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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. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Bei einem Sichtfeldanzeigegerät wird ein Bild von einem Bildgeber über eine Optik des Sichtfeldanzeigegeräts in ein Sichtfeld eines Betrachters eingespiegelt. Bestandteile der Optik können eine Empfindlichkeit auf eine Wellenlänge des eingespiegelten Lichts aufweisen. Falls die Wellenlänge von einer bestimmungsgemäßen Wellenlänge abweicht, kann das Bild mit einem Versatz in das Sichtfeld eingespiegelt werden und deswegen an Intensität verlieren.
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Die
US 2008/0186547 A1 zeigt ein holografisches optisches Element und ein Verfahren zum Herstellen desselben sowie einen Bildanzeigeapparat.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts, ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, weiterhin ein Sichtfeldanzeigegerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm 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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Der Versatz des eingespiegelten Bilds kann durch einen Versatz des Bilds auf dem Bildgeber ausgeglichen werden. Da der Versatz wellenlängenabhängig ist, kann eine tatsächliche Wellenlänge des verwendeten Lichts ermittelt werden und unter Verwendung dieser Information die Position des Bilds auf dem Bildgeber verschoben werden.
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Durch die Regelung der Darstellungsposition unter Verwendung der Wellenlänge kann ohne eine Erfassung einer Projektionsposition des Bilds im Sichtbereich des Betrachters direkt sichergestellt werden, dass das Bild an der bestimmungsgemäßen Projektionsposition projiziert wird.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts vorgestellt, das eine Lichtquelle zum Beleuchten einer Projektionsfläche aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Wellenlängensignals, das eine Wellenlänge eines von der Lichtquelle emittierten Lichts repräsentiert;
Bestimmen einer Verarbeitungsvorschrift für Bildkoordinaten in Abhängigkeit des Wellenlängensignals, wobei in der Verarbeitungsvorschrift den Bildkoordinaten je ein Verschiebevektor zugeordnet ist oder wird; und
Verändern eines darzustellenden Bilds unter Verwendung der Verarbeitungsvorschrift, um ein verändertes Bild zu erhalten, wobei die Bildkoordinaten von Pixeln des Bilds je um den ihnen zugeordneten Verschiebevektor verschoben werden.
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Unter einem Sichtfeldanzeigegerät kann ein Head-Up-Display verstanden werden. Das Sichtfeldanzeigegerät kann zumindest ein holografisch optisches Element zum Projizieren des Bilds in das Sichtfeld des Betrachters aufweisen. Das holografisch optische Element kann insbesondere in einem Sichtfeld des Betrachters angeordnet sein und im Wesentlichen transparent sein. Das holografisch optische Element kann Licht mit einer definierten Wellenlänge in einem definierten Winkel beugen. Wenn die Wellenlänge des Lichts von der definierten Wellenlänge abweicht, wird das Licht in einem anderen Winkel gebeugt. Eine Projektionsfläche kann beispielsweise ein Raster von Bildpunkten aufweisen. Die Projektionsfläche kann beispielsweise reflektierend mit ansteuerbaren Spiegeln oder mit Flächen ansteuerbarer Transparenz ausgeführt sein. Die Wellenlänge des Lichts kann vor oder nach der Projektionsfläche bestimmt werden. Die Verschiebevektoren weisen einen Betrag und eine Richtung auf. Durch die Verschiebevektoren werden Bildpixeln neue Bildkoordinaten zugeordnet. Der Verschiebevektor kann auch den Betrag null aufweisen, wenn die Wellenlänge einer Bezugswellenlänge entspricht.
