專利名稱：平視顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于車輛的平視顯示器。
背景技術(shù)：
用平視顯示器，在后面也簡稱HUD，可以將車輛的信息通過透明的擋風(fēng)玻璃漸顯到觀察者、尤其是駕駛員的視線中，該駕駛員通過擋風(fēng)玻璃來看。由此，車輛的所顯示的信息以及例如在車輛前產(chǎn)生的交通狀況可以同時一眼被察覺。由于該顯示裝置的優(yōu)點，目前已知平視顯示器的幾種不同的實施。利用平視顯示器可以將信息表示為虛擬圖像。在此，對觀察者來說，所顯示的信息看起來像虛假地處于車輛外部的圖像。該顯示方式的附加優(yōu)點在于，可以避免觀察者的眼睛勞累，以便為了識別車輛信息而適應(yīng)于儀表板的顯示，該儀表板相對應(yīng)外部的周圍環(huán)境的距離明顯較小。但是，利用這種顯示技術(shù)可能僅僅在視角的比較小的范圍中能夠識別所顯示的信息。在車輛中，視角尤其是由觀察者的座椅位置來確定。因此，DE 10 2007 015 887 Al建議，經(jīng)由平視顯示器的接口檢測例如座椅、方向盤或者后視鏡的空間設(shè)定，以便借助這些數(shù)據(jù)將信息的顯示適配于經(jīng)常的視向。因為這些空間的設(shè)定、尤其是在駕駛時僅僅較少地被改變，因此這種平視顯示器的·所顯示的信息在多數(shù)視角情況下很少或者甚至不能夠保持可識別。DE 10 2004 031 311 Al介紹了具有集成的圖像傳感器的平視顯示器，借助其確定觀察者的頭部的位置。通過圖像傳感器的集成，觀察者的頭部和眼睛有利地被從相同的空間參考點出發(fā)被記錄，在該參考點上信息顯示的取向被定向。但是，通過不利的光行為，在該實施方式中可能暫時地干擾視向的識別并且可能妨礙信息顯示對改變了的視向的適配。
發(fā)明內(nèi)容
利用具有權(quán)利要求1的特征的平視顯示器實現(xiàn)了，提供如下的平視顯示器，其顯示在變換的駕駛條件和周圍環(huán)境條件下并且在觀察者的不同視角情況下保證了改善的可識別性。本發(fā)明的平視顯示器的有利構(gòu)造和改善從從屬權(quán)利要求中得到。本發(fā)明從用于車輛的平視顯示器出發(fā)，該平視顯示器為了借助成像單元顯示信息將在車輛中的在觀察者視向上的透明面用作顯示區(qū)域，其中在成像單元和顯示區(qū)域之間設(shè)置有映像光學(xué)系統(tǒng)，該映像光學(xué)系統(tǒng)具有:適配裝置，借助該適配裝置可以將信息的顯示適配于觀察者的不同眼睛位置；用于記錄觀察者的頭部的相機；以及用于分析相機的記錄的圖像處理單元。本發(fā)明的核心在于，投影裝置被設(shè)置用于將可光學(xué)檢測的標記映像在觀察者的頭部的方向上，并且將圖像處理單元構(gòu)造為，基于相機的記錄來分析標記。成像單元將例如車輛的信息一例如行駛速度或者例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速一為了顯示而轉(zhuǎn)換為光射線束，該光射線束借助映像光學(xué)系統(tǒng)聚焦地被對準在透明并且反射性的面上，例如窗戶玻璃或者單獨的組合玻璃片上。從那里，映像的光束發(fā)射到觀察者的眼睛的方向上。為了能夠?qū)⑿畔⒌娘@示適配于觀察者的不同的眼睛位置，平視顯示器裝備有適配裝置，例如可控制的、可運動的用于映像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件和/或例如電驅(qū)動裝置的支座。相機例如可以是電子數(shù)碼相機或者視頻相機。相機可以被構(gòu)造用于記錄具有例如不同圖像截面(變焦設(shè)定)和/或例如在不同方向上的記錄。圖像處理單元被設(shè)置用于，分析相機的圖像記錄。優(yōu)選地，該圖像處理單元被構(gòu)造用于借助輪廓或者其他光學(xué)特征來相互區(qū)分不同的圖像元件并且在不同空間位置和定向上識別預(yù)先給定的對象、尤其是觀察者的頭部或者眼睛。投影裝置包括光源和用于產(chǎn)生標記的裝置，該標記可以作為圖像投影在對象上，例如光圈、顯示器或者光源，甚至例如激光二極管。投影裝置可以這樣被實現(xiàn)，使得該投影裝置例如映像唯一的相關(guān)聯(lián)的標記。由此，標記可以具有如下形狀，即使在相機記錄中標記的一部分失真或者根本沒有被檢測到時，該形狀也仍然可以被圖像處理單元識別。另一方面，投影裝置可以被實現(xiàn)為，使得其例如映像多個單個的標記，這些標記相互以預(yù)先給定的圖案來布置。這提供了如下優(yōu)點尤其是在比較小的標記情況下例如通過成型臉部輪廓在相機記錄中相對少地出現(xiàn)失真。