本发明从根据独立权利要求类型的设备或方法出发。
背景技术：
现代车辆可以具有用于将确定信息投影到驾驶员视野中的抬头显示器。
技术实现要素：
在该背景下，利用在此提出的方案提出根据独立权利要求的一种用于遮盖车辆的抬头显示器的投影开口的遮盖元件、一种用于车辆的抬头显示器以及一种用于引导光经过这样的遮盖元件的方法。通过在从属权利要求中列举的措施可以实现在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展方案和改进方案。
提出一种用于遮盖车辆的抬头显示器的投影开口的遮盖元件，其中投影开口在抬头显示器的安装状态下布置在抬头显示器的图像产生单元和偏转元件之间的光路中，其中遮盖元件具有以下特征：
偏振改变元件，其被构造用于在第一偏振类型和第二偏振类型之间改变在光路中引导的光束的偏振；和
对于以第二偏振类型沿着预先确定的偏振方向偏振的光束可通过的偏光镜，其中偏光镜在遮盖元件的安装状态下布置在偏振改变元件的背向图像产生单元的侧上。
遮盖元件可以理解成盖片或其他至少部分透光的元件。遮盖元件可以被成形用于确定抬头显示器的内部空间与抬头显示器的外部空间的界限。例如遮盖元件可以集成到车辆的仪表板中并且根据实施方式与仪表板可移动地或固定不变地连接。例如遮盖元件可以具有平坦的或弯曲的表面。相应地，投影开口可以在仪表板中被成形用于完全地容纳遮盖元件。抬头显示器可以理解成一种用于将虚拟图像形式的信息渐显到驾驶员视野中的显示设备。图像产生单元例如可以被构造用于将光束通过投影开口投影到例如车辆的风挡玻璃或组合器玻璃形式的偏转元件上。偏振改变元件可以理解成一种光学器件，该光学器件被构造用于改变光束的偏振或相。偏振改变元件例如可以实现为延迟板或膜、也称为阻滞剂。例如偏振改变元件可以被构造用于在线偏振和圆偏振之间或者在线偏振和椭圆偏振之间进行转换。也称为偏振滤镜的偏光镜可以理解成一种光学器件，该光学器件被构造用于从部分地或不同偏振的光束中滤出具有确定偏振的光束。例如偏光镜可以被构造用于通过选择性吸收而滤出光束。特别是，偏光镜可以实现为线性偏光镜。根据实施方式，偏振改变元件和偏光镜可以在层复合体、例如膜复合体中相互组合。因此应用阻滞剂原理，其中根据一种实施方式实现偏振滤镜和阻滞剂到抬头显示器的玻璃罩或光滑明亮圈套中的集成。根据一种实施方式，第二偏振方向是这样的偏振方向，该偏振方向通过偏光镜，使得显示器射束首先在偏振上旋转并且然后以第二偏振通过滤镜。
在此提出的方案基于以下知识，即通过偏振改变元件和偏光镜在抬头显示器的遮盖元件中、特别是在具有直接在挡风玻璃上反映的显示器面的抬头显示器中的组合可以避免在直接的太阳光入射的情况下的在抬头显示器中的太阳光反射。由此可以防止观察者在观察抬头显示器时被耀眼。
这样的用于抑制抬头显示器的太阳光反射的遮盖元件提供以下优点，即根据实施方式也可以在抬头显示器的光学系统中使用诸如微透镜阵列的元件，所述微透镜阵列例如由于弯曲的表面而具有表面剩余反射，该弯曲的表面能够以不同方向反射小范围散入的太阳光。通过借助遮盖元件特别是可以避免在直接反映的显示器面中的太阳光反射的方式而例如可以的是，抬头显示器实现为基于微透镜阵列的汽车立体视觉显示器，其中太阳光从宽的角范围入射到该显示器面上。
根据一种实施方式，偏振改变元件可以被构造用于在作为第一偏振类型的圆偏振和作为第二偏振类型的线偏振之间改变偏振。在这种情况下，偏光镜可以对于线偏振的光束是可通过的。根据一种实施方式，由显示器放射的光束首先圆偏振，然后通过阻滞剂而线偏振并且然后通过线性偏光镜。通过该实施方式可以实现仅仅线偏振的光束到达观察者的视野中。
根据另一种实施方式，偏振改变元件和，附加地或替代地，偏光镜可以被构造用于使源于图像发生单元的光束起偏振，使得线偏振在射到另一光学元件上时具有不仅垂直于而且平行于以下平面的振荡分量，该平面通过入射到光学元件上的光束和在入射点处的光学元件的表面法线来撑开。该光学元件例如可以是车辆的挡风玻璃或组合器玻璃。
