紧凑型抬头显示器系统的制作方法

背景技术：

本发明涉及向交通工具的操作者显示半透明图像的领域，此图像通常被称为“抬头”显示器图像。

抬头显示器(“hud”)的基本概念是以显示在汽车、飞机或其它交通工具的操作者前方的图像的形式向所述操作者提供相关信息，使得驾驶者(在汽车背景中)可在不降低他的眼睛或以其它方式将注意力从前方的道路移开的情况下观察所述信息。通常，抬头显示器是半透明的，使得道路可在很大程度上透过所显示的图像被看到。

常规汽车hud装置及系统具有相对大的形状因数。举例来说，常规内置hud系统的光学器件及电子器件在汽车仪表板内占据约2公升的体积。这些较大的物理体积限制了常规售后hud系统的成功。常规售后hud的其它限制因素包含其在日光条件下的较差可读性、有限的显示能力以及处理能力和灵活性。

技术实现要素：

所揭示的实施例提供一种紧凑型便携式抬头显示器(“hud”)系统，其适于放置在大多数现代汽车的仪表板的顶部上而不会挡住操纵者的前向视线。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其中所显示的图像在从全日光(包含当交通工具指向太阳的方向时)到夜间变化的条件下在很大程度上是透明的。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其可作为能够进行自主操作(例如，例如通过导航到从联网装置传送的目的地地址对从联网计算装置接收的数据进行操作)的全处理和计算系统而操作。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其中用于显示图像的元件可在图像的失真最小的情况下容易地进行调整。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其可被容易地卸除且可安装到各种交通工具仪表板及挡风玻璃几何形状。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其能够在视觉上显示来自联网装置或另一系统的信息，并根据现有条件(例如，交通根据速度)过滤所述信息。

所揭示的实施例提供这样一种系统，所述系统可包含一或多个辅助输入和输出装置，其包含：用于检测操作者手势的一或多个传感器；音频输入和输出；无线通信；环境、运动和位置传感器；及类似者，且所述系统可对从此类装置接收的输入进行操作。

所揭示的实施例提供这样一种系统，其通过有效地使用投射光、最小化电池使用并且实现紧凑构造及低制造成本而消耗非常低的电力水平。

所属领域的一般技术人员将在参考以下说明书连同其附图之后明白所揭示的实施例的其它目的和优点。

本发明的实施例可在一种抬头显示器装置中实施，所述抬头显示器装置包含适于安装到或放置在平面上且含有系统电子器件和投影仪的外壳。在投影仪后方安置在外壳上的弯曲高增益反射屏幕接收由所述投影仪产生的图像，且将所述图像反射到安置在外壳前方附近的半透明弯曲组合器。

根据另一方面，本发明的实施例可在一种抬头显示器装置中实施，所述抬头显示器装置包含：外壳，其用于由所述外壳中的系统电子器件控制的投影仪；附接屏幕，其接收由所述投影仪投射的图像；及红外照明体和相机，其对红外光敏感，所述红外照明体和相机两者均集成安装在装置中以指向朝向观察所投射图像的操作者的方向。所述相机耦合到系统电子器件，所述系统电子器件包含用于辨识由操作者所做的手势的处理能力。所述相机的红外操作允许显示器装置在最小环境光条件下由手势控制。

根据另一方面，本发明的实施例可在一种抬头显示器装置中手势，所述抬头显示器装置包含外壳和半透明观察屏幕，其与以下部件组合：“底座”，其耦合到外壳的底部且可适于交通工具仪表板；及弹力盘(puck)，其磁性地耦合到外壳中的磁体且提供与外壳中的控制电子器件的电连接。所述底座具有：加强片，其具有用于接纳弹力盘的开口；及可弯曲部分，其从所述加强片延伸，所述可弯曲部分具有适形性且可附着到宽泛范围的交通工具仪表板。所述可弯曲部分包含由保持其弯曲形状的材料(例如，铝合金)组成的芯。具有一些粘性的可适形材料附接到可弯曲板的底侧面，使得所述装置在被放置时将保持在仪表板位置处。通过与放置在底座内的弹力盘的磁性耦合来促进外壳与电子器件和光学组件的分离。

附图说明

图1是说明根据实施例的抬头显示器(hud)装置的汽车应用的透视图。

图2a和2b分别是根据实施例构造的hud装置的侧横截面图和后横截面图。

图2c是根据实施例的并入图2a和2b的装置的hud系统的侧正视图和功能视图。

图3a是根据实施例的hud装置的侧横截面图，其说明在hud装置的操作中的光路径。

图3b是图3a的hud装置的俯视平面图，其说明在hud装置的操作中的光路径和图像形成。

图4a到4c是所反射光强度的俯视平面图和相关联标绘图，其比较根据实施例的屏幕的表面与常规平坦屏幕表面。

图4d是实施例的hud装置中的屏幕的横截面图，其说明hud装置相对于常规反射表面的光学增益特性。

图4e到4g是根据替代相应实施例的屏幕的侧横截面图。

图5a是实施例的hud装置中的组合器的横截面图。

图5b和5c分别是根据另一实施例的多范围组合器的横截面图和正视图。

图6a和6b是根据实施例的处于屏幕和组合器的不同角位置处的hud装置的侧正视图。

图7是实施例的hud装置中的控制电子器件的架构的呈框图形式的电气图。

图8是根据实施例的说明根据实施例的hud装置响应于手势、语音输入和传入通信的操作的流程图。

图9a和9b是根据图8的实施例的说明hud装置的操作的实例的流程图。

图10是根据实施例的hud装置的主要物理组件的分解透视图。

图11是根据实施例的hud装置的外壳的分解透视图。

图12a和12b分别是根据实施例的说明图11的外壳与弹力盘的配合的平面图和横截面图。

图13a到13f是各种实施例的hud装置到底座的安装的平面图和正视图。

具体实施方式

本说明书中描述的一或多个实施例被实施到如由汽车的驾驶者使用的抬头显示器(hud)装置和系统中，这是因为预期此实施方案在所述背景中特别有利。然而，还应预期，本发明的概念可有利地应用于其它应用中，例如航空和航海应用以及其它应用，其包含但不限于视频游戏、广告显示器、游乐园显示器、模拟系统和其中透明显示器可为有用的其它应用。因此，应理解，以下描述仅作为实例提供，且不意在限制如所主张的本发明的真实范围。

如将从本描述明白且如上文指示，本文描述的本发明的实施例涉及通常称为“抬头显示器”或“hud”的透视显示器装置。图1说明在汽车背景中的根据这些实施例的装置的一般应用。如图1中所示，此背景中的hud装置2位于汽车仪表板dsh的顶部上，通常在驾驶者drv的视线中且在提供在仪表板dsh内的速度计和其它仪表或操作显示器(未展示)上方，且在方向盘swh上方。hud装置2提供透视图像，所述透视图像在驾驶者drv驾驶交通工具时显示关于驾驶者drv的信息，而不会妨碍透过挡风玻璃wsh观察道路。

如将从以下描述明白，根据此实施例的hud装置2经构造以便为便携式的、容易地放置在各种交通工具的仪表板dsh顶部上且可容易地卸除以用于另一交通工具或用于安全目的，例如当驾驶者drv将汽车停放在公共停车区域中时。因而，在这些实施例中，hud装置2经构造以具有紧凑大小，使得其可位于仪表板dsh的顶部上，而不会显著干扰驾驶者的视线。

图2a的横截面图示意性地说明根据一些实施例的hud装置2的各种组件。如该图中所展示，外壳4包封控制电子器件6，举例来说，所述控制电子器件6可安装在一或多个印刷电路板上且其可实行hud装置2的操作中所涉及到的数据和图像处理，如将在下文描述。现将详细描述根据一些实施例的控制电子器件6的架构和功能性。

外壳4还包封投影仪引擎10，所述投影仪引擎10出于本描述的目的是指投影系统，所述投影系统包含投射适于在根据这些实施例的hud装置2中使用的图像所必需的光学器件、光调制装置和光源装置。预期包含在投影仪引擎10中的光学器件包含一些或所有适当的透镜、镜、光均化装置、偏振装置、滤光器(例如组合光的二向色滤光片)以及此项技术中已知且包含在现代投影仪的构造中的此类其它光学装置。包含在投影仪引擎10中的光调制装置可为若干类型中的任一者，包含在此项技术中称为数字微镜阵列装置(dmd)的光调制装置，例如来自德州仪器(texasinstruments)的dlp^tm装置、液晶覆硅(lcos)光调制器以及透射lcd显示器，例如在lcd投影仪或其它类型的空间光调制器中使用的透射lcd显示器；适于用于一些实施例中的其它类型的光调制装置包含激光束扫描(lbs)投影仪，其中激光源以电子方式或其它方式进行调制且激光束由一或多个移动镜扫描以扫描图像，以及任何其它形式的图像投射。包含在投影仪引擎10中的光源可为一或多个led、一或多个激光器或其它光源。举例来说，红色、绿色和蓝色led或激光器通常与dmd和lcos调制器配合使用，以支持称为“全彩”显示的显示，但当然可额外或替代地使用其它颜色的光。在这些技术中的任何者中，预期投影仪引擎10还包含如此项技术中已知的用于控制这些元件的适当电子器件。

