DE102014226354A1

DE102014226354A1 - Verfahren zum Verändern eines Bildabstands zwischen einem virtuellen Bild auf einemHead-up-Display und einem Betrachter des virtuellen Bilds, Steuergerät und Head-up-Display

Info

Publication number: DE102014226354A1
Application number: DE102014226354.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Herzog; Julian Hauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verändern eines Bildabstands (VID) zwischen einem virtuellen Bild (109) auf einem Head-up-Display (100) und einem Betrachter (120) des virtuellen Bilds (109). Das Head-up-Display (100) umfasst zumindest eine Bilderzeugungseinrichtung (103) zum Erzeugen eines das virtuelle Bild (109) repräsentierenden Lichtstrahls (110), einen in einem Strahlengang des Lichtstrahls (110) in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten Spiegel (112) zum Umlenken des Lichtstrahls (110) sowie eine Bewegungseinrichtung (130) zum Bewegen des Spiegels (112). In dem Verfahren wird ein Verstellsignal (132) an die Bewegungseinrichtung (130) ausgegeben, um durch ein Bewegen des Spiegels (112) einen den Bildabstand (VID) repräsentierenden Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung (103) und dem Spiegel (112) zu verstellen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verändern eines Bildabstands zwischen einem virtuellen Bild auf einem Head-up-Display und einem Betrachter des virtuellen Bilds, auf ein entsprechendes Steuergerät, auf ein Head-up-Display sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
Head-up-Displays werden heutzutage von verschiedenen Fahrzeugherstellern als Ausstattungsoption angeboten. Bei sogenannten Box-Head-up-Displays kann ein virtuelles Bild über eine Windschutzscheibe oder eine separate Combiner-Scheibe in ein Sichtfeld des Fahrers eingespiegelt werden. In dem virtuellen Bild können verschiedene Informationen wie beispielsweise eine Geschwindigkeit oder Navigationshilfen angezeigt werden.
Die JP 2010096874 A zeigt ein Head-up-Display, auf dem mehrere Bildebenen angezeigt werden können.
Ferner ist aus der WO 2005/121707 ein Head-up-Display bekannt, bei dem durch eine oszillierende Bewegung eines Bildschirms in Kombination mit einer mit der oszillierenden Bewegung synchronisierten Bilderzeugung ein dreidimensionales Bild erzeugt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Verändern eines Bildabstands zwischen einem virtuellen Bild auf einem Head-up-Display und einem Betrachter des virtuellen Bilds, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein Head-up-Display sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der vorliegende Ansatz schafft ein Verfahren zum Verändern eines Bildabstands zwischen einem virtuellen Bild auf einem Head-up-Display und einem Betrachter des virtuellen Bilds, wobei das Head-up-Display zumindest eine Bilderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines das virtuelle Bild repräsentierenden Lichtstrahls, einen in einem Strahlengang des Lichtstrahls in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten Spiegel zum Umlenken des Lichtstrahls sowie eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Spiegels aufweist, wobei in einem Schritt des Ausgebens ein Verstellsignal an die Bewegungseinrichtung ausgegeben wird, um durch ein Bewegen des Spiegels einen den Bildabstand repräsentierenden Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und dem Spiegel zu verstellen.
Unter einem virtuellen Bild kann ein optisches Abbild verstanden werden, das im Gegensatz zu einem reellen Bild nicht auf einem Schirm abgebildet werden kann und von dessen Ort keine Lichtstrahlen ausgehen. Ein Betrachter kann beispielsweise ein Fahrer eines mit dem Head-up-Display ausgestatteten Fahrzeugs sein. Das virtuelle Bild kann somit ein Bild sein, das sich aus der Sicht eines Fahrers hinter einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs befindet. Der Bildabstand, auch virtuelle Bilddistanz oder virtueller Bildabstand genannt, kann einer Summe einer Bildweite vom virtuellen Bild zur Windschutzscheibe und eines Abstands zwischen der Windschutzscheibe und dem Fahrer, genauer einem Fahrerauge, entsprechen. Unter einer Bilderzeugungseinrichtung, auch Bildgeber genannt, kann eine Einrichtung mit einer Projektionsfläche zum Projizieren eines Bilds und einer Lichtquelle zum Anstrahlen der Projektionsfläche mit einem Lichtstrahl verstanden werden. Bei dem Lichtstrahl kann es sich um einen Hauptstrahl des Head-up-Displays handeln. Ein Spiegel kann beispielsweise ein Planspiegel oder ein gekrümmter Spiegel zum Falten des Lichtstrahls sein. Der Spiegel kann beispielsweise kippbar, drehbar oder verschiebbar in dem Head-up-Display angeordnet sein. Der Spiegel kann mit einer Bewegungseinrichtung gekoppelt sein. Unter einer Bewegungseinrichtung kann eine Verstellmechanik zum Verstellen einer Lage des Spiegels verstanden werden, um den Abstand zwischen dem Spiegel und der Bilderzeugungseinrichtung zu vergrößern oder zu verkleinern. Hierzu kann die Bewegungseinrichtung einen elektrischen oder manuellen Antrieb aufweisen. Die Bildweite vom virtuellen Bild zur Windschutzscheibe kann vom Abstand zwischen dem Spiegel und der Bilderzeugungseinrichtung abhängig sein. Somit kann durch eine Änderung des Abstands der Bildabstand verändert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch ein Verschieben oder Kippen einer oder mehrerer Spiegel in einem Head-up-Display eine Lage eines virtuellen Bilds verändert werden kann.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass es unabhängig von einem Bildgeber des Head-up-Displays durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann ein solches Verfahren in Head-up-Displays mit einer beliebigen Anzahl abbildender Elemente wie beispielsweise Spiegel, Linden oder sonstiger optischer Elemente eingesetzt werden.
Zur Erzeugung des virtuellen Bilds wird ein Bildgeber benötigt. Üblich sind heutzutage beispielsweise LTPS-TFT-Flüssigkristalldisplays (englisch low temperature poly silicon thin-film-transistor liquid-crystal displays) oder Segment-Displays. Gegenwärtig wird auch über den Einsatz von Projektionslösungen nachgedacht, bei denen durch einen Projektor in Form eines Beamers ein Bild auf einem Screen erzeugt werden kann. Gegebenenfalls können zukünftig auch Laserlichtquellen als Hintergrundbeleuchtung (englisch backlight) oder zum Schreiben eines Bilds direkt auf einen Screen eingesetzt werden.
