DE102010002952A1

DE102010002952A1 - Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010002952A1
Application number: DE102010002952A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Heckmann
Original assignee: Linos Photonics GmbH and Co KG
Current assignee: Qioptiq Photonics GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug. Es umfasst ein, von einer Lichtquelle (9) beleuchtetes, Lichtventil (8) zum Erzeugen eines virtuellen Bildes und eine Projektionseinheit (2) zum Betrachten des virtuellen Bildes. Erfindungsgemäß ist das System als Combiner- oder Einblicksystem ausgelegt und zwischen der Lichtquelle (9) und dem Lichtventil (8) ist eine Beleuchtungsoptik (10) angeordnet, die eine Primäroptik (51) zur Kollimation und eine Sekundäroptik (52) zur Strahlformung und Homogenisierung umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In Fahrzeugen wie z. B. Autos, Schiffen oder LKWs werden dem Fahrer relevante Informationen wie z. B. die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Fahrt angezeigt. Um die Zeit, die er dem Betrachten der Information widmet und dabei seine Aufmerksamkeit von der Straße abwendet, möglichst kurz zu halten, wurden Anzeigen entwickelt, welche die Informationen in einem so großen Abstand zum Fahrer darstellen, in welchem ihm ein akkommodationsreduziertes Betrachten möglich ist.
Die gängisten Anzeigen dieser Art sind die sogenannten Head-up Displays. Bei diesen Anzeigen werden die Informationen im Bereich der Windschutzscheibe in das Sichtfeld des Fahrers so eingeblendet, dass das eingeblendete Bild als virtuelles Bild in ausreichendem Abstand zum Fahrer vor der Windschutzscheibe dargestellt wird. Dabei erfolgt die Einblendung durch Spiegelung an der Windschutzscheibe. Dadurch wird das Bild scheinbar außerhalb des Fahrzeuges mit der Umgebung überlagert dargestellt und der Fahrer kann gleichzeitig die Umgebung und die eingeblendeten Daten beobachten, nahezu ohne das Auge unterschiedlich akkommodieren zu müssen.
Die Anforderungen, ein solches Head-up Display in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Auto, einem Schiff oder einem LKW verwenden zu können, stellen für die Entwicklung eine große Herausforderung dar. Denn es besteht der Wunsch eine möglichst große Etendue (große Pupille und gleichzeitig großes Gesichtsfeld) mit preisgünstigen und serientauglichen Mitteln platzsparend und unter engen geometrischen Randbedingungen zu realisieren. Aus diesem Grund arbeiten viele dieser Head-up Displays mit aufwändigen Projektionsoptiken, welche jedoch sehr anspruchsvoll in der Entwicklung und oft teuer in der Herstellung sind.
Alternativ dazu existiert eine zweite Variante von Anzeigen, sogenannte Combinersysteme. Bei diesen Anzeigen werden die Informationen im Bereich der Windschutzscheibe in das Sichtfeld des Fahrers eingeblendet, jedoch erfolgt die Einblendung durch einen teildurchlässigen Spiegel (Combiner) anstelle der Windschutzscheibe. Durch die Teilduchlässigkeit des Combinerspiegels findet eine Überlagerung der Information mit der Umgebung statt Alternativ dazu existiert eine dritte Variante von Anzeigen, sogenannte Einblicksysteme. Bei diesen wird die darzustellende Information wie herkömmlich im Bereich des Armaturenbretts angezeigt, jedoch ohne dass es mit der Umgebung überlagert ist. Hierzu wird das Bild eines Displays typischerweise über eine vollverspiegelte Fläche und gegebenenfalls weitere optische Elemente projiziert.
