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Die Erfindung betrifft ein automotive Head-up-Display mit einer erweiterten virtuellen Bildbreite.
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In einem Kraftfahrzeug werden technische Informationen, beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit, die Drehzahl des Motors oder die Öltemperatur, sowie Verkehrs- und Navigationsdaten während der Fahrt für den Fahrer bereitgestellt. Die Informationen werden üblicherweise auf einer Instrumententafel dargestellt. Beim Ablesen der angezeigten Informationen von der Instrumententafel ist ein Fahrer zumindest kurzfristig vom Verkehrsgeschehen abgelenkt. Head-up-Displays ermöglichen Informationen direkt im Sichtbereich des Fahrers auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs anzuzeigen. Dadurch können Informationsinhalte erfasst werden, während gleichzeitig die Straßenverhältnisse im Blickfeld des Fahrers bleiben.
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Moderne Head-up-Displays erzeugen ein virtuelles Bild, das für den Fahrer in einigem Abstand vor der Windschutzscheibe, beispielsweise am Ende der Motorhaube, zu liegen scheint. Das virtuelle Bild kann im Allgemeinen nur aus einem definierten Bereich, der so genannten Eyebox, gesehen werden. Die Eyebox wird üblicherweise so ausgelegt, dass aus dem gesamten gewünschten Eyeboxbereich das komplette virtuelle Bild gesehen werden kann.
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Von zukünftigen Head-up-Displays wird die Darstellung von immer größeren virtuellen Bildern verlangt. Insbesondere kontaktanaloge Head-up-Displays erfordern die Überdeckung des virtuellen Bildes von einem größtmöglichen Teil der vor dem Fahrzeug liegenden Straßenszenerie. Bei gleich groß ausgelegter Eyebox nimmt allerdings mit der Größe des virtuellen Bildes auch die Größe der benötigten optischen Komponenten eines Head-up-Displays, zum Beispiel der Instrumententafelausschnitt oder Spiegelapparaturen, deutlich zu. Dadurch wird die geometrische Integration des Head-up-Displays in den eng bemessenen Bauraum in der Instrumententafel deutlich erschwert.
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Es ist wünschenswert, ein automotive Head-up-Display anzugeben, bei dem der virtuelle Bildbereich verbreitert ist und das dennoch einen nur geringen Bauraum benötigt. Des Weiteren soll ein Fahrzeug mit einem automotive Head-up-Display mit einem verbreiterten virtuellen Bildbereich angegeben werden, wobei das Head-up-Display in der Instrumententafel des Fahrzeugs nur einen relativ geringen Bauraum benötigt.
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Ein automotive Head-up-Display mit einem verbreiterten Gesamtbildbereich ist im Patentanspruch 1 angegeben. Im Patentanspruch 9 ist ein Fahrzeug mit einem derartigen automotive Head-up-Display angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein automotive Head-up-Display eine Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines virtuellen Bildes, das aus einer Eyebox sichtbar ist. Die Bilderzeugungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass das virtuelle Bild einen biokularen Bildbereich und mindestens einen monookularen Bildbereich, die beide aus der Eyebox sichtbar sind, aufweist.
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Bei dem automotive Head-up-Display wird die Eyebox in einen Bereich für das linke Auge und einen Bereich für das rechte Auge aufgeteilt. In der Mitte des virtuellen Bildes befindet sich ein Bereich für den die Eyebox derart ausgelegt ist, dass der Bildbereich des virtuellen Bildes für beide Augen (biokular) sichtbar ist. Zusätzlich weist das virtuelle Bild an mindestens einer Seite und vorzugsweise zu beiden Seiten des biokularen Bildbereichs einen zusätzlichen Bildbereich, der nur von jeweils einem Auge (monookular) eines Betrachters gesehen werden kann, auf. Die Erzeugung des zusätzlichen monookularen Bildbereichs kann durch eine geeignete Auslegung des Displays und/oder der Spiegelapparaturen der Bilderzeugungseinrichtung erreicht werden. Die Art der Eyebox-Konstruktion erlaubt es, eine größere Gesamtbildbreite des virtuellen Bildes zu realisieren, ohne dass dabei die optischen Apparaturen und damit das HUD(Head-up-Display)-Package verbreitert werden muss.