使用多個標記的另外的優(yōu)點在于，這些標記可以利用發(fā)散的或者收斂的射線投影到觀察者的頭部方向上，使得根據(jù)在記錄中的標記的距離可以確定例如至基礎(chǔ)線的距離，其中映像的光從所述基礎(chǔ)線出發(fā)向頭部方向發(fā)射。投影裝置的一部分可以是光學(xué)元件，以便聚焦所投影的標記并且在觀察者的頭部方向上適配該投影裝置的光的光路。優(yōu)選地，投影裝置具有與平視顯示器的成像單元無關(guān)的光源，由此，標記的投影和信息的顯示有利地可相互獨立地被實施。優(yōu)選地，投影裝置以如下方式構(gòu)造，使得標記在映像光的形狀、波長或者強度方面突出地被構(gòu)造。這提供了如下優(yōu)點標記可以可靠地以光學(xué)方式被識別并且可以與其他對象進行區(qū)別，這些對象可以處于投影方向、記錄方向上或者相機的圖像截面中。投影裝置可以被設(shè)置用于利用標記來標記在觀察者的頭部上的確定區(qū)域、尤其是在觀察者臉部上的確定區(qū)域。由此，可以相對容易地識別在臉的尤其是平面區(qū)域上的標記。為了標記的投影，投影裝置也可以被實現(xiàn)為，使得標記例如構(gòu)造圍繞觀察者的頭部的例如作為矩形的框。在此，框形標記可以例如以如下方式圍繞頭部，使得當(dāng)頭部運動出預(yù)先給定的區(qū)域時，標記的光才從觀察者的頭部反射至相機。由此可以有利地識別觀察者的運動，其中觀察者的頭部例如離開提供用于識別平視顯示器顯示的有利眼睛位置的區(qū)域。本發(fā)明的標記投影提供了如下優(yōu)點具有觀察者頭部記錄的相機可以借助所投影的標記檢測對象，該對象建立了至空間位置或者空間方向的參考。利用顯眼的現(xiàn)象，所投影的標記可以通過圖像處理單元例如構(gòu)成用于分析記錄的有利的初始點，其方式是這些標記例如標記眼睛的比較經(jīng)常占據(jù)的位置。由此，對相機記錄的分析可以通過圖像處理單元被有利地加速。在本發(fā)明的一個有利的實施方式中，圖像處理單元被構(gòu)造用于借助相機的記錄確定在觀察者的頭部處的區(qū)域(尤其是眼睛)的位置相對觀察者的頭部上的可光學(xué)檢測的標記的位置的偏差，并且用于尤其是借助該偏差提供用于適配裝置的調(diào)整參量。由此，根據(jù)本發(fā)明的平視顯示器提供了如下優(yōu)點通過分析相機記錄，用于適配顯示器的重要信息是可利用的并且為適配的自動化做好準備。
本發(fā)明優(yōu)選以如下方式被實施，即相機被定位在平視顯示器的其中安裝有成像單元和映像光學(xué)系統(tǒng)的部分之外。這提供了如下優(yōu)點相機的記錄在平視顯示器的安裝地點較少地被平視顯示器的光源或者被周圍環(huán)境光所妨礙。此外有利的是，投影裝置包括調(diào)整裝置，借助該調(diào)整裝置可以這樣地調(diào)整投影裝置的至少一個光學(xué)元件，使得可以在不同位置上映像可光學(xué)檢測的標記。由此，當(dāng)觀察者將其頭部傾斜到一側(cè)如此遠而使得其頭部位置的光學(xué)標記不再被反射時，例如光學(xué)可檢測標記的投影方向可以被適配。相機和圖像處理單元同時提供足夠的處理速度，以便實時地跟蹤例如人的運動。因此，在使用這種組件的情況下尤其有利的是，調(diào)整裝置被構(gòu)造為使可光學(xué)檢測的標記的位置相應(yīng)地跟隨觀察者的頭部的運動。這里，調(diào)整裝置例如可以連同使用調(diào)整參量，其中圖像處理單元提供這些調(diào)整參量給映像光學(xué)系統(tǒng)的適配裝置。對于本發(fā)明的平視顯示器的有利的緊湊的結(jié)構(gòu)方式優(yōu)選的是，投影裝置的至少一個元件是映像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件。尤其是當(dāng)映像光學(xué)系統(tǒng)的共同光學(xué)元件的至少之一可被調(diào)整用于適配于觀察者眼睛的位置時，可以有利地將標記的投影與平視顯示器的顯示對觀察者眼睛位置的適配相耦合。此外，這允許進一步的位置節(jié)省和成本節(jié)省，因為僅僅一個光學(xué)元件設(shè)置有調(diào)整裝置可能是足夠的。本發(fā)明的一個特別有利的實施方式規(guī)定，投影裝置被構(gòu)造用于通過反射將可光學(xué)檢測的標記在觀察者頭部方向上投影到車輛的透明玻璃片上。這樣可以有利地將例如基本上來自與HUD顯示的光相同方向的用于標記投影的光對準觀察者頭部。為此特別有利的是，投影裝置的輸入耦合元件——例如反射鏡——被構(gòu)造用于，將可光學(xué)檢測的標記的光輸入耦合到映像光學(xué)系統(tǒng)的光路的區(qū)段中。因為，因此尤其是在通過在車輛中的透明玻璃片映像的情況下，HUD顯示和標記投影的光束可以有利地近似或者完全平行地向觀察者的頭部和眼睛方向引導(dǎo)。尤其是，可光學(xué)檢測的標記可以在此有利地給出提示針對頭部尤其是眼睛的何種位置，正好地調(diào)整平視顯示器的信息的顯示、尤其是適配裝置。