Da Combiner- und Einblicksysteme unabhängig von der Geometrie der Windschutzscheibe sind, lassen sich prinzipiell größere Gesichtsfelder (z. B. horizontale Bildwinkel größer 8°) realisieren. Bei diesen Systemen ist es daher das Ziel, eine besonders große Etendue (größeres Gesichtsfeld als bei herkömmlichen Head-up Displays) und eine lichtstarke, kontrastreiche Darstellung zu erreichen. Dennoch sollen auch Combiner- und Einblicksysteme sehr kompakt ausgeführt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug mit großem Gesichtsfeld und großer Pupille als Combiner- oder Einblicksystem so zu realisieren, dass mit einem kompakten Aufbau eine hohe Leuchtdichte bei exakter Ausleuchtung erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Erfindungsgemäß ist ein Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug mit einer Lichtquelle zum Emittieren von Licht, einem Lichtmodulator oder Lichtventil, wie z. B. einem LCD, zum Erzeugen eines Bildes, das von dem, von der Lichtquelle emittierten Licht beleuchtet wird, und mit einem optischen System wie Linsen und/oder Spiegeln, im Bereich des Armaturenbrettes dargestellt wird, als Combiner- oder Einblicksystem ausgelegt, wobei das anzuzeigende Bild über eine teildurchlässige (Combiner) oder eine vollverspiegelte Fläche dargestellt wird und eine Primäroptik zur Kollimation und eine Sekundäroptik zur Strahlformung und Homogenisierung zwischen der Lichtquelle und dem Lichtmodulator angeordnet ist. Diese Kombination von Primär- und Sekundäroptik im Beleuchtungsstrahlengang vor dem Lichtventil gewährleistet eine hohe Leuchtdichte bei homogener Ausleuchtung einer möglichst scharf begrenzten Eyebox und somit ein großes Gesichtsfeld (z. B. mit horizontalen Bildwinkeln größer 8°) und große Pupille bei hoher Abbildungsqualität bei einer einfachen Projektionsoptik, welche im Idealfall nur aus einer vergrößernden Komponente wie z. B. einer Linse und einer anzeigenden Komponente, wie einer teil- oder vollverspiegelten Fläche besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Primäroptik einen Kollimator. Ist die Lichtquelle als Array ausgebildet so ist der Kollimator bevorzugt ebenfalls als Array ausgebildet. Ein Kollimator bzw. Kollimator-Array dient der Anpassung der Apertur der Lichtquelle bzw. Lichtquellen an diejenige der darstellenden Optik. Typischerweise werden diese Kollimatoren als klassisches Linsensystem, Reflektor wie ein CPC (Compound-Parabolic-Concentrator) oder sowohl mit Refraktion als auch Reflexion arbeitende, sogenannte RXI-Kollimatoren ausgeführt. Umfasst die Lichtquelle selbst keine Kondensoren so kann vorteilhafterweise ein Kondensor bzw. Kondensor-Array zwischen Lichtquelle und Kollimator angeordnet sein.
Vorteilhafter Weise ist die Lichtquelle als LED-Array ausgebildet. Bevorzugt sind die LED des LED-Arrays so angeordnet, dass bereits die Lichtquelle eine rechteckige Form einnimmt, wobei das Seitenverhältnis des Rechtecks mit dem Seitenverhältnis des Lichtventils übereinstimmt, vorzugsweise in der Breite deutlich weiter ausgedehnt ist als in der Höhe. Auch die Anordnung entsprechend einem hexagonalen Parkett (3) kann sinnvoll sein, weil ein Sechseck die in vielen Fällen vom Azimut unabhängige (kreisförmige) Abstrahl-Charakteristik der Lichtquelle (z. B. LED) gut approximiert und sich auf diese Weise gleichzeitig eine lückenlose Leuchtfläche zusammensetzen lässt. In dieser Ausführung des LED-Arrays sind vorteilhafterweise die Kollimatoren eines Kollimator-Arrays hexagonal geformt. Somit erhalten wir den für die