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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Moderne Fahrzeuge können Head-up-Displays zum Projizieren bestimmter Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head-up-Displays für ein Fahrzeug, ein Head-up-Display für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Leiten von Licht durch ein solches Abdeckelement gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Es wird ein Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head-up-Displays für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Projektionsöffnung im montierten Zustand des Head-up-Displays in einem Strahlengang zwischen einer Bilderzeugungseinheit des Head-up-Displays und einem umlenkenden Element angeordnet ist, wobei das Abdeckelement folgende Merkmale aufweist:
ein Polarisationsänderungselement, das ausgebildet ist, um eine Polarisation eines in dem Strahlengang geleiteten Lichtstrahls zwischen einer ersten Polarisationsart und einer zweiten Polarisationsart zu ändern; und
einen für einen in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahl durchlässigen Polarisationsfilter, wobei der Polarisationsfilter im montierten Zustand des Abdeckelements auf einer der Bilderzeugungseinheit abgewandten Seite des Polarisationsänderungselements angeordnet ist.
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Unter einem Abdeckelement kann eine Deckscheibe oder ein sonstiges zumindest teilweise lichtdurchlässiges Element verstanden werden. Das Abdeckelement kann ausgeformt sein, um einen Innenraum des Head-up-Displays von einem Außenraum des Head-up-Displays abzugrenzen. Beispielsweise kann das Abdeckelement in ein Armaturenbrett des Fahrzeugs integriert sein und je nach Ausführungsform beweglich oder starr damit verbunden sein. Beispielsweise kann das Abdeckelement eine flache oder gekrümmte Oberfläche aufweisen. Entsprechend kann die Projektionsöffnung in dem Armaturenbrett ausgeformt sein, um das Abdeckelement vollumfänglich aufzunehmen. Unter einem Head-up-Display kann eine Anzeigevorrichtung zum Einblenden von Informationen in Form virtueller Bilder in ein Sichtfeld eines Fahrers verstanden werden. Die Bilderzeugungseinheit kann beispielsweise ausgebildet sein, um einen Lichtstrahl durch die Projektionsöffnung auf das umlenkende Element, beispielsweise in Form einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder einer Combinerscheibe zu projizieren. Unter einem Polarisationsänderungselement kann ein optisches Bauelement verstanden werden, das ausgebildet ist, um eine Polarisation oder Phase eines Lichtstrahls zu ändern. Das Polarisationsänderungselement kann beispielsweise als Verzögerungsplatte oder -folie, auch Retarder genannt, realisiert sein. Beispielsweise kann das Polarisationsänderungselement ausgebildet sein, um zwischen linearer und zirkularer Polarisation oder zwischen linearer und elliptischer Polarisation umzuwandeln. Unter einem Polarisationsfilter, auch Polfilter genannt, kann ein optisches Bauelement verstanden werden, das ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl mit einer bestimmten Polarisation aus nicht, teilweise oder anders polarisierten Lichtstrahlen herauszufiltern. Beispielsweise kann der Polarisationsfilter ausgebildet sein, um einen Lichtstrahl durch selektive Absorption herauszufiltern. Insbesondere kann der Polarisationsfilter als linearer Polarisationsfilter realisiert sein. Je nach Ausführungsform können das Polarisationsänderungselement und der Polarisationsfilter in einem Schichtverbund, etwa einem Folienverbund, miteinander kombiniert sein. Somit wird ein Retarder-Prinzip angewendet, bei dem gemäß einer Ausführungsform eine Integration von Polfilter und Retarder in ein Deckglas oder Glare-Trap des Head-up-Displays realisiert wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Polarisationsrichtung diejenige, welche den Polarisationsfilter passiert, sodass der Displaystrahl zunächst in der Polarisation gedreht wird und dann den Filter in der zweiten Polarisation passiert.
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Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Kombination eines Polarisationsänderungselementes und eines Polarisationsfilters in einem Abdeckelement für ein Head-up-Display, insbesondere in einem Head-up-Display mit direkt über einer Frontscheibe eingespiegelter Displayfläche, Sonnenlichtreflexionen in dem Head-up-Display bei direkter Sonnenlichteinstrahlung vermieden werden können. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Betrachter beim Betrachten des Head-up-Displays geblendet wird.
