车辆平视显示器(HUD)的制作方法

车辆平视显示器(hud)
1.技术领域和

背景技术：

2.本发明涉及显示器，并且特别地涉及用于车辆(例如汽车)的平视显示器。
3.存在许多将hud安装在汽车驾驶员前方以通过提供各种视觉功能来辅助的提议和设计，该视觉功能包括但不限于：驾驶导航、在不使注视偏离道路的情况下获得仪表板信息、或者在低可见度条件下将热图像投影到驾驶员的眼睛中。
4.基于将图像投影到风挡上的当前解决方案具有相对受限的眼动箱(eye motion box，emb)和视场(field of view，fov)，或者需要相对大的投影光学器件来支持较宽的emb和fov。


技术实现要素：

5.本发明是用于向车辆的用户显示图像的车辆平视显示器(hud)。
6.通过介绍，光导光学元件(lightguide optical element，loe)是用于孔径扩展的波导。在题为“substrate-guided optical beam expander”的美国专利第us6829095b2号中呈现了loe的工作原理。基于loe的hud允许实现可以容易地安装到有限空间中的非常紧凑、独立的hud。该hud使得能够使用非常小的准直光学器件而无需损害视场(field of view，fov)或眼动箱(emb(eye-motion box)，其对应于可以观看到图像的区域)。因此，基于loe的孔径扩展布置简化了与hud相关的光学系统的建构和制造，并且因此适合于适用于汽车行业的紧凑、廉价的消费者版本hud。
7.根据本发明的实施方式的教导，提供了一种用于向具有风挡的车辆的用户显示图像的车辆平视显示器(hud)，该hud包括：(a)图像投影仪，其包括图像生成器和准直光学器件，图像投影仪输出与准直图像对应的图像照射；以及(b)光学孔径扩展器，其包括至少第一光导光学元件(light-guide optical element，loe)，该loe具有一对相互平行的主外表面，图像投影仪光学耦合到光学孔径扩展器，使得图像照射通过主外表面处的内反射在loe内传播，loe还包括在loe内部并且倾斜于主外表面的至少一组相互平行的部分反射表面，成组的部分反射表面从loe逐渐地耦出图像照射，其中，光学孔径扩展器被部署成使得：从loe耦出的图像照射遵循包括来自与车辆的风挡相关联的表面的反射的光路径，以在用户观察风挡之外的场景时对于用户是可见的。
8.根据本发明的实施方式的另一特征，光学孔径扩展器还包括与第一组部分反射表面非平行地部署的第二组相互平行的部分反射表面，第二组部分反射表面被部署成将来自图像投影仪的图像照射逐渐地重定向到第一组部分反射表面。
9.根据本发明的实施方式的另一特征，第二组部分反射表面位于一对主外表面之间的loe内。
10.根据本发明的实施方式的另一特征，第二组部分反射表面位于由第二对主外表面定界的第二loe内。
11.根据本发明的实施方式的另一特征，将第二loe与第一loe的主外表面中的距离车辆的风挡较远的一个主外表面相邻地部署。
12.根据本发明的实施方式的另一特征，成组的部分反射表面被部署成将图像照射从一对主外表面中的背离风挡的一个主外表面耦出，hud还包括具有光焦度的反射光学元件，反射光学元件被构造成至少部分地补偿通过来自与风挡相关联的表面的反射而引入到图像中的光学像差。
13.根据本发明的实施方式的另一特征，反射光学元件还被构造成限定在从与风挡相关联的表面反射之后由用户观察到的图像的视在距离。
14.根据本发明的实施方式的另一特征，在从与风挡相关联的表面反射之前，从反射光学元件反射的光透射通过loe。
15.根据本发明的实施方式的另一特征，从loe耦出的图像照射遵循以下光路径以在用户观察风挡之外的场景时对用户可见，该光路径包括：以高入射角从与车辆的风挡相关联的表面的第一反射、从附加反射表面的中间反射以及从与风挡相关联的表面的第二反射。
16.根据本发明的实施方式的另一特征，与风挡相关联的表面是角度选择反射器，该角度选择反射器被构造成对于法向入射到表面的光具有第一反射率以及对于入射角大于45度的光具有小于第一反射率的第二反射率。
