DE102010002956A1

DE102010002956A1 - Head-up display for vehicles, particularly for use as display area for displaying information by imaging unit of lucent surface in vehicle, has imaging lens that is arranged between imaging unit and display area

Info

Publication number: DE102010002956A1
Application number: DE201010002956
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Sascha Steinkogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-22

Abstract

The head-up display (1) has an imaging lens that is arranged between an imaging unit (3) and a display area. The imaging lens is formed to represent the virtual image of an image information in two different focus levels (7) in the display area. The focus levels are determined in different distances from an eye (18) of a viewer. The image information is derived from the imaging unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a head-up display for vehicles according to the preamble of claim 1.

Head-up Display für FahrzeugeHead-up display for vehicles

Stand der TechnikState of the art

Head-up-Displays sind Anzeigegeräte, mit denen an Fahrzeugen wie beispielsweise PKWs, Nutzfahrzeugen oder auch Schienenfahrzeugen Informationen in die Sicht durch ein Fahrzeugfenster eingeblendet werden können. Hierzu beleuchtet das Head-up Display, abgekürzt HUD, eine Fensterfläche mit dem Bild einer Information, so dass mit Hilfe des Fensters das abbildende Licht der Information in die Augen eines Betrachters, der durch das Fenster blickt, gespiegelt werden. Dies bietet insbesondere Fahrzeugführern den Vorteil, dass sie ihren Blick beim Betrachten einer angezeigten Information kaum von einer vor dem Fahrzeug sichtbaren Verkehrsituation abwenden müssen, wie dies demgegenüber bei Anzeigen an einer konventionellen Instrumententafel erforderlich ist.Head-up displays are indicators that can be used to display information in the view through a vehicle window on vehicles such as cars, commercial vehicles or rail vehicles. For this purpose, the head-up display, abbreviated HUD, illuminates a window surface with the image of an information, so that with the help of the window, the imaging light of the information in the eyes of a viewer who looks through the window, are mirrored. This offers vehicle drivers in particular the advantage that they hardly have to avert their gaze from viewing a traffic situation visible in front of the vehicle when viewing displayed information, as is required, for example, in the case of displays on a conventional instrument panel.

Einfachere HUDs zeigen Informationen mit vordefinierten graphischen Symbolen und alphanumerischen Zeichenfolgen an. Zudem sind kontaktanaloge HUDs, auch Augmented Reality HUDs (AR-HUD) genannt, bekannt. Diese AR-HUDs verwenden ein Sensorsystem, meist eine Kamera, mit der ein Bild des Sichtbereichs des Fahrers aufgenommen und nach Bildinhalten analysiert wird. Die Informationen über die Bildinhalte werden dann dazu genutzt, die bildliche Anzeige von Informationen optisch an die durch ein Fenster sichtbare Szene anzupassen. Bei dieser optischen Anpassung wird versucht zu erreichen, dass die Informationsanzeige möglichst keine störende Wirkung verursacht und gegebenenfalls der Bezug zwischen der Information und Bildinhalten des Sichtbereichs schnell erfasst werden kann. Beispielsweise kann der virtuelle Bildabstand einer Abstandsanzeige zu einem vorausfahrenden Fahrzeug dem realen Abstand des Fahrzeugs entsprechen oder zumindest recht nahe kommen.Simpler HUDs display information with predefined graphical symbols and alphanumeric strings. In addition, contact analogue HUDs, also known as Augmented Reality HUDs (AR-HUD), are known. These AR-HUDs use a sensor system, usually a camera, to take a picture of the driver's field of vision and analyze it for image content. The information about the image content is then used to optically adjust the visual display of information to the scene visible through a window. In the case of this optical adaptation, it is attempted to achieve that the information display as far as possible does not cause any disturbing effect and, if appropriate, the relationship between the information and image contents of the field of view can be detected quickly. For example, the virtual image distance of a distance display to a vehicle in front can correspond to the real distance of the vehicle or at least come very close.

Wenn sich die Augen des Betrachters für das Erkennen des vorausfahrenden Fahrzeugs akkommodiert haben, müssen sie sich daher zum Erkennen des vom AR-HUD angezeigten Abstands nicht oder kaum erneut akkommodieren. Auf diese Weise wirkt die Anzeige von AR-HUDs vorteilhaft der Ermüdung der Augen entgegen.Therefore, if the viewer's eyes have been accomodated to recognize the vehicle in front, they need not or hardly accommodate again to detect the distance indicated by the AR-HUD. In this way, the display of AR-HUDs counteracts the fatigue of the eyes advantageous.

Allerdings weisen HUD-Systeme, die komplexere und insbesondere verschiedenartige Informationen gut erkennbar anzeigen können, den Nachteil auf, dass sie aufwendig aufgebaut sind und entsprechend viel Einbauraum benötigen. Dadurch wird die Ausstattung kleinerer Fahrzeuge mit vielseitigeren Head-up Displays entweder verhindert oder ungünstig verteuert.However, HUD systems, which can display more complex and especially diverse information clearly recognizable, have the disadvantage that they are complex and require a corresponding amount of installation space. As a result, the equipment of smaller vehicles with more versatile head-up displays is either prevented or unfavorably expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Head-up-Display für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Vielzahl verschiedener Informationen angezeigt werden können und das eine vergleichsweise kompakte Bauweise ermöglicht.The object of the invention is to provide a head-up display for vehicles, in particular for motor vehicles, with which a large number of different information can be displayed and which enables a comparatively compact construction.

