DE102009045169A1

DE102009045169A1 - Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zur Darstellung von Bildinformation in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009045169A1
Application number: DE102009045169A
Authority: DE
Inventors: Jan Weingarten; Gerrit De Boer; Sascha Steinkogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung (1) für ein Fahrzeug mit Bildgeber (9) zum Erzeugen mindestens eines Bildes, einer Abbildungsoptik (10) zum Projizieren des Bildes auf eine Combinerfläche (20), insbesondere eine Windschutzscheibe in einem Fahrzeug, einer ersten Detektionseinrichtung (4) zum Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenposition und/oder einer Blickrichtung eines Fahrers und einer Auswerteeinheit (5), welche bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung Positionen von Bildobjekten einer ersten Objektkategorie derart verändert, dass die Bildobjekte kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen, und Positionen von Bildobjekten einer zweiten Objektkategorie unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers derart verändert, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche (20) liegen, welcher den Trennungsaufwand von Objekten der ersten und zweiten Kategorie minimiert und geringer oder größer ist als der Abstand einer Bildebene (22) des virtuellen Bildes von der Combinerfläche (20).

Description

Die Erfindung beschreibt eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Darstellung von Bildinformation in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Anzeigevorrichtungen, welche Informationen direkt in das Sichtfeld des Fahrers eines Fahrzeuges einblenden, werden üblicherweise als Head-up-Displays bezeichnet. Derartige Anzeigeeinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und finden bereits vielfältig Anwendung in Kraftfahrzeugen zur Anzeige von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Anzeigeeinrichtungen bestehen dabei aus einer bildinhalterzeugenden Einheit – im Folgenden als Bildobjektgenerator bezeichnet, einer Projektionseinheit und einer Combinerfläche (Kombiniererfläche), welche im Falle eines Kraftfahrzeugs oft einfach aus der Windschutzscheibe besteht. Der durch den Bildgenerator erzeugte Bildinhalt, also die einzelnen Bildobjekte, werden von der Projektionseinheit als Bild derart auf die Combinerfläche projiziert, dass der Fahrer Informationen über den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aufnehmen kann, ohne den Blick von der Strasse abwenden zu müssen. Bildobjekte werden dabei derart in die Windschutzscheibe eingespiegelt, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, als würden sie in einer Entfernung von ca. 2,5 m knapp über der Motorhaube des Fahrzeugs schweben (virtuelles Bild). In etwa ab dieser Entfernung der Bildebene des virtuellen Bilds entfällt die ansonsten beispielsweise bei Ablesen eines Kombiinstruments im Bereich des Armaturenbrettes, notwendige Augenreakkomodation, welche Zeit kostet und ermüdend wirkt. Im Vergleich zu herkömmlichen Kombiinstrumenten gelten Head-up-Displays daher als sicherer und komfortabler.
Optisch wird ein Head-up-Display mittels eines Bildgebers, z. B. einem TFT-Bildschirm, und einer Abbildungsoptik, im Allgemeinen aus mehreren reflektiven optischen Elementen bestehend, realisiert, um die Windschutzscheibenkrümmung und optische Aberrationen zu kompensieren. Die aus Bildgeber und Abbildungsoptik bestehende Projektionseinheit wird dabei in der Regel zusammen mit dem Bildobjektgenerator in eine sogenannte HUD-Box eingebaut, welche häufig oberhalb der Lenksäule komplett in das Armaturenbrett des Fahrzeugs integriert ist.
