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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildanzeigeeinheit, auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Bildanzeigeeinheit sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Mit Hilfe von Head-up-Displays (HUDs = Blickfeldanzeigen) können zahlreiche Informationen, die sonst im Kombiinstrument, am Bildschirm des Bordcomputers oder auf dem Display des Navigationsgerätes angezeigt werden in die Frontscheibe eines Fahrzeugs projiziert werden. Dadurch können die Informationen schnell vom Fahrer erfasst werden, ohne dass er seinen Blick von der Straße abwenden braucht. Dies trägt zu einer Verbesserung der Verkehrssicherheit bei. Auch eine kontaktanaloge Darstellung ist mit solchen Systemen möglich. Meist weist der Bildinhalt nur eine geringe Abdeckung (Anteil der Displayfläche die zur Anzeige verwendet wird) auf, da oft nur einfache Symbole dargestellt werden, wie dies in der beispielhaften Abbildung aus 1 dargestellt ist. In der 1 ist dabei ein Ausschnitt einer Windschutzscheibe 100 dargestellt, in den ein Bild 110 mit für den Fahrer relevanten Informationen zu aktuellen Fahrtparametern wie einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit 120 oder Hinweisen 130 zu einer günstigen Fahrtroute unter Verwendung eines HUD eingeblendet wurden.
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Die
DE 197 04 740 B2 beschreibt einen holografischen Bildschirm und ein Herstellungsverfahren eines solchen Bildschirms.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Bildanzeigeeinheit, weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Bildanzeigeeinheit sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird eine Bildanzeigeeinheit zum Anzeigen eines Bildes innerhalb eines vordefinierten Anzeigebereichs geschaffen, wobei die Bildanzeigeeinheit die folgenden Merkmale aufweist:
- – einer Lichtquelle, die ausgebildet ist, um ein Laserlicht auszugeben;
- – einen holografischen Diffusor, der zumindest an einer ersten Stelle eine erste Abstrahlcharakteristik aufweist und an zumindest einer sich von der ersten Stelle unterscheidenden zweiten Stelle eine sich von der ersten Abstrahlcharakteristik unterscheidende zweite Abstrahlcharakteristik aufweist, und
- – einen Flüssigkristall-Bildschirm zur Ausgabe des Bildes;
wobei die Lichtquelle derart angeordnet oder ausgerichtet ist, dass ein von der Lichtquelle ausgesandtes Laserlicht den holografischen Diffusor und den Flüssigkristall-Bildschirm anstrahlt, um das Bild in dem vordefinierten Anzeigebereich anzuzeigen.
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Ferner wird durch den hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben einer Bildanzeigeeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Beleuchten des holografischen Diffusors mit einem von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlicht; und
- – Ansteuern des Flüssigkristall-Bildschirms, um das Bild in dem vordefinierten Anzeigebereich auszugeben.