因此，偏振改变元件和/或偏光镜可以被构造用于使光束与光束的放射方向的入射平面基本上垂直、平行或倾斜成所定义的角度地起偏振。系统根据一种实施方式在太阳反射抑制的相同工作方式的情况下允许在挡风玻璃或组合器处的图像射束的线偏振定向上的自由度。该线偏振例如可以完全垂直于入射平面定向，以便即使在近似布鲁斯特角的角度下也能够实现高的反射。替代地，通过相较于此旋转的偏振方向可以实现具有垂直于和平行于入射平面的分量的定向。线偏振的太阳镜通常完全滤出垂直偏振的光，因此系统可以有意以平行分量来设计。通过该实施方式可以改进光束在风挡玻璃处的反射。此外，由此能够实现使用具有特定的线偏振的太阳镜的抬头显示器。
有利的是，遮盖元件被成形用于将射到遮盖元件的面向偏转元件的表面上的光束偏转到陷光器中。陷光器可以理解成一种用于吸收光束的元件。对此，陷光器例如可以以黑的无光泽的表面来实现。由此可以防止在观察者视野中的干扰光反射。
此外，偏振改变元件可以实现为λ/4延迟膜。λ/4延迟膜可以被构造用于将平行于部件特定的轴偏振的光束相对于垂直于该轴偏振的光束延迟四分之一波长。因此例如可以的是，将线偏振的光束转换成圆或椭圆偏振的光束或相反地转换。
根据另一种实施方式，偏振改变元件和偏光镜可以实现为层复合体。由此能够实现遮盖元件的简单并且成本适宜的制造。
在此提出的方案还实现一种用于车辆的抬头显示器，其中该抬头显示器具有以下特征：
图像产生单元；
布置在车辆的偏转元件和图像产生单元之间的光路中的投影开口；和
根据前述实施方式之一的用于遮盖投影开口的遮盖元件。
根据一种实施方式，可以实现具有陷光器的抬头显示器。在这种情况下，遮盖元件可以被成形用于将射到遮盖元件的面向偏转元件的表面上的光束偏转到陷光器中。由此可以有效地防止在观察者视野中的干扰光反射。
根据另一种实施方式，陷光器可以布置在遮盖元件上。由此能够实现特别有效地抑制光反射。
在此描述的方案还实现一种根据前述实施方式之一的用于引导光经过遮盖元件的方法，其中该方法包括以下步骤：
在第一偏振类型和第二偏振类型之间改变在图像产生单元和偏转元件之间的光路中引导的光束的偏振；和
使以第二偏振类型沿着预先确定的偏振方向偏振的光束通过偏光镜。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中详细解释。其中：
图1示出抬头显示器的示意图；
图2示出汽车立体视觉抬头显示器的示意图；
图3示出基于视差障碍的汽车立体视觉抬头显示器的示意图；
图4示出基于微透镜阵列的汽车立体视觉抬头显示器的示意图；
图5示出根据一个实施例的抬头显示器的示意图；
图6示出图5中的抬头显示器的示意图；
图7示出图5中的抬头显示器的示意图；
图8示出具有薄片遮盖物的抬头显示器的示意图；
图9示出图8中的抬头显示器的示意图；
图10示出具有位于显示器面上的薄片结构的抬头显示器的示意图；并且
图11示出根据一个实施例的用于引导光经过遮盖元件的方法的流程图。
在本发明的有利实施例的随后描述中，对于在不同的图中示出的并且起相似作用的元件使用相同或相似的附图标记，其中放弃对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出抬头显示器100的示意图。抬头显示器100安装在车辆102中并且包括图像发生单元104以及用于将由图像发生单元104产生的光束投影到车辆102的驾驶员的驾驶员眼睛108中的抬头显示器光学装置106。
当前的抬头显示器可以被构造用于借助相应的抬头显示器光学装置106将图像发生单元104（英文picturegeneratingunit或简称pgu）的投影面成像为虚拟的位于车辆102之前的图像。由此，驾驶员放大地感知由图像发生单元104产生的图像。该图像可以与驾驶场景叠加并且以距用作投影面的挡风玻璃的定义的间距位于虚拟的银幕110上。作为图像发生单元104中的图像发生元件例如可以使用lcd模块。