Neben der Anzeige statischer Informationen wie zum Beispiel Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, ist auch bekannt, Informationen, welche einen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, kontaktanalog darzustellen. Derartige kontaktanaloge Systeme werden auch als Augmented Reality Head-up-Displays bezeichnet. Dabei werden die Bildobjekte dem Fahrer derart in seine aktuelle Sicht eingeblendet, dass er das Gefühl hat, als seien sie Bestandteil der Umwelt. Dem Fahrer können mit Hilfe dieser Technik beispielsweise Navigationshinweise gegeben werden, indem die vor ihm liegende Straße bis zum Horizont farbig markiert wird oder ein auf die Straße projizierter Pfeil die Fahrtrichtung angibt. Auch Fahrspuren oder vorausfahrende Fahrzeuge, welche beispielsweise durch ein Video-Adaptive Cruise Control-System (ACC-System) detektiert werden, können dem Fahrer direkt in das Blickfeld eingeblendet werden. Um möglichst intuitiv ablesbar zu sein, ist es dabei wichtig, dass die kontaktanalogen Bildobjekte als zur Fahrszene zugehörig wahrgenommen werden, also für das Fahrerauge durch entsprechende Form, Lage und Bewegung der realen Szene zugeordnet werden. Dies erfordert im Vergleich zu herkömmlichen Head-up-Displays unter anderem die Möglichkeit, bei der Bilddistanz, also dem Abstand der virtuellen Bildebene von dem Fahrerauge, über die minimalen ca. 2,5 m hinauszugehen, da sonst bei Betrachtung eines kontaktanalogen Bildobjektes durch Konvergenzeffekte hervorgerufene Doppelbilder entstehen können, welche von dem Fahrer als unangenehm empfunden werden. Weiterhin muss das Fahrzeug über Sensoren oder Erfassungssysteme verfügen, welche nicht nur die Fahrzeugumgebung sowie andere Verkehrsteilnehmer erfassen, sondern beispielsweise auch Fahrzeugeigenbewegungen sowie die Augenposition des Fahrers, und diese bei der Darstellung der Bildobjekte entsprechend berücksichtigen.
Die DE 10 2007 058 295 A1 beschreibt eine Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zum Projizieren wenigstens eines virtuellen Bildes vor einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs, wobei die Projektionseinrichtung zum Projizieren eines gekrümmten Bildes ausgebildet ist. Dabei kann das durch die Anzeigeeinrichtung erzeugte virtuelle Bild als auf der Fahrbahn liegend dargestellt werden, wodurch kontaktanaloge Informationen zur Verfügung gestellt werden können. Des Weiteren ist beschrieben, Informationen ihrem Sinngehalt entsprechend darzustellen, also beispielsweise eine Information bezüglich der Fahrgeschwindigkeit eher stehend darzustellen und eine Information bezüglich des Fahrweges besser liegend und ortsbezogen darzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Bildgeber zum Erzeugen mindestens eines Bildes, welches mit Hilfe einer Abbildungsoptik auf eine Combinerfläche, insbesondere eine Windschutzscheibe des Fahrzeuges, projiziert wird, einer Einrichtung zum Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenposition und/oder einer Blickrichtung eines Fahrers, und einer Auswerteeinheit, welche bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung Positionen von Bildobjekten einer ersten Objektkategorie derart verändert, dass die Bildobjekte kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen. Bildobjekte einer zweiten Objektkategorie werden dagegen unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers durch die Auswerteeinheit derart verändert, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche liegen, welcher geringer oder größer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes von der Combinerfläche.