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Unter einer solchen Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Unter einer Bildanzeigeeinheit kann beispielsweise eine Vorrichtung verstanden werden, die ein Bild in einem bestimmten Bereich auf einem Bildschirm ausgibt. Dieser bestimmte Bereich kann der vordefinierte Anzeigebereich sein, der beispielsweise einen Abschnitt der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs bildet, durch die ein Fahrer während der Fahrt des Fahrzeugs blickt, um eine Verkehrssituation im Umfeld des Fahrzeugs zu erkennen. Der vordefinierte Anzeigebereich, in dem das Bild ausgegeben wird, kann somit ein Bereich sein, der unter Berücksichtigung von Spiegelungen beispielsweise an Elementen der Bildanzeigeeinheit und/oder der Windschutzscheibe auf eine Augenpartie des Fahrers reflektiert wird. Unter einer Lichtquelle kann eine Laserdiode oder ein anderes Licht emittierendes Element verstanden werden, welches Laserlicht ausgeben kann. Unter einem holographischen Diffusor kann ein optisches Element verstanden werden, welches beispielsweise bei gleichem Einfallwinkel von Licht auf zwei unterschiedliche Positionen dieses Diffusors an jeder dieser beiden Positionen ein voneinander unterschiedliches Abstrahlungs- und/oder Reflexionsverhalten des Lichts aufweist. Beispielsweise kann bei Licht, das in einem ersten Einfallswinkel auf die erste Position oder Stelle auf oder in diesen Diffusor einfällt, in einem ersten Ausfallwinkel von dieser Position oder Stelle auf oder in dem Diffusor abgestrahlt werden, wogegen Licht, das in einem zweiten Einfallwinkel auf die zweite Position oder Stelle auf oder in diesen Diffusor einfällt, in einem vom ersten Ausfallwinkel unterschiedlichen zweiten Ausfallwinkel von dieser Position oder Stelle auf oder in dem Diffusor abgestrahlt wird. Unter einem Diffusor kann somit ein optisches Element verstanden werden, das von unterschiedlichen Stellen jeweils unterschiedliche Abstrahlungscharakteristiken aufweist. Der Diffusor kann dabei unmittelbar benachbart zum Flüssigkristall-Bildschirm angeordnet sein, sodass Licht, welches von der Lichtquelle beispielsweise durch oder auf den Diffusor gestrahlt wird, unmittelbar auf oder durch den Flüssigkristall-Bildschirm strahlt.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung einer Lichtquelle, welche Laserlicht ausgeben kann, in Kombination mit einem holographischen Diffusor ein sehr kontrastreiches Bild innerhalb des vordefinierten Anzeigebereichs ausgegeben werden kann. Dies resultiert daraus, dass nun durch die Verwendung von Laserlicht bereits ein polarisiertes Licht bereitgestellt wird, dessen Polarität beispielsweise am holographischen Diffusor nicht mehr verändert wird. Somit können Streueffekte vermieden werden, die durch eine Hintergrundbeleuchtung beispielsweise auf LED-Basis mit einem vor den Flüssigkristall-Bildschirm geschalteten Polfilter resultieren würden, um im Wesentlichen zum gleichen Beleuchtungslicht zu gelangen. Ferner lässt sich durch die effizientere Bereitstellung des Beleuchtungslichts zur Beleuchtung des Flüssigkristall-Bildschirms auch eine niedrigere Betriebstemperatur und einen geringeren Energieverbrauch der Bildanzeigeeinheit ermöglichen, da weniger Wärmeverluste zu erwarten sind.
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Der hier vorgestellte Ansatz bietet somit den Vorteil, dass bei lediglich geringer konstruktiver Veränderungen der für die Bildanzeigeeinheit verwendeten optischen Komponenten eine deutliche Verbesserung der Bildqualität als auch der Betriebsparameter wie beispielsweise einer Betriebstemperatur oder einer Energieeffizienz erreicht werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der holografische Diffusor ausgebildet, um zumindest einen vordefinierten Minimalanteil des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts in den vordefinierten Anzeigebereich zu bündeln. Unter einem solchen vordefinierten Minimalanteil des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts kann beispielsweise ein Anteil von 75 Prozent, insbesondere 90 Prozent oder günstigerweise mehr als 95 Prozent des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts verstanden werden, welches in den vordefinierten Anzeigebereich gebildet wird. Dies bedeutet, dass der holografische Diffusor zwar an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Abstrahlungscharakteristik aufweist, insgesamt gesehen jedoch eine Konzentration des von der Lichtquelle bereitgestellten Laserlichts in den vordefinierten Anzeigebereich ermöglicht. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders effizienten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Laserlichts.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der holografische Diffusor in Bezug auf einen Strahlenweg des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts zwischen der Lichtquelle und dem Flüssigkristall-Bildschirm angeordnet ist. Eine solche Anordnung des holografischen Diffusors bietet den Vorteil, dass der Flüssigkristall-Bildschirm möglichst großflächig oder vollständig ausgeleuchtet werden kann, sodass sich das von der Lichtquelle bereitgestellte (Laser-)Licht möglichst effizient ausnutzen lässt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bildanzeigeeinheit ferner einen Polarisator zum Blocken des von dem Flüssigkristall-Bildschirm abgestrahlten polarisierten Laserlichts aufweisen. Unter einem Blocken kann beispielsweise ein Verhindern des Lichtdurchtritts durch den Polarisator verstanden werden. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass Licht, dessen Polarisation vom Flüssigkristall-Bildschirm verändert wurde, geblockt werden kann. Hierdurch kann eine technisch sehr einfache Möglichkeit realisiert werden, das von der Bildanzeigeeinheit ausgegebene Licht ein- oder auszuschalten.
