DE102016215826A1

DE102016215826A1 - Projektionsanzeigesystem für ein Kraftfahrzeug mit zusätzlicher Sensorik

Info

Publication number: DE102016215826A1
Application number: DE102016215826.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Huber; Stefan Sicklinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Projektionsanzeigesystem zum Projizieren eines Projektionsbilds auf einen Anzeigebereich einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – eine Projektionseinheit zum Bereitstellen eines zu projizierenden Projektionsbildes; – ein optisches System zum Lenken des Projektionsbilds zur Anzeige in dem Anzeigebereich der Windschutzscheibe gemäß einem Projektionsstrahlengang; – eine Sensoreinheit, die ausgerichtet ist, um mindestens ein optisches Element des optischen Systems für eine sensorische Erfassung einer Sensorinformation in oder über einen Sensorbereich der Windschutzscheibe über einen Sensorstrahlengang zu nutzen, wobei der Projektionsstrahlengang und der Sensorstrahlengang über ihre gesamten Verläufe unterschiedlich sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Projektionsanzeigesysteme, insbesondere Head-up-Displays zur Projektion eines Anzeigebildes in einen Bereich der Windschutzscheibe. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sensorik zur Erfassung von Umgebungsparametern, wie beispielsweise einer Außentemperatur, eines Auftretens von Regen oder Nebel sowie Sensorik für die Beobachtung der Augen des Fahrers für das sogenannte Eye-Tracking, insbesondere für eine Müdigkeitserkennung oder dergleichen.
Technischer Hintergrund
Projektionsanzeigesysteme werden im Fahrzeug zur Einblendung von wichtigen Fahr- bzw. Fahrzeuginformationen in die Windschutzscheibe verwendet. Projektionsanzeigesysteme sind an der Oberseite des Armaturenbretts angeordnet und richten ein Projektionsbild auf einen Anzeigebereich der Windschutzscheibe, so dass ein dort erscheinendes Anzeigebild eine Wahrnehmung der Fahrzeugumgebung im Anzeigebereich überlagert.
Derartige Projektionsanzeigesysteme weisen eine Optik auf, die in der Regel einen oder mehrere Fokussierspiegel aufweisen, um das Anzeigebild auf den Anzeigebereich zu richten und dieses dort für den Fahrer in einer wahrnehmbaren Abbildungsschärfe darzustellen.
Weiterhin kann in Kraftfahrzeugen eine Sensorik vorgesehen sein, die in einem Bereich der Windschutzscheibe angeordnet ist. Beispielsweise werden Regensensoren verwendet, um einen Grad eines Beschlags oder einer Regentropfenbeaufschlagung der Windschutzscheibe anzugeben. Da ein herkömmlicher Regensensor jedoch in einem Bereich der Windschutzscheibe angeordnet ist, in dem dieser die Sicht des Fahrers in die Fahrzeugumgebung nicht behindert, stellt die Angabe des Regensensors nicht die tatsächlichen Sichtverhältnisse durch den Sichtbereich der Windschutzscheibe dar. Weiterhin können auch Temperatursensoren an der Windschutzscheibe vorgesehen sein, die außerhalb des Sichtbereichs angebracht sind und dadurch eine Temperatur ebenfalls nur an einem Seitenbereich der Windschutzscheibe messen.
Insbesondere durch variierende Strömungsverhältnisse an der Windschutzscheibe können die durch die Fahrzeugsensorik erfassten Angaben von den im Sichtbereich der Windschutzscheibe vorherrschenden tatsächlichen Gegebenheiten, wie Feuchtigkeitsbeaufschlagung und Temperatur, abweichen. Weiterhin ist dadurch, dass die Sensorik außerhalb des Sichtfeldes angeordnet werden muss, die für die Erfassung der notwendigen Fahr- oder Fahrzeugparameter nutzbare Fläche begrenzt, da das Sichtfeld des Fahrers nicht eingeschränkt werden darf.
Aus der Druckschrift WO 2011/063779 ist ein Head-up-Display bekannt, bei dem ein Strahlengang einer Kamera so in den Strahlengang der Projektionseinheit des Head-up-Displays gekoppelt ist, dass der Strahlengang des Head-up-Displays über ein zusätzliches optisches Element zur Strahlteilung, wie z.B. ein halbdurchlässiger Spiegel oder ein optisches/mechanisches Element, genutzt wird, um einen Fahr- oder Fahrzeugparameter im Anzeigebereich mit Hilfe einer Kamera zu erfassen.
Nachteilig bei diesem Head-up-Display ist jedoch, dass dazu ein Strahlteiler in den Strahlengang des Anzeigesystems eingebracht werden muss, wodurch die Lichtstärke zur Anzeige von Informationen abgeschwächt wird. Zur Beibehaltung der Lichtstärke der projizierten Anzeige des Anzeigebilds auf den Anzeigebereich muss daher eine lichtstärkere Projektionseinheit vorgesehen werden.
Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 1 333 410 B1 ein Projektionsanzeigesystem in Form eines Head-up-Displays bekannt, in dessen Strahlengang mit Hilfe eines Strahlteilers eine Kamera eingekoppelt ist, um durch Reflexion in der Optik des Projektionsanzeigesystems der Innenseite der Windschutzscheibe ein Bild der Augen des Fahrers zu erfassen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Projektionsanzeigesystem zur Verfügung zu stellen, mit dem in verbesserter Weise Fahr- und Fahrzeugparameter erfasst werden können. Dabei soll der Nachteil des Standes der Technik insbesondere eine Abschwächung der Lichtstärke des projizierten Anzeigebildes vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Projektionsanzeigesystem zur Projektion eines Anzeigebildes auf einem Anzeigebereich einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1 sowie durch das Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Projektionsanzeigesystem zum Projizieren eines Projektionsbilds auf einen Anzeigebereich einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:

– eine Projektionseinheit zum Bereitstellen eines zu projizierenden Projektionsbildes;
– ein optisches System zum Lenken und/oder Fokussieren des Projektionsbilds zur Anzeige in dem Anzeigebereich der Windschutzscheibe gemäß einem Projektionsstrahlengang;
– eine Sensoreinheit, die ausgerichtet ist, um mindestens ein optisches Element des optischen Systems für eine sensorische Erfassung einer Sensorinformation in oder über einen Sensorbereich der Windschutzscheibe gemäß einem Sensorstrahlengang zu nutzen,

Eine Idee des obigen Projektionsanzeigesystems besteht darin, zur Erfassung einer Sensorinformation einen für die Projektion des Projektionsbildes auf die Anzeigefläche verwendeten, vollständig unterschiedlichen Strahlengang (d.h. keine Abschnitte der Strahlengänge verlaufen parallel zueinander) unter Verwendung eines optischen Elements des Projektionssystems zu nutzen. Auf diese Weise bleibt der Projektionsstrahlengang des Projektionssystems unbeeinträchtigt und kann in herkömmlicher Weise ausgebildet werden, um durch Projektion ein Anzeigebild in dem Anzeigebereich darzustellen.
Durch die zusätzliche Verwendung eines oder mehrerer der optischen Elemente des Projektionssystems zum Definieren eines von dem Projektionsstrahlengang verschiedenen Sensorstrahlengangs kann eine Sensorinformation durch die Baugruppe des Projektionsanzeigesystems erfasst werden. Insgesamt ist es dadurch möglich, eine sich mit der im Anzeigebereich ganz oder teilweise überdeckende Sensorfläche für die Detektion der Sensorinformation zu nutzen. Dadurch kann das eine oder die mehreren optischen Elemente des Projektionssystems auch zum Aufbau eines Sensorstrahlengangs genutzt werden.
Weiterhin kann das mindestens eine optische Element eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen:

– einen Umlenkspiegel,
– eine Fokussierlinse,
– einen Fokussierspiegel und
– eine Sammellinse.

Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit eine oder mehrere der folgenden Sensoreinrichtungen umfasst:

– einen Beschlags- oder Regensensor zur Erfassung einer Benetzung einer Außenseite der Windschutzscheibe mit Feuchtigkeit oder Tropfen;
– einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Windschutzscheibe durch eine Strahlungsmessung;
– eine Augendetektionseinrichtung zur Nachverfolgung der Augenbewegung oder zum Detektieren eines Augenzustands; und
– einen Helligkeitssensor zur Erfassung einer Helligkeit der Fahrzeugumgebung.

Weiterhin kann die Sensoreinheit in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit liegen, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung L und zu einer Vertikalrichtung V des Kraftfahrzeugs verläuft.
Alternativ kann die Sensoreinheit in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit liegen, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung L und zu einer Breitenrichtung V des Kraftfahrzeugs verläuft.
Alternativ kann die Sensoreinheit in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit liegen, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung L und geneigt zu einer Breitenrichtung V des Kraftfahrzeugs verläuft.
Insbesondere kann die Sensoreinheit mehrere Kameras als Sensoreinrichtungen aufweisen, die links und rechtsseitig der Projektionseinheit bezüglich der Breitenrichtung angeordnet sind und die jeweils einem Auge eines Benutzers zugeordnet sind, um eine Augendetektionsfunktion auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug mit einer Windschutzscheibe und dem obigen Projektionsanzeigesystem vorgesehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer Ausführungsform; und
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Projektionsanzeigesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Projektionsanzeigesystems 1 in einem Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs. Das Projektionsanzeigesystem 1 weist eine Projektionseinheit 2 auf, durch die ein elektronisch generiertes Projektionsbild über ein optisches System 3 mit einem oder mehreren optischen Elementen 31, wie z.B. einem oder mehreren Umlenkspiegeln, Fokussierspiegeln und dergleichen auf einen Anzeigebereich A einer Windschutzscheibe 4 des Kraftfahrzeugs gerichtet wird. Neben umlenkenden und/oder fokussierenden Spiegeln können als optische Elemente 31 auch Linsen in dem optischen System 3 vorgesehen sein, um den entsprechenden Projektionsstrahlengang PS zu definieren.
Mindestens eines der optischen Elemente des optischen Systems 3 bewirkt eine Fokussierung des von der Projektionseinheit 2 bereitgestellten Projektionsbildes, so dass ein Anzeigebild in geeigneter Weise im Anzeigebereich A dargestellt wird.
Die Projektion auf den Anzeigebereich A ist so ausgelegt, dass ein Fahrer 5 die durch das Projektionsbild anzugebende Information als ein Anzeigebild in dem Anzeigebereich A wahrnehmen kann.
Es ist eine Sensoreinheit 6 vorgesehen, die über das optische System 3 einen Sensorstrahlengang SS definiert, der einen Zustand in einem Sensorbereich S der Windschutzscheibe 4 detektiert. Dabei können je nach verwendeter Sensoreinheit 6 Sensorgrößen oder Kamerabilder als Sensorinformation erfasst werden. Der Sensorbereich S ist insbesondere ein Teil eines Sichtbereichs der Windschutzscheibe 4, d.h. ein Bereich der Windschutzscheibe 4, durch den der Fahrer 5 das Geschehen in der Fahrzeugumgebung wahrnehmen kann. Der Sensorbereich S kann den Anzeigebereich A zumindest teilweise überlappen.
Die Sensoreinheit 6 kann eine oder mehrere der folgenden Sensoreinrichtungen umfassen:

– einen Beschlags- oder Regensensor zur Erfassung einer Benetzung einer Außenseite der Windschutzscheibe 4 mit Feuchtigkeit oder Tropfen;
– einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Windschutzscheibe durch einen Strahlungsmesser;
– eine Augendetektionseinrichtung für das sogenannte Eye-Tracking, d.h. das Nachverfolgen der Augenbewegung, um beispielsweise Funktionen, wie eine Müdigkeitserkennung oder dergleichen auszuführen; und
– einen Helligkeitssensor zur Erfassung einer Helligkeit der Fahrzeugumgebung.