17.根据本发明的实施方式的另一个特征，附加反射表面是偏振分束器，并且其中在与风挡相关联的表面与附加反射表面之间的光路径中插入四分之一波片。
18.根据本发明的实施方式的另一特征，将与风挡相关联的表面和四分之一波片二者集成到风挡中。
19.根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了第二四分之一波片，该第二四分之一波片与风挡集成并且位于表面的距用户的远侧上。
20.根据本发明的实施方式的另一特征，将偏振分束器成形为提供光焦度以至少部分地补偿通过来自与风挡相关联的表面的反射而引入到图像中的光学像差。
21.根据本发明的实施方式的教导，还提供了一种包括第一hud和第二hud的系统，第一hud和第二hud中的每一个如上所述地实现，其中，第一hud和第二hud中的每一个提供用户可见的视场的不同区域以及/或者使得视场从眼动箱的不同区域可见。
22.根据本发明的实施方式的另一特征，第一hud和第二hud以并排关系部署。
23.根据本发明的实施方式的另一特征，第一hud和第二hud以至少部分交叠的关系部署。
24.根据本发明的实施方式的教导，还提供了一种具有与窗集成的显示器的车门，车门包括：(a)门板；(b)由门板支承的窗，该窗包括提供窗之外的场景的视野的可见部分以及延伸到门板内部的隐藏部分，该窗包括光导光学元件(light-guide optical element，loe)，loe具有一对相互平行的主外表面，以及在loe内部并且倾斜于主外表面的至少第一组相互平行的部分反射表面；以及(c)图像投影仪，其包括图像生成器和准直光学器件，图像投影仪位于门板内并且光学耦合到loe的在窗的隐藏部分内的区域，以将与准直图像对应的图像照射引入loe，图像照射通过主外表面处的内反射在loe内传播并且由成组的部分反射表面从窗的可见部分逐渐地耦出loe。
25.根据本发明的实施方式的另一特征，图像投影仪经由气隙光耦合到loe，车门还包括用于降低和升高窗的机构，图像投影仪被部署成对准以在窗处于升高位置时经由气隙将
图像照射耦入到loe中。
26.根据本发明的实施方式的另一特征，将loe封装在窗材料内，至少与loe相邻的封装层由折射率比loe的材料低的材料形成，以支持loe的主外表面处的内反射。
附图说明
27.本文中参照附图仅以举例的方式描述本发明，在附图中：
28.图1a是用于向车辆的用户显示图像的车辆平视显示器(head-up display，hud)的示意性侧视图；
29.图1b是图1a的hud的示意性正视图；
30.图2是图1a的hud的变型实施方式的示意性侧视图；
31.图3a是图1a的hud的另一变型实施方式的示意性侧视图；
32.图3b是图3a中标记为iii的区域的放大图；
33.图4是采用根据图1a的多个hud单元的系统的示意性正视图；
34.图5a是采用呈堆叠关系的与图1a类似的多个hud单元以提供扩展视场的系统的示意性侧视图；
35.图5b是采用呈堆叠关系的与图1a类似的多个hud单元以提供扩展的眼动箱的系统的示意性侧视图；
36.图5c是图5a和图5b的系统的示意性正视图；以及
37.图6a和图6b分别是根据本发明的另一方面的适合于在(特别是与门板相关联的)竖直窗中实现的hud的示意性侧视图和正视图。
具体实施方式
38.本发明是用于向车辆的用户显示图像的车辆平视显示器(head-up display，hud)。
39.参照附图和所附描述可以更好地理解根据本发明的平视显示器的原理和操作。
40.现在参照附图，图1a至图5c示出了本发明的第一方面的各种非限制性实施方式。本发明的该方面提供了用于向具有风挡15的车辆(未完全示出)的用户显示图像的车辆hud。在附图中，用户由用户眼睛50的图像来表示，用户眼睛50位于被称为“眼动箱”(eye-motion box，emb)的区域，眼动箱与显示器所设计的位置的范围对应。“用户”通常是车辆的驾驶员或操作者，但在一些情况下，可以是车辆中除了驾驶员之外的乘客。