投影仪引擎10将图像向后(即，朝向驾驶者drv)投射到屏幕壳体13内的弯曲屏幕12，屏幕壳体13在此实施例中安装在外壳4的后边缘附近。如将在下文详细描述，屏幕12是反射表面(例如，高增益弯曲反射表面)，其相对于投影仪引擎10定位使得由投影仪引擎10投射的光在屏幕12上形成“真实”图像。下文将进一步详细描述屏幕12的构造。

根据这些实施例，屏幕12沿前向方向(即，朝向挡风玻璃)将此真实图像投射到组合器14。根据这些实施例的组合器14是半透明弯曲元件，所述半透明弯曲元件组合来自两个方向的光，即，透射通过挡风玻璃wsh的光和从屏幕12反射的光以形成在图1中的布置中由驾驶者drv观察的经组合的“虚拟”图像。组合器14是半透明的，从这个意义上来说，交通工具前方的道路状况和其它视觉信息(即，透过挡风玻璃wsh进入的光)可由驾驶者drv通过组合器14看见，但在所述组合器14上，由投影仪引擎10投射且由屏幕12反射的图像也将对驾驶者drv可见。下文将进一步详细描述组合器14的构造。

图2b说明从后方(即，从图1的驾驶者drv的视角)观察的hud装置2。如从图2b明白，驾驶者drv看见屏幕壳体13的后表面，屏幕12(图2a)安置在屏幕壳体13内以便面向投影仪引擎10(在图2b中以阴影展示)。因为如将在下文详细描述的屏幕12和组合器14的构造和布置，由通过投影仪引擎10投射的光呈现的图像在屏幕12处形成img_12。此图像img_12将从屏幕12反射且作为图像img_14出现在组合器14上，如图2b中展示。因此，图像img_14以对驾驶者drv可见的方式呈现由外壳4内的控制电子器件6产生的适合于正被执行的特定功能的图形和其它视觉信息。屏幕壳体13用于阻挡由投影仪引擎10发射的光使其无法直接到达驾驶者drv，如从图2b的视图中明白。如上文论述且在下文进一步详细论述，因为根据这些实施例组合器14是半透明的，所以驾驶者drv将能够透过组合器14看见前方的道路，其中img_14有效地叠加在道路的所述视图上。

图2a和2b还说明可在各种实施例中实施的hud装置2的各种辅助组件。后向相机18r在此实施例中安装在屏幕壳体13的驾驶者侧上且因而瞄准驾驶者drv。如将在下文进一步详细描述，由后向相机18r获得的图像数据被传送到控制电子器件6，所述控制电子器件6处理那些数据以识别由驾驶者drv所做的手势且响应于那些所识别的手势实行各种控制功能。为在夜间条件下实现此功能，后向相机18r对红外光敏感，且红外照明体19(例如，发射红外光的led)安装在屏幕壳体13的驾驶者侧表面上并且也面向驾驶者drv。根据这些实施例已发现，红外照明体19优选地安装在后向相机18r上方以减少由相机18r捕获得图像中的方向盘swh(图1)的遮蔽效应。其它手势检测技术可替代地作为后向相机18r的替代或补充而实施，其它手势检测技术的实例包含深度传感器、光度立体传感器和双相机布置。

在一些实施例中，直射透镜光块17安装在屏幕壳体13的顶部边缘上。直射透镜光块17是不透明的结构，其阻挡由投影仪10发射的光使其无法直接到达驾驶者drv的眼睛，尤其在高驾驶者的情形中。举例来说，直射透镜光块17可构造为不透明塑料板，所述不透明塑料板可由驾驶者drv相对于屏幕壳体13的顶部边缘向上或向下可滑动地调整以在各种安装中实现此遮光功能。

在一些实施例中可提供前向相机18f，举例来说，前向相机18f安装在组合器14的顶部边缘上且沿挡风玻璃wsh的方向瞄准。在这些实施例中，前向相机18f将关于交通工具在道路的车道之内或之中的位置、道路状况或可透过挡风玻璃wsh可见的其它环境参数的图像数据传送到控制电子器件6，所述控制电子器件6又响应于所述信息产生供在组合器14处显示的信息。在一些实施例中，图2a还展示安装在外壳4上的环境光传感器21，所述环境光传感器21将把环境光的水平传送到控制电子器件6；一个以上此环境光传感器21可在需要的情况下在hud装置2中实施。如果实施环境光传感器21，那么控制电子器件6可调整由投影仪引擎10投射的光的亮度和其它属性，通常以增大所显示的图像在明亮环境条件下的亮度并在夜间降低亮度。

图2a将组合器14展示为通过铰链16c物理地耦合到外壳4，且将屏幕12展示为通过铰链16s物理地耦合到外壳4。铰链16c使得组合器14的角度能够围绕其轴线旋转地调整，且铰链16s使得屏幕12的角度能够围绕其轴线旋转地调整(其中每一者进出图2a中的页面)。此可调整性确保了针对各种仪表板dsh几何形状(即，不管仪表板dsh的顶部表面的平坦度如何)且在图像的失真最小的情况下的所显示图像对驾驶者drv的良好可见性，如下文将进一步详细描述。

图2c说明根据某些实施例的在汽车背景中的hud装置2到与各种功能结合的通信系统中的实施。在此实例中，hud装置2包含无线通信功能性作为其控制电子器件6的部分或与其控制电子器件6结合，所述无线通信功能性可操作以根据各种常规技术实行无线发射和接收，所述常规技术例如蓝牙或用于与附近装置(即，在交通工具中)进行本地通信的其它近场通信(nfc)类型；较长距离通信能力，例如蜂窝、卫星、fm，且可额外或替代地实施其它无线电通信。在此实例中，系统包含智能电话sph，其对于驾驶者drv来说通常是个人的且包含用于与hud装置2通信的适当软件。通过与智能sph的此通信，hud装置2将能够显示关于交通、天气状况、文本消息、电子邮件和类似者的在线可访问信息。图2c中展示的实施例的系统还包含一或多个后向相机rcm，其可部署在汽车内(例如在交通工具后方部署在外部上)或部署在交通工具内部(例如部署在交通工具的顶棚上或部署在驾驶者座位后面)；hud装置2与后向相机rcm之间的通信允许hud装置2在组合器14上显示展示来自交通工具后面的视图或驾驶者drv后面的内部的视图(视情况而定)而不需要驾驶者drv物理地转身或使她的眼睛离开道路。也如图2c中所示，提供hud装置2的usb端口21以用于与其中安装hud装置2的交通工具的板上诊断端口obdp有线通信；通过此连接，关于交通工具的操作参数或条件的信息可直接地或与导航信息(到下一个加油站的距离)组合地在组合器14处向驾驶者drv显示。预期所属领域的技术人员在参考本说明书之后将能够容易地实施这些功能，且根据需要额外地或替代地实施除此图2c中展示的功能之外的功能，而无需过度实验。

图3a和3b分别说明根据本发明的一些实施例的基本光学路径的侧正视图和俯视平面图。如图3a和3b中的每一者中所展示，投影仪引擎10在图像路径img_10上朝向屏幕12投射光以在屏幕12处形成真实(人类可观察)图像。所述图像由屏幕12在图像路径img_12上反射到组合器14，且又由组合器14沿中心视线clos部分反射以对驾驶者drv可见。如上文提及，组合器14经构造以对例如透过挡风玻璃wsh接收的外部光半透明；此半透明性还意味着组合器对于由屏幕12反射的光是半反射性的。这些性质可通过组合器14的表面上的涂层获得。举例来说，组合器14的表面可具有30％的反射涂层，在这种情形中，从屏幕12反射的光的30％将被朝向驾驶者drv反射，而透过挡风玻璃wsh接收的外部光的大约70％将透射通过组合器14以对驾驶者drv可见。下文将进一步详细描述根据实施例的组合器14的特定构造。

因为由投影仪引擎10投射在屏幕12上的图像是“真实”图像，所以使投影仪引擎10经构造及布置以投射所述图像以便使其聚焦在屏幕12上将是有用的。在此实例中，屏幕12放置在投影仪引擎10的透镜的焦平面中。在其中投影仪引擎10的透镜具有约100mm的焦距的一个实例中，屏幕12放置在距投影仪引擎10约100mm的距离处。对于构造为dmd或lcos光调制器类型投影仪的投影仪引擎10来说，在制造时可能需要焦点调整，所述焦点调整接着保持固定在适当位置供系统使用。然而，对于使用激光照明的那些投影仪10，焦深可为足够的使得可能不需要额外聚焦。所属领域的技术人员还应理解，因为激光在给定中心频率下具有窄得多的带宽/线宽，所以使用激光可向屏幕12处的此类光学元件(例如带通滤波器)提供更好的性能。

