DE102005001973A1

DE102005001973A1 - Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen

Info

Publication number: DE102005001973A1
Application number: DE102005001973A
Authority: DE
Inventors: Stephan Oertelt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-01-15
Filing date: 2005-01-15
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit, im Wesentlichen bestehend aus einer Bildgebungseinheit zur Darstellung von Stereobildern und einer nachgelagerten Bildtrennungseinheit zur Trennung der Stereobilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, und mit einem in einem Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiner als eine Darstellungsfläche für die durch die autostereoskopische Strahllenkungs-Einheit erzeugten pseudo-dreidimensionalen virtuellen Bilder. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Bildgebungseinheit und die Bildtrennungseinheit der autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit als transparente Bauteile des im Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiners ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit, im Wesentlichen bestehend aus einer Bildgebungseinheit zur Darstellung von Stereobildern und einer nachgelagerten Bildtrennungseinheit zur Trennung der Stereobilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, und mit einem in einem Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiner als eine Darstellungsfläche für die durch die autostereoskopische Strahllenkungs-Einheiterzeugten pseudo-dreidimensionalen virtuellen Bilder.

Anzeigesysteme die virtuelle Bilder erzeugen, werden in modernen Fortbewegungsmitteln, zunehmend auch in Kraftfahrzeugen, als Head-Up-Displays eingesetzt, um dem Fahrzeugführer Grafik- oder Textinformationen über Betriebszustände des Fahrzeugs oder von Infotainmentsystemen, beispielsweise eines Navigationssystems, zu präsentieren. Dazu werden die virtuellen Bilder in das Blickfeld des Fahrers eingeblendet, so dass der Fahrer die Hinweise erkennen/ablesen kann, ohne seinen Blick vom aktuellen Verkehrsgeschehen abwenden zu müssen. Dabei ist es von Vorteil, die Bilder in einem Abstand von der eigentlichen Darstellungsfläche, allgemein als Combiner bezeichnet, beispielsweise in Höhe der Motorhaube, außerhalb des Fahrzeugs erscheinen zu lassen. Dies kann durch die Erzeugung von Stereobildern realisiert werden, die dem Betrachter einen 3D-Effekt vermitteln, durch den das Bild außerhalb des Fahrzeugs zu schweben scheint. Der Fahrer muss dann zur Erkennung der Bilder die Tiefenschärfe seiner Augen, die zur Beobachtung des Verkehrsgeschehens üblicherweise auf „unendlich" gestellt ist, nicht zwischen Fern- und Nahsicht (auf eine näher gelegene Ebene, beispielsweise eine Anzeige im Armaturenbrett) umstellen, bzw. akkommodieren. Als eine Darstellungsfläche kann beispielsweise ein Teil der Windschutzscheibe dienen. Das Bild wird dann zwar direkt auf der Windschutzscheibe dargestellt, beispielsweise über einen Projektor auf die Windschutzscheibe projiziert, optisch aber weiter entfernt davon wahrgenommen.

Aus der DE 102 24 016 A1 ist eine derartige Anzeigevorrichtung bekannt, bei der dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges außerhalb des Fahrzeugs vor der Windschutzscheibe erscheinende virtuelle Bilder eingespielt werden. Die Bilddarstellung erfolgt mit einem Projektor, der in einem hinteren Bereich rückwärtig der Instrumententafel innerhalb eines Armaturenbrettes liegend angeordnet ist, und der das in einer Bildgebungseinheit jeweils aufmodulierte Bild über eine Optik auf die als Combiner fungierende Windschutzscheibe projiziert. Der innerhalb des Armaturenbrettes liegende Projektor weist eine optische Einrichtung mit einer autostereoskopischen Strahllenkung auf, über die eine mit einer Tiefe erscheinende virtuelle Darstellung visueller Informationen auf den Combiner lenkbar ist.

