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Die Erfindung betrifft eine Projektionseinheit für ein Head-Up-Display, aufweisend eine Beleuchtungseinheit, ein der Beleuchtungseinheit nachgeschaltetes optisches Element und eine dem optischen Element nachgeschaltete bildgebende Einheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionseinheit für ein Head-Up-Display.
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Es sind Head-Up-Displays bekannt, deren Projektionseinheit als eine bildgebende Einheit bzw. zur Bildanzeige ein TFT-Display mit einer entsprechenden Hinterleuchtungseinheit verwendet. Dabei sind Head-Up-Displays bekannt, welche in dem Strahlengang als ein letztes Element vor dem TFT-Display eine Linse und damit eine teilspiegelnde Oberfläche aufweisen können.
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So zeigt
JP 2007108429 A2 eine Head-Up-Anzeigevorrichtung für ein damit ausgestattetes Fahrzeug. Um eine Leuchtstärkeinhomogenitäten eines Beleuchtungslichts, das durch eine Anzeigeeinheit läuft, zu verringern, während die Reduktion in der Leuchtstärke in einer mit der Anzeigeeinheit ausgestatteten Anzeigevorrichtung verhindert wird, wird eine Lichtquelle zum durchlässigen Beleuchten derselben sowie eine Diffusorplatte zum durchlässigen Beleuchten der Anzeigeeinheit mittels Vereinheitlichens des Lichts von der Lichtquelle bereitgestellt. Dazu ist die Anzeigevorrichtung mit der Anzeigeeinheit ausgestattet, welche eine gewünschte Information anzeigt, indem sie durchlässig beleuchtet wird, mit der Lichtquelle, welche hinter der Anzeigeeinheit angeordnet ist und die Anzeigeeinheit durchlässig beleuchtet, mit der Diffusorplatte, welche das von der Lichtquelle emittierte Licht homogenisiert, und mit einer ersten Kondensorlinse, welche das von der Diffusorplatte homogenisierte Licht zu der Anzeigeeinheit hin verdichtet, um die Anzeigeeinheit durchlässig zu beleuchten. Als ein Ergebnis kann die Leuchtstärkeinhomogenität mittels der Diffusorplatte verringert werden, während die Reduktion in der Leuchtstärke der Anzeigevorrichtung verhindert wird.
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Ferner zeigt
JP 2008068766 A2 eine Fahrzeuganzeigevorrichtung. Um eine Fahrzeuganzeigevorrichtung, welche miniaturisiert sein kann, bereitzustellen, weist eine Projektionslinse in einem Head-Up-Display als eine Fahrzeuganzeigevorrichtung eine Projektionslinsenoberfläche auf, welche in Richtung einer Flüssigkristallpanelseite projiziert, wobei eine optische Achse eine Hinterleuchtungseinheit mit dem Flüssigkristallpanel als eine Mittelachse verbindet, sowie eine Reflexionsoberfläche, welche näher an der Hinterleuchtungssseite von der Projektionslinsenoberfläche aus bereitgestellt ist und bezüglich der optischen Achse geneigt ist, um von der optischen Achse in Richtung der Projektionslinsenoberflächenseite von der Rückleuchtenseite getrennt zu sein, um das einfallende Licht von der Rückleuchte zu der Projektionslinsenoberflächenseite zu reflektieren.
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Unter bestimmten Sonnenständen fällt Sonnenlicht in die Projektionseinheit ein, und damit auch auf das TFT-Display. An den Stellen, an denen das TFT-Display aufgrund des Anzeigeinhaltes transparent geschaltet ist, tritt dieses Sonnenlicht mit der displaytypischen Transmission durch das TFT-Display hindurch (wobei eine Abschwächung von ca. 95,3% auftritt) und wird von der Oberfläche der Linse wieder in Richtung das TFT-Displays reflektiert. Aufgrund der enormen Helligkeit der Sonne besitzt dieses reflektierte Licht trotz starker Abschwächung durch die TFT-Transmissivität und lediglich teilweiser Reflexion an der Oberfläche der Linse eine ausreichende Helligkeit, um für den Fahrer ein zweites, deutlich sichtbares und verschobenes Bild (”Nebenbild”) zu erzeugen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Projektionseinheit für ein Head-Up-Display mit einer verbesserten Unterdrückung eines Nebenbildes anzugeben, welche insbesondere einfach und preiswert implementierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionseinheit für ein Head-Up-Display, aufweisend eine Beleuchtungseinheit, mindestens ein der Beleuchtungseinheit nachgeschaltetes optisches Element und eine dem mindestens einen optischen Element nachgeschaltete bildgebende Einheit, wobei in dem Strahlengang zwischen dem mindestens einen optischen Element und einem Lichtaustrittsbereich ein Zirkular-Polarisationsfilter und ein dem Zirkular-Polarisationsfilter nachgeschaltetes lineares Polarisationsfilter angeordnet sind.