Diese Aufgabe wird durch ein Head-up-Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 2 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.This object is achieved by a head-up display with the features of claim 1 and 2. In the dependent claims advantageous and expedient developments of the invention are shown.

Die Erfindung geht von einem Head-up-Display für Fahrzeuge aus, das zur Anzeige von Informationen mittels einer Bildgebungseinheit eine durchsichtige Fläche im Fahrzeug in Blickrichtung eines Betrachters als Anzeigebereich verwendet, wobei zwischen der Bildgebungseinheit und dem Anzeigebereich eine Abbildungsoptik angeordnet ist. Zum Beispiel besitzt die Bildgebungseinheit ein einziges insbesondere flächenhaftes bilderzeugendes Element. Insbesondere kann eine Bildgebungseinheit mit einem bilderzeugenden Element zwei oder mehr verschiedene Bilder in derart rascher Folge erzeugen, dass ein Betrachter jedes der verschiedenen Bilder als ununterbrochen angezeigt wahrnimmt. Als durchsichtige Fläche kommen sowohl eine Fensterscheibe des Fahrzeugs als auch eine separate durchsichtige Scheibe, die zwischen einem Betrachter und einem Fahrzeugfenster angebracht ist, in Frage.The invention is based on a head-up display for vehicles, which uses a transparent surface in the vehicle in the direction of a viewer as a display area for displaying information by means of an imaging unit, wherein an imaging optics is arranged between the imaging unit and the display area. For example, the imaging unit has a single, in particular, planar imaging element. In particular, an imaging unit having an imaging element may generate two or more different images in such rapid succession that a viewer perceives each of the various images as being displayed continuously. As a transparent surface, both a window pane of the vehicle and a separate transparent pane, which is mounted between a viewer and a vehicle window, come into question.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Abbildungsoptik dazu ausgebildet ist, das virtuelle Bild einer von der Bildgebungseinheit stammenden Bildinformation in mindestens zwei verschiedenen Fokussierungsebenen, die sich in unterschiedlichem Abstand zu den Augen eines Betrachters befinden, im Anzeigebereich darstellen zu können. Damit kann eine Bildgebungseinheit eingespart werden, obgleich eine Abbildung in mehreren Fokussierungsebenen möglich ist.The essence of the invention is that the imaging optics are designed to be able to display the virtual image of image information originating from the imaging unit in at least two different focusing planes, which are located at different distances from the eyes of a viewer, in the display area. Thus, an imaging unit can be saved, although an image in multiple focus levels is possible.

Beispielsweise können in einem Sichtbereich, in dem nur weit entfernte Objekte zu sehen sind, Bildinformationen in einer Fokussierungsebene, die sich in einem größeren virtuellen Bildabstand, beispielsweise 100–1000 Meter, zu den Augen eines Betrachters befinden, angezeigt werden. Dagegen werden in einer Blickrichtung, in der durch ein Fahrzeugfenster beispielsweise nur Karosserieteile des Fahrzeugs wahrnehmbar sind, virtuelle Bilder von Informationen in einer Fokussierungsebene angezeigt, deren Abstand zu den Augen des Betrachters z. B. 1–2 Meter beträgt.For example, in a viewing area in which only far-off objects can be seen, image information in a focusing plane that is located at a larger virtual image distance, for example 100-1000 meters, to the eyes of a viewer can be displayed. By contrast, in a viewing direction in which only body parts of the vehicle can be perceived by a vehicle window, virtual images of information are displayed in a focusing plane, whose distance from the eyes of the observer z. B. 1-2 meters.

Dies bietet den Vorteil, dass das virtuelle Bild einer angezeigten Information in einer Fokussierungs- bzw. Bildebene dargestellt werden kann, deren Abstand von den Augen des Betrachters keine oder nur eine geringe Akkommodation der Augen benötigt.This offers the advantage that the virtual image of displayed information can be displayed in a focusing or image plane whose distance from the eyes of the observer requires little or no accommodation of the eyes.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Abbildungsoptik dazu ausgebildet ist, reale Bilder einer Bildgebungseinheit in mindestens zwei für einen Betrachter wahrnehmbar verschiedenen Darstellungsweisen im Anzeigenbereich als virtuelle Bilder darstellen zu können. Dies bedeutet, dass sich mindestens zwei Darstellungsweisen nicht allein im optischen Abbildungsparameter des Abstands der Fokussierungsebene unterscheiden können und weitere Abbildungseigenschaften wie beispielsweise die Sichtbarkeit aus verschiedenen Blickwinkeln die Darstellungsmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Head-up Displays vergrößern.Another essential aspect of the invention is that the imaging optics are designed to be able to display real images of an imaging unit in at least two perceptually different display modes in the display area as virtual images. This means that at least two ways of representation can not differ only in the optical imaging parameter of the distance of the focusing plane and further imaging properties such as, for example, the visibility from different angles increase the display possibilities of a head-up display according to the invention.

