具有优化的显示器调整角度的具有平放的图像平面的用于运输工具的平视显示器的制作方法

本发明涉及一种用于机动运输工具或者用于其他的陆地、空中或者水上交通工具的视野显示装置，该视野显示装置也在名称平视显示器(hud)之下已知。这种装置构成用于通过在至少部分透明的反射片体上或者在本来为此设置的组合片体上反射而产生插入到用户视野中的虚像，反射片体例如是运输工具的前玻璃、后玻璃或者侧面玻璃，所述组合片体设置在用户视野中。本发明尤其是针对一种投影单元，该投影单元构成用于输出合适的光束；并且本发明还针对一种配备有该投影单元的运输工具，其中，虚拟的显示图像应该在水平倾斜的或者平放的虚像平面中产生。

背景技术：

1、当前对于机动运输工具可供使用的平视显示器(hud)通常具有几乎竖直站立的虚像平面，在该虚像平面中例如显示驾驶员信息例如速度限制和当前的运输工具速度或者报警提示和导航提示或者娱乐内容，作为虚像，该虚像叠加在由驾驶员观察的在运输工具前方的实的环境图像上。为此，视野显示装置具有典型地安装在仪表板中的投影单元，该投影单元产生具有期望的显示内容的光束并且将其以发散的光束的形式投射到运输工具的前玻璃上或者投射到一个设置在前玻璃前方的组合片体上，光束从前玻璃或组合片体反射到驾驶员的眼睛或者说驾驶员的眼盒。

2、在此情况下，虚像平面的空间位置由反射片体(例如前玻璃或者组合片体)和投影单元的设置用于产生射线、成形射线和偏转射线的组成部分(例如产生图像的显示器和将射线转向的并且将图像放大和/或修正的凹面镜)的光学共同作用而产生。在此情况下，显示器例如在光路中翻转大约20°(也就是说显示面从光束的中心射线的法线位置翻转20°)，以便防止干扰性的反向反射。对于透射的通常基于液晶的显示器显示面，20°的该调整角度现在是技术上可实现的最大值：如果设定显著更大的调整角度，那么在显示器透射的情况下(并且因此在平视显示器图像明亮的情况下)并且在对比度的情况下导致非常严重的缺陷。在此情况下，两者都是对于平视显示器的虚像质量具有突出意义的参量。

3、但是对于用于道路运输工具的将来的平视显示器技术，已知一种方案，其中，虚像平面不再与道路垂直，应是应该与道路几乎平行，例如在de112019003420t5中所展示的。因此给观察者产生明显的深度效果或者3d效果。但是对于平放的虚像平面，产生图像的散射光的投影面或者产生图像的显示器相对于光轴(中心射线)的调整角度处在35°～45°的范围内。但是对于基于液晶的显示器(lcd，液晶显示器)，这对应于在以下范围内的调整角度，该范围在图像明亮性或者图像质量中没有显著损失的情况下不再能够实现。

技术实现思路

1、本发明的任务是，提出一种替选的或者在成本、可见性、图像质量、光能消耗和/或其他观点方面改进的、用于在运输工具中使用的、用于视野显示装置的投影单元，该视野显示装置具有平放的虚像平面。

2、所述任务通过一种按权利要求1的显示器角度优化的投影单元以及通过一种按并列独立权利要求的配备该投影单元的运输工具解决。其他方案在从属权利要求中说明。所有在权利要求书以及在后续说明中针对投影单元提及的改进的特征和效果也适用于视野显示装置和运输工具，反之亦然。

3、按照第一方面规定一种显示器角度优化的、用于视野显示装置的投影单元，该视野显示装置具有平放的虚像平面，该投影单元尤其是可以在运输工具中使用。视野显示装置可以例如构成为平视显示器(hud)。运输工具可以是机动运输工具，但是也可以是任意的其他的陆地、空中或者水上交通工具。运输工具具有运输工具自身的笛卡尔坐标系的彼此垂直的纵轴、横轴和竖轴，并且虚像平面相对于水平的运输工具平面平行或者至少显著倾斜(也就是说例如处在不超过45°的倾角之下)，该运输工具平面通过运输工具的纵轴和横轴构成。