darstellende Optik nötigen geschlossenen Phasenraum (Ort und Richtung) auch ohne Verwendung stark streuender und damit Leuchtdichte vermindernder Komponenten, wie sie üblicherweise hierfür verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sekundäroptik ein Mikrolinsen-Array, welches im Strahlengang nach dem Kollimator-Array angeordnet ist. Dieses dient sowohl der Homogenisierung als auch der Anpassung an die Geometrie der Eyebox. Bevorzugt ist dieses als doppelseitiges (aus zwei Brechkräften bestehenden), sogenanntes Tandem-Array ausgebildet, so dass sich damit ein sogenanntes Tophat-Profil darstellen lässt. D. h. eine konstante, homogene und relativ scharf begrenzte Ausleuchtung der Eyebox erzielen lässt. Weil die Abstrahl-Charakteristik ein intrinsisches Merkmal eines solchen Bauteiles ist, können damit sogar Toleranzen in den Bauteilen davor vollkommen neutralisiert werden. Die einseitige Ausführungsform besitzt diese Eigenschaft nicht und liefert abhängig vom Winkel-Vergrößerungsfaktor auch nur ein trapez-förmiges Ausleuchtungs-Profil (verwaschener Randabfall).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Mikrolinsen zylindrisch und damit nur in einer Richtung wirksam. Damit lassen sich besonders hohe Leuchtdichten erzielen. Weil die Lichtquelle (z. B. LED) und die Eyebox näherungsweise zueinander konjugierte Ebenen sind, kann auch diese Bauform bei geeigneter Lichtquelle einen steilen Helligkeitsabfall am Rand der Eyebox gewährleisten. Bevorzugt wird in dieser Ausführungsform ein Linsensystem als Kollimator-Array verwendet. Dieses bietet die Möglichkeit, so optimiert zu werden, dass möglichst wenig Licht in Richtungen außerhalb des Nennbereiches abgestrahlt wird. Nur so können auch Nebenmaxima durch das Überkoppeln in Nachbarzellen des Zylinderlinsen-Arrays vermieden werden.
Gerade bei einem Anzeigesystem mit weitem Gesichtsfeld (z. B. mit horizontalen Bildwinkeln größer 8°) ist eine gute Realisierung eines Tophat-Profils mit steil abfallenden Rändern von großer Bedeutung. Erstens natürlich wegen der Effizienz, denn diese Systeme stellen bezüglich Stromverbrauch und Wärmemanagement ohnehin erhöhte Anforderungen und jegliches Licht außerhalb der Eyebox vermindert bei gleicher Leistungsaufnahme die Leuchtdichte bzw. erhöht die Leistungsaufnahme noch zusätzlich. Zweitens wegen der insbesondere bei Systemen mit besonders großem Gesichtsfeld problematischen Abbildungs-Qualität außerhalb der Eyebox. Diese Aberrationen erhöhen eher den physiologischen Stress, anstatt ihn zu vermindern, was dem Sinn eines akkomodationsarmen Einblick- oder Combinersystems genau entgegen steht. Somit ist eine Ausleuchtung dieser Bereiche auch in dieser Hinsicht unerwünscht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sekundäroptik eine Telezenter-Linse. Die Telezenter-Linse ist so ausgebildet, dass sie die von der Lichtquelle emittierten Strahlen überlagert in die Eyebox, also die Austrittspupille des Anzeigesystems abbildet, wobei auf der Seite der Telezenter-Linse, die der Lichtquelle zugewandt ist, alle Strahlen zum Zentrum der Eyebox parallel zueinander, also telezentrisch verlaufen. Der Einsatz der Telezenter-Linse ermöglicht es, ein Einblicksystem, also ein Anzeigesystem, bei dem die optische Überlagerung mit der Umgebung entfällt oder ein Combinerssystem, mit großem Gesichtsfeld und hoher Leuchtdichte bei exakter, homogener Ausleuchtung und kompaktem Aufbau so zu gestalten, dass die Beleuchtungsoptik mit relativ einfachen, planeren Komponenten auskommt und damit kostengünstig ist.