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Das Wellenlängensignal kann eine erste Wellenlänge eines von der Lichtquelle emittierten ersten Lichts repräsentieren. Es kann zumindest ein zweites Wellenlängensignal eingelesen werden, das eine zweite Wellenlänge eines von der Lichtquelle emittierten zweiten Lichts repräsentiert. Die Verarbeitungsvorschrift kann für die Bildkoordinaten in Abhängigkeit von dem ersten Wellenlängensignal und dem zweiten Wellenlängensignal bestimmt werden. Den Bildkoordinaten kann für die erste Wellenlänge ein erster Verschiebevektor zugeordnet werden oder sein. Für zweite Wellenlänge kann den Bildkoordinaten ein zweiter Verschiebevektor zugeordnet werden oder sein. Die Pixel können je ein erstes in der ersten Wellenlänge darzustellendes erstes Subpixel mit ersten Subkoordinaten und zumindest ein in der zweiten Wellenlänge darzustellendes zweites Subpixel mit zweiten Subkoordinaten aufweisen. Den ersten Subpixeln können die ersten Verschiebevektoren zugeordnet werden. Den zweiten Subpixeln können die zweiten Verschiebevektoren zugeordnet werden. Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird mit unterschiedlichen Farben wahrgenommen. Bei zwei Wellenlängen kann das Bild also in zwei Farben und den zwischen den zwei Farben möglichen Mischfarben projiziert werden. Insbesondere kann Licht mit drei Wellenlängen, also drei Farben verwendet werden, wobei dann drei Wellenlängensignale eingelesen werden. Die drei Farben können additiv gemischt werden und so alle Farben des zugehörigen Farbraums darstellen. Jede Farbe kann durch in einem Subpixel abgebildet sein. Für jede Farbe und Bildkoordinate ist entsprechend ihrer Wellenlänge ein eigener Verschiebevektor erforderlich.
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Die Verarbeitungsvorschrift kann aus einem hinterlegten Datenspeicher geladen werden. Für bestimmte Wellenlängen können die Verschiebevektoren vorberechnet werden. Zwischenwerte können durch Interpolation bestimmt werden. Dadurch kann die Verarbeitungsvorschrift schnell und einfach bestimmt werden.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Ausgebens des veränderten Bilds über einen Bildgeber des Sichtfeldanzeigegeräts aufweisen. Das Verändern kann in Echtzeit durchgeführt werden. Dadurch kann die Projektion für den Betrachter stabil im Projektionsbereich angeordnet sein.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin wird ein Sichtfeldanzeigegerät mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Wellenlänge von Licht, das durch eine Lichtquelle des Sichtfeldanzeigegeräts emittiert wird, vorgestellt.
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In der Sensoreinrichtung können beispielsweise Interferenzeffekte ausgenutzt werden, um die Wellenlänge zu bestimmen. Ebenso kann ein Beugungswinkel des Lichts durch einen Bildsensor erfasst werden. Der Bildsensor bildet zumindest einen Ausschnitt des projizierten Bilds ab und durch einen Lagevergleich zwischen einer Sollposition und der Istposition des Bilds kann auf die Wellenlänge rückgeschlossen werden. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise optische Filter aufweisen, um bestimmte Wellenlängen herauszufiltern. Damit können unterschiedliche Wellenlängen auf einer Sensoreinrichtung erfasst werden.
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Die Lichtquelle kann eine Laserlichtquelle sein, die Laserlicht emittiert. Laserlicht kann besonders gut an einem holografisch optischen Element gebeugt werden und ermöglicht so einen scharf abgegrenzten Projektionsbereich für den Betrachter.
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Das Sichtfeldanzeigegerät kann eine in einem Strahlengang des Sichtfeldanzeigegeräts angeordnete Strahlteileinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, einen Anteil des Lichts auf die Sensoreinrichtung zu lenken. Damit kann die Sensoreinrichtung außerhalb des Strahlengangs angeordnet sein. Die Strahlteileinrichtung kann einen geringen Anteil des Lichts auskoppeln. Dadurch kann eine helle Projektion für den Betrachter sichergestellt werden.
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Die Strahlteileinrichtung kann als diffraktives optisches Element ausgeführt sein. An dem diffraktiven optischen Element kann eine wellenlängenabhängige Beugung analog zu dem holografisch optischen Element stattfinden. Dadurch ergibt sich an der Sensoreinrichtung ein wellenlängenabhängiger Versatz des dargestellten Bilds, über den auf die Wellenlänge geschlossen werden kann.