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Diese Projektionseinheit weist den Vorteil auf, dass in sie einfallendes Sonnenlicht nicht wieder austritt und somit kein Nebenbild oder Phantombild mehr erzeugt wird. Diese Maßnahme ist mit einem geringen Aufwand und auf eine kompakte Weise implementierbar. Denn in die Projektionseinheit (entgegen der normalen Richtung des Strahlengangs) einfallendes Sonnenlicht, das typischerweise unpolarisiert ist, erreicht zuerst das lineare Polarisationsfilter und wird dort in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert. Das so in der ersten Polarisationsrichtung polarisierte Sonnenlicht läuft weiter (gegen den normalen Strahlengang) zu dem Zirkular-Polarisationsfilter und wird dort wieder zirkular polarisiert. Dieses zirkular polarisierte Licht wird zumindest teilweise an dem optischen Element reflektiert, wobei sich die Zirkulationsrichtung des Sonnenlichts bei der Reflexion umkehrt und also der reflektierte Anteil eine umgekehrte Zirkulationsrichtung aufweist. Der reflektierte Anteil durchläuft in nun normaler Strahlrichtung das lineare Polarisationsfilter und wird erneut linear polarisiert, allerdings aufgrund der umgekehrten Drehrichtung der Zirkulationspolarisation in einer zweiten Polarisationsrichtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung steht. Das reflektierte Licht wird im Folgenden an dem ersten, linearen Polarisationsfilter absorbiert, da dieser die zweite Polarisationsrichtung nicht durchlässt. Diese Projektionseinheit ist zudem mit einem geringen Aufwand und auf eine kompakte Weise implementierbar.
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Die bildgebende Einheit kann z. B. ein LED-Display oder ein LCD-Display sein.
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Die bildgebende Einheit kann eine reflektierende Einheit sein (bei der das von der Beleuchtungseinheit einfallende Licht mit der Bildinformation reflektiert wird, z. B. eine DLP-Einheit oder eine LCoS-Einheit) oder eine refraktive Einheit sein (z. B. ein durch die Beleuchtungseinheit hinterleuchtetes Display).
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Der Strahlenaustrittsbereich kann auch als eine Lichtaustrittsfläche der Projektionseinheit bezeichnet werden. Diese kann z. B. eine lichtdurchlässige Abdeckung mit oder ohne optische Funktion sein.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das lineare Polarisationsfilter in die bildgebende Einheit integriert ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Anzeigeeinheit bzw. ein Display, insbesondere hinterleuchtetes Display, mit einem solchen linearen Polarisationsfilter ausgerüstet ist. In diesem Fall kann die Maßnahme zur Unterdrückung des Nebenbilds in einem Vorsehen nur eines zusätzlichen Zirkular-Polarisationsfilters liegen, was eine besonders preiswerte und kompakte Maßnahme darstellt.
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Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass das lineare Polarisationsfilter zwischen dem Zirkular-Polarisationsfilter und der bildgebenden Einheit angeordnet ist. Diese Ausgestaltung deckt auf eine besonders kompakte Weise den Fall ab, dass die bildgebende Einheit kein Polarisationsfilter aufweist.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Zirkular-Polarisationsfilter ein λ/4-Verzögerungselement ist. Das λ/4-Verzögerungselement kann insbesondere ein λ/4-Plättchen sein.