Vorzugsweise ist die Telezenter-Linse als Negativlinse, also als Linse mit negativer Brechkraft ausgebildet. Hierdurch kann die telezentrische Wirkung der Telezenter-Linse besonders einfach erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist sie bi-konkav ausgebildet. D. h. sowohl seine Lichteintrittsseite als auch seine Lichtaustrittsfläche ist konkav. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist sie plankonkav ausgebildet, d. h. die Lichteintrittsseite ist konkav ausgebildet während die, dem Lichtventil zugewandte Seite als Planseite ausgebildet ist.
Besonders vorteilhaft entspricht die Größe der Telezenter-Linse zumindest annähend der Größe des Lichtmodulators, an dem das Bild erzeugt wird. D. h. die Größe ihrer optisch aktiven Fläche weicht um weniger als 30% von der optisch wirksamen Fläche des Lichtmodulators ab. Auch ihre Form entspricht der des Lichtmodulators. Bei einem üblicherweise rechteckigen Lichtmodulator wird eine rechteckige Telezenter-Linse verwendet, wobei ihr Verhältnis von Länge zu Breite etwa dem des Lichtmodulators entspricht. Die Telezenter-Linse ist nahe beim Lichtmodulator angeordnet. Der Abstand zwischen Telezenter-Linse und dem Lichtmodulator entspricht maximal der Länge der halben Diagonale der optisch wirksamen Fläche des Lichtmodulators. Vorzugsweise kann sie ohne Abstand zum Lichtventil direkt an dieses anschließend angeordnet sein, insbesondere dann, wenn zwischen Lichtventil und Telezenter-Linse kein Diffuser vorgesehen ist oder wenn der Diffuser in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform direkt auf die Telezenter-Linse aufgebracht ist oder z. B. durch Oberflächenbehandlung o. Ä. erzeugt wurde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die, dem Lichtmodulator zugewandte Seite der Telezenter-Linse als Fresnel-Linse realisiert. Dadurch lässt sich viel Material und Platz sparen, das Anzeigesystem wird kompakter und billiger.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die, dem Lichtmodulator zugewandte Seite der Telezenter-Linse als Freiformfläche ausgebildet. Dadurch ist es möglich in diesem relativ einfachen Aufbau eine vollständig telezentrische Wirkung zu erreichen, insbesondere wenn in dem darstellenden optischen System ebenfalls mindestens eine Freiformfläche verwendet wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Lichtquelle, vorzugsweise zwischen dem Kollimatorarray und der Telezenter-Linse ein Lichtleiter angeordnet. Dieser dient vornehmlich der Homogenisierung der Ausleuchtung über das Bildfeld, ohne dabei die Leuchtdichte nennenswert zu vermindern, wie z. B. bei der Verwendung eines starken Diffusors und ohne die Formung der Eyebox-Ausleuchtung (Tophat) zu stören. Ein Lichtleiter kann besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit einer Telezenter-Linse eingesetzt werden. Erst durch die Parallelität der Strahlen des Eyeboxzentrums vor der Telezenter-Linse sind die Voraussetzungen für den Einsatz eines Lichtleiters zur Homogenisierung des Lichts gegeben. Der Lichtleiter ist bevorzugt zwischen Kollimator-Array und Telezenter-Linse angeordnet. Bevorzugt befindet sich ein Mikrolinsen-Array zwischen Kollimator-Array und Lichtleiter. Dieses kann aber auch innerhalb des Lichtleiters oder nahe bei der Telezenter-Linse angeordnet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Diffuser neben der Telezenter-Linse angeordnet, oder direkt auf dieser angebracht. Dieser dient dazu Inhomogenitäten mit hoher Raumfrequenz zu eliminieren. Diese können z. B. durch Übergänge zwischen den Kollimatoren, Mikrolinsen-Arrays, Stufen der Fresnel-Linse und der Lichtquelle selbst verursacht sein. Weil dazu bereits ein relativ schwacher Diffusor, wie er hier verwendet wird, ausreicht, können mit diesem Beleuchtungskonzept sehr hohe Anzeige-Leuchtdichten, wie sie bei starken Umgebungshelligkeiten benötigt werden, realisiert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen eingehend erläutert wird.