Stereoskopische und autostereoskopische Systeme erzeugen pseudo-dreidimensionale Bilder mittels alternierender (und leicht verschiedener) Darstellungen für jedes Auge. Bei der bekannten Anzeigevorrichtung beaufschlagt eine Lichtquelle, beispielweise eine LED-Matrix, die Bildgebungseinheit, die als ein Display, beispielsweise als Thin-Film-Transistor (TFT) – Display, ausgeführt ist. Das beleuchtete Display stellt über eine entsprechende Ansteuerung zwei spaltenförmig alternierende Bildinformationen für das rechte und das linke Auge dar. Eine sich anschließende Bildtrennungseinheit trennt die Bildinformationen optisch unter einem Spreizwinkel. Eine Linsenoptik, die der Bildtrennungseinheit nachgelagert ist, projiziert das Bild auf einen Bereich der teilspiegelnden schräg stehenden Windschutzscheibe. Die Augen erreichen entsprechend dem Spreizwinkel versetzte Stereobilder, die das menschliche Gehirn zu einem dreidimensionalen, d.h. eine Tiefe aufweisenden, Bild kombiniert. Der Betrachter sieht dann die virtuelle Anzeige in einigem Abstand hinter der eigentlichen Projektionsfläche (Windschutzscheibe).

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, dass sie relativ viel Bauraum innerhalb des Armaturenbrettes des Kraftfahrzeugs beansprucht und dort aufwendige und kostenintensive konstruktive Veränderungen gegenüber den herkömmlichen Fahrzeugen ohne eine derartige Projektoranordnung erfordert. Die Abbildungsoptik zur Projektion der Bilder auf die Windschutzscheibe ist relativ kostenaufwendig und muss zudem mit einem weiteren relativ hohen Kostenaufwand mit der Geometrie der jeweiligen Windschutzscheibe abgestimmt werden, um optische Fehler durch die Krümmung der Windschutzscheibe bei der Spiegelung der Projektion auszugleichen. Es ist auch stets eine relativ starke Lichtquelle mit einem entsprechend hohen Energieverbrauch erforderlich, um die Bilder auf die Windschutzscheibe zu projizieren. Zur Verhinderung störender Zwillingsspiegellungen, die bei der Spiegelung der Projektion an modernen Windschutzscheiben auftreten würden, da diese Windschutzscheiben in der Regel aus zwei Glasschichten mit einer Zwischenschicht aufgebaut sind die Doppelspiegelungen hervorrufen, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. Dazu ist es bekannt, die Zwischenschicht beispielsweise keilförmig auszubilden oder eine spezielle, die unerwünschten Doppelspiegelungen vermeidende Folie in die Windschutzscheibe einzulassen. Diese Maßnahmen erfordern somit einen zusätzlichen Kostenaufwand bei der Herstellung von Fahrzeugen, die mit der bekannte Anzeigevorrichtung ausgestattet werden sollen.

Weiterhin sind bereits in Serienfahrzeugen eingesetzte Head-Up-Displays bekannt, bei denen in einem Bereich hinter den Anzeigeinstrumenten innerhalb der Armaturentafel eine Bildgebungseinheit, beispielsweise ein TFT-Display, liegend angeordnet ist, die von einer starken Lichtquelle durchleuchtet wird. Die den Lichtstrahlen in der Bildgebungseinheit aufmodulierten Bildinformationen werden über mehrere Spiegel umgelenkt und auf die Windschutzscheibe projiziert. Die Spiegel, an denen die Lichtstrahlen zur Verlängerung des optischen Strahlweges mehrfach gefaltet werden, erzeugen den aus den erläuterten ergonomischen Gründen erwünschten 3D-Effekt. Die Länge des Strahlweges entscheidet, in welchem Wahrnehmungsabstand, d.h. in welcher Tiefen-, bzw. Akkommodationsebene der Fahrer die Anzeige wahrnimmt. Die Spiegel erfüllen zudem die Aufgabe, die durch die Krümmung der Windschutzscheibe bei der Projektion hervorgerufenen optischen Fehler zu korrigieren.