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Ein derartiges Abdeckelement zur Unterdrückung von Sonnenlichtreflexionen für Head-up-Displays bietet den Vorteil, dass je nach Ausführungsform auch Elemente wie beispielsweise Mikrolinsenarrays, die eine oberflächliche Restreflexion aufweisen, etwa aufgrund einer gekrümmten Oberfläche, die in geringem Maß eingestreutes Sonnenlicht in verschiedene Richtungen reflektieren kann, in einem optischen System des Head-up-Displays eingesetzt werden können. Dadurch, dass mittels des Abdeckelements insbesondere Sonnenlichtreflexionen bei direkt eingespiegelter Displayfläche, auf die das Sonnenlicht aus weiten Winkelbereichen einstrahlt, vermieden werden können, ist es beispielsweise möglich, das Head-up-Display als ein auf Mikrolinsenarrays basierendes autostereoskopisches Display zu realisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Polarisationsänderungselement ausgebildet sein, um die Polarisation zwischen einer zirkularen Polarisation als erster Polarisationsart und einer linearen Polarisation als zweiter Polarisationsart zu ändern. Hierbei kann der Polarisationsfilter für einen linear polarisierten Lichtstrahl durchlässig sein. Gemäß einer Ausführungsform sind die vom Display her abstrahlenden Lichtstrahlen zunächst zirkular polarisiert, werden dann durch den Retarder linear polarisiert und passieren dann den linearen Polarisationsfilter. Durch diese Ausführungsform kann erreicht werden, dass lediglich linear polarisierte Lichtstrahlen in das Sichtfeld des Betrachters gelangen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das Polarisationsänderungselement und, zusätzlich oder alternativ, der Polarisationsfilter ausgebildet sein, um einen aus der Bildgebereinheit stammenden Lichtstrahl derart zu polarisieren, dass die lineare Polarisation beim Auftreffen auf ein weiteres optisches Element sowohl Schwingungsanteile senkrecht, als auch parallel zur Ebene aufweist, welche durch den auf das optische Element einfallenden Lichtstrahl und die Oberflächennormale des optischen Elements am Auftreffpunkt aufgespannt wird. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um die Frontscheibe des Fahrzeuges oder um eine Combinerscheibe handeln.
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Somit kann das Polarisationsänderungselement und/oder der Polarisationsfilter ausgebildet sein, um den Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht, parallel oder in einem definierten Winkel schräg zur Einfallsebene einer Abstrahlrichtung des Lichtstrahls zu polarisieren. Das System erlaubt gemäß einer Ausführungsform bei gleicher Funktionsweise der Sonnenreflexunterdrückung einen Freiheitsgrad in der Orientierung der linearen Polarisation der Bildstrahlen an der Frontscheibe oder einem Combiner. Diese lineare Polarisation kann beispielsweise vollständig senkrecht zur Einfallsebene orientiert sein, um eine hohe Reflexion auch unter Winkeln nahe dem Brewsterwinkel zu ermöglichen. Alternativ kann durch eine im Vergleich dazu gedrehte Polarisationsrichtung eine Orientierung mit Anteilen senkrecht und parallel zur Einfallsebene realisiert werden. Linear polarisierende Sonnenbrillen filtern oftmals komplett senkrecht polarisiertes Licht aus, daher kann das System bewusst mit einem parallelen Anteil ausgelegt werden. Durch diese Ausführungsform kann die Reflexion des Lichtstrahls an der Windschutzscheibe verbessert werden. Ferner wird dadurch eine Nutzung des Head-up-Displays mit speziellen, linear polarisierenden Sonnenbrillen ermöglicht.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Abdeckelement ausgeformt ist, um einen auf eine dem umlenkenden Element zugewandte Oberfläche des Abdeckelements treffenden Lichtstrahl in eine Lichtfalle zu lenken. Unter einer Lichtfalle kann ein Element zum Absorbieren von Lichtstrahlen verstanden werden. Hierzu kann die Lichtfalle beispielsweise mit einer schwarzen, matten Oberfläche realisiert sein. Dadurch können störende Lichtreflexionen im Sichtfeld des Betrachters verhindert werden.
