DE102013218099A1

DE102013218099A1 - Head-up-Display

Info

Publication number: DE102013218099A1
Application number: DE201310218099
Authority: DE
Inventors: Rainer Büchse; Thorsten Köhler; René Alexander Körner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: DE102013218099B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Head-up-Display mit einer Bilderzeugungseinrichtung 1, die ein reales Bild erzeugt und wobei die Lichtstrahlen des realen Bildes über mindestens einen Spiegel 2a–2g zu einem Combiner 3 reflektiert werden und so einen Strahlengang SG bilden und von dort in Richtung eines Beobachters reflektiert werden, so dass der Beobachter ein virtuelles Bild I hinter dem Combiner 3 wahrnehmen kann, wobei mindestens einer der Spiegel 2a–2g und/oder die Bilderzeugungseinrichtung 1 durch eine Verstelleinrichtung derart verstellbar ist, dass der Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung 1 und dem benachbarten Spiegel 2a–2g und oder der Abstand der Spiegel 2a–2g untereinander derart veränderbar ist, dass der Strahlengang SG zwischen der Bilderzeugungseinrichtung 1 und dem Combiner 3 in seiner Länge veränderbar ist und so der Abstand des virtuellen Bildes I von dem Combiner 3 veränderbar ist, wobei in Abhängigkeit der Länge des Strahlengangs SG ein Teilbild I1; I2 mit der Bilderzeugungseinrichtung 1 dargestellt wird, wobei der Strahlengang SG fortlaufend in seiner Länge verändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-up-Display mit einer Bilderzeugungseinrichtung, die ein reales Bild erzeugt und wobei die Lichtstrahlen des realen Bildes über mindestens einen Spiegel zu einem Combiner reflektiert werden und so einen Strahlengang bilden und von dort in Richtung eines Beobachters reflektiert werden, so dass der Beobachter ein virtuelles Bild hinter dem Combiner wahrnehmen kann.
Im Stand der Technik ist es bekannt, einen räumlichen Eindruck des erzeugten Bildes dadurch zu realisieren, dass mehrere Bilderzeugungseinrichtungen vorhanden sind, die unterschiedlich lange Strahlengänge zur einem Combiner aufweisen und dass so Teile des imaginären Bildes in unterschiedlichen Abständen zu dem Combiner wahrnehmbar sind und so ein räumlicher Eindruck entsteht. Hierbei werden die Lichtstrahlen der Bilderzeugungseinrichtungen teilweise von einem halbdurchlässigen Spiegel durchdrungen und teilweise von diesem halbdurchlässigen Spiegel reflektiert, so dass die Strahlengänge der Bilderzeugungseinrichtungen überlagert sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Head-up-Display mit einem räumlich tief gestaffelten Bild anzugeben, bei dem auf halbdurchlässige Spiegel verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens ein Spiegel und/oder die Bilderzeugungseinrichtung durch eine Verstellungseinrichtung derart verstellbar ist, dass der Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und dem benachbarten Spiegel und der Abstand der Spiegel untereinander derart veränderbar ist, dass der Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und dem Combiner in seiner Länge veränderbar ist und so der Abstand des virtuellen Bildes von dem Combiner veränderbar ist, dass weiterhin in Abhängigkeit der Länge des Strahlenganges ein Teilbild mit der Bilderzeugungseinrichtung dargestellt wird und dass der Strahlengang fortlaufend in seiner Länge verändert wird. Hierdurch wird erreicht, dass ein Beobachter alle Teilbilder der Bilderzeugungseinrichtung wahrnehmen kann und sie in seinem Gehirn zu einem Gesamtbild zusammensetzt, insbesondere dann, wenn diese unterschiedlichen Darstellungen in hinreichend schneller Abfolge geschehen.
So kann ein Beobachter ein räumlich in mindestens zwei unterschiedlichen Ebenen dargestelltes Gesamtbild wahrnehmen. So ist es beispielsweise möglich, in beiden Endpositionen mit der Bilderzeugungseinrichtung oder der verstellbaren Spiegel jeweils ein Teilbild darzustellen und so ein Gesamtbild darzustellen, das in zwei verschiedenen Ebenen dargestellt ist. Es ist auch möglich, nicht nur an den Endpositionen der Bilderzeugungseinrichtung und/oder der verstellbaren Spiegel ein Teilbild darzustellen, sondern beispielsweise auch in einer Mittenposition oder in einer sonstigen Position oder sonstigen Positionen. Je nachdem, wieviel verschiedene Positionen die Bilderzeugungseinrichtung bzw. die verstellbaren Spiegel einnehmen und entsprechend Teilbilder dargestellt werden, können entsprechend dann einzelne Ebenen des Gesamtbildes dargestellt werden.
Wenn die Bilderzeugungseinrichtung und/oder die verstellbaren Spiegel linear in ihrer Lage verstellbar sind, ist die Verstelleinrichtung besonders einfach, beispielsweise durch einen Piezoantrieb oder einen Linearmotor realisierbar. Dieser Linearmotor kann beispielsweise durch einen in mindestens zwei Spulen bewegbaren Eisenkern realisiert werden.