Diese bekannten Head-Up-Displays haben sich bereits im Serieneinsatz bewährt. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass sie einen relativ großen Bauraum im Armaturenbrett beanspruchen, ein hohes Gewicht haben und einen hohen mechanischen Fertigungsaufwand erfordern. Sie sind zudem relativ unflexibel, da die jeweilige Spiegel-Konstruktion nur eine Tiefen-/Akkommodationsebene, d.h. nur einen konstruktiv festgelegten Wahrnehmungsabstand, ermöglicht und eine Feinabstimmung mit der Geometrie der jeweiligen Windschutzscheibe notwendig ist. Eine Änderung der Akkommodationsebene und/oder eine Anpassung an eine neue Windschutzscheiben-Geometrie ist relativ aufwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen zu schaffen, die einen geringeren konstruktiven Aufwand für den Einbau erfordert, weniger Bauraum, insbesondere im Bereich eines Armaturenbrettes benötigt, die kostengünstiger und einfacher in der Herstellung ist, und die flexibler einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Bildgebungseinheit und die Bildtrennungseinheit der autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit als transparente Bauteile des im Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiners ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt die Anforderungen eines Head-Up-Displays, ohne dass umfangreiche Einbau- und Anpassungsarbeiten anfallen. Der bisherige Projektor mit einer Umlenkeinheit zur Projektion der Bildinformationen auf den herkömmlichen Combiner, der nur als eine Projektions-, bzw. Darstellungsfläche wirkt, wird durch den erfindungsgemäßen Combiner ersetzt, der die Funktionen der autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit und der Darstellungsfläche in sich vereint. Der erfindungsgemäße Combiner wird im Folgenden auch als Stereo-Combiner-Display bezeichnet. Unter den zur Anzeige bringbaren visuellen Informationen sollen alle Arten von Bildinformationen, wie Texte, Grafiken und sonstige Symbole, verstanden werden.

Durch die Kombination einer transparenten Bildgebungseinheit mit einer transparenten Bildtrennungseinheit wird eine autostereoskopische Anzeige direkt in einer Combiner-Fläche im Blickfeld eines Betrachters ermöglicht. Durch das Stereo-Combiner-Display wird die Sicht des Betrachters auf die hinter dem Display liegende Umgebung nicht oder höchstens unwesentlich beeinträchtigt. Es werden Bauraum und Gewicht eingespart und die Kosten der Vorrichtung erheblich reduziert. Eine aufwendige Projektionsoptik entfällt. Das Stereo-Combiner-Display kann als ein modulares Bauteil hergestellt werden, wodurch sich die Produktion vereinfacht und die Produktionskosten sinken. Die Anforderungen an individuelle Anpassungen an den jeweiligen Einbauort werden wesentlich verringert, wodurch nur geringe mechanische Fertigungsarbeiten anfallen und eine Produktion in hohen Stückzahlen ermöglicht wird, die die Produktionskosten weiter verringert.

Das Stereo-Combiner-Display kann, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, als eine ebene mehrschichtige Scheibe ausgebildet sein, die zwischen der Windschutzscheibe und dem Lenkrad in Sichthöhe des Fahrers eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Bei Bedarf werden visuelle Informationen in das Blickfeld des Betrachters eingeblendet, die durch den Pseudo-3D-Effekt der autostereoskopischen Strahllenkung als virtuelle Bilder beabstandet hinter der Scheibe erscheinen. Die jeweils nicht zur Anzeige dienenden Bereiche bleiben klar und durchsichtig. Werden keine virtuellen Bilder angezeigt, wirkt das gesamte Stereo-Combiner-Display als eine transparente Scheibe. Durch die ebene Combiner-Scheibe können aufwendige Anpassungen an eine spezielle Windschutzscheibengeometrie entfallen, wodurch weitere Kosten gespart werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, den ertindungsgemäßen Combiner direkt an der Windschutzscheibe anzubringen oder sogar als Bestandteil in eine Windschutzscheibe zu integrieren.