4、为此，投影单元首先具有透射性的显示器显示层，该显示器显示层构成用于产生具有期望的显示内容的光束并且具有构成用于将显示器显示层从后面照明的背光单元，该背光单元具有一个或多个光源例如发光二极管(led)。显示器显示层可以尤其是液晶显示层(lcd，液晶显示器)。

5、另外，投影单元包括凹面镜，该凹面镜在所产生的光束的光路中设置和构成为，使得光束以预定的形状和方向离开投影单元，以便紧接着由在用户的视野中设置的至少部分透明的反射片体反射到用户的眼盒，并且因此在处于反射片体后面的虚像平面中给用户描述显示内容。反射片体可以例如通过运输工具的前玻璃的区段或者通过额外地设置在前玻璃前方的组合片体构成。因此反射片体是进一步在下面说明的视野显示装置的组成部分，但是也不必一定是投影单元的组成部分，该投影单元例如在利用运输工具前玻璃作为反射片体的情况下也可以在没有运输工具前玻璃的情况下制造和销售。但是在额外设置组合片体的情况下，该组合片体也可以按已知方式集成在投影单元中。视野显示装置的眼盒，如通常的那样，理解为一个空间区域，虚拟的图像能够不受限制地从该空间区域看到。

6、另外在光束的光路中在透射性的显示器显示层与凹面镜之间设置透明的转向元件，该转向元件构成用于将光束的方向改变一个预定的转向角度，而没有成像的或者光线聚束的效果(如透镜那样)。在此情况下，透射性的显示器显示层设置成，相对于背光单元翻转一个预定的调整角度，该调整角度与转向元件的转向角度一起产生透射性的显示器显示层相对于入射到凹面镜的光束(即相对于该光束的中心射线或者说投影单元的光轴)的总翻转。在此情况下，透射性的显示器显示层的总翻转选择为，使得在投影单元安装在运输工具中时所述总翻转导致与之相关的水平倾斜的或者平放的虚像平面。换言之，虚像平面与运输工具的竖直的纵剖平面的相交直线具有与该相交直线的水平分量相比较小的或者微不足道的竖直分量。运输工具的竖直的纵剖平面由运输工具的纵轴和竖轴构成。作为中心射线，如通常那样理解为光射线，该光射线将产生图像的显示器显示面的中心与眼盒的中心连接，并且也可以称为投影单元的光轴或者说视野显示装置的光轴。

7、因此，当前的投影单元的构思在于，在通过透射性的显示器显示面的翻转而产生平放的虚像平面的情况下以如下方式解决在开头提及的问题：另外，从后面照明显示器显示面可以在不超过大约20°的角度之下实现，但是光线在通过透射性的显示器显示面之后附加地通过透明的转向元件转向到总共大约35°～45°的期望的角度范围中，使得透射性的显示器显示面相对于中心射线的总翻转产生水平倾斜的或者平放的虚像平面。

8、通过这种光学结构也可以对于基于lcd的具有平放的图像平面的平视显示器实现良好的图像质量，并且因此可以给用户提供有价值的新结果。

9、按照一种实施方式，转向元件的预定的转向角度处在大约10°与30°之间，尤其是在大约15°与25°之间，并且在一种良好地起作用的具体构造中大约为20°。在此情况下，透射性的显示器显示层相对于背光单元的预定的调整角度也处在大约10°与30°之间，尤其是在大约15°与25°之间，并且在一种良好地起作用的具体构造中大约为20°。在此情况下由转向角度和调整角度的总和产生透射性的显示器显示层相对于入射到凹面镜的光束(或者说该光束的中心射线)的总翻转为大约30°至50°，尤其是大约35°至45°，并且在一种良好地起作用的具体构造中大约为40°。这导致视野显示装置的水平倾斜/翻转的虚像平面。

10、尤其是，在此处建议的投影单元中，以合适方式适配的凹面镜的镜面曲率可以附加地有助于虚像平面从竖直位置还进一步朝水平位置翻转。因此，调整角度和/或转向角度可以相应地较小地选择，以便实现虚像平面的期望的水平位置/倾角，其如同在没有适配镜面曲率的情况下可达到的水平位置/倾角。