41.概括地说，根据本发明该方面的hud包括：图像投影仪或“pod”14，其包括图像生成器和准直光学器件以输出与准直图像对应的图像照射。为了利于使用具有相对小的输出光学孔径的图像投影仪，hud还包括光学孔径扩展器，光学孔径扩展器至少包括第一光导光学元件(light-guide optical element，loe)10。loe 10具有成对相互平行的主外表面30a、30b。图像投影仪14光学耦合到光学孔径扩展器，使得通过主外表面30a、30b处的内反射使图像照射在loe 10内传播。loe 10还包括在loe内部并且倾斜于主外表面30a、30b的至少一组相互平行的部分反射表面(或“小平面”)12。该组部分反射表面12从loe 10逐渐地耦出图像照射。
42.根据本发明的该方面，光学孔径扩展器的部署使得从loe耦出的图像照射遵循包
括来自与车辆的风挡15相关联的表面的反射的光路径，以在用户50观察风挡之外的场景时对于用户是可见的。
43.将直接明显的是本发明提供了高度有利的hud构造。具体地，使用一个或更多个loe来扩展pod的光学孔径使得能够使用紧凑且轻质的pod，同时loe根据所需视场和emb尺寸提供光学孔径向所需尺寸的扩展。loe(未按比例示出)可以被实现为具有小体积和重量的薄平板。使用风挡作为组合器使得用户的真实世界视野基本上不受打断。
44.在某些实施方式中，光学孔径扩展器还包括：第二组相互平行的部分反射表面22，其与第一组部分反射表面12非平行地部署以将来自图像投影仪14的图像照射逐渐地重定向到第一组部分反射表面12。由此，部分反射表面22实现第一维的光学孔径扩展，而部分反射表面12实现第二维的光学孔径扩展。在图1a和图1b所示的示例中，第二组部分反射表面22位于由第二对主外表面32a、32b定界的第二loe 20内。在此处示出的优选但非限制性的实现方式中，第二loe 20与第一loe 10的主外表面30b(即，在距车辆的风挡15较远的一侧)相邻地部署。以该方式，将两个loe以特别紧凑的构造有效地一个堆叠在另一个上。每个loe内的全内反射条件可以通过确保它们之间的小气隙来保持，或者更方便地，通过插入具有比loe本身的材料相对低的折射率的材料的“隔离层”来保持。隔离层的材料可以是低折射率光学粘合剂，或者可以是具有合适机械特性的任何其他透明低折射率材料。(这在下面讨论的各个实施方式中是真实的，其中两个loe被示出为表面彼此相邻。)
45.与本发明的设备一起使用的pod优选地被构造成生成准直图像(即，其中，每个图像像素的光是具有与像素位置对应的角度方向的准直到无限远的平行光束)。因此，图像照射跨越与二维角视场对应的角度范围。
46.图像投影仪14包括至少一个光源，其通常被部署成照射空间光调制器(例如lcos芯片)。空间光调制器对图像的每个像素的投影的强度进行调制，从而生成图像。替选地，图像投影仪可以包括通常使用快速扫描镜实现的扫描装置，该扫描装置跨投影仪的图像平面扫描来自激光光源的照射，同时在逐像素的基础上随着运动同步地改变光束的强度，从而为每个像素投影期望的强度。在这两种情况下，提供准直光学器件以生成被准直到无限远的输出投影图像。可选地，上述部件中的一些或全部可以被布置在一个或更多个偏振分束器(polarizing beam-splitter，pbs)立方体或其他棱镜装置的表面上，如本领域中公知的。
47.图像投影仪14到首先在光路径中的loe(此处为loe 20)的光学耦合可以通过任何合适的光学耦合(例如，经由具有倾斜角度的输入表面的耦合棱镜、或者经由反射耦合装置、经由loe的侧边缘和/或主外表面之一)来实现。耦入构造的细节对于本发明通常不是关键的，并且根据特定实现方式的优选形式因素(form-factor)来选择。在本示例性实施方式中，如图1b中最佳可见，通过内反射器23实现图像照射从图像投影仪14到loe 20的耦入，内反射器23将图像照射偏转成通过来自表面32a、32b的内反射沿loe 20传播，直到它到达将图像照射朝向loe 10逐渐耦出的部分反射表面22。这实现了相对于图像投影仪的光学孔径的第一维孔径扩展。然后，如图1a中最佳可见，此处通过内反射器13实现光从loe20到loe 10的偶入，内反射器13将图像照射偏转成通过来自表面30a、30b的内反射沿loe 10传播，直到它到达部分反射表面12，该部分反射表面12朝向风挡15逐渐地耦出图像照射，以朝向位于眼动箱内的用户的眼睛50反射。这种耦入形式利于hud的上述紧凑堆叠构造。耦入的其他