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Die Aufteilung in einen biokularen und mindestens einen monookularen Bildbereich kann sich auch in der Aufteilung der Anzeigeinhalte widerspiegeln. Im biokularen Bildbereich können beispielsweise Informationsinhalte, die dauerhaft oder häufig angezeigt werden, wiedergegeben werden (statische Inhalte). Die monookularen Bildbereiche können beispielsweise für Bildinhalte, die nur kurzzeitig angezeigt werden (dynamische Inhalte), genutzt werden. Dadurch kann eine eventuelle Irritation des Fahrers aufgrund der nur monookular sichtbaren Bereiche minimiert werden.
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Die Anordnung ist insbesondere vorteilhaft für kontaktanaloge Head-up-Displays, da insbesondere bei solchen Displays große Bildbreiten verlangt werden, um einen möglichst großen Bereich auf den Nachbarspuren eines Fahrzeugs zu überdecken. Auch die oben angegebene Aufteilung der Anzeigeinhalte lässt sich vorteilhaft bei einem kontaktanalogen Head-up-Display verwenden. Dauernd angezeigte Informationen, beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und kontaktanaloge Inhalte auf der eigenen Fahrspur können im biokularen zentralen Bildbereich des virtuellen Bildes angezeigt werden. Dynamische kontaktanaloge Informationen, die nur situativ und kurzzeitig angezeigt werden müssen, können in den äußeren monookularen Bildbereichen dargestellt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ausführungsform eines automotive Head-up-Displays zur Erzeugung eines virtuellen Bildes,
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2 eine Ausführungsform einer Eyebox zur Beobachtung eines virtuellen Bildes,
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3 eine Ausführungsform eines automotive Head-up-Displays zur Erzeugung eines virtuellen Bildes mit verbreiterter Bildbreite,
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4 eine Ausführungsform einer Eyebox zur Beobachtung eines virtuellen Bildes mit verbreiterter Bildbreite,
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5 eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem automotive Head-up-Display zur Erzeugung eines virtuellen Bildes mit verbreiterter Bildbreite,
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6 eine Anzeige von Informationen in einem virtuellen Bild mit verbreiterter Bildbreite.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines automotive Head-up-Displays, das in einem Fahrzeug verwendet werden kann. Das Head-up-Display umfasst eine Bilderzeugungseinrichtung 100 zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 200. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 weist ein Display 110 zur Erzeugung eines realen Bildes 200' und ein optisches System zur Erzeugung des virtuellen Bildes 200 auf. Das optische System kann beispielsweise Linsen und Spiegel enthalten. Aus Vereinfachungsgründen ist das optische System in 1 mit einem abbildendem Spiegel 120 und einer Windschutzscheibe 130 als letztem Spiegel des optischen Systems dargestellt.
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Das von dem Display 110 erzeugte reale Bild 200' wird auf den Spiegel 120 abgebildet und von dort auf die Windschutzscheibe 130 projiziert. Für einen Betrachter, beispielsweise einen Fahrer, erscheint ein virtuelles Bild 200 in einigem Abstand vor der Windschutzscheibe 130. Das optische System ist derart ausgebildet, dass das reale Bild auf dem Display 110 durch das optische System vergrößert wird und die empfundene Distanz, in der das virtuelle Bild vor der Windschutzscheibe entsteht, einige Meter betragen kann. Die Head-up-Display-Optik soll so ausgelegt sein, dass große und kleine Fahrer das virtuelle Bild vollständig und mit homogener Helligkeit sehen können.
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Der Bereich, aus dem das virtuelle Bild 200 vollständig gesehen werden kann, wird als Eyebox 300 bezeichnet. 2 zeigt einen Strahlenverlauf zwischen den Ecken der Eyebox 300 und dem virtuellen Bild 200. Das Sichtstrahlvolumen ist durch die Randstrahlen eingegrenzt und wird von der Bilderzeugungseinrichtung 100 erzeugt. Damit aus der Eyebox heraus das gesamte virtuelle Bild 200 mit beiden Augen des Betrachters gesehen werden kann, müssen das Display 110, die Spiegel der Abbildungsoptik 120 und eine Eintrittsöffnung in der Instrumententafel, aus der das Bild auf die Windschutzscheibe projiziert wird, eine gewisse Größe aufweisen. Dabei bestimmen die äußersten Strahlengänge im Wesentlichen die Größe der benötigten Spiegelaperturen.