投影裝置優(yōu)選設(shè)置在平視顯示器的安裝了成像單元和/或映像光學(xué)系統(tǒng)的部分中。這有利于本發(fā)明平視顯示器的緊湊結(jié)構(gòu)方式，其中在本發(fā)明的平視顯示器中共同地使用用于信息顯示的映像和可光學(xué)檢測的標記的投影的光學(xué)元件。另一有利的實施方式在于，將投影裝置的一部分、尤其是發(fā)射光的部分集成到成像單元中。這提供了如下可能性將兩個映像一即顯示和標記投影一的光主要地或者僅僅通過共同使用的光學(xué)元件并且從而基本上共同的光路來傳導(dǎo)。這減少了所需的組件的數(shù)量和本發(fā)明的平視顯示器的位置需求。由于空間上的靠近，用于顯示和用于投影的例如不同光源可以利用較少的花費并且比較有效地被冷卻。投影裝置優(yōu)選被構(gòu)造用于將可光學(xué)檢測的標記連續(xù)地周期性地在預(yù)先給定的持續(xù)時間上投影。尤其優(yōu)選的是，周期性地、分時地投影可光學(xué)檢測的標記被同步到尤其是相機的信號上。由此，圖像處理單元可以利用帶有或者不帶有所投影的標記的記錄，通過對這些標記的比較圖像處理單元可以比較容易并且快速地確定標記的位置或投影方向。尤其是以這種方式可以有效地檢測其投影跟隨觀察者運動的標記的位置。本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方式規(guī)定，用于投影可光學(xué)檢測的標記的裝置被構(gòu)造用于發(fā)射不可見的尤其是紅外的光。由此，觀察者的視覺上的察覺通過標記投影比較少地或者根本不被妨礙。投影裝置的輸入耦合元件優(yōu)選是反射鏡，其對于紅外光是透明的。因此用于投影標記的紅外光可以有利地例如與用于HUD的信息顯示的光平行地被輸入耦合到映像光學(xué)系統(tǒng)的光路中。此外有利的是，用于投影可光學(xué)檢測的標記的裝置被構(gòu)造用于發(fā)射可見光。由此，例如觀察者可以借助例如反射鏡有利地檢驗例如在其頭部上投影的標記的位置而為此無需例如電子輔助裝置。投影裝置優(yōu)選可被調(diào)整為，使得可光學(xué)檢測的標記在大小和/或形狀和/或強度方面可以改變。這提供了如下優(yōu)點，標記的根據(jù)本發(fā)明的投影可以適配于例如不同的觀察者或者適配于例如不同的光行為。此外優(yōu)選的是，平視顯示器被構(gòu)造用于對觀察者顯示眼睛的位置和/或標記的位置。為此，平視顯示器例如可以利用所投影的標記來顯示觀察者的頭部的記錄。由此，本發(fā)明的平視顯示器以有利的方式實現(xiàn)了，觀察者可以尤其是借助標記利用可見光的投影來檢驗投影裝置的設(shè)定。此外優(yōu)選的是，設(shè)置有投影面元件，該投影面元件裝備有用于固定在觀察者的座椅、尤其是座椅的頭部支持部上的固定裝置。尤其優(yōu)選的是，投影面元件裝備有用于可重復(fù)地定位在座椅、尤其是座椅的頭部支持部上的測量裝置。投影面元件例如可以是平坦的面或者例如示意性地相應(yīng)于臉的形狀。測量裝置例如可以被構(gòu)造為水準儀和/或例如被構(gòu)造為在固定元件上的測量刻度。借助這樣的投影面元件例如可以檢驗可光學(xué)檢測的標記的位置。尤其是借助測量裝置有利地實現(xiàn)，比較精確地檢測投影裝置、調(diào)整裝置和/或適配裝置的針對觀察者、例如駕駛員協(xié)調(diào)的參數(shù)。由此，本發(fā)明的HUD例如可以已經(jīng)在工廠側(cè)就有利地針對觀察者的身體質(zhì)量被協(xié)調(diào)。投影面元件同樣能夠例如在工廠中實現(xiàn)HUD的組件的安裝和拆卸或者更換，其中HUD借助投影面元件尤其是利用其測量裝置針對觀察者的協(xié)調(diào)可以有利地快速地被再制造。本發(fā)明的特別有利的構(gòu)造規(guī)定，圖像處理裝置被構(gòu)造用于借助標記的相機記錄在投影面元件上識別幾何失真并且為成像單元和/或映像光學(xué)系統(tǒng)的適配裝置提供校正參數(shù)。尤其是當(dāng)可光學(xué)檢測的標記的光部分或者完全地穿過映像光學(xué)系統(tǒng)時，用于HUD的信息顯示的映像光學(xué)系統(tǒng)的映像誤差也作用于所投影的標記的形狀。例如通過與標記的預(yù)先給定的形狀的比較，圖像處理單元可以從標記的相機記錄中識別失真并且由此確定校正參數(shù)，借助所述校正參數(shù)，成像單元或者映像光學(xué)系統(tǒng)的適配裝置可以有利地至少抵抗在所顯示的信息上的失真。在此，HUD可以被構(gòu)造為，使得這樣的用于減少或者消除圖像失真的協(xié)調(diào)過程在投影面的安裝和調(diào)準之后可基本上無手動干預(yù)地被執(zhí)行。
