DE102014000487A1 - Display device, vehicle with a display device and computer program product - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Anzeigevorrichtung angegeben, die zumindest einen ersten Hohlspiegel und einen zweiten Hohlspiegel aufweist, wobei der zweite Hohlspiegel zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die beiden Hohlspiegel ist ein konvexer Hohlraum aufgespannt. In dem Hohlraum ist ein diffraktives optisches Element mit einer Anzahl von optischen Phasenmodulationszellen angeordnet, wobei das diffraktive optische Element ein Hologramm bereitstellt. Die Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus ein transparentes Touchpad auf, das die zumindest eine Öffnung abdeckt und eine Eingabe von Daten ermöglicht. Die Anzeigevorrichtung weist ferner zumindest eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elements auf, wobei das diffraktive optische Element derart in dem Hohlraum angeordnet ist, dass von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Strahlung durch die Phasenmodulationszellen moduliert wird, durch das transparente Touchpad auf der Öffnung hindurch tritt und oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs ein holografisches Bild wiedergibt.The invention relates to a display device which has at least one first concave mirror and one second concave mirror, wherein the second concave mirror has at least one opening. Through the two concave mirrors a convex cavity is stretched. Arranged in the cavity is a diffractive optical element having a number of optical phase modulation cells, wherein the diffractive optical element provides a hologram. The display device furthermore has a transparent touchpad which covers the at least one opening and makes it possible to input data. The display device further comprises at least one light source for illuminating the phase modulation cells of the diffractive optical element, wherein the diffractive optical element is arranged in the cavity such that radiation emanating from the at least one light source is modulated by the phase modulation cells, through the transparent touchpad on the opening passes through and reproduces a holographic image above the transparent touchpad within a defined field of view.
Description
Es wird eine Anzeigevorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, beschrieben. Weiter werden ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt beschrieben.A display device, in particular for a vehicle, is described. Further, a vehicle with a display device and a computer program product will be described.
Aus der
Derartige Head-up-Displays werden zunehmend eingesetzt, um dem Fahrer optische Informationen in einer Weise anzeigen zu können, die es ihm erlaubt, die Fahrbahn jederzeit im Blick zu behalten.Such head-up displays are increasingly used to be able to display the driver visual information in a way that allows him to keep track of the road at all times.
Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung ist es, Anzeigevorrichtungen, insbesondere in einem Fahrzeug, im Hinblick auf eine flexible, benutzerbezogene Nutzung weiterzubilden, und eine Interaktion zwischen Fahrer, Anzeigevorrichtung und Fahrzeug zu ermöglichen. Es soll insbesondere eine Anzeigevorrichtung angegeben werden, die in einem Fahrzeug flexibel eingesetzt werden kann. Ferner ist es Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung, ein Fahrzeug mit einer derartigen Anzeigevorrichtung und ein Computerprogrammprodukt anzugeben.Object of embodiments of the invention is to develop display devices, in particular in a vehicle, in terms of flexible, user-related use, and to allow interaction between driver, display device and vehicle. In particular, a display device is to be specified which can be used flexibly in a vehicle. It is another object of embodiments of the invention to provide a vehicle with such a display device and a computer program product.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung angegeben, die zumindest einen ersten Hohlspiegel und einen zweiten Hohlspiegel aufweist, wobei der zweite Hohlspiegel zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die beiden Hohlspiegel ist ein konvexer Hohlraum aufgespannt. In dem Hohlraum ist ein diffraktives optisches Element mit einer Anzahl von optischen Phasenmodulationszellen angeordnet, wobei das diffraktive optische Element ein Hologramm bereitstellt. Die Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus ein transparentes Touchpad auf, das die zumindest eine Öffnung abdeckt und eine Eingabe von Daten ermöglicht. Die Anzeigevorrichtung weist ferner zumindest eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elements auf, wobei das diffraktive optische Element derart in dem Hohlraum angeordnet ist, dass von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Strahlung durch die Phasenmodulationszellen moduliert wird innerhalb eines definierten Sichtbereichs ein holografisches Bild wiedergibt.According to one aspect of the invention, a display device is provided which has at least a first concave mirror and a second concave mirror, wherein the second concave mirror has at least one opening. Through the two concave mirrors a convex cavity is stretched. Arranged in the cavity is a diffractive optical element having a number of optical phase modulation cells, wherein the diffractive optical element provides a hologram. The display device furthermore has a transparent touchpad which covers the at least one opening and makes it possible to input data. The display device furthermore has at least one light source for illuminating the phase modulation cells of the diffractive optical element, wherein the diffractive optical element is arranged in the cavity such that radiation emitted by the at least one light source is modulated by the phase modulation cells and reproduces a holographic image within a defined field of view ,
Das diffraktive optische Element (DOE) wird durch die, insbesondere kohärente, Strahlung der Lichtquelle zur Wiedergabe des holografischen Bildes beleuchtet. Dabei können als Lichtquellen insbesondere Leuchtdioden (engl. light emitting diodes, LEDs) oder Laserdioden zum Einsatz kommen.The diffractive optical element (DOE) is illuminated by the, in particular coherent, radiation of the light source for reproducing the holographic image. In particular, light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes can be used as light sources.