如已经提及的，所示出的虚拟图像是由图像发生单元104产生的图像的放大成像。因此，抬头显示器光学装置106应该具有确定的放大。所需的放大随着虚拟银幕110的间距而增加，即由图像生成单元104产生的图像应该更强地放大，以便能够在更大的间距上具有驾驶员的所期望的视野。在当前抬头显示器中的虚拟银幕110的间距例如为大约15m。
在汽车立体视觉抬头显示器系统中，产生针对左眼和右眼的分开的子图像并且由此产生3d效果，如随后借助图2描述的那样。
图2示出汽车立体视觉抬头显示器100的示意图。示出的是汽车立体视觉抬头显示器100的原理性工作方式。与借助图1描述的抬头显示器不同，根据图2的抬头显示器100被构造用于产生针对左眼200和右眼202的分开的子图像。两个子图像例如已经由图像发生单元104产生。然后，子图像的光通过抬头显示器光学装置106提供给在较小的眼箱中的相应的眼睛。
在这样的汽车立体视觉方案中需要的是，针对左眼和右眼的两个子图像在图像发生单元104的显示器处沿着不同方向放射，以便可以通过抬头显示器光学装置106输送给相应的眼睛。
为了分离图像信息，显示器例如可以分成用于两个眼睛的不同区域。于是，每个眼睛仅仅看到显示器的确定部分，所述确定部分例如条带形地分布在显示器轴上。这样的划分例如可以借助所谓的视差障碍来实现，如随后借助图3描述的那样。
图3示出基于视差障碍的汽车立体视觉抬头显示器100的示意图。在此，lcd显示器300以小的间距配备有条带形障碍层302，该障碍层为各一个眼睛屏蔽确定的显示器区域。由于障碍，两个眼睛看到显示器300的不同条带形区域。这些区域现在被用于显示针对两个眼睛的不同子图像。因此可以为眼睛提供不同的子图像。
相似的方案在于将由圆柱形微透镜构成的阵列安置在lcd模块上。该原理在图4中阐明并且与图3中示出的原理类似地起作用。相应的眼睛在此通过微透镜仅仅看到显示器的确定的条带形区域。通过这种空间分离可以在显示器上显示针对两个眼睛的不同子图像。
图4示出基于微透镜阵列400的汽车立体视觉抬头显示器100的示意图。示出的是抬头显示器100的工作原理，其中微透镜阵列400布置在平坦的lcd荧光屏402之前。通过微透镜，相应的眼睛仅还看到显示器402的确定区域，所述确定区域于是显示相应的子图像。微透镜作为圆柱形透镜施加到整个显示器面上，由此得出用于相应子图像的条带形区域。
图5示出根据一个实施例的抬头显示器500的示意图。抬头显示器500安装在车辆502中并且包括图像产生单元504（在此为显示器）以及用于遮盖抬头显示器500的投影开口508的遮盖元件506。投影开口508布置在车辆502的偏转元件510和图像产生单元504之间的光路中。偏转元件例如可以是车辆的挡风玻璃或组合器玻璃。例如投影开口508构造在车辆502的仪表板中。图像产生单元504被构造用于将光束512射入到光路中。
遮盖元件506利用偏光镜514和布置在偏光镜514与图像产生单元504之间的偏振改变元件516来实现。示出的是抬头显示器500的示例性的系统结构，该抬头显示器500具有集成到遮盖元件506中的作为偏振改变元件516的阻滞剂。偏振改变元件516被构造用于在第一偏振类型、在此为圆偏振和第二偏振类型、在此为线偏振之间改变来自图像产生单元的光束512的偏振。偏光镜514被构造用于使仅仅以下这样的光束通过，所述光束以第二偏振类型沿着预先确定的偏振方向、即根据图5以定义的定向方向线偏振。光束512的偏振类型和偏振方向通过箭头表明。
偏光镜514和偏振改变元件516例如在层复合体中相互组合。
根据一个实施例，遮盖元件506包括作为偏振改变元件516的延迟层与线性偏光镜514的组合。通过该组合例如可以滤出从抬头显示器500中出来的回程上的入射的太阳光。这尤其是导致如下内容。
在匹配于系统的显示器偏振中可以滤出太阳光，却不影响图像产生单元504的有用光，即不损害系统效率。
通过遮盖元件506的相应的结构形状，设计可以有利地集成到已有的系统中，使得可以省去设计过程的根本调整。