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Das Zirkular-Polarisationsfilter kann beispielsweise als eine kostengünstige doppelbrechende Folie ausgestaltet sein.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Zirkular-Polarisationsfilter in dem Strahlengang verkippt ist. Dadurch kann eine Reflexion des einfallenden Sonnenlichts an dem Zirkular-Polarisationsfilter selbst und damit eine weitere Quelle für eine Erzeugung eines Nebenbilds unterdrückt werden. Auch die bildgebende Einheit, insbesondere in Form eines hinterleuchteten Displays, kann in dem Strahlengang zur Unterdrückung einer Reflexion verkippt sein. Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das Display und das Zirkular-Polarisationsfilter dann um den gleiche Winkel verkippt sind und also in parallelen Ebenen liegen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionseinheit für ein Head-Up-Display, wobei die Projektionseinheit eine Beleuchtungseinheit, mindestens ein der Beleuchtungseinheit nachgeschaltetes optisches Element und eine dem mindestens einen optischen Element nachgeschaltete bildgebende Einheit aufweist, wobei
- – in die Projektionseinheit eintretendes Sonnenlicht zunächst mittels eines ersten Polarisationsmittels in einer ersten Polarisationsrichtung linear polarisiert wird,
- – das linear polarisierte Sonnenlicht dann mittels eines zweiten Polarisationsmittels zirkular polarisiert wird,
- – das zirkular polarisierte Sonnenlicht folgend an dem optischen Element zumindest teilweise zurückgeworfen werden,
- – das zurückgeworfene, zirkular polarisierte Sonnenlicht mittels des zweiten Polarisationsmittels in einer zweiten Polarisationsrichtung linear polarisiert wird, wobei die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und
- – das in der zweiten Polarisationsrichtung linear polarisierte, zurückgeworfene Licht mittels des ersten Polarisationsmittels absorbiert wird.
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Das erste Polarisationsmittel kann beispielsweise eine bildgebende Einheit mit einem integrierten Polarisationsfilter oder ein separates Polarisationsfilter sein.
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Das zweite Polarisationsmittel kann beispielsweise ein Viertelwellenelement sein.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt zur kurzen Erläuterung einer allgemeinen Arbeitsweise eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays mit einer herkömmlichen Projektionseinheit;
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays mit einer erfindungsgemäßen Projektionseinheit.
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1 zeigt ein Head-Up-Display 1 mit einer herkömmlichen Projektionseinheit 2. Die Projektionseinheit 2 weist eine Beleuchtungseinheit (hier: Hinterleuchtungseinheit) in Form eines Spiegelschachts 3 auf. In dem Spiegelschacht 3, welcher ein innenseitig verspiegeltes Gehäuse 4 aufweist, sind eine oder mehrere Leuchtdioden 5 gleicher oder unterschiedlicher Farbe angeordnet. Der Spiegelschacht 3 weist ferner eine durch einen lichtdurchlässigen Diffusor 6, z. B. ein Milchglas, abgedeckte Lichtaustrittsöffnung auf. Sind die Leuchtdioden 5 aktiviert, emittieren sie Licht, welches teilweise in dem verspiegelten Gehäuse 4 reflektiert wird, um eine homogene Lichtverteilung zu erreichen. Dazu ist auch der Diffusor 6 vorgesehen, welcher die Lichtverteilung weiter angleicht.
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Das so weitgehend homogenisierte, von dem Spiegelschacht 3 ausgegebene Lichtbündel L läuft von dem Spiegelschacht 3 zu einem optischen Element in Form eines Kondensors 7, der hier beispielhaft als eine Sammellinse ausgebildet ist. Dort wird das Lichtbündel L auf eine dem Kondensor 7 nachgeschaltete bildgebende Einheit in Form eines lichtdurchlässigen LCDs (”Liquid Crystal Display”; Flüssigkristallanzeige) aufgegeben. Das LCD ist hier als ein TFT-Display 8 ausgestaltet. Bei Durchgang des Lichtbündels L durch das TFT-Display 8 wird diesem eine Bildinformation aufgeprägt. Das TFT-Display 8 weist typischerweise ein lineares Polarisationsfilter auf.
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Das Lichtbündel L wird weiter durch eine als ein Lichtaustrittsbereich der Projektionseinheit 2 dienende lichtdurchlässige Abdeckung 14 auf eine Frontscheibe 9, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, geleitet. Die Abdeckung 14 kann selbst eine optische Eigenschaft aufweisen. Auf die Frontscheibe 9 projiziert kann das Lichtbündel L als ein virtuelles Bild von einem Nutzer betrachtet werden, dessen Augen sich in einem Abstand von der Frontscheibe 9 innerhalb eines als Eyebox 10 bezeichneten gedachten Volumens befinden. In Strahlrichtung vor und/oder hinter dem TFT-Display 8 können sich eine oder mehrere weitere Elemente der Projektionseinheit 2 befinden, z. B. mindestens ein weiteres optisches Element wie eine Umlenkoptik (Reflektor, Linse usw.). selbst eine optische Eigenschaft aufweisen kann.
