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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Projektionseinrichtungen zum Projizieren einer Information auf einen Bereich einer Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung so genannte Blickfeldanzeigevorrichtungen bzw. Head-up-Anzeigeeinrichtungen, und Maßnahmen zum Anzeigen einer Anzeigeinformation auf verschiedenen virtuellen Abbildungsebenen.
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Technischer Hintergrund
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Blickfeldanzeigevorrichtungen, die Fahrzeuginformationen in einen Bereich der Windschutzscheibe projizieren, so genannte Head-up-Anzeigeeinrichtungen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird durch eine Projektionseinheit ein Bild über ein Optiksystem auf einen Projektionsschirm projiziert und dieses auf einen Reflexionsbereich der Windschutzscheibe oder eine zusätzliche Combiner-Scheibe abgebildet. Auf diese Weise kann ein Fahrer das abgebildete Bild durch den Reflexionsbereich der Windschutzscheibe wahrnehmen. Das Bild wird durch das Optiksystem in einer virtuelle Abbildungsebene dargestellt, die außerhalb des Fahrzeugs typischerweise zwischen 2 bis 15 m vordem Fahrzeug angeordnet ist, um ein Refokussieren der Augen des Fahrers möglichst zu vermeiden oder zu minimieren. Dadurch können die virtuelle Abbildung und die Fahrzeugumgebung vom Fahrer als überlagert wahrgenommen werden.
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Ein solches Abbildungssystem ist in der Lage, ein durch die Projektionseinheit projiziertes zweidimensionales Bild auf eine zweidimensionale virtuelle Abbildungsebene zu projizieren. Eine Darstellung einer dreidimensionalen Abbildung ist dadurch prinzipbedingt nicht möglich. Ein dreidimensionaler Eindruck kann nur durch den Einsatz von 3D-Graphikeffekten, wie perspektivische Verzerrung, Größenskalierung und dergleichen erreicht werden.
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Zur Erzeugung von zwei räumlich angeordneten virtuellen Abbildungsebenen bei einer Projektionsanzeigeeinrichtung der oben beschriebenen Art schlägt die Druckschrift
DE 10 2009 046 935 vor, zwei Reflektoren vorzusehen, die in unterschiedlichem Abstand von einer Projektionseinheit angeordnet sind. Der der Projektionseinheit nähere Reflektor ist ausgebildet, um Licht zumindest einer ersten Wellenlänge zu reflektieren und Licht von zumindest einer zweiten Wellenlänge zu transmittieren, so dass das Licht der zweiten Wellenlänge an dem zweiten Reflektor reflektiert wird. Durch den unterschiedlichen Abstand der Reflektoren von der Projektionseinheit können verschiedene virtuelle Abbildungsebenen mit unterschiedlichem Abstand von einem Betrachter dargestellt werden.
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Alternativ schlägt die Druckschrift
DE 10 2012 210 445 A1 vor, zwei in Blickrichtung hintereinander angeordnete virtuelle Abbildungsebenen durch Überlagerung von zwei Projektionsbildern von einer ersten und einer zweiten Lichtquelle über einen halbdurchlässigen Spiegel zu erreichen (siehe auch
JP 2003/237412 und
US 6,359,737 ).
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Aus der Druckschrift
DE 10 2013 2018 108 A1 ist ein helles Display mit einer Bilderzeugungseinrichtung bekannt. Ein reales Bild wird über mindestens einen Spiegel zu einem Combiner reflektiert und von dort in Richtung eines Betrachters reflektiert, so dass der Betrachter ein virtuelles Bild hinter dem Combiner wahrnehmen kann. Wenigstens ein Spiegel weist zwei Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsfeldern auf, wobei den unterschiedlichen Krümmungsfeldern unterschiedliche Bereiche der Bilderzeugungseinrichtung zugeordnet sind.
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Ein solches Head-up-Display hat den Nachteil, dass das Strahlvolumen erst vor dem Display über den Spiegel mit unterschiedlichen Krümmungsfeldern fokussiert wird. Dadurch entsteht ein breites Lichtstrahlvolumen, das eine vergleichsweise große Auslegung der Lichtschächte benötigt. Außerdem können parasitäre Bilder nur mit erheblichem Aufwand unterdrückt werden, die dadurch entstehen, wenn Bildinhalte eines Display-Bereichs im falschen Bildsichtbereich dargestellt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Blickfeldanzeigesystem für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei der eine Abbildung auf mehreren virtuellen Abbildungsebenen möglich ist, die in unterschiedlicher Entfernung von einem Betrachter wahrgenommen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Head-Up-Anzeige gemäß Anspruch 1, die Blickfeldanzeigevorrichtung und das Blickfeldanzeigesystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionseinrichtung für ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Head-Up-Anzeige in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine erste Projektionseinheit zum Bereitstellen eines ersten Projektionsbilds;
- - eine Projektionsöffnung, durch die Projektionsbilder auf eine Reflexionsbereich einer Anzeigescheibe zu richten sind;
- - eine Abbildungsoptik mit einem Faltspiegel und einem Fokussierelement, wobei das erste Projektionsbild über den Faltspiegel auf ein erstes Krümmungsfeld des Fokussierelements gerichtet ist, und
- - eine oder mehrere weitere Projektionseinheiten, die ein jeweiliges Projektionsbild durch die Projektionsöffnung richten, wobei die erste und die eine oder mehreren weiteren Projektionseinheiten unterschiedliche optische Fokussierungen aufweisen.
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Eine Idee der obigen Projektionseinrichtung eines Blickfeldanzeigesystems besteht darin, mehrere in Blickrichtung hintereinander angeordnete virtuelle Abbildungsebenen zu erhalten, indem mehrere Projektionseinheiten mit unterschiedlichem optischem Abstand von einem Reflexionsbereich einer Anzeigescheibe angeordnet werden. Dabei kann ein Faltspiegel gemeinsam genutzt werden, um den Bauraum für die Anordnung der Projektionseinheiten möglichst zu reduzieren.
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Insbesondere sieht die Optik die Reflexion des jeweiligen Projektionsbildes an einem Faltspiegel und anschließend ein optisches Fokussierelement, insbesondere einen Spiegel oder eine Linse, mit mehreren Krümmungsfeldern für die jeweiligen Projektionsbilder vor, so dass ein kompakter Strahlengang für mehrere Projektionsbilder erreicht werden kann.
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Insgesamt kann durch die Nutzung des Faltspiegels zum Definieren von verschiedenen Strahlengängen für die mehreren Projektionseinheiten auch für ein Blickfeldanzeigesystem zur Darstellung mehrere Abbildungsebenen kompakt aufgebaut werden. Durch die