本發(fā)明涉及用于運行在機動車或其它陸地、空中或水上交通工具中的視場顯示裝置的方法，所述視場顯示裝置也作為平視顯示器(hud)已知。此類裝置構(gòu)造用于通過在至少部分透明的反射鏡上的反射來生成一個顯示到駕駛員視場中的虛擬圖像，該反射鏡構(gòu)造為擋風玻璃部段或者構(gòu)造為是專門為此設(shè)置的位于駕駛員視場中的組合鏡。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)配置的控制單元、一種構(gòu)造用于輸出合適的光束的投影單元、一種包含該投影單元的視場顯示裝置以及一種配備有該視場顯示裝置的車輛。

背景技術(shù)：

1、目前，機動車上可用的平視顯示器(hud)通常在車輛前方適當距離處有一個虛擬像面，例如，駕駛員信息(如限速和當前車輛速度、警告和導航提示或者娛樂內(nèi)容)會以虛擬圖像的形式顯示在該像面上，并且該虛擬圖像會與由駕駛員觀察到的車輛前方的真實環(huán)境圖像疊加。虛擬的圖像位置和距離在此通常選擇成，使得駕駛員在執(zhí)行其駕駛?cè)蝿?wù)時，因?qū)⒛抗饩劢乖谔摂M圖像上而產(chǎn)生的分心和視覺疲勞盡可能少，且在此不必將視線從道路上移開。為此，視場顯示裝置包括一個通常安裝在儀表盤中的投影單元，該投影單元生成帶有所期望的顯示內(nèi)容的光束，并以適當?shù)男螤詈头较驅(qū)⑵渫渡涞杰囕v的擋風玻璃或設(shè)置在駕駛員視場中的組合鏡上，光束從那里反射到駕駛員的眼睛。

2、在此，虛擬像面的空間位置由反射鏡(如擋風玻璃或組合鏡)與投影單元的用于光束生成、成形和引導的部件(例如圖像生成顯示器以及呈一個或多個反射鏡形式的光束偏轉(zhuǎn)、成像和/或校正的光學器件)之間的光學相互作用決定。對于未來道路車輛的平視顯示技術(shù)，在此還有一種已知的方案是虛擬像面并非像通常那樣垂直設(shè)置，而是幾乎與路面平行。由此可以給觀察者帶來深度感或3d效果。例如，如de?11?2019?003?420t5中所述，當車輛行駛時，由此可以持續(xù)顯示一個虛擬圖像，該虛擬圖像會被感知為附著在路面上。

3、此外，例如de?10?2019?206?956?a1為未來的車輛提出了一種設(shè)計為平視顯示器的顯示裝置，該顯示裝置還包括一個可移動的投影面，該投影面可在第一縮回位置和第二伸出位置之間運動，并且在第二伸出位置時，其表面會貼靠在車輛的擋風玻璃上。建議的是，僅在車輛的自動駕駛模式下，將該投影面置于第二伸出位置，以通過在投影面上直接顯示娛樂系統(tǒng)的信息(如電影和/或圖像)來供駕駛員娛樂，為此目的，該投影面尤其可以是不透明的。在車輛的手動駕駛模式下，該投影面處于其第一縮回位置，以便平視顯示器以其傳統(tǒng)功能在駕駛員視野中的虛擬屏幕上顯示對駕駛員可見的、包含車輛狀態(tài)等有用信息的圖像，其中虛擬屏幕似乎懸浮在周圍環(huán)境中。這些信息與周圍環(huán)境疊加顯示，以便駕駛員可以繼續(xù)關(guān)注環(huán)境，或者可以快速重新將注意力集中到道路交通上。當從自動駕駛模式過渡到手動駕駛模式時，不透明的投影面必須從駕駛員的視野中移開，而這在駕駛員緊急接管駕駛時可能會導致額外的分心。此外，自動駕駛模式下的顯示僅限于貼靠在擋風玻璃上的這個投影面，而在手動駕駛模式下，該投影面必須以其整體尺寸縮回至儀表盤內(nèi)部。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)是提供一種替代的和/或在安裝空間、顯示可能性和/或其它方面有所改進的方法以及一種相應(yīng)構(gòu)造的用于車輛的投影單元和視場顯示裝置。