Bildobjekte, welche nicht kontaktanalog dargestellt werden sollen, weil sie beispielsweise keinen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, werden erfindungsgemäß nicht statisch, also von der Kopf- oder Augenposition unbeeinflusst, dargestellt, sondern durch eine besondere dynamische Art der Platzierung von kontaktanalog dargestellten Bildobjekten differenziert. Eine Differenzierung ist notwendig, um den Erfassungsaufwand aller in dem virtuellen Bild dargestellten Informationen für den Fahrer in sinnvoller Weise zu beschränken. Würden alle Informationen kontaktanalog dargestellt werden, so würde der Fahrer alle Informationen gleichzeitig wahrnehmen. Er müsste dann in der Szenerie beispielsweise fahrerassistenzrelevante Informationen, welche beispielsweise auf Basis von Daten eines ACC-Systems oder eines Navigationssystems in das virtuelle Bild eingeblendet werden und häufig auch eine direkte Aktionsaufforderung beinhalten, von fahrzeugspezifischen Informationen, wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Füllstand des Tanks oder der Motortemperatur, trennen. Für diese Trennung wird jedoch zusätzliche Zeit benötigt, welche im Extremfall dazu führen könnte, dass eine sicherheitsrelevante Aktion nicht mehr rechtzeitig ausgeführt werden kann. Durch die unterschiedliche Behandlung von Bildobjekten der ersten Objektkategorie, also kontaktanalog darzustellenden Bildobjekten, und Bildobjekten der zweiten Objektkategorie bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung des Fahrers wird eine räumliche Trennung in z-Richtung, also der Fahrtrichtung, realisiert. Diese Trennung in z-Richtung macht die Bildobjekte der beiden Objektkategorien deutlich unterscheidbar und reduziert dadurch den Erfassungsaufwand für den Fahrer erheblich. Im Gegensatz zu einer rein statischen Darstellung der nicht-kontaktanalogen Bildobjekte auf der Bildebene eines virtuellen Bildes nahe der Combinerfläche, wie bei herkömmlichen Head-up Displays in ca. 2.5 m Entfernung, muss bei in grösserer Entfernung dargestellten aber durch dynamische Platzierung scheinbar näher liegenden Bildobjekten die Konvergenzstellung der Augen zwischen Fahrszene und Bildobjekt nicht angepasst werden, was die Ablesbarkeit durch den Fahrer deutlich erhöht. Vorteilhaft ist dabei, dass die Bildobjekte beider Objektkategorien leicht trennbar dargestellt werden können, was den Erfassungsaufwand für den Fahrer minimiert. Außerdem kann die Trennung mit Hilfe einer einzigen und daher bauraumoptimierten Abbildungsoptik realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind Bildobjekte, welche einen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, der ersten Objektkategorie zuzuordnen, wohingegen Bildobjekte, welche keinen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, der zweiten Objektkategorie zuzuordnen sind.
Durch eine derartige Zuordnung wird erreicht, dass lediglich Bildobjekte und damit Informationen kontaktanalog dargestellt werden, welche einen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, so dass die kontaktanaloge Darstellung für den Fahrer zusätzlichen Informationsgehalt birgt und/oder die Informationsaufnahme erleichtert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Bildobjekte, welche im Wesentlichen aus alphanumerischen Symbolen bestehen, der zweiten Objektkategorie zugeordnet. Die Interpretation von Informationen alphanumerischer Natur dauert in der Regel länger als die Interpretation rein bildlicher Information. Insofern ist es vorteilhaft, kontaktanaloge Informationen, welche häufig schnell erfasst werden müssen, da sie eine direkte Aktionsaufforderung beinhalten, auf bildliche oder zumindest vorwiegend bildliche Bildobjekte zu beschränken. Unter vorwiegend bildlichen Bildobjekten ist dabei beispielsweise ein Bild eines Stop-Schildes zu verstehen, welches zwar alphanumerische Bestandteile in Form des Wortes „Stop” beinhaltet, welche allerdings für den Fahrer zur Erfassung des Informationsgehalts nicht ausschlaggebend sind. Das heißt, der Fahrer muss das Wort „Stop” nicht wirklich lesen, um zu erkennen, dass das dargestellte Bildobjekt ein Stop-Schild darstellt.
Um die Unterscheidbarkeit kontaktanalog darzustellender Bildobjekte der ersten Objektkategorie von den Objekten der zweiten Objektkategorie weiter zu erhöhen, können Bildobjekte der ersten Objektkategorie zumindest teilweise verzerrt dargestellt werden und Bildobjekte der zweiten Objektkategorie stets unverzerrt dargestellt werden. So ist es zum Beispiel möglich, einen Richtungspfeil derart zu verzerren, dass der Fahrer den Eindruck erhält, dass der Richtungspfeil unmittelbar auf der Straßenoberfläche liegt. Eine „liegende” Darstellung ist für manche kontaktanalogen Informationen durchaus sinnvoll, wohingegen nicht-kontaktanaloge Informationen sinnvoller Weise unverzerrt, also stehend, dargestellt werden.