Die Anzeigevorrichtung erlaubt die Darstellung von Informationen als holografisches Bild oberhalb des transparenten Touchpads auf der Öffnung im zweiten Hohlspiegel. Dabei tritt das holografische Bild in einem Volumenbereich sichtbar in Erscheinung, der hier als ”Sichtbereich des holografischen Bildes” oder auch als ”Bereich des holografischen Bildes” bezeichnet wird. Der Sichtbereich des holografischen Bildes kann insbesondere sphärisch sein und einen Teilbereich der Innenfläche einer Windschutzscheibe der Fahrzeugs ausleuchten, so dass die Informationen des holografischen Bildes dem Fahrer zur Verfügung stehen, ohne dass seine Aufmerksamkeit für den Straßenverkehr beeinträchtigt ist.The display device allows the display of information as a holographic image above the transparent touchpad on the opening in the second concave mirror. In doing so, the holographic image appears visibly in a volume area, which is referred to here as the "viewing area of the holographic image" or else as the "area of the holographic image". In particular, the field of view of the holographic image may be spherical and illuminate a portion of the interior surface of a windshield of the vehicle so that the information of the holographic image is available to the driver without diminishing his attention to the traffic.
Durch die Anordnung des DOE und gegebenenfalls auch der Lichtquellen in dem durch die beiden Hohlspiegel gebildeten Hohlraum wird eine sehr kompakte Anzeigevorrichtung geschaffen, wobei ein virtuelles Anzeigebild oberhalb des transparenten Touchpads auf der Öffnung das Hologramm oder direkt auf dem Touchpad dargestellt wird. Im letzteren Fall ist eine weitere, entfernte Projektionsfläche nicht erforderlich. Die Anzeigevorrichtung lässt sich demnach auch als in sich abgeschlossenes Modul in eine Umgebung einbauen, die weitere Anzeigevorrichtungen aufweisen kann, beispielsweise in das Armaturenbrett eines Fahrzeugs. Mit dem transparenten Touchpad auf der Öffnung ist der Vorteil verbunden, dass für den Fahrer eine Interkommunikation ermöglicht wird, indem eine Eingabe von Daten, Anfragen oder Befehlen eine entsprechende Reaktion auslösen kann. Dazu kann eine international verständliche Symbolik wie Ikons auf dem Touchpad vorgesehen werden, mit der Navigationsfunktionen, Heckansichten, Frontbilder oder andere fahrtechnische Hilfen eines Fahrerassistenzsystems aufgerufen oder aktiviert werden können.The arrangement of the DOE and possibly also of the light sources in the cavity formed by the two concave mirrors creates a very compact display device, wherein a virtual display image above the transparent touchpad on the opening is displayed on the hologram or directly on the touchpad. In the latter case, a further, remote projection surface is not required. The display device can therefore also be installed as a self-contained module in an environment that may have other display devices, for example, in the dashboard of a vehicle. The advantage of the transparent touchpad on the opening is that intercommunication is made possible for the driver in that an input of data, requests or commands can trigger a corresponding reaction. For this purpose, an internationally understandable symbolism such as icons can be provided on the touchpad, with the navigation functions, rear views, front images or other driving technology aids a driver assistance system can be called or activated.
Die menümäßig aufrufbare Symbolik des transparenten Touchpads ist optisch und farblich auf die holographische Projektion derart abgestimmt und/oder daran angepasst, dass das virtuelle holographische Bild nicht gravierend beeinträchtigt wird. Die für die Eingabe erforderlichen elektrisch leitenden strukturierten Flächen und Leiterbahnen des Touchpads sind vorzugsweise aus elektrisch leitenden optisch transparenten und entsprechend selektiv strukturierten Indiumzinnoxidschichten aufgebaut.The menu-invocable symbolism of the transparent touchpad is optically and color matched to the holographic projection and / or adjusted so that the virtual holographic image is not seriously affected. The electrically conductive structured surfaces and printed conductors of the touchpad required for the input are preferably constructed from electrically conductive optically transparent and correspondingly selectively structured indium tin oxide layers.