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Günstig ist ferner eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Bildanzeigeeinheit ferner ein Strahlformungselement aufweist, das zur Bündelung des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts auf den holografischen Diffusor ausgebildet ist. Ein solches Strahlenformungselement kann beispielsweise eine Linse, insbesondere eine Sammellinse und/oder eine Zerstreuungslinse und/oder einen Strahlformer (Beamshaper) aufweisen oder umfassen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein möglichst großer Teil des von der Lichtquelle bereitgestellten Laserlichts auf den holografischen Diffusor gerichtet werden kann.
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Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Intensität des von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlichts in mehr als zwei Stufen oder stufenlos einstellbar ist und/oder dass eine Lichtdurchlässigkeit des Flüssigkristall-Bildschirms in mehr als zwei Stufen oder stufenlos einstellbar ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass (insbesondere bei einer in ein Fahrzeug verbauten Bildanzeigeeinheit) eine Anpassung des von der Bildanzeigeeinheit ausgegebene in Bildes an bestimmte Lichtsituationen im Umfeld der Bildanzeigeeinheit angepasst werden kann. Beispielsweise kann bei Nacht oder allgemein bei Dunkelheit, wenn eine Umgebungshelligkeit sehr niedrig ist, die Lichtquelle derart eingestellt werden, dass sie ein Laserlicht mit lediglich einer geringen Intensität ausgibt, wogegen es in einer Helligkeitssituation bei Tag und hoher Sonneneinstrahlung erforderlich sein kann, die Lichtquelle so einzustellen, dass das bereitgestellte Laserlicht eine hohe Intensität aufweist, damit das von der Bildanzeigeeinheit ausgegebene Bild auch von einem Betrachter eindeutig erkannt werden kann. Gleiches gilt analog auch für die Steuerung der Lichtdurchlässigkeit des Flüssigkristall-Bildschirms, der bei einer Einstellung für eine niedrige Lichtdurchlässigkeit die Ausgabe eines weniger kontrastreichen Bildes ermöglicht, als bei einer Einstellung für eine hohe Lichtdurchlässigkeit. Bei einer Einstellung des Flüssigkristall-Bildschirms für eine niedrige Lichtdurchlässigkeit und/oder die Einstellung der Lichtquelle zu Ausgabe eines Laserlichts mit einer niedrigen Intensität kann dabei ein Schutz des Auges erreicht werden, sodass eine Anpassung des Auges an die im Bild mit der die Informationen einerseits und an die Erkennung von Objekten im Fahrzeugumfeld andererseits problemlos möglich ist.
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Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Lichtquelle ausgebildet ist, um Laserlicht in unterschiedlichen Spektralfarben auszugeben. Unter einer Spektralfarbe kann hierbei eine vordefinierte Wellenlänge oder ein vordefinierter Wellenlängenbereich des Laserlichts verstanden werden. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, Einzelinformationen dem auszugebenden Bild einem Betrachter besonders deutlich hervorheben zu können.