Eine weitere Unterscheidbarkeit von Bildobjekten der ersten Objektkategorie, also kontaktanalogen Informationen, und Bildobjekten der zweiten Objektkategorie, also nicht-kontaktanalogen Informationen, ist dadurch erreichbar, dass eine Einrichtung zum Erfassen von Eigenbewegungen des Fahrzeugs vorgesehen ist sowie eine Kompensationseinrichtung, durch welche bei Erfassen einer Eigenbewegung des Fahrzeugs Positionen von Bildobjekten der ersten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes derart verändert werden, dass die Eigenbewegungen des Fahrzeugs kompensiert werden, wohingegen die Positionen der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie nicht beeinflusst werden.
Um eine kontaktanaloge Darstellung zu gewährleisten, also dem Fahrer den Eindruck zu vermitteln, dass Bildobjekte an realen Objekten „kleben”, werden die Eigenbewegungen des Fahrzeugs erfasst und bei der Einblendung der Bildobjekte entsprechend berücksichtigt und kompensiert. Nur durch diese Kompensation ist es möglich, dass beispielsweise ein scheinbar auf der Fahrbahnoberfläche liegender Richtungspfeil auch im Falle einer, beispielsweise durch einen Bremsvorgang hervorgerufenen Nickbewegung des Fahrzeuges, unverändert auf der Straße liegend erscheint. Für nicht kontaktanalog darzustellende Bildobjekte wird diese Kompensation bewusst unterlassen, so dass die Bildobjekte beispielsweise den Nickbewegungen des Fahrzeugs folgen. Da diese Bildobjekte damit sozusagen ”starr” zum Fahrzeug angeordnet sind und sich mit den gleichen Bewegungsvektoren im Raum bewegen wie die im Sichtfeld des Fahrers liegenden Fahrzeugteile, wie Motorhaube oder Fensterrahmen, werden diese vom Fahrer intuitiv als nicht zur aktuellen Fahrszene zugehörig empfunden und somit problemlos von kontaktanalogen Informationen, also Bildobjekten der ersten Objektkategorie, getrennt.
Um das Sichtfeld des Fahrers durch die Einblendung nicht-kontaktanaloger Informationen nicht zu beeinträchtigen, ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, Bildobjekte der zweiten Objektkategorie im Wesentlichen im Randbereich, insbesondere dem unteren Randbereich des virtuellen Bildes anzuordnen. Von dieser Anordnung kann aber natürlich im Einzelfall abgewichen werden. So kann eine Einblendung, um den Fahrer zum Beispiel auf eine Gefahrensituation hinzuweisen, welche eine sofortige Aktion des Fahrers erfordert, selbstverständlich auch zentral in das Sichtfeld des Fahrers eingeblendet werden.
Um dem Fahrer für die Bildobjekte der zweiten Objektkategorie den Eindruck zu vermitteln, dass diese in einem Abstand vor der Combinerfläche, in der Regel der Windschutzscheibe, liegen, welcher gering ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes von der Combinerfläche, müssen entsprechende Tiefenhinweise wie Perspektive, Bewegungsparallaxe oder Lage zum Horizont implementiert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es demgemäß vorgesehen, Bildobjekte der zweiten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes entgegen der Richtung der Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder der Änderung der Blickrichtung zu verschieben. Die auf diese Weise nachgeahmte Bewegungsparallaxe führt beim Fahrer zu dem Eindruck, dass das Bildobjekt tatsächlich näher liegt als die Bildebene des virtuellen Bildes.