例如引导至观察者的光束512的线偏振方向在系统结构中可自由选择。光束512例如可以在通过偏光镜514之后具有在空间中对角线的偏振方向，该偏振方向基本上与光束512的入射平面成45度角地伸展，该入射平面通过入射射束512的方向和在轴518上朝向眼睛520反射的射束的方向撑开。由此可以防止所显示的虚拟图像522通过具有水平线性偏光镜的太阳镜来滤出。
在此重要的是线偏振与入射平面的定向。为了光束512具有一样水平的和垂直的分量，该光束应该与入射平面成45°地定向。因此图5中的双箭头根据一个实施例可以理解成，线偏振指向附图平面中。在该情况下应该是不匹配于偏振的太阳镜的纯s偏振。
在抬头显示器500由于抬头显示器结构空间的封装而本来具有遮盖物、例如盖片的前提下，不需要附加的结构空间来实现在此描述的方案。
特别是，遮盖元件506适合于集成到具有直接在偏转元件520上反映的显示器的系统中。因此能够实现具有强烈减小的结构空间的结构。
根据一个实施例，抬头显示器500利用阻滞剂方案来实现，其中线性偏光镜514和作为偏振改变元件516的λ/4延迟膜集成到封闭抬头显示器500的遮盖元件506中。在图5中阐明这样的系统的工作方式。示出的是一种具有直接在风挡玻璃510上反映的显示器的变型。图像产生单元504的显示器在此以圆偏振进行放射。圆偏振在图5中以圆箭头表明。在光束512形式的有用光穿过偏振改变元件516之后，有用光线偏振并且因此可以无妨碍地通过偏光镜514。光束512的线偏振通过斜的双箭头表明。
例如被实现为层的偏光镜514和偏振改变元件516例如被定位成，使得通过的有用光具有自由定义的线偏振方向。由此例如可以的是，实现相对于入射平面垂直的线偏振以用于最大化在风挡玻璃510处的反射或也实现在空间中处于对角线的线偏振方向，由此防止由线偏振的太阳镜滤出图像522。
图6示出图5中的抬头显示器500的示意图。示出的是遮盖元件506的特定的在此凹形形状的功能，通过该凹形形状，从观察者的头部位置出发的光束通过在遮盖元件506的面向风挡玻璃510的表面上的镜面反射而被偏转到陷光器600中。遮盖元件506的形状例如设计成，使得通过以下方式避免在遮盖元件506本身处的表面反射，即来自观察者区域的光束通过在遮盖元件506上的反射被引导到陷光器600中。观察者因此间接地望向例如具有无光黑表面的陷光器600。因此排除了沿相反光路耀眼的太阳光线，即防止太阳光线通过遮盖元件506到达观察者的眼睛520中。
根据该实施例，陷光器600安置在遮盖元件506的背向观察者的棱边处。
图7示出图5中的抬头显示器500的示意图。在图7中示出通过遮盖元件506滤出太阳光的工作方式。在这种情况下，射入的非偏振的光束700通过偏光镜514、在此为线性滤镜来进行偏振。在第一次通过偏振改变元件516之后，光束700圆偏振。在图像产生单元504的显示器表面处进行反射时，圆偏振的光束700在其循环方向上旋转，使得该光束在第二次通过偏振改变元件516之后具有相对于在第一次通过时的偏振交叉的线偏振。因此，光束700由偏光镜514阻止。
光束700例如是射入的首先非偏振的太阳光，该太阳光在第一次通过偏光镜514的情况下线偏振。该线偏振的太阳光在第一次通过偏振改变元件516时圆偏振并且然后射到图像产生单元504的显示器面上。
在显示器面上反射时，圆偏振的方向由于相突变而反转。在又一次通过偏振改变元件516之后，太阳光重新线偏振。该线偏振现在与偏光镜514的偏振方向交叉，由此最终滤出太阳光。
遮盖元件506也可以取决于设计地用在具有附加的成像镜的系统中并且适合于立体视觉的和非立体视觉的抬头显示器。
图8示出具有薄片遮盖物的抬头显示器500的示意图。抬头显示器500类似于前面借助图5至7描述的抬头显示器地来构造，但具有以下区别：遮盖元件506具有薄片结构800来代替偏光镜和偏振改变元件。
通过薄片结构800的匹配于所传递的图像射束的薄片，在由图像产生单元504使用的角范围之外的光束被阻止，由此防止耀眼的太阳光反射。薄片状的遮盖元件506的形状可以类似于常规遮盖物那样来选择，使得遮盖元件506本身不引起干扰的向回反射。由此，图像产生单元504可以具有任意的放射偏振。因此，由图像产生单元504发出的光束例如可以是非偏振的，由此避免如例如在通过偏振的太阳镜观察抬头显示器时可能出现的不利效果。
