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Die Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind, wie z.B. auf der Druckschrift
DE 10 2005 052 424 A1 , Projektionsanzeigen mit Detektionseinheiten zur Ermittlung einer Blickrichtung eines Fahrers in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Detektionseinheit den Fahrer über die Abbildungsoptik der Projektionsanzeige beobachtet. Außerdem ist aus der genannten Druckschrift bekannt, das Fahrzeug mit einer Kamera zur Beobachtung der Straßenszenerie auszustatten und die Anzeige gemäß der Kameraaufnahme anzupassen.
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Aus der
WO 2008/017315 A1 ist eine Bildwiedergabevorrichtung zur Erzeugung eines Bilds im Sichtfeld einer Person bekannt.
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Aus der
EP 0 216 014 A2 ist eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug bekannt.
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Aus der
DE 10 2004 031 311 A1 ist eine Vorrichtung zur Darstellung von Informationen auf einer Projektionsfläche bekannt.
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Aus der US 2004 / 0 066 547 A1 ist eine Vorrichtung, mit Geräten zur Erzeugung eines virtuellen Bildes im Sichtfeld eines Beobachters bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Projektionsanzeigevorrichtung vorzuschlagen, die eine verbesserte Bild- bzw. Informationsdarstellung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Projektionsanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Projektionsanzeigevorrichtung für Fahrzeuge mit einer Kontrolleinheit zur Kontrolle von Darstellungsparametern anhand von Regelgrößen sowie mit einer Abbildungsoptik zur Abbildung eines anzuzeigenden Bildes bzw. einer anzuzeigenden Information und zur Lenkung von Umgebungslicht aus der Umgebung des Fahrers bzw. des Fahrzeugs über einen Strahlengang in die Projektionsanzeigevorrichtung dadurch aus, dass ein Sensor zur Messung der Lichtintensität des Umgebungslichts und zur Weitergabe der Lichtintensität als Regelgröße an die Kontrolleinheit im Strahlengang vorhanden ist.
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Wie gut die Darstellung einer Projektionsanzeige vom Fahrer eines Fahrzeugs, das heißt eines Kraftfahrzeugs, eines Motorrads oder eines Flugzeugs wahrgenommen werden kann, hängt u. a. auch von Umgebungs- bzw. Witterungsverhältnissen um ihn herum ab. Die gleiche Anzeigedarstellung wird also von einem Fahrer unterschiedlich wahrgenommen, je nachdem, ob beispielsweise die Sonne scheint, ob es dunkel ist, ob es neblig ist, regnet, schneit oder je nachdem, welche Witterungsverhältnisse auch immer um ihn herum herrschen. Aber auch die direkte Umgebung des Fahrers kann dessen Wahrnehmung beeinflussen, z.B. wenn der Beifahrer das Licht in der Fahrgastzelle anschaltet, um beispielsweise während der Fahrt etwas lesen oder besser suchen zu können. Um diesen Faktoren Rechnung tragen zu können, wird bei einer erfindungsgemäßen Projektionsanzeigevorrichtung vorgeschlagen, einen Sensor zur Messung einer Lichtintensität derart zu integrieren, dass solches Umgebungslicht, welches von außen über die Abbildungsoptik in die Projektionsanzeigevorrichtung gelangen kann, mittels dieses Sensors detektierbar ist.
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Die vom Sensor ermittelte Lichtintensität kann als Regelgröße anschließend an eine Kontrolleinheit weitergegeben werden, welche Darstellungsparameter ändern und somit die Darstellung selbst steuern bzw. regeln kann.
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Es wird somit ermöglicht, die Anzeigedarstellung an die Umgebungs- bzw. Witterungsverhältnisse anpassbar zu gestalten. Hierdurch kann nicht nur der Fahrkomfort verbessert, sondern auch die Fahrsicherheit erhöht werden, da insbesondere solche Projektionsanzeigevorrichtungen auch bereits dafür genutzt werden, dem Fahrer Zusatzinformationen zu liefern und beispielsweise für ihn in bestimmten Fahrsituationen schwer erkennbare Hindernisse bzw. Gefahrenstellen anzuzeigen.