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Technisch besonders einfach kann der hier vorgestellten Ansatz dann implementiert werden, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der holografische Diffusor ein Volumenhologramm und/oder ein Oberflächenhologramm aufweist oder durch eine solche vorstehend genannten Struktur gebildet ist. Unter einem Volumenhologramm kann hierbei eine Struktur verstanden werden, die unterschiedliche Beugungsebenen und/oder Beugungsstrukturen in einer unterschiedlichen Dicke der Struktur aufweist oder unterschiedliche Effizienz und Selektivität für unterschiedliche Lichteinstrahlungswinkel aufweist. Ferner kann ein Volumenhologramm auch eine Möglichkeit für Mehrfachhologramme bieten. Unter einem Oberflächenhologramm kann hierbei eine Struktur ähnliche zu einem Volumenhologramm verstanden werden, wobei nun jedoch gegenüber dem Volumenhologramm die Beugungsstrukturen nicht in unterschiedlichen Beugungsebenen angeordnet sind. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung eines solchen holografischen Diffusors die Bildanzeigeeinheit kostengünstig hergestellt werden kann.
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Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Bildanzeigeeinheit ausgebildet ist, um das Bild auf einen Abschnitt einer Fahrzeugscheibe als vordefiniertem Anzeigebereich auszugeben. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, für einen Fahrzeuginsassen auf insbesondere den Fahrer relevante Informationen im auszugebenden Bild direkt in den Sichtbereich des Fahrzeuginsassen einspiegeln zu können, sodass der Fahrzeuginsasse zur Aufnahme von diesen Informationen seinen Blick nicht von der Fahrzeugscheibe und somit vom Verkehrsgeschehen abwenden braucht. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Verkehrssicherheit.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines auf eine Fahrzugscheibe eingespiegelten Bildes mit Informationen für einen Fahrer des Fahrzeugs;
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2 Blockschaltbild einer Bildanzeigeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in einem Fahrzeug verbaut ist;
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3 ein Blockschaltbild der Anordnung von Komponenten einer Bildanzeigeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung eines auf eine Fahrzugscheibe eingespiegelten Bildes mit Informationen für einen Fahrer des Fahrzeugs, wobei hohe Störeinflüsse durch Streueffekte bei einer Ausgabe des Bildes auftreten (Postkarteneffekt);
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5 eine Darstellung eines Lichtstrahlverlaufs mit einem konventionellen Diffusor ohne Einsatz des hier vorgeschlagenen Ansatzes;
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6 eine Darstellung eines Lichtstrahlverlaufs eines holografischen Diffusors mit Einsatz des hier vorgeschlagenen Ansatzes; und
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7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung eines auf eine Fahrzugscheibe 100 eingespiegelten Bildes 110 mit Informationen für einen Fahrer des Fahrzeugs, welche durch den Einsatz des hier vorgestellten Ansatzes durch möglichst einfache technische Mittel anzustreben ist. Dabei werden Informationen wie beispielsweise eine die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentieren die Information 120 (im vorliegenden Fall 179 km/h) oder eine Information 130 über eine von einem Navigationssystem des Fahrzeugs vorgeschlagene Fahrtrichtung in dem Bild 110 für den Fahrer des Fahrzeugs 140 auf die Fahrzeugscheibe 100, insbesondere auf die Windschutzscheibe, eingespiegelt.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Bildanzeigeeinheit 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Bildanzeigeeinheit 200 in einem Fahrzeug verbaut ist. Die Bildanzeigeeinheit 200 kann beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts des Fahrzeugs 140 verbaut sein und so ausgerichtet sein, dass das von der Bildanzeigeeinheit 200 ausgegebene Bild 110 in einem vordefinierten Anzeigebereich 210 auf der Fahrzeugscheibe 100 ausgegeben wird, wobei diese Fahrzeugscheibe vorliegend die Windschutzscheibe bildet. Dieser vordefinierte Bildanzeigebereich 210 ist dabei so angeordnet, dass er in einer Sichtachse 215 eines Fahrzeuginsassen 220, beispielsweise des Fahrers, angeordnet ist, wenn der Fahrzeuginsasse 220 das Verkehrsgeschehen in Umfeld des Fahrzeugs 140 durch die Scheibe 100 erfasst. Der vordefinierte Bildanzeigebereich 210 kann somit als ein Augenbereich (Eyebox-Bereich) verstanden werden, da durch eine Reflexion des Bildes 110 an der Windschutzscheibe 100 dieses Bild 110 in einen Bereich 230 auf den Kopf 240 des Fahrzeuginsassen 220 reflektiert wird, in dem sich die Augen 250 des Fahrzeuginsassen 220 befinden.