根据一些实施例，屏幕12经构造以具有接收来自投影仪引擎10的光的基本上球形弯曲内表面。屏幕12的曲率度数经选择使得从其表面向组合器14反射且从组合器14反射的光线聚焦在驾驶者drv的眼睛瞳孔处。在汽车背景中的仪表板hud装置2的一个实例(其中驾驶者drv的眼睛瞳孔标称上期望与组合器14相距约30英寸)，大约440mm的屏幕12的内表面的曲率半径提供良好结果。此外，如此项技术中已知，球形表面是近似于球形的表面的区段的凹表面。出于本描述的目的，术语“基本上球形”是指并非完美地为球形但足够接近为球形以在这些实施例的背景中表现得类似于完美球形表面的表面。参考图2b的驾驶者视线，如果从投影仪引擎10投射的图像是如针对无投影透镜偏移的平坦屏幕而设计，那么所述图像将在屏幕12处因为屏幕12的倾斜而显得略微“梯形失真”(在顶部处比在底部处宽)，且因为屏幕12的曲率而略微桶形失真(在屏幕的外侧比在中心处小)。当反射到且出现在组合器14处时，明显的桶形失真将由组合器14的曲率的光学效应进一步增大，这是因为弯曲屏幕12的外侧比屏幕12的中心离组合器14更远。然而，在一些实施例中，屏幕12经构造以具有“基本上球形”表面，这意味着所述表面出于本发明的实施例的目的表现得类似于为完美球形的表面，但并非完美球形；具体来说，通过为略微非球面的以便帮助校正由屏幕12的内表面的倾斜和曲率引起的梯形失真或桶形失真或梯形失真和桶形失真两者。

替代地或此外，这些失真可通过投影仪引擎10中的投影仪透镜的设计或通过也使组合器14略微非球面(同时保持如上文定义的“大体上球形”)或通过对被投射的图像进行数字处理以使图像预失真使得其在组合器14处由驾驶者drv观察时将显得正确或通过这些技术的组合来校正。

根据这些实施例，屏幕12经构造以在光学意义上具有高屏幕“增益”。如此项技术中已知，屏幕增益是对在垂直于屏幕表面的方向上反射的光的峰值亮度的测量。如在投影屏幕技术中通常已知，屏幕增益通常是相对测量，其中1.0的增益是指这样一种屏幕，所述屏幕以与光被投射到所述屏幕上的亮度相同的亮度反射光且在所有视角上均具有完美均匀度，其中没有光被吸收且所有光被再辐射。增益通常从屏幕处于其最大亮度的有利点测量，所述有利点位于屏幕在所述点的切向的正前方且垂直于所述切向。因而，在此点的增益的测量被称为“零度观察轴处的峰值增益”。具有1.0的增益的表面包含碳酸镁(mgco3)块和无光泽白色屏幕。具有1.0以上的增益的屏幕将反射比所投射的光更亮的光；举例来说，额定为1.5增益的屏幕将在垂直于屏幕的方向上反射比额定为1.0增益的屏幕多50％的光。然而，具有大于1.0的增益的屏幕不在所有视角上均以相同亮度反射光。而是，如果我们移动到侧面以便以某个角度观察屏幕，那么所投射图像的亮度将下降。

图4a和4b分别说明在hud装置2的光学布置的背景(其中投影仪引擎10将光投射到屏幕上)的背景中的单位(1.0)增益和高增益平坦屏幕的相对反射亮度，其中从屏幕反射的光被引导到弯曲组合器14。图4a和4b的视图为与在图3b中所展示相同的定向上的“顶部朝下式”视图，其展示投射到相应屏幕112、112’的中心点和两个偏心点的均匀白色图像的光的光图案，且将光线的轮廓说明为从相应屏幕112、112’反射离开到组合器14。图4a中的屏幕112为常规单位增益平坦屏幕，从投影仪引擎10投射的光从屏幕112上的每一点在所有方向上均匀反射，无论是从投影仪引擎10正前方的中心位置(即，在垂直于屏幕112的方向上接收光的点)还是在与投影仪引擎10成某个角度的偏心位置。因为屏幕112的单位增益和平坦屏幕，所反射的光在沿着组合器14的表面的所有点处接收时具有均匀强度(即，1.0的相对强度)，如图4a的左手侧上的标绘图所展示。然而，从屏幕112反射的大部分光将错过组合器14，这是考虑到所反射的光从屏幕112的表面跨180°扩散，而组合器14仅覆盖所述180°扩散的一部分。对于由投影仪引擎10投射的均匀白色图像的情形，组合器14的观察者将看到均匀白色但暗淡的图像。

图4b说明相同背景中的高增益(gx>1的增益)平坦屏幕112’的反射特性。图中展示为从屏幕112’反射的光线具有较高的反射光振幅(即，光线的长度比在图4a中长)，从而指示屏幕112’比屏幕112更具反射性，但所反射光的方向性与来自图4a的屏幕112的反射光相比更限于中心轮廓。所反射的光的振幅在光强度方面从最亮点相对急剧下降。从屏幕112’的中心位置反射的光将在组合器14接收为集中点；然而，从屏幕112’的偏心位置反射的光将趋向于从组合器14反射离开。因而，图4b的实例中的组合器14的观察者将在中心看到“热点”，其中所述热点随着观察者观察组合器14的角度而移动(例如，到由图4b中的虚线标绘图指示的轮廓)，使得在任何观察角处，图像将在一个部分中具有非常亮的点而图像的剩余部分将较暗。

图4c说明根据这些实施例的由如用于hud装置2中的基本上球形高增益屏幕12反射的光的性质。在此实例中，如上文指示，屏幕12的曲率半径大约为投影仪引擎10与屏幕12之间的距离的两倍，使得投影仪引擎10接近在屏幕12为镜的情况下将为焦点的位置。此曲率致使从偏心位置反射的光线束大体上平行于从屏幕12的中心位置反射的光而被反射，而非主要以将错过组合器14的角度反射。如在图4c的左手侧的光轮廓图中所展示，屏幕12的增益gx和曲率的结果为图像在几乎对应于增益gx的强度下跨组合器14的全尺寸十分均匀地明亮。实际上，屏幕12作为高增益、基本上球形弯曲表面的此构造提供图4b中的屏幕112’的高增益和图4a中的单位增益屏幕112的接近均匀性的两个优点。

根据这些实施例，基本上球形屏幕12能够产生可被视为与由平坦单位增益屏幕提供但来自低电力投影仪引擎10(即，针对具有增益gx的屏幕12，以1/gx亮度投射光)的光一样明亮的光，其中组合器14处的图像的亮度具有良好的均匀性。这种降低由投影仪引擎10输出的光强度的能力减少由hud装置2消耗的电力和产生的热量，从而导致总系统成本降低。此外，屏幕12的高增益增加了对不同于来自投影仪引擎10的其它方向的光(此光尤其包含环境光)的排斥，使所述光无法被反射到组合器14。

根据这些实施例，屏幕12的增益不必为可获得的最高增益。如果屏幕12为高度反射镜(纯镜将具有无限增益)，那么组合器14处的图像将仅呈现为与投射到屏幕12上的图像大小相同的明亮矩形，且因此过小而无法在汽车背景中由驾驶者drv容易地看到。因此，使屏幕12在某种程度上漫射在其表面处反射的光从而将所反射光扩散到比屏幕12自身更宽是有用的。

根据这些实施例，屏幕12经构造以具有非常高的增益(接近镜子的增益)，但具有足够的漫射或其它光散射性质使得图像可见(即，以便充当“屏幕”而非镜子)。举例来说，预期屏幕12可经构造以具有至少4.0，优选地6.0或更大及高达至少约20.0的增益；与具有0.7与2.5之间的增益的常规投影屏幕增益相比，这些增益对屏幕12来说非常高。在这些非常高的增益下，屏幕12将表现为略微漫射镜，其促进良好图像的产生。屏幕12的表面处的漫射可通过针对屏幕12的反射内表面选择稍微粗糙的材料、通过对表面执行某种粗糙化或通过将涂层涂覆到所述表面来实现。此外，如上文指示，期望屏幕12是略微非球面的，同时如上文描述保持基本上球形以帮助校正梯形失真和桶形失真。这些效应将导致略微不同的光轮廓，反射光具有多一点的扩散，并且反射光强度在组合器14的中心区域中具有在某种程度上更小的均匀度。屏幕12的表面处的此漫射性导致所反射光不会锐聚焦在屏幕12的表面处，这根据本发明已被发现可改进屏幕12的光学特性。

现参考图4d，现将进一步详细描述根据实施例的屏幕12的构造。如上文论述，屏幕12的功能是漫射由投影仪引擎10投射在其上的光以在组合器14处产生“真实”(即，可观察)图像。在此实施例中，屏幕12的形状(特定来说，其内(凹)反射表面的形状)是基本上球形的，如上文描述。在根据这些实施例的hud装置2中，屏幕12优选地是不透明的，使得入射在其内表面上的来自投影仪引擎10的光将不会被屏幕12透射通过到驾驶者drv。因而，根据此实施例的屏幕12包含由玻璃、塑料或其它合适支撑材料形成的支撑结构30(其从结构观点来看自身是不透明的(即，吸收光)或涂覆有光吸收材料(例如，类似于镜子的背面))，且具有光滑或以其它方式具有反射性的内(凹)表面32以便以高增益反射入射光，如上文论述。内表面32可简单地构造为支撑结构30自身的表面(取决于其材料)或构造为例如涂覆到支撑结构30的铝或不锈钢的材料或构造为涂覆到支撑结构30的表面的特殊屏幕塑料膜、金属膜或箔或另一类型的反射涂层。在任何情形中，屏幕12的内表面32应具有漫射特性，无论是其材料中固有的还是通过粗糙化内表面32或将涂层涂覆到内表面32而获得的。

