DE102015226425A1 - Backlight device for backlighting a display unit for a head-up display, head-up display and method for backlighting a display unit for a head-up display - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hinterleuchtungsvorrichtung (400) zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit (402) für ein Head-up-Display (100). Die Hinterleuchtungsvorrichtung (400) umfasst zumindest eine Lichtquelle (404) zum Aussenden eines Lichtstrahls (406) und zumindest eine zwischen der Lichtquelle (404) und der Anzeigeeinheit (402) angeordnete oder anordenbare Blende (408) mit zumindest einer Blendenöffnung (410) zum Erzeugen eines Strahlkegels (412) mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des Lichtstrahls (406). Hierbei ist die Blende (408) und/oder die Blendenöffnung (410) in zumindest eine Richtung bewegbar, um einen Einfallswinkel des Strahlkegels (412) auf die Anzeigeeinheit (402) zu ändern.The invention relates to a backlighting device (400) for backlighting a display unit (402) for a head-up display (100). The backlighting device (400) comprises at least one light source (404) for emitting a light beam (406) and at least one aperture (408) arranged between the light source (404) and the display unit (402) and having at least one aperture (410) for generating a beam cone (412) having a predetermined width using the light beam (406). Here, the diaphragm (408) and / or the diaphragm opening (410) is movable in at least one direction to change an angle of incidence of the beam cone (412) on the display unit (402).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
Moderne Fahrzeuge können mit einem Head-up-Display zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers ausgestattet sein.Modern vehicles may be equipped with a head-up display for displaying information in a field of view of a driver.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display, ein Head-up-Display, ein Verfahren zum Hinterleuchten einer solchen Anzeigeeinheit und weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a backlighting device for backlighting a display unit for a head-up display, a head-up display, a method for backlighting of such a display unit and further a control unit, which uses this method, according to the main claims presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Es wird eine Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display vorgestellt, wobei die Hinterleuchtungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls; und
zumindest eine zwischen der Lichtquelle und der Anzeigeeinheit angeordnete oder anordenbare Blende mit zumindest einer Blendenöffnung zum Erzeugen eines Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des Lichtstrahls, wobei die Blende und/oder die Blendenöffnung in zumindest eine Richtung bewegbar ist, um einen Einfallswinkel des Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit zu ändern.A backlighting device for backlighting a display unit for a head-up display is presented, the backlighting device having the following features:
at least one light source for emitting a light beam; and
at least one aperture arranged between the light source and the display unit and having at least one aperture for generating a beam cone with a predetermined width using the light beam, wherein the aperture and / or the aperture is movable in at least one direction by an incident angle of the beam cone to change the display unit.
Bei der Anzeigeeinheit kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkristallanzeige oder ein MEMS-Display handeln. Unter einem Head-up-Display kann eine Anzeigevorrichtung zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs verstanden werden. Unter einer Lichtquelle kann beispielsweise eine Leucht- oder Laserdiode oder eine Anordnung aus einer Mehrzahl solcher Dioden verstanden werden. Unter einer Blende kann ein lichtundurchlässiges, beispielsweise plattenförmiges Element verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann die Blende feststehend sein, wobei die Blendenöffnung innerhalb der Blende bewegbar sein kann, oder es kann die Blende zusätzlich oder alternativ als ganze bewegbar sein. Beispielsweise kann die Breite des Strahlkegels in Abhängigkeit von einer Breite eines Sichtfensters, auch Eyebox genannt, in dem der Fahrer ein durch die Anzeigeeinheit erzeugtes Bild wahrnehmen kann, vorbestimmt sein.The display unit may be, for example, a liquid crystal display or a MEMS display. A head-up display may be understood to mean a display device for displaying information in a field of view of a driver of a vehicle. For example, a light source can be understood to mean a light emitting diode or laser diode or an arrangement of a plurality of such diodes. An aperture can be understood to mean an opaque, for example plate-shaped element. Depending on the embodiment, the diaphragm may be stationary, wherein the diaphragm opening may be movable within the diaphragm, or the diaphragm may be additionally or alternatively movable as a whole. For example, the width of the beam cone in dependence on a width of a viewing window, also called eyebox, in which the driver can perceive an image generated by the display unit, be predetermined.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung einer Blende mit einer bewegbaren Blendenöffnung ein Einfallswinkel eines Strahlkegels auf einer Anzeigeeinheit eines Head-up-Displays verändert werden kann. Durch die Änderung des Einfallswinkels kann beispielsweise eine Position einer Eyebox des Head-up-Displays verändert werden, etwa um die Eyebox einer Augenposition eines Betrachters des Head-up-Displays nachzuführen.The approach presented here is based on the finding that an incident angle of a beam cone on a display unit of a head-up display can be changed by the use of a diaphragm with a movable diaphragm opening. By changing the angle of incidence, for example, a position of an eyebox of the head-up display can be changed, for example to track the eyebox of an eye position of a viewer of the head-up display.