Durch eine entsprechend häufige Veränderung längeren Strahlengänge und geänderter Darstellung des Bildes kann ein Beobachter ein zusammengesetztes Bild wahrnehmen, welches alle dargestellten Teilbilder umfasst. Dieser Effekt funktioniert infolge der Trägheit des menschlichen Auges besonders gut, wenn die Lage mehrmals pro Sekunde, beispielsweise 20- bis 30-mal, insbesondere 25-mal pro Sekunde geändert wird.
Wenn die Bilderzeugungseinheit senkrecht zu ihrer Bildebene bewegbar ist, ist ein besonders einfach aufgebauter Verstellmechanismus realisierbar.
Die Spiegel werden vorteilhafterweise in einer Richtung linear bewegt, die in etwa dem Winkel halbierenden zwischen dem einfallenden und den reflektierten Strahlenbündel entspricht.
Wenn die Spiegel Freiformflächen aufweisen, kann eine Vergrößerung des Bildes realisiert werden, so dass der Abstand zwischen dem Combiner und dem virtuellen dargestellten Bild größer ist als der Abstand zwischen dem Combiner und der Bilderzeugungseinrichtung.
Wenn die Bilderzeugungseinrichtung je nach Position der Bilderzeugungseinrichtung und der Lage der Spiegel das dargestellte reale Bild derart vorverzerrt, dass der Beobachter ein unverzerrtes imaginäres Bild wahrnehmen kann, ist die Realisierung der Spiegel optisch besonders einfach. Insbesondere ist es sinnvoll, je nach Lage der Spiegel und der Bilderzeugungseinrichtung das reale Bild unterschiedlich so zu verzerren, dass das wahrgenommene imaginäre Bild unverzerrt erscheint.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel auf einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays,
2 die Aufsicht auf die erfindungsgemäße Bilderzeugungseinrichtung,
3 ein Ausführungsbeispiel einer Bilderzeugungseinrichtung im Zusammenwirken mit mehreren Spiegeln.
In 1 erkennt man eine Bilderzeugungseinrichtung 1, Spiegel 2a und 2b, einen Combiner 3 als Teil einer Windschutzscheibe WS, ein Auge E eines Beobachters und ein imaginäres Bild I. Die Bilderzeugungseinrichtung 1 ist linear um einen Weg verstellbar, der mit a bezeichnet ist. Die Spiegel 2a und 2b sind jeweils linear um einen Weg b verstellbar. Wenn beispielsweise die Bilderzeugungseinrichtung 1 die im Bild dargestellte Position einnimmt, der Spiegel 2a die im Bild dargestellte linke Position einnimmt, und der Spiegel 2b die im Bild dargestellte rechte Position einnimmt, wird das von der Bilderzeugungseinrichtung 1 dargestellte Teilbild über den Combiner 3 in das Auge E eines Beobachters reflektiert, so dass er im Bildbereich I1 des Bildes I dargestellte Teilbild wahrnehmen kann.
Wenn die Bilderzeugungseinrichtung 1 die entgegengesetzte (nicht dargestellte) Position einnimmt, der Spiegel 2a die rechte Position einnimmt und der Spiegel 2b die linke Position einnimmt, kann ein Beobachter mit seinem Auge E das mit der Bilderzeugungseinrichtung 1 erzeugte Bild im Bereich I2 des imaginären Bildes I wahrnehmen. Es ist auch möglich, dass die Bilderzeugungseinrichtung und/oder die Spiegel noch Zwischenpositionen einnehmen und so zusätzliche Bildebenen zwischen den Bildebenen I1 und I2 darstellen können. Die Verstelleinrichtungen für die Bilderzeugungseinrichtung sind durch die Pfeile a bzw. b schematisch dargestellt. Sie können beispielsweise als Piezoantrieb oder Linearmotor realisiert sein.
In 2 erkennt man in Aufsicht auf die Bilderzeugungseinrichtung einen ersten Teilbereich A und einen zweiten Teilbereich B. So kann beispielsweise in einer ersten Position der Bilderzeugungseinrichtung und der Spiegel das Teilbild A dargestellt werden und in einer zweiten Position das Teilbild B. Wenn die Teilbilder mit einer hinreichenden Geschwindigkeit nacheinander dargestellt werden, kann ein Beobachter ein entsprechend zusammengesetztes Bild mit den Teilbildern A und B wahrnehmen. Die Verteilung der Teilbilder kann auch vollständig anders sein, es ist auch möglich, je nach darzustellender Information die Teilbereiche zu ändern, beispielsweise auch ineinandergreifen zu lassen. Es ist auch möglich, mehr als zwei Teilbilder darzustellen, insbesondere dann, wenn man mehr als zwei verschiedene lange Strahlengänge verwendet und so ein noch mehr in der Tiefe gestaffeltes Bild erzeugen kann.
In 3 erkennt man wieder eine Bilderzeugungseinrichtung 1 und Spiegel 2a und 2b. Es sind noch zusätzlich Spiegel 2c bis 2g vorhanden, um den Strahlengang und die Veränderbarkeit der Länge des Strahlenganges zu vergrößern. Es ist auch möglich, nur die Bilderzeugungseinrichtung und/oder einen oder wenige Spiegel in ihrer Position zu verändern. So kann erreicht werden, dass durch mehr oder weniger veränderte Positionen zusätzliche Bildebenen zwischen der in 1 dargestellten Bildebenen I1 und I2 realisiert werden können.