2、該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于運行車輛中的視場顯示裝置的方法以及通過根據(jù)并列權(quán)利要求所述的相應(yīng)的控制單元、投影單元、包含該投影單元的視場顯示裝置和配備有該視場顯示裝置的車輛來解決。其它實施方式在從屬權(quán)利要求中給出。在權(quán)利要求書和以下描述中提到的關(guān)于該方法的所有其它特征和效果也適用于控制單元、投影單元、視場顯示裝置和車輛，反之亦然。

3、根據(jù)第一方面，提供了一種用于運行車輛中的視場顯示裝置的方法，該視場顯示裝置尤其可以構(gòu)造為平視顯示器(hud)。該車輛可以是機動車，也可以是任何其它陸地、空中或水上交通工具。在此使用的空間方向術(shù)語，如“豎直”“水平”“更高/更低”“降低”“前/后”“下方/上方”等，始終針對的是車輛固定的笛卡爾坐標系，該坐標系具有相互垂直的車輛縱向、橫向和高度方向。

4、在此，視場顯示裝置構(gòu)造用于通過在擋風玻璃或?qū)ｉT設(shè)置的組合鏡上的反射，在駕駛員的視場中生成一個懸浮在空中的真實或虛擬圖像(以下簡稱“懸浮圖像”)。為此，視場顯示裝置具有一個投影單元，該投影單元構(gòu)造用于生成和輸出具有所期望的顯示內(nèi)容的呈所需形狀和方向的光束至擋風玻璃，并且在此能夠在正常位置模式和至少一種放松位置模式之間切換。為此，在車輛中可以設(shè)置至少部分集成在投影單元中的切換裝置，該切換裝置采用可電操控的致動器等形式。

5、在正常位置模式下(其適用于駕駛員以相關(guān)的預(yù)定正常位置手動控制的駕駛狀態(tài))，在車輛外部在距駕駛員眼睛預(yù)定的第一距離處生成虛擬懸浮圖像，該第一距離設(shè)計用于同時觀察道路或位于車輛前方的周圍環(huán)境。特別地，在本方法中，該虛擬懸浮圖像可以生成在相對于水平面傾斜或甚至平行(“平置”)的虛擬像面中，以產(chǎn)生深度效果或接觸模擬效果，即與真實環(huán)境物體對齊的顯示效果。為此，投影單元中包含的圖像生成器(例如顯示器)可以以本身已知的方式相對于光束傳播方向以相應(yīng)的傾斜角度定向。在虛擬像面傾斜、水平或彎曲的情況下，懸浮圖像距駕駛員眼睛的上述第一距離可以例如針對虛擬像面的預(yù)定點或針對其上部的下部的圖像邊緣等確定。但也可以是豎直的虛擬像面。

6、在此提及“駕駛員眼睛”時，也可以理解為通常為視場顯示裝置預(yù)定的在車輛內(nèi)部的二維或三維空間區(qū)域(眼盒)，從該空間區(qū)域駕駛員可以以預(yù)定的質(zhì)量看到懸浮圖像。

7、在一種或多種不同的放松位置模式下(每種放松位置模式設(shè)計用于一種駕駛員處于對應(yīng)的預(yù)定放松位置的唯一對應(yīng)的自動駕駛或半自動駕駛狀態(tài))，會在車輛內(nèi)部或外部在距駕駛員眼睛分別對應(yīng)的預(yù)定的第二距離處生成真實或虛擬的懸浮圖像。如上面針對正常位置模式所述，該懸浮圖像也可以生成在幾乎豎直或相對于水平面傾斜或甚至平置的顯示面中。在此，每個預(yù)定的第二距離都明顯小于上述第一距離，使得駕駛員將其眼睛明顯更強程度聚焦于該懸浮圖像，例如，以便能夠輕松地切換到車輛乘員艙內(nèi)的其它顯示器或物體。