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Des Weiteren kann das Polarisationsänderungselement als λ/4-Verzögerungsfolie realisiert sein. Die λ/4-Verzögerungsfolie kann ausgebildet sein, um Lichtstrahlen, die parallel zu einer bauteilspezifischen Achse polarisiert sind, um eine viertel Wellenlänge gegenüber dazu senkrecht polarisierten Lichtstrahlen zu verzögern. Somit ist es beispielsweise möglich, linear polarisierte Lichtstrahlen in zirkular oder elliptisch polarisierte Lichtstrahlen oder umgekehrt umzuwandeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das Polarisationsänderungselement und der Polarisationsfilter als Schichtverbund realisiert sein. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Herstellung des Abdeckelements ermöglicht.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner ein Head-up-Display für ein Fahrzeug, wobei das Head-up-Display folgende Merkmale aufweist:
eine Bilderzeugungseinheit;
eine in einem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit und einem umlenkenden Element des Fahrzeugs angeordnete Projektionsöffnung; und
ein Abdeckelement gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen zum Abdecken der Projektionsöffnung.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Head-up-Display mit einer Lichtfalle realisiert sein. Hierbei kann das Abdeckelement ausgeformt sein, um einen auf eine dem umlenkenden Element zugewandte Oberfläche des Abdeckelements treffenden Lichtstrahl in die Lichtfalle zu lenken. Dadurch können störende Lichtreflexionen im Sichtfeld des Betrachters effektiv verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtfalle an dem Abdeckelement angeordnet sein. Dadurch wird eine besonders effektive Unterdrückung von Lichtreflexionen ermöglicht.
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Der hier beschriebene Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ändern einer Polarisation eines in dem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit und dem umlenkenden Element geleiteten Lichtstrahls zwischen der ersten Polarisationsart und der zweiten Polarisationsart; und
Durchlassen eines in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahls durch den Polarisationsfilter.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays;
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2 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays;
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3 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays auf Basis einer Parallaxbarriere;
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4 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Display auf Basis eines Mikrolinsenarrays;
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5 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus 5;
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7 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus 5;
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8 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit Lamellenabdeckung;
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9 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus 8;
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10 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit einer auf einer Displayfläche liegenden Lamellenstruktur; und
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11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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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.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100. Das Head-up-Display 100 ist in ein Fahrzeug 102 eingebaut und umfasst eine Bildgebereinheit 104 sowie eine Head-up-Display-Optik 106 zum Projizieren eines von der Bildgebereinheit 104 erzeugten Lichtstrahls in ein Fahrerauge 108 eines Fahrers des Fahrzeugs 102.
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Aktuelle Head-up-Displays können ausgebildet sein, um eine Bildebene der Bildgebereinheit 104, englisch picture generating unit oder kurz PGU genannt, mithilfe einer entsprechenden Head-up-Display-Optik 106 auf ein virtuelles, vor dem Fahrzeug 102 befindliches Bild abzubilden. Dadurch nimmt der Fahrer das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild vergrößert wahr. Dieses Bild kann mit einer Fahrszene überlagert sein und sich in einem definierten Abstand zu einer als Projektionsfläche dienenden Frontscheibe auf einer virtuellen Leinwand 110 befinden. Als bildgebendes Element in der Bildgebereinheit 104 kann beispielsweise ein LCD-Modul verwendet werden.
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Wie bereits erwähnt, ist das dargestellte virtuelle Bild eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit 104 erzeugten Bilds. Daher sollte die Head-up-Display-Optik 106 eine bestimmte Vergrößerung aufweisen. Die erforderliche Vergrößerung nimmt mit dem Abstand der virtuellen Leinwand 110 zu, d. h., das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild sollte stärker vergrößert werden, um in größerem Abstand das gewünschte Sichtfeld des Fahrers einnehmen zu können. Der Abstand der virtuellen Leinwand 110 in aktuellen Head-up-Displays beträgt beispielsweise etwa 15 m.