Es zeigen:
1 Schematisch ein erfindungsgemäßes Anzeigesystem im Überblick,
2a schematisch eine Beleuchtungseinheit eines erfindungsgemäßen Anzeigesystems in einer Schnittansicht,
2b Bestandteile derselben Beleuchtungseinheit eines Anzeigesystems in einer perspektivischen Ansicht und
3 eine schematische Darstellung der Anordnung der LEDs der Lichtquelle.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen, akkommodationsreduzierten Anzeigesystems, welches in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Das Anzeigesystem weist eine Bilderzeugungseinheit 1 zum Erzeugen des Bildes auf und eine, hier als Linse ausgeführte, einfach Projektionsoptik 2 zum Abbilden des Bildes in die Eyebox 3 des Fahrers 4. Eine Abdeckung 5, schließt die Projektionseinheit 2 des Anzeigesystems im Armaturenbrett 6 des Kraftfahrzeuges unterhalb der Windschutzscheibe 7 ein, die Bilderzeugungseinheit 1 befindet sich hinter dem Armaturenbrett 6.
Die Bilderzeugungseinheit 1 der erfindungsgemäßen Anzeige- bzw. Einblicksystems umfasst ein Lichtventil 8, welches als Flüssigkristallanzeige z. B. LCD, TFT oder STN ausgebildet ist, eine Lichtquelle 9 und eine Beleuchtungsoptik 10.
Die Bilderzeugungseinheit 1 wird anhand der 2 detaillierter erläutert.
Das vom Anzeigesystem anzuzeigende Bild wird mittels der Bilderzeugungseinheit 1 am Lichtventil 8 erzeugt. Zur Beleuchtung des Lichtventils 8 dient das mehrfarbige (R, G, B) Licht von LED 101, 102 und 103 der Lichtquelle 9. Anstelle der LED können auch andere Lichtquellen wie HID (High Intensity Discharge) oder thermische Quellen verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich um eine kostengünstige, lichtintensive Lichtquelle 9 wie z. B. LED. Die LED 101, 102, 103 sind, wie in der 3 gezeigt mit vielen weiteren LED dreireihig versetzt zueinander angeordnet, wobei das Verhältnis von Breite b zu Höhe h der Anordnung möglichst groß, wie z. B. 3:1 oder 18:4, also die Breite b ein Vielfaches, wenigstens das 3-fache der Höhe h beträgt Dieser Aufbau der Lichtquelle 9, der sich in der Anordnung der LED 101, 102 und 103 ausdrückt, ist die Grundlage für die Erzeugung eines sehr weiten Gesichtsfeldes. Diese Anordnung der LED 101, 102, 103 unterstützt eine hexagonale Form der, den LED vorgesetzten Kollimatoren 104 des Kollimatorarrays 11, welche in der 3 gestrichelt angedeutet sein.
Dieses von der Lichtquelle 9 somit bereits soweit möglich in der gewünschten Form emittierte Licht wird von der Beleuchtungsoptik 10 geformt und homogenisiert und auf das Lichtventil 8 geleitet. Dabei ist die Beleuchtungsoptik 10 so angeordnet und ausgebildet, dass ihre Objektebene am Ort der LED-dye 201 liegt. D. h. die Beleuchtungsoptik 10 bildet die LED-dye 201, also die, im Allgemeinen rechteckige Leuchtfläche der LED 101 in die Eyebox 3 des Fahrers 4 ab. So wird die quadratische oder rechteckige Form der LED-dye 201 in die rechteckige Form der Eyebox 3 transferiert. Das Ausnützen der LED-dye 201 selbst zur Abbildung begünstigt in Verbindung mit einer entsprechenden Abbildungsoptik eine homogene, rechteckige Ausleuchtung der Eyebox zu erzielen.