Um einen bestimmten Abstand und eine gewisse Größe des virtuellen Bilds zu erreichen und Abbildungsfehler der Windschutzscheibe bei Box-Head-up-Displays zu korrigieren, werden meist ein oder mehrere Spiegel in einem Strahlengang vom Bildgeber zur Windschutzscheibe oder zum Combiner verwendet. Dies können ebene Umlenkspiegel oder Freiformspiegel sein.
Typische virtuelle Bildabstände von Standard-Head-up-Displays können zwischen 1,5 m und 3 m liegen. Unter einem virtuellen Bildabstand kann ein Abstand des Fahrerauges zum virtuellen Bild verstanden werden (englisch virtual image distance, kurz VID). Head-up-Displays der nächsten Generation, beispielsweise mit Augmented-reality-Funktionalität, können Bildabständen jenseits von 7 m aufweisen.
In der Regel steht eine Bildebene des virtuellen Bilds senkrecht auf einem Hauptstrahl des optischen Systems. Unter einem Hauptstrahl kann ein Strahl verstanden werden, der von der Mitte einer Eyebox (Augenfeld) zur Mitte des virtuellen Bilds verläuft. Durch eine geeignete Neigung des Bildgebers kann auch eine Scheimpflug-Optik realisiert werden. Dadurch erscheint das virtuelle Bild geneigt bis hin zu fast liegend. Dabei weist eine Oberkante des virtuellen Bilds einen größeren virtuellen Bildabstand als eine Unterkante auf. Auf diese Weise kann ein Tiefeneindruck erzeugt werden.
Durch Lage- und Formtoleranzen der Windschutzscheibe, der optischen Elemente im Head-up-Display und des Displays kann es zu Veränderungen des virtuellen Bildabstands kommen. Eine typische Abweichung ist beispielsweise eine Formtoleranz eines Head-up-Display-Spiegels und ein damit einhergehender Brechkraftfehler des gesamten abbildenden Systems aus Windschutzscheibe und Spiegeln. Ist ein konkaver Spiegel beispielsweise schwächer gekrümmt, so nimmt der virtuelle Bildabstand gegenüber einer Ideallage ab. Die Auswirkung dieser Abweichungen oder Toleranzen ist umso kritischer, je weiter das virtuelle Bild entfernt ist. Ein wirksamer Toleranzausgleich ist daher vor allem bei kontaktanalogen Head-up-Displays wichtig, die in der Regel einen virtuellen Bildabstand von mindestens 7 m aufweisen. Gemäß dem vorliegenden Ansatz kann nun ein solcher Toleranzausgleich mittels eines variablen Bildabstands oder einer variablen Bildneigung realisiert werden.
Unabhängig davon, ob Toleranzen im System auftreten, ist der virtuelle Bildabstand für ein konventionelles Head-up-Display üblicherweise durch die verbauten Elemente und ihre Lage zueinander fest bestimmt. Eine Variation im Betrieb, etwa ein Wegbewegen des virtuellen Bilds, ist durch diese Limitierung auf einen fixen virtuellen Bildabstand nicht möglich.
Eine Bildentfernung kann beispielsweise durch Verschiebung einer Projektionsfläche, auch Screen genannt, bei gleichzeitiger Nachfokussierung eines Projektors justiert werden. In analoger Weise kann durch Verschiebung eines Displays ein entsprechender Effekt erzielt werden. Beide Verfahren haben den Vorteil, dass primär nur relativ kleine Komponenten in Form eines Screens bzw. Displays verschoben werden. In beiden Fällen sind jedoch weitere Komponenten betroffen, wie etwa die Fokussierung des Projektors bei einer Screenverschiebung (englisch screen shift) oder die Kontaktierung und Kühlung des Displays bei einer Displayverschiebung (englisch display shift). Dies kann die Konstruktion des Bildgebers komplexer machen.
Werden hingegen in einem Head-up-Display mit variabler Bilddistanz nur Spiegel verschoben, so kann der gewünschte Effekt erreicht werden, ohne dass der Bildgeber zwingend komplexer wird. Außerdem ist der erforderliche Verschiebeweg bei einer solchen Spiegelverschiebung (englisch mirror shift) in der Regel kleiner als bei Screens oder Displays, weil sich der Lichtweg näherungsweise um den doppelten Verschiebeweg des Spiegels verändert. Ferner müssen beim Verschieben des Spiegels keine elektrischen Verbindungen bewegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Ausgebens das Verstellsignal ausgegeben werden, um den Spiegel in einer Richtung zu verschieben, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung eines aus dem Spiegel austretenden Lichtstrahls entspricht. Unter einem austretenden Lichtstrahl kann ein von dem Spiegel reflektierter Lichtstrahl verstanden werden. Unter einem vorgegebenen Toleranzbereich kann beispielsweise eine Abweichung von der Richtung des austretenden Lichtstrahls um 0,1°, 0,5° oder 1° verstanden werden. Eine solche lineare Verschiebung des Spiegels kann mit geringem mechanischem Aufwand und somit besonders kostengünstig realisiert werden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Ausgebens das Verstellsignal ausgegeben wird, um den Spiegel in einer Richtung innerhalb eines Winkels zwischen einem einfallenden Lichtstrahl und einem ausfallenden Lichtstrahl zu verschieben. Insbesondere kann die Richtung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung einer Winkelhalbierenden des Winkels entsprechen. Der Winkel kann einer Summe eines Ein- und Ausfallswinkels des Lichtstrahls entsprechen. Unter einem einfallenden Lichtstrahl kann ein auf den Spiegel auftreffender Lichtstrahl verstanden werden. Unter einem ausfallenden Lichtstrahl kann ein aus dem Spiegel austretender Lichtstrahl verstanden werden. Die Winkelhalbierende kann einem Lot auf eine optische Grenzfläche des Spiegels entsprechen. Unter einem vorgegebenen Toleranzbereich kann beispielsweise eine Abweichung von der Richtung der Winkelhalbierenden um 0,1°, 0,5° oder 1° verstanden werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Abstrahlwinkel, mit dem der Lichtstrahl von der Bilderzeugungseinrichtung abgestrahlt wird, beim Bewegen des Spiegels nur geringfügig geändert werden muss.
Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Schritt des Ausgebens das Verstellsignal ausgegeben wird, um den Spiegel in einer Richtung zu verschieben, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung eines auf den Spiegel auftreffenden Lichtstrahls entspricht. Unter einem auf den Spiegel auftreffenden Lichtstrahl kann ein von der Bilderzeugungseinrichtung auf den Spiegel gestrahlter Lichtstrahl verstanden werden. Unter einem vorgegebenen Toleranzbereich kann beispielsweise eine Abweichung von der Richtung des auftreffenden Lichtstrahls um 0,1°, 0,5° oder 1° verstanden werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sich der Abstrahlwinkel der Bilderzeugungseinrichtung beim Bewegen des Spiegels nicht ändert.