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Bei einem autostereoskopischen Head-up-Display-System werden separate Teilbilder für linkes und rechtes Auge und dadurch einen 3-D-Effekt erzeugt, wie nachfolgend anhand von 2 beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100. Dargestellt ist eine prinzipielle Funktionsweise des autostereoskopischen Head-up-Displays 100. Im Unterschied zu dem anhand von 1 beschriebenen Head-up-Display ist das Head-up-Display 100 gemäß 2 ausgebildet, um separate Teilbilder für ein linkes Auge 200 und ein rechtes Auge 202 zu erzeugen. Die beiden Teilbilder werden beispielsweise bereits durch die Bildgebereinheit 104 erzeugt. Über die Head-up-Display-Optik 106 wird das Licht der Teilbilder dann dem jeweiligen Auge in einer kleineren Eyebox zur Verfügung gestellt.
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Bei einem derartigen autostereoskopischen Ansatz ist es erforderlich, dass die beiden Teilbilder für linkes und rechtes Auge am Display der Bildgebereinheit 104 in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden, um über die Head-up-Display-Optik 106 dem jeweiligen Auge zugeführt werden zu können.
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Zum Trennen der Bildinformationen kann das Display beispielsweise in verschiedene Bereiche für beide Augen aufgeteilt sein. Jedes Auge sieht dann nur auf bestimmte Teile des Displays, die beispielsweise streifenförmig auf der Displayachse verteilt sind. Eine derartige Aufteilung kann beispielsweise mithilfe einer sogenannten Parallaxbarriere realisiert werden, wie nachfolgend anhand von 3 beschrieben.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 auf Basis einer Parallaxbarriere. Hierbei ist ein LCD-Display 300 in geringem Abstand mit einer streifenförmigen Barriereschicht 302 versehen, die bestimmte Displaybereiche für jeweils ein Auge abschirmt. Durch die Barrieren schauen die beiden Augen auf unterschiedliche streifenförmige Bereiche des Displays 300. Diese Bereiche werden nun genutzt, um unterschiedliche Teilbilder für die beiden Augen darzustellen. Den Augen können so unterschiedliche Teilbilder angeboten werden.
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Ein ähnlicher Ansatz besteht darin, ein Array aus zylindrischen Mikrolinsen auf einem LCD-Modul anzubringen. Das Prinzip ist in 4 veranschaulicht und funktioniert ähnlich dem in 3 gezeigten Prinzip. Das jeweilige Auge sieht dabei über die Mikrolinsen nur bestimmte streifenförmige Bereiche des Displays. Durch diese räumliche Trennung können auf dem Display unterschiedliche Teilbilder für beide Augen dargestellt werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 auf Basis eines Mikrolinsenarrays 400. Dargestellt ist ein Funktionsprinzip eines Head-up-Displays 100, bei dem das Mikrolinsenarray 400 vor einem flachen LCD-Bildschirm 402 angeordnet ist. Durch die Mikrolinsen sieht das jeweilige Auge nur noch auf bestimmte Bereiche des Displays 402, die dann das jeweilige Teilbild darstellen. Die Mikrolinsen sind als Zylinderlinsen über die gesamte Displayfläche gelegt, wodurch sich streifenförmige Bereiche für das jeweilige Teilbild ergeben.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 500 ist in ein Fahrzeug 502 eingebaut und umfasst eine Bilderzeugungseinheit 504, hier ein Display, sowie ein Abdeckelement 506 zum Abdecken einer Projektionsöffnung 508 des Head-up-Displays 500. Die Projektionsöffnung 508 ist in einem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit 504 und einem umlenkenden Element 510 des Fahrzeugs 502 angeordnet. Bei dem umlenkenden Element kann es sich beispielsweise um die Frontscheibe des Fahrzeugs oder um eine Combinerscheibe handeln. Beispielsweise ist die Projektionsöffnung 508 in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs 502 ausgebildet. Die Bilderzeugungseinheit 504 ist ausgebildet, um einen Lichtstrahl 512 in den Strahlengang einzustrahlen.