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Das Sichtfeldanzeigegerät kann ein Steuergerät gemäß dem hier vorgestellten Ansatz umfassen. Das Steuergerät kann in das Sichtfeldanzeigegerät integriert sein.
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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.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts mit einem Wellenlängensensor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts mit einer Beugungswinkelabweichung aufgrund einer Wellenlängenabweichung;
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3 eine Darstellung von Bildpunkten eines Bilds und veränderten Bildpunkten von veränderten Bildern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Darstellung von Verschiebevektoren für eine Bildkoordinate bei verschiedenen Wellenlängen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Darstellung eines Regelkreises zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts 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 Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts 100 mit einer Sensoreinrichtung 102 zum Erfassen einer Wellenlänge von Licht gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Sichtfeldanzeigegerät 100 kann als Head-Up-Display bezeichnet werden. Das Sichtfeldanzeigegerät 100 weist einen Bildgeber 104 auf. Von dem Bildgeber 104 wird ein dargestelltes Bild durch eine Optik 106 des Sichtfeldanzeigegeräts 100 in ein Sichtfeld 108 eines Betrachters 110 projiziert. Die Optik 106 beeinflusst dabei einen Strahlengang 112 des Sichtfeldanzeigegeräts 100. Ein Bestandteil der Optik 106 ist ein holografisch optisches Element (HOE) 114. Das holografisch optische Element 114 ist hier in eine Frontscheibe 116 eines Fahrzeugs integriert. Der Betrachter 110 ist beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs. Das holografisch optische Element 114 ist im Wesentlichen durchsichtig, sodass der Fahrer 110 seine Umgebung ungehindert wahrnehmen kann. Das holografisch optische Element 114 ist so ausgelegt, dass das Bild in einem vorgegebenen Beugungswinkel 118 in das Sichtfeld 108 projiziert wird, wenn das Bild mit Licht einer bestimmungsgemäßen Wellenlänge bereitgestellt wird. Weicht die Wellenlänge des Lichts davon ab, wird das Bild, wie in 2 dargestellt, mit einem veränderten Beugungswinkel 118 umgelenkt.
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Die Sensoreinrichtung 102 kann als Wellenlängensensor 102 bezeichnet werden. Der Wellenlängensensor 102 ist seitlich versetzt zu dem Strahlengang 112 in einem Gehäuse des Head-Up-Displays 100 angeordnet. Im Bereich des Wellenlängensensors 102 ist im Strahlengang 112 ein Strahlteilerelement 118 angeordnet. Das Strahlteilerelement 118 lenkt einen bestimmten, geringen Teil des Lichts vom Bildgeber 104 auf das Sensorelement 102. Um ein Eindringen von Fremdlicht in das Sensorelement 102 zu vermeiden, weist der Wellenlängensensor 102 zumindest eine Blende auf. Das Sensorelement bildet die Wellenlänge des einfallenden Lichts in einem Wellenlängensignal 120 ab.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Strahlteilerelement 118 ein diffraktives optisches Element (DOE). Das diffraktive optische Element 118 weist eine definierte Strahlformung auf. Das diffraktive optische Element 118 kann mit einer gewünschten Effizienz hergestellt werden. Beispielsweise kann das diffraktive optische Element 118 eine Effizienz von fünf Prozent aufweisen.
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Die Sensoreinrichtung 102 ist mit einem Steuergerät 122 zum Betreiben des Sichtfeldanzeigegeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel verbunden. Das Steuergerät 122 weist eine Einrichtung 124 zum Einlesen, eine Einrichtung 126 zum Bestimmen und eine Einrichtung 128 zum Verändern auf. Die Einrichtung 124 zum Einlesen kann als Schnittstelle zu dem Wellenlängensensor 102 bezeichnet werden. Die Einrichtung 124 zum Einlesen liest das Wellenlängensignal 120 ein und stellt einen Wert der Wellenlänge 130 für die Einrichtung 126 zum Bestimmen bereit. In der Einrichtung 126 wird in Abhängigkeit von der Wellenlänge 130 eine Verarbeitungsvorschrift 132 für Bildkoordinaten in Abhängigkeit von der Wellenlänge 130 bestimmt. Durch die Verarbeitungsvorschrift 132 ist jeder Bildkoordinate ein Verschiebevektor 134 pro Wellenlänge 130 zugeordnet. Ein Verschiebevektor 134 weist einen Betrag und eine Richtung auf und beschreibt, wohin das der Bildkoordinate zugeordnete Bildpixel eines Bilds 136 verschoben werden soll.