Es kann im Schritt des Ausgebens das Verstellsignal ausgegeben werden, um den Spiegel zu kippen und, alternativ oder zusätzlich, zu drehen. Dadurch kann erreicht werden, dass sich eine vertikale Position des virtuellen Bilds beim Verschieben des Spiegels nicht ändert, d. h. das virtuelle Bild nicht beschnitten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bilderzeugungseinrichtung kippbar sein. Das Head-up-Display kann eine Kippeinrichtung zum Kippen der Bilderzeugungseinrichtung aufweisen. Im Schritt des Ausgebens kann nun ein Kippsignal an die Kippeinrichtung ausgegeben werden, um die Bilderzeugungseinrichtung zu kippen. Unter einer Kippeinrichtung kann eine elektrisch oder manuell betätigbare Verstellmechanik zum Verstellen einer Lage der Bilderzeugungseinrichtung relativ zum Spiegel verstanden werden. Durch das Kippen der Bilderzeugungseinrichtung kann der Abstrahlwinkel an die Lage des Spiegels angepasst werden.
Das Verfahren kann ferner mit einem Schritt des Bereitstellens eines Korrektursignals an die Bilderzeugungseinrichtung unter Verwendung des Verstellsignals vorgesehen sein, um zumindest einen Anzeigeparameter des virtuellen Bilds in Abhängigkeit von einer Veränderung des Bildabstands zu korrigieren. Unter einem Anzeigeparameter kann beispielsweise ein Seitenverhältnis, eine Größe, eine Perspektive, eine Schärfe oder eine Farbeigenschaft des virtuellen Bilds verstanden werden. Dadurch können durch das Bewegen des Spiegels verursachte optische Veränderungen des virtuellen Bilds kompensiert werden, womit die Anzeigequalität des Head-up-Displays verbessert werden kann.
Das Head-up-Display kann mit zumindest einem im Strahlengang des Lichtstrahls in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten zusätzlichen Spiegel zum Umlenken des Lichtstrahls und zumindest einer zusätzlichen Bewegungseinrichtung zum Bewegen des zusätzlichen Spiegels vorgesehen sein. Entsprechend kann im Schritt des Ausgebens ein zusätzliches Verstellsignal an die zusätzliche Bewegungseinrichtung ausgegeben werden, um den zusätzlichen Spiegel in der zumindest einen Richtung zu bewegen. Der zusätzliche Spiegel kann beispielsweise ein Hauptspiegel zum Umlenken eines aus dem Spiegel austretenden Lichtstrahls auf die Windschutzscheibe oder ein weiterer Planspiegel zum Falten des Lichtstrahls sein. Durch diese Ausführungsform ist eine hohe Flexibilität bei der Einstellung des Bildabstands gewährleistet.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät 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 des Steuergeräts 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.
Schließlich schafft der vorliegende Ansatz ein Head-up-Display mit folgenden Merkmalen:
zumindest einer Bilderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines ein virtuelles Bild repräsentierenden Lichtstrahls;
zumindest einem in einem Strahlengang des Lichtstrahls in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten Spiegel zum Umlenken des Lichtstrahls;
zumindest einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Spiegels; und
einem Steuergerät gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform.
Ein derartiges Head-up-Display hat zum einen den Vorteil, dass Fertigungstoleranzen, die sich auf den virtuellen Bildabstand des Head-up-Displays auswirken, präzise und gezielt ausgeglichen werden können. Wie bereits angedeutet, zählen dazu auch Toleranzen, die sich beim Einbauen des Head-up-Displays ins Fahrzeug ergeben, oder Toleranzen der Windschutzscheibe. Ferner ergibt sich die Möglichkeit, dass der virtuelle Bildabstand vom Fahrer selbst eingestellt werden kann. Beispielsweise lassen sich dadurch optische Effekte generieren, die das Fahrerlebnis des Fahrers verbessern.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1A eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1B: eine Darstellung zur Erläuterung der Entstehung einer Position eines virtuellen Bildes an einem Spiegel;
2 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display mit variabler Bilddistanz;
3 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8a, 8b schematische Darstellungen einer Bewegungseinrichtung zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9a, 9b schematische Darstellungen einer Bewegungseinrichtung zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Darstellung einer Bewegungseinrichtung zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
12 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger 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.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Head-up-Display 100 ist in einem Fahrzeug 101 angeordnet. Das Head-up-Display 100 umfasst ein Gehäuse 102. In dem Gehäuse 102 ist eine Bilderzeugungseinrichtung 103 angeordnet, die beispielhaft ein LED-Backlight 104 als Lichtquelle, einen Kühlkörper 106 und ein LTPS-Display 108 als Bildgeber aufweist. Die Bilderzeugungseinrichtung 103 ist ausgebildet, um einen ein virtuelles Bild 109 repräsentierenden Lichtstrahl 110 auszustrahlen. Ein im Strahlengang des Lichtstrahls 110 in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneter Spiegel 112 ist ausgebildet, um den Lichtstrahl 110 auf einen Hauptspiegel 113 des Head-up-Displays 100, hier einen Konkavspiegel, zu reflektieren. Der Spiegel 112 ist beispielhaft als Planspiegel ausgeführt. Der Hauptspiegel 113 ist ausgebildet, um den Lichtstrahl 110 durch eine Deckscheibe 114 des Head-up-Displays 100 in einen Bereich einer Windschutzscheibe 116 des Fahrzeugs 101 zu lenken, der sich auf einer Höhe mit einem Sichtfeld 118 eines Fahrers 120 des Fahrzeugs 101 befindet. Das Sichtfeld kann auch als Eyebox bezeichnet werden. Der Fahrer 120 nimmt das virtuelle Bild 109 in einem Bildabstand VID hinter der Windschutzscheibe 116 wahr.
In dem Gehäuse 102 ist ferner eine mit dem Spiegel 112 mechanisch gekoppelte Bewegungseinrichtung 130 zum Bewegen des Spiegels 112 angeordnet.
Die Bewegungseinrichtung 130 ist mit einem hier ebenfalls in dem Gehäuse 102 befindlichen Steuergerät 140 verbunden, das ausgebildet ist, um ein Verstellsignal 132 an die Bewegungseinrichtung 130 zu senden. Die Bewegungseinrichtung 130 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Verstellsignals 132 einen Abstand des Spiegels 112 zur Bilderzeugungseinrichtung 103, genauer zum LTPS-Display 108, zu verstellen. Durch die Verstellung des Spiegels 112 wird das virtuelle Bild 109 verschoben und somit der Bildabstand VID geändert.
