感器27上。[0101]有利地，为了降低制造成本并简化控制系统17的架构，第一收集光学部件26和第二收集光学部件28形成整体构造的单个光学组件30(见图2中的虚线)。[0102]在透镜或光导的情况下，两个收集光学部件26、28然后可以通过形成单个部件来获得，例如通过模制。[0103]同样有利地，出于与上述相同的原因，控制系统17可以包括(图2的实施例的情况)单个印刷电路板29，第一和第二传感器25、27例如通过焊接集成到该印刷电路板29中。如图2所示，本发明的这个实施例可以与整体构造的光学组件30结合或者不结合。









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