Die Bildgebungseinheit kann, wie bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, als ein Aktiv-Display ausgebildet sein, dessen jeweils nicht aktivierte Bereiche transparent erscheinen und dessen jeweils aktivierte Bereiche die visuellen Informationen darstellen.

Die Technologie transparenter Aktiv-Displays, insbesondere in der LCD- oder TFT – Bauweise ist an sich, beispielsweise aus der DE 102 18 301 B4 und der DE 31 20 601 A1 , bekannt: Zwischen zwei Polarisationsfiltern befindet sich eine Flüssigkristallschicht, die die Schwingungsebene der einfallenden polarisierten Lichtwellen dreht. Durch ortsaufgelöstes Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallelemente in bestimmten Flächenbereichen, beispielsweise mittels Thin-Film-Transistoren, kann diese Drehung der Schwingungsebene des Lichtes in diesen Bereichen zwischen –90° und +90° eingestellt werden. Bei einem transparenten Display wird die Schwingungsebene in der Flüssigkristallschicht und in den Polarisationsfiltern so gedreht, dass auftreffendes Hintergrundlicht die nicht aktivierten Flüssigkristall-Bereiche nahezu ungehindert passieren kann, während die aktivierten Zellen den Transmissionsgrad, bzw. Reflexionsgrad des auftreffenden Lichtes der Umgebung oder einer Lichtquelle ändern. Diese Differenzierung kann dann gezielt zur Darstellung von Bildinformationen genutzt werden. Derartige Displays sind bereits am Markt erhältlich und werden bzgl. der Programmierbarkeit und Farbendarstellung ständig weiterentwickelt.

Der Bildgebungseinheit können die Bildinformationen für das rechte und das linke Auge mit einer geeigneten Ansteuerung, beispielsweise streifenförmig alternierend, aufmoduliert werden. Diese Stereobilder werden dann in der nachfolgenden Bildtrennungseinheit separiert und weitergelenkt. Als Bildtrennungseinheiten kommen, wie bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, Schichten mit einer Anordnung von Bildtrennungselementen aus transparenten Prismen- oder Linsenelementen in Frage. Insbesondere sind streifenförmige Prismen-Anordnungen als Bildtrennungselemente geeignet, die die in der Bildgebungseinheit entsprechend generierten streifenförmigen Stereobilder alternierend mit einem bestimmten Spreizwinkel, der auf einen vorgegebenen mittleren Augenabstand und eine vorgegebene mittlere Blickposition eines Betrachters abgestimmt ist, trennen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die geometrischen Daten der Bildtrennungselemente Elemente auf einen Benutzer individuell abgestimmt werden, um diesem Benutzer einen optimalen Bildeindruck zu vermitteln.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bildtrennungseinheit wenigstens horizontal verschiebbar und ist eine Augen-Nachführeinrichtung vorgesehen, mit der durch gezieltes Verschieben der Bildtrennungseinheit, Bildverzerrungen aufgrund von veränderlichen Sichtpositionen des Betrachters auf das Stereo-Combiner-Display, kompensierbar sind.

Bei stereoskopischen Projektionssystemen hängt der Bildeindruck von der Sicht-, bzw. Blickposition des Betrachters ab. Die optischen Bauteile zur Strahllenkung sind auf Blickpositionen innerhalb einer sogenannten Eye-Box ausgerichtet. Bei Blickpositionen außerhalb der Eye-Box, etwa bei größeren Kopfbewegungen, können sogenannte Bildübersprechungen auftreten, da die Augen dann jeweils sowohl Bildanteile des rechten als auch des linken Stereobildes wahrnehmen. Diese Bildverzerrungen können den Anwendungskomfort des Head-Up-Displays ungünstig beeinträchtigen.