在图4d的实施例中，屏幕12经构造以利用其中光源为led或激光器的投影仪引擎10，所述led或激光器发射相对窄的带内的光。根据此实施例，可利用这些窄带以通过将二向色涂层34涂覆到屏幕12的内表面32(如图4d中所展示)来进一步增强hud装置2的光学性能和特性，其中那些二向色涂层34根据led和激光光源的波长进行调整。根据实施例，这些二向色涂层34可构成“三重带通滤波器”，其使以由投影仪引擎10反射的光的三种颜色(红色、绿色和蓝色)为中心的特定波长带通过，但排除(例如，通过吸收或透射通过)其它波长的光(包含可照射在屏幕12上的大部分环境光)。反射到组合器14且由驾驶者drv观察到的图像的对比度因此将被提高。

可将其它涂层涂覆到屏幕12的内表面32，例如以改进其机械特性，例如耐刮擦性。

归因于其高屏幕增益，基本上球形屏幕12是高度定向的。因而，在这些实施例中，屏幕12相对于从投影仪引擎10投射的光的方向向上倾斜，如图3a中所展示。对于最佳亮度，此向上倾斜的角度小于被投射光与组合器14的中心之间的角度θ的角度，例如约θ/2的向上倾斜。在一些实施例中，屏幕12的位置和倾斜角(例如，θ/2)可为固定的；在其它实施例中，屏幕12可倾斜以调整其朝向组合器14的瞄准或关闭屏幕12以进行存储。

在一些实施方案中，屏幕12的此倾斜将导致所反射图像当在组合器14处被观察时略微“梯形失真”或在顶部处比在其底部处宽。如上文提及，此梯形失真效应可通过光学方式减少(例如，使用投影仪引擎10中的透镜或通过构造屏幕12使其具有略微非球面内表面)或以数字方式减少(例如，通过预处理图像数据以补偿梯形失真及在组合器14处提供未失真图像)或通过光学校正和数字校正的组合来减少。如果需要，用于校正“梯形失真”的此预处理可部分基于来自后向相机rcm的信息，使得数字调整和预失真可考虑到驾驶者的眼睛的位置的差异，这是考虑到组合器14处的图像的表观大小将根据驾驶者的眼睛与组合器14之间的距离而改变。

根据其它实施例，如图4e到4g的侧横截面图(即，在与图3a相同的方向上取得)中所展示，屏幕12将经构造以在其内凹表面上具有变化。首先参考图4e，屏幕12e展示为具有形成为分段片段的内表面，其中每一片段以向上倾斜朝向组合器14反射所投射图像。此分段倾斜的一个目的是减少或消除使整个屏幕12向上倾斜，这减少或消除了梯形图像失真和图像的焦点的变化。图4e到4g中展示的这些分段区段的相对长度仅出于解释目的，因为预期这些分段区段可制造得极小以减少组合器14处的图像的分段片段边界的可视假影。如图4f的屏幕12f中所展示，分段区段化内表面可与总体球形曲率组合。

根据如图4g中所展示的另一实施例，屏幕12a构造为“菲涅尔屏幕”，其中屏幕的曲率通过使球形屏幕(图4g中通过虚线展示)的原始曲率分段平坦化来实现，如针对菲涅尔透镜及镜的技术中已知。然而，不同于菲涅尔镜，屏幕12g的内表面将为稍微漫射的，如上文描述，使得当光被投射在其上时将出现“真实”图像。菲涅尔屏幕12g的分段片段的大小可具有任何大小(包含非常小(与微观一样小))，以便减少所反射图像中的任何可注意到的可见效应。

如上文论述，组合器14是组合来自挡风玻璃wsh的光与从屏幕12反射在其内表面上的图像从而形成驾驶者drv可感知的组合图像的半透明弯曲元件。此外，这些实施例中的组合器14放大投射在屏幕12上的图像，这允许屏幕12在垂直方向上较短且因此在屏幕12的顶部上方促进组合器14对驾驶者drv的可见性。此外，如将在下文进一步详细描述，组合器14的布置和形状可有效移动所感知图像的焦点使其比其实际位置离驾驶者drv更远。因此，这些实施例中的组合器14将把所述图像放置于驾驶者drv的远视野中，从而使驾驶者drv更容易地将注意力集中在由hud装置2呈现的图像连同交通工具前方的远景外部视图中的道路、交通和其它事物上。

根据图5a中以横截面展示的一个实施例，组合器14包含透明光学元件40作为其主要结构元件，所述透明光学元件40由聚碳酸酯(例如，uv稳定聚碳酸酯)或另一透明塑料或由玻璃材料形成，所述聚碳酸酯和玻璃材料均优选地具有光学质量。预期光学元件40通常将为大约若干毫米厚。如从本描述明白，为执行其组合外部光与所反射图像的功能，光学元件40界定：外表面(即，凸表面)，其透射在所述表面处接收的入射光(例如)通过图3a的布置中的挡风玻璃wsh；及内表面(即，凹表面)，其反射从屏幕12反射到其上的入射光。

根据图5a中展示的实施例，光学元件40在其内表面上具有反射涂层42以提供驾驶者drv观察投射在屏幕12上的图像所必需的反射性质。各种材料适合于涂层42，包含镜涂层(例如蒸汽沉积铝或其它金属)，其将十分均等地反射大多数波长。涂层42将优选地对于从屏幕12引导的光(即，朝向组合器14的凹表面)为非完全反射性；举例来说，在一个实例中，蒸汽沉积铝的涂层42对于来自屏幕12的光为约30％的反射性，且对于来自相反反向的光(即，来自图3a的布置中的挡风玻璃wsh)为约70％的反射性。根据另一实施方案中，涂层42可实施为常规二向色反射涂层(例如，如上文相对于屏幕12论述)，以便实施三重带通滤波器，所述三重带通滤波器反射由投影仪引擎10发射的光的颜色，同时对于穿过挡风玻璃wsh且入射在组合器14的外表面上的外部可见光在很大程度上是可透射的。举例来说，如果投影仪引擎10包含激光器作为光源，那么涂层42可经选择以具有相对窄的反射波长带，且因此具有非常宽的通带以使来自交通工具前方的外部光通过。此构造还将导致从后方进入交通工具极少的日光被反射返回到驾驶者drv的眼睛，这将提高在组合器14处观察到的图像在明亮日光条件下的对比度。

在hud装置2的此布置中，屏幕12上的真实图像被放大且作为虚拟图像由组合器14沿驾驶者drv方向反射。因而，组合器14的焦距和放置将确定所述虚拟图像的放大率和虚图像焦距。如此项技术中充分理解，在凹球形镜(在此情形中，组合器14)中观察到的物体(在此情形中，屏幕12处的图像)将被放大，其中虚焦点依据镜的焦距、物体与镜子的距离以及观察者与镜子的距离改变。在此镜子中，定位在焦点与反射凹表面之间的物体的所反射图像将被放大，且对于眼睛来说将在焦点和位置方面显得比物体实际所处“虚拟地”更远。一般来说，随着物体接近镜子的焦距，放大率增大且物体在位置和焦点方面显得位于镜子后面更远处。如上文提及，优选的是，组合器14处的虚拟图像应在超过组合器14与驾驶者drv的距离的距离(例如，在光学意义上的“无限远”处)中出现，使得驾驶者drv可容易地观察所显示信息而无需使其眼睛离开道路。

根据这些概念选择组合器14与屏幕12的曲率距离和组合器14的曲率半径，如现将结合本发明的此实施例描述。作为一个物理问题，半径为“r”的反射性基本上球形表面将具有r/2的焦点。出于本描述的目的，组合器14的半径将被定义为光学元件40的内表面的一般曲率；一般来说，组合器14的外侧将具有与其内侧的曲率半径相差大约光学元件40的厚度的曲率半径。已观察到，穿过具有曲率半径类似的内表面和外表面的透明球形元件(例如，光学元件40)的光将具有最小的失真且其放大率将受到最小影响。因为组合器14处的所反射虚拟图像出现的距离随着屏幕12与组合器14之间的距离接近组合器14的焦距而增大，所以从组合器14到屏幕12的所述距离应在不超过组合器14的焦距的情况下尽可能大。相反地，如果此距离超过组合器14的焦距，那么图像变得不稳定。在一个实施方案中，举例来说，针对光学元件40的内表面选择大约300mm的曲率半径，从而导致组合器14的约150mm的焦距。在此实施方案中，选择组合器14与屏幕12之间的约115mm的距离以提供45mm的余量以避免此不稳定性的可能性，尤其考虑到如下文描述的屏幕12和组合器14的可调整性。在所述布置中，在屏幕12与组合器14之间的距离小于组合器的曲率半径的1/2的情况下，通过组合器14向驾驶者drv提供具有归因于组合器14的最小失真和放大的挡风玻璃wsh外侧的视图，所述视图与组合器14的内表面上的来自屏幕12经放大虚拟反射图像组合，与组合器14实际所处的位置相比，所述图像看起来处于驾驶者drv前方更远的距离处。在这些实施例中，光学元件40和因此组合器14优选地是弯曲的以为“基本上球形”表面，这意味着其表面并非完美地为球形但足够接近为球形以在这些实施例的背景中表现得类似于完美球形表面。根据这些实施例已发现，提供组合器14的略微非球面但仍基本上球形的内表面可有助于校正图像在从屏幕12发射到组合器14时的梯形失真和桶形失真。