选项也是适用的，通常采用耦入棱镜。在共同转让的pct专利申请公开第wo 2015/162611 a1号中详细讨论这样的选项，但为了呈现的简洁起见在此将不再详述。
48.下面将呈现多个附加实施方式以说明本发明的附加方面。为了简化呈现，这些实施方式将利用单个loe 10来说明。然而，应当理解，每个实施方式也可以利用与图1a和图1b的布置类似的双loe布置来实现，如本领域的普通技术人员将清楚的。
49.在某些实现方式中，有利的是，从风挡反射的光是p偏振的(在yz平面内)，并且在loe内引导的光通常有利地是s偏振的。为了切换偏振，如图所示有利地引入hwp(半波片(half waveplate))17。另外，在针对光学孔径的两个正交扩展采用两个正交loe的情况下，如此处所示，有利地将hwp 27引入loe之间以使偏振旋转且使离开loe 20的s偏振根据loe 10的表面的取向而转换为s偏振。
50.尽管此处示出了部分反射表面12与部分反射表面22处于分离的loe中，但替选的实现方式可以采用在单个loe内(即，在主外表面30a、30b之间)实现的非平行的两组部分反射表面。在这种情况下，一组部分反射表面22被部署成在loe内逐渐地偏转图像照射，以通过内反射朝向部分反射表面12传播。在共同转让的pct专利申请公开第wo 2020/049542 a1号中详细讨论这样的loe结构。
51.在此处描述的每个示例中，沿loe传播的图像照射的内反射可以是例如全内反射(total internal reflection，tir)或菲涅耳反射(fresnel reflection)。另外，与透视近眼显示器不同，此处呈现的光学孔径扩展器不需要使用透明loe。因此，波导的后(下)表面(30b)可以是不透明的，从而允许使用镜面反射涂层。这为hud提供了增加的设计灵活性，因为镜面涂覆表面不需要遵守tir条件，从而使波导能够被安装在车辆仪表板上或车辆仪表板内，其中在波导与仪表板之间没有空气屏障。
52.在一些实施方式中，观察者的眼睛与loe之间的相对大的距离将增加观察者对显示亮度的局部不均匀性的敏感度。在一些情况下，这样的效果通过提供施加到loe 10的上表面30a的部分反射涂层和施加到下表面30b的镜面涂层来减轻，镜面涂层具有引起孔径的不同部分的混合和增强输出的均匀性的效果。
53.现在特别地转向图2，本发明的hud的特殊特征是由投影仪14输出并且通过光学孔径扩展器传播的图像照射是是准直图像。如果该光在光学上不改变地递送至用户的眼睛，则其提供位于无限远处的图像的效果。在一些情况下，期望在波导与风挡之间的光路径中引入附加的光学元件(或多个光学元件)，例如(折射或衍射)透镜，其引入附加的光焦度，以提供以下功能中的一个或更多个：
54.1.由乘员观察的焦平面从无限远移动到中间焦平面。因此，可以使一些仪表板元件看起来比其他仪表板元件更靠近，或者使所有元件处于某个优选视在距离。
55.2.补偿由于风挡的非平面性引起的散光、散焦、桶形失真、枕形失真或任何其他图像失真。(某些类型的失真可以替选地通过对数字图像的合成调整来校正，以补偿由风挡或其他引起的图像失真。)
56.3.眼箱和/或视场的定位的横向(x和/或y)移位。(这样的移动也可以借助于光学引擎的机械移动和/或重新定向来实现)
57.在图2中通过在loe 10与风挡15之间引入光学元件199(由虚线示出)示意性地示出了一个这样的实现方式。然而，添加这样的元件可能影响实现方式的紧凑性。在图2中示