Optional ist das Steuergerät 140 ausgebildet, um unter Verwendung des Verstellsignals 132 ein Korrektursignal 142 an die Bilderzeugungseinrichtung 103 auszugeben. Die Bilderzeugungseinrichtung 103 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Korrektursignals 142 zumindest einen Anzeigeparameter des virtuellen Bilds 109 in Abhängigkeit von der Verstellung des Spiegels 112 zu korrigieren.
1B zeigt eine Darstellung einer Entstehung eines virtuellen Bildes an einem Spiegel 114. Dabei wird von einer Bildgebereinheit mit dem Projektor 103 und dem Objektiv an einer Bildgeber-Ebene in der Streufläche 112 ein Bild ausgegeben, welches auf den im Abstand g von der Streufläche 112 angeordneten Spiegel 114 projiziert wird und auf das Auge 116 reflektiert wird. Dabei erscheint aus der Perspektive des Auges 116 das Bild auf der Projektionsebene 112 im realen Strahlengang 155 in einem Bildabstand b hinter dem Spiegel 114 als ein virtuelles Bild 160.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display 200 mit variabler Bilddistanz. Das in 2 gezeigte Head-up-Display 200 umfasst einen Konkavspiegel 202 mit einer Brennweite f (bzw. Brechkraft 1/f) und eine nicht gekrümmte Windschutzscheibe 204. Die Brechkraft f des Konkavspiegels 202 ist sowohl durch seine Krümmung als auch durch seinen Winkel zu den einfallenden Strahlen bestimmt. Die folgenden allgemeinen Ausführungen treffen prinzipiell auch auf gekrümmte Windschutzscheiben zu. In der paraxialen Näherung gilt die Abbildungsgleichung 1 / f = 1 / g – 1 / b.
Hierbei ist f die Brennweite des Spiegels 202, g die Gegenstandsweite, d. h. der Abstand des Spiegels 202 zu einem Display oder Screen 206, und b die Bildweite, d. h. der Abstand des Spiegels 202 von einem virtuellen Bild 208. d₂ = d₁ + b
Die virtuelle Bilddistanz VID ist der Abstand des virtuellen Bilds 208 von einem Fahrerauge: VID = d₂ + d_wss,Auge = d₁ + d_wss,Auge + b
Wäre der Spiegel 202 nicht gekrümmt, d. h. 1 / f = 0 bzw. f → ∞, so ergäbe sich b = g.
Ist der Spiegel 202 als Konkavspiegel mit 1 / f > 0 ausgeführt, dann gilt b > g.
Somit wird ein größerer virtueller Bildabstand VID erreicht.
Durch den Konkavspiegel 202 erscheint das virtuelle Bild 208 zudem vergrößert. Das Verhältnis der Höhe bzw. Breite des virtuellen Bildabstands VID zur Höhe bzw. Breite des Displays oder Screens 206 ist der Abbildungsmaßstab M, der vereinfacht auch als Vergrößerung bezeichnet wird. Damit ist jedoch nicht die Winkelvergrößerung des optischen Systems gemeint. Für Systeme mit nur einem abbildenden optischen Element, hier dem Spiegel 202, gilt auch M = b / g.
Typische Vergrößerungen M für heutige Head-up-Displays mit einem virtuellen Bildabstand VID von 2 m bis 3 m können zwischen 5 und 6 betragen. Für Head-up-Displays mit Bildentfernungen VID von 7 m bis 15 m können Vergrößerungen zwischen 20 und 40 erforderlich sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Head-up-Display 100 ist als Zwei-Spiegel-Head-up-Display mit verschieb- und kippbarem Planspiegel 112 ausgeführt. Die Vergrößerung der Optik wird im Wesentlichen durch einen asphärischen Hauptspiegel 113 erzeugt. Der Planspiegel 112 dient primär zur Faltung des Strahlengangs, was in der Regel für den Bauraum vorteilhaft ist. Um den gewünschten Effekt der Veränderung des virtuellen Bildabstands VID zu bewirken, ist der Spiegel 112 ausgebildet, um im Wesentlichen entlang einer Richtung eines aus dem Spiegel 112 ausfallenden Hauptstrahls 110 verschoben zu werden. Optional sorgt eine gekoppelte Kippung des Spiegels 112 dafür, dass eine Bildposition des virtuellen Bilds 109 vertikal erhalten bleibt und das virtuelle Bild 109 oben und unten nicht beschnitten wird.
Die Relation zwischen Verschiebung und Verkippung kann für ein gegebenes optisches Design fix sein. Beide Bewegungen können also mechanisch gekoppelt sein und eine gemeinsame Bewegungseinrichtung 130, hier einen Linearantrieb, nutzen.
Optional kann der Bildgeber 103 mittels einer Kippeinrichtung 300 gekippt werden, um einen Winkel des Hauptstrahls 110 auf dem Bildgeber 103 konstant zu halten. Somit ist kein größerer vertikaler Abstrahlwinkel des Bildgebers 103 erforderlich, wodurch wiederum ein Licht- und Energiebedarf reduziert werden kann. In Abhängigkeit von den konkreten Auslegungsparametern des optischen Systems 100 kann der Bildgeber 103 jedoch auch mit einem geringfügig höheren vertikalen Abstrahlwinkel realisiert sein.
Alternativ kann der Spiegel 112 mittels separater Antriebe verschoben bzw. gekippt werden. Dies kann sinnvoll sein, wenn der Spiegel 112 nicht motorisch im Fahrbetrieb, sondern nur von außen in einer Fertigungseinrichtung verstellt werden soll, beispielsweise um Fertigungstoleranzen auszugleichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel lässt sich die in 3 gezeigte Anordnung analog auch auf Head-up-Display-Optiken mit mehr als zwei Spiegeln übertragen, wie weiter unten näher erläutert.
In 3 ist der elektrische Linearantrieb 130 ausgebildet, um den Planspiegel 112 im Wesentlichen entlang eines Strahlengangs des Hauptstrahls 110 zu verschieben. Dabei verkürzen sich die beiden Abschnitte g₁ und g₂ eines optischen Wegs des Hauptstrahls 110 auf g₁‘ bzw. g₂‘. Dadurch verkleinert sich der virtuelle Bildabstand VID.
Um eine vertikale Position des virtuellen Bilds 109 beizubehalten und zu verhindern, dass Teile des virtuellen Bilds 109 verdeckt werden, sollte der Hauptstrahl 110 von der Mitte des Bildgebers 103 ausgehen. Um dies zu erreichen, wird die Verschiebung optional mit einer Kippung gekoppelt.
Das folgende Rechenbeispiel zeigt, wie durch eine Veränderung der Gegenstandsweite g = g₁ + g₂ der virtuelle Bildabstand VID beeinflusst werden
kann. Beispielhaft wird von dem in 3 dargestellten Head-up-Display 100 ausgegangen. Für das Head-up-Display 100 mit d₁ = 0,3m und d_WSS,Auge = 0,8m gilt: f = 0,375m g = g₁ + g₂ = 0,3m b = 1,5m VID = 2,6m M = 5
Verkleinert man den Abstand des Displays 108 vom Konkavspiegel 113 von 0,3 m auf 0,29 m, was einer Verschiebung des Planspiegels 112 von etwas mehr als 5 mm entspricht, so ergibt sich unter anderem über die genannte Abbildungsgleichung: f' = f = 0,375m g' = g'₁ + g'₂ = 0,29m b' = 1,28m VID' = 2,38m M' = 4,4
Beide Konfigurationen sind in 3 dargestellt. An diesem Beispiel wird deutlich, dass sich durch eine Verschiebung von Spiegeln der virtuelle Bildabstand VID und die Vergrößerung des Systems ändern. Wird die Gegenstandsweite g verkleinert, so bewegt sich auch das virtuelle Bild 109 zum Fahrer 120 hin, und umgekehrt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 3 ist das Head-up-Display 100 hier mit einem linear verschiebbaren Planspiegel 112 und einem kippbaren Hauptspiegel 113 ausgeführt. Der Planspiegel 112 wird hier linear verschoben, d. h. ohne gekoppelte Kippung. Die Verschiebung erfolgt im Wesentlichen entlang einer Winkelhalbierenden w zwischen einfallendem und ausfallendem Hauptstrahl 110.