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Ist die Lichtdetektion durch den Sensor so angelegt, dass sie während des Betriebs der Projektionsanzeigevorrichtung zumindest regelmäßig, evtl. aber auch kontinuierlich stattfindet, so ermöglicht dies eine ständige automatische Anpassung der Anzeigedarstellung.
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Es ergibt sich aber noch ein weiterer Vorteil gegenüber solchen Vorrichtungen bei denen die Anzeigedarstellungen mittels Kameraaufnahmen angepasst werden, welche beispielsweise die Straßenszenerie aufnehmen. Wie bereits geschildert, können die Umgebungsverhältnisse draußen auf der Straße außerhalb des Fahrzeugs durchaus anders sein, als im Fahrzeug in unmittelbarer Nähe des Fahrers. Die Anzeigedarstellung kann also u. a. dadurch verbessert werden, dass eine Anpassung der Darstellung nach den Verhältnissen erfolgt, wie sie vom Fahrer unmittelbar wahrgenommen werden.
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Besonders bevorzugt ist daher eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Abbildungsoptik derart ausgebildet und/oder ausgerichtet ist, dass zumindest teilweise an der Iris des Fahrers reflektiertes Umgebungslicht in den Sensor gelangt. Das an der Iris des Fahrers reflektierte Umgebungslicht stellt eine repräsentative Referenzgröße für die ins Auge dringende Lichtleistung dar. Es ist also vorteilhaft, die Abbildungsoptik entsprechend einzujustieren, dass auch dieses Licht in die Projektionsanzeigevorrichtung gelangen und detektiert werden kann. Gleichzeitig ist hierbei auch umfasst, weitere dafür nötige optische Maßnahmen vorzusehen, beispielsweise Blenden, Polarisationsfilter, Strahlteilerwürfel oder Ähnliches einzusetzen.
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Daher ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Intensität des an der Iris des Fahrers reflektierten Lichts als Regelgröße nutzbar. Der Sensor kann also zur Messung der Intensität des an der Iris des Fahrers reflektierten Lichts ausgebildet sein.
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Es ist denkbar, verschiedenste Darstellungsparameter zur Anpassung der Darstellungsanzeige durch die Kontrolleinheit abändern zu lassen. In vielen Fällen dürfte es vorteilhaft sein, den Kontrast und/oder die Helligkeit der Anzeigedarstellung anzupassen. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, die grundsätzliche Art der Informationsdarstellung bzw. Bilddarstellung anzupassen, also auch beispielsweise von einer Bilddarstellung auf eine rein numerische Darstellung umzuwechseln, falls dies möglich ist oder beispielsweise die Farbe einer Bild- bzw. Informationsdarstellung abzuändern.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Reflexionsfläche zur Erzeugung eines virtuellen Bildes vorhanden. Dies bedeutet, dass die abzubildenden Lichtstrahlen an der Reflexionsfläche reflektiert werden und in das Auge des Fahrers gelangen. Aus dessen Sicht entsteht in der Regel hinter der Reflexionsfläche das so genannte virtuelle Bild.
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Je nach Anwendungswunsch ist es möglich, beispielsweise die Windschutzscheibe als Reflexionsfläche einzusetzen oder aber andere Vorrichtungen wie z.B. Projektionsflächen dafür vorzusehen, etwa einen so genannten Kombinierer (engl. Combiner), der gewissermaßen einen Schirm darstellt, der eigens zur Abbildung des Bildes bzw. der Informationsdarstellung ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es denkbar, sowohl Flächen zur Reflektion des Lichtes und somit zur Erzeugung eines virtuellen Bildes als auch Flächen zur direkten Abbildung vorzusehen.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Detektionseinheit zur Erfassung der Blickrichtung des Fahrers vorgesehen. U. a. kann das vom Fahrer über die Abbildungsoptik in die Projektionsanzeigevorrichtung gelangende Licht auch dazu genutzt werden, die Blickrichtung des Fahrers zu ermitteln. Dadurch kann die Anzeigedarstellung so angepasst werden, dass diese günstig im Blickfeld des Fahrers abgebildet wird. Derartige zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers können auch zusätzlich beispielsweise durch Kameras oder Ähnliches ergänzt werden, welche beispielsweise den Standort bzw. die Richtung des Kopfes aufnehmen können.