Beispielsweise kann eine Darstellungsweise vorwiegend dazu dienen, graphische Symbole und alphanumerische Zeichen darzustellen, wogegen beispielsweise eine zweite Darstellungsweise z. B. in Verbindung mit einem Bilderfassungssystem Fahrbahnbegrenzungen, weitere Verkehrsteilnehmer und bestimmte Beschilderungen hervorhebt. Ein weiteres Beispiel für eine solche Darstellungsweise stellt eine Abbildung mit holographischen Mitteln dar, mit der z. B. ein dreidimensionaler räumlicher Eindruck vermittelt werden kann. Derart verschiedene Darstellungsweisen, die unterschiedliche optische Abbildungen erfordern, bietet den Vorteil, dass ein Betrachter, beispielsweise ein Fahrer, anhand der zur Anzeige einer Information gewählten Darstellungsweise leichter erkennen und schneller entscheiden kann, ob und wie er auf die angezeigten Informationen reagieren muss. Auch dies lässt sich erfindungsgemäß mit nur einer einzigen Bildgebungseinheit bewerkstelligen.For example, a representation may serve primarily to represent graphical symbols and alphanumeric characters, whereas, for example, a second representation z. B. highlighted in conjunction with an image acquisition system roadway limitations, other road users and certain signage. Another example of such a representation is an image with holographic means, with the z. B. a three-dimensional spatial impression can be conveyed. Such different modes of presentation, which require different optical images, offers the advantage that a viewer, for example a driver, can more easily recognize, and more quickly decide, whether and how he has to react to the displayed information by means of the presentation method selected for displaying an information. Again, this can be accomplished according to the invention with only a single imaging unit.

Vorzugsweise ist die Abbildungsoptik dazu ausgebildet, eine erste Bildinformation in einer ersten Fokussierungsebene an einer ersten Position und insbesondere gleichzeitig eine zweite Bildinformation mit einer von der ersten Fokussierungsebene abweichenden zweiten Fokussierungsebene an einer von der ersten Position unterschiedlichen zweiten Position anzuzeigen. Insbesondere ist es bevorzugt mehr als zwei verschiedene Informationen an unterschiedlichen Positionen in verschiedenen unterstützten Darstellungsweisen anzuzeigen. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise, dass mehrere verschiedene Informationen gleichzeitig an verschiedenen Positionen dargestellt werden können. Zudem kann neben verschiedenen Fokussierungsebenen und anderen Abbildungsparametern der Darstellungsweise auch mit Hilfe der Positionierung von Informationsanzeigen z. B. ihre Bedeutung, ihr Bezug zu real sichtbaren Objekten oder ihre Dringlichkeit hervorgehoben werden.Preferably, the imaging optics is configured to display a first image information in a first focusing plane at a first position and in particular simultaneously a second image information with a second focusing plane deviating from the first focusing plane at a second position different from the first position. In particular, it is preferable to display more than two different pieces of information at different positions in different supported representations. This advantageously makes it possible to display several different pieces of information simultaneously at different positions. In addition, in addition to different focus levels and other imaging parameters of the representation also with the help of the positioning of information displays z. Their importance, their relation to real visible objects or their urgency can be emphasized.

In einer günstigen Ausführung der Erfindung weist die Abbildungsoptik ein steuerbares Linsensystem zur Einstellung verschiedener Fokussierungsebenen mit unterschiedlichem virtuellen Bildabstand auf. Dies bietet den Vorteil, dass verschiedene Fokussierungsebenen durch die steuerbare Positionierung von einer oder mehreren Linsen in einem Abschnitt eines abbildenden Strahlengangs platzsparend eingestellt werden können. Ebenso kann ein steuerbares Linsensystem vorteilhaft eine z. B. stufenlose Einstellung der Fokussierungsebene unterstützen.In a favorable embodiment of the invention, the imaging optics on a controllable lens system for setting different focus planes with different virtual image spacing. This offers the advantage that different focusing planes can be set to save space by the controllable positioning of one or more lenses in a section of an imaging beam path. Likewise, a controllable lens system advantageous z. B. stepless adjustment of the focus plane support.

Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abbildungsoptik mehrere insbesondere einstellbare optische Pfade aufweist, von denen mindestens zwei das Licht der Bildgebungseinheit in verschiedenen Fokussierungsebenen mit unterschiedlichem virtuellen Bildabstand abbilden. Dies bietet den Vorteil, dass die optischen Abbildungsparameter für verschiedene Darstellungsweisen und insbesondere für verschiedene Fokussierungsebenen in unterschiedlichen optischen Pfaden unabhängig voneinander eingestellt werden können.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the imaging optics has a plurality of, in particular, adjustable optical paths, at least two of which image the light of the imaging unit in different focusing planes with different virtual image distances. This offers the advantage that the optical imaging parameters can be adjusted independently of one another for different ways of representation and in particular for different focusing planes in different optical paths.

