用于平视显示器的反射镜

技术领域

本发明涉及一种用于平视显示器、特别是用于交通工具的平视显示器的反射镜。本发明还涉及一种具有这种反射镜的平视显示器。

背景技术

平视显示器(也称为HUD)被理解为是指如下显示系统：在该显示系统中，观看者可以保持其观看方向，因为要呈现的内容被叠加在其视野上。虽然这样的系统由于其复杂性和成本而最初主要用于航空领域，但其现在也在汽车领域中用于大规模生产。

平视显示器总体上包括图片生成单元(PGU)、光学单元和反射镜单元。图片生成单元生成图像并且为此目的使用至少一个显示元件。光学单元将图像引导到反射镜单元上。反射镜单元是部分反射的透光窗格。因此，观看者看到图片生成单元所呈现的为虚像的内容，并且同时看到窗格后面的真实世界。在汽车领域中，挡风玻璃通常用作反射镜单元，并且在呈现时必须考虑该挡风玻璃的弯曲形状。由于光学单元与反射镜单元之间的相互作用，虚像是由图片生成单元产生的图像的放大呈现。

光学单元典型地包括多个反射镜以保持所需的安装空间尽可能地小。从图片生成单元发出的光被折叠式反射镜反射到曲面反射镜上，然后曲面反射镜将光朝向挡风玻璃反射。当前使用的曲面反射镜被设计成具有与期望的光学功能相对应的大曲率的、基本上平坦的板的形式。这样的曲面反射镜例如通过注塑成型或注塑压缩成型来生产。

在这种背景下，DE 10 2010 043 947 A1描述了一种用于生产反射镜的方法，其中，至少一个基体本体涂覆有至少一种反光涂层材料。在该方法中，将涂层材料施加到注塑模具的表面，然后将基体本体置于涂层材料上。基体本体在这种情况下由可注塑成型的材料形成，该材料被注塑到注塑模具的模腔中。

WO 2016/189361 A1描述了一种用于平视显示器的反射镜。该反射镜是具有背面和正面的借助注塑产生的成型件。背面中集成有用于马达或弹簧的枢轴承和支架。正面具有反射镜涂层。

然而，如此生产的部件的抗挠刚度较低。因此，通过材料厚度来补偿抗挠刚度的不足。这导致周期时间延长，而且材料成本很高。此外，部件经由宽浇口被填充，然后这些部件必须被铣掉。这需要附加的工作步骤。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于平视显示器的改进的反射镜。

此目的通过一种具有权利要求1的特征的反射镜来实现。从属权利要求涉及本发明的优选配置。

根据本发明的第一方面，一种用于平视显示器的反射镜具有基体本体，该基体本体具有平面区域和肋状件，该肋状件布置在平面区域的周边处。反射镜层布置在平面区域上。

通过根据本发明的解决方案，反射镜并不像现有技术中那样被设计为基本上平坦的板，而是至少在其周边的一部分处具有肋状件。例如，在矩形反射镜中，可以在每个长边上形成肋状件。这种结构致使抗挠刚度增加，使得反射镜对机械影响的敏感度降低很多。这样允许减小材料厚度，因此，也减少材料成本和所需的周期时间。

根据本发明的一方面，肋状件被设计为环形肋状件。在这种情况下，反射镜被设计成类似平底锅或槽，从而产生特别高的抗挠刚度。

根据本发明的一方面，肋状件相对于反射镜的反射镜轴线倾斜。反射镜轴线是指反射镜层上的、在反射镜层中心的法线。这允许微观结构被引入到肋状件中，这些微观结构会延伸到反射镜层的下边缘。例如，肋状件可以相对于反射镜轴线的倾斜约15°。

根据本发明的一方面，肋状件具有减反射结构。反射镜的侧表面有可能会出现光反射。这可以通过减反射结构来避免。例如，可以将微观结构作为减反射结构引入到肋状件中。

根据本发明的一方面，减反射结构借助于激光造型或喷砂处理来制造。为了使肋状件相对于反射镜轴线足够大幅度地倾斜，可以借助于激光造型将微观结构引入到肋状件中，该微观结构会延伸至反射镜层的下边缘。替代性地，可以使用喷砂处理或类似技术将深度较小的微观结构引入到肋状件中。在这种情况下，可以减小肋状件相对于反射镜轴线的角度。

根据本发明的一方面，反射镜层通过施加到基体本体的涂层形成、或者通过置于基体本体上的反射镜元件形成。将涂层施加到基体本体的优点是，不需要生产和搬运单独的反射镜元件。相比之下，放置反射镜元件的优点是，降低与基体本体的表面重量相关的要求。优选地，反射镜层布置在基体本体的背离肋状件的一侧。这简化了反射镜层的生产。然而，原则上，反射镜层也可以布置在基体本体的面向肋状件的一侧。