Ein Beschlags- oder Regensensor kann beispielsweise durch Aussenden von Licht, das über das optische System 3 auf den Sensorbereich S gerichtet wird, und durch Messung des Anteils des von im Sensorbereich S zurückreflektierten Lichts ein Maß von Beschlag oder Tropfen an der Außenseite der Windschutzscheibe 4 im Bereich des Sensorbereichs S erfassen. Der Beschlags- oder Regensensor kann alternativ mit Hilfe einer Kamera ausgebildet sein, der ein Muster von Regentropfen auf dem Sensorbereich S bzw. von Beschlag auf dem Sensorbereich S mit Hilfe von geeigneten Bilderkennungsverfahren erkennen kann und so ein Auftreten von Regen detektieren kann.
Bei einem Temperatursensor als Sensoreinrichtung kann eine von dem Sensorbereich S ausgesandte Wärmestrahlung über das optische System 3 auf den Temperatursensor gerichtet werden, wodurch die Temperatur der Windschutzscheibe 4 in dem Sensorbereich S erfasst werden kann.
Eine als Helligkeitssensor ausgebildete Sensoreinrichtung kann die Helligkeit des durch den Sensorbereich S der Windschutzscheibe 4 über das optische System 3 auf den Helligkeitssensor fallende Umgebungslicht festzustellen.
Weiterhin kann bei einem Augenerkennungssensor als Sensoreinrichtung eine Kamera so auf das optische Element 31 des optischen Systems 3 gerichtet sein, dass ein im Sensorbereich S reflektiertes Abbild eines Kopfbereichs K, in dem sich in der Regel die Augen des Fahrers befinden, wenn der Fahrer seinen ordnungsgemäßen Platz im Fahrzeug eingenommen hat, durch die Sensoreinheit 6 erfasst werden kann. Durch einen geeigneten Bilderkennungsalgorithmus können die Positionen der Augen erkannt werden und deren Zustand, z.B. geöffnet oder geschlossen, deren Blickrichtung, d.h. die Richtung der optischen Achse der Augen, erfasst werden und für entsprechende Fahrerassistenzfunktionen genutzt werden.
Die Anordnung der Sensoreinheit 6 kann wie in 1 dargestellt, in einer optischen Ebene bezüglich der Projektionseinheit 2 sein, die parallel zu einer Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs und zu einer Vertikalrichtung V des Kraftfahrzeugs verläuft.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinheit 6 wie in der Darstellung der 2 auch seitlich, d.h. in Breitenrichtung B des Kraftfahrzeugs, versetzt sein, so dass der Sensorstrahlengang SS seitlich quer ab vom Projektionsstrahlengang PS verläuft, so dass sich der Sensorbereich S seitlich versetzt zum Anzeigebereich A auf der Windschutzscheibe 4 befindet.
Auch können mehrere Sensoreinheiten 6 bzw. eine Sensoreinheit 6 mit mehreren Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, die links und rechtsseitig der Projektionseinheit 2 (bezüglich der Breitenrichtung B) oder oberhalb oder unterhalb der Projektionseinheit 2 (bezüglich der Vertikalrichtung V). Insbesondere kann die Sensoreinheit 6 mehrere Kameras als Sensoreinrichtungen für eine Augendetektionsfunktion aufweisen, die jeweils dem linken oder rechten Auge des Fahrers zugeordnet sind. Insbesondere können die beiden Kameras auch bezüglich der Breitenrichtung B beidseitig der Projektionseinheit 2 versetzt sein.
Das Projektionsanzeigesystem 1 hat somit den Vorteil, dass ein oder mehrere optische Elemente 31 des optischen Systems 4 sowohl für die Projektion des Projektionsbildes im Anzeigebereich A als auch zur sensorischen Erfassung einer Sensorinformation in einem bzw. über einen Sensorbereich S benutzt werden können. Dabei kommt es zur ungestörten Überlagerung des Projektionsstrahlengangs PS und des Sensorstrahlengangs SS, und es sind keine weiteren optischen Elemente notwendig, um den Sensorstrahlengang SS in den Projektionsstrahlengang PS des Projektionsanzeigesystems 1 einzukoppeln. Somit wird durch das Vorsehen der Sensoreinheit 6 keine Abschwächung der Lichtstärke des Projektionsstrahlengangs PS aus der Projektionseinheit 2 bewirkt.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsanzeigesystem
2: Projektionseinheit
3: optisches System
31: optisches Element
4: Windschutzscheibe
5: Fahrer
6: Sensoreinheit
A: Anzeigebereich
S: Sensorbereich
PS: Projektionsstrahlengang
SS: Sensorstrahlengang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/063779 [0006]
EP 1333410 B1 [0008]