Als transparentes Touchpad kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein kapazitives transparentes Touchpad vorgesehen werden, das beispielsweise eine mit der transparenten selektiv strukturierten Indiumzinnoxidschicht beschichtete durchsichtige Folie als Sensorfolie aufweist, die auf eine Glas- oder Acrylplatte auflaminiert ist. Eine in den Ecken der Sensorfolie an die elektrisch leitende selektiv strukturierte Indiumzinnoxidschicht angelegte Wechselspannung erzeugt ein gleichmäßiges elektrisches Feld, so dass bei kapazitiv wirkender Berührung bzw. Eingabe ein geringer Ladungstransport entsteht, der in Form eines Stroms an den Ecken gemessen wird, wobei die resultierenden Ströme an den Ecken im direkten Verhältnis zu der Touchposition stehen. Da die kapazitive Eingabe auch durch die Glas- oder Acrylplatte hindurch auf eine auflaminierte Sensorfolie einwirkt, kann die Sensorfolie auf einer Rückseite der Glas- oder Acrylplatte angeordnet sein, was für den robusten Einsatz in einem KFZ von Vorteil ist, da die gegenüber mechanischen Beschädigungen empfindliche Sensorfolie vor einem Verkratzen von beispielweise Fingernägeln durch die Glas- oder Acrylplatte geschützt ist.As a transparent touchpad, in one embodiment of the invention, a capacitive transparent touchpad may be provided which, for example, has a transparent film coated with the transparent, selectively structured indium tin oxide layer as a sensor film which is laminated onto a glass or acrylic plate. An alternating voltage applied in the corners of the sensor foil to the electrically conductive, selectively structured indium tin oxide layer generates a uniform electric field, so that a capacitive contact or input produces a small charge transport, which takes the form of a current at the corners is measured, with the resulting currents at the corners in direct proportion to the touch position. Since the capacitive input also acts on a laminated sensor foil through the glass or acrylic plate, the sensor foil can be arranged on a rear side of the glass or acrylic plate, which is advantageous for the robust use in a motor vehicle, since the latter is sensitive to mechanical damage Sensor film is protected from scratching, for example, fingernails through the glass or acrylic plate.
Alternativ ist es auch möglich, ein resistives transparentes Touchpad einzusetzen, bei dem sich ein Widerstandswert in der Touchposition beispielsweise zwischen einer transparenten Folie und einer Glas- oder Acrylplatte mit jeweils einander zugewandten elektrisch leitenden transparenten Indiumzinnoxidschichten bei Berührung der leitenden Schichten ändert. Dazu sind die leitenden Beschichtungen durch Mikro-Abstandhalter punktweise voneinander beabstandet, und zwischen gegenüberliegenden Rändern einer ersten leitenden Schicht fällt eine Gleichspannung ab. An der Touchposition ist die Spannung beider Schichten gleich, weil sie sich dort durch die Eingabe einander berühren. Die zweite leitfähige Schicht bildet an dieser Stelle die Verbindung nach außen, so dass zwischen dem Rand der zweiten leitenden Schicht und den beiden Rändern der ersten leitenden Schicht zwei Spannungen messbar sind. Sind die Spannungen gleich, liegt die Touchposition in der Mitte. Je höher die Spannungsdifferenz ist, umso näher liegt die Touchposition zu einem der Ränder der ersten leitenden Schicht. Nach Umkehr der Funktionen durch Anlegen der Gleichspannung an die zweite leitende Schicht und Abgreifen der Spannungen an den Rändern der ersten leitenden Schicht kann die Touchposition beispielsweise eines Ikons exakt in X und Y Richtung ohne Vorsehen einer selektiven Strukturierung der leitenden Schichten erfasst werden. Da beim Einsatz eines resistiven transparenten Touchpads eine minimale Verformung einer äußeren Folie erforderlich wird, ist die mechanische Robustheit bei Eingabe von Daten gegenüber einem kapazitiven transparenten Touchpad mit außenliegender Glas- oder Acrylplatte geringer.Alternatively, it is also possible to use a resistive transparent touchpad in which a resistance in the touch position, for example, between a transparent film and a glass or acrylic plate, each with facing electrically conductive transparent indium tin oxide layers changes upon contact of the conductive layers. For this purpose, the conductive coatings are spaced apart by micro-spacers from each other, and a DC voltage drops between opposite edges of a first conductive layer. At the touch position, the tension of both layers is the same because they touch each other there by the input. The second conductive layer at this point forms the connection to the outside, so that two voltages can be measured between the edge of the second conductive layer and the two edges of the first conductive layer. If the voltages are equal, the touch position is in the middle. The higher the voltage difference, the closer the touch position is to one of the edges of the first conductive layer. After reversing the functions by applying the DC voltage to the second conductive layer and tapping the voltages at the edges of the first conductive layer, the touch position of, for example, an icon can be accurately detected in X and Y directions without providing for selective patterning of the conductive layers. Since a minimal deformation of an outer film is required when using a resistive transparent touchpad, the mechanical robustness when inputting data compared to a capacitive transparent touchpad with external glass or acrylic plate is lower.