出了可能特别有利的替选实现方式(忽视虚线元件199)，根据该替选实现方式，光从loe 10向下耦出，并且然后从反射光学元件19朝向风挡向上反射。光学元件19提供与以上针对元件199描述的功能类似的功能。在一些情况下，可以将元件19与偏振旋转元件(特别是四分之一波片(quarter-wave plate，qwp)18)集成，并且可以将提供表面12的反射特性的涂层实现为偏振相关涂层。因此，如果s偏振由小平面12耦出，则在表面19处的反射之前和之后，照射两次通过qwp 18将s偏振转换为p偏振，然后图像照射在最小的干扰的情况下穿过小平面12。如图2所示，此处将loe 10中的小平面12的取向反转，使得成组的部分反射表面12将图像照射从主外表面30b耦出(背对风挡)，其中图像照射从反射光学元件19反射，反射光学元件19根据其光焦度修改图像照射。元件19可以至少部分地补偿由来自与风挡相关联的表面的反射引入图像的光学像差。附加地或替选地，元件19可以被构造成限定在从与风挡相关联的表面反射之后由用户观察到的图像的视在距离。
58.在此处示出的优选实施方式中，从反射光学元件19反射的光在从与风挡相关联的表面反射之前透射通过loe。在替选实现方式中，通过改变loe和元件19的取向，可以使从元件19朝向风挡15的返回光学路径绕过loe。
59.现在转向图3a和图3b，在某些实现方式中，采用包括来自与风挡相关联的表面的两次反射的光路径会是有用的。在此处示出的示例中，从loe 10耦出的图像照射遵循以下光路径以在用户观察风挡之外的场景时对于用户的眼睛50是可见的，该光路径包括：以第一入射角从与车辆的风挡相关联的反射器表面的第一反射；从附加反射表面18的中间反射；以及从与风挡相关联的表面的第二反射。这种双反射架构在将hud系统靠近风挡下末端的不显眼放置方面会是特别有利的。尽管没有示出组合这些特征，但有利地将该选项与图1a和图1b的二维光学孔径扩展组合，以及/或者与图2中的反射光学元件19的使用组合。
60.该方法可以通过采用与风挡相关联的角度选择反射器表面21来增强，该角度选择反射器表面21对于法向入射该表面的光具有第一反射率并且对于以大于45度的入射角入射的光具有小于第一反射率的第二反射率。这确保了第一反射是相对高比例的反射，由此使得更容易确保在第二风挡反射之后保留足够的显示强度以提供容易可见的显示。这样的角度选择反射特性可以使用多层介电涂层实现，如本领域已知的。
61.在该方法的某些特别优化的实现方式中，使用各种部件来管理偏振和/或确保足够的图像亮度。作为一个非限制性具体示例，有利地将附加反射表面18实现为偏振分束器，并且将四分之一波片17插入在与风挡15相关联的反射表面与附加反射表面18之间的光路径中。有利地，将第二四分之一波片16包括在风挡中、位于表面的距用户的远(外)侧。最优选地，将第一qwp 16和第二qwp 17以及部分反射器表面21全部集成到风挡15中，例如，如图3b的放大的局部视图所示
62.因此，该构造的操作如下。表面18优选地将hwp(半波片)与仅反射s偏振光的偏振分束器(偏振相关镜)组合。hwp将从loe耦出的s偏振转换为p偏振，然后p偏振通过反射器18。在风挡内部，从部分反射层21反射的光两次通过qwp 17(充当半波片并且将p偏振转换回s偏振)，然后光由表面18反射。从表面18反射的光作为s偏振以较大的入射角(即，更浅的角)入射到风挡上，该光在被递送到观察者的眼睛50之前，在部分反射器21处反射之前和之后，通过两次穿过qwp 17再次被转换为p偏振。
63.另外，qwp 16的存在确保以第二反射穿过部分反射器21的光也被转换为p偏振的，
并且以接近布鲁斯特角的角度入射到风挡的外表面上，该光将不会被显著反射，从而避免形成重影。为了这种系统的高效率，表面21的反射率作为角度的函数的相关性是显著的，其中，对于第一反射在低入射角(low angle of incidence，aoi)下具有高反射并且对于第二反射在较高aoi下具有较低反射。
64.可选地，可以将表面18的偏振分束器成形为以与上述元件19类似的方式提供光焦度以至少部分地补偿由来自与风挡相关联的表面的反射引入图像的光学像差以及/或者提供期望的显示器的视在范围。
65.现在转向图4以及图5a至图5c，在某些情况下，将两个或更多个hud组合成组合系统会是有利的，其中每个hud提供对用户可见的视场的不同区域以及/或者使得视场从眼动箱的不同区域可见。如图4所示，这些多个hud可以以并排的关系部署，例如沿x方向排列。替选地，在某些情况下，多个hud以至少部分交叠的关系部署，如将参照图5a至5c所示。