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Um ein großes virtuelles Bild zu erzeugen, muss bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des Head-up-Displays auch das Sichtstrahlvolumen vergrößert werden. Dazu ist es notwendig, dass auch das Display 110 sowie die Komponenten des optischen Systems entsprechend vergrößert werden. Ein entsprechend vergrößerter Bauraum muss in der Instrumententafel des Fahrzeugs, in der das Display 110 und die Abbildungsoptik 120 integriert sind, bereitgestellt werden.
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3 zeigt einer Ausführungsform eines Head-up-Displays, bei dem das mit dem Head-up-Display erzeugte virtuelle Bild 200 im Vergleich zu dem virtuellen Bild, das mit dem in 1 gezeigten Head-up-Display erzeugt worden ist, verbreitert ist. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 erzeugt das virtuelle Bild 200 derart, dass das virtuelle Bild von der Eyebox 300 aus gesehen einen biokularen Bildbereich 210 und mindestens einen monookularen Bildbereich 220, 230 aufweist. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform des Head-up-Displays wird das virtuelle Bild 200 mit einem ersten monookularen Bildbereich 220 und einem zweiten monookularen Bildbereich 230 erzeugt. Der biokulare Bildbereich 210 liegt zwischen den beiden monookularen Bildbereichen 220, 230. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 erzeugt das virtuelle Bild derart, dass der biokulare Bildbereich 210 aus der Eyebox 300 mit beiden Augen eines Betrachters und der mindestens eine monookulare Bildbereich 220, 230 aus der Eyebox 300 mit einem Auge eines Betrachters sichtbar ist.
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Die Bilderzeugungseinrichtung 100 umfasst ein Display 110 zur Erzeugung eines realen Bildes 200' und ein optisches System 120, 130 zur Erzeugung des virtuellen Bildes 200. Das optische System kann Linsen und Spiegel aufweisen. Aus Vereinfachungsgründen ist auch in 3 lediglich ein Spiegel 120 und ein Spiegel 130 des optischen Systems dargestellt. Ein von dem Display 110 erzeugtes reales Bild 200' fällt zunächst auf den Spiegel 120 und wird von dem Spiegel 120 auf den Spiegel 130 projiziert. Der Spiegel 130 kann als eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 bewirkt, dass für einen Betrachter das virtuelle Bild in einem Abstand vor der Windschutzscheibe 130 mit dem biokularen Bildbereich 210 und dem mindestens einen monookularen Bildbereich 220, 230 erzeugt wird.
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Zu Erzeugung des virtuellen Bildes mit der im Vergleich zu den 1 und 2 verbreiterten Bildfläche weist das Display 110 neben dem Displaybereich 111, der die gleiche Größe wie das Display der Ausführungsform in 1 aufweist, zusätzliche Displaybereiche 112 und 113 auf. Die zusätzlichen Displaybereiche 112 und 113 erzeugen die zusätzlichen virtuellen Bildbereiche 220 und 230. Das optische System 120, 130, insbesondere die Spiegelfläche des abbildenden Spiegels 120, bleibt im Vergleich zur Ausführungsform der 1 unverändert. Die zusätzlichen Bildflächen 220, 230 des virtuellen Bildes werden somit lediglich durch Verbreiterung des Displays 110 erzeugt. Die maximale Erweiterung der Bildbreite des virtuellen Bildes durch die Eyebox ist durch die gegebene Spiegelfläche des abbildenden Spiegels 120 und die gesamte Eyeboxbreite definiert.
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4 zeigt einen Strahlengang zwischen der Eyebox 300 und dem virtuellen Bild 200, das mit der in 3 gezeigten Ausführungsform eines Head-up-Displays erzeugt worden ist. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 erzeugt das virtuelle Bild 200 derart, dass in dem virtuellen Bild 200 der biokulare Bildbereich 210 zwischen dem ersten und zweiten des mindestens einen monookularen Bildbereich 220, 230 angeordnet ist. Die Eyebox 300 wird in zwei Teilbereiche unterteilt. Aus dem Teilbereich 310, der beispielsweise dem linken Auge eines Betrachters zugeordnet ist, kann die zusätzliche Bildfläche 220 des virtuellen Bildes 200 beispielsweise mit dem linken Auge eines Betrachters gesehen werden. Aus dem Teilbereich 320 der Eyebox, der beispielsweise dem rechten Auge eines Betrachters zugeordnet ist, kann die zusätzliche Bildfläche 230 des virtuellen Bildes beispielsweise mit dem rechten Auge des Betrachters gesehen werden. Der Überlappungsbereich 210 des virtuellen Bildes kann von beiden Augen des Betrachters aus der Eyebox 300 gesehen werden.