Die Anordnung des DOE in einem Hohlraum zwischen zwei Hohlspiegeln besitzt den Vorteil, dass die Hohlspiegel gleichzeitig ein Gehäuse bilden und eine geeignete Strahlführung ermöglichen. Die Strahlführung im Hohlraum zwischen den beiden Hohlspiegeln erlaubt eine sehr kompakte Bauweise der Anzeigevorrichtung. Das DOE kann entweder unmittelbar am ersten Hohlspiegel oder auch in einem zentralen Bereich des Hohlraums angeordnet sein.The arrangement of the DOE in a cavity between two concave mirrors has the advantage that the concave mirrors simultaneously form a housing and enable a suitable beam guidance. The beam guidance in the cavity between the two concave mirrors allows a very compact design of the display device. The DOE can be arranged either directly on the first concave mirror or in a central region of the cavity.
In einer Ausführungsform wird das DOE transmissiv verwendet. Dabei wird unter einer transmissiven Verwendung des DOE verstanden, dass das mittels der zumindest einen Lichtquelle bereitgestellte Licht auf einer ersten Oberfläche des DOE auf dieses auftrifft und in dieses einfällt und das Licht, welches zur Erzeugung des holografischen Bildes dient, auf einer von der ersten Oberfläche verschiedenen zweiten Oberfläche des DOE aus diesem austritt. In einer weiteren Ausführungsform wird das DOE reflektiv verwendet. Dabei wird unter einer reflektiven Verwendung des DOE verstanden, dass das mittels der zumindest einen Lichtquelle bereitgestellte Licht auf einer ersten Oberfläche des DOE auf dieses auftrifft und das Licht, welches zur Erzeugung des holografischen Bildes dient, an dieser ersten Oberfläche aus dem DOE austritt.In one embodiment, the DOE is used transmissively. In this case, a transmissive use of the DOE is understood to mean that the light provided by the at least one light source impinges on and is incident on a first surface of the DOE and the light which serves to generate the holographic image rests on one of the first surface different second surface of the DOE emerges from this. In another embodiment, the DOE is used reflectively. In this case, a reflective use of the DOE means that the light provided by the at least one light source impinges on a first surface of the DOE and the light which serves to generate the holographic image exits the DOE on this first surface.
Es wird damit eine Anzeigevorrichtung geschaffen, die auch für die selektive Anzeige komplexer Informationen geeignet ist. Dies ist insbesondere ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Head-up-Displays, weil diese typischerweise nicht überfrachtet oder zu extensiv genutzt werden.It is thus provided a display device which is also suitable for the selective display of complex information. This is in particular an advantage over conventional head-up displays because they are typically not cluttered or used too extensively.
In einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element dynamisch ansteuerbare Phasenmodulationszellen auf. Es handelt sich demnach um ein sogenanntes dynamisches DOE.In one embodiment, the diffractive optical element has dynamically controllable phase modulation cells. It is therefore a so-called dynamic DOE.
Unter einem dynamischen DOE wird hier und im Folgenden ein frei programmierbares, dynamisch ansteuerbares optisches Element verstanden, das einen Lichtstrahl durch Beugung an optischen Gitterstrukturen formt. Ein dynamisches DOE weist dynamisch ansteuerbare Phasenmodulationszellen, auch als räumliche Lichtmodulatoren (engl. spatial light modulators, SLMs) bezeichnet, auf, die beispielsweise als Flüssigkristallelemente oder als mikromechanisch bewegbare Spiegelelemente ausgebildet sein können. Dabei kann das DOE je nach Ausgestaltung der Phasenmodulationszellen in Reflexion oder Transmission betrieben werden.A dynamic DOE is understood here and below to mean a freely programmable, dynamically controllable optical element which shapes a light beam by diffraction on optical grating structures. A dynamic DOE has dynamically controllable phase modulation cells, also referred to as spatial light modulators (SLMs), which can be designed, for example, as liquid crystal elements or as micromechanically movable mirror elements. In this case, depending on the configuration of the phase modulation cells, the DOE can be operated in reflection or transmission.
Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die dynamisch ansteuerbaren Phasenmodulationszellen die flexible Darstellung komplexer Informationen und auch bewegter Bilder ermöglichen. Es wird damit ein frei programmierbares, flexibel einsetzbares Display geschaffen.This embodiment has the advantage that the dynamically controllable phase modulation cells enable the flexible representation of complex information and also moving images. It is thus created a freely programmable, flexible display.
In einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element als Phasenmodulationszellen ansteuerbare Flüssigkristallelemente auf. Die Verwendung von Flüssigkristallelementen (engl. liquid crystal, LC) besitzt den Vorteil, dass diese Technologie zur Darstellung von dynamischen Hologrammen in Echtzeit bereits weit entwickelt ist, so dass auch sehr komplexe Hologramme in guter Qualität dargestellt werden können.In one embodiment, the diffractive optical element has controllable liquid crystal elements as phase modulation cells. The use of liquid crystal elements (LC) has the advantage that this technology for displaying dynamic holograms in real time is already well developed, so that even very complex holograms can be displayed in good quality.