66.因此，在一些情况下，将各自包括loe和pod的两个或更多个光学引擎放置在汽车的风挡下方以反射多个图像，每个光学引擎具有其自己的眼动箱以及驾驶员或乘客的视场段。这些图像中的每一个图像的高度、比例和感知的焦平面可以被独立地控制，如下面将详细描述的。图4示意性地示出了在没有图像拼接的情况下投影图像的独立部分的多个光学引擎(optical engine，oe)。通过“图像拼接”，其意味着两个或更多个投影和/或耦出的图像包含部分交叠的图像数据。
67.在一些实施方式(也针对单个hud)中，hud系统可以包括被构造成控制hud的一个或更多个元件的控制器。例如，控制器可以用于控制作为电控光学元件实现的上述附加光学元件，以实现上述目的之一。控制器可以彼此独立地或彼此协调和合作地控制各种hud系统元件。例如，控制器可以用于单独地且彼此独立地调整图像的焦深。控制器优选地还包括所有必要的电子部件(例如至少一个处理器或处理电路)，以驱动图像投影仪，所有这些都是本领域已知的。
68.根据另一选项，可以针对多个光学引擎中的每一光学引擎在三个轴中的任一个轴上独立地执行这样的调整/补偿。在最佳实施方式中，可以通过使用电子可调透镜、pzt致动器或任何其他类型的电可变光学元件来执行这样的调整。
69.本发明的某些优选实施方式可以提供以下优点中的一个或更多个：
70.1.扩展的且可调整的眼动箱和视场。
71.2.针对不同图像元素的静态或动态可调整焦平面。
72.3.用于集成到车辆仪表板中的紧凑形状因数。
73.4.紧凑的光学部件实现成本效益和高光学性能。
74.图5a至图5c示出了其中两个光学孔径扩展器以至少部分交叠的关系交错的另外的实现方式。第一hud构造包括：图像投影仪14、与图1a和图1b的对应元件相同的方式的loe 20和loe 10。第二hud构造采用类似的部件，分别标记为14'、20'和10'。如图所示，这些元件可以整齐地嵌套，在相邻的loe之间具有合适的光隔离层，以保持tir条件。可以使用各种偏振方案来最小化交叠区域中两个hud之间的相互作用。作为一个非限制性示例，loe 10'可以利用部分反射表面进行操作，该部分反射表面使用结构性偏振器分束器(例如线栅分束器)实现，该结构性偏振器分束器部分反射p偏振，然后p偏振由loe 10的部分反射表面透射。在所有其他方面，loe 10'的结构和操作将通过类比loe 10来理解。
75.图5a示出了由两个hud子系统投影垂直视场(field of view，fov)的不同区域的情况。根据图像内容，这些图像可以是连续图像的子区域，这些子区域被“拼接”在一起以提供单个连续的放大的视场，大于将由给定尺寸的单个hud系统提供的视场。图5b示出了替选应用，其中由两个系统提供相同的fov，但是它们相互补充以在更大的眼动箱区域(由图5b中的垂直箭头emb表示)上提供所需的fov。
76.在本文公开的各种实施方式中，期望的光学表面的平行度和hud部件的其他光学特性可能受到极端温度梯度的影响。为了避免极端的温度梯度，在某些情况下优选地对hud系统的至少一部分实现热控制。这可以通过将各种hud部件(pod和/或loe)安装在热板上来实现，热板趋于保持跨部件的均匀温度。最优选地，将热电温度控制部件与热板相关联以将光学部件保持在目标温度范围内。
77.在某些实施方式中，可以优选地提供集成到风挡15中的uv阻挡层以保护hud的光学部件免于uv退化。附加地或替选地，hud光学器件的最上表面(例如hwp 17、pbs 18或上loe表面30a)可以设置有uv阻挡层。
78.在某些情况下，可能需要附加的预防措施以防止外部辐射，尤其是直射阳光，从hud光学部件(例如loe)的表面以可能引起可以到达用户的眼睛的“重影”反射的角度反射离开。这样的预防措施可以包括跨风挡的下边缘使用偏振条(polarizing strip)，以仅允许不会传送到用户眼睛的偏振(根据上述偏振方案之一)。这还可以通过在loe的任何暴露表面上提供抗反射涂层以使阳光眩光的表面反射最小化来增强。另外或替选地，在某些情况下，可以通过精心定位的机械挡板来阻挡某些方向的潜在入射眩光，机械挡板遮挡光学元件以使其免受带来重影反射风险的相关角度的入射太阳眩光的影响。