Durch die Augen-Nachführeinrichtung, auch als Head-Tracking-Sensorik bezeichnet, wird diese Komfortbeeinträchtigung behoben. Es entsteht ein wesentlich größerer Kopfbewegungsfreiraum ohne Bildverzerrungen. Derartige Nachführeinrichtungen sind an sich, beispielsweise aus der DE 199 06 706 A1 und der DE 102 46 941 A1 bekannt. Die Nachführeinrichtung kann beispielsweise mit Kamera-Sensoren zur ständigen Messung der Augenposition des Fahrers, und mit einem Schrittmotor zum horizontalen Verschieben der Bildtrennungseinheit, die, mit Hilfe einer Steuereinheit, entsprechend einer Veränderung der Augenposition nachführbar ist, realisiert werden. Erfindungsgemäß kann eine derartige Augen-Nachführeinrichtung dem Stereo-Combiner-Display zugeordnet werden, wobei die transparente Bildtrennungseinheit horizontal verschiebbar gelagert ist und bei Kopfbewegungen des Betrachters entsprechend nachgeführt wird. Der Fahrer eines Kraftfahrzeuges sieht dann auch bei größeren Kopfbewegungen, die beispielsweise vorkommen, wenn er das vor im liegende Verkehrsgeschehen durch die Windschutzscheibe, bzw. das Display beobachtet und gleichzeitig das Stereo-Combiner-Display aktiv ist, stets eine verzerrungsfreie Darstellung der ihm eingeblendeten visuellen Innformationen (Bildinformationen).

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Stereo-Combiner-Display zur Beleuchtung der Bildgebungseinheit eine, für den Betrachter des Displays verdeckt angeordnete, Lichtquelle zugeordnet.

Grundsätzlich reicht die natürliche und/oder eine vorhandene Umgebungsbeleuchtung zur Darstellung von Bildinformationen mit dem Stereo-Combiner-Display aus. Durch eine angeordnete spezielle Lichtquelle, beispielsweise eine LED-Einheit, kann eine vom vorhandenen Umgebungslicht unabhängige Anzeige realisiert werden. Insbesondere kann eine kontrastreichere Darstellung der Bildinformationen ermöglicht werden. Diese Lichtquelle kann beispielsweise an einer verdeckten Stelle des Armaturenbrettes, unmittelbar benachbart zu der Bildgebungseinheit, bzw. dem Display angeordnet sein, so dass sie für den Betrachter nicht störend wirkt, und gleichzeitig eine homogene Ausleuchtung des Displays ermöglicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind über eine geeignete Ansteuerung der Bildgebungseinheit Stereobilder mit einer variierbaren Tiefenwirkung erzeugbar, über die die visuellen Informationen dem Betrachter in unterschiedlichen wählbaren Wahrnehmungsabständen präsentierbar sind.