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Um nun den Aufbau der Bildanzeigeeinheit 200 gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutern zu können, wird Bezug auf das in 3 dargestellte Blockschaltbild genommen. Die Bildanzeigeeinheit 200 umfasst zunächst eine Lichtquelle 310, die ausgebildet ist, um Laserlicht auszugeben. Diese Lichtquelle kann beispielsweise eine oder mehrere Laserdioden umfassen, die einfarbiges oder mehrfarbiges Laserlicht 320 (das heißt monochromatisches oder multichromatisches Laserlicht) ausgeben oder bereitstellen können. Auch ist es denkbar, dass die Lichtquelle 310 derart steuerbar ist, dass die Intensität des von der Lichtquelle 310 bereitgestellten Laserlichts 320 eingestellt werden kann. Das von der Lichtquelle 310 ausgegebene Laserlicht 320 wird nachfolgend einem Strahlformungselement 330 zugeführt, welches beispielsweise als Sammellinse ausgebildet ist, und das von der Lichtquelle 310 bereitgestellte Laserlicht 320 auf einen holografischen Diffusor 340 bündelt. Dieses Strahlformungselement 330 kann somit dazu dienen, eine möglichst homogene und vollständige Ausleuchtung des holografischen Diffusors 340 mit einem möglichst großen Anteil des von der Lichtquelle 310 bereitgestellten Laserlichts 320 sicherzustellen. Der holografische Diffusor 340 kann beispielsweise ein Volumenhologramm und/oder Oberflächenhologramm aufweisen. Insbesondere sollte jedoch der holografische Diffusor 340 so ausgestaltet sein, dass Laserlicht 320, welches an einer ersten Stelle 342 auf denen holografischen Diffusor 340 trifft, mit einer anderen Abstrahlungscharakteristik 343 abgestrahlt wird, als Laserlicht 320, welches an einer zweiten Stelle 345 auf den holografischen Diffusor 340 trifft. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass beispielsweise bei gleicher Einstrahlungsrichtung von Laserlicht 320 auf den holografischen Diffusor 340 dieses Laserlicht 320 an der ersten Stelle 342 vom holografischen Diffusor 340 entsprechend einer ersten Abstrahlungscharakteristik 343 (beispielsweise einem ersten Abstrahlungswinkel) abgestrahlt wird, wogegen es nach dem Auftreffen auf die zweite Stelle 345 entsprechend einer von der ersten Abstrahlungscharakteristik 343 unterschiedlichen zweiten Abstrahlungscharakteristik 347 (beispielsweise einem zweiten Abstrahlungswinkel) abgestrahlt wird. Durch die Verwendung eines solchen holografischen Diffusors 340 lässt sich somit eine optimale Ausleuchtung oder Bündelung des von der Lichtquelle 310 bereitgestellten Laserlichts 320 auf den vordefinierten Anzeigebereich 110 durch einen voreingestellten Streuwinkel 348 des holografischen Diffusors 340 sicherstellen. Um den vordefinierten Anzeigebereich 110 das gewünschte Bild ausgeben zu können, wird das von dem holografischen Diffusor 340 abgestrahlte Laserlicht 320 unter Verwendung eines Flüssigkristall-Bildschirms 350 moduliert. Bei einem solchen Flüssigkristall-Bildschirm 350 handelt es sich um ein optisches Element, welches Flüssigkristalle 360 aufweist, die zwischen zwei Glassubstraten 365 eingeschlossen sind, wobei beim Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristalle eine Lichtpolariation durch die einzelnen Flüssigkristalle verändert werden kann. In Zusammenwirkung mit einem Polarisationselement 370 kann dann das den Flüssigkristall-Bildschirm 350 durchstrahlenden Lichts geblockt werden. Durch eine Variation beispielsweise der Spannung, die an die einzelnen Flüssigkristalle angelegt werden kann, kann somit auch die Lichtdurchlässigkeit dieser Flüssigkristalle beispielsweise in mehr als zwei Stufen oder stufenlos eingestellt werden, um eine Helligkeit oder Intensität einzustellen, mit der das Bild 110 in entsprechenden Bildanzeigebereich 210 ausgegeben wird. Ferner kann die Bildanzeigeeinheit 200 das Polarisationselement 370 aufweisen, um eine vorbestimmte, gewünschte Polarisation des von der Bildanzeigeeinheit 200 ausgegebenen Bildes 110 bzw. den vom Flüssigkristall-Bildschirm 350 dem Laserlicht 320 aufmodulierten Bild sicherzustellen, bzw. Licht, das vom Flüssigkristall-Bildschirm 350 polarisiert wurde, zu blocken. Unter Berücksichtigung von weiteren optischen Elementen (beispielsweise Spiegel oder Linsen zur Strahlumlenkung und -fokussierung kann der Bildanzeigebereich 210, in dem das Bild 110 ausgegeben wird, auch dem Augenbereich 330 entsprechen, die im Bereich der Augen 250 des Fahrzeuginsassen 220 abdeckt.