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Wenn ein, das Bild 136 beziehungsweise eine Bildinformation 136 repräsentierendes Bildsignal 138 von dem Steuergerät 122 eingelesen wird, werden in der Einrichtung 128 zum Verändern die Bildkoordinaten von Bildpixeln des Bilds 136 unter Verwendung der in der Verarbeitungsvorschrift 132 definierten Verschiebevektoren 134 verschoben. Somit werden den Bildpixeln neue Bildkoordinaten zugeordnet und das Bild 136 zu einem veränderten Bild 140 verzerrt. Das veränderte Bild 140 wird als verändertes Bildsignal 142 an den Bildgeber 104 ausgegeben und auf dem Bildgeber 104 angezeigt. Damit ist die Projektion im Sichtfeld 108 wellenlängenkompensiert.
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Holografisch optische Elemente HOE 114 können in die Windschutzscheibe 116 eingebettet sein. Für die Rekonstruktion der holografisch abbildenden Elemente 114 wird Laserlicht verwendet. Als Bildgebereinheit 104 wird daher ein Laserbeamer mit Projektionsfläche eingesetzt. Der Beugungswinkel 118 holografisch optischer Elemente 114 hängt unter anderem von der Wellenlänge λ des Lasers ab, wie durch die Braggbedingung λ = 2·d·sin(θ) mit d als Gitterparameter und θ als Einfallwinkel abgebildet ist.
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Die Wellenlänge kostengünstiger Laserdioden einer Charge kann um ±5 nm um die definierte Zielwellenlänge schwanken. Die Wellenlänge der Laserdiode steht in Zusammenhang mit der Temperatur, wobei die Wellenlänge beispielsweise um 0,2 nm/°C schwankt. Laserdioden mit stabilisierter Wellenlänge sind teuer.
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Der Imager 104 kann eine sehr hohe Auflösung aufweisen. Die Auflösung kann. UltraHD Auflösung beziehungsweise 4K mit einer Auflösung von 2160×3840 Pixel erreichen. Das bedeutet eine Vervierfachung der Pixelzahl im Vergleich zu Full-HD-Standards.
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Holografisch optische Elemente 114 zeigen Dispersionseffekte. Der wellenlängenabhängige Beugungswinkel 118 kann mit der Braggbedingung beschrieben werden. Für die Rekonstruktion des holografisch optischen Elements 114 ist daher schmalbandiges Laserlicht vorteilhaft.
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Wird ein holografisch optisches Element 114 als Teil der Abbildungsoptik 106 eines bildgebenden Gesamtsystems 100, wie beispielsweise einem Head-Up Display 100 verwendet, kann für die PGU (Picture-Generating-Unit) 104 ein schmalbandiger Laserprojektor mit Projektionsfläche verwendet werden.
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Für die in den Laserprojektoren 104 verbauten Diodenlaser gilt ein Zusammenhang zwischen der Temperatur der Diode und der Wellenlänge des emittierten Lichts. Erwärmt der Projektor die Dioden während des Betriebs, verschieben sich die Wellenlängen der Dioden und der Beugungswinkel 118 des im System 100 verbauten Hologramms 114 ändert sich.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird der wellenlängenabhängige Beugungswinkel 118 bei optischen Systemen 100 wie beispielsweise Head-Up-Displays 100 mit holografisch optischem Element 114 durch elektronische Kompensation am Imager der PGU 104 nachgesteuert. Dabei erfolgt eine Adaption der Pixelzeilen des Imagers eines Laserbeamers 104 an den wellenlängenabhängigen Beugungswinkel 118 des Hologramms 114. Damit können einer Verbesserung der Abbildungsqualität und der Homogenität des virtuellen Bildes bei abbildenden Systemen 100 mit holografisch optischem Element 114 erreicht werden.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz können kommerziell erhältliche und preiswerte Laserdioden mit einer Streuung innerhalb eines Wellenlängenbereichs für den Laserprojektor verwendet werden. Zusätzlich ist keine komplexe Kühlung der Dioden auf wenige Grad notwendig. Ein Temperaturkorridor von 10° bis 20° reicht aus.