Vorteilhafterweise kann eine solche rein lineare Verschiebung mittels einer relativ einfachen Mechanik realisiert werden.
Um sicherzustellen, dass die vertikale Bildposition erhalten bleibt, kann der Spiegel 113 mittels einer zusätzlichen Bewegungseinrichtung 400 vertikal gekippt werden. Eine solche Kippung ist in der Regel mit geringem Mehraufwand zu realisieren, da der Spiegel 113 zur Einstellung einer vertikalen Eyebox-Position oder eines Look-down-Winkels, d. h. der vertikalen Bildposition, meistens ohnehin um mindestens 0,5° elektrisch vertikal verstellbar ist. Ein zusätzlicher Kippwinkel zum Ausgleichen einer Verschiebung des Planspiegels 112 beträgt beispielsweise maximal 0,2°.
Zwar verändert sich auch hier der vertikale Abstrahlwinkel des Bildgebers 103, jedoch in geringerem Umfang als in einem Ausführungsbeispiel ohne kippbaren Hauptspiegel 113. Obgleich theoretisch möglich, kann die Kippung des Bildgebers 103 hier in der Regel entfallen.
Es kann eine Steuersoftware vorgesehen sein, um eine korrekte Kopplung der Verschiebung des Spiegels 112 mit der Kippung des Hauptspiegels 113 zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Steuersoftware von einem Mikrocontroller im Head-up-Display oder einem anderen vernetzten Steuergerät ausgeführt werden. In dem Mikrocontroller kann eine Tabelle zur Zuordnung von Einstellwerten der Spiegelverschiebung zur zusätzlichen Kippung des Hauptspiegels 113 abgelegt sein. Vorteilhafterweise kann die Tabelle in einer Endkontrolle des Head-up-Displays 100 mit konkreten Messwerten befüllt werden, um Fertigungsabweichungen innerhalb des Head-up-Displays 100 zu kompensieren.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 4 ist der Planspiegel 112 hier in einer Richtung verschiebbar, die einer Richtung eines in den Planspiegel 112 eintretenden Lichtstrahls 110 entspricht. Dadurch ist der Abstrahlwinkel am stationären Bildgeber 103 in allen Verschiebepositionen des Spiegels 112 konstant, ohne dass der Bildgeber 103 gekippt werden muss oder ein höherer Lichtbedarf entsteht.
Die vertikale Bildposition kann wie in 4 durch eine entsprechende Kippung des Hauptspiegels 113 beibehalten werden. Der zusätzliche Kippwinkel beträgt beispielsweise maximal 0,4°.
Die Kopplung der Verschiebung des Planspiegels 112 mit der Kippung des Hauptspiegels 113 kann analog zu dem anhand von 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 4 ist das Head-up-Display 100 hier als Mehr-Spiegel-Head-up-Display mit verschiebbarem Planspiegel 112 ausgeführt. Beispielhaft weist das Head-up-Display 100 neben dem Hauptspiegel 113 und dem Planspiegel 112 einen zusätzlichen Spiegel 600 auf, der zwischen dem Spiegel 112 und dem Bildgeber 103 eingefügt ist. Der Planspiegel 112 ist analog zu 4 entlang der Winkelhalbierenden w linear verschiebbar. Der Bildgeber 103 ist stationär ausgeführt.
Optional ist eine Winkelverstellung des zusätzlichen Spiegels 600 vorgesehen. In der Regel wird es jedoch ausreichen, wenn der zusätzliche Spiegel 600 in vertikaler Richtung etwas größer als in einem herkömmlichen Head-up-Display ausgeführt ist.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 6 ist der Planspiegel 112 kippbar und entlang einer Richtung verschiebbar, die im Wesentlichen einer Richtung eines von dem zusätzlichen Spiegel 600 auf den Planspiegel 112 reflektierten Lichtstrahls 110 entspricht. Damit kann die Verstellung zusätzlicher Elemente entfallen. Der zusätzliche Spiegel 600 ist hier als stationärer Spiegel ausgeführt.
Optional ist eine Verschiebung des zusätzlichen Spiegels 600 statt des Planspiegels 112 vorgesehen. Es kann auch die Kippung anderer Spiegel oder eine andere Kombination aus Planspiegeln und gekrümmten Spiegeln vorgesehen sein, um den Bildabstand zu ändern.
Die 8a und 8b zeigen schematische Darstellungen einer beispielsweise in 1 gezeigten Bewegungseinrichtung 130 zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8a zeigt eine Kinematik, bei der der Planspiegel 112 über eine Welle 800 mit zwei starr aufgesetzten, gleich langen Hebeln 802, 804 angetrieben wird. Die Hebel 802, 804 sind beispielhaft an einer Unterseite des Spiegels 112 befestigt. Die Welle 800 ist mittels zweier Lager 806, 808 drehbar gelagert. Die Lager 806, 808 sind beispielsweise an einem Gehäuse des Head-up-Displays befestigt. Die Welle 800 ist mit einem Drehantrieb 810, hier einem Getriebemotor, gekoppelt.
Die Hebel 802, 804 können relativ kurz aufgeführt sein, beispielsweise zwischen 5 mm und 10 mm. Dadurch ergibt sich eine sehr steife Lagerung der Spiegelunterseite. Eine Oberseite des Spiegels 112 ist mittig durch einen nicht angetriebenen Hebel 812 angelenkt.
Bei ebener Betrachtung, wie in 8b gezeigt, handelt es also um ein Viergelenk, bei dem der Spiegel 112 als Koppel zwischen den Hebeln 802, 804 und dem Hebel 812 fungiert.
Beispielhaft ist der Hebel 812 länger als die Hebel 802, 804 ausgeführt. Dadurch wird der Spiegel 112 beim Anschalten des Getriebemotors 810 sowohl verschoben als auch gekippt. Alternativ kann der Hebel 8152 genauso lang ausgeführt sein wie die Hebel 802, 804. Dadurch ist der Spiegel 112 parallel verschiebbar.
Alternativ ist der Getriebemotor 810 mit dem Hebel 812 statt mit der Welle 800 gekoppelt.
Die 9a und 9b zeigen schematische Darstellungen einer Bewegungseinrichtung 130 zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den 8a und 8b ist der Spiegel 112 hier mittels dreier miteinander gekoppelter Hebel 802, 804, 812 angetrieben. Dabei ist der Hebel 812 über eine als separates Bauelement ausgeführte Koppelstange 900 mit dem Hebel 804 und über eine obere Ankopplung 902 mit dem Spiegel 112 gekoppelt. Die obere Ankopplung 902 kann querelastisch bzw. mit zwei Lagerstellen ausgeführt sein, um statische Überbestimmtheit zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich weist die obere Ankopplung 902 hierzu ein vertikales Langloch auf.
Der Drehantrieb 810 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als linearer Spindelantrieb realisiert, dessen Spindel 904 mit dem Hebel 804 gekoppelt ist.
Zusätzlich ist der Hebel 812 an eine Rückstellfeder 906 gekoppelt, die ausgebildet ist, um