根据本发明的一方面，平面区域的厚度或肋状件的厚度小于3.5mm。通过将厚度减小到这个值，材料厚度与常规反射镜相比减小大约30％的数量级。例如，可以通过使用有限元进行模拟来确定最佳值。

根据本发明的一方面，基体本体通过注塑成型或注塑压缩成型采用热流道膜状浇口(Heiβkanal-Bandanguss)来制造。膜状浇口与热流道技术的结合使用的优点是，在注塑成型或注塑压缩成型工序之后，不需要通过铣削来分离出基体本体。这防止了切屑的形成并消除了应力裂纹的风险。总的来说，这种方法减少了生产中的浪费。当通过注塑压缩成型生产基体本体时，可以通过改变压塑柱塞来调节材料厚度。如果反射镜层布置在基体本体的背离肋状件的一侧上，则压塑柱塞的生产可以具有成本效益，因为其表面上不需要具备反射镜的精密度或抛光度。

根据本发明的一方面，在注塑成型中使用的压塑芯在平面区域与肋状件之间的过渡部的区域中所具有的几何形状被设计成补偿在基体本体的冷却期间由于体积损失而产生的形状偏差。由于在从肋状件到平面区域的过渡部处的材料量相对较大、以及冷却期间相关联的对应体积收缩，因此，此区域有可能会出现较小形状偏差。通过压塑柱塞的几何形状的抵消适配，可以减少或完全防止这种形状偏差。压塑柱塞所需的预备变形可以例如通过模拟或测试来确定。

优选地，根据本发明的反射镜在用于交通工具的平视显示器中使用，例如在用于机动车辆的平视显示器中使用。由于其结构，根据本发明的反射镜对机械影响(比如由坑洼等引起的振动或冲击)相对不敏感。相应地，具有根据本发明的反射镜的平视显示器优选地在交通工具中使用。

附图说明

结合附图，从以下描述和所附权利要求中详细说明本发明的其他特征。

图1示意性地示出了根据现有技术的用于机动车辆的平视显示器；

图2示意性地示出了根据现有技术的用于平视显示器的反射镜；

图3示意性地示出了根据本发明的用于平视显示器的反射镜；

图4展示了根据本发明的反射镜的、借助于注塑压缩成型的生产；

图5示意性地示出了用于补偿形状变化的压塑柱塞的预变形；以及

图6示意性地示出了引入到反射镜的肋状件中的减反射结构。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的原理，下面将借助于附图更详细地解释本发明的实施例。相同的附图标记在附图中用于相同的元件或功能上相同的元件，并且不必针对每个附图再次描述。应当理解，本发明不限于所展示的实施例，并且在不脱离所附权利要求中限定的本发明的保护范围的情况下，也可以组合或修改所描述的特征。

图1示出了用于机动车辆的常规平视显示器的示意图。平视显示器具有显示设备1，该显示设备具有图片生成单元10和光学单元12。光束SB1从显示元件11发出并且被折叠式反射镜21反射到曲面反射镜22上，该曲面反射镜使光束朝反射镜单元2的方向反射。反射镜单元2在此被展示为机动车辆的挡风玻璃20。从那里，光束SB2朝观看者3的眼睛的方向行进。

观看者3看到位于机动车辆外部的、在引擎罩上方或甚至在机动车辆前方的虚像VB。由于光学单元12与反射镜单元2之间的相互作用，虚像VB是由显示元件11显示的图像的放大呈现。在此象征性地呈现了速度限制、当前车辆速度、以及导航指令。只要观看者3的眼睛位于由矩形指示的眼动范围4内，虚像VB的所有元素对用户3都是可见的。如果观看者3的眼睛位于眼动范围4之外，则虚像VB对用户3仅部分可见或根本不可见。眼动范围4越大，观看者在选择其就座位置时受到的限制就越少。

曲面反射镜22的曲率与挡风玻璃20的曲率匹配并确保图像失真在整个眼动范围4上是稳定的。曲面反射镜22借助于轴承23可旋转地安装。这样允许的曲面反射镜22的旋转使得可以使眼动范围4移位，并因此使眼动范围4的位置适于观看者3的位置。折叠式反射镜21用于确保光束SB1在显示元件11与曲面反射镜22之间行进的路径较长，同时，尽管如此仍确保光学单元12紧凑。图片生成单元10和光学单元12通过具有透明盖板24的壳体13与环境分隔。光学单元12的光学元件因此受到保护，例如免受车辆内部的灰尘的影响。此外，光学膜或偏振片25可以位于盖板24上。显示元件11通常是偏振的，反射镜单元2的作用类似于检偏器。因此，偏振片25的目的是影响偏振，以便实现有用光的均匀可见性。布置在盖板24上的盖布置26用于可靠地吸收经由盖板24的接口反射的光，使得观看者不会目眩。除了阳光SL之外，来自另一个杂散光源5的光也可能到达显示元件11。与偏振滤光器组合，偏振片25还可以附加地用于减少入射的阳光SL。