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Die Detektion der Wellenlänge erfolgt über das zusätzliche holografische Element 118 im Strahlengang 112 und den Pixelarray-Detektor 102. Es ist ein möglicher Detektionspfad für die Wellenlängenverschiebung einzelner Laserdioden der PGU mittels einer definierten Strahlformung durch ein diffraktives optisches Element (DOE) 118 mit geringer Effizienz dargestellt.
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Das hier beschriebene Sensorelement 102 ermöglicht die Detektion der beschriebenen Abweichung der Wellenlänge von der Zielwellenlänge. Beispielsweise ist das reflektive/diffraktive optische Element (DOE) 118 so strukturiert, dass es mit einer sehr geringen Effizienz < 5% Licht aus dem Strahlengang 112 umlenkt und in definiertem Abstand eine definierte Fläche oder Lichtverteilung ausleuchtet. Hier ist ein Pixel-Array-Detektor 102 zur Leistungsmessung angeordnet. Verschiebt sich diese Lichtverteilung aufgrund einer Wellenlängenverschiebung der Laser-PGU 104, wird dies vom Detektor 102 aufgenommen und kann am Imager der PGU 104 nachgesteuert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Strahlteilerelement 118 ein Hologramm mit Fokussierungsfunktion und geringer Effizienz (< 5%).
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2 zeigt eine Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts 100 mit einer Beugungswinkelabweichung 200 aufgrund einer Wellenlängenabweichung. Das Sichtfeldanzeigegerät 100 entspricht im Wesentlichen dem Sichtfeldanzeigegerät in 1. Im Gegensatz dazu ist hier das Sichtfeldanzeigegerät 100 nicht wellenlängenkompensiert. Hier ist dargestellt, wie das Bild 136 auf dem Bildgeber 104 angezeigt wird und über die Optik 106 in das Sichtfeld 108 des Betrachters 110 projiziert wird. Dadurch entsteht für den Betrachter 110 ein virtuelles Bild 202 in einer Projektionsentfernung hinter der Frontscheibe 116.
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Durch die Wellenlängenabweichung des Lichts resultiert ein veränderter Beugungswinkel 118 an dem holografisch optischen Element 114 der Frontscheibe 116. Durch den veränderten Beugungswinkel 118 wird das Bild 136 mit einem Versatz in das Sichtfeld 108 projiziert. Dadurch wird auch das virtuelle Bild 202 mit dem Versatz wahrgenommen.
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Hier ist am Beispiel eines Head-Up-Displays 100 mit monochromem holografisch optischem Element 114 in der Windschutzscheibe 116 der optische Pfad 112 bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen dargestellt. Entspricht die Wellenlänge der im Laserbeamer 104 verbauten Diodenlaser exakt des bei der Aufnahme des Hologramms 114 verwendeten Lasers λAufnahme, resultiert der bestimmungsgemäße Verlauf. Die Strahlen laufen wie bei der Aufnahme definiert von der PGU 104, über die Spiegel 106 und das Hologramm 114 in die Mitte der Eyebox. Der Beobachter 110 sieht im vorgegeben Abstand ein scharfes virtuelles Bild 202.
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Kommt es zu Abweichungen von der Aufnahmewellenlänge des Hologramms 114 um Δλ resultiert in dem diskutierten Beispiel des Head-Up Displays 100 der abweichende Verlauf. Für die dargestellte monochrome Anwendung führt dies zur Verschiebung und Verzerrung des Bilds 136.