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Das Abdeckelement 506 ist mit einem Polarisationsfilter 514 und einem zwischen dem Polarisationsfilter 514 und der Bilderzeugungseinheit 504 angeordneten Polarisationsänderungselement 516 realisiert. Gezeigt ist ein beispielhafter Systemaufbau des Head-up-Displays 500 mit in das Abdeckelement 506 integriertem Retarder als Polarisationsänderungselement 516. Das Polarisationsänderungselement 516 ist ausgebildet, um eine Polarisation des von der Bilderzeugungseinheit kommenden Lichtstrahls 512 zwischen einer ersten Polarisationsart, hier einer zirkularen Polarisation, und einer zweiten Polarisationsart, hier einer linearen Polarisation, zu ändern. Der Polarisationsfilter 514 ist ausgebildet, um nur solche Lichtstrahlen durchzulassen, die in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung, gemäß 5 also linear polarisiert mit definierter Orientierungsrichtung sind. Die Polarisationsarten und Polarisationsrichtungen des Lichtstrahls 512 sind durch Pfeile gekennzeichnet.
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Der Polarisationsfilter 514 und das Polarisationsänderungselement 516 sind beispielsweise in einem Schichtverbund miteinander kombiniert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Abdeckelement 506 eine Verzögerungsschicht als Polarisationsänderungselement 516 in Kombination mit einem linearen Polarisationsfilter 514. Durch diese Kombination kann beispielsweise eingestrahltes Sonnenlicht auf dem Rückweg aus dem Head-up-Display 500 herauskommend ausgefiltert werden. Dies führt unter anderem zu Folgendem.
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Bei einer auf das System angepassten Displaypolarisation kann das Sonnenlicht ausgefiltert werden, ohne das Nutzlicht der Bilderzeugungseinheit 504 zu beeinflussen, d. h. ohne die Systemeffizienz zu beeinträchtigen.
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Durch eine entsprechende Bauform des Abdeckelements 506 kann das Konzept vorteilhafterweise in bereits bestehende Systeme integriert werden, sodass eine grundlegende Anpassung eines Designprozesses entfallen kann.
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Beispielsweise ist die lineare Polarisationsrichtung des zum Betrachter geleiteten Lichtstrahls 512 im Systemaufbau frei wählbar. Der Lichtstrahl 512 kann beispielsweise nach Passieren des Polarisationsfilters 514 eine diagonal im Raum stehende Polarisationsrichtung aufweisen, die im Wesentlichen im 45-Grad-Winkel zur Einfallsebene des Lichtstrahls 512 verläuft, die durch die Richtung des einfallenden Strahls 512 und die des reflektierten Strahls auf der Achse 518 hin zum Auge 520 aufgespannt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass ein angezeigtes virtuelles Bild 522 durch eine Sonnenbrille mit waagrechtem linearem Polarisationsfilter ausgefiltert wird.
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Wichtig ist hier die Orientierung der linearen Polarisation zur Einfallsebene. Damit der Lichtstrahl 512 gleichermaßen parallele und senkrechte Anteile hat, soll er 45° zur Einfallsebene orientiert sein. Somit sind die Doppelpfeile in 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel derart zu verstehen, dass die lineare Polarisation in die Zeichenebene hinein zeigt. In diesem Falle wäre das eine reine s-Polarisation, die nicht auf die polarisierenden Sonnenbrillen angepasst ist.
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Unter der Voraussetzung, dass das Head-up-Display 500 aus Gründen der Versiegelung eines Head-up-Display-Bauraums ohnehin eine Abdeckung aufweist, etwa eine Deckscheibe, ist zur Realisierung des hier beschriebenen Ansatzes kein zusätzlicher Bauraum erforderlich.