8、該方法的一個理念是將由視場顯示裝置(如平視顯示器)在車輛駕駛員視場中生成的虛擬或真實懸浮圖像的焦點變換與駕駛員的位置變換相結(jié)合，駕駛員的位置變換是由從手動駕駛到自動駕駛和/或半自動駕駛的過渡或反之引起的。因為在(半)自動駕駛狀態(tài)下，駕駛員不再需要關(guān)注道路和車輛前方的周圍環(huán)境，所以通過所提出的懸浮圖像焦點變換，例如，可以讓駕駛員在(半)自動駕駛期間更舒適地同時使用車內(nèi)的其他娛樂和消遣設(shè)施，如乘員艙內(nèi)的其他顯示器和餐飲設(shè)施。例如，在過渡到(半)自動駕駛后，駕駛員可以繼續(xù)使用平視顯示系統(tǒng)，而在查看中央顯示器或中控臺時無需大幅調(diào)整其眼睛的焦點。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過在放松位置模式下顯示真實或虛擬懸浮圖像，一方面不會物理遮擋擋風玻璃，因此駕駛員在必要時始終可以看穿擋風玻璃，并且能夠快速接管駕駛。此外，不需要額外的投影屏幕，而是保留了平視顯示技術(shù)的全部靈活性，例如基于眼動追蹤的投影方向追蹤。此外，這使得可以在多種不同的放松位置模式之間進行分級，以便例如根據(jù)自動化水平逐步將懸浮圖像帶到車輛內(nèi)部附近和駕駛員周圍的空間區(qū)域。

10、通過設(shè)置駕駛員的多種不同放松位置以及投影單元的相關(guān)的放松位置模式，可以考慮自動駕駛的不同級別，或者駕駛員被要求接管車輛控制或自行決定接管的可能性。不同級別可以從幾乎直立的坐姿(隨時準備手動接管)到完全放松的(“relaxed”)躺姿(其中包括用于睡眠的姿勢)。在以下內(nèi)容中，投影單元的正常位置模式以及一種或多種不同的放松位置模式將統(tǒng)稱為“模式”。

11、特別地，投影單元在其正常位置模式與其一種或多種放松位置模式之間的自動切換可以通過自動識別在分別與不同模式唯一對應(yīng)的所述駕駛員位置之間的變換和/或在分別與不同模式唯一對應(yīng)的所述駕駛狀態(tài)之間的變換來觸發(fā)。例如，下一段中提到的傳感裝置可能適用于此。替選地或附加地，駕駛員也可以進行手動切換，例如，由此可以考慮這些以及其它未被自動切換覆蓋的位置或情況變體方案，并由駕駛員通過手動選擇合適的模式根據(jù)其個人需求進行調(diào)整。

12、根據(jù)一種實施方式，駕駛員從正常位置到其任一放松位置的變換引起其軀干或頭部高度或眼睛高度分別對應(yīng)地預(yù)定降低，這例如可以通過調(diào)整靠背的傾斜角度和/或降低整個駕駛員座椅來實現(xiàn)。在此，在不同模式之間變換時，懸浮圖像會顯示在相應(yīng)不同的高度，所述高度尤其是分別對應(yīng)于駕駛員在相應(yīng)模式下的典型的預(yù)定的視線方向或視線高度，或者對應(yīng)于通過眼動追蹤確定的駕駛員當前視線方向。為此，在車輛中可以設(shè)置至少一個駕駛員位置傳感器和/或眼動追蹤單元，其構(gòu)造和配置用于檢測和識別駕駛員的當前坐姿和/或視線方向，并向投影單元輸出相應(yīng)的駕駛員位置傳感器信號和/或眼動追蹤信號。該傳感器例如可以包括一個或多個合適的攝像頭、特別是紅外攝像頭(以避免對駕駛員造成任何干擾)，或者座椅占用傳感器。合適的傳感器和/或眼動追蹤單元在此不一定必須是視場顯示裝置的組成部分，而是也可以本來就安裝在車輛中以用于駕駛員監(jiān)控。

13、根據(jù)一種實施方式，在投影單元內(nèi)部設(shè)有兩個或更多個不同的用于光束的光路，通過在這些光路之間的變換(切換)實現(xiàn)在正常位置模式和所述至少一種放松位置模式之間的切換。在這些光路之間的切換可以例如通過至少一個可電切換的和/或可機械運動的偏振切換元件來實現(xiàn)，該偏振切換元件改變了光束的偏振特性。偏振切換元件可以例如構(gòu)造為λ/2或λ/4延遲器，或者替代地構(gòu)造為基于液晶(lc)。各個光路相應(yīng)地根據(jù)偏振來構(gòu)造，使得光束相應(yīng)地只能通過對于相應(yīng)模式確定的光路傳播。