本發(fā)明的其他細節(jié)和優(yōu)點在下面借助附圖被描述并且被闡述。在所有附圖中，一致的元件統(tǒng)一地被設(shè)置相同的參考標號。其中
圖1以示意圖示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在車輛中的平視顯示器的平行于車輛縱向軸線的垂直剖視 圖2示出本發(fā)明平視顯示器的示意性剖視 圖3示出被投影在駕駛員的頭部上的標記的示意性示圖； 圖4示出本發(fā)明平視顯示器的第二實施方式的示意 圖5示出帶有校準屏幕的平視顯示器的示意 圖6a-d示出帶有不同光學(xué)失真的所投影的標記的圖像。
具體實施例方式在圖1中示意性示出了相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的平視顯示器I的剖面，具有PKW 30的周圍的部分。作為HUDl的觀察者示出了駕駛員32。HUDl的主要部分，例如顯示器3、光學(xué)元件4、5以及調(diào)整單元6，被設(shè)置在殼體2中在Pkw 30的前擋風(fēng)玻璃31下方。作為圖像生成單元，顯示器3圖示地示出了信息并且將進行映像的射線束的光射入映像光學(xué)系統(tǒng)中，該映像光學(xué)系統(tǒng)例如借助兩個光學(xué)元件4和5來表示。為了實現(xiàn)盡可能節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)方式，雖然優(yōu)選使用反射鏡，但是映像光學(xué)系統(tǒng)也可以包括透鏡、棱鏡、濾光器和帶有組合的或者另外的光學(xué)作用的元件。從顯示器3發(fā)射的光遵循由映像光學(xué)系統(tǒng)4、5確定的光路20，使得信息顯示的光最終通過在前擋風(fēng)玻璃31上的反射到達駕駛員32的眼睛33。映像光學(xué)系統(tǒng)4、5在此以如下方式聚焦要顯示的信息的映像，即駕駛員32在透過前擋風(fēng)玻璃31看時可以以預(yù)先給定的距離作為在虛擬圖像平面21中的虛擬圖像而察覺信息。對于駕駛員32來說，信息顯示因此看起來像在車輛30外部在前擋風(fēng)玻璃31之前。優(yōu)化的、特別清晰的信息顯示的識別要求駕駛員32的眼睛33對虛擬圖像平面21的距離適應(yīng)。顯示的虛擬圖像平面21優(yōu)選處于如下距離，在該距離的情況下在真實的周圍環(huán)境的對象與信息顯示的虛擬圖像的對象之間的視線變換可以由眼睛33快速并且無勞累地進行。有幫助地，HUDl提供了經(jīng)由映像光學(xué)系統(tǒng)4、5調(diào)整虛擬圖像平面21的距離的可能性。通過將信息作為虛擬圖像聚焦地映像在圖像平面21上，對于駕駛員32，信息可以僅僅在比較窄的視角范圍中被識別。因此，HUDl具有光學(xué)元件5，該光學(xué)元件5借助電調(diào)整單元6針對不同視角水平地和垂直地可調(diào)整。為此目的，對于顯示器I有被安裝在組合儀器15中的相機16可用。利用(未示出的)圖像分析單元，可以借助相機記錄來跟蹤駕駛員32的頭部的似直。即相機16的記錄可以提供關(guān)于駕駛員32頭部的位置的提示。為了確定頭部位置的改變，圖像處理單元可以將由記錄確定的位置數(shù)據(jù)換算到統(tǒng)一的、例如通過標度預(yù)先給定的坐標系中并且與先前計算的數(shù)據(jù)進行比較。該圖像處理單元也可以為了相同目的相互比較至少兩個記錄。在此，當(dāng)相機以不同放大系數(shù)和/或由不同記錄角度檢測圍繞頭部的區(qū)域時，用于圖像處理單元的分析耗費額外地增加。圖1示出了，HUD顯示的光20從一個方向到達觀察者的眼睛，而相機可以從與第一方向偏離角度α的第二方向23出發(fā)記錄觀察者的頭部。相機的記錄僅僅給圖像處理系統(tǒng)提供了不精確的信息，以至于不能由此獲得用于HUD顯示的優(yōu)化取向的參數(shù)。基于不同的位置和取向，相機記錄的分析需要大量的計算，這些計算又與相機位置的測量的精確度和HUD的映像光學(xué)系統(tǒng)有關(guān)。附加地，變換的光行為可能使得相機記錄的分析變得困難。因此，圖像處理單元為了可靠地分析相機記錄而必須使用比較耗費的用于可靠分析相機記錄的方法，該分析限制了觀察者的視向的跟蹤速度并且由此限制了信息顯示的適配速度。