Ebenso ist es besonders bevorzugt, dass die Abbildungsoptik mindestens zwei Spiegel aufweist, die das Licht einer Bildinformation unmittelbar in den Anzeigebereich reflektieren können und die die Bildinformation in verschiedenen Fokussierungsebenen mit unterschiedlichem virtuellen Bildabstand abbilden. Dies bietet den Vorteil einer vergleichsweise einfachen optischen Pfaddifferenzierung.Likewise, it is particularly preferred that the imaging optics have at least two mirrors which can reflect the light of an image information directly into the display area and which image the image information in different focusing planes with different virtual image distance. This offers the advantage of a comparatively simple optical path differentiation.

Vorzugsweise ist ein Spiegel, der abbildendes Licht zur Anzeige in einer vorgegebenen Fokussierungsebene in den Anzeigebereich reflektiert, auswählbar. Hierbei bieten Spiegel den Vorteil, dass sie ihre Funktion häufig mit einer abbildenden Oberfläche vollständig erfüllen können und gegenüber Linsensystemen günstiger in verschiedenen Größen und Bauweisen hergestellt werden können. Zur Auswahl der Abbildung über verschiedene Spiegel kann entweder ein drehbarer Körper mit verschiedenen Spiegelflächen verwendet werden und/oder ein einfallender Strahl durch ein bewegliches bzw. umschaltbares optisches Element auf einen zur Abbildung vorgesehenen Spiegel gerichtet werden. Dies bietet die Möglichkeit und den Vorteil eines vergleichsweise einfachen und schnellen Aufbaus zur Umschaltung der Anzeige zwischen verschiedenen Fokussierungsebenen bzw. Darstellungsweisen.Preferably, a mirror which reflects imaging light for display in a predetermined focusing plane into the display area is selectable. Here, mirrors have the advantage that they can often fulfill their function completely with an imaging surface and compared to lens systems can be made cheaper in different sizes and designs. To select the image over different mirrors, either a rotatable body with different mirror surfaces can be used and / or an incident beam can be directed by a movable or switchable optical element onto a mirror provided for imaging. This offers the possibility and the advantage of a comparatively simple and fast construction for switching the display between different focus levels or modes of representation.

Eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass mehrere Spiegel, von denen jeder abbildendes Licht zur Anzeige in einer vorgegebenen Fokussierungsebene in den Anzeigebereich reflektieren kann, im Strahlengang hintereinander angeordnet sind. Dabei kann auf alle Spiegel von einer gemeinsamen Stelle aus abbildendes Licht auf die Spiegel eingestrahlt werden. Weil jeder der Spiegel zur Anzeige einer Information abbildendes Licht nach oben in Richtung des Anzeigebereichs umlenkt, können die Spiegel vergleichsweise nahe nacheinander angeordnet werden, ohne sich gegenseitig beim Abbilden von Informationen zu stören. Dies ermöglicht vorteilhaft eine platzsparende Bauweise trotz vielfältiger Darstellungsmöglichkeiten. A particularly preferred embodiment of the invention is that a plurality of mirrors, each of which can reflect imaging light for display in a predetermined focusing plane in the display area, are arranged one behind the other in the beam path. It can be irradiated to all mirrors from a common location of imaging light on the mirror. Because each of the mirrors deflects light for displaying information upward toward the display area, the mirrors can be arranged relatively close to each other without interfering with each other in imaging information. This advantageously allows a space-saving design despite a variety of display options.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass ein Spiegel, der abbildendes Licht zur Anzeige in einer vorgegebenen Fokussierungsebene in den Anzeigebereich reflektieren kann, mit Hilfe elektronisch kontrollierbarer Transparenz wählbar ist. Insbesondere bei Spiegeln, die hintereinander angeordnet sind, ergibt sich aus einer derartigen Wählbarkeit die vorteilhafte Möglichkeit, den Spiegel, mit dem eine Bildinformation für eine vorgegebene Fokussierungsebene in Richtung der Anzeigefläche reflektiert wird, undurchsichtig und spiegelnd einzustellen, während die in Einstrahlrichtung vor ihm liegenden Spiegel transparent eingestellt werden können. Dabei ist eine elektronisch kontrollierbare Transparenz nur für solche Spiegel erforderlich, die im Strahlengang des abbildenden Lichts anderen optischen Elementen, die einem weiteren, für eine Anzeige wählbaren optischen Pfad gehören, vorangestellt sind.A preferred embodiment of the invention provides that a mirror, which can reflect imaging light for display in a predetermined focusing plane in the display area, is selectable by means of electronically controllable transparency. In particular, in the case of mirrors which are arranged one behind the other, such selectivity results in the advantageous possibility of setting the mirror, with which image information for a given focusing plane is reflected in the direction of the display surface opaque and specular, while the mirror lying in front of it in direction of irradiation can be set transparently. In this case, an electronically controllable transparency is required only for those mirrors that are in the beam path of the imaging light other optical elements that belong to another, selectable for a display optical path, are preceded.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass ein Spiegel, der abbildendes Licht zur Anzeige in einer vorgegebenen Fokussierungsebene in den Anzeigebereich reflektieren kann, durch die Polarisation des abbildenden Lichts wählbar ist. Ein solcher Spiegel, dessen Reflektions- und Transmissionseigenschaften von der Polarisation des einfallenden Lichts abhängig ist, bietet den Vorteil, dass er für seine optische Auswählbarkeit keine zusätzlichen, beispielsweise elektronischen Vorrichtungen bzw. Anschlüsse benötigt.A further preferred embodiment of the invention is achieved in that a mirror, which can reflect imaging light for display in a predetermined focusing plane in the display area, is selectable by the polarization of the imaging light. Such a mirror, whose reflection and transmission properties are dependent on the polarization of the incident light, offers the advantage that it does not require any additional, for example electronic devices or connections for its optical selectability.

