DE102005020233A1

DE102005020233A1 - Head-Up-Display

Info

Publication number: DE102005020233A1
Application number: DE200510020233
Authority: DE
Inventors: Arne Dr. Tröllsch
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-Up-Display, bestehend aus einer Einrichtung zur Bilderzeugung (LCD-Display 7), einer Abbildungsoptik (Spiegel 8 und 9) und einer Windschutzscheibe (1), welche Strahlenbündel eines Bildes in Richtung eines Fahrers lenkt. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Windschutzscheibe (1) und der Einrichtung zur Bilderzeugung (LCD-Display 7) ein Linear-Polarisator (14) angeordnet ist, desses Polarisationsrichtung so eingestellt ist, daß die Lichtabsorption nur für Licht minimiert wird, dessen E-Vektor relativ zur Spiegelung an der Windschutzscheibe (1) s-polarisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-Up-Display, bestehend aus Einrichtung zur Bilderzeugung, einer Abbildungsoptik und einer Windschutzscheibe, welche Strahlenbündel eines Bildes in Richtung eines Fahrers lenkt.

Head-Up-Displays (HUDs) werden seit einigen Jahren als Zubehör einzelner Fahrzeugmodelle angeboten. Bei einem HUD wird ein virtuelles Bild des darzustellenden Objektes erzeugt, welches in die Windschutzscheibe des Fahrzeuges eingespiegelt wird und dem Fahrer in einigen Metern vor dem Fahrzeug auf der Fahrbahn zu liegen scheint. Ein großes Problem bei HUDs im Automobil ist die Sonneneinstrahlung in das Gerät. Da das HUD ein Bild, das im Inneren durch einen geeigneten Bildgeber erzeugt wird, vergrößert darstellt, bedeutet das gleichzeitig eine Fokussierung des Sonnenlichtes in das Innere des HUDs, was zum einen zur Zerstörung der Komponenten und zum anderen zu störenden Reflexen im virtuellen Bild führen kann. Eine Möglichkeit, zumindest das IR-Licht der Sonne vom Bildgeber fernzuhalten, ist die Verwendung eines relativ kostenintensiven Kaltlichtspiegels im optischen Strahlengang innerhalb der HUDs. Das sichtbare Sonnenlicht tritt aber ungeschwächt in das System ein.

In der DE 101 39 057 A1 wird eine Fahrzeug-Anzeigevorrichtung beschrieben, die Polarisationsfilter verwendet, um extern einfallendes Licht von dem Bildgeber fern zu halten. Sie verwendet eine Kombination von Polarisationsplatten und einem Prisma oder eine Kombination von Polarisationsplatten und einer Selfoc-Linse. Die Anordnungen verwenden nicht die Windschutzscheibe als Reflektor, sondern eine weitere Polarisationsplatte. Die Anordnung verwendet eine Vielzahl von Bauelementen. Diese haben ein hohes Gewicht und benötigen einen großen Bauraum.

Die Erfindung soll das Problem lösen, externes Licht vom Bildgeber fernzuhalten ohne daß zusätzliche Volumen- und Massereiche optische Bauelemente eingesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß zwischen der Windschutzscheibe und der Einrichtung zur Bilderzeugung ein Linear-Polarisator angeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung so eingestellt, daß die Lichtabsorption nur für Licht minimiert wird, dessen E-Vektor relativ zur Spieglung an der Windschutzscheibe s-polarisiert ist.

Die Unteransprüche 2 und 3 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruches 1.

Vorzugsweise ist der Linear-Polarisator an der Abdeckscheibe realisiert. Somit ist gewährleistet, daß das störende Sonnenlicht schon vor der Abbildungsoptik reduziert wird.

Das Head-Up-Display besteht aus einem polarisierendem Bildgeber (LCD, LCOS, Laser) zur Erzeugung des darzustellenden Bildes, zwei oder mehr Spiegeln (oder Linsen) zur Erzeugung der geforderten Bildeigenschaften, einer Abdeckscheibe, die das Licht durch die Hutze transmittiert und einer Windschutzscheibe. Diese Anordnung dient zur Erzeugung eines virtuellen Bildes vor der Windschutzscheibe, welches der Fahrer sehen kann, solange sich zumindest eines seiner Augen in der sog. Eyebox (der Austrittspupille des Systems) befindet.

Das gesamte optische System ist so ausgelegt, daß das Nutzlicht vom Bildgeber verlustarm in die Eyebox gelenkt wird. Damit wird aber ebenfalls das unter bestimmten Winkeln einfallende Sonnenlicht verlustarm von außen nach innen geleitet. Da das optische System vergrößernd wirkt, wird das Sonnenlicht auf die Innenwände oder den Bildgeber fokussiert, wodurch es zu thermischen Beschädigungen und störenden Reflexen kommen kann. Daher ist es notwendig, das Sonnenlicht abzuschwächen.