1. den Hebel 812 und somit den Spiegel 112 in eine Ausgangslage zurückzubewegen.
2. Das Spiel in den beiden Lagern der Koppelstange 900 zu eliminieren

Die Art der Bewegung, parallel oder mit Kippung, kann wiederum über die Hebellängen definiert sein.
Vorteilhafterweise weist diese Mechanik eine relativ geringe Querbewegung auf, wodurch sie sich insbesondere zur Verwendung mit gekrümmten Spiegeln eignet.
Der Antrieb 810 und die Koppelstange 900 können auch seitlich des Spiegels 112 angebracht sein. Dadurch steht hinter dem Spiegel 112 mehr Platz zur Verfügung.
In 9b ist eine ebene Ansicht der Bewegungseinrichtung 130 aus 9a dargestellt.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer Bewegungseinrichtung 130 zur Verwendung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den 8a bis 9b ist die Bewegungseinrichtung 130 hier als Kulisse mit einer oberen Kulissenführung 1000 und zwei unteren Kulissenführungen 1002, 1004 realisiert. Der Spiegel 112 ist in den Kulissenführungen 1000, 1002, 1004 spielfrei beweglich verankert. Die Kulissenführungen 1000, 1002, 1004 sind ausgebildet, um oben und unten je eine Bewegungskomponente senkrecht zur Spiegeloberfläche zu erzeugen. Der Antrieb 810 ist ausgebildet, um den Spiegel 112 über eine Koppel 1006 seitlich zu verschieben. Je nach den Winkeln der Kulissenführungen 1000, 1002, 1004 kann der Spiegel 112 mittels des Antriebs 810 parallel verschoben oder zusätzlich gleichzeitig gekippt werden. Die Koppel 1006 dient als Querausgleich für den Antrieb 810.
Die genannten Verschiebemechaniken bieten folgende Vorteile:

– hohe Steifigkeit und Spielfreiheit zur Vermeidung von Bildzittern
– enge Winkeltoleranz der Spiegelfläche zur Vermeidung eines hohen Toleranzvorhalts am Bildgeber
– Minimierung einer biegenden oder tordierenden Kraftwirkung auf den Spiegel
– Kopplung von Verschiebung und Kippung in definierter Relation

Die Verwendung eines Planspiegel bietet zudem den Vorteil, dass eine Verschiebung innerhalb der Spiegelebene optisch keine Auswirkungen hat.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise von dem in 1 gezeigten Steuergerät 140 ausgeführt werden. Hierbei wird in einem Schritt 1102 das Verstellsignal 132 an die Bewegungseinrichtung 130 ausgegeben, um durch ein Bewegen des Spiegels 112 einen den Bildabstand VID repräsentierenden Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung 103 und dem Spiegel 112 zu verstellen.
Optional wird in einem Schritt 1104 unter Verwendung des Verstellsignals 132 das Korrektursignal 142 bereitgestellt, um zumindest einen Anzeigeparameter des virtuellen Bilds 109 in Abhängigkeit von einer Veränderung des Bildabstands VID zu korrigieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Astigmatismus bei einer Kippung des Hauptspiegels 113 ausgeglichen werden.
Mit der Kippung des Hauptspiegels 113 verändert sich dessen Brechkraft in vertikaler und horizontaler Richtung gegensinnig, d. h., es entsteht Astigmatismus. Dadurch wird der virtuelle Bildabstand VID bei einer vertikalen Kopfbewegung anders wahrgenommen als bei einer horizontalen Kopfbewegung.
Diesem Effekt kann entgegengewirkt werden, indem der Spiegel 112 nicht plan, sondern näherungsweise zylindrisch oder sonst astigmatisch ausgeführt wird. Dabei können die Krümmungen des Spiegels 112 so dimensioniert werden, dass eine Änderung des Abstands zum Bildgeber 103 in Verbindung mit den horizontalen und vertikalen Brennweiten des Spiegels 112 gerade den aus der Kippung des Hauptspiegels 113 resultierenden Astigmatismus kompensieren.
Anstelle des Planspiegels 112 kann alternativ ein beliebig anderer Spiegel in einem Head-up-Display-System verschoben werden. Je nach optischer Auslegung dieses Spiegels kann mindestens ein weiterer optischer Parameter im System nachgestellt werden. Beispielsweise kann in einem Zwei-Spiegel-Head-up-Display 100 statt des Planspiegels 112 der normalerweise stark astigmatische Hauptspiegel 113 verschoben werden. Diese Verschiebung kann kompensiert werden, indem

– eine Brechkraft des Hauptspiegels 113 unter Berücksichtigung eines Off-Axis-Winkels für beide Achsen horizontal und vertikal näherungsweise gleich groß gewählt wird, d. h. der Astigmatismus des Hauptspiegels 113 minimiert wird; oder
– der für die optischen Eigenschaften des Head-up-Displays 100 erforderliche Astigmatismus, insbesondere zum Ausgleich der Krümmungen der Windschutzscheibe 116, im Spiegel integriert wird.

116

Die Verschiebung des Spiegels 112 und gegebenenfalls weiterer gekoppelter Parameter kann während des Fahrbetriebs dynamisch erfolgen,

– um einen Abstand zwischen einer virtuellen Markierung eines Abstandsregeltempomats (Adaptive Cruise Control) und dem Fahrer auf einen Abstand zu einem jeweiligen Bezugsfahrzeug zu justieren,
– um einen Abstand zwischen virtuellen Abbiegepfeilen und dem Fahrer auf einen Abstand einer Kreuzung zu justieren,
– um nach dem Austausch der Windschutzscheibe unterschiedliche Toleranzlagen auszugleichen.

Die Verschiebung kann alternativ auch nur zum Zweck des Toleranzausgleichs erfolgen, insbesondere

– in einer Fertigungslinie des Head-up-Displays zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen,
– in einem Fertigungswerk eines Fahrzeugherstellers zum Ausgleich von Toleranzen bezüglich Einbau, Fahrzeug und Windschutzscheibe,
– in einer Werkstatt beim Austausch der Windschutzscheibe zum Ausgleich der Windschutzscheibentoleranzen (insbesondere bei kontaktanalogen Head-up-Displays mit Bildabständen von über 4 m kann die Windschutzscheibe die Streuung des Bildabstands erheblich beeinflussen).