Mithilfe der Hinterleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise ein autostereoskopisches Head-up-Display, kurz asHUD, mit blendengesteuerter Nachführung und einer auf eine Bildgebereinheit angepassten Optik realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Eyeboxen des Head-up-Displays mittels einer einfachen Blende in der Hinterleuchtung nachgeführt werden können.By means of the backlighting device, for example, an autostereoscopic head-up display, abbreviated to asHUD, with iris-controlled tracking and optics adapted to an imaging unit can be realized. This has the advantage that the eyeboxes of the head-up display can be tracked by means of a simple aperture in the backlight.
Die Erzeugung schmaler Eyeboxen für die beiden Augen des Beobachters stellt eine wesentliche Herausforderung beim Design eines autostereoskopischen Head-up-Displays dar. Ziel ist es, ein Bild mit ausreichender Homogenität, Helligkeit, geringer Granulation und ausreichendem Kontrast in den Eyeboxen darzustellen. Beispielsweise können die schmalen Eyeboxen zur Darstellung der beiden Teilbilder durch eine entsprechend schmale Abstrahlung an der Anzeigeeinheit einer Bildgebereinheit in enge Raumwinkel erzeugt werden. The creation of narrow eyeboxes for the two eyes of the observer represents a major challenge in the design of an autostereoscopic head-up display. The aim is to represent an image with sufficient homogeneity, brightness, low granulation and sufficient contrast in the eyeboxes. By way of example, the narrow eyeboxes for representing the two partial images can be produced in narrow solid angles by a correspondingly narrow emission on the display unit of an imaging unit.
Herkömmlicherweise wird eine Nachführung der erzeugten Eyeboxen mit der Augenbewegung des Beobachters beispielsweise dadurch realisiert, dass die komplette Bildgebereinheit oder mindestens die komplette Projektions- oder Hinterleuchtungseinheit mittels eines Motors gedreht wird. Hierbei können durch das motorisierte System Latenzzeiten bei der Nachführung verursacht werden. Conventionally, a tracking of the eyeboxes generated with the eye movement of the observer, for example, realized by the entire imaging unit or at least the entire projection or backlight unit is rotated by a motor. This can be caused by the motorized system latency in the tracking.
Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert gemäß einer Ausführungsform auf einer speziellen Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten der Anzeigeeinheit, bei der die benötigten Abstrahlwinkel beispielsweise mittels der Aperturen der in einer Homogenisierungsstufe der Hinterleuchtungsvorrichtung verwendeten optischen Elemente erreicht werden können. Dadurch kann auf eine Streufläche oder ein Mikrolinsenarray direkt hinter der Anzeigeeinheit, etwa einem LCD-Modul, verzichtet werden und somit eine Granulation des Bildes oder ein Durchscheinen einer Mikrolinsenstruktur vermieden werden. Durch die Verwendung einer Blende an geeigneter Stelle der Hinterleuchtungsvorrichtung kann eine scharfe Eyebox erzeugt werden, wobei das System derart ausgelegt sein kann, dass eine Verschiebung der Blende eine Verschiebung der ausgeleuchteten Eyebox zur Folge hat. Dies hat den Vorteil, dass durch eine einfache Verschiebung einer kleinen Blende die Eyebox dem Auge des Beobachters nachgeführt werden kann. According to one embodiment, the approach proposed here is based on a special backlighting device for backlighting the display unit, in which the required emission angles can be achieved, for example, by means of the apertures of the optical elements used in a homogenization stage of the backlighting device. As a result, it is possible to dispense with a scattering surface or a microlens array directly behind the display unit, for example an LCD module, and thus avoid granulation of the image or show-through of a microlens structure. By using a diaphragm at a suitable location of the backlight device, a sharp eyebox can be produced, wherein the system can be designed such that a displacement of the diaphragm results in a displacement of the illuminated eyebox. This has the advantage that the Eyebox can be tracked to the eye of the observer by a simple displacement of a small aperture.