在图5a中展示的实施例中，组合器14还具有安置在其外或凸表面上的抗反射涂层44以改进在两个方向上通过光学元件40的光透射，且减少向驾驶者drv呈现重像。预期抗发射涂层44可由此项技术中已知的用于此类涂层的常规材料形成，且以常规方式涂覆到光学元件40。

图5b和5c说明根据另一实施例的“多范围”组合器114。多范围组合器114经构造以具有一个以上焦距，在此实施方案中这通过具有曲率半径和因此焦距不同于下部114n的上部114f来实现，其中如所展示两个部分之间具有突然的过渡部分。替代地，组合器114可经构造以具有不同焦距部分之间的平滑过渡，例如具有类似于渐进式聚焦眼镜的焦距长度的逐渐过渡。曲率半径的差异可实施在组合器部分114f、114n的凹面和凸面两者上，或替代地仅实施在凸面上(即，通过改变光学元件的厚度维持外表面上的恒定曲率半径)。在图5b和5c的实例中，上部114f与下部114n相比具有较短的曲率半径且因此具有较短的焦距。因此，因为部分114f、114n与屏幕12相距基本上相同的距离，所以具有较短焦距的上部114f上的从屏幕12反射的图像将显得更加远，且将比下部114n中的图像在更大程度上被放大。还预期此替代构造中的变化，例如可通过提供额外部分实现两个以上的放大；此外在替代方案中，不同的放大部分可逐侧实现，而非以图5b和5c的上布置和下布置。

返回参考图3a，现将描述根据此实施例的hud装置2中的投影仪引擎10、屏幕12和组合器14的布置的总体功能性。如先前描述，投影仪引擎10沿着图像路径img_10朝向屏幕12投射光，从而例在屏幕12处形成对应于由控制电子器件6产生的信息的真实(人类可观察)图像，例如所述信息由驾驶者drv请求或以其它方式在交通工具的操作中相关。因为如上文描述屏幕12向上倾斜(例如，倾斜达角度θ/2)且具有内反射表面，所以所述图像又沿着图像路径img_12朝向组合器14反射。组合器14(其如上描述是半透明的)从其内表面反射所述“虚拟”图像且还透射透过挡风玻璃wsh接收的外部光，其中所述组合导致可由驾驶者drv沿着中心视线clos观察的图像。

如上文指示，屏幕12具有基本上球形内表面，所述内表面具有约为屏幕12与投影仪引擎10的距离的两倍的曲率半径。因此，投影仪引擎10与屏幕12相距的距离大约在其弯曲内反射表面的焦点处，使得真实图像出现在屏幕12处。举例来说，根据此实施例的hud装置2的一个实施方案包含定位在与投影仪引擎10相距约100mm的距离处的具有内高增益反射表面的屏幕12，所述内高增益反射表面具有约200mm的曲率半径。屏幕12的此内表面例如通过粗糙度或涂层略微漫射所述真实图像，使得屏幕12处的此真实图像是可见的但不经锐聚焦。然而，屏幕12的此内表面具有高增益，使得其反射的光具有优异的亮度，且因为屏幕12的向上倾斜而跨组合器14的大部分被相对均匀地引导。屏幕12的额外特征(例如，其内表面处用于为所投射光分量提供带通滤波器的二向色涂层34以及如图4e到4g中描述的所述内表面的分段塑形)可任选地经提供以进一步增强根据此实施例的hud装置2的布置中的屏幕12的光学性能。

组合器14在图3a中沿着路径img_12定位在某个距离处，所述距离小于半透明组合器14的内表面的曲率半径的一半，半透明组合器14定位在投影仪引擎10上方。组合器14的此定位和形状在由屏幕12反射的图像出现在组合器14处时放大所述图像，从而在虚焦点处反射所述经放大图像，所述虚焦点与组合器14自身的实际位置相比位于驾驶者drv前方更远处。屏幕上的图像(其由用户看起来被放大且处于更远处)被所属领域的技术人员视为“虚拟图像”，使得驾驶者drv的头部的“移动”也将移动组合器14处的图像，从而提供所显示图像跨广角的良好可见性。组合器14上的虚拟图像相对于屏幕12处的真实图像的放大使得屏幕12能够在垂直维度上在物理上较短，这使得驾驶者drv更容易地越过屏幕12看到组合器14上的图像。因为组合器14的半透明性质，从驾驶者drv的视角看，此经放大的远聚焦图像与从其前外表面透射通过组合器14的外部视图组合。根据此实施例的hud装置2的此布置的结果因此方便地向驾驶者drv提供如由控制电子器件6产生的相关信息，而不需要驾驶者drv从前方道路显著改变其关注点以看到所述信息。根据此实施例由hud装置2提供此有利结果，所述hud装置2可封装在方便的便携式仪表板顶部模块中、可容易地移动和卸除且可部署在宽范围的汽车、卡车和其它交通工具中。

结合本发明已发现，将投影仪引擎10放置在hud装置2的背部附近(即，离驾驶者drv更远)、在组合器14下方且在控制电子器件6上方提供若干优点。通过在外壳4的约束内将投影仪引擎10定位成离屏幕12尽可能远，可减少屏幕12的必要倾斜角，这又减少梯形失真。此外，因为屏幕12的曲率半径最佳地为投影仪引擎10与屏幕12之间的距离的大约两倍，所以为使投影仪引擎10接近屏幕12的焦点，最大化此距离允许屏幕12的曲率半径尽可能大，从而最小化从屏幕12反射到组合器14的图像的失真(投影仪10的更接近放置将要求屏幕12具有更短的曲率半径，这增加了图像的失真)。将投影仪引擎10放置在控制电子器件6上方确保其上部署控制电子器件6的印刷电路板将不会干扰投影仪引擎10与屏幕12之间的光路径，从而放松对控制器件6中的组件的形状因数限制，并且提供更紧凑的产品设计。

此外，图3a说明外壳4具有“光罩(lighthood)”4h，其在投影仪引擎10上方且越过投影仪引擎10朝向驾驶者drv向后延伸。光罩4h有助于防止驾驶者drv在屏幕12的顶部正上方看到投影仪引擎10的透镜，所述透镜对眼睛将显得令人不适得明亮。光罩4h当然不应阻挡投射到屏幕12的图像也不应阻挡从屏幕12反射到组合器14的图像的光。在一些实施方案中，这些限制可能限制光罩4h完全阻挡对投影仪引擎10的透镜的直接观察的能力，尤其考虑到可期望屏幕12尽可能短以限制倾斜角θ且因此限制如上文指示的梯形失真。因此，在那些实施方案中，可在屏幕外壳13的背部(驾驶者侧)附近提供可调整“直射光透镜块”17，且可优选地取决于特定安装而升高或降低可调整“直射光透镜块”17以阻挡光。直射光透镜块17可为屏幕外壳13的全部或仅一部分。

在此实施例中，铰链16c、16s分别将组合器14和屏幕12耦合到外壳4，从而允许那些元件中的每一者的旋转(如对于仪表板dsh顶部上的特定放置可为有用的)且减少图像在被观察时的失真。虽然一些实施例可仅包含铰链16c以简化用户在一系列安装上的调整过程，但包含铰链16c和16s两者可提供优化图像保真度的额外能力，如现将结合图6a和6b通过实例描述。在图6a中，组合器14和屏幕12分别通过铰链16c、16s倾斜以针对hud装置2的特定放置向驾驶者drv提供最佳视图。图6a中展示的组合器14和屏幕12的光学轴oxc和oxs以此项技术中已知的方式分别为这些相应基本上球形表面的旋转轴。在hud装置2中的组合器14和屏幕12的此布置中，因为光学轴oxc和oxs变得彼此较不平行，所以从屏幕12反射到组合器14的图像的失真和畸变将增加。因而，在组合器14处观察到的图像中的最佳保真度通过借助于铰链16c、16s旋转组合器14和屏幕12而获得，使得光学轴oxc、oxs在最大程度上平行。图6b说明在与图6a的交通工具不同的交通工具(例如，具有较低的仪表板dsh使得组合器14必须被旋转以获得可观察图像的交通工具)中的hud装置2的安装的实例。在此实施例中，组合器14和屏幕12可经由相应铰链16c、16s旋转地倾斜以不仅确保来自投影仪引擎10的直射光在可由驾驶者drv观察的位置被正确地从屏幕12反射到组合器14中，而且优化图像得保真度。如图6b中所展示，屏幕12借助于铰链16s的协同旋转连同组合器14通过铰链16c的旋转允许相应光学轴oxs和oxc相对于彼此处于在最大程度上平行的定向中，从而最小化图像的失真和畸变。因此，在组合器14处显示的图像的保真度可根据此实施例在宽范围的交通工具和仪表板高度和形状上维持。