Es sind beispielsweise auch dynamische DOE mit mikromechanisch ansteuerbaren Spiegelelementen einsetzbar, bei denen die Phasenverzögerung dadurch eingestellt wird, dass die Spiegel in der Richtung des Lichteinfalls verschoben werden.There are, for example, dynamic DOE with micromechanically controllable Mirror elements can be used, in which the phase delay is adjusted by the fact that the mirrors are moved in the direction of light incidence.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine Lichtquelle innerhalb des Hohlraums angeordnet. Das hat den Vorteil, dass sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt, die einen leichten Einbau der Anzeigevorrichtung ermöglicht. Zudem ist es nicht notwendig, weitere Öffnungen in den Spiegeln vorzusehen, um Strahlung von außen in den Hohlraum zu bringen.In one embodiment, at least one light source is disposed within the cavity. This has the advantage that results in a very compact design, which allows easy installation of the display device. In addition, it is not necessary to provide further openings in the mirrors to bring radiation from the outside into the cavity.
Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Lichtquelle jedoch auch außerhalb des Hohlraums angeordnet sein. Das hat den Vorteil einer größeren Freiheit bei der Anordnung der einzelnen Bestandteile der Anzeigevorrichtung, insbesondere bei der Anordnung von Lichtquellen und DOE zueinander.Alternatively or additionally, however, at least one light source can also be arranged outside the cavity. This has the advantage of greater freedom in the arrangement of the individual components of the display device, in particular in the arrangement of light sources and DOE to each other.
Als Lichtquelle kann demnach auch durch die Öffnung auf das DOE einfallendes Tages- bzw. Umgebungslicht verwendet werden.As a light source can therefore also be used through the opening on the DOE incident daylight or ambient light.
In einer Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung zumindest zwei Lichtquellen auf, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge abgeben. Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass mehrfarbige Hologramme dargestellt werden können.In one embodiment, the display device has at least two light sources that emit radiation of different wavelengths. This embodiment has the advantage that multi-color holograms can be displayed.
In einer Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung zumindest eine erste Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λr mit 650 nm ≤ λr ≤ 750 nm, eine zweite Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λg mit 490 nm ≤ λg ≤ 575 nm und eine dritte Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λb mit 420 nm ≤ λb ≤ 490 nm auf.In one embodiment, the display device has at least one first light source for emitting radiation having a wavelength λ r of 650 nm ≦ λ r ≦ 750 nm, a second light source emitting radiation having a wavelength λ g of 490 nm ≦ λ g ≦ 575 nm and a third light source for emitting radiation having a wavelength λ b of 420 nm ≤ λ b ≤ 490 nm.
Bei dieser Ausführungsform können RGB(rot-grün-blau)-Lasersysteme oder RGB-LEDs zum Einsatz kommen, die beliebige Farben durch additive Mischung der von drei Lichtquellen (rot, grün, blau) erzeugten Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge erzielen.In this embodiment, RGB (red-green-blue) laser systems or RGB LEDs can be used which achieve arbitrary colors by additive mixing of the radiation of different wavelengths generated by three light sources (red, green, blue).
Die einzelnen Lichtquellen können jeweils zu einem Modul zusammengefasst sein, wobei eine Farbmischung innerhalb des Moduls erfolgt. Dies ermöglicht die nahezu beliebige Mischung einer Farbe für die holografische Darstellung.The individual light sources can each be combined to form a module, wherein a color mixture takes place within the module. This allows almost any mixture of color for the holographic representation.