Eine weitere günstige Ausführung der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Spiegel in der Weise einstellbar ist, dass einfallendes Licht mit einer vorgegebenen Polarisation in einer Einstellung des Spiegels durch ihn hindurchtritt und in einer anderen Einstellung vom Spiegel in den Anzeigebereich reflektiert wird. Insbesondere wenn zur Erzeugung einer Bildinformation eine Lichtquelle verwendet wird, die Licht mit einer definierten Polarisation aussendet, bietet ein Spiegel, dessen Polarisationsebene für ein reflektierendes Verhalten einstellbar ist, den Vorteil, dass seine Funktion der wählbaren Umlenkung des Lichts leicht an eine gegebene Polarisation des abbildenden Lichts angepasst werden kann.A further advantageous embodiment of the invention is that at least one mirror is adjustable in such a way that incident light with a predetermined polarization in an adjustment of the mirror passes through it and is reflected in another setting by the mirror in the display area. In particular, when a light source emitting light having a defined polarization is used to generate image information, a mirror whose plane of polarization is tunable for reflective behavior has the advantage that its function of selectively deflecting the light easily matches a given polarization of the imaging Light can be adjusted.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Spiegel als elektrochromatisches Element ausgebildet ist. Bei einem elektrochromatischen Element hängt die Transparenz kaum von der Polarisation des einfallenden Lichts ab. Daher bietet eine solche Ausführung, insbesondere in Verbindung mit einer unpolarisierten Lichtquelle, den Vorteil, dass keine Intensitätsanteile des abbildenden Lichts aufgrund ungünstiger Polarisation verloren gehen.A further preferred embodiment of the invention is that at least one mirror is formed as an electrochromatic element. In an electrochromic element, the transparency hardly depends on the polarization of the incident light. Therefore, such an embodiment, in particular in connection with an unpolarized light source, offers the advantage that no intensity components of the imaging light are lost due to unfavorable polarization.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Abbildungsoptik mindestens eine elektronisch kontrollierbaren Polarisator aufweist, mit dem ein Spiegel zur Abbildung einer vorgegebenen Fokussierungsebene mittels der Polarisation des abbildenden Lichts ausgewählt werden kann. Mit einem solchen elektronisch kontrollierbaren Polarisator kann das abbildende Licht vorteilhaft in einen definierten Polarisationszustand gebracht werden, bevor es auf einen polarisationsempfindlichen Spiegel zur Umlenkung in den Anzeigebereich oder zur Transmission zum darauffolgenden Spiegel trifft.Furthermore, it is preferred that the imaging optics have at least one electronically controllable polarizer with which a mirror for imaging a given focusing plane can be selected by means of the polarization of the imaging light. With such an electronically controllable polarizer, the imaging light can advantageously be brought into a defined polarization state before it encounters a polarization-sensitive mirror for deflection into the display area or for transmission to the subsequent mirror.

Anhand der folgenden Zeichnung werden drei Ausführungen der Erfindung beschrieben und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung angegeben.With reference to the following drawings, three embodiments of the invention are described and further features and advantages of the invention are given.

Es zeigen:Show it:

1 schematische Skizze eines erfindungsgemäßen Head-up Displays mit elektrochromatischem Spiegel; 1 schematic sketch of a head-up display with electrochromatic mirror according to the invention;

2 erfindungsgemäßes Head-up Display, bei dem verschiedene Darstellungsweisen über die Polarisation des Lichts ausgewählt werden. 2 Head-up display according to the invention, in which different ways of depicting the polarization of the light are selected.

In der 1 wird ein erfindungsgemäßes Head-up-Display 1 skizziert, das zwei hintereinander angeordnete Spiegel 4 und 5 aufweist. Zur Anzeige einer Information erzeugt das Head-up-Display 1 in der Bildgebungseinheit 3, beispielsweise durch eine nicht dargestellte Projektionsfläche oder ein Display, ein reales Bild zur Darstellung der Information. Durch weitere optische Elemente, die hier ebenfalls nicht dargestellt sind, wird ein abbildendes Strahlenbündel des Bildes zusätzlich aufbereitet und trifft zunächst auf den Spiegel 4. Dabei bildet der Spiegel 4 ein elektrochromatisches Element, das wahlweise transparent oder spiegelnd einstellbar ist.In the 1 becomes an inventive head-up display 1 sketched, the two mirrors arranged one behind the other 4 and 5 having. To display information, the head-up display generates 1 in the imaging unit 3 , For example, by a projection screen, not shown, or a display, a real image for displaying the information. By further optical elements, which are also not shown here, an imaging beam of the image is additionally processed and initially strikes the mirror 4 , The mirror forms 4 an electrochromic element, which is optionally transparent or specularly adjustable.