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Mit anderen Worten ist hier der wellenlängenabhängige Beugungswinkel 118 eines Volumenhologramms 114 am Beispiel eines Head-Up Displays 100 mit holografisch optischem Element 114 als Off-Axis Hologramm in der Windschutzscheibe 116 dargestellt.
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3 zeigt eine Darstellung von Bildpunkten 300 eines Bilds 136 und veränderten Bildpunkten 302, 304 von veränderten Bildern 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bildpunkte 300, 302, 304 können als Pixel bezeichnet werden. Die Bildpunkte 300 sind an Originalkoordinaten des Bilds 136 angeordnet. Das Bild 136 ist unverzerrt. Den Bildpunkten 304, 304 sind durch Verschiebevektoren neue Koordinaten zugeordnet. Die Bilder 140 sind verzerrt.
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Die Verschiebevektoren ergeben sich aus einer Rückwärtsrechnung des Strahlengangs eines Sichtfeldanzeigegeräts, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist. Dabei sind die neuen Koordinaten der Bildpunkte 302 für eine Wellenlängenabweichung von beispielsweise plus fünf Nanometern gegenüber einer Bezugswellenlänge des holografisch optischen Elements gerechnet. Die neuen Koordinaten der Bildpunkte 304 sind beispielsweise für eine Wellenlängenabweichung von minus fünf Nanometern gegenüber der Bezugswellenlänge gerechnet. Jeder Verschiebevektor ist abhängig von der Wellenlängenabweichung und der Originalkoordinate als Bezugspunkt.
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Mit anderen Worten ist eine elektronische Pixel-Nachführung zur Kompensation des Wellenlängenshifts bei holografisch optischen Elementen mit Laserbeamern gezeigt.
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Dabei ist die Verschiebung der Spots 300 eines optischen Systems mit holografisch optischem Element bei Abweichung von der Aufnahmewellenlänge λAufnahme des Hologramms am Beispiel eines holografischen Head-Up Displays dargestellt. Dargestellt sind die rückwärts durch das System berechneten neun Bildpunkte 300 an Position der Projektionsfläche der Laser-PGU.
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Hier ist die Verschiebung und Verzerrung für eine aus neun Bildpunkten BP 300 aufgespannte Projektionsfläche dargestellt. Ausgehend vom virtuellen Bild werden die Strahlen rückwärts durch das optische System gerechnet und dann an der Position der Projektionsfläche des Systems ausgewertet. Anhand dieser Auswertung kann die notwendige Verschiebung der Pixel 300 auf dem Imager des Laserprojektors berechnet werden und damit bleibt das virtuelle Bild für den Beobachter an gleicher Position.
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4 zeigt eine Darstellung von Verschiebevektoren 400, 402 für eine Bildkoordinate 404 bei verschiedenen Wellenlängen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hier ist beispielsweise die Bildkoordinate 404 des mittleren Bildpunkts 300 in 3 dargestellt. Die neuen Koordinaten 406, 408 der verschobenen Bildpunkte 302, 304 werden durch die Verschiebevektoren 400, 402 definiert. Der erste Verschiebevektor 400 repräsentiert wie in 3 die erforderliche Korrektur für eine Wellenlängenabweichung um plus fünf Nanometer. Der zweite Verschiebevektor 402 repräsentiert die erforderliche Korrektur für eine Wellenlängenabweichung um minus fünf Nanometer.
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Den Bildkoordinaten 404, 406, 408 hinterlegt ist ein Raster 410 der auf dem Bildgeber beziehungsweise Projektionsfläche 410 darstellbaren Bildkoordinaten. Dabei liegt die Originalkoordinate 404 hier direkt auf einem darstellbaren Punkt. Die neuen Koordinaten 406, 408 liegen jeweils knapp neben einem darstellbaren Punkt. Um die verschobenen Bildpunkte 302, 304 darstellen zu können, wird jeweils der nächstliegende Rasterpunkt des Bildgebers 410 ausgewählt, um eine möglichst geringe Restabweichung zu erreichen.