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Einige Weiterbildungen von Vorrichtungen zur Beobachtung des Fahrers sehen dabei eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Fahrers für die Beobachtung durch die Detektionseinheit vor. Beispielsweise wird Licht, das von dieser Beleuchtungseinheit ausgesandt wird, über die Abbildungsoptik auf den Fahrer geworfen, insbesondere in das Auge des Fahrers, dort reflektiert und von der Detektionseinheit detektiert, so dass letzten Endes die Blickausrichtung ermittelt werden kann.
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Um eine gute Detektion zu ermöglichen, welche eine Unterscheidung des Lichtes der Beleuchtungseinheit von beispielsweise sichtbarem Licht aus der Umgebung ermöglicht, ist es denkbar eine Beleuchtungseinheit zu verwenden, welche Infrarotlicht (IR-Licht) aussendet. Das IR-Licht kann grundsätzlich kontinuierlich oder gepulst ausgesendet werden. Zusätzlich können derartige Pulse auch synchronisiert werden, z.B. mit Mikrospiegeln oder mit Detektoreinheiten. Ebenso ist es denkbar, nicht nur monochromatisches IR-Licht zu verwenden, sondern verschiedene Wellenlängen oder ein gewisses Spektrum abzudecken. Dieses Licht wird außerdem vom Fahrer nicht direkt wahrgenommen, wodurch verhindert werden kann, dass dieses Licht den Fahrer stört oder dessen Wahrnehmung anderweitig beeinträchtigt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst dabei eine Messeinheit zur Bestimmung der Lichtintensität der Beleuchtungseinheit.
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Diese Messeinheit kann in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet sein, die von ihr bestimmte Lichtintensität als Regelgröße an die Kontrolleinheit abzugeben. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn kein Infrarotlicht bei der Beleuchtung durch die Beleuchtungseinheit verwendet wird. Gelangt nämlich über die Abbildungsoptik sowohl sichtbares Licht, das von der Beleuchtungseinheit ausgesandt wurde, um die Blickrichtung des Fahrers zu ermitteln als auch Umgebungslicht, das beispielsweise durch Reflexion am Auge des Fahrers über die Abbildungsoptik in die Projektionsanzeigevorrichtung gelangt, so müssen grundsätzlich beide Anteile zu einer verbesserten Anzeigedarstellung getrennt werden. Ist jedoch eine Richtgröße für die von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Lichtintensität vorgegeben, so kann dies beispielsweise von der Kontrolleinheit derart berücksichtigt bzw. umgerechnet werden, dass also die Lichtintensität des Umgebungslichtes abgeschätzt werden kann.
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Die Erfindung umfasst eine Mikrospiegelanzeige zur Darstellung eines Bildes bzw. einer Information und/oder zur Umlenkung des in die Projektionsanzeigevorrichtung zurück gelenkten Umgebungslichts. Derartige Mikrospiegelanzeigen bestehen aus einer Matrix von kleinen Spiegeln, welche zwischen fixen Neigungspositionen verkippt werden können. Die Frequenz, mit der dabei zwischen den einzelnen Neigungspositionen gewechselt werden kann, kann deutlich höher sein als die Frequenz, die zur videofähigen Darstellung benötigt wird.