Es ist denkbar, dass durch eine geeignete Ansteuerung der Bildgebungseinheit die Stereobilder derart variierbar sind, dass unterschiedliche Bildtiefen erzeugt werden können. In Wirkverbindung mit der Bildtrennungseinheit sind dann die Bildinformationen in wählbaren verschiedenen Abständen, d.h. in verschiedenen Akkommodationsebenen aus Sicht des Betrachters darstellbar. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten des Stereo-Combiner-Displays noch flexibler und der Anwendungskomfort noch weiter erhöht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung eines Stereo-Combiner-Displays in einer Draufsicht im Schnitt,
2: einen Abschnitt eines Armaturenbrettes mit dem Stereo-Combiner-Display in einem Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Vorderansicht und
3: das Stereo-Combiner-Display von 2 in einer perspektivischen Ansicht.
Eine Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen besteht im Wesentlichen aus einem Stereo-Combiner-Display 10 mit einer Bildgebungseinheit 12 und einer Bildtrennungseinheit 14 zur autostereoskopischen Bilderzeugung.
Das Stereo-Combiner-Display 10 ist vorteilhaft als eine ebene Combiner-Scheibe ausgebildet, die auf einem Armaturenbrett 24 (2 u. 3) zwischen einem (nicht dargestellten) Lenkrad und einer Windschutzscheibe 22 oberhalb der herkömmlichen Anzeigeinstrumente im Blickfeld eines Fahrers (in 1 angedeutet durch ein Augenpaar 16, 18) eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
Die Scheibe 10 weist die Bildgebungseinheit 12 und die Bildtrennungseinheit 14 auf. Die Bildgebungseinheit 12 ist als ein transparentes Aktiv-Display in an sich bekannter TFT-Bauweise mit aktivierbaren Flüssigkristallen (Zellen) ausgebildet. Die Flüssigkristalle rotieren die Schwingungsebene des über einen (nicht dargestellten) vorgeschalteten, vorzugsweise folienförmigen, Polarisationsfilter einfallenden polarisierten Lichtes. Die, durch die über eine Spannung jeweils angesteuerten Thin-Film-Transistoren, erzeugten elektrischen Felder, bewirken eine Strukturänderung der entsprechend beaufschlagten Kristalle. Diese Strukturänderung ändert die Drehung der Schwingungsebene des einfallenden Lichtes, wodurch sich die Transmissions-/Reflexionseigenschaft des Displays 12 in den angesteuerten Bereichen ändert. Auf diese Weise modulieren die aktivierten Kristalle über eine (nicht dargestellte) Bildansteuerung die einfallenden Lichtwellen und stellen die eingespeisten Bildinformationen dar. Dabei entspricht bei einer einfachen Hell/Dunkel-, d.h. Schwarz/Weiß-Darstellung in der Regel ein Bildpixel 38 einem Transistor. Bei einer Farbdarstellung mit zusätzlichen (nicht dargestellten) Farbfiltern ist ein Pixel 38 in drei Subpixel für die Farben Rot, Grün und Blau (in 1 durch drei Kästchen je Pixel 38 angedeutet) unterteilt und entsprechend sind jeweils drei Transistoren für ein Pixel vorgesehen. Die jeweils nicht aktivierten Bereiche erscheinen transparent und geben die Sicht auf den Hintergrund außerhalb des Fahrzeuges frei.
Um eine autostereoskopische Bilddarstellung zu erzeugen, ist dem transparenten Display 12 aus Sicht des Betrachters die Bildtrennungseinheit 14 vorgelagert. Die Bildtrennungseinheit 14 ist vorteilhaft aus (nicht dargestellten) prismenförmigen Bildtrennungselementen, die auf einem transparenten Träger angeordnet sind, aufgebaut. Die Prismen unterteilen die Bildtrennungseinheit 14 in periodische vertikale Spalten, wobei die Spaltbreite jeweils eine Pixelbreite umfasst. Der Bildgebungseinheit 12 wird spaltenförmig alternierend jeweils ein Stereobild für das linke und das rechte Auge aufmoduliert. In der Bildtrennungseinheit 14 trennen dann die Flanken der streifenförmigen Prismenelemente die Bildinhalte für das linke Auge 16 (nicht schraffiert) und das rechte Auge 18 (schraffiert) des Betrachters. Der Spreizwinkel 26 dieser räumlichen Trennung der Stereobilder wird dabei durch die Geometrie der Prismenelemente bestimmt. Durch die (unbewusste) Kombination der Stereobilder entsteht für den Betrachter ein pseudo-dreidimensionaler Bildeindruck. Der Betrachter nimmt das auf der Combiner-Scheibe 10 erzeugte Bild in einer Entfernung hinter der Scheibe 10, d.h. außerhalb des Fahrzeugs wahr. Der Tiefeneindruck, d.h. der Wahrnehmungsabstand des virtuellen Bildes, ist durch die Gestaltung der Stereobilder variierbar. Beispielhaft ist in den 2 u. 3 als eine virtuelle Bildinformation ein Pfeil-Symbol 28 für eine Streckenführung eines Navigationssystems angedeutet.
Da durch die Geometrie der Spreizwinkel 26 und damit die Strahlführung der Stereobilder festgelegt ist, kann der Betrachter bei größeren seitlichen Kopfbewegungen in einen Bereich kommen, in dem die Augen 16, 18 jeweils linke und rechte Stereobildanteile wahrnehmen. Dies führt zu einem Übersprechen in Form von Bildverzerrungen. Zur Kompensation derartiger Bildverzerrungen ist vorteilhaft eine Augen-Nachführeinrichtung 30 (Head-Tracking-Sensorik) vorgesehen. Die Nachführeinrichtung 30 weist zwei Kamera-Sensoren 32 und 34 auf, die die Augenposition fortlaufend detektieren. Die Bildtrennungseinheit 14 ist horizontal beweglich gelagert und über einen nicht dargestellten Schrittmotor verschiebbar. Die Nachführeinrichtung 30 und der Schrittmotor sind mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden. Verlassen die Augen 16, 18 einen vorgegeben Blickbereich, die sogenannte Eye-Box, wird der Schrittmotor angesteuert und die Bildtrennungseinheit 14 horizontal nachgeführt. Dadurch wird ein größerer Bewegungsspielraum für verzerrungsfreies Sehen der virtuellen Bilder in einem Bewegungswinkel 36 (beispielsweise ±25°) bereitgestellt.