Ebenso ist es natürlich möglich Tiefenhinweise zu implementieren, welche beim Fahrer den Eindruck vermitteln, dass Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche, in der Regel der Windschutzscheibe, liegen, welcher größer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes von der Combinerfläche,
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Bildprojektion mit einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer Bildprojektion von Bildobjekten einer ersten und einer zweiten Objektkategorie mit einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
4 eine schematische Darstellung einer Bildprojektion eines Bildobjekts der zweiten Objektkategorie mit einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
5 eine schematische Darstellung der Bildprojektion eines Bildobjektes gemäß 4 nach Veränderung der Kopfposition des Fahrers,
6 eine überlagerte Darstellung der 4 und 5, und
7 eine schematische Darstellung einer Bildprojektion eines Bildobjektes der ersten Objektkategorie bei Änderung der Kopfposition des Fahrers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Die Anzeigevorrichtung 1 weist einen Bildobjektgenerator 2 auf, welchem Eingangssignale 3 zugeführt werden. Die Eingangssignale 3 können dabei von nicht dargestellten Fahrerinformations- und/oder Fahrerassistenzsystemen, wie zum Beispiel einem ACC-System oder einem Navigationssystem zur Verfügung gestellt werden. Ebenso können die Eingangssignale 3 durch Fahrzeugsensoren geliefert werden, welche zum Beispiel Fahrzeugparameter, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den Füllstand des Kraftstofftanks erfassen. Die beispielhaft genannten Eingangssignale sind dabei aber nicht einschränkend zu verstehen. Grundsätzlich kann dem Bildobjektgenerator 2 jegliches Signal zugeführt werden, welches geeignet ist durch Einblendung in das Sichtfeld des Fahrers das Fahren einfacher, komfortabler oder sicherer zu gestalten. So kann dem Bildobjektgenerator 2 beispielsweise auch ein Eingangssignal zugeführt werden, welches den aktuell gewählten Radiosender wiedergibt. Die Eingangssignale 3 können, je nach Informationsgehalt im Text- oder auch im Bilddatenformat übermittelt werden. So ist es beispielsweise auch möglich, dem Bildgeber Bilder oder Bildausschnitte der realen Umwelt zuzuführen, welche beispielsweise durch eine am Fahrzeug angeordnete Kamera aufgenommen wurden. Je nach Informationsgehalt kann es sich um die Fahrzeugumgebung betreffende oft dreidimensionale Informationen handeln, welche häufig von zu Fahrerassistenzsystemen zugehörigen Sensoren, z. B. Adaptive Cruise Control, GPS-Navigation, Spurhalteassistent, generiert werden, oder auch um einfache numerische oder textuelle Informationen wie beispielsweise Füllstände, Radiostationen, Fahrgeschwindigkeit.
Basierend auf den Eingangssignalen 3 wird durch den Bildobjektgenerator 2 Bildinhalt in Form von Bildobjekten generiert, wobei sowohl reale Bildobjekte als auch künstlich erzeugte Bildobjekte in Form von Bildsymbolen umfasst sein können. Der Bildobjektgenerator 2 erzeugt die Bildobjekte dabei in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrszene sowie in Abhängigkeit der aktiven Fahrerinformations- und/oder Fahrerassistenzsysteme.
Ausgangssignale einer ersten Detektionseinrichtung 4, zum Beispiel in Form einer Kameraeinheit, zum Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenposition und/oder einer Blickrichtung des Fahrers werden einer Auswerteeinheit 5 zugeführt. Bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung verändert die Auswerteeinheit 5 die Positionen von Bildobjekten, welche durch den Bildobjektgenerator 2 generiert wurden, derart, dass Bildobjekte einer ersten Objektkategorie kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen und Bildobjekte einer zweiten Objektkategorie unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers in einem Abstand vor einer Combinerfläche, in der Regel der Windschutzscheibe, liegen, welcher dauerhaft geringer oder größer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes von der Combinerfläche. Die Bildobjekte werden also in zwei Kategorien aufgeteilt, welche innerhalb der Auswerteeinheit 5 unterschiedlich behandelt werden. Während eine erste Objektkategorie Bildobjekte umfasst, welche Informationen wiedergeben, die kontaktanalog dargestellt werden sollen, umfasst die zweite Objektkategorie Bildobjekte, welche eben gerade nicht kontaktanalog dargestellt werden sollen. Diese Trennung ist wichtig, da sich einerseits nicht jede Information und damit jedes Bildobjekt für eine kontaktanaloge Darstellung eignet, zum Beispiel weil das Bildobjekt keinen Bezug zu einem realen Objekt im Sichtfeld des Fahrers aufweist, und andererseits eine vollständig kontaktanaloge Darstellung den Erfassungsaufwand für den Fahrer unnötig erhöhen würde. Die Aufteilung und Zuordnung der einzelnen Bildobjekte zu einer der Objektkategorien kann durch die Auswerteeinheit 5, durch den Bildobejktgenerator 2 oder auch durch eine beliebige weitere nicht dargestellte Einheit erfolgen. Um bei dem Fahrer für die Bildobjekte der zweiten Kategorie den Eindruck zu vermitteln, dass sie in einem Abstand vor der Combinerfläche liegen, welcher geringer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes vor der Combinerfläche, ist es notwendig, entsprechende Tiefenhinweise wie Perspektive, Bewegungsparallaxe und/oder Lage zum Horizont zu implementieren. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass Bildobjekte der zweiten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes entgegen der Richtung der Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder der Änderung der Blickrichtung verschoben werden. Dieses wird unter Bezugnahme auf die 4–7 noch detailliert erläutert. Alternativ dazu können selbstverständlich auch entsprechende Tiefenhineweise implementiert werden, welche dem den Eindruck vermitteln, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche liegen, welcher größer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes vor der Combinerfläche.