Bei einer spiegelnden Einstellung des Spiegels 4 wird das abbildende Licht gemäß eines Strahlengangs 8 zunächst auf eine Frontscheibe 2 gerichtet. An der Frontscheibe 2 bewirkt eine weitere Reflexion, dass das abbildende Licht des Strahlengangs 8 das Auge 18 eines Betrachters erreicht. Aufgrund der Reflektion an der Frontscheibe 2 nimmt der Betrachter ein virtuelles Bild der Information im Abstand der Fokussierebene 6, die auch als virtuelle Bildebene bezeichnet wird, wahr.At a specular setting of the mirror 4 becomes the imaging light according to a ray path 8th first on a windshield 2 directed. At the windscreen 2 causes another Reflection that the imaging light of the beam path 8th the eye 18 reached by a viewer. Due to the reflection on the windscreen 2 the viewer takes a virtual image of the information at the distance of the focusing plane 6 which is also referred to as a virtual image plane, true.

In einem zweiten einstellbaren Zustand ist der elektrochromatische Spiegel 4 lichtdurchlässig und das Licht für eine Abbildung der Information kann einem Strahlengang 9 folgen. Durch den Spiegel 5 wird ein abbildendes Lichtbündel zur Frontscheibe 2 reflektiert, um von dort die Augen 18 eines Betrachters zu erreichen. Dadurch wird für den Betrachter nun in einer virtuellen Bildebene 6 ein virtuelles Bild der Information an einer Fokussierebene 7 in geringerem Abstand erkennbar.In a second adjustable state is the electrochromatic mirror 4 translucent and the light for a picture of the information can be a beam path 9 consequences. Through the mirror 5 becomes an imaging light beam to the windscreen 2 reflected, from there the eyes 18 to reach a viewer. As a result, the viewer is now in a virtual image plane 6 a virtual image of the information at a focal plane 7 recognizable at a short distance.

In der beispielhaften Ausführung der Erfindung kann die Bildgebungseinheit 3 in kurzer Folge, z. B. 50 Hz, abwechselnd zwei Bilder anzeigen. Dabei steuert die Bildgebungseinheit synchron den Spiegel 4 an, um durch dessen Transparenz bzw. Reflektion so einzustellen, dass die Information im vorgegebenen Anzeigebereich und mit der vorgegebenen Fokussierung erscheint. Somit stehen im Head-up Display zwei Anzeigekanäle zur Verfügung, deren Information ein Betrachter gleichzeitig wahrnehmen kann.In the exemplary embodiment of the invention, the imaging unit 3 in short order, z. B. 50 Hz, alternately show two images. The imaging unit controls the mirror synchronously 4 to adjust by its transparency or reflection so that the information appears in the predetermined display area and with the predetermined focus. Thus, two display channels are available in the head-up display, whose information a viewer can simultaneously perceive.

Der Strahlengang 8 entspricht dabei beispielhaft einer kontaktanalogen Anzeige, die Informationen zur Verkehrsituation, z. B. Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug, in die sichtbare Szene der vor dem Betrachter liegenden Fahrstrecke eingebettet anzeigt. Die Krümmung des Spiegels 4 ist dazu ausgelegt, dass die Anzeige in der virtuellen Bildebene 6 in einem Abstand von 5 bis ca. 50 Metern abhängig von der Höhe des Blickwinkels fokussiert erscheint. Gegenüber dieser Lösung kann eine verbesserte Ausführung eine Abbildungsoptik vorsehen, die Fokussierung der Anzeige über den Spiegel 4 an einen mittels Sensoren, z. B. einen Abstandsradar, ermittelten Abstand anzupassen.The beam path 8th corresponds to an example of a contact analog display, the information on the traffic situation, eg. B. distance to a vehicle in front, in the visible scene of the lying in front of the observer route indicates. The curvature of the mirror 4 is designed to display in the virtual image plane 6 focussed at a distance of 5 to about 50 meters depending on the height of the viewing angle appears. Compared to this solution, an improved design can provide imaging optics, focusing the display over the mirror 4 to a means of sensors, for. B. a distance radar, determined distance.

Im Anzeigekanal des Spiegels 5, hier beispielhaft anhand des Strahlengangs 9 dargestellt, bildet die Optik des Head-up Displays die Information in einer virtuellen Bildebene von ca. 2 Metern ab. Allerdings ist die Darstellung der Zeichen und Symbole, die in diesem Bereich angezeigt werden, so gewählt, dass sie schon bei einer unvollständigen Akkommodation während eines flüchtigen Blicks in den unteren Anzeigebereich erkannt werden kann.In the display channel of the mirror 5 , here by way of example with reference to the beam path 9 shown, the optics of the head-up displays the information in a virtual image plane of about 2 meters. However, the representation of the characters and symbols displayed in this area is chosen so that it can be recognized even with incomplete accommodation during a glance into the lower display area.