In den letztgenannten Fällen kann der Spiegel 112 beispielsweise von außen durch Drehen einer Spindel oder mittels eines Werkzeugs wie etwa eines Schraubenziehers manuell bewegt werden. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Spiegelbaugruppe mit einer einfachen, nicht zwingend spielfreien Führung ausgerüstet ist und nach dem Verstellen beispielsweise mittels dreier Schrauben fixierbar ist. Um sichtbare Vibrationen des virtuellen Bilds 109 zu vermeiden, kann eine im Betrieb spielfreie Spiegelhalterung vorgesehen sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Größe oder Form eines Anzeigeinhalts in Abhängigkeit von einer Verschiebung des Spiegels 112 verändert werden. Beispielsweise kann sich je nach Head-up-Display-Optik ein Seitenverhältnis oder eine Form des virtuellen Bilds 109 bei der Verschiebung ändern. Diese Änderung kann beispielsweise durch ein sogenanntes Warping, d. h. eine Vorverzerrung, gegebenenfalls auch eine Größenänderung oder Verschiebung des Bilds 109, kompensiert werden.
Die genannten mechanischen und optischen Veränderungen des Spiegels 112 können optional durch eine perspektivische Veränderung der dargestellten Inhalte auf dem Bildgeber 103 unterstützt werden, um Zoom- und Weiteneffekte zu verstärken.
12 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts 140 aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 140 umfasst eine Ausgabeeinheit 1202, die ausgebildet ist, um das Verstellsignal 132 zu erzeugen und an die Bewegungseinrichtung auszugeben. Optional weist das Steuergerät eine Bereitstellungseinheit 1204 auf. Dabei ist die Ausgabeeinheit 1202 ausgebildet, um das Verstellsignal 132 zusätzlich an die Bereitstellungseinheit 1204 auszugeben. Die Bereitstellungseinheit 1204 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Verstellsignals 132 das Korrektursignal 142 zu erzeugen und der Bilderzeugungseinrichtung bereitzustellen.
13 zeigt ein Blockschaltbild eines speziellen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird von einem Grafikcontroller 1205, der im erweiteren Sinn als Teil der Bilderzeugungsvorrichtung 103 verstanden werden kann, ein HUD-Bild erzeugt. Dabei kann der Grafikcontroller 1205 entweder im Kombiinstrument, im HUD selbst oder in einem anderen Steuergerät angeordnet sein. Er sendet das Bildsignal an die Bilderzeugungseinheit PGU 103 im engeren Sinne. Der Mirror Controller 1202 kann in der Regel im HUD angeordnet sein. Das Korrektursignal kann an den Grafikkontroller 1205 gesendet werden und wird meist nicht and die Einheit 103 gesandt. Von dem Grafikcontroller 1205 werden entsprechende Bilddaten an die PGU übersandt.
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.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010096874 A [0003]
WO 2005/121707 [0004]

Claims

Verfahren (1100) zum Verändern eines Bildabstands (VID) zwischen einem virtuellen Bild (109) auf einem Head-up-Display (100) und einem Betrachter (120) des virtuellen Bilds (109), wobei das Head-up-Display (100) zumindest eine Bilderzeugungseinrichtung (103) zum Erzeugen eines das virtuelle Bild (109) repräsentierenden Lichtstrahls (110), einen in einem Strahlengang des Lichtstrahls (110) in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten Spiegel (112) zum Umlenken des Lichtstrahls (110) sowie eine Bewegungseinrichtung (130) zum Bewegen des Spiegels (112) aufweist, wobei in einem Schritt des Ausgebens (1102) ein Verstellsignal (132) an die Bewegungseinrichtung (130) ausgegeben wird, um durch ein Bewegen des Spiegels (112) einen den Bildabstand (VID) repräsentierenden Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung (103) und dem Spiegel (112) zu verstellen.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) das Verstellsignal (132) ausgegeben wird, um den Spiegel (112) in einer Richtung zu verschieben, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung eines aus dem Spiegel (112) austretenden Lichtstrahls (110) entspricht.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) das Verstellsignal (132) ausgegeben wird, um den Spiegel (112) in einer Richtung innerhalb eines Winkels zwischen einem einfallenden Lichtstrahl (110) und einem ausfallenden Lichtstrahl (110) zu verschieben, insbesondere wobei die Richtung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung einer Winkelhalbierenden (w) des Winkels entspricht.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) das Verstellsignal (132) ausgegeben wird, um den Spiegel (112) in einer Richtung zu verschieben, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs einer Richtung eines auf den Spiegel (112) auftreffenden Lichtstrahls (110) entspricht.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) das Verstellsignal (132) ausgegeben wird, um den Spiegel (112) zu kippen und/oder zu drehen.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungseinrichtung (103) kippbar ist und das Head-up-Display (100) eine Kippeinrichtung (300) zum Kippen der Bilderzeugungseinrichtung (103) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) ferner ein Kippsignal an die Kippeinrichtung ausgegeben wird, um die Bilderzeugungseinrichtung (103) zu kippen.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Bereitstellens eines Korrektursignals (142) an den Grafikcontroller (1205) unter Verwendung des Verstellsignals (132), um zumindest einen Anzeigeparameter des virtuellen Bilds (109) in Abhängigkeit von einer Veränderung des Bildabstands (VID) zu korrigieren.
Verfahren (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Head-up-Display (100) zumindest einen im Strahlengang des Lichtstrahls (110) in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten zusätzlichen Spiegel (113, 600) zum Umlenken des Lichtstrahls (110) und zumindest eine zusätzliche Bewegungseinrichtung (400) zum Bewegen des zusätzlichen Spiegels (113, 600) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ausgebens (1102) ein zusätzliches Verstellsignal an die zusätzliche Bewegungseinrichtung (400) ausgegeben wird, um den zusätzlichen Spiegel (113, 600) in der zumindest einen Richtung zu bewegen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (1100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Steuergerät (140), das ausgebildet ist, um ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (1100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Head-up-Display (100) mit folgenden Merkmalen: zumindest einer Bilderzeugungseinrichtung (103) zum Erzeugen eines ein virtuelles Bild (109) repräsentierenden Lichtstrahls (110); zumindest einem in einem Strahlengang des Lichtstrahls (110) in zumindest eine Richtung bewegbar angeordneten Spiegel (112) zum Umlenken des Lichtstrahls (110); zumindest einer Bewegungseinrichtung (130) zum Bewegen des Spiegels (112); und einem Steuergerät (140) gemäß Anspruch 10.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.