Die Blende kann je nach Ausführungsform als elektronische oder mechanische Blende realisiert sein. Durch die Verwendung einer solchen nachführbaren Blende kann die Latenzzeit wesentlich reduziert oder nahezu vollständig eliminiert werden.Depending on the embodiment, the diaphragm can be realized as an electronic or mechanical diaphragm. By using such a trackable shutter, the latency can be substantially reduced or almost completely eliminated.
Die Effizienz des Systems kann beispielsweise durch folgende Maßnahmen weiter gesteigert werden.The efficiency of the system can, for example, be further increased by the following measures.
Durch die Verwendung eines LED-hinterleuchteten LCD-Moduls als Anzeigeeinheit kann Speckle-Bildung vermieden werden.By using a LED backlit LCD module as a display unit, speckle formation can be avoided.
Durch die Realisierung der an der Anzeigeeinheit erforderlichen Abstrahlbedingungen mittels einer entsprechenden Auslegung von Elementen in der Homogenisierungsstufe kann auf eine Streufläche oder ein Mikrolinsenarray direkt hinter der Anzeigeeinheit verzichtet werden. Dadurch können eine Granulation im Bild und ein Durchscheinen von Mikrolinsenarraystrukturen vermieden werden.By realizing the radiation conditions required on the display unit by means of a corresponding design of elements in the homogenization stage, it is possible to dispense with a scattering surface or a microlens array directly behind the display unit. As a result, granulation in the image and a shine through of microlens array structures can be avoided.
Die Nachführung kann beispielsweise durch eine ansteuerbare Blende in der Hinterleuchtungsvorrichtung realisiert sein. Dadurch kann das System Kopfbewegungen mit geringen Latenzzeiten nachfolgen.The tracking can be realized for example by a controllable aperture in the backlighting device. This allows the system to follow low-latency head movements.
Durch die Nachführung mittels der Blende kann eine Nachführung der eigentlichen Bildgebereinheit entfallen, wodurch Bauraum eingespart werden kann.By tracking using the aperture tracking of the actual image generator can be omitted, which space can be saved.
Die geringe nachzuführende Masse der Blende hat den Vorteil, dass das System relativ unempfindlich gegenüber der Einkopplung mechanischer Schwingungen ist.The low supply of the diaphragm has the advantage that the system is relatively insensitive to the coupling of mechanical vibrations.
Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit während der Nachführung mittels der Blende ortsfest bleiben. Dadurch kann eine Verschlechterung der Bildqualität durch das Drehen der Anzeigeeinheit vermieden werden.For example, the display unit can remain stationary during the tracking by means of the diaphragm. Thereby, deterioration of the image quality by rotating the display unit can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform kann zusätzlich eine Beleuchtung eines in der Homogenisierungsstufe enthaltenen Mikrolinsenarrays gesteuert werden. Dadurch kann eine besonders hohe Effizienz des Systems erreicht werden, da das Licht auf die auszuleuchtenden Eyeboxen konzentriert wird.According to one embodiment, an illumination of a microlens array contained in the homogenization stage can additionally be controlled. This allows a particularly high efficiency of the system can be achieved, since the light is concentrated on the eyeboxes to be illuminated.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Hinterleuchtungsvorrichtung mit zumindest einem zwischen der Lichtquelle und der Blende angeordneten Kollimationselement zum Kollimieren des Lichtstrahls realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Hinterleuchtungsvorrichtung je nach Ausführungsform zumindest ein zwischen der Blende und der Anzeigeeinheit angeordnetes Aufweitungselement zum Aufweiten des Strahlkegels oder zumindest ein zwischen dem Aufweitungselement und der Anzeigeeinheit angeordnetes Projektionselement zum Projizieren eines von dem Aufweitungselement aufgeweiteten Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit aufweisen. Unter einem Kollimationselement kann beispielsweise eine Kollimationslinse verstanden werden. Bei dem Aufweitungselement kann es sich insbesondere um ein Mikrolinsenarray handeln. Unter einem Projektionselement kann beispielsweise ein Spiegel oder eine Projektionslinse verstanden werden. Durch diese Ausführungsform kann eine homogene Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit sichergestellt werden.According to one embodiment, the backlighting device can be realized with at least one collimating element arranged between the light source and the diaphragm for collimating the light beam. Additionally or alternatively, depending on the embodiment, the backlighting device may comprise at least one expansion element arranged between the diaphragm and the display unit for expanding the beam cone or at least one projection element arranged between the expansion element and the display unit for projecting a beam cone widened by the expansion element onto the display unit. By a collimation element, for example, a collimating lens can be understood. The expansion element may in particular be a microlens array. By a projection element, for example, a mirror or a projection lens can be understood. By this embodiment, a homogeneous backlighting of the display unit can be ensured.