Ein weiteres Beispiel für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays 1 kann anhand der 2 beschrieben werden. In diesem Head-up-Display 1 wird eine Bildgebungseinheit 11 verwendet, deren abbildendes Licht von einem nicht näher dargestellten Laser erzeugt wird. Auch in 2 werden von der optischen Abbildungseinheit nur zwei Spiegel 12 und 13 dargestellt. Weil der Laser nur Licht mit einer bestimmten Polarisation abstrahlt, weist die Abbildungsoptik einen nicht näher dargestellten, elektronisch steuerbaren Polarisator auf, der das Licht eines zweiten Bildes in eine zur Polarisation des Laserlichts senkrechten Polarisationsebene drehen kann.Another example of the execution of a head-up display according to the invention 1 can be based on the 2 to be discribed. In this head-up display 1 becomes an imaging unit 11 used, whose imaging light is generated by a laser, not shown. Also in 2 become only two mirrors of the optical imaging unit 12 and 13 shown. Because the laser emits only light with a certain polarization, the imaging optics on an electronically controllable polarizer, not shown, which can rotate the light of a second image in a direction perpendicular to the polarization of the laser light polarization plane.

Das Licht trifft zunächst auf einen Spiegel 12, wobei sich zwischen der Bildgebungseinheit 11 und dem Spiegel 12 weitere nicht dargestellte, optische Elemente befinden. Der Spiegel 12 ist so beschaffen, dass er vertikal polarisiertes Licht reflektiert, während horizontal polarisiertes Licht durch diesen Spiegel unvermindert hindurch tritt. Letzteres folgt einem Strahlengang 17 und wird von einem lichtundurchlässigen Spiegel 13 an eine andere Stelle einer Frontscheibe 2 reflektiert.The light first strikes a mirror 12 , being between the imaging unit 11 and the mirror 12 further, not shown, optical elements are located. The mirror 12 is designed to reflect vertically polarized light while horizontally polarized light passes undiminished through that mirror. The latter follows a ray path 17 and is covered by an opaque mirror 13 to another location of a windshield 2 reflected.

Ein Doppelpfeil 19 symbolisiert die vertikale, in der Papierebene liegende Polarisation des Lichts, das dem Strahlengang 16 folgt. Durch seine polarisationsabhängige Reflexionseigenschaft filtert der Spiegel 12 das Licht aus, mit dem Augen 18 eines Betrachters ein virtuelles Bild in einem nur wenig von einem Geradeausblick 10 abweichenden Blickwinkel in der weiter entfernten Bildebene 15 wahrnehmen können. Der Strahlengang 16 eignet sich zur Anzeige in Blickwinkel, die nahe zum Geradeausblick 10 ausgerichtet sind, und somit für eine Anzeige kontaktanaloger Informationen, die sich z. B. auf den Fahrweg und die Verkehrssituation beziehen können.A double arrow 19 symbolizes the vertical, lying in the paper plane polarization of the light, the beam path 16 follows. Due to its polarization-dependent reflection property, the mirror filters 12 the light off, with the eyes 18 a viewer a virtual picture in a little bit of a straight-ahead view 10 different viewing angles in the more distant image plane 15 can perceive. The beam path 16 is suitable for viewing in viewing angles, which are close to the straight-ahead view 10 are aligned, and thus for an indication of contact analog information that z. B. can refer to the infrastructure and the traffic situation.

Ein Symbol 20 im Strahlengang 17 deutet darauf hin, dass das Licht, das diesem Strahlengang folgt, horizontal polarisiert ist, so dass dessen Polarisationsebene senkrecht auf der Papierebene und parallel zur Strahlrichtung steht. Weil der Spiegel 12 für horizontal polarisiertes Licht lichtdurchlässig ist, kann dieses Licht über den Spiegel 13 in den Anzeigebereich der Frontscheibe 2 reflektiert werden, von wo er die Augen 18 erreicht. Die Anzeige erfolgt in einem stärker nach unten gerichteten Bereich wobei sich die Augen für eine scharfe Wahrnehmung an einen näheren virtuellen Bildabstand der Fokussierungsebene 14 akkommodieren müssen.A symbol 20 in the beam path 17 indicates that the light following this beam path is horizontally polarized so that its polarization plane is perpendicular to the paper plane and parallel to the beam direction. Because the mirror 12 For horizontally polarized light is translucent, this light can through the mirror 13 in the display area of the windscreen 2 be reflected from where he's eyes 18 reached. The display is in a more downwardly directed area with the eyes for a sharp perception to a closer virtual image distance of the focusing plane 14 have to accommodate.

Anhand der 2 kann zusätzlich eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays beschrieben werden, bei dem für die Anzeige von Informationen Licht mit einer einzigen Polarisation verwendet wird. Auch in dieser Ausführung werden zwei Spiegel 12 und 13 verwendet, so dass zwei zumindest abschnittsweise verschiedene Strahlengänge zur Anzeige unterschiedlicher Informationen zur Verfügung stehen. Allerdings weist das abbildende Licht in beiden Strahlengängen 16 und 17 die gleiche Polarisation, hier vertikal gemäß einem Pfeilsymbol 19, auf. Das Symbol 20, das eine horizontale Polarisation kennzeichnet, darf in diesem Fall nicht beachtet werden.Based on 2 In addition, a third embodiment of a head-up display according to the invention can be described in which light with a single polarization is used for the display of information. Also in this version are two mirrors 12 and 13 used so that two at least partially different beam paths for displaying different information are available. However, the imaging light points in both beam paths 16 and 17 the same polarization, here vertically according to an arrow symbol 19 , on. The symbol 20 , which indicates a horizontal polarization, must not be considered in this case.