11、尤其是，转向元件可以包括一个或多个棱镜，所述棱镜构成用于，产生光束的已提及的转向。在多个棱镜的情况下，这些棱镜可以在光束的射线横截面中并排地设置，以便将它们总体上覆盖。各单个棱镜可以彼此具有相同的或者不同的尺寸。每个棱镜可以尤其是以恒定的棱镜横截面在棱镜延伸方向上延伸，该棱镜延伸方向垂直于一方面由中心射线并且另一方面由显示面法线构成的平面。适合用于所说明的光学转向的棱镜横截面可以例如是大致三角形、梯形、多边形等等。

12、尤其是在此情况下，相应的棱镜的光线入射面和/或光线出射面可以构成有预定的曲率，以便因此用于附加的射线成形和/或图像修正，例如用于补偿在进一步的光路中、例如在运输工具的前玻璃上产生的不期望的失真或者像差。

13、在一种具体构造中，转向元件构成为棱镜膜或者其他方式的层，该膜或该层具有多个在其中并排设置的(微)棱镜。该层或该膜可以直接地施加在显示器显示层的朝向凹面镜的一侧上。合适的棱镜膜例如在luminit公司的名称dtf(转向膜)之下已知和可供使用。它们允许直至大约30°的光线转向。

14、在纯理论上不可排除，在采用多色光的情况下单个棱镜或多个棱镜的弥散效应可能导致例如以在所描述的虚的显示图像中的色域形式的可察觉的彩色的像差，即使在各种尝试中已证实为不可察觉的。对于在具体应用/布置中在虚像中可察觉可能的色域，显示器显示层及其显示器控制器可以构成和设立用于，将显示内容通过用于基础颜色红、绿和蓝的颜色特定的扭曲(图像的预变形)而变形，这种扭曲设计用于，抵制棱镜的这样的弥散效应，以便降低弥散效应并且在最好情况下甚至消除弥散效应。因为色的异常与光线到棱镜上的入射角度相关，并且入射角度通过视野显示装置(例如平视显示器)的用户特定的高度设定而被确定，所以此外可能并且有意义的是，对于平视显示器的不同的高度设定，相应地采用高度特定的rgb扭曲组，并且因此对于每一个高度设定，实现色的异常的优化的抑制。

15、取而代之，显示器显示层和背光单元可以构成用于输出窄带的(即基本上单色的)光线，例如方式为，在背光单元中采用一个或多个激光源。

16、按照一个另外的方面，设置一种用于在运输工具中使用的、具有平放的虚像平面的、显示器角度优化的视野显示装置。该视野显示装置除了在此描述的类型的投影单元之外也包括至少部分透明的反射片体，该反射片体设置在由投影单元输出的光束的光路中，所述反射片体尤其是可以构成为运输工具的前玻璃的部分区段或者可以构成为额外设置在前玻璃前方的组合片体。在此情况下，反射片体设置和构成在用户的视野中，使得反射片体将光束反射到对于用户而言在运输工具中预定的眼盒，因此，能够给用户描述并且在视野显示装置的运行中也描述显示内容，该显示内容的形式为在反射片体后面的虚像平面中的虚像。

17、按一种另外的方面，设置一种运输工具、尤其是机动运输工具或者任意的其他的陆地、空中或水上交通工具。再次采用的空间的取向概念，例如“在……上方”、“在……下方”、“在后面”、“侧旁”、“水平”、“竖直”等等，在此情况下也参考通常的与运输工具固定的笛卡尔坐标系，其包括运输工具的彼此垂直的纵轴、横轴和竖轴。

18、所述运输工具配备有在此描述的类型的视野显示装置，该视野显示装置的投影单元例如可以直接安装在运输工具的仪表板的上侧的下方，使得光束由投影单元投射到前玻璃上或者组合片体上，该组合片体设置在驾驶员或者其他乘员的视野中。如在上文中更详细地说明的，视野显示装置在此情况下设计成，使得视野显示装置的虚像平面相对于水平的运输工具平面平行或者至少明显倾斜(即例如处于小于45°的倾角之下)，该运输工具平面通过运输工具的纵轴和横轴构成。尤其是因此虚像可以作为(也许几乎)在运输工具平面中处于运输工具之前的图像描述。