本發(fā)明的平視顯示器(HUD) I的第一實施在圖2中連同一同用于顯示的前擋風(fēng)玻璃31被示出。為了將信息作為虛擬圖像顯示，HUD I也類似于先前描述的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HUD (圖1)地被構(gòu)建。本發(fā)明的HUDl (圖2)與其的區(qū)別基本上在于用于標記投影的投影裝置7，8，9，10，這些投影裝置在后面的部分更詳細地被描述。電子顯示器3，其例如可以是帶有背景照明的小的TFT顯示器，將要顯示的信息轉(zhuǎn)換為射線束，該射線束的光路例如借助光束20來表示。在圖2中借助光學(xué)元件5和10描繪的映像光學(xué)系統(tǒng)將映像的光沿著光路20引導(dǎo)至前擋風(fēng)玻璃31并且從那里通過在前擋風(fēng)玻璃31上的反射向駕駛員的眼睛方向引導(dǎo)。為了將信息顯示適配于不同的視角，從這些視角可以觀察在前擋風(fēng)玻璃上的顯示區(qū)域，在可調(diào)整的反射鏡5上安裝例如電調(diào)整單元6，借助該電調(diào)整單元可以在水平和垂直方向上調(diào)整反射鏡5。HUDl可以具有另外的光學(xué)元件和適配裝置，其在圖2中未被示出。按照本發(fā)明，HUDl被裝備有投影裝置7，8，9，10，以便通過前擋風(fēng)玻璃31將標記向觀察者的頭部方向投影。因為光路20為了顯示信息也被對準到那里，因此可以利用將投影裝置7，8，9，10安裝在HUDl的殼體2中而有利地節(jié)省光學(xué)元件，其方式是，將用于信息顯示的光路20的區(qū)段一并用于投影。節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)方式是該解決方案的另外的優(yōu)點。為了產(chǎn)生標記，在紅外(IR)發(fā)光二極管7之后設(shè)置光圈8，該光圈8確定各個關(guān)聯(lián)的標記的幾何形狀。聚焦的反射鏡9將映像的光線束22的光從標記偏轉(zhuǎn)到對于IR光可穿透的輸入耦合鏡10上，該輸入耦合鏡10將用于信息顯示的可見光偏轉(zhuǎn)到可調(diào)整的鏡5上。在IR發(fā)光二極管7和輸入I禹合鏡10之間可以布置另外的光學(xué)兀件(未不出)。光圈8以如下方式被成形，即標記對稱地至少部分地框圍兩只眼睛。因此在反射鏡5的有利的調(diào)整的情況下沒有標記投影的光進入觀察者的眼睛。如果由于觀察者的頭部運動仍然有標記投影的光進入到其眼睛中，但是這由于紅外光的不可見性仍然不會引起干擾性的光察覺。標記的關(guān)于兩只眼睛對稱構(gòu)造的形狀此外具有的優(yōu)點是，可以平行地引導(dǎo)射線束20和22。在聚焦方面，在光路20、22的共同的區(qū)段中，信息顯示的映像具有優(yōu)先地位，因為例如為此設(shè)置有反射鏡9，以將標記投影聚焦在觀察者的眼睛部分的區(qū)域中。標記投影的與HUD的顯示分離的聚焦是必需的，因為用于信號顯示和用于標記的圖像平面處于不同的距離。然而，映像光學(xué)系統(tǒng)的元件、例如光學(xué)元件5和10在聚焦的情況下輔助射鏡
9。這能夠?qū)崿F(xiàn)尤其是具有較小大小的比較簡單的形狀和反射鏡9的制造并且可以使對附加光學(xué)元件的使用變得多余。信息顯示以及標記投影的映像通過共同地使用的光學(xué)元件5和10被耦合。通過2軸線的調(diào)整單元6和反射鏡5，HUD顯示的光路20可以被適配于觀察者的頭部、尤其是眼睛的當(dāng)前位置。當(dāng)標記投影的光路22在映像光學(xué)系統(tǒng)的區(qū)域中基本平行于光路20地延伸時，光路22、也即標記投影的光可以與HUD顯示通過調(diào)整單元6和反射鏡5的適配同時地被連同引導(dǎo)。由此，可以保證總是與HUD的信息顯示對于改變的眼睛位置的適配同時地這樣改變所投影標記的位置，即相機16大多在頭部處并且尤其在眼睛附近記錄所投影的標記。在此特別有利的是，在這樣的條件下直接再現(xiàn)既檢測所投影的標記又檢測觀察者眼睛的相機的記錄，HUD的顯示的設(shè)定以何種程度與眼睛位置有偏差。利用比較少的附加數(shù)據(jù)，圖像處理單元可以從這樣的相機記錄中確定調(diào)整參數(shù)，利用所述調(diào)整參數(shù)，調(diào)整單元6和反射鏡5可以適配于改變的眼睛位置。本發(fā)明HUD的這種實施通過HUD顯示和標記投影的耦合提供了如下優(yōu)點，即經(jīng)由相機6和圖像處理單元(未示出)可以將顯示通過反饋來調(diào)節(jié)地適配于觀察者的眼睛位置的改變。相機的記錄可以作為觀察者的眼睛位置的額定參量和實際參量而包含所投影的標記的位置。通過由圖像處理單元快速地分析這樣的信息以及將分析結(jié)果快速地傳送給調(diào)整單元6，可以通過這種方式有利地實現(xiàn)，HUD顯示以少的或小的可識別延遲適配于觀察者的眼睛位置，并且由HUD顯示的信息對于觀察者來說幾乎總是以最佳可能的質(zhì)量可見。當(dāng)標記的部分不再被觀察者的頭部反射時，必要時可以通過選擇合適的例如較大的圖像截面來從唯一的記錄中確定標記以及頭部位置并且能夠?qū)崿F(xiàn)從記錄中比較快地確定校正值。