Der erste Bestandteil der Beleuchtungsoptik 10, der Kollimatorarray 11 ist ebenfalls als rechteckige Hexagonalmatrix, entsprechend der Anordnung der LED 101, 102, 103 ausgebildet. In der 2 ist es allerdings der Übersichtlichkeit gemäß einfacher dargestellt. Die Kollimatoren des Kollimatorarrays 11 sind annähernd aplanatisch, um eine homogene, scharf begrenzte Ausleuchtung zu unterstützen. Das Kollimatorarray 11 bildet die LED's 101, 102, 103 nach unendlich ab.
In Strahlrichtung nach dem Kollimatorarray 11 befindet sich ein Zylinderlinsenarray 12, welches vorzugsweise als doppelseitiges Array positiver Linsen ausgeführt ist. Es dient der Homogenisierung, der Anpassung an die Geometrie der Eyebox (hier quadratische LED-dye 201 auf rechteckige Eyebox 3) und der Etendue-Vergrößerung. Die zweiseitige Ausführung des Zylinderlinsenarrays 12 ermöglicht eine steile Flanke am Rand des Horizontalschnitts der Eyebox 3. Nur dadurch kann eine scharfe Begrenzung der Eyebox 3 gewährleistet und damit Abbildungsfehler am Rand der Eyebox 3 vermieden werden. Dies ist insbesondere bei einem akkommodationsreduzierten Anzeigesystem mit großem Gesichtsfeld wichtig, da mit zunehmender Größe des Gesichtsfeldes Bildfehler am Rand der Eyebox 3 problemtischer werden. Im Zylinderlinsenarray 12 gibt es zwischen den Linsenbereichen Totzonen, also Bereiche, welche nicht durchstrahlt werden. Diese Maßnahme bewirkt bei einem beidseitigen Zylinderlinsenarray 12 dass es kein Übersprechen und damit keine Nebenmaxima in der Eyebox 3 gibt.
Als nächstes optisches Element entlang des Strahlengangs, vom Fahrer 4 aus gesehen, kann ein Lichtleiter 13 angeordnet sein, der das kollimierte, geformte und homogenisierte Licht zu einem als Telezenter-Linse 14 ausgeführten Kondensor führt. Die Telezenter-Linse 14 ist im Strahlengang nach dem Zylinderlinsenarray 12 angeordnet. Die Telezenter-Linse 14 ist als Negativlinse ausgeführt, sowohl die, der Lichtquelle 9 zugewandte Fläche als auch die dem Lichtventil 8 zugewandte Fläche sind konkav. Die Telezenter-Linse 14 bildet die von der Lichtquelle 9 kommenden Strahlen überlagert in die Eyebox 3 ab. Dabei verlaufen auf der Seite der Lichtquelle 9 alle Strahlen, die vom Zentrum der Eyebox 3 kommen, parallel zueinander. Die vom Lichtventil 8 abgewandte Seite der Telezenter-Linse 14 wurde aus Gründen der Kompaktheit und der Materialersparnis als Fresnel-Linse aufgeführt. Die andere Seite ist als Freiformfläche ausgebildet. Die Brennweite der Telezenter-Linse 14 ist so gewählt, dass diese die LED-dye 201 der LED 101, 102, 103 überlagert in die Eyebox 3, also die Austrittspupille des Anzeigesystems abbildet. Aufgrund der telezentrischen Eigenschaften der Telezenter-Linse 14 ist gewährleistet, dass beleuchtungsseitig alle Strahlen vom Zentrum der Eyebox 3 parallel zueinander verlaufen. Dadurch ermöglicht es die Telezenter-Linse 14, eine plane Lichtquelle 9 und eine einfache Projektionseinheit 2 nach dem Lichtventil 8 bei gleichzeitig großem Gesichtsfeld zu verwenden. Eine solche Anordnung setzt nämlich ein relativ großes Lichtventil 8 voraus. Da gleichzeitig eine hohe Helligkeit dieses Lichtventils 8 notwendig ist, müssen die Aperturen relativ klein sein, damit das System effizient ist und kein Licht verloren geht, d. h. außerhalb der Eyebox 3 gelangt. Ohne Telezenter-Linse 14 wären diese kleinen Aperturen in ihrer Ausrichtung vom Ort auf dem Lichtventil 8 abhängig. Die Telezenter-Linse 14 hebt diese Ortsabhängigkeit auf und ermöglicht somit erst den Aufbau eines Anzeigesystems mit einem großen Gesichtsfeld bei einfacher Projektionsoptik 2. Dabei zeichnet sich eine einfache Projektionsoptik 2 dadurch aus, dass sie das, am Lichtventil 8 erzeugte Bild direkt, d. h. ohne Zwischenabbildung, in das virtuelle Bild projiziert. Aufgrund der Aufhebung der Ortsabhängigkeit des Lichtes eröffnet sich auch die Möglichkeit der Verwendung eines Lichtleiters 13.