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um den Lichtstrahl einer Bewegung der Blende und, zusätzlich oder alternativ, der Blendenöffnung nachzuführen. Hierzu kann die Lichtquelle beispielsweise drehbar in der Hinterleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. Alternativ kann die Lichtquelle feststehend sein, wobei der Lichtstrahl mittels eines bewegbaren Reflexionselements, etwa eines Drehspiegels, der Bewegung der Blende nachgeführt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass der Lichtstrahl beim Verschieben der Blende abgeschattet wird.According to a further embodiment, the light source can be designed to track the light beam of a movement of the diaphragm and, additionally or alternatively, of the diaphragm aperture. For this purpose, the light source may for example be rotatably arranged in the backlighting device. Alternatively, the light source may be stationary, wherein the light beam can be tracked by means of a movable reflection element, such as a rotating mirror, the movement of the aperture. This can prevent that the light beam is shaded when moving the aperture.
Die Hinterleuchtungsvorrichtung kann ferner zumindest einen Aktor zum Bewegen der Blende aufweisen. Der Aktor kann ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ zur Blende die Lichtquelle zu bewegen. Hierbei können die Blende und die Lichtquelle beispielsweise mechanisch miteinander gekoppelt sein. Durch diese Ausführungsform kann die Blende bzw. die Lichtquelle präzise und schnell bewegt werden. The backlighting device may further comprise at least one actuator for moving the shutter. The actuator can be designed to move the light source in addition to or as an alternative to the diaphragm. In this case, the diaphragm and the light source can be mechanically coupled to one another, for example. By this embodiment, the diaphragm or the light source can be moved precisely and quickly.
Es ist vorteilhaft, wenn die Blende ausgebildet ist, um eine Größe der Blendenöffnung zu ändern. Die Blende kann ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ eine Form der Blendenöffnung zu ändern. Die Änderung der Blendenöffnung kann durch eine mechanische oder elektrische Ansteuerung der Blende erfolgen. Durch diese Ausführungsform wird eine Änderung einer Form bzw. einer Größe des Strahlkegels und damit einer vom Strahlkegel erzeugten Eyebox ermöglicht. It is advantageous if the diaphragm is designed to change a size of the diaphragm opening. The aperture may be configured to additionally or alternatively change a shape of the aperture. The change of the aperture can be done by a mechanical or electrical control of the aperture. By this embodiment, a change of a shape or a size of the beam cone and thus an eyebox generated by the beam cone is made possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Blende zumindest eine zusätzliche Blendenöffnung zum Erzeugen eines zusätzlichen Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des Lichtstrahls aufweisen. Die zusätzliche Blendenöffnung kann in zumindest eine Richtung bewegbar sein, um einen Einfallswinkel des zusätzlichen Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit zu ändern. Diese Ausführungsform ermöglicht die Erzeugung mehrerer Strahlkegel unter Verwendung einer einzigen Lichtquelle. Hierbei kann die Blende beispielsweise ausgebildet sein, um den Strahlkegel in einen Strahlengang zu einem ersten Teilabschnitt der Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und den zusätzlichen Strahlkegel in einen Strahlengang zu einem zweiten Teilabschnitt der Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds zu lenken.According to a further embodiment, the diaphragm may have at least one additional diaphragm opening for producing an additional beam cone with a predetermined width using the light beam. The additional aperture may be movable in at least one direction to change an angle of incidence of the additional beam cone on the display unit. This embodiment enables the generation of multiple beam cones using a single light source. In this case, the diaphragm can be formed, for example, to direct the beam cone into a beam path to a first subsection of the display unit for generating a first stereoscopic field and the additional beam cone in a beam path to a second subsection of the display unit for generating a second stereoscopic field.