Die Verwendung verschiedenfarbiger Lichtquellen ermöglicht zudem die Darstellung mehrfarbiger holografischer Bilder in einem Zeitmultiplexverfahren. Dazu sind die Lichtquellen unabhängig voneinander ansteuerbar und es erfolgt jeweils für einen ersten Zeitraum die Beleuchtung des ein Teilbild des holografischen Bildes codierenden DOE in einer ersten Farbe, bevor für einen zweiten Zeitraum das ein anderes Teilbild codierende DOE in einer zweiten Farbe beleuchtet wird. Auf diese Weise wird ein mehrfarbiges holografisches Bild aus mindestens zwei Teilbildern unterschiedlicher Farbe dargestellt. Die Zeiträume werden jeweils so kurz gewählt, dass der Aufbau aus einzelnen Teilbildern für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist und sich für den Betrachter in einem gemittelten Zeitraum der Eindruck eines einzigen, mehrfarbigen Bildes ergibt.The use of different colored light sources also allows the display of multi-color holographic images in a time division multiplex method. For this purpose, the light sources are controlled independently of each other and it takes place for a first period, the lighting of a partial image of the holographic image encoding DOE in a first color, before for a second period, the another partial image encoding DOE is illuminated in a second color. In this way, a multi-color holographic image is displayed from at least two partial images of different colors. The time periods are chosen so short that the structure of individual sub-images is imperceptible to the human eye and gives the viewer in an averaged period of time the impression of a single, multicolored image.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele angegeben. Die Anzeigevorrichtung kann insbesondere im Bereich eines Armaturenbretts, einer Mittelkonsole oder eines Lenkrads eingebaut sein. Sie kann nicht nur als Anzeige, sondern auch als Ausgabe- und/oder Eingabegerät über das transparente Touchpad auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels dienen. Das hat den Vorteil, dass die Anzeigevorrichtung zum Bedien- oder Betätigungselement weitergebildet wird, indem beispielsweise Eingaben eines Benutzers durch ”Berühren” bestimmter Bereiche des transparenten Touchpads auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels erfasst werden können. Dabei kann insbesondere das transparente Touchpad auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels international verständlichen Ikons aufweisen, die semitransparent sind und in Farbgebung und Teiltransparenz der holographischen Abbildung angepasst sind. Auch kann das transparente Touchpad mit einer Auswerteeinheit und einer Betätigungseinheit zusammenwirken. Beispielsweise kann das transparente Touchpad der Anzeigevorrichtung von der Auswerteeinheit und der Betätigungseinheit für Fahrzeugkomponenten auch baulich getrennt sein. In diesem Fall weist die Anzeigevorrichtung entsprechende Schnittstellen auf. Das transparente Touchpad kann vorzugsweise zum Steuern und Aktivieren einer Infotainmenteinheit, einer Klimaanlage, aber auch mechanischer Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise verstellbarer Sitze usw. unter Einsatz der Betätigungseinheit dienen. Wenn das transparente Touchpad kapazitiv eine Eingabe durch einen Benutzer erfasst, kann durch eine Auswertung auf die Art der Eingabe geschlossen werden.According to one aspect of the invention, a vehicle is provided with a display device according to one of the described embodiments. The display device can be installed in particular in the area of a dashboard, a center console or a steering wheel. It can serve not only as a display, but also as an output and / or input device via the transparent touchpad on the opening of the second concave mirror. This has the advantage that the display device is further developed to the operating or actuating element by, for example, inputs by a user can be detected by "touching" certain areas of the transparent touchpad on the opening of the second concave mirror. In particular, the transparent touchpad on the opening of the second concave mirror can have internationally understandable icons which are semitransparent and are adapted in color and partial transparency of the holographic image. The transparent touchpad can also interact with an evaluation unit and an actuating unit. For example, the transparent touchpad of the display device may also be structurally separated from the evaluation unit and the actuation unit for vehicle components. In this case, the display device has corresponding interfaces. The transparent touchpad may preferably serve for controlling and activating an infotainment unit, an air-conditioning system, but also mechanical vehicle components such as adjustable seats, etc. using the operating unit. If the transparent touchpad capacitively detects an input by a user, the type of input can be concluded by an evaluation.
Andererseits ist es auch möglich die Darstellung von zwei- oder dreidimensionaler Betätigungselementen als holografisches Bild zu erzeugen und/oder mit dem transparenten Touchpad zu koppeln, womit der Vorteil verbunden ist, dass die holographische Anzeigevorrichtung flexibel ist und bei Bedarf an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst werden kann. Es werden beispielweise frei programmierbare Betätigungselemente holographisch bereitgestellt, was über die Möglichkeiten des transparenten, kapazitiv betätigbaren Touchpads der Anzeigevorrichtung weit hinaus geht. Je nach Zustand des Fahrzeugs oder je nach Fahrsituation kann ein anderes Betätigungselement holographisch dargestellt werden. Zudem ist ein als holografisches Bild abgebildetes Betätigungselement verschleißfrei. Auch kann zum Beispiel ermittelt werden, ob ein Drehschalter im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn betätigt wird.On the other hand, it is also possible to produce the representation of two- or three-dimensional actuation elements as a holographic image and / or to couple with the transparent touchpad, with the advantage that the holographic display device is flexible and adapted to the needs of the user when needed can. For example, freely programmable actuating elements are provided holographically, which goes far beyond the possibilities of the transparent, capacitively actuable touchpad of the display device. Depending on the condition of the vehicle or depending on the driving situation, another actuator can be displayed holographically. In addition, a pictured as a holographic image actuator is wear-free. It can also be determined, for example, whether a rotary switch is actuated in a clockwise or counterclockwise direction.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Fahrzeugs ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein Verfahren durchzuführen, das folgende Schritte aufweist:
- – Beleuchtung eines in einem Hohlraum zwischen einem ersten Hohlspiegel und einem zweiten Hohlspiegel angeordneten diffraktiven optischen Elementes, das ein Hologramm bereitstellt, mittels zumindest einer Lichtquelle;
- – Leitung der von der zumindest einen Lichtquelle ausgehenden und von Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elementes modulierten Strahlung durch ein auf einer Öffnung des zweiten Hohlspiegels angeordneten transparenten Touchpad hindurch tritt unter Wiedergabe eines holografischen Bilds oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs.