Bei einer solchen Ausführung ist der Spiegel 12 so ausgebildet, dass die Polarisationsrichtung, bei der der Spiegel einfallendes Licht reflektiert, um eine Einstrahlrichtung drehbar eingestellt werden kann, wobei sich die Polarisationsrichtung, in der der Spiegel lichtdurchlässig ist, entsprechend mitverändert. Die Bildgebungseinheit 11 sendet das Licht zur Abbildung verschiedener Informationen abwechselnd nacheinander aus und bestimmt durch synchrone elektronische Ansteuerung des Spiegels 12, ob eine Information entweder über den Strahlengang 16 durch Reflexion am Spiegel 12 oder über den Strahlengang 17 durch Reflexion am Spiegel 13 an den jeweiligen Anzeigebereich der Windschutzscheibe 2 umgelenkt wird.In such an embodiment, the mirror 12 is formed such that the direction of polarization at which the mirror reflects incident light can be adjusted rotatably about an irradiation direction, wherein the direction of polarization in which the mirror is translucent also changes correspondingly. The imaging unit 11 sends out the light for imaging various information alternately successively and determined by synchronous electronic control of the mirror 12 whether information is available through the beam path 16 by reflection at the mirror 12 or over the beam path 17 by reflection at the mirror 13 to the respective display area of the windshield 2 is diverted.

Claims

Head-Up Display ( 1 ) for vehicles used to display information by means of an imaging unit ( 3 . 11 ) a transparent surface ( 2 ) is used in the vehicle in the direction of a viewer as a display area, wherein between the imaging unit ( 3 . 11 ) and the display area an imaging optics is arranged, characterized in that the imaging optics is adapted to the virtual image of one of the imaging unit ( 3 . 11 ) in at least two different focus levels ( 6 . 7 . 14 . 15 ), which are at different distances from the eyes ( 18 ) of an observer can be displayed in the display area.

Head-Up Display ( 1 ) according to the preamble of claim 1, in particular according to claim 1, characterized in that the imaging optics is adapted to real images of an imaging unit ( 3 . 11 ) in at least two for a viewer perceptible different representations in the display area as virtual images to be able to represent.

Head-Up Display ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the imaging optics is adapted to a first image information with a first focusing plane ( 6 . 15 ) at a first position and at least one second image information having a second focusing plane deviating from the first focusing plane (US Pat. 7 . 14 ) at a second position different from the first position.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging optics, a controllable lens system for setting different focal planes ( 6 . 7 . 14 . 15 ) with different virtual image spacing.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging optics have a plurality of optical paths ( 8th . 9 . 16 . 17 ) having the light of the imaging unit in different focussing planes ( 6 . 7 . 14 . 15 ) with different virtual image distance.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging optics at least two mirrors ( 4 . 5 . 12 . 13 ), which can reflect the light of an image information directly into the display area and the image information in different focussing levels ( 6 . 7 . 14 . 15 ) with different virtual image distance.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a mirror ( 4 . 5 . 12 . 13 ), the imaging light for display in a designated focusing plane ( 6 . 7 . 14 . 15 ) is reflected in the display area, is selectable.

Head-Up Display ( 1 ) according to claim 7, characterized in that a plurality of mirrors ( 4 . 5 . 12 . 13 ), each of which depicting imaging light for display at a given focusing plane ( 6 . 7 . 14 . 15 ) in the display area, in the beam path ( 9 . 17 ) are arranged one behind the other.

Head-Up Display ( 1 ) according to claim 8, characterized in that a mirror ( 4 . 5 . 12 . 13 ), the imaging light for display in a predetermined focusing plane ( 6 . 7 . 14 . 15 ) into the display area, with the help of electronically controllable transparency of the mirrors ( 4 . 12 ) is selectable.

Head-Up Display ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that a mirror ( 4 . 5 . 12 . 13 ), the imaging light for display in a predetermined focusing plane ( 6 . 7 . 14 . 15 ) can reflect into the display area with the aid of polarization ( 19 . 20 ) of the imaging light is selectable.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least one mirror ( 12 ) is adjustable in such a way that incident light with a predetermined polarization in an adjustment of the mirror passes through it and is reflected in another setting by the mirror in the display area.

Head-Up Display ( 1 ) according to one of claims 8 to 11, characterized in that at least one mirror ( 4 ) is formed as an electrochromatic element.

Head-Up Display ( 1 ) according to any one of claims 6 to 12, characterized in that the imaging optics comprises at least one electronically controllable polarizer with which a mirror ( 4 . 5 . 12 . 13 ) for imaging in a given focusing plane ( 6 . 7 . 14 . 15 ) by means of polarization ( 19 . 20 ) of the imaging light can be selected.