在图8中示出具有集成到遮盖元件506中的薄片的系统结构，所述薄片被成形用于仅仅传递确定的角范围，在该角范围中有用图像透射过遮盖元件506。在该角范围之外的光束射到所集成的薄片上并且因此被阻止。
根据一个实施例，抬头显示器500利用薄片遮盖物实现，其中薄片被成形用于如百叶窗中那样仅允许确定角度中的光通过。在图8中阐明类似于图6的原理。薄片在此被定向成，使得由抬头显示器500产生的图像射束的角范围可以通过遮盖元件506。遮盖元件506的形状在此选择成，使得表面反射不使观察者耀眼。
图9示出图8中的抬头显示器500的示意图。示出的是借助具有集成的薄片结构800的遮盖元件506来使通过风挡玻璃510射入的光束900渐隐的工作原理。在这种情况下，在由薄片传递的角范围之外的光束直接被阻止。在角范围之内的光束在图像产生单元504的显示器面处反射并且又在接受角度之外射到遮盖元件506上，由此在角范围之内的光束同样被阻止。
在图9中例如示出在太阳光入射时的系统表现。在薄片的接受角度之外入射的太阳光立即被阻止。在接受角度之内的太阳光在显示器表面处反射并且然后在接受角度之外重新射到薄片结构800上，在那里其同样被阻止。
图10示出具有位于显示器面上的薄片结构的抬头显示器500的示意图。与前面借助图5至9描述的抬头显示器不同，根据图10的抬头显示器500没有遮盖元件地实现。代替于此，图像产生单元504的显示器表面具有拥有薄片结构的薄片膜1000。
示出的是具有直接处于反映的显示器面上的薄片结构的抬头显示器500的系统结构。太阳光的渐隐的功能原理例如与在图9中示出的功能原理相同。为了避免在薄片膜1000上的表面反射，薄片膜1000可选地配备有梳状结构1002，该梳状结构例如一侧具有涂黑的结构。
显示器薄片例如实现为具有窄的桥接片的独立的栅栏或集成到膜或玻璃层中。这样的薄片状结构到显示器面上的直接施加提供以下优点。
一方面，所使用的显示器可以具有任意的放射偏振并且因此例如也是非偏振的，由此避免如例如在戴着偏振的太阳镜时结合抬头显示器而可能出现的不利效果。
在使用足够稳定的显示器结构的情况下可以放弃遮盖元件，由此可以明显减小对于抬头显示器500所需的结构空间。
在图10中示例性阐明一种系统，其中图像产生单元504的显示器直接通过风挡玻璃510来反映。薄片膜1000在此附加地覆盖有梳状结构1002，所述梳状结构的区段成斜面。通过在显示器上的成斜面的区段防止光通过在表面处的直接反射而沿着驾驶员眼睛520的方向偏转。梳状结构1002的区段例如一侧涂黑。
梳状结构1002可以具有与在显示器上施加的薄片相同的周期性。替代地，区段也可以彼此以比薄片更小或更大的间距来布置。各个薄片可以嵌入到膜或玻璃结构中。
替代于嵌入到衬底中的薄片，显示器可以具有独立的薄片结构。在该情况下，在薄片衬底上不需要附加的梳状结构。薄片结构例如可以与前面借助图5至7描述的遮盖元件组合，以便保护薄片结构以免灰尘和直接的机械影响。
独立的薄片结构例如可以由薄的金属桥接片、例如结合在横向上稳定化的桥接片来实现。
图11示出根据一个实施例的用于引导光经过遮盖元件的方法1100的流程图。方法1100例如可以在使用前面借助图5至7来描述的遮盖元件的情况下执行。在这种情况下，在步骤1110中借助偏振改变元件在第一偏振类型和第二偏振类型之间改变在图像产生单元和风挡玻璃之间的光路中引导的光束的偏振。在另一步骤1120中，使以第二偏振类型沿着预先确定的偏振方向偏振的光束通过偏光镜。
如果一个实施例在第一特征和第二特征之间包括“和/或”连接，则这应该理解成，该实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征并且根据另一种实施方式或者仅具有第一特征或仅具有第二特征。