Neben der Kopfposition kann auch eine Eigenbewegung des Fahrzeugs, zum Beispiel in Form einer Nickbewegung oder Gierbewegung, bei der Positionierung der Bildobjekte innerhalb des virtuellen Bildes berücksichtigt werden. Dazu erfasst eine zweite Detektionseinrichtung 6, zum Beispiel in Form mindestens eines Sensors, eine Eigenbewegung des Fahrzeugs und leitet die entsprechende Information an eine Kompensationseinrichtung 7 weiter. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Kompensationseinrichtung 7 Bestandteil der Auswerteeinheit 5, alternativ kann sie aber selbstverständlich auch als eigenständige Einheit ausgeführt sein kann. Die Kompensationseinrichtung 7 verändert bei Erfassen einer Eigenbewegung des Fahrzeuges Positionen von Bildobjekten der ersten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes derart, dass die Eigenbewegungen des Fahrzeugs kompensiert werden, wohingegen die Positionen der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie nicht beeinflusst werden. Auch hinsichtlich der Reaktion auf Eigenbewegungen des Fahrzeuges werden also die Bildobjekte der ersten und der zweiten Objektkategorie unterschiedlich behandelt. Während Eigenbewegungen des Fahrzeugs für Bildobjekte der ersten Objektkategorie vollständig kompensiert werden, um eine wirklich kontaktanaloge Darstellung zu ermöglichen, bleiben Bildobjekte der zweiten Objektkategorie von Eigenbewegungen des Fahrzeuges unbeeinflusst und erscheinen daher für den Fahrer als fest mit dem Fahrzeug verbunden.
Der durch die Auswerteeinheit 5 bearbeitete Bildinhalt wird schließlich über eine Projektionseinheit 8, welche aus einem Bildgeber 9 und der Abbildungsoptik 10 besteht, als Bild auf eine in 1 nicht dargestellte Combinerfläche projiziert und erscheint für den Fahrer als virtuelles Bild. Dabei wird durch den Bildgeber 9 aus dem Bildinhalt in Form der übermittelten Bildobjekte ein Bild generiert und über die Abbildungsoptik 10 auf die Combinerfläche projiziert. Diese Projektion ist in 2 schematisiert dargestellt. Mit Hilfe der Windschutzscheibe 20 des Kraftfahrzeugs 21, welche als Combinerfläche dient, wird in einer festen Entfernung d von der Windschutzscheibe ein virtuelles Bild, im dargestellten Beispiel stehend projiziert. Dabei ist der Abstand d der Bildebene 22 des virtuellen Bilds von der Windschutzscheibe 20 derart gewählt, dass die Augen des Fahrers diesen nicht mehr erkennen können und das Gehirn automatisch eine Zuordnung zu den hinter den eingeblendeten Bildobjekten liegenden realen Objekten vornimmt. Dies wird von der Auswerteeinheit 5 für die kontaktanalogen Bildobjekte dahingehend unterstützt, dass Tiefenhinweise wie Perspektive, Abstand zum Horizont, Symbolgröße, Symbolfarbe und Bewegungsparallaxe entsprechend berücksichtigt werden. Diese perspektivisch korrekte Abbildung der im 3D-Raum liegenden Bildobjekte auf das zweidimensionale Bild des Bildgebers des Head-up-Displays, welches dem virtuellen in die Windschutzscheibe projizierten Bild zugrunde liegt, wird durch einen sogenannten ”Renderer” durchgeführt, welcher als Bestandteil der Auswerteeinheit 5 in 1 nicht gesondert dargestellt ist. Der Renderer errechnet damit das 2D-Bild auf eine aktuelle Fahrszene aus der aktuellen Perspektive des Fahrers. Der Renderer kann natürlich auch als eigenständige Einheit realisiert sein.