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Das hier vorgeschlagene System ist somit in der 3 für ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es wird vorgeschlagen eine LED-Hintergrundbeleuchtung (mit Diffusor) des TFTs durch eine Laserquelle 310 zu ersetzen. Diese beleuchtet (nach der Strahlformung) einen holografischen Diffusor 340. Die Polarisationsrichtung des Laserlichtes 320 ist dabei beispielsweise in einem Winkel von 90° zur Polarisationsrichtung des dargestellten Polarisators 370 gedreht. Der holografische Diffusor 340 ist als Volumenhologramm oder Oberflächenhologramm ausgelegt, realisiert für jedes Pixel eine unterschiedliche Streufunktion um die Eyebox 230 möglichst verlustfrei auszuleuchten. Alternativ dazu ist prinzipiell auch die Verwendung von konventionellen (refraktiven, reflektiven) Diffusoren mit einer gerichteten Abstrahlcharakteristik möglich, bei dem, ähnlich wie bei oben beschriebenem holografischen Diffusor 340, für jedes Pixel eine spezifische Streufunktion realisiert wird. Allerdings wird ein solcher Diffusor die scharfkantige Abstrahlcharakteristik eines hier vorgeschlagenen holografischen Diffusors 340 nicht erreichen.
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Schließlich könnte als Diffusor auch ein konventioneller mit fester, gerichteter Abstrahlcharakteristik versehener Diffusor verwendet werden, der bezüglich der Ausleuchtung der Eyebox 230 aber nicht die oben genannten Vorteile hat. Da der holografische Diffusor 340 die Polarisation der Strahlung erhält, benötigt der TFT-Bildgeber 350 in diesem Fall keinen Polfilter am Eingang, da das Licht 320 der Laserquelle 310 bereits polarisiert ist. Hierdurch ergeben sich wesentlich geringere Verluste im Vergleich zu unpolarisiertem LED-Licht. Auch die Farbfilter des TFTs 350 können entfallen, da die Laserbeleuchtung (z. B. bestehend aus drei Laserdioden für die Farben rot, grün und blau (RGB-Laserdioden)) für eine sequenzielle Beleuchtung genutzt werden kann. Die Flüssigkristallschicht 360 und der Polarisator 370 am Ausgang der Bildanzeigeeinheit 200 sorgen für die Bilddarstellung.
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Derzeit wird als Bildgeber in HUDs meist ein TFT-Imager verwendet. Diese bestehen aus zwei gekreuzten Polarisatoren, zwischen denen sich die Flüssigkristalle befinden. Als Beleuchtung wird ein LED-Backlight genutzt. Dieses System aus Lichtquelle und Bildgeber weist hohe optische Verluste auf. Zum einen wird das unpolarisierte Licht der LED durch den ersten Polarisator geblockt, wodurch bereits 50% des Lichts „verloren“ gehen. Des Weiteren verwenden TFT-Imager Diffusoren, die das Licht in einen großen Winkelbereich streuen. Da aber nur das Licht, welches in die Eyebox des Fahrers trifft zur Anzeigendarstellung genutzt werden kann, ergeben sich insgesamt eine geringe Lichtausbeute.