通過改變IR發(fā)光二極管7的強度可以將投影例如相應(yīng)于時間、天氣狀況或者例如周圍環(huán)境地適配于不同的光行為。這提高了 HUD的可察覺性的可靠性。在HUD中迄今常見的是，足夠大地選擇反射鏡5，以便通過其面和曲度來保證眼睛位置的預(yù)先給定的區(qū)域(也即所謂的眼睛框子)的HUD顯示足夠好地可見。由此，必要時需要將比較大的反射鏡利用相應(yīng)的費事的支架和調(diào)整裝置安裝在HUD中。相反，利用本發(fā)明的HUD可能的是，由于快速的可跟蹤性能夠利用比較小的反射鏡實現(xiàn)至少同樣好的顯示質(zhì)量，其中通過較小的反射鏡能夠有利地減少成本和位置需求。圖3示意性示出了所投影的標記24的圖像,該標記24對HUD I在圖2中所示的光圈8映像。通過所示的形狀，在取向適配于頭部32的位置的情況下沒有標記投影的光到達觀察者32的眼睛33中。標記24的所示的形狀此外可以借助其對稱性和其抽象的構(gòu)造有利地適配于眼睛部分并且甚至眼鏡的輪廓并且被取向為使得其能夠在用于圖像處理的相機記錄中有利地與其它輪廓相區(qū)別并且能夠被識別。所示出的形狀此外是具有比較容易識別的單個對稱中心的形狀的例子，使得已經(jīng)在識別標記的部分的情況下能夠通過圖像處理確定記錄中的參考點。作為參考點的明確的對稱中心支持通過圖像處理單元對眼睛與所投影的標記的偏差的可靠并且快速的確定。在圖2中所示的IR發(fā)光二極管可以被耦合到例如相機(未示出)或者例如附加的控制單元(未示出)的信號上。由此可以利用相機交替地檢測帶有和不帶有所投影的標記的記錄。這種檢測提供如下優(yōu)點通過比較不同的記錄即使在變換的光行為情況下也可以可靠地識別標記。此外，借助這種比較可以有利地確定，例如IR發(fā)光二極管7的光強度是否對于可靠的識別是足夠的或者是否其必須被適配。在圖4中示出了用于本發(fā)明HUDl的第二實施例。因為該HUD I的結(jié)構(gòu)在許多方面與在圖2中所示的HUD具有一致性，因此在下面僅僅介紹該實施形式相對第一實施形式的區(qū)別。在圖4中所示的HUDl的不同在于生成標記的圖像。該HUDl而且同樣具有用于產(chǎn)生圖像的TFT顯示器3，所述圖像能夠顯示信息。然而，在顯示器3的位置上通過紅外照明13代替背景照明(未示出)，該背景照明基本上發(fā)送可視光。這提供了如下優(yōu)點所投影的標記的形狀因此可以通過TFT顯示器3可改變地被確定。標記投影的映像光22借助透鏡11被聚集并且射到反射鏡12上，該反射鏡將顯示的光20和標記投影的光22反射到可調(diào)整的反射鏡5上并且從那里通過前擋風(fēng)玻璃31向觀察者的眼睛方向反射。反射鏡12被構(gòu)造用于尤其是在所面向的表面上對顯示的可見光進行反射，紅外光基本上穿過該表面。在其背面上，反射鏡12被涂層為使得其從那里可以反射紅外光的絕大部分。反射鏡12的楔形橫截面引起，標記投影22以及可見信息顯示20的光射線基本上平行取向地被反射。由此，兩個映像的光遵循相同的光路。在此，信息顯示以及標記投影的光學(xué)映像的取向通過可調(diào)整的反射鏡5和電調(diào)整單元6以如下方式被耦合，即標記的投影遵循信息顯示被改變的調(diào)整。除了對于第一實施例說明的優(yōu)點之外，本發(fā)明的HUDl的第二實施例還提供了另外的優(yōu)點，為了安裝投影裝置11、12、13需要比較少的附加位置。本發(fā)明的HUD的兩個所描述的實施例通過其投影裝置能夠?qū)崿F(xiàn)相對迄今的裝置，視向的改變可以通過分析觀察者的頭部的相機記錄更快并且更可靠地被識別。由此，所述投影裝置能夠有利地以改善的實時特性支持眼睛位置的自動化的識別、也稱為眼睛跟蹤。因此，本發(fā)明的HUD尤其提供了優(yōu)點，即本發(fā)明的HUD能夠改善在HUD中的信息顯示的可識別性和可靠性，所述HUD在車輛的行駛期間持續(xù)地適配于例如駕駛員的改變的視向。圖5示出了本發(fā)明HUD在車輛的安裝環(huán)境中的第一實施例1，通過車輛的前擋風(fēng)玻璃31不僅信息顯示的光路20而且標記投影的光路22對準投影屏幕17的方向。投影屏幕用固定支柱18被固定在車輛座椅35的頭部支持部34。投影屏幕被設(shè)置用于可以以預(yù)先給定的并且能夠比較容易重復(fù)的方式被安裝在座椅上。為此，座椅可以裝備有不同的測量裝置，例如尺寸標度和例如用于精確確定投影屏幕17的布置的水準儀。通過例如平坦的屏幕面，可以通過投影屏幕17映像無失真地投影的標記?；谟糜谛畔@示和標記投影的在HUD的映像光學(xué)系統(tǒng)5、10中部分共同的射線導(dǎo)向20、22可以通過投影例如利用可見光在汽車工廠或者例如在工廠中的終檢中直接地通過視覺檢驗各種適配。這例如涉及將標記投影和信息顯示協(xié)調(diào)到觀察者的身體質(zhì)量和座椅調(diào)整上。