Claims

Projektionsanzeigesystem (1) zum Projizieren eines Projektionsbilds auf einen Anzeigebereich (A) einer Windschutzscheibe (4) eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – eine Projektionseinheit (2) zum Bereitstellen eines zu projizierenden Projektionsbildes; – ein optisches System (3) zum Lenken des Projektionsbilds zur Anzeige in dem Anzeigebereich (A) der Windschutzscheibe (4) gemäß einem Projektionsstrahlengang (PS); – eine Sensoreinheit (6), die ausgerichtet ist, um mindestens ein optisches Element (31) des optischen Systems (3) für eine sensorische Erfassung einer Sensorinformation in oder über einen Sensorbereich (S) der Windschutzscheibe (4) gemäß einem Sensorstrahlengang (SS) zu nutzen, wobei der Projektionsstrahlengang (PS) und der Sensorstrahlengang (SS) über ihre gesamten Verläufe unterschiedlich sind.
Projektionsanzeigesystem (1) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine optische Element (31) eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst: – einen Umlenkspiegel, – eine Fokussierlinse; – einen Fokussierspiegel und – eine Sammellinse.
Projektionsanzeigesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoreinheit (6) eine oder mehrere der folgenden Sensoreinrichtungen umfasst: – einen Beschlags- oder Regensensor zur Erfassung einer Benetzung einer Außenseite der Windschutzscheibe mit Feuchtigkeit oder Tropfen; – einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur der Windschutzscheibe durch einen Strahlungsmesser; – eine Augendetektionseinrichtung zur Nachverfolgung der Augenbewegung oder zum Detektieren eines Augenzustands; und – einen Helligkeitssensor, um eine Helligkeit der Fahrzeugumgebung zu erfassen.
Projektionsanzeigesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoreinheit (6) in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit (2) liegt, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung (L) und zu einer Vertikalrichtung (V) des Kraftfahrzeugs verläuft.
Projektionsanzeigesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoreinheit (6) in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit (2) liegt, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung (L) und zu einer Breitenrichtung (V) des Kraftfahrzeugs verläuft.
Projektionsanzeigesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensoreinheit (6) in einer optischen Ebene mit der Projektionseinheit (2) liegt, wobei die optische Ebene parallel zu einer Längsrichtung (L) und geneigt zu einer Breitenrichtung (V) des Kraftfahrzeugs verläuft.
Projektionsanzeigesystem (1) nach Anspruch 5, wobei die die Sensoreinheit (6) mehrere Kameras als Sensoreinrichtungen aufweist, die links und rechtsseitig der Projektionseinheit (2) bezüglich der Breitenrichtung (B) angeordnet sind, die jeweils einem Auge eines Benutzers zugeordnet sind, um eine Augendetektionsfunktion auszuführen.
Kraftfahrzeug mit einer Windschutzscheibe (4) und einem Projektionsanzeigesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.