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Durch Wegfall des ersten Polarisators sowie der Farbfilter wird weniger Streulicht produziert, wodurch sich der Bildkontrast erhöht. Dies trägt dazu bei, dass der insbesondere bei Dunkelheit gut sichtbare Bildschirmhintergrund 400 (="Postkarteneffekt") bei heutigen HUDs unterdrückt wird, wie er in der 4 besonders klar erkennbar ist. Besonders bei zukünftigen erhältlichen kontaktanalogen HUDs ist die Eliminierung des Postkarteneffekts wichtig, da der gewünschte Effekt der scheinbar mit der Außenwelt verschmelzenden HUD-Symbole sonst verloren geht. Man stelle sich vor, ein kontaktanalog auf die Straße projizierter Pfeil wird auf dem Display dynamisch nach oben und unten verschoben, um eine Nickwinkelbewegung des Fahrzeugs wegen einer Bodenwelle auszugleichen und der Bildschirmhintergrund bewegt sich währenddessen gegenläufig zum Pfeil. Eine weitere Ausführungsform könnte darin bestehen in kritischen Situationen (z. B. Fahrt in Richtung tief stehender Sonne bei nasser Straße etc.), in denen eine sehr hohe Leuchtdichte benötigt wird, auf einen monochromen Betrieb umzuschalten (Boost-Modus) und dadurch eine dreifach höhere Helligkeit zu erhalten. Für die Anzeige in HUDs sollte ein sehr großer Helligkeitsbereich abgedeckt werden (sehr geringe Helligkeiten bei Nacht, sehr große Helligkeiten bei Sonnenlicht).
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Die Verwendung beispielsweise eines Volumenhologramms als Diffusor 340 für ein laserbeleuchtetes TFT 350 in HUD-Anwendungen hat dagegen im Vergleich zur Verwendung einer auf Oberflächenstrukturen basierenden Streuscheibe als Diffusor folgenden Vorteil: Das Volumenhologramm 340 (welches beispielsweise auch Pixel für Pixel mit einem Laser geschrieben werden kann) kann in jedem Pixel eine bestimmte Abstrahlcharakteristik haben, die sich von der der anderen Pixel unterscheidet. Somit kann die Strahlkeule der Randbereiche der Folie beispielsweise etwas nach innen zeigen, während bei einer Folie eine konstante Abstrahlcharakteristik über die Fläche vorhanden ist. Damit kann mit einem Volumenhologramm als Diffusor die Eyebox wesentlich besser begrenzt und ausgeleuchtet werden. Zusätzlich bietet das Volumenhologramm die Möglichkeit für die drei verwendeten Farben individuell angepasst zu sein und es kann beispielsweise auch mit schrägen Beleuchtungswinkeln arbeiten.
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Im Unterschied zu dem in der Druckschrift
DE 10 2008 054 443 A1 offenbarten Ansatz ist die volumenholografische Streuscheibe
340 vor dem TFT
350 angeordnet, welche für die ideale Abstrahlcharakteristik (insbesondere in Bezug auf eine optimale Ausleuchtung des TFT-Bildschrims
350 und des Anzeigebereichs
210 sorgt.
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Als wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit den Vorzügen des hier vorgestellten Ansatzes lässt sich nennen, dass nun eine Kombination der TFT-Technik für HUDs mit einer Laserbeleuchtung und einem holografischen Diffusor vorgeschlagen wurde, die es ermöglicht, die Eyebox optimal ausleuchtet. Hieraus ergeben sich besondere Vorteile wie beispielsweise:
- – Es entstehen kaum noch Verluste am ersten Polfilter bzw. erster Polfilter des TFT wird nicht mehr benötigt, da polarisiertes Laserlicht verwendet wird;
- – Farbfilter des TFT 350 können entfallen, da die Laserlichtbeleuchtung 310 ein sequenzielles Beleuchten beispielsweise mit den 3 Grundfarben ermöglicht;
- – Der holografische Diffusor realisiert einen kleinen, ortsabhängigen Streuwinkel und sorgt für eine optimale Ausleuchtung der Eyebox;
- – monochromer „Boost“-Modus möglich in schwierigen Umgebungslichtsituationen
- – obige Vorteile führen zu
• mehr Leuchtdichte, bzw. geringere Leistungsanforderungen an Lichtquelle (dadurch geringere Kosten, weniger Probleme mit Wärmemanagement, geringerer Bauraum wg. kleinerer Kühlvorrichtung etc.)