Zwischen der Telezenter-Linse 14 und dem Lichtventil 8 ist ein Diffuser 15 angeordnet. Mit ihm werden restliche Inhomogenitäten ausgeglichen. welche durch vorhandene Lücken zwischen den Kollimatoren des Kollimator-Arrays 11 und Unvollkommenheiten an der Fresnel-Fläche der Telezenter-Linse 14 entstehen oder nach Homogenisierung der LED-dye 201 mit zylindrischen Mikrolinsen-Arrays noch vorhanden sind.
Bezugszeichenliste

1: Bilderzeugungseinheit
2: Projektionseinheit
3: Eyebox
4: Fahrer
5: Abdeckung
6: Armaturenbrett
7: Windschutzscheibe
8: Lichtventil
9: Lichtquelle
10: Beleuchtungsoptik
101: LED
102: LED
103: LED
104: Kollimator
201: LED-dye
11: Kollimatorarray
12: Zylinderlinsenarray
13: Lichtleiter
14: Telezenter-Linse
15: Diffuser
51: Primäroptik
52: Sekundäroptik

Claims

Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug mit einem, von einer Lichtquelle (9) beleuchteten, Lichtventil (8) zum Erzeugen eines virtuellen Bildes und einer Projektionseinheit (2) zum Betrachten des virtuellen Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass das System als Combiner- oder Einblicksystem ausgelegt ist und zwischen der Lichtquelle (9) und dem Lichtventil (8) eine Beleuchtungsoptik (10) angeordnet ist, die eine Primäroptik (51) zur Kollimation und eine Sekundäroptik (52) zur Strahlformung und Homogenisierung umfasst.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (51) ein Kollimator-Array (11) umfasst.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (9) als LED-Array ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer hexagonalen Anordnung der LEDs im LED-Array jeweils Kollimatoren eines Kollimator-Arrays zugeordnet sind, welche hexagonal geformt sind.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Array rechteckig ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenverhältnis des LED-Arrays dem Seitenverhältnis der optische aktiven Fläche des Lichtventils (8) entspricht.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (52) ein Mikrolinsenarray (12) umfasst.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (12) als doppelseitiges Array ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrolinsenarray (12) als Zylinderlinsenarray ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (52) eine Telezenter-Linse (14) umfasst.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezenter-Linse (14) negative Brechkraft aufweist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezenter-Linse (14) bi-konkav ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Telezenter-Linse (14) plan-konkav ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Telezenter-Linse (14) etwa der des Lichtventils (8) entspricht.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 10, 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Telezenter-Linse (14) und dem Lichtventil maximal der halben Diagonalen des Lichtventils (8) entspricht.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Lichtventil (8) abgewandte Seite der Telezenter-Linse (14) als Fresnel-Linse ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach dem Anspruch 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lichtventil (8) zugewandte Seite der Telezenter-Linse (14) als Freiformfläche ausgebildet ist.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (52) einen Lichtmischer (13) umfasst.
Anzeigesystem zum akkommodationsreduzierten Anzeigen von Informationen in einem Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen seitig vor dem Lichtventil (8) ein Diffuser (15) angeordnet ist