Die Hinterleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise eine zusätzliche Lichtquelle zum Aussenden eines zusätzlichen Lichtstrahls auf die zusätzliche Blendenöffnung aufweisen, wobei die Blendenöffnung ausgebildet sein kann, um den zusätzlichen Strahlkegel unter Verwendung des zusätzlichen Lichtstrahls zu erzeugen.For example, the backlighting device may include an additional light source for emitting an additional light beam to the additional aperture, wherein the aperture may be configured to generate the additional beam cone using the additional light beam.
Von Vorteil ist auch, wenn die Blendenöffnung und die zusätzliche Blendenöffnung in x- und/oder y-Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. Unter einer x-Richtung kann eine sich innerhalb einer Haupterstreckungsebene der Blende erstreckende x-Achse verstanden werden. Entsprechend kann unter einer y-Richtung eine sich innerhalb der Haupterstreckungsebene erstreckende y-Achse verstanden werden, die orthogonal zu der x-Achse ausgerichtet sein kann. Durch diese Ausführungsform können der Strahlkegel und der zusätzliche Strahlkegel in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden.It is also advantageous if the diaphragm opening and the additional diaphragm opening are arranged offset from one another in the x and / or y direction. An x-direction can be understood as an x-axis extending within a main plane of extension of the diaphragm. Correspondingly, a y-direction can be understood to mean a y-axis which extends within the main extension plane and which can be oriented orthogonally to the x-axis. By this embodiment, the beam cone and the additional beam cone can be deflected in different directions.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Blende ausgebildet ist, um einen Abstand zwischen der Blendenöffnung und der zusätzlichen Blendenöffnung zu ändern.Furthermore, it is advantageous if the diaphragm is designed to change a distance between the diaphragm opening and the additional diaphragm opening.
Beispielsweise kann eine solche Änderung des Abstands durch eine mechanische oder elektrische Ansteuerung der Blende erfolgen. Dadurch ist es möglich, einen Abstand zwischen dem Strahlkegel und dem zusätzlichen Strahlkegel zu ändern.For example, such a change in the distance can be effected by a mechanical or electrical control of the diaphragm. This makes it possible to change a distance between the beam cone and the additional beam cone.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Head-up-Display mit folgenden Merkmalen:
einer Anzeigeeinheit; und
einer Hinterleuchtungsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen.The approach presented here also creates a head-up display with the following features:
a display unit; and
a backlighting device according to one of the preceding embodiments.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Anzeigeeinheit einen ersten Teilabschnitt zum Erzeugen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und einen zweiten Teilabschnitt zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds aufweisen. Hierbei kann die Hinterleuchtungsvorrichtung ausgebildet sein, um den ersten Teilabschnitt mit dem Strahlkegel und den zweiten Teilabschnitt mit einem zusätzlichen Strahlkegel zu hinterleuchten. Durch diese Ausführungsform wird die Erzeugung eines stereoskopischen Bilds unter Verwendung einer einzigen Anzeigeeinheit ermöglicht.According to one embodiment, the display unit may have a first subsection for generating a first stereoscopic field and a second subsection for generating a second stereoscopic field. In this case, the backlighting device can be designed to backlight the first section with the beam cone and the second section with an additional beam cone. This embodiment enables the generation of a stereoscopic image using a single display unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anzeigeeinheit ausgebildet sein, um ein erstes stereoskopisches Halbbild zu erzeugen. Das Head-up-Display kann eine weitere Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds und eine weitere Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten der weiteren Anzeigeeinheit aufweisen. Die weitere Hinterleuchtungsvorrichtung kann zumindest eine weitere Lichtquelle zum Aussenden eines weiteren Lichtstrahls und zumindest eine zwischen der weiteren Lichtquelle und der weiteren Anzeigeeinheit angeordnete oder anordenbare weitere Blende mit zumindest einer weiteren Blendenöffnung zum Erzeugen eines weiteren Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des weiteren Lichtstrahls aufweisen. Hierbei kann die weitere Blende und, zusätzlich oder alternativ, die weitere Blendenöffnung in zumindest eine Richtung bewegbar sein, um einen Einfallswinkel des weiteren Strahlkegels auf die weitere Anzeigeeinheit zu ändern. Durch diese Ausführungsform können die beiden Halbbilder auf verschiedenen Anzeigeeinheiten unabhängig voneinander erzeugt werden.According to another embodiment, the display unit may be configured to generate a first stereoscopic field. The head-up display can have a further display unit for generating a second stereoscopic field and a further backlighting device for backlighting the further display unit. The further backlighting device may have at least one further light source for emitting a further light beam and at least one further diaphragm arranged or arrangeable between the further light source and the further display unit with at least one further diaphragm opening for producing a further beam cone with a predetermined width using the further light beam. In this case, the further diaphragm and, additionally or alternatively, the further diaphragm opening can be movable in at least one direction to an angle of incidence of the other Beam cone to change the other display unit. By this embodiment, the two fields can be generated on different display units independently of each other.