Das Head-Up-Display findet vorzugsweise im Automobil Anwendung. Die polarisierende Abdeckscheibe in der Hutze vermindert die Sonnentransmission in das Gerät um mehr als 50%. Gleichzeitig wird das austretende Nutzlicht bei Verwendung von polarisierenden Bildgebern nur unwesentlich geschwächt. Wird als Bildgeber ein LCD-Display verwendet, das mit polarisiertem Licht arbeitet, ist es vorteilhaft, die Polarisationsrichtung des Nutzlichtes am Bildgeber so einzustellen, daß das Licht an der Windschutzscheibe s-polarisiert ankommt. Dadurch ist eine maximale Reflexion an der Windschutzscheibe gegeben. Der Linear-Polarisator an der Abdeckscheibe ist dabei auf maximale Transmission justiert, so daß er wenig Nutzlicht absorbiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen

1: Head-Up-Display

2: Reflexionsgrad als Funktion des Einfallswinkels an einer Glasscheibe

3: Schematische Darstellung der Anteile des Sonnenlichtes und des Nutzlichtes.

Gemäß 1 wird ein LCD-Display 7 durch ein LED-Array 3 über eine lichtsammelnde und lichtformende Optik beleuchtet. Die lichtsammelnde und lichtformende Optik sind in diesem Beispiel parabelförmige Lichtleitstäbe 5, sogenannte Compound Parabolic Reflectors (CPR). Die Intensität des LED-Arrays 3 und der Bildinhalt des LCD-Displays 7 sind mit einer Elektronikeinheit 4 verbunden werden geeignet eingestellt bzw. geregelt.
Weiterhin folgt in Lichtausbreitungsrichtung eine Abbildungsoptik, die im Beispiel aus einem ersten Spiegel 8 und einem zweiten Spiegel 9 besteht. Die beiden konkaven Spiegel 8 und 9 und eine Reflexion an einer Windschutzscheibe 1 erzeugen ein virtuelles vergrößertes Bild des LCD-Displays 7.
Das LCD-Display 7 weißt auf der Lichteintrittsseite einen ersten Polarisator 12 und auf der Lichtaustrittsseite einen zweiten Polarisator 13 auf. Der erste Polarisator 12 ist p-polarisiert. Der zweite Polarisator 13 ist so orientiert, das er das aus dem LCD-Display 7 austretende Nutzlicht relativ zum ersten Spiegel 8 s-polarisiert, das heißt der E-Vektor verläuft senkrecht zur Zeichenebene oder im rechten Winkel zur Fahrtrichtung 2. Dies ist nach dem Fourierschen Gesetz die für die Reflexion bevorzugte Richtung. Über den zweiten Spiegel 9 gelangt das Nutzlicht durch eine Abdeckscheibe 11. Die Abdeckscheibe 11 enthält einen Linear-Polarisator 14. Das Nutzlicht gelangt mit einer polarisierenden Wirkung s-polarisiert über die Windschutzscheibe 1 in die Augen des Fahrers. Die polarisierende Wirkung der Abdeckscheibe ist so justiert, daß möglichst wenig s-polarisiertes Licht, welches der Bildprojektion dient, absorbiert wird.
2 zeigt die nach dem Fourierschen Gesetzen berechneten Reflexionskurven für s- und p-polarisiertes Licht an BK7. Der Winkelbereich unter dem das Licht vom LCD-Display typischer Weise die Windschutzscheibe in einen PKW trifft, ist hervorgehoben, im Beispiel ist das eine Bereich zwischen 50° bis 62°.
3 zeigt Schematische Darstellung der Anteile des Sonnenlichtes und des Nutzlichtes bei einem Head-Up-Display gemäß 1.
Das auf die Windschutzscheibe 1 einfallende Sonnenlicht (gestrichelte Linie) ist zu 50% s-polarisiert und zu 50% p-polarisiert, welches bedingt durch den möglichen Einfallswinkel in das optische System gelangen kann. Zunächst wird zu etwa 10% s-polarisiertes Sonnenlicht an der Windschutzscheibe 1 reflektiert. Im weiteren Verlauf wird das p-polarisierte Sonnenlicht vom Linear-Polarisator 14 an der Abdeckscheibe 11 absorbiert, so daß letztendlich nur ca. 40% des Sonnenlichtes in das optische System gelangt. Berücksichtigt man zusätzlich eine Absorption der Windschutzscheibe 1 von ca. 25%, gelangt durch den vorgeschlagenen Aufbau nur ca. 30% des Sonnenlichtes in das System.

1: Windschutzscheibe
2: Fahrtrichtung
3: LED-Array
4: Elektronikeinheit
5: Lichtleitstäbe
7: LCD-Display
8: erster Spiegel
9: zweiter Spiegel
10: Gehäuse
11: Abdeckscheibe
12: erster Polarisator
13: zweiter Polarisator
14: Linear-Polarisator

Claims

Head-Up-Display, bestehend aus Einrichtung zur Bilderzeugung (LCD-Display 7), einer Abbildungsoptik (Spiegel 8 und 9) und einer Windschutzscheibe (1), welche Strahlenbündel eines Bildes in Richtung eines Fahrers lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Windschutzscheibe (1) und der Einrichtung zur Bilderzeugung (LCD-Display 7) ein Linear-Polarisator (14) angeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung so eingestellt, daß die Lichtabsorption nur für Licht minimiert wird, dessen E-Vektor relativ zur Spieglung an der Windschutzscheibe (1) s-polarisiert ist.
Head-Up-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linear-Polarisator (14) auf oder innerhalb einer Abdeckscheibe (11) angeordnet ist, welche die Öffnung in einer Hutze schließt.
Head-Up-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linear-Polarisator (14) innerhalb der Abbildungsoptik angeordnet ist.