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Betrachtet man das Lichtstrahlvolumen zwischen dem virtuellen Bild 200 und der Eyebox 300, so ist zu erkennen, dass der Querschnitt in etwa der Mitte des Sichtstrahlvolumen zwischen den virtuellen Bild und der Eyebox im Vergleich zu den in 2 gezeigten Querschnitt des Lichtstrahlvolumens ungefähr gleich groß bleibt. Gleichzeitig kann jedoch ein größerer Gesamtbildbereich des virtuellen Bildes realisiert werden, da neben dem Überlappungsbereich 210 noch die beiden Randbereiche 220, 230 im virtuellen Bild existieren. Somit kann ein breiteres virtuelles Bild realisiert werden mit einem im wesentlichen gleich bleibenden Strahlquerschnitt und damit einem in etwa gleich bleibenden Bauvolumen der Bilderzeugungseinrichtung unterhalb der Instrumententafel eines Fahrzeugs. Lediglich das Display 110 weist zu Erzeugung der monookularen Bildbereiche 220, 230 zusätzliche Displaybereiche 112, 113 auf.
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5 zeigt ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Automobil, das ein automotive Head-up-Display 10 gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst. Das Head-up-Display 10 umfasst das Display 110 zu Erzeugung eines realen Bildes, das optische System mit den abbildenden Spiegeln 120, 130. Der abbildende Spiegel 120 projiziert das auf ihn von dem Display 110 gelenkte Bild auf den Spiegel 130, der die Windschutzscheibe des Fahrzeugs bildet. Aus der Eyebox 300 eines Fahrers erscheint in einem Abstand vor der Windschutzscheibe 130 das virtuelle Bild 200 mit dem biokularen und dem mindestens einen monookularen Bildbereich.
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Die Aufteilung des virtuellen Bildes in einen biokularen und mindestens einen monookularen Bildbereich kann sich auch in den Anzeigeinhalten des virtuellen Bildes widerspiegeln. Die Bilderzeugungseinrichtung 100 kann dazu derart ausgebildet sein, dass im biokularen Bildbereich 210 statische Anzeigeinhalte, die dauerhaft oder häufig angezeigt werden, dargestellt werden. Des Weiteren kann die Bilderzeugungseinrichtung 100 dazu ausgebildet sein, dass in den monookularen Bildbereichen Bildinhalte angezeigt werden, die nur situativ und kurzzeitig angezeigt werden müssen. Im Beispiel der 6 werden in dem gemeinsamen, biokularen Bildfeld 210 im wesentlichen statische Informationen, beispielsweise eine zulässige Maximalgeschwindigkeit 211 oder eine Momentangeschwindigkeit 212 des Fahrzeugs, und gegebenenfalls zusätzlich dynamische Informationen angezeigt. In dem monookularen Bildbereich 220 wird beispielsweise ein kurzzeitig von einem Navigationssystem eingeblendeter Abbiegepfeil 221 angezeigt.
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Die Aufteilung der Anzeigeinhalte lässt sich vorteilhaft auch für kontaktanaloge Head-up-Displays verwenden. Dauerhaft angezeigte Inhalte, wie beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und kontaktanaloge Inhalte, die auf der eigenen Fahrspur des Fahrzeugs liegen, können im biokularen zentralen Bildbereich angezeigt werden. Kontaktanaloge Inhalte in den äußeren monookularen Bildbereichen können beispielsweise Spurwechsel-, Abbiege- oder Warnhinweise sein, die nur situativ und kurzzeitig angezeigt werden müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 10
- automotive Head-up-Display
- 100
- Bilderzeugungseinrichtung
- 110
- Display
- 120
- abbildender Spiegel
- 130
- Windschutzscheibe
- 200'
- reales Bild
- 200
- virtuelles Bild
- 210
- biokularer Bildbereich
- 220, 230
- monookularer Bildbereich
- 300
- Eyebox