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Insbesondere eignet sich das Abdeckelement 506 zur Integration in ein System mit direkt über dem umlenkenden Element 510 eingespiegeltem Display. Somit wird ein Aufbau mit stark reduziertem Bauraum ermöglicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Head-up-Display 500 mit einem Retarderkonzept realisiert, bei dem in das das Head-up-Display 500 abschließende Abdeckelement 506 ein linearer Polarisationsfilter 514 und eine λ/4-Verzögerungsfolie als Polarisationsänderungselement 516 integriert sind. In 5 ist die Funktionsweise eines solchen Systems veranschaulicht. Dargestellt ist eine Variante mit direkt über der Windschutzscheibe 510 eingespiegeltem Display. Das Display der Bilderzeugungseinheit 504 strahlt dabei in zirkularer Polarisation ab. Die zirkulare Polarisation ist in 5 mit einem runden Pfeil gekennzeichnet. Nach dem Durchgang des Nutzlichts in Gestalt des Lichtstrahls 512 durch das Polarisationsänderungselement 516 ist das Nutzlicht linear polarisiert und kann somit den Polarisationsfilter 514 ungehindert passieren. Die lineare Polarisation des Lichtstrahls 512 ist durch schräge Doppelpfeile gekennzeichnet.
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Der Polarisationsfilter 514 und das Polarisationsänderungselement 516, die etwa als Schichten realisiert sind, sind beispielsweise so positioniert, dass das durchgehende Nutzlicht eine frei definierte lineare Polarisationsrichtung aufweist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine in Bezug auf die Einfallsebene senkrechte lineare Polarisation zur Maximierung einer Reflexion an der Windschutzscheibe 510 oder auch eine diagonal im Raum liegende lineare Polarisationsrichtung zu realisieren, durch die ein Ausfiltern des Bildes 522 durch eine linear polarisierende Sonnenbrille verhindert wird.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus 5. Gezeigt ist eine Funktion einer speziellen, hier konkaven Form des Abdeckelements 506, durch die aus dem Bereich einer Kopfposition des Betrachters ausgehende Lichtstrahlen über eine Spiegelung auf einer der Windschutzscheibe 510 zugewandten Oberfläche des Abdeckelements 506 in eine Lichtfalle 600 gelenkt werden. Die Form des Abdeckelements 506 ist beispielsweise so ausgelegt, dass Oberflächenreflexionen an dem Abdeckelement 506 selbst vermieden werden, indem die aus dem Bereich des Betrachters kommenden Lichtstrahlen über die Reflexion auf dem Abdeckelement 506 in die Lichtfalle 600 geleitet werden. Der Betrachter blickt also indirekt in die Lichtfalle 600, die beispielsweise eine mattschwarze Oberfläche aufweist. Damit werden im umgekehrten Strahlengang blendende Sonnenstrahlen ausgeschlossen, d. h., es wird verhindert, dass die Sonnenstrahlen über das Abdeckelement 506 ins Auge 520 des Betrachters gelangen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtfalle 600 an einer vom Betrachter abgewandten Kante des Abdeckelements 506 angebracht.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus 5. In 7 ist die Funktionsweise der Ausfilterung des Sonnenlichts durch das Abdeckelement 506 dargestellt. Hierbei wird ein eintreffender unpolarisierter Lichtstrahl 700 durch den Polarisationsfilter 514, hier einen Linearfilter, polarisiert. Nach einem ersten Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 ist der Lichtstrahl 700 zirkular polarisiert. Bei der Reflexion an einer Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 wird der zirkular polarisierte Lichtstrahl 700 in seiner Zirkulationsrichtung gedreht, sodass er nach einem zweiten Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 eine in Bezug auf eine Polarisation beim ersten Durchgang gekreuzte lineare Polarisation aufweist. Somit wird der Lichtstrahl 700 vom Polarisationsfilter 514 geblockt.
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Bei dem Lichtstrahl 700 handelt es sich beispielsweise um eingestrahltes, zunächst unpolarisiertes Sonnenlicht, das beim ersten Durchgang durch den Polarisationsfilter 514 linear polarisiert wird. Dieses linear polarisierte Sonnenlicht wird beim ersten Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 zirkular polarisiert und trifft dann auf die Displayfläche der Bilderzeugungseinheit 504.