图7以框图形式说明根据这些实施例的用于控制电子器件6的一般化功能架构，其包含可个别地或以某种组合任选地包含在hud装置2的特定实现中的功能组件和特征。因而，预期并非所有实施方案均包含这些组件和特征中的每一者，而是此描述和架构仅经提供以说明可由系统设计者和集成者根据需要包含的许多其它类型的功能。此外，所展示的功能中的多个功能可在适当的情况下连同其它功能集成到单个集成电路中。在任何情形中，预期所属领域的技术人员在参考本说明书之后将能够在适当的情况下针对特定实施方案将所要功能实施到适当的集成电路和离散组件中，而无需过度实验。

如此架构中所展示，用于实施hud装置2的基本功能性的控制电子器件6中的主要功能包含系统cpu200和显示器子系统202，其通过适当总线连接彼此耦合。系统cup200可通过完善的处理器系统实现，例如具有一或多个“核”、高速缓冲存储器和板上外围装置(其包含但不限于视频控制器和其它可能功能)的armcpu。用于这些实施例中的系统cpu200的合适处理器类型的实例为可从飞思卡尔半导体公司(freescalesemiconductor)购得的armcortex-a9i.mx6系列多核处理器。与系统cpu200通信的存储器资源201通常包含作为主数据存储器的常规随机存取存储器(ram)，和非易失性存储装置(例如用于程序存储的快闪存储器或类似者)以及非易失性数据存储器，如此项技术中已知。

显示器子系统202包含用于产生图像以经由投影仪引擎10显示的适当电子器件。虽然在此说明书中提供显示器子系统202的架构的实例，但准确的显示器系统将根据显示器装置要求改变，如所属领域的技术人员将理解。在图7的实例中，显示器电子器件202包含显示器asic204，其执行存储在存储器205中的程序指令或执行控制逻辑以经由照明管理和控制207控制光源206(例如，激光器或led)的电力，及控制空间光调制器(slm)208。如上文提及，适于在此实施例中使用的slm208的实例可包含以常规方式调制由光源206发出的光的一或多个dmd、lcos或lbs装置。存储器205可包含ram或用于处理和重新格式化图像以满足slm要求的工作存储器，且可包含控制信息(例如，slm的分辨率)及关于各种亮度水平下的led的数据(如通常用于白平衡)的非易失性存储装置。

显示器子系统202还可包含用于控制slm208和光源206的其自身的计算容量(如由图7中展示的任选显示器cpu210提供)连同其自身的对应程序和数据存储器资源211。举例来说，预期hud装置2的许多实施方案将需要对应于可在汽车内部中经历的宽范围的环境光(范围从明亮环境日光到夜晚的黑暗)的针对显示器的非常宽的调光范围。在此宽范围上，控制led光源206变得困难，且因而可期望将光传感器反馈并入到系统中。在图7的实例中，显示器cpu210从一或多个环境光传感器21接收信号(图2c和图7)，且通过控制光源206的照明水平和(可能的)slm208的操作连同预选择的用户亮度偏好一起来响应于那些信号，而不给系统cpu200增加负担。任选地，环境光传感器21可直接耦合到系统cpu200，如由图7指示。

取决于特定实施方案，若干任选功能也可提供在控制电子器件6内，如图7中所展示。通常，预期硬件输入/输出215可提供一或多个端口，例如快闪存储器/sd卡端口、usb连接、音频输入、音频输出和类似者，如将在现代计算系统上发现。还可提供硬件输入/输出215中的一者以用于与交通工具的板上诊断端口(obd)有线通信。无线收发器216经提供以用于与附近装置(例如，智能电话sph、交通工具音频系统、交通工具板上诊断端口和其它车内功能、交通工具中或上的无线传感器(例如，接近检测器和交通工具相机和类似者))通信且可根据一或多个常规近场通信设施(例如，蓝牙、nfc、红外(ir)和类似者)操作。

hud装置2可包含其自身的音频能力，其包含扬声器218和麦克风219中的任一者或两者；如果是这样或甚至为经由交通工具音频系统接收和产生音频信号，可提供音频dsp220以用于实行适当数字处理、语音辨识和合成以及类似者。gps接收器213也可提供为控制电子器件6的部分，且耦合到系统cpu200以用于处理位置信息。在一些实施例中，陀螺仪223可实施在外壳4内以帮助稳定hud装置2使其不在一或多个方向上通过一或多个电机振动和进行其它移动，所述一或多个电机也部署在外壳4内或部署在外壳4通过其安装到仪表板dsh的安装结构中，这减少了整个hud装置2的移动或仅光学结构中的一或多者(例如，投影仪引擎10中的透镜或镜)的移动，以便减少如由驾驶者drv看到的图像移动。在此情形中，耦合到控制电子器件6中的系统cpu200且可由其控制的电机控制22可经提供以控制那些振动补偿电机或例如可经实施以使组合器14倾斜或移动的一或多个其它任选电机。

电力管理功能224经提供以控制用于控制电子器件6的电力，且将电压转换成适合于操作各种功能的电压。预期电力管理功能224可从一或多个电源接收系统电力，所述一或多个电源包含交通工具或房屋电力、usb连接或其它有线电源、一或多个电池、一或多个太阳能或其它装置(例如用于提供电力以运行装置或给某种形式的电池充电的电感连接)，且因而此电力管理功能224通常将包含相关联的充电电路。如果提供电池，那么此电源可用于在电力中断的情况下保持系统的全部或一部分在一段时间内被供电；接着，电力管理功能224可响应于事件(例如，使用来自加速度计227(或另一类型的运动传感器)的信息来检测交通工具已干扰)“唤醒”控制电子器件6。

控制电子器件6的一或多个位置处或hud装置2中的其它地方的一或多个温度传感器226可经提供以感测系统温度。此温度信息可用于发出警报，且可能地用于致使系统的部件关闭以便保护所述部件，或可用于调整光源206中的led和/或激光器的一或多种颜色的亮度以便补偿温度效应。举例来说，当大热天在太阳底下曝晒时，hud装置2可变得如此之热使得装置中的一些(例如，显示器子系统202或光源206)在被操作的情况下可能被损坏；在这种情形中，系统cpu200可执行软件以决定是否给风扇通电以给显示器子系统202和光源206通电直到温度已下降到可接受水平。

根据一些实施例，hud装置2响应于来自驾驶者drv的输入产生由投影仪引擎10投射且出现在控制器14上的图像。安全支持驾驶者drv可以某种方式向hud装置2提供输入，使得不从控制移动的交通工具的分心或从驾驶者将其眼睛保持在前方的道路分心。在上文描述的hud装置2的实施例(包含用于图7中展示的控制电子器件6的架构)中，这些输入包含如通过后向相机18r检测的由驾驶者drv做出的手势，如图2a和2b中展示；替代地，其它类型的传感器(例如电容性传感器、电磁传感器、超声波传感器以及手势辨识技术中理解的其它传感器)可作为后向相机18r的补充或替代。多个后向相机18r还可经实施以通过改善深度感知来辅助手势辨识。此外，多个后向相机18r可包含对可见光敏感的一个相机以在白天使用期间检测手势，且可包含对红外线(ir)敏感的另一相机以在夜间使用期间捕获手势。由驾驶者drv做出的这些手势结合经由麦克风219接收或替代地经由所连接的装置(例如智能sph或交通工具音频系统)且无线传送到hud装置2的语音命令提供可针对其在组合器14处显示视觉内容的宽范围的功能性。

可在适当的情况下额外或替代地实施除本说明书中具体提及的相机和传感器之外的其它相机和传感器。

现参考图8、9a和9b，现将描述根据实施例的控制电子器件6在响应于如由后向相机18r检测到的由驾驶者drv做出的手势通过投影仪引擎10和屏幕12以及组合器14在组合器14处投射视觉内容时的操作的实例。

图8是说明hud装置2的一般化操作(包含其对驾驶者手势和命令的响应)的流程图。通电序列50以hud装置2的通电开始，其包含通过系统cpu200执行适当初始化例程、给自测试序列通电和类似者。在过程52中，系统cpu200执行适当例程以使其通信与其附近的各种装置配对，所述装置包含智能sph和(可能的)交通工具的某些功能，所述功能包含交通工具音频系统、板上诊断端口obdp、后向安装交通工具相机rcm和类似者，如针对此安装可用和实现。在通电序列50和配对过程52之后，控制电子器件6在过程54中将hud装置2将hud装置2置于默认状态中，且将对应图像数据转发到投影仪引擎10以在组合器14处显示。预期此默认状态可为在驾驶者drv的视野中在组合器14处显示交通工具的当前速度或导航系统地图的当前位置或甚至简单地显示“启动”屏幕。在其操作中的此时，hud装置2准备好从驾驶者drv接收命令或响应于传入通信。预期后向相机18r和与控制电子器件6相关联的其它功能可在此默认状态中操作以在适当的情况下从驾驶者drv接收输入或通过通信网络接收输入。