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Unter bestimmten Sonnenständen fällt Sonnenlicht durch die Abdeckung 14 in die Projektionseinheit 2 ein, und damit auch auf das TFT-Display 8. An den Stellen, an denen das TFT-Display 8 aufgrund des Anzeigeinhaltes transparent geschaltet ist, tritt dieses Sonnenlicht durch das TFT-Display 8 hindurch (wobei eine Abschwächung von ca. 95,3% auftritt) und wird von der Oberfläche des Kondensors 7 wieder in Richtung des TFT-Displays 8 zurückreflektiert. Aufgrund der enormen Helligkeit der Sonne besitzt dieses reflektierte Licht trotz der starken Abschwächung durch die geringe Transmissivität des TFT-Displays 8 und lediglich teilweiser Reflexion an der Oberfläche des Kondensors 7 eine ausreichende Helligkeit, um für den Fahrer ein zweites in der Eyebox 10 deutlich sichtbares und verschobenes Nebenbild zu erzeugen.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays 11 mit einer erfindungsgemäßen Projektionseinheit 12. Zusätzlich zu der bekannten Projektionseinheit 2 weist die Projektionseinheit 12 nun zwischen dem Kondensor 7 und dem TFT-Display 8 einen Zirkular-Polarisator 13 in Form eines Viertelwellenplättchens, das als eine kostengünstige doppelbrechenden Folie ausgestaltet ist. Durch den Zirkular-Polarisator 13 können störende Reflexe des einfallenden Sonnenlichts von dem Kondensor 7 eliminiert werden
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Denn in die Projektionseinheit 12 eintretendes Sonnenlicht wird zunächst mittels des TFT-Displays 8 in einer ersten Polarisationsrichtung linear polarisiert und läuft dann durch den Zirkular-Polarisator 13, wobei es zirkular polarisiert wird. Das zirkular polarisierte Sonnenlicht wird folgend an dem Kondensor 7 zumindest teilweise wieder in Richtung des TFT-Displays 8 zurückgeworfen und ändert dabei seine Zirkulationsrichtung. Das zurückgeworfene Sonnenlicht wird mittels des Zirkular-Polarisators 13 nochmals linear polarisiert, jedoch diesmal in einer zweiten Polarisationsrichtung. Die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung stehen aufgrund der entgegengesetzten Zirkulationsrichtung des einfallenden Lichts im Wesentlichen senkrecht aufeinander. Folglich wird das in der zweiten Polarisationsrichtung linear polarisierte, zurückgeworfene Licht mittels des TFT-Displays 8 absorbiert. Ein Nebenbild wird eliminiert.
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Eine Rückspiegelung des einfallenden Sonnenlichts an einer Oberfläche des Zirkular-Polarisators 13 und/oder des TFT-Displays 8 selbst wird dadurch vermieden, dass beide Elemente 8, 13 schräg in dem Lichtpfad angeordnet sind, hier in zueinander parallelen Ebenen.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So können auch reflektive bildgebende Einheiten verwendet werden.
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Falls in die bildgebende Einheit kein lineares Polarisationsfilter integriert ist, kann dieses als ein separates Bauteil vorgesehen sein oder in ein anderes Bauteil integriert sein, z. B. in die Abdeckung der Projektionseinheit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Head-Up-Display
- 2
- Projektionseinheit
- 3
- Spiegelschacht
- 4
- innenseitig verspiegeltes Gehäuse
- 5
- Leuchtdiode
- 6
- Diffusor
- 7
- Kondensor
- 8
- TFT-Display
- 9
- Frontscheibe
- 10
- Eyebox
- 11
- Head-Up-Display
- 12
- Projektionseinheit
- 13
- Zirkular-Polarisator
- 14
- lichtdurchlässige Abdeckung
- L
- Lichtbündel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007108429 A2 [0003]
- JP 2008068766 A2 [0004]