光學(xué)映像元件的調(diào)準、尤其是關(guān)于前擋風(fēng)玻璃31和關(guān)于相機16的位置，可以借助投影屏幕來檢驗。借助投影屏幕17能夠自動化地實現(xiàn)在使用相機16和圖像處理單元(未示出)的情況下的這種調(diào)準。圖6a至6d示出了各種映像誤差，所述映像誤差例如可能由于光學(xué)元件的誤差調(diào)整而引起。圖6a示出了所投影的標記的歪斜位置，其例如可以由于整體HUD殼體2 (圖5)或者顯示器3的不精確的安裝引起。圖6b和6c示出了所投影的標記的枕頭狀的失真，其在圖6b的情形中凸形地失真而在圖6c的情形中凹形地失真。這樣的失真可能例如由于具有比較強彎曲的透鏡面或者反射面的光學(xué)元件而出現(xiàn)。最后，圖6d示出了梯形失真的標記，其例如可能由于例如顯示器3或者反射鏡的歪斜位置而引起。優(yōu)選將HUD構(gòu)造用于，將這些失真直至預(yù)先給定的程度地獨立并且尤其是自動地校正。在圖5中的相機16為此針對圖像處理單元記錄例如投影到投影屏幕17上的標記的圖像。所述圖像處理單元為此被構(gòu)造用于從相機記錄中識別其中保持的失真的形狀并且確定其各自的程度。在此特別有利的是，圖像處理單元被構(gòu)造用于，從光學(xué)失真的這種識別出發(fā)確定參數(shù)，由此HUD可以借助該參數(shù)通過圖像數(shù)據(jù)的補償性預(yù)失真通過例如映像光學(xué)系統(tǒng)對抗針對顯示器3所確定的失真。由此，HUDl的信息顯示可以有利地在其可識別性方面得到改善。在本發(fā)明的平視顯示器的一個未被更詳細示出的實施方式中，可以安裝和去除用于暫時使用的投影裝置。由此例如可能的是，將投影裝置僅僅設(shè)置為可快速使用的工具以用于例如在工廠或例如在汽車工廠中的校準或調(diào)準。
權(quán)利要求
1.用于車輛(30)的平視顯示器(I)，該平視顯示器為了借助成像單元(3 )顯示信息將在車輛(30)中的在觀察者視向上的透明面(31)用作顯示區(qū)域，其中在成像單元(3)和顯示區(qū)域之間設(shè)置有映像光學(xué)系統(tǒng)，該映像光學(xué)系統(tǒng)具有:適配裝置，借助該適配裝置能夠?qū)⑿畔⒌娘@示適配于觀察者的不同眼睛位置；用于記錄觀察者的頭部的相機(16);以及用于分析相機(16)的記錄的圖像處理單元，其特征在于，投影裝置被設(shè)置用于將可光學(xué)檢測的標記(24)映像在觀察者的頭部的方向上，并且圖像處理單元被構(gòu)造為，基于相機(16)的記錄來分析標記(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平視顯示器(1)，其特征在于，圖像處理單元被構(gòu)造用于借助相機(16)的記錄根據(jù)觀察者的頭部上的可光學(xué)檢測的標記(24)的位置來確定在觀察者的頭部處的區(qū)域、尤其是眼睛的位置的偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平視顯示器(1)，其特征在于，圖像處理單元被構(gòu)造用于借助所述偏差提供用于適配裝置的調(diào)整參量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(I)，其特征在于，相機(16)被定位在平視顯示器(I)的其中安裝有圖像處理單元(3)和映像光學(xué)系統(tǒng)的部分(2)之外。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置包括調(diào)整裝置(6)，借助該調(diào)整裝置能這樣地調(diào)整投影裝置的至少一個光學(xué)元件(5)，使得能夠在不同位置上映像可光學(xué)檢測的標記(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平視顯示器(1)，其特征在于，調(diào)整裝置(6)被構(gòu)造為使可光學(xué)檢測的標記(24)的位置相應(yīng)地跟隨觀察者的頭部的運動。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置的至少一個兀件(5,10,12)是映像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)兀件。