- - Illumination of a arranged in a cavity between a first concave mirror and a second concave mirror diffractive optical element which provides a hologram, by means of at least one light source;
- - Conduction of the emanating from the at least one light source and modulated by phase modulation of the diffractive optical element radiation through a disposed on an opening of the second concave mirror transparent touchpad passes by reproducing a holographic image above the transparent touchpad within a defined field of view.
Das Verfahren, das durch das Computerprogramm ausgeführt wird, besitzt den Vorteil, dass es ein flexibel nutzbares holografisches Display mit einem transparenten Touchpad bereitstellt.The method performed by the computer program has the advantage of providing a flexible holographic display with a transparent touchpad.
In einer Ausführungsform wird in einem Zeitmultiplexverfahren ein ebenes und/oder dreidimensionales holografisches Bild aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut.In one embodiment, a planar and / or three-dimensional holographic image is constructed from a plurality of holographic sub-images in a time-division multiplexing process.
Für eine dreidimensionale Darstellung können die holografischen Teilbilder jeweils in einer Ebene wiedergegeben werden, wobei die Ebenen der holografischen Teilbilder voneinander beabstandet sind. Dazu kann das dreidimensionale Bild aus einzelnen, beispielsweise parallel zueinander angeordneten Schichten (Layern) aufgebaut werden, die jeweils einen bestimmten Abstand voneinander und damit auch von dem DOE haben. Durch eine entsprechende Ansteuerung und Beleuchtung des DOE werden die einzelnen Teilbilder jeweils für einen kurzen Zeitraum erzeugt, wobei das menschliche Auge im Mittel das dreidimensionale Bild wahrnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, auch mit einer relativ einfachen Optik und mit begrenztem Rechenaufwand dreidimensionale Strukturen, beispielsweise dreidimensionale Betätigungselemente, darzustellen. Der Einsatz eines Zeitmultiplexverfahrens zur Erzeugung dreidimensionaler holografischer Bilder ist in der
In einer Ausführungsform wird das diffraktive optische Element in einem Zeitmultiplexverfahren mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet und ein mehrfarbiges holografisches Bild aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut, wobei die holografischen Teilbilder unterschiedliche Farben aufweisen. Ein solches mehrfarbiges holografisches Bild kann zwei- oder dreidimensional sein.In one embodiment, the diffractive optical element is time-multiplexed with different wavelength radiation, and a multi-color holographic image is built up from a plurality of holographic fields, the holographic fields having different colors. Such a multi-color holographic image may be two- or three-dimensional.
Dazu kann insbesondere ein RGB-Laser oder RGB-Dioden verwendet werden. Das Farbmultiplexing erlaubt die Darstellung eines farbigen holografischen Bildes. Die Mischung der verschiedenfarbigen Komponenten erfolgt zeitlich, indem in verschiedenen Zeiträumen holografische Teilbilder in verschiedenen Farben erzeugt werden.In particular, an RGB laser or RGB diodes can be used for this purpose. The color multiplexing allows the representation of a colored holographic image. The mixture of the components of different colors takes place temporally by producing holographic partial images of different colors at different times.
In einer Ausführungsform wird als holografisches Bild eine animierte Darstellung zur Erläuterung von Fahrzeugfunktionen wiedergegeben. Beispielsweise kann ein sogenannter Avatar, d. h. eine virtuelle Person, dargestellt werden, der Fahrzeugfunktionen erläutert bzw. ihre Nutzung demonstriert. Ferner kann auch ein animiertes Bild des Fahrzeugs selber dargestellt werden, um Fahrzeugfunktionen zu erläutern. Dabei kann auch eine akustische Unterstützung der Darstellung vorgesehen sein. Das hat den Vorteil, dass dem Benutzer Fahrzeugfunktionen betreffende Informationen in einer eingängigen, ansprechenden Weise präsentiert werden können.In one embodiment, an animated representation for explaining vehicle functions is reproduced as a holographic image. For example, a so-called avatar, i. H. a virtual person, who explains vehicle functions or demonstrates their use. Furthermore, an animated image of the vehicle itself can also be displayed to explain vehicle functions. In this case, an acoustic support of the presentation can be provided. This has the advantage that information related to the user of vehicle functions can be presented in a catchy, responsive manner.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium angegeben, auf dem ein Computerprogrammprodukt gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele gespeichert ist.According to a further aspect of the invention, a computer-readable medium is specified, on which a computer program product according to one of said embodiments is stored.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Wiedergabe eines holografischen Bildes angegeben, aufweisend
- – Mittel zur Beleuchtung eines in einem Hohlraum zwischen einem ersten Hohlspiegel und einem zweiten Hohlspiegel angeordneten diffraktiven optischen Elementes, das ein Hologramm bereitstellt, mittels zumindest einer Lichtquelle;
- – Mittel zur Leitung der von der zumindest einen Lichtquelle ausgehenden und von Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elementes modulierten Strahlung durch ein auf einer Öffnung des zweiten Hohlspiegels angeordnetes transparentes Touchpad hindurch unter Wiedergabe eines holografischen Bilds oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs.