3 zeigt beispielhaft die Projektion eines virtuellen Bildes, welches sowohl Bildobjekte der ersten Objektkategorie in Form eines Richtungspfeils 30 als auch Bildobjekte der zweiten Kategorie in Form einer Geschwindigkeitsanzeige 31 umfasst. Dabei erscheint die Geschwindigkeitsanzeige 31 als Vertreter der zweiten Objektkategorie dem Fahrer als näher an der Windschutzscheibe 20 liegend als sie tatsächlich projiziert wird. Demgegenüber wird dem Fahrer hinsichtlich des Richtungspfeils 30 der Eindruck vermittelt, als würde dieser weit hinter der Bildebene 22 des virtuellen Bildes auf einer Straße 32 liegen. Dieser Eindruck des ”Liegens” wird durch eine verzerrte Darstellung des Richtungspfeils 30 in dem virtuellen Bild erreicht. Demgegenüber wird die Geschwindigkeitsanzeige 31 unverzerrt dargestellt und daher vom Fahrer als ”stehend” empfunden.
Um den Eindruck des Fahrers hinsichtlich der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie weiter zu verstärken und um gleichzeitig die Ablesbarkeit der Bildinformation auch bei Bewegungen des Kopfes zu erhöhen, wird die Position der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung hinsichtlich ihrer Positionen innerhalb des virtuellen Bildes derart verändert, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Windschutzscheibe liegen, welcher geringer ist als der Abstand der Bildebene des virtuellen Bildes von der Windschutzscheibe. Im Gegensatz zu einer rein statischen Darstellung hat das den Vorteil, dass die Konvergenzstellung der Augen zwischen Fahrszene und Bildobjekt nicht angepasst werden muss. Weiterhin ermöglicht dies auch die räumliche Trennung von Bildobjekten der ersten und zweiten Objektkategorie in Fahrtrichtung, was den Erfassungsaufwand für den Fahrer reduziert. Diese Veränderung der Position des Bildobjektes innerhalb des virtuellen Bildes bei Erfassen einer Kopfbewegung ist in den 4 bis 6 veranschaulicht.
Ausgehend von einer ersten Kopfposition A erscheint eine auf die Bildebene 22 projizierte Geschwindigkeitsangabe 31 in einem Abstand D von der als Combinerfläche verwendeten Windschutzscheibe 20, welcher geringer ist als der Abstand d der Bildebene 22 von der Windschutzscheibe 20 (4). 5 zeigt die Bildprojektion nach Bewegung des Kopfes in eine Kopfposition B. Dabei wurde die Position der Geschwindigkeitsanzeige 31 innerhalb des virtuellen Bildes entgegen der Richtung der Bewegung der Kopfposition verschoben. Diese Tatsache ist in 6, welche eine Überlagerung der 4 und 5 darstellt, noch deutlicher zu erkennen. Durch diese durch die entgegengesetzt zur Kopfbewegung gerichtete Verschiebung der Geschwindigkeitsanzeige nachgeahmte Bewegungsparallaxe entsteht bei dem Fahrer des Fahrzeuges der Eindruck, dass das Bildobjekt, also im Beispiel die Geschwindigkeitsanzeige 31, tatsächlich näher liegt als die Bildebene 22 des virtuellen Bildes. Dabei ist zu beachten, dass ein Bildobjekt auf dem virtuellen Bild derart verschoben und skaliert wird, dass ein Strahl der vom Fahrerauge ausgeht und durch einen Punkt des ”scheinbaren” Bildobjektes läuft, welches vor der Bildebene des virtuellen Bildes liegt, auch das Bildobjekt auf der Bildebene des virtuellen Bilds an entsprechender Stelle durchläuft.