8.根據(jù)前述權(quán)利要 求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置被構(gòu)造用于通過反射將可光學(xué)檢測的標記(24)在觀察者的頭部的方向上投影到車輛(30)中的透明面(31)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平視顯示器(I)，其特征在于，投影裝置的輸入耦合元件(10，12)被構(gòu)造用于，將可光學(xué)檢測的標記(16)的光(22)輸入耦合到映像光學(xué)系統(tǒng)的光路(20)的區(qū)段中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平視顯示器(1)，其特征在于，映像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件(5)的至少之一能被調(diào)整用于適配于觀察者的眼睛的位置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置的一部分、尤其是發(fā)射光的部分(13)被集成到成像單元(3)中。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置被構(gòu)造用于將可光學(xué)檢測的標記(24)連續(xù)地周期性地在預(yù)先給定的持續(xù)時間上投影。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平視顯示器(1)，其特征在于，周期性地、分時地投影可光學(xué)檢測的標記(24)被與信號、尤其是相機(16)的信號同步。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置被構(gòu)造用于產(chǎn)生具有不可見光、尤其是紅外光的可光學(xué)檢測的標記(24)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，投影裝置的輸入耦合元件(10，12 )是對于紅外光透明的反射鏡(10，12 )。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(I)，其特征在于，投影裝置能被調(diào)整為使得可光學(xué)檢測的標記(24)在其大小和/或其形狀和/或強度方面是能調(diào)整的。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的平視顯示器(1)，其特征在于，設(shè)置有投影面元件(17)，該投影面元件裝備有用于固定在觀察者的座椅、尤其是座椅的頭部支持部(34)上的固定裝置(18)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的平視顯示器(I)，其特征在于，投影面元件(17)裝備有用于可重復(fù)地在座椅上、尤其是在座椅的的頭部支持部(34)上定位的測量裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的平視顯示器(1)，其特征在于，圖像處理裝置被構(gòu)造用于，從投影面元件(17)上的標記(24)的相機記錄中識別幾何失真并且借助所識別的失真為成像單元(3)和/或為映像光學(xué)系統(tǒng)的適配裝置和/或為投影裝置的調(diào)整裝置(6)提供校正參數(shù)。
20.用于車輛(30)的平視顯示器(I)的顯示方法，其中為了借助成像單元(3)顯示信息使用在車輛(30)中的在觀察者視向上的透明面(31)作為顯示區(qū)域，其中利用相機(16)記錄觀察者的頭部的位置并且由用于分析相機(16)的記錄的圖像處理單元處理觀察者的頭部的記錄，其中由適配裝置將信息的顯示適配于觀察者的不同眼睛位置，其特征在于，投影裝置將可光學(xué)檢測的標記(24)映像在觀察者的頭部的方向上，并且圖像處理單元基于相機(16)的記錄來分析標 記(24)并且根據(jù)所確定的觀察者頭部位置來適配信息的顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于車輛(30)的平視顯示器(1)，該平視顯示器為了借助成像單元(3)顯示信息將在車輛(30)中的在觀察者視向上的透明面(31)用作顯示區(qū)域，其中在成像單元(3)和顯示區(qū)域之間設(shè)置有映像光學(xué)系統(tǒng)(4，5)，該映像光學(xué)系統(tǒng)具有適配裝置(6)，借助該適配裝置能夠?qū)⑿畔⒌娘@示適配于觀察者的不同眼睛位置；用于記錄觀察者的頭部的相機(16)；以及用于分析相機(16)的記錄的圖像處理單元。在此，投影裝置被設(shè)置用于將可光學(xué)檢測的標記(24)映像在觀察者的頭部的方向上，并且圖像處理單元被構(gòu)造為基于相機(16)的記錄來分析標記(24)。
文檔編號G02B27/00GK103080812SQ201180043934
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者B.赫佐格, M.魏爾克斯, R.邁耶, G.德貝爾, U.卡爾曼 申請人:羅伯特·博世有限公司