10: Combiner/Stereo-Combiner-Display
12: Bildgebungseinheit
14: Bildtrennungseinheit
16: Auge
18: Auge
22: Windschutzscheibe
24: Armaturenbrett
26: Spreizwinkel
28: Pfeil-Symbol
30: Augen-Nachführeinrichtung
32: Kamera-Sensor
34: Kamera-Sensor
36: Bewegungswinkel
38: Pixel

Claims

Vorrichtung zur Anzeige visueller Informationen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit, im Wesentlichen bestehend aus einer Bildgebungseinheit zur Darstellung von Stereobildern und einer nachgelagerten Bildtrennungseinheit zur Trennung der Stereobilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, und mit einem in einem Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiner als eine Darstellungsfläche für die durch die autostereoskopische Strahllenkungs-Einheit erzeugten pseudo-dreidimensionalen virtuellen Bilder, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungseinheit (12) und die Bildtrennungseinheit (14) der autostereoskopischen Strahllenkungs-Einheit als transparente Bauteile des im Blickfeld des Betrachters angeordneten Combiners (10) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungseinheit (12) als ein Aktiv-Display ausgebildet ist, dessen jeweils nicht aktivierte Bereiche transparent erscheinen und dessen jeweils aktivierte Bereiche die visuellen Informationen darstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebungseinheit (12) als ein Thin-Film-Transistor-Display ausgebildet ist, dessen Flüssigkristallelemente durch Anlegen einer Spannung aktivierbar sind, und das ansonsten transparent ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungseinheit (14) prismenförmige Bildtrennungselemente aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungseinheit (14) linsenförmige Bildtrennungselemente aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Combiner (10) zwischen einem Lenkrad und einer Windschutzscheibe (22) in Sichthöhe eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Combiner (10) als eine ebene mehrschichtige Scheibe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrennungseinheit (14) wenigstens horizontal verschiebbar gelagert ist, und dass eine Augen-Nachführeinrichtung (30) vorgesehen ist, mit der durch gezieltes Verschieben der Bildtrennungseinheit (14), Bildverzerrungen aufgrund von veränderlichen Sichtpositionen des Betrachters auf den Combiner (10), kompensierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Combiner (10) zur Beleuchtung der Bildgebungseinheit (12) eine, für den Betrachter verdeckt angeordnete, Lichtquelle zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine geeignete Ansteuerung der Bildgebungseinheit (12) Stereobilder mit einer variierbaren Tiefenwirkung erzeugbar sind, über die die visuellen Informationen dem Betrachter in unterschiedlichen wählbaren Wahrnehmungsabständen präsentierbar sind.