79.在一些实施方式中，hud系统可以包括构造成检测驾驶员瞳孔位置的眼睛追踪传感器。耦接至眼睛跟踪传感器的控制器可以用于基于眼球的位置或观察方向来控制在波导与风挡之间定位的光学元件。例如，如果驾驶员看向远方，则可以调整光学元件以增加一个或更多个图像的焦深。类似地，如果驾驶员的眼睛聚焦在相对近的点处，则可以调整光学元件以降低一个或更多个图像的焦深。类似地，控制器可以基于由眼球跟踪传感器检测到的驾驶员的观察方向来调整一个或图像的横向位置。
80.本发明的另一方面在图6a和图6b中示意性地示出。在这种情况下，将波导(loe)引入汽车侧窗的内部或附近，侧窗通常几乎垂直对齐。这种构造的一种优选技术是复合loe结构(例如在“loe with two-axis internal aperture expansion”(“具有双轴内部孔径扩展的loe”)中所述)。因此，图像可以垂直和水平扩展，提供图像的二维扩展还降低了成像pod的尺寸和复杂性。
81.如图6a所示，将表示emb的观察者的眼睛50示出在窗15a的前面，loe 10与窗15a相邻或集成到窗15a。loe(“波导”)包括：一组相互平行的部分反射内表面12，其在一个维度上扩展光学孔径(“瞳孔”)，在这种情况下为沿y方向扩展；以及另一组相互平行的部分反射内表面11，其在正交方向上扩展光学孔径，此处为沿z方向扩展。在此处所示的非限制性示例中，光经由耦合棱镜13从pod 14注入到loe。该结构可以可选地通过使用气隙、或低折射率粘合剂、或利于支持通过内部反射的传播的其他低折射率隔离层，利用不同的封装方法在侧窗15内部实现。因此，loe优选封装在窗材料内，其中至少与loe相邻的封装层由折射率比loe的材料低的材料形成，以支持loe的主外表面处的内反射。替选地，可以使用角度选择反
射涂层来模拟tir特性。在图6b中，从另一视点即沿x方向示出了波导和pod。
82.根据本发明的一方面，将该hud窗构造集成到车门155的窗中。在这种情况下，根据本发明的教导的系统包括：门板155和由门板支承的窗15a。窗15a包括提供窗外场景的视野的可见部分34a和延伸到门板155内部的隐藏部分34b。与窗15a集成的loe 10具有一对相互平行的主外表面30a、30b以及在loe内部并且倾斜于主外表面的至少第一组相互平行的部分反射表面12。包括图像生成器和准直光学器件的图像投影仪14位于门板155内并且光耦合到loe 10的在窗的隐藏部分34b内的区域，以将对应于准直图像的图像照射引入loe，图像照射通过主外表面处的内反射在loe内传播，并且通过一组部分反射表面从窗的可见部分逐渐地耦出loe。在某些特别优选的情况下，类似于pct专利申请公布第wo2020/049542a1号中描述的构造，通过并入附加的一组相互平行的内部部分反射表面11来实现二维扩展。特别有利的是，图像投影仪14和小平面11(如果存在的话)位于门板155内，从而为图像投影仪和相关联的部件提供物理保护，并且防止小平面11生成来自天空和其他光源或明亮的物体的环境光的有问题的“重影”反射。
83.车辆门窗通常包括用于相对于门板降低和升高窗的机构(在图6a和图6b中由箭头40表示)，该机构可能增加hud实现方式的复杂性。在某些情况下，优选的会是，图像投影仪不与窗一起移动。在该情况下，可有利地经由气隙36实现图像投影仪14到loe 10的光耦合。此处示出的实现方式采用气隙以及与loe集成的耦入棱镜13。然后，将图像投影仪14部署成在窗处于升高位置时对准以将图像照射经由气隙36和棱镜13耦入loe 100中，但不会妨碍窗的降低。
84.应当理解，本发明的各种hud可以用于有利地显示与车辆的操作有关的宽范围的信息。例如，在某些特别优选的实现方式中，hud系统显示仪表板元素，仪表板元素包括从由以下构成的组中选择的两个或更多个：速度计、转向信号、燃油表和温度计。附加地或替选地，该系统可以包括控制器，该控制器被构造成从多个传感器接收数据并且生成与从多个传感器接收到的数据对应的多个图像，以用于由hud投影以供用户观看。
85.应当理解，以上描述仅旨在用作示例，并且在如所附权利要求所限定的本发明的范围内，许多其他实施方式也是可能的。