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Mit anderen Worten ist in 4 der fünfte Bildpunkt 300 im Detail dargestellt. Schwankt die im Laserprojektor verbaute Diode um ±5 nm um die Zielwellenlänge beziehungsweise Aufnahmewellenlänge-Aufnahme, verschieben sich die Spots 302, 304 an Position der Projektionsfläche 410 wie dargestellt.
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Diese Verschiebung der Spots 302, 304 beziehungsweise der Abbildung im virtuellen Bild kann durch gezieltes Ansteuern der Pixel auf dem Imager ausgeglichen werden. Im dargestellten Beispiel mit einer Pixelgröße von 35 µm auf der Projektionsfläche 410 der PGU und einer Abweichung von 5 nm von der Zielwellenlänge λAufnahme wird das Bild auf dem Imager 410 15 Pixelzeilen verschoben, hier weiter unten, angesteuert, damit sich die Lage und die Abbildungsqualität des virtuellen Bildes nicht verändern.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine optimale Abbildungsqualität des RGB-Hologramms für alle drei Farben erreicht werden. Dabei wird für jede Farbe ein eigener Verschiebevektor 400, 402 verwendet.
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Bei monochromen Darstellungen kann durch das Verschieben der Pixel 300 die Lage und Helligkeit sowie die Abbildungsqualität des virtuellen Bildes verbessert werden. Bei RGB-Systemen ist der Einfluss noch größer. Durch den hier vorgestellten Ansatz können ungleichmäßige Wellenlängenverschiebungen der einzelnen Laser der PGU auch durch Verschiebevektoren 400, 402 in unterschiedliche Richtungen kompensiert werden. Dadurch können die drei Farben RGB exakt zu einem homogenen weißen Bild vereint werden. Die Pixel 300 der einzelnen Farbbilder der PGU werden dabei so verschoben, dass sich die Einzelbilder im virtuellen Bild wieder homogen überlagern.
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5 zeigt eine Darstellung eines Regelkreises 500 zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Regelkreis 500 kann unter Verwendung eines Steuergeräts, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist ausgeführt werden. Der Regelkreis 500 weist drei Schritte 502, 504, 506 auf. Im ersten Schritt 502 wird das Detektorsignal ausgewertet und die Wellenlängenabweichung Δλ bestimmt. Dazu wird die Differenz aus der aktuellen Wellenlänge am Bildgeber λPGU und einer Referenzwellenlänge λAufnahme des holografisch optischen Elements gebildet. Im zweiten Schritt 504 werden die Pixel auf dem Bildgeber nachgeführt. Im dritten Schritt 506 wird der Bildgeber mit Licht einer Wellenlänge λPGU beleuchtet und der Regelkreis beginnt von vorne.
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Mit anderen Worten zeigt 5 einen Regelkreis 500 zur Auslesung des Detektorsignals und anschließenden Nachführung.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben eines Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann auf einem Steuergerät, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist ausgeführt werden. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 602 des Einlesens, einen Schritt 604 des Bestimmens und einen Schritt 606 des Veränderns auf. Im Schritt 602 des Einlesens wird ein, eine Wellenlänge eines von der Lichtquelle emittierten Lichts repräsentierendes Wellenlängensignal eingelesen. Im Schritt 604 des Bestimmens wird eine Verarbeitungsvorschrift für Bildkoordinaten in Abhängigkeit des Wellenlängensignals bestimmt. In der Verarbeitungsvorschrift wird den Bildkoordinaten je ein von der Wellenlänge abhängiger Verschiebevektor zugeordnet. Im Schritt 606 des Veränderns wird ein darzustellendes Bild unter Verwendung der Verarbeitungsvorschrift verändert, um ein verändertes Bild zu erhalten. Die Bildkoordinaten von Pixeln des Bilds werden je um den ihnen zugeordneten Verschiebevektor verschoben.
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Der hier vorgestellte Ansatz kann auch für eine Datenbrille verwendet werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0186547 A1 [0003]