图2示意性地示出了根据现有技术的用于平视显示器的反射镜22。图2a)示出了侧视图，并且图2b)示出了俯视图。反射镜22具有基体本体220，该基体本体仅包括平面区域221。反射镜层224布置在平面区域221上。因此，反射镜22被设计为具有与期望的光学功能相对应的大曲率的、基本上平坦的板的形式。例如，反射镜22可以通过对透明热塑性塑料、例如COC(环状烯烃共聚物)进行注塑成型或注塑压缩成型来生产。为了确保足够的抗挠刚度，目前使用的反射镜22的厚度大于或等于5mm。这导致周期时间延长，而且材料成本很高。此外，部件经由宽浇口被填充，然后这些部件必须被铣掉。这需要附加的工作步骤。

图3示意性地示出了根据本发明的用于平视显示器的反射镜22。图3a)示出了侧视图，并且图3b)示出了俯视图。反射镜23具有基体本体220，该基体本体除了具有平面区域221之外还具有肋状件223。肋状件223布置在平面区域221的周边222处。在所示的示例中，肋状件223被设计成围绕平面区域221延伸，即，基体本体220被设计成类似平底锅或槽。然而，同样可能的是，基体本体220仅在其周边的一部分处具有肋状件223。例如，在矩形反射镜22中，可以仅在每个长边上形成肋状件223。这种肋状件223致使抗挠刚度增加，使得反射镜22对机械影响的敏感度降低很多。这样允许减小材料厚度，因此，也减少材料成本和所需的周期时间。优选地，平面区域221的厚度小于或等于3.5mm。肋状件223也可以被制成具有此厚度。

在基体本体220上，同样布置了反射镜层224。反射镜层可以通过施加到基体本体220的涂层来形成、或者通过已经置于基体本体220上的反射镜元件来形成。在图3中，反射镜层布置在基体本体220的背离肋状件223的一侧。然而，原则上，反射镜层也可以布置在基体本体220的面向肋状件223的一侧。在图3的实施例中，肋状件223相对于反射镜22的反射镜轴线225倾斜。反射镜轴线225是指反射镜层224上的、在反射镜层224中心的法线。这允许微观结构被引入到肋状件223中，这些微观结构会延伸到反射镜层224的下边缘。肋状件223可以相对于反射镜轴线225倾斜例如约15°。

图4展示了根据本发明的反射镜22的、借助于注塑压缩成型的生产。该图示出了注塑压缩成型工具的注嘴侧DS和脱模器侧AS的截面。使用压塑柱塞P将基体本体220成形。基体本体220的材料厚度可以通过压塑柱塞P的变化来调节。优选地，在基体本体220的生产中使用热流道膜状浇口。在图4中，膜状浇口227被指示在肋状件223侧旁。膜状浇口227与热流道技术的结合使用的优点是，在注塑成型或注塑压缩成型工序之后，不需要通过铣削来分离出基体本体220。这防止了切屑的形成并消除了应力裂纹的风险。总的来说，这种方法减少了生产中的浪费。如果反射镜层布置在基体本体的背离肋状件的一侧上，则压塑柱塞P的生产可以具有成本效益，因为其表面上不需要具备反射镜的精密度或抛光度。

图5示意性地示出了压塑柱塞P的用于补偿形状变化的预变形。示出了从肋状件223到平面区域221的过渡部的放大截面。由于此点处的材料量相对较大、以及冷却期间相关联的对应体积收缩，因此，此区域有可能会出现较小形状偏差。通过压塑柱塞P的几何形状的抵消适配，可以减少或完全防止这种形状偏差。压塑柱塞P所需的预变形可以例如通过模拟或测试来确定。

图6示意性地示出了引入到反射镜22的肋状件223中的减反射结构226。反射镜22的侧表面有可能会出现光反射。这可以通过减反射结构226来避免。例如，可以将微观结构作为减反射结构226引入到肋状件223中。为了使肋状件223相对于反射镜轴线足够大幅度地倾斜，可以借助于激光造型将微观结构引入到肋状件223中，该微观结构会延伸至反射镜层224的下边缘。替代性地，可以使用喷砂处理或类似技术将深度较小的微观结构引入到肋状件223中。在这种情况下，可以减小肋状件223相对于反射镜轴线的角度。