Claims

Head-up-Display mit einer Bilderzeugungseinrichtung (1), die ein reales Bild erzeugt und wobei die Lichtstrahlen des realen Bildes über mindestens einen Spiegel (2a–2g) zu einem Combiner (3) reflektiert werden und so einen Strahlengang (SG) bilden und von dort in Richtung eines Beobachters reflektiert werden, so dass der Beobachter ein virtuelles Bild (I) hinter dem Combiner (3) wahrnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spiegel (2a–2g) und/oder die Bilderzeugungseinrichtung (1) durch eine Verstelleinrichtung derart verstellbar ist, dass der Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung (1) und dem benachbarten Spiegel (2a–2g) und oder der Abstand der Spiegel (2a–2g) untereinander derart veränderbar ist, dass der Strahlengang (SG) zwischen der Bilderzeugungseinrichtung (1) und dem Combiner (3) in seiner Länge veränderbar ist und so der Abstand des virtuellen Bildes (I) von dem Combiner (3) veränderbar ist, dass in Abhängigkeit der Länge des Strahlengangs (SG) ein Teilbild mit der Bilderzeugungseinrichtung (1) dargestellt wird, dass der Strahlengang (SG) fortlaufend in seiner Länge verändert wird.
Head-up-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (1) und/oder die verstellbaren Spiegel (2–2g) linear in ihrer Lage verstellbar sind.
Head-up-Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (1) und/ oder die verstellbaren Spiegel (2a–2g) durch einen Linearmotor in ihrer Lage verstellbar sind.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang (SG) mehrmals pro Minute in seiner Länge verändert wird.
Head-up-Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang (SG) mehrmals pro Sekunde in seiner Länge verändert wird.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinheit (1) senkrecht zu ihrer Bildebene bewegbar ist.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Spiegel (2a–2g) in einer Richtung bewegbar ist, die der Winkelhalbierenden zwischen dem einfallenden und reflektierten Strahlenbündel entspricht.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (2a–2g) Freiformflächen aufweisen.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (1) je nach Position der Bilderzeugungseinrichtung (1) und der Lage der Spiegel (2a–2g) das dargestellte reale Bild derart vorverzerrt, dass der Beobachter ein unverzerrtes imaginäres Bild (I) wahrnehmen kann.
Head-up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spiegel (2a–2g) asphärisch ausgestaltet ist.