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Die Mikrospiegelanzeige wird so eingesetzt, dass diese einerseits zur Darstellung eines Bildes bzw. einer Information dient, gleichzeitig jedoch bei einer bestimmten Ausrichtung der Mikrospiegel einen von außen über die Abbildungsoptik in die Projektionsanzeigevorrichtung gelangenden Lichtstrahl umlenken kann. Denkbar wäre es folglich, z.B. einerseits die Mikrospiegelanzeige zu einer Bilddarstellung zu verwenden bei einer entsprechenden anderen Einstellung der Mikrospiegel aber auch Licht von der Beleuchtungseinheit in Richtung des Fahrers zu lenken und das vom Fahrer zurück reflektierte Licht in die Defektionseinheit zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers gelangen zu lassen. Bei einer anderen Ausrichtung der Mikrospiegel könnte dann beispielsweise auch Umgebungslicht über die Abbildungsoptik auf den Sensor gelangen.
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Es ist gleichfalls möglich, diese einzelnen Schritte während des Betriebs der Projektionsanzeigevorrichtung im Wechsel periodisch sich wiederholen zu lassen.
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Ähnliche Projektionsanzeigen werden in der modernen Fahrzeugtechnik auch als so genannte Head-up-Displays (HUD) eingesetzt. Gelangt Licht nicht nur über einen Strahlengang aus der Projektionsanzeige heraus, sondern kann auch über eine Abbildungsoptik in das Head-up-Display hinein gelangen, insbesondere zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers, spricht man in der Regel von einem inversen Head-up-Display (iHUD). Daher ist es vorteilhaft, die Projektionsanzeigevorrichtung als inverses Head-up-Display auszubilden.
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Um eine möglichst kompakte Bauweise zu ermöglichen, ist es denkbar, die Projektionsanzeigevorrichtung im Kombi-Instrument des Fahrzeugs integrierbar zu gestalten.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend in den Figuren unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsanzeigevorrichtung mit Sensorkontrolleinheit und Windschutzscheibe als Reflexionsfläche,
- 2 eine schematische Darstellung einer Kontrolleinheit, welche den Ausgang eines Sensors sowie einer Beleuchtungseinheit jeweils als Regelgröße verwendet sowie
- 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Kombinierer als Projektionsfläche.
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1 zeigt ein Fahrzeug 19 mit einer Windschutzscheibe 2 und einem im Fahrgastraum befindlichen Fahrer 3. Im Kombi-Instrument des Fahrzeugs 19 ist eine Projektionsanzeigevorrichtung bzw. ein inverses Head-up-Display 1 integriert. Dieses umfasst eine Mikrospiegelanzeige 10, welche durch eine Kontrolleinheit 13 bezüglich ihrer Darstellung kontrolliert wird. Des Weiteren ist ein Sensor 11 vorhanden, dessen Ausgang über eine Verbindungsleitung 14 mit der Kontrolleinheit 13 verbunden ist. Der Ausgang der Kontrolleinheit 13 ist über eine Steuerleitung 15 mit der Mikrospiegelanzeige verbunden. Zur Abbildung eines Bildes bzw. einer Information gelangt das abzubildende Licht von der Mikrospiegelanzeige 10 über einen Umlenkspiegel 9 und weiterer Abbildungslinsen 8 auf einem Weg des Strahlengangs 5 auf die Windschutzscheibe 2. Dieses Licht wird an der Windschutzscheibe 2 zumindest teilweise reflektiert und gelangt auf einem Abschnitt des Strahlengangs 5 in das Auge 4 des Fahrers 3, für den aus seiner Sicht hinter der Windschutzscheibe 2 ein virtuelles Bild 6 entsteht.
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Des Weiteren gelangt jedoch auch Umgebungslicht 7a, 7b in das Auge 4 des Fahrers 3. Dieses Umgebungslicht kann beispielsweise von außen etwa über die Windschutzscheibe 2 in das Auge des Fahrers gelangen, vgl. Lichtstrahl 7a. Ebenso kann Umgebungslicht aber auch aus der Fahrgastzelle in das Auge 4 des Fahrers 3 gelangen, vgl. Lichtstrahl 7b. Wird dieses Umgebungslicht 7a, 7b am Auge 4 des Fahrers 3 reflektiert, so kann es zum Teil über den Strahlengang 5 zurück in die Projektionsanzeigevorrichtung 1 gelangen und trifft schließlich über die Abbildungsoptik 8, 9 auf die Mikrospiegelanzeige 10.