根据此实施例，驾驶者drv可通过hud装置2凭借做出由后向相机18r在过程55中检测的预定手势来调用功能。此“首页”手势可为“竖起大拇指”手势、“竖起两根手指”手势或某种其它不同的手位置或运动，其优选地由驾驶者drv在方向盘swh(图1)上方做出以便处于后向相机18r的视野中。在图7中展示的架构中，后向相机18r将图像转发到系统cpu200；在过程55中，系统cpu200又执行图像辨识例程以检测预定“主页”手势以用于指示驾驶者drv希望向hud装置2呈现命令。此操作的实例在图9a中展示，在图9a中，在过程54中显示的默认状态是图像65，图像65包含例如交通工具的当前速度、行进方向等的信息，并且显示若干等待提醒，如所展示。在在过程55中检测到预定“首页”手势(在此实例中为“竖起大拇指”手势)之后，接着系统cpu200执行过程57以激活音频命令监听器例程。在此过程57中，控制电子器件6发出数据到投影仪引擎10以在组合器14处显示“监听”图像，例如由图9a中的图像67显示。接着，系统cpu200执行适当的语音辨识例程以检测通过麦克风219、智能电话sph或适当音频输入设施接收的语音命令的内容。

根据此实施例，范围相当宽泛的音频命令可用于由系统cpu200在过程59执行。图9b通过实例说明若干此类命令，所述命令包含：“搜索”，其用于执行针对某种类型的商业(例如，“披萨”)的因特网搜索；“推特”，其用于创建短文本消息以经由智能电话sph在twitter社交网络上发布；“文本”，其用于创建文本消息以经由电信网络发送到联系人；“呼叫”，其用于经由智能电话sph进行电话呼叫；及包含调用导航功能的其它此类命令。响应于接收这些音频命令中的一者，系统cpu200在过程59中执行对应命令并显示对应内容；举例来说，在图9a的实例中，通过推送图像69a到69d中的一者使其在组合器14处显示。当然，在执行过程59的命令时可能需要额外语音命令或手势(例如，通过手势或“发送”语音命令确认文本或推特)。预期，所属领域的技术人员在参考本说明书之后将能够在适当的情况下针对特定实施方案容易地实施此功能性。

在在过程59中执行命令之后，控制电子器件6接着返回以等待进一步指令或响应于传入通信(视情况而定)，其中当时的图像在组合器14处显示。那些当时图像可为默认状态(例如图9a的图像65)，或其可为在过程59中执行的命令的结果，例如关于朝向期望目的地所进行的下一个转向的导航信息，如由图9b的图像71展示。

响应于在过程56中接收外部通信(例如由所连接装置(智能电话sph)响应于其接收通信而传送)，控制电子器件6在过程58中产生对应于所述外部通信的通知并在组合器14处显示所述通知。图9b说明由hud装置2响应于接收外部通信而显示的通知的实例。图像73a说明针对通过twitter社交网络接收的“推特”的通知，其包含“推特”的头像和其屏幕名称，且图像73b、73c分别说明针对传入电话呼叫和传入文本消息的通知，其各自包含联系人姓名或呼叫者的“呼叫者id”指示和其电话号码。这些通知可包含辅助信息，例如不立即与通知图像73a一起显示但按照命令可用的图像73a’。

根据此实施例，来自驾驶者drv的手势或语音命令提供用于控制对传入通知的响应的输入。举例来说，在过程60中，响应于来自后向相机18r和麦克风219的输入使用由系统cpu200执行的例程检测这些手势和命令。举例来说，如果辅助通知(例如73a’)可用，那么驾驶者drv通过竖起一根手指向左滑动来指示查看辅助通知的期望；此手势在过程60中由系统cpu200检测到，控制电子器件6在过程62中通过显示图像73a’响应于所述手势。此时(如由图像73a’中的“监听”图标指示)，由驾驶者drv发出的语音命令(例如，“转发推特”、“回复”等)可在过程60的另一实例中被检测，并且控制电子器件6可在过程62中进行适当行动。替代地，在图9b中所展示的实例中，在过程60中检测到的驾驶者drv的竖起一根手指向右滑动的手势将致使控制电子器件在过程62中“消除”通知，从而使显示器返回到先前状态(例如，导航图像71)或返回到默认图像(例如，速度计图像65)，等待下一个手势、命令或传入通信。

预期所属领域的技术人员在参考本说明书之后将能够容易地认识到如由hud装置2和其控制电子器件6自身或通过所连接装置(例如智能电话sph)提供的额外功能，且以特定实施方案实现那些功能而无需过度实验。

一种类型的此额外功能是通过显示器子系统202产生辅助图像。举例来说，hud装置2可额外地包含在外壳4内侧或外壳4外部但可由显示器子系统2控制的紫外(uv)波长led或激光器，并且组合器14的挡风玻璃侧可涂覆有由uv光刺激的薄磷光体或其它层。在此替代布置中，显示器子系统202可控制uvled或激光器以将图像产生到组合器14的外部可见表面上，从而使所述表面发光(例如)以投射标志或其它符号图像供其它驾驶者或行人观察。

在一些实施例中，hud装置2可主要充当用于所附接计算装置(例如，图2c的系统图中的智能电话sph)的简单显示装置，在这种情形中控制电子装置6将产生适当图形数据以用作用于在所附接计算装置上运行的应用程序的显示器。在此布置中，hud装置2将接着利用在所附接计算装置上实施的特征(其可包含与因特网的连接、gps或某种其它形式的通信)，且可通过比计算能力更强的实施方案中的电路更少的电路来实现，从而尽可能少地仅保留在操作显示器时涉及到的功能性，例如用于响应于环境光传感器21控制投影仪引擎10以调整亮度的功能性。在其它实施例中，hud装置2自身可为如上文相对于图7描述的独立的完整计算平台，或可具有某种中间水平的功能性，其中计算中的一些由控制电子器件6实行而其它操作在所附接计算装置上执行。

如上文提及，作为后向相机18r的补充或替代的传感器可用于根据这些实施例的手势检测，此类传感器包含数码相机、红外相机和使用电容、电磁(例如，雷达)、超声波和其它机制的传感器，如此项技术中已知。在一个实施例中，后向相机18r是可用于在夜间使用期间捕获手势的红外(ir)相机。在此实施例(其实例在图2b中展示)中，提供ir照明体19(例如，发射红外线的led)以便在夜间条件下照明驾驶者drv。根据此实施例已观察到，将ir照明体放置在ir相机18r上方极大地减小了方向盘swh遮蔽手势的可能性。此外，根据此实施例已观察到，ir照明体19在减小的工作循环(例如，低于约15％)下的照明对于手势检测是足够的，而不会引起可在较高ir工作循环下出现的驾驶者不适。

根据一些实施例，前向相机19f可并入到hud装置2中，例如安装在组合器14的顶部上，如图2a中展示。前向相机19f提供到控制电子器件6的可见性，直接到系统cpu200或如由任选图像处理器225(图7)处理以检测和处理可见和/或不可见光。前向相机19f可例如捕获图像，图像处理器225或系统cpu200(或两者)可解译所述图像以检测车道标记和边界，且使用所述信息以检测交通工具相对于道路所处的位置(其包含交通工具当前所处的车道或交通工具是否从道路偏移或正曲折前进)并相应地警告驾驶者drv。由前向相机捕获的图像中的其它信息可包含交通信息、来自符号的信息、危险(例如停在路边的交通工具)和类似者。由前向相机19f获取的图像信息还可由图像处理器225或系统cpu200处理器中的任一者或两者处理并与来自gps接收器213、集成电路陀螺仪传感器223、加速度计227或hud装置2中的其它传感器的信号组合，例如以获得位置、方向、速度和其它结果以供在组合器14处显示。此外，来自外部或所连接的后向相机rcm(图2c)的信息可由系统cpu200组合以提供例如车道变更的安全性、停车辅助和类似者的信息。此外，来自后向相机rcm的图像可由图像处理器25或系统cpu200处理以检测驾驶者的眼睛是否已闭上达一段显著的时间；如果是这样，举例来说，如果在预选择的时间段内未检测到睁开的眼睛，那么hud装置2可发出可闻、视觉(闪光)或震动警报。

根据这些实施例，hud装置2经构造为便携式装置，其中hud装置2可容易地从一个交通工具的仪表板顶部卸除并安装在不同的交通工具中，而不需要显著的拆卸和重新安装时间和努力。现参考图10，hud装置2的实施例以分解图展示为具有三个主要物理组件：外壳4、“底座”90和“弹力盘”95。如上文描述，投影仪引擎10、屏幕12和组合器14的光学元件以及大部分控制电子器件6连同辅助组件(例如，相机18f、18r及其它)一起在外壳4内实现或附接到外壳4。