• weniger Streulicht, da durch Farbfilter oder Polfilter generiertes Streulicht nicht entsteht und ein HUD-Bild somit kontrastreicher wird, sodass hierdurch ein unerwünschter Postkarteneffekt entsprechend der Darstellung aus der 4 reduziert oder vermieden wird.
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Der hier beispielhaft vorgeschlagene Aufbau bieten den Vorteil, dass sowohl die Helligkeit an der Quelle 310 als auch beim TFT 350 geregelt werden kann. Im Falle des Vorhandenseins eines zweiten Polarisators zwischen holografischem Diffusor 340 und den Flüssigkristallen 360 (der in 3 nicht eingezeichnet ist) würde das eintretende Licht 320 bzgl. der Polarisationsrichtung mit diesem Polarisator übereinstimmen und somit lediglich ein sehr kleiner Teil absorbiert werden. Dadurch wird die Verwendung der hier vorgestellten Laserbeleuchtung und -streuungseinheit auch zusammen mit unveränderten heute auf dem Markt erhältlichen TFT-Anzeigen 350 möglich mit den oben genannten Vorteilen.
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5 zeigt eine Darstellung eines Lichtstrahlverlaufs ohne Einsatz des hier vorgeschlagenen Ansatzes und somit eine Streufunktion konventioneller Diffusoren. Kollimiertes Laserlicht 500 trifft auf den Diffusor 510 und wird in jedem Pixel auf gleiche Weise 520 gestreut. Ein Großteil der Strahlung erreicht die Eyebox 230. Allerdings erreicht auch ein signifikanter Teil 530 nicht die Eyebox 230, sondern wird von der nicht eingezeichneten zwischen Diffusor 510 und Eyebox 230 liegenden Abbildungsoptik abgeblendet. Grund für die derartige Auslegung ist die Erreichung einer homogenen Ausleuchtung der Eyebox 230 für den Fahrer 220. In der 5 sind aus Gründen der besseren Darstellbarkeit die Lichtquelle, die Kollimierungsoptik, die Flüssigkristallanzeige und die Abbildungsoptik nicht eingezeichnet.
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In der 6 ist eine Darstellung eines Lichtstrahlverlaufs mit Einsatz des hier vorgeschlagenen Ansatzes wiedergegeben, wobei eine Streufunktion von Diffusoren mit pixelweise unterschiedlicher Abstrahlcharakteristik z. B. unter Verwendung des holografischen Diffusors 340. Bei Verwendung eines holographischen bzw. pixelweise verschieden streuenden Diffusors 340 wird der Streuwinkel 343, 347 vom einfallenden kollimierten Laserlicht 320 in jedem Punkt der Streufläche 340 (d. h. dem holografischen Diffusor 340) derart gestreut, dass lediglich die Eyebox 230 ausgeleuchtet wird. Dabei seien eventuell auftretende höhere Beugungsordnungen vernachlässigt.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Betreiben einer Bildanzeigeeinheit gemäß einer vorstehend beschriebenen Variante. Das Verfahren 700 umfasst einen Schritt 710 des Beleuchtens des holografischen Diffusors mit einem von der Lichtquelle ausgegebenen Laserlicht und einen Schritt 720 des Ansteuerns des Flüssigkristall-Bildschirms, um das Bild in dem vordefinierten Anzeigebereich auszugeben.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19704740 B2 [0003]
- DE 102008054443 A1 [0037]