- - means for illuminating a arranged in a cavity between a first concave mirror and a second concave mirror diffractive optical element, which provides a hologram, by means of at least one light source;
- Means for guiding the radiation emanating from the at least one light source and modulated by phase modulation cells of the diffractive optical element through a transparent touchpad arranged on an opening of the second concave mirror, reproducing a holographic image above the transparent touchpad within a defined viewing area.
Die Vorrichtung stellt somit ein flexibel nutzbares holografisches Display in Zusammenwirken mit einem transparenten Touchpads bereit.The device thus provides a flexibly usable holographic display in cooperation with a transparent touchpad.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zum Aufbau eines ebenen und/oder dreidimensionalen holografischen Bildes aus mehreren holografischen Teilbildern in einem Zeitmultiplexverfahren auf. Das hat den Vorteil, dass es möglich ist, auch mit einer relativ einfachen Optik und mit begrenztem Rechenaufwand dreidimensionale Strukturen, beispielsweise dreidimensionale Betätigungselemente holographisch darzustellen.In one embodiment, the device comprises means for constructing a plane and / or Three-dimensional holographic image of several holographic fields in a time division multiplex method. This has the advantage that it is possible to holographically represent three-dimensional structures, for example three-dimensional actuators, even with relatively simple optics and with limited computational effort.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zur Beleuchtung des diffraktiven optischen Elements in einem Zeitmultiplexverfahren mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge und zum Aufbau eines mehrfarbigen holografischen Bildes aus mehreren holografischen Teilbildern auf, wobei die holografischen Teilbilder unterschiedliche Farben aufweisen. Das hat den Vorteil, dass eine mehrfarbige Darstellung holografischer Bilder auf technisch einfache Weise möglich ist.In one embodiment, the device comprises means for illuminating the diffractive optical element in a time-division multiplexing process with radiation of different wavelengths and for constructing a multi-color holographic image from a plurality of holographic partial images, the holographic partial images having different colors. This has the advantage that a multi-colored representation of holographic images is possible in a technically simple manner.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel für eine Wiedergabe einer animierten Darstellung zur Erläuterung von Fahrzeugfunktionen als holografisches Bild auf. Das hat den Vorteil, dass dem Benutzer Fahrzeugfunktionen betreffende Informationen in einer eingängigen, ansprechenden Weise präsentiert werden können.In one embodiment, the device comprises means for rendering an animated representation for explaining vehicle functions as a holographic image. This has the advantage that information related to the user of vehicle functions can be presented in a catchy, responsive manner.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying figures.
Innerhalb des Hohlraums
Das DOE
In der in
Die Form und Krümmung der Hohlspiegel
Bei der in
Auf einer Mittenkonsole
In dieser Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.Although at least one exemplary embodiment has been shown in the foregoing description, various changes and modifications may be made. The above embodiments are merely examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration in any way. Rather, the foregoing description provides those skilled in the art with a plan for practicing at least one example embodiment, and wherein numerous changes can be made in the operation and arrangement of elements described in an exemplary embodiment without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anzeigevorrichtungdisplay device
- 22
- erster Hohlspiegelfirst concave mirror
- 33
- Spiegelflächemirror surface
- 44
- zweiter Hohlspiegelsecond concave mirror
- 55
- Spiegelflächemirror surface
- 66
- Hohlraumcavity
- 77
- diffraktives optisches Element (DOE)diffractive optical element (DOE)
- 88th
- erste Hauptoberflächefirst main surface
- 99
- zweite Hauptoberflächesecond main surface
- 1010
- Lichtquellelight source
- 1111
- Öffnungopening
- 1212
- Mittelkonsolecenter console
- 1313
- holografisches Bildholographic picture
- 1414
- Öffnungopening
- 1515
- Abdeckungcover
- 1616
- holographischer Bildschirmholographic screen
- 1717
- Pfeilarrow
- 1818
- Fahrzeugvehicle
- 1919
- Cockpitcockpit
- 2020
- Armaturenbrettdashboard
- 2121
- Recheneinheitcomputer unit
- 2222
- Auswerteeinheitevaluation
- 2323
- Betätigungseinheitoperating unit
- 2424
- Fahrzeugkomponentevehicle component
- 2525
- Signalleitungsignal line
- 2626
- Signalleitungsignal line
- 27 27
- Signalleitungsignal line
- 2828
- Verbindungconnection
- 2929
- Signalleitungsignal line
- 3030
- transparentes Touchpadtransparent touchpad
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- US 7936489 B2 [0033] US 7936489 B2 [0033]
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-
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