图11说明外壳4的构造的分解图。外壳4包含上壳104和腹部106，上壳104和腹部106两者可由聚碳酸酯或其它塑料形成；如果需要，腹部106可以弹性体外涂层形成。组合器铰链102是具有将组合器14附接到腹部104的单独销的挤出铝铰链，且其用于分别在使用和存储hud装置2时打开和关闭组合器14。如上文相对于图6a和6b描述，组合器铰链16c是低扭矩、高稳定性铰链(例如此项技术中已知的hayana铰链)，其允许对组合器14进行精细调整同时抵抗振动下的不想要的旋转。组合器铰链16c在此实施例中经由铰链托架108附接到腹部106。如从图11明白，屏幕12通过其铰链16s(未在图11中展示)附接到腹部206，以便在外壳4被组装时延伸通过壳体104中的开口。光块17附接到壳体104或直接附接到屏幕12，以用于阻挡来自投影仪引擎10(未在图11中展示)的光使其无法到达驾驶者drv的眼睛。在此实施例中，凹陷部110形成在腹部106的中心中以接纳用于与弹力盘95配合的磁体，且穿过弹力盘95与控制电子器件6(未在图11中展示)之间的电连接，弹力盘95和控制电子器件6两者将在下文进行进一步详细描述。

返回参考图10，此实施例中的弹力盘95为用于以下两个主要功能的模制塑料体：提供与hud装置2的外部电连接及用作底座90可附接到的安装平台。经由弹力盘95提供的电连接可为经由缆线96与以下任一者或两者：电源(例如，交通工具中的点烟器)；通信设施(例如，与交通工具的板上诊断端口dbdp或与所连接的装置(例如智能电话sph))。如此项技术中已知，板上诊断端口obdp通常提供将交通工具信息载送到hud装置2的电力和信号两者。缆线96可支持适当的适配器以插入到典型的交通工具中的各种电力和数据信号源中。弹力盘95的顶部处的连接器98将把缆线96连接到控制电子器件6的对应连接器，其将在配合到外壳4(例如，通过磁体，如将在下文描述)时驻留在弹力盘95上方。弹力盘95的安装平台功能通过其外周长实现，所述外周长将装配到如图10中展示的底座90中的对应开口100。

图12a和12b说明将弹力盘95配合到外壳4(为清楚起见，在底座90不存在的情况下)。如图12a的顶部朝下横截面中所展示且如上文相对于图11论述，弹力盘95占据腹部106的中央位置，其中其连接器98向上延伸通过腹部106中的对应开口。连接器98与电路板124的端子(例如，弹簧针)(在图12a中以轮廓展示且在图12b中以横截面展示)，控制电子器件6在电路板124上安装在投影仪引擎10下方。腹部106包含对应凹陷部110(图11)中的磁体120h，其将与弹力盘95内的对应磁体120p配合(如从图12b中明白)，从而自对准并将外壳4紧固到弹力盘95。因为如接下来将描述，底座90紧固到弹力盘95，所以外壳4因此通过此布置在仪表板dsh上紧固在适当地方。

如图10中所示，此实施例中的底座90是略微刚性但可弯曲的元件，弹力盘95可如上文描述那样装配到所述元件中，且所述元件可由用户弯曲以与各种形状的仪表板相符。在此实施例中，一旦被弯曲以与特定仪表板dsh相符，底座90便可保持在适当位置，同时可卸除外壳4。弹力盘95可或可不在底座90下方保持在适当位置。以此方式，外壳4和其内容(通常为系统的更昂贵的组件)可被迅速且容易地卸除，且被存储或移动到另一交通工具，同时使底座90在仪表板dsh上保持在适当位置。

在此实施例中，底座90经构造以包含与可弯曲且可适应区段组合的“加强片”芯。举例来说，参考图10，加强片芯是指围绕开口100延伸的底座90的内部(例如，底座90在图10中显得略微较厚的部分)，而底座90的可弯曲且可适应区段包括翼部132和从开口100向后延伸的支架片。此可弯曲区段可由芯材料构成，所述芯材料可弯曲且可适应但具有“记忆”使得其在被弯曲之后趋向于保持其形状。就这一点而言适合于可弯曲区段的材料的具有“记忆”的材料的实例包含各种铝合金；且形成底座90的凸起部分的加强片芯部分可由更硬的铸造金属形成。底座90的芯的这些芯部分接着可覆盖有更柔软的涂覆材料，例如塑料或橡胶材料，其中底座90的至少底侧在其表面处具有可也带有一些粘性的可适形材料。此外可适形材料可固有地带有粘性(例如，发粘的弹性体和一些已知硅材料)或可为具有可适形芯和涂覆或胶封在所述可适形芯上方的粘性材料的复合材料。

根据此实施例，可向hud装置2提供各种形状的多个版本的底座90，其中每一版本的底座90适于装配特定类型的交通工具仪表板。图13a到13d说明具有图10的“标准”版本的底座90的hud装置2的实施方案，所述“标准”版本的底座90可适于宽范围的汽车仪表板，其包含略微倾斜的仪表板、具有“峰”的仪表板和具有远离驾驶者的中等到极端斜率的仪表板。图13a和13b说明当在平坦表面上配合到弹力盘95(未展示)时在底座90顶部放置外壳4。图13c说明在具有挡风玻璃wsh的相对标准的仪表板dsh上放置hud装置2，所述挡风玻璃wsh具有中-低轮廓。如从图13c明白，在前正视图和侧正视图中，翼部132和支架130类似地与挡风玻璃dsh的曲率相符；可如上文论述那样调整组合器14以便不撞击挡风玻璃wsh。图13d说明也具有标准底座90的hud装置2，但所述hud装置2部署到具有高于方向盘swh的轮廓的峰且远离驾驶者drv倾斜的仪表板dsh上。在此安装中，底座90的翼部132与仪表板dsh的峰相符，而支架130经弯曲以在仪表板dsh的倾斜表面上方支撑外壳4的后部，从而确保尽管存在较大倾斜但组合器14仍保持在驾驶者drv的视野中。

图13e说明具有“最小”版本的底座90min的hud装置2。预期最小底座90min最适合于具有高仪表板dsh和仪表板dsh与挡风玻璃wsh之间的狭窄空间的跑车。因而，底座90min的厚度被最小化到如图13e的侧视图中展示的可能的程度。

图13f说明具有“万向”版本的底座90gmb的hud装置2。预期万向底座90gmb将最适于相对于方向盘swh相对低或极度倾斜的仪表板dsh；大篷货车、一些混合动力车和“微型汽车”是具有此轮廓的汽车的实例。如图13f中所展示，万向底座90gmb具有相对平坦的轮廓，但带有球形接头135，所述球形接头135经包含以允许外壳4以与底座90gmb自身在被放置在仪表板dsh上时采用的角度显著不同的角度倾斜。

这些实施例中的每一者为hud装置2提供安装布置，所述安装布置可用于宽范围的交通工具类型和构造，具体地用于许多形状和仪表板和挡风玻璃上。此外，这些实施例允许外壳4被容易地从底座90和弹力盘95卸除且稍后容易地重新安装。因而，hud装置2可实现为可在多个交通工具之间迅速且容易地安装和卸除的便携式装置，且允许用户消除在将交通工具停放在公共场所时的被盗风险。

也在这些实施例中，底座100在上文描述为包含(例如)由铸造金属组成加强片芯以及可弯曲部分(例如，翼部130和支架片132)，所述可弯曲部分本身包含由具有“记忆”的可弯曲材料(例如，铝合金)组成的芯，所述芯覆盖有塑料材料或橡胶材料且至少在下侧上具有带有一些粘性或发粘的可适形材料。此构造(尤其具有底座100的可弯曲部分的芯部分)将不仅实现hud装置2在仪表板dsh上的安全放置，而且提供投影仪引擎10、屏幕12和组合器14与仪表板dsh的机械隔离，且因此提供在组合器14处显示的图像的稳定化使其不受交通工具在道路上行进时的交通工具振动的影响。用于提供此机械隔离的其它常规装置可在适当的情况下任选地提供在hud装置2中。

用于稳定所显示图像的其它方式可替代地或额外地在其它实施例中实施。根据一种此方式，“姿势传感器”，例如陀螺仪223(或，替代地，倾斜仪或具有足够高的带宽或刷新率的其它类型的姿势传感器)可包含在hud装置2内，例如包含在附接到在其上实施控制电子器件6的印刷电路板的外壳4内。由此姿势传感器(例如，陀螺仪223)检测到的振动可被传送到系统cpu200，系统cpu200又可控制一或多个振动补偿电机，所述振动补偿电机使用常规主动伺服控制技术减少外壳4或光学结构中(例如，投影仪引擎10、屏幕12和组合器14中的透镜或镜)的一或多者的移动。替代地或除这些振动补偿电机之外，系统cpu200(或显示器cpu210，如果实施)可响应于来自姿势传感器(例如，陀螺仪223)的信号执行软件例程以响应于来自姿势传感器的信号使所投射图像“预失真”，以便有效地使在组合器14处显示的图像稳定。

虽然已在本说明书中描述一或多个实施例，但当然应预期所属领域的一般技术人员将在参考本说明书和其附图之后明白这些实施例的修改和替代(此类修改和替代能够获得本说明书的一或多个优点和益处)。预期此类修改和替代方案在如本文中随后主张的本发明的范围内。