Vorteilhafterweise kann das Head-up-Display einen Strahlteiler aufweisen, der ausgebildet sein kann, um das erste stereoskopische Halbbild in einen Strahlengang zu einem ersten Auge eines Betrachters des Head-up-Displays zu reflektieren und, zusätzlich oder alternativ, das zweite stereoskopische Halbbild in einen Strahlengang zu einem zweiten Auge des Betrachters zu transmittieren. Dadurch kann die Darstellungsqualität des Bildes im Sichtfeld des Betrachters verbessert werden.Advantageously, the head-up display may comprise a beam splitter, which may be designed to reflect the first stereoscopic field into a beam path to a first eye of a viewer of the head-up display and, additionally or alternatively, the second stereoscopic field in FIG to transmit a beam path to a second eye of the observer. This can improve the visual quality of the image in the field of view of the observer.
Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Aktivieren der Lichtquelle, um den Lichtstrahl auszusenden; und
Bereitstellen eines Steuersignals ansprechend auf das Aktivieren der Lichtquelle, um die Blende und/oder die Blendenöffnung zu bewegen.The approach described here also provides a method for backlighting a display unit for a head-up display according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises the following steps:
Activating the light source to emit the light beam; and
Providing a control signal in response to activating the light source to move the aperture and / or the aperture.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Einlesens eines Sensorsignals umfassen. Das Sensorsignal kann eine durch zumindest einen Sensor erfasste Augenposition eines Betrachters des Head-up-Displays repräsentieren. Entsprechend kann im Schritt des Bereitstellens das Steuersignal unter Verwendung des Sensorsignals bereitgestellt werden, um den Einfallswinkel des Strahlkegels in Abhängigkeit von der Augenposition zu ändern. Dadurch kann das Sichtfeld, in dem der Betrachter das von der Anzeigeeinheit erzeugte Bild wahrnehmen kann, vergrößert werden.In one embodiment, the method may include a step of reading a sensor signal. The sensor signal may represent an eye position of a viewer of the head-up display detected by at least one sensor. Accordingly, in the step of providing, the control signal may be provided using the sensor signal to change the angle of incidence of the beam cone in response to the eye position. As a result, the field of view in which the observer can perceive the image generated by the display unit can be increased.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das Einheiten aufweist, die ausgebildet sind, 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. The approach presented here also provides a control unit that has units that are designed to perform the steps of a variant of a method presented here in corresponding facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output to a corresponding data transmission line.
Das Steuergerät kann vorliegend beispielsweise im Zusammenhang mit einer Steuerung eines Head-up-Displays, insbesondere eines autostereoskopischen Head-up-Display, in einem Fahrzeug verwendet werden.In the present case, the control unit can be used in connection with a control of a head-up display, in particular an autostereoscopic head-up display, in a vehicle.
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.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
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.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Das Head-up-Display
Das dargestellte virtuelle Bild ist eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit
Hierbei werden die beiden Teilbilder für linkes und rechtes Auge an einer Anzeigeeinheit der Bildgebereinheit
Bei dem Head-up-Display
Die beiden Teilbilder werden mittels eines Strahlteilers
Hierbei können unter Umständen Verschlechterungen der Bildqualität und der Eyeboxformung auftreten. Streuflächen, die in enge Winkel abstrahlen, um schmale Eyeboxen zu erzeugen, können beispielsweise zu einer Granulation im Bildinhalt führen. Zusätzlich erfolgt die Streuung dort häufig in Form eines Gauß-Profils, das die Eyeboxhelligkeit zum Rand der Eyebox abnehmen lassen kann. Bewegt der Beobachter sein Auge innerhalb der Eyebox, so nimmt er unterschiedlich helle Bilder wahr, wodurch die Bilder inhomogen erscheinen können. Bei Verwendung von Mikrolinsenarrays können chromatische Effekte entstehen, die zu Farbverläufen im Bild führen können. Zudem können kleine Mikrolinsen beugend wirken und zu einem Übersprechen eines Teilbilds in das falsche Auge führen. Ist ein Mikrolinsenarray nahe einer Abbildungsebene der Head-up-Display-Optik angeordnet, so kann es durch die Vergrößerung der Head-up-Display-Optik zur Abbildung der Mikrolinsenstruktur kommen, das dann als Linsengitter im Bild wahrgenommen werden kann.This may cause deterioration of image quality and eyebox shaping. For example, scattered surfaces that radiate into narrow angles to create narrow eyeboxes can result in granulation in the image content. In addition, the scattering is often there in the form of a Gaussian profile, which can decrease the eyebox brightness to the edge of the Eyebox. If the observer moves his eye within the eyebox, he perceives differently bright images, which may make the images appear inhomogeneous. When using microlens arrays, chromatic effects can develop, which can lead to color gradients in the image. In addition, small microlenses can have a diffractive effect and lead to a crosstalk of a partial image in the wrong eye. If a microlens array is arranged close to an imaging plane of the head-up display optics, the magnification of the head-up display optics can lead to imaging of the microlens structure, which can then be perceived as a lens grid in the image.