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Bei der Reflexion auf der Displayfläche wird die Richtung der zirkularen Polarisation durch einen Phasensprung umgedreht. Nach einem weiteren Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 ist das Sonnenlicht erneut linear polarisiert. Die lineare Polarisation ist jetzt gekreuzt zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 514, wodurch das Sonnenlicht letztendlich herausgefiltert wird.
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Das Abdeckelement 506 kann designabhängig auch in Systemen mit zusätzlichen abbildenden Spiegeln eingesetzt werden und eignet sich für stereoskopische und nichtstereoskopische Head-up-Displays.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 mit Lamellenabdeckung. Das Head-up-Display 500 ist ähnlich dem vorangehend anhand der 5 bis 7 beschriebenen Head-up-Display aufgebaut, mit dem Unterschied, dass das Abdeckelement 506 statt des Polarisationsfilters und des Polarisationsänderungselementes eine Lamellenstruktur 800 aufweist.
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Durch die an die transmittierten Bildstrahlen angepassten Lamellen der Lamellenstruktur 800 werden Lichtstrahlen außerhalb eines von der Bilderzeugungseinheit 504 genutzten Winkelbereichs geblockt, wodurch blendende Sonnenlichtreflexionen verhindert werden. Die Form des lamellenartigen Abdeckelements 506 kann ähnlich einer konventionellen Abdeckung so gewählt sein, dass das Abdeckelement 506 selbst keine störenden Rückreflexionen verursacht. Dadurch kann die Bilderzeugungseinheit 504 eine beliebige Abstrahlpolarisation aufweisen. So können von der Bilderzeugungseinheit 504 ausgesandte Lichtstrahlen beispielsweise unpolarisiert sein, wodurch negative Effekte, wie sie beispielsweise bei der Betrachtung eines Head-up-Displays durch eine polarisierende Sonnenbrille auftreten können, vermieden werden.
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In 8 ist ein Systemaufbau mit in das Abdeckelement 506 integrierten Lamellen dargestellt, die ausgeformt sind, um nur einen bestimmten Winkelbereich zu transmittieren, in dem das Nutzbild das Abdeckelement 506 durchstrahlt. Lichtstrahlen außerhalb dieses Winkelbereichs treffen auf die integrierten Lamellen und werden damit geblockt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Head-up-Display 500 mit einer Lamellenabdeckung realisiert, bei der die Lamellen ausgeformt sind, um wie bei einer Jalousie nur Licht aus bestimmten Winkeln passieren zu lassen. In 8 ist das Prinzip analog zu 6 veranschaulicht. Die Lamellen sind dabei so ausgerichtet, dass der Winkelbereich der vom Head-up-Display 500 erzeugten Bildstrahlen das Abdeckelement 506 passieren kann. Die Form des Abdeckelements 506 ist dabei so gewählt, dass Oberflächenreflexionen den Betrachter nicht blenden.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus 8. Dargestellt ist das Funktionsprinzip einer Abblendung eines durch die Windschutzscheibe 510 einfallenden Lichtstrahls 900 mittels eines Abdeckelements 506 mit integrierter Lamellenstruktur 800. Hierbei werden Lichtstrahlen außerhalb des von den Lamellen transmittierten Winkelbereichs direkt geblockt. Lichtstrahlen innerhalb des Winkelbereichs werden an der Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 reflektiert und treffen wiederum außerhalb eines Akzeptanzwinkels auf das Abdeckelement 506, wodurch sie ebenfalls geblockt werden.
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In 9 ist beispielsweise ein Systemverhalten bei der Einstrahlung von Sonnenlicht dargestellt. Sonnenstrahlen, die außerhalb des Akzeptanzwinkels der Lamellen einstrahlen, werden umgehend geblockt. Sonnenstrahlen innerhalb des Akzeptanzwinkels werden an der Displayoberfläche reflektiert und treffen dann außerhalb des Akzeptanzwinkels erneut auf die Lamellenstruktur 800, wo sie ebenfalls geblockt werden.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 mit einer auf einer Displayfläche liegenden Lamellenstruktur. Im Unterschied zu einem vorangehend anhand der 5 bis 9 beschriebenen Head-up-Display ist das Head-up-Display 500 gemäß 10 ohne Abdeckelement realisiert. Stattdessen weist die Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 eine Lamellenfolie 1000 mit einer Lamellenstruktur auf.