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Bei einer entsprechenden Einstellung der Mikrospiegelanzeige 10 gelangt das Licht weiter auf einen Sensor 11, welcher eine Lichtintensität detektiert und diese Größe über die Verbindungsleitung 14 als Regelgröße an die Kontrolleinheit 13 weitergibt. Diese wiederum regelt über die Steuerleitung 15 die Anzeigedarstellung, indem sie beispielsweise die Darstellung durch die Mikrospiegelanzeige 10 anpasst. Weitere eventuell vorhandene Komponenten, wie beispielsweise eine getrennte Beleuchtung für die Mikrospiegelanzeige sind in 1 nicht einzeln aufgeführt, sondern werden alle unter dem Element der Mikrospiegelanzeige 10 zusammengefasst.
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Außerdem ist eine Einheit 12 zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers 3 vorhanden. In dieser Einheit 12 ist einerseits eine Beleuchtung integriert, welche Infrarotlicht aussendet, das von der Mikrospiegelanzeige 10 bei einer entsprechenden Einstellung der Mikrospiegel auf den Spiegel 9 und über die Linsen 8 sowie die Windschutzscheibe 2 zum Fahrer 3 hingerichtet ist. Das vom Auge 4 des Fahrers 3 reflektierte Licht gelangt wieder über die Abbildungsoptik 8, 9 zurück auf die Mikrospiegelanzeige 10 und wird von dort in die in Einheit 12 enthaltene Detektionseinheit geworfen.
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2 hingegen zeigt eine Kontrolleinheit 13', welche zwei Regelgrößen als Eingabe verwendet, nämlich die Größe der Lichtintensität, die von Sensor 11' geliefert wird, welcher die Intensität des Umgebungslichtes detektiert als auch eine Größe der Lichtintensität, die von der Beleuchtungseinheit der Einheit 12' zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers verwendet wird. Beide Größen gelangen über entsprechende Verbindungsleitungen 14' bzw. 16' zur Kontrolleinheit 13'. Die Kontrolleinheit 13' wiederum regelt durch Steuerleitungen 15', 25' und 26' jeweils eine Mikrospiegelanzeige 10', generell die Abbildungsoptik 17' sowie eine Lichtquelle 18', welche das Licht zur Beleuchtung der Mikrospiegelanzeige 10' liefert. In diesem Fall kann lediglich sichtbares Licht verwendet werden, während in 1 zur Ermittlung der Blickrichtung des Fahrers 3 speziell Infrarotlicht verwendet wird.
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Zur Verbesserung ist es denkbar, beim Ausführungsbeispiel in 1 zusätzlich entsprechende Farbfilter einzusetzen oder derartige Detektoren bzw. Sensoren einzusetzen, welche nur in dem entsprechenden Frequenzbereich eine hinreichende Sensibilität besitzen. Grundsätzlich wären auch andere Möglichkeiten denkbar, beispielsweise verschiedene Polarisationen von Licht auszunutzen.
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3 zeigt eine verkürzte Darstellung einer Projektionsanzeigevorrichtung in einem Fahrzeug 20 mit einer Windschutzscheibe 21 sowie einem darin befindlichen Fahrer 3, bei der jedoch nicht die Windschutzscheibe 21 als Reflexionsfläche genutzt wird, sondern ein Kombinierer 22 als Projektionsfläche zur Verfügung steht. Die Projektionsanzeigevorrichtung kann im Grunde ähnlich aufgebaut sein, so dass beispielsweise das abzubildende Licht über eine Abbildungsoptik, u. a. z.B. Linsen 23 auf den Kombinierer 22 gelangen und dort abgebildet wird.
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Allen Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen der Erfindung ist gemeinsam, dass ein Sensor zur Messung der Lichtintensität des Umgebungslichtes und zur Weitergabe der Lichtintensität als Regelgröße an die Kontrolleinheit im Strahlengang vorhanden ist.