Ebenfalls in
Durch die Drehung werden die Richtungen der Abstrahlung relativ zur nachfolgenden Head-up-Display-Optik geändert, sodass sich die Eyeboxen beider Augen mit dem Beobachter bewegen. Der Bereich, in dem die Eyeboxen bewegt werden können und innerhalb dessen der Beobachter das dargestellte Bild wahrnehmen kann, kann auch als Gesamteyebox bezeichnet werden.The rotation changes the directions of the radiation relative to the subsequent head-up display optics so that the eyeboxes of both eyes move with the observer. The area in which the eyeboxes can be moved and within which the observer can perceive the displayed image can also be referred to as the totality box.
Alternativ kann ein gesamtes Beleuchtungssystem hinter den LCD-Modulen
Zur Realisierung beweglicher Eyeboxen mittels nachgeführter Blende wird die Anzeigeeinheit
In
Die verschiedenen Punkte auf der Anzeigeeinheit
Durch die Blende
Durch Verschieben der Blende
Auf diese Weise ist es möglich, durch Bewegung der Blende
Die Anzeigeeinheit
Durch eine derartige Homogenisierungsstufe einer LCD-Beleuchtung können also verschiedene Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden. Zum einen kann durch die Apertur des Aufweitungselementes
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Hinterleuchtungsvorrichtung
Während das in
Hierzu kann die Anzeigeeinheit
Alternativ können die beiden Teilbilder mittels zweier Anzeigeeinheiten erzeugt werden, wobei die Anzeigeeinheiten mittels eines Strahlteilers überlagert werden und jeweils eine eigene Hinterleuchtung und eine eigene ansteuerbare Blende aufweisen, wie nachfolgend anhand von
Die Anzeigeeinheit
Beispielhaft ist in
Die Teilbilder werden beispielsweise über die Head-up-Display-Optik
Nachfolgend sind beispielhaft mögliche Systemparameter des Head-up-Displays
Die dargestellten Auftreffpunkte der Lichtstrahlen geben also den genutzten Bereich der Aufweitungselemente
In
Das hier dargestellte System bietet in seiner Hinterleuchtung Licht zum Ausleuchten der kompletten Gesamteyebox an, in der sich ein Auge bewegen darf. Durch eine Blende werden Lichtstrahlen abgeschattet, die für das jeweilige Teilbild nicht benötigt werden.The system shown here provides in its backlight light for illuminating the complete Gesamteyebox in which an eye is allowed to move. Through a diaphragm light rays are shadowed, which are not needed for the respective field.
Der hier gezeigte autostereoskopische Ansatz bietet zudem das Potenzial zu weiteren Effizienzsteigerungen. So bewegt sich ein Auge des Beobachters prinzipiell nicht über den kompletten Bereich der Gesamteyebox. Sobald ein Auge aus dem Designbereich herausläuft, ist es auch nicht mehr erforderlich, das andere Auge zu bedienen, wodurch sich der effektiv nachzuführende Bereich für ein Auge verkleinert. Bei einer Gesamteyeboxbreite von beispielsweise 140 mm und einem durchschnittlichen Augenabstand von 65 mm verkleinert sich der nachzuführende Bereich für ein Auge damit auf 75 mm. Wird das angebotene Licht auf diesen Bereich eingeschränkt, so erhöht dies die Lichtmenge in der kleinen Eyebox und damit die Effizienz um etwa das Doppelte.The autostereoscopic approach presented here also offers the potential for further increases in efficiency. In principle, one eye of the observer does not move across the entire area of the total box. As soon as one eye comes out of the design area, it is no longer necessary to operate the other eye, which reduces the effective area to be followed by one eye. With a total box width of, for example, 140 mm and an average eye relief of 65 mm, the area to be tracked for an eye thus reduces to 75 mm. If the offered light is restricted to this area, this increases the amount of light in the small eyebox and thus the efficiency by about twice.