Demgegenüber ist in 7 schematisch eine Veränderung der Position eines Bildobjektes der ersten Objektkategorie, also eines kontaktanalogen Bildobjektes bei Erfassung einer Kopfbewegung dargestellt. Als Bildobjekt der ersten Objektkategorie dient dabei der Richtungspfeil 30 aus 3, welcher verzerrt dargestellt ist und somit beim Fahrer den Eindruck erweckt, hinter dem virtuellen Bild flach auf der Straße zu liegen. Dieser Eindruck wird unter anderem dadurch erzeugt, dass bei Bewegung des Kopfes des Fahrers von einer Position A' in eine Position B' die Position des Bildobjektes innerhalb des virtuellen Bildes entsprechend, das heißt in gleicher Richtung, verschoben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007058295 A1 [0005]

Claims

Anzeigevorrichtung (1) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit – einem Bildgeber (9) zum Erzeugen mindestens eines Bildes, – einer Abbildungsoptik (10) zum Projizieren des Bildes auf eine Combinerfläche (20), insbesondere eine Windschutzscheibe des Fahrzeuges, – einer ersten Detektionseinrichtung (4) zum Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenposition und/oder einer Blickrichtung eines Fahrers und – einer Auswerteeinheit (5), welche bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung Positionen von Bildobjekten einer ersten Objektkategorie derart verändert, dass die Bildobjekte kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen, dadurch gekennzeichnet, dass Positionen von Bildobjekten einer zweiten Objektkategorie unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers durch die Auswerteeinheit (5) derart verändert werden, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche (20) liegen, welcher geringer oder größer ist als der Abstand einer Bildebene (22) des virtuellen Bildes von der Combinerfläche (20).
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Bildobjektgenerator (2) zum Generieren von Bildobjekten, aus denen das mindestens eine Bild erzeugt ist.
Anzweigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Bildobjekte, welche einen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, der ersten Objektkategorie zugeordnet sind und Bildobjekte, welche keinen Bezug zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers aufweisen, der zweiten Objektkategorie zugeordnet sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Bildobjekte, welche im Wesentlichen aus alphanumerischem Symbole bestehen, der zweiten Objektkategorie zugeordnet sind.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bildobjekte der ersten Objektkategorie zumindest teilweise verzerrt dargestellt werden und Bildobjekte der zweiten Objektkategorie stets unverzerrt dargestellt werden.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit – einer zweiten Detektionseinrichtung (6) zum Erfassen von Eigenbewegungen des Fahrzeuges und – einer Kompensationseinrichtung (7), durch welche bei Erfassen einer Eigenbewegung des Fahrzeuges Positionen von Bildobjekten der ersten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes derart verändert werden, dass die Eigenbewegungen des Fahrzeugs kompensiert werden, wohingegen die Positionen der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie nicht beeinflusst werden.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bildobjekte der zweiten Objektkategorie im Wesentlichen im Randbereich, insbesondere dem unteren Randbereich des virtuellen Bildes angeordnet werden.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bildobjekte der zweiten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes entgegen der Richtung der Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder der Änderung der Blickrichtung verschoben werden.
Verfahren zur Darstellung von Bildinformation in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, bei dem – ein Bild generiert und auf eine Combinerfläche (20) projiziert wird, – eine Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenposition und/oder Blickrichtung eines Fahrers erfasst wird und – bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung Positionen von Bildobjekten einer ersten Objektkategorie derart verändert werden, dass die Bildobjekte kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen, dadurch gekennzeichnet, dass Positionen von Bildobjekten einer zweiten Objektkategorie unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers derart verändert werden, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Combinerfläche (20) liegen, welcher geringer oder größer ist als der Abstand einer Bildebene (22) des virtuellen Bildes von der Combinerfläche (20).