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Gezeigt ist ein Systemaufbau des Head-up-Displays 500 mit einer direkt auf einer eingespiegelten Displayfläche liegenden Lamellenstruktur. Das Funktionsprinzip der Ausblendung von Sonnenlicht gleicht beispielsweise dem in 9 gezeigten Funktionsprinzip. Um Oberflächenreflexionen auf der Lamellenfolie 1000 zu vermeiden, ist die Lamellenfolie 1000 optional mit einer Kammstruktur 1002 versehen, die beispielsweise einseitig geschwärzte Strukturen aufweist.
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Die Displaylamellen sind beispielsweise als freistehendes Gitter mit schmalen Stegen realisiert oder in eine Folie oder eine Glasschicht integriert. Ein direktes Aufbringen einer solchen lamellenartigen Struktur auf die Displayfläche bietet folgende Vorteile.
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Zum einen kann das genutzte Display eine beliebige Abstrahlpolarisation aufweisen und damit beispielsweise auch unpolarisiert sein, wodurch negative Effekte, wie sie etwa beim Tragen einer polarisierender Sonnenbrillen im Zusammenhang mit einem Head-up-Display auftreten können, vermieden werden.
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Bei Verwendung ausreichend stabiler Displaystrukturen kann auf das Abdeckelement verzichtet werden, wodurch der für das Head-up-Display 500 erforderliche Bauraum deutlich reduziert werden kann.
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In 10 ist beispielhaft ein System veranschaulicht, bei dem das Display der Bilderzeugungseinheit 504 direkt über die Windschutzscheibe 510 eingespiegelt wird. Die Lamellenfolie 1000 ist dabei zusätzlich mit der Kammstruktur 1002 überzogen, deren Segmente abgeschrägt sind. Durch die abgeschrägten Segmente auf dem Display wird verhindert, dass Licht durch direkte Reflexionen an der Oberfläche in Richtung des Fahrerauges 520 gelenkt wird. Die Segmente der Kammstruktur 1002 sind beispielsweise einseitig geschwärzt.
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Die Kammstruktur 1002 kann die gleiche Periodizität wie die über dem Display aufgebrachten Lamellen aufweisen. Alternativ können die Segmente auch in einem kleineren oder größeren Abstand als die Lamellen zueinander angeordnet sein. Die einzelnen Lamellen können in eine Folien- oder Glasstruktur eingebettet sein.
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Alternativ zu den in ein Substrat eingebetteten Lamellen kann das Display eine freistehende Lamellenstruktur aufweisen. In diesem Fall ist keine zusätzliche Kammstruktur auf dem Lamellensubstrat erforderlich. Die Lamellenstruktur kann beispielsweise mit einem vorangehend anhand der 5 bis 7 beschriebenen Abdeckelement kombiniert werden, um die Lamellenstruktur vor Staub und direkten mechanischen Einflüssen zu schützen.
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Die freistehende Lamellenstruktur kann beispielsweise aus dünnen metallischen Stegen realisiert sein, etwa in Kombination mit in Querrichtung stabilisierenden Stegen.
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11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 kann beispielsweise unter Verwendung eines vorangehend anhand der 5 bis 7 beschriebenen Abdeckelements durchgeführt werden. Hierbei wird in einem Schritt 1110 mittels des Polarisationsänderungselementes eine Polarisation eines in dem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit und der Windschutzscheibe geleiteten Lichtstrahls zwischen der ersten Polarisationsart und der zweiten Polarisationsart geändert. In einem weiteren Schritt 1120 wird ein in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierter Lichtstrahl durch den Polarisationsfilter durchgelassen.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