Durch zusätzliches Nachführen der Abstrahlung der LED-Hinterleuchtung kann die Effizienz weiter gesteigert werden. Dies wird nachfolgend anhand von
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Blenden nicht als mechanische, sondern also elektronische Blenden, etwa in Form von LCD-Zellen, realisiert. Hierbei können die Blenden ausgebildet sein, um abzublendende Pixel schwarz zu schalten. Durch den Einsatz einer LCD-Zelle als Blende kann Licht verloren gehen, da die LCD-Zelle das Licht polarisiert und nur eine endliche Transmission besitzt. Wird allerdings die Polarisation des transmittierten Lichts auf die jeweilige zu bestrahlende Anzeigeeinheit angepasst, bei der es sich etwa um ein bildgebendes LCD-Modul handeln kann, so kann der durch die Polarisation bedingte Verlust reduziert werden.According to one embodiment, the diaphragms are not realized as mechanical but electronic diaphragms, for example in the form of LCD cells. In this case, the diaphragms can be designed to turn black pixels to be shaded. By using an LCD cell as an aperture light can be lost because the LCD cell polarizes the light and has only a finite transmission. However, if the polarization of the transmitted light is adapted to the respective display unit to be irradiated, which may be an imaging LCD module, for example, the loss due to the polarization can be reduced.
Beispielsweise kann eine derartige elektronische Blende ausgebildet sein, um ebenso schnell umzuschalten, wie die entsprechende Anzeigeeinheit zwischen zwei stereoskopischen Teilbildern zeitsequenziell umschalten kann. Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit ausgebildet sein, um mit einer Frequenz von 120 Hz zwischen den beiden Teilbildern umzuschalten, sodass das jeweilige Teilbild mit einer als angenehm empfundenen Frequenz von 60 Hz vom Beobachter wahrgenommen werden kann. For example, such an electronic shutter may be configured to switch as fast as the corresponding display unit can switch time sequentially between two stereoscopic partial images. For example, the display unit may be configured to switch between the two partial images at a frequency of 120 Hz, so that the respective partial image can be perceived by the observer with a perceived pleasant frequency of 60 Hz.
Bedingt durch die Blende
Bewegt sich die Blendenöffnung
Beispielsweise ist die Lichtquelle
Bei einer entsprechenden Strahlformung der Lichtquelle
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das Aufweitungselement
Das in
Die beiden Blendenöffnung
Durch die zueinander versetzten Blendenöffnungen
Alternativ zur der in
Durch die Verwendung solcher Blenden kann das System auf den individuellen Augenabstand des Betrachters eingestellt werden, da unterschiedliche Schlitzabstände zu unterschiedlich weit voneinander entfernten Eyeboxen führen. Durch eine variierbare Blendenschlitzbreite kann die Breite der Eyeboxen eingestellt werden. Bei Bewegungen des Betrachters nach vorn oder nach hinten kann so eine jeweilige Eyeboxbreite angepasst werden, um ein Übersprechen eines Teilbildes in das falsche Auge zu verhindern.By using such apertures, the system can be adjusted to the individual eye distance of the observer, since different slot spacings lead to eyeboxes of different distances from each other. The width of the eyeboxes can be adjusted by a variable aperture slot width. As the observer moves forward or backward, a respective eyebox width can be adjusted to prevent crosstalk of a partial image into the wrong eye.
Ein solches MEMS-Display bietet den Vorteil eines schnellen Umschaltens, auch bei tiefen Temperaturen, wodurch es sich insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen eignet.Such a MEMS display offers the advantage of rapid switching, even at low temperatures, making it particularly suitable for use in motor vehicles.
Die Anzeigeeinheit
Der in
Für die Anzeigeeinheit
In
Gemäß
Der Lichtstrahl
Gemäß einem optionalen Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt
Die Schritte
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.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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