14、在此，設(shè)置用于正常位置模式的光路和設(shè)置用于至少一種放松位置模式的至少一個光路可以例如分別包括一個光學成像元件(如凹面鏡和/或透鏡系統(tǒng))，這些光學成像元件具有彼此不同的預(yù)定的光束聚焦強度不同，從而在所述至少一種放松位置模式下，與正常位置模式相比，懸浮圖像距駕駛員眼睛的所述第二距離明顯更小。例如，在正常光路中可以使用傳統(tǒng)的光束成形和圖像放大的凹面鏡，而在其中一個放松光路中可以使用曲率明顯更大的凹面鏡，該凹面鏡會導致在光束從投影單元到擋風玻璃/組合鏡的路徑上或者在擋風玻璃/組合鏡與眼盒之間產(chǎn)生真實的(中間)懸浮圖像。如果在此在光束從投影單元到擋風玻璃/組合鏡的路徑上產(chǎn)生真實的中間懸浮圖像，則該中間懸浮圖像通過隨后在擋風玻璃/組合鏡上的反射會轉(zhuǎn)換為一個非常近地在擋風玻璃/組合鏡另一側(cè)懸浮的虛擬圖像。如果在擋風玻璃/組合鏡與眼盒之間產(chǎn)生真實的懸浮圖像，則駕駛員只會在駕駛員眼前的相應(yīng)地更短的距離處看到這個真實的懸浮圖像。替選地，也可以通過在單個光路中對具有可變聚焦強度的光學成像元件進行適當操控來實現(xiàn)聚焦強度。

15、特別地，在所述至少一種放松位置模式下，可以一個空間區(qū)域中生成真實或虛擬的懸浮圖像，該空間區(qū)域在車輛內(nèi)部在儀表盤處或上方和/或在擋風玻璃與駕駛員座椅之間延伸或者在車輛外部的發(fā)動機罩上方延伸。

16、根據(jù)另一個方面，提供了一種控制單元，該控制單元構(gòu)造和配置用于自動執(zhí)行本文提出的方法。為此，例如，相應(yīng)的計算機程序(軟件)可以被加載到控制單元的處理器中，并在視場顯示裝置運行時執(zhí)行。

17、根據(jù)另一個方面，提供了一種用于在車輛中使用的視場顯示裝置的投影單元。例如，該投影單元可以被一個帶有透明蓋板的保護殼包圍。該投影單元包括一個圖像生成器(其構(gòu)造用于生成帶有所期望的顯示內(nèi)容的光束)以及至少部分上述切換裝置(其構(gòu)造用于在投影單元的正常位置模式和至少一種放松位置模式之間進行切換)。該投影單元在此構(gòu)造用于以預(yù)定的形狀和方向輸出光束，使得光束隨后會被車輛的擋風玻璃或設(shè)置在駕駛員視場中的組合鏡反射到駕駛員的眼睛，從而使顯示內(nèi)容作為懸浮在空中的圖像(懸浮圖像)顯示在駕駛員的視場中。

18、根據(jù)另一個方面，提供了一種用于車輛的視場顯示裝置，該視場顯示裝置包括上述投影單元以及一個設(shè)置在由投影單元輸出的光路中的反射鏡(特別是至少部分透明的反射鏡)。在此，該反射鏡在駕駛員的視場中布置和構(gòu)造成，使得其將光束反射到駕駛員的眼睛，從而使顯示內(nèi)容能夠作為虛擬或真實的懸浮圖像顯示在駕駛員的視場中。此外，視場顯示裝置包括上述控制單元。

19、根據(jù)另一個方面，提供了上述車輛、特別是機動車，其具有車輛固定笛卡爾坐標系的相互垂直的縱向、橫向和高度方向。該車輛包括一個擋風玻璃(其至少部分地界定了乘員艙)以及上述視場顯示裝置，該視場顯示裝置的投影單元位于乘員艙內(nèi)，特別是位于設(shè)置在擋風玻璃下方的儀表盤內(nèi)部，并且其反射鏡構(gòu)造為擋風玻璃的一個部段或設(shè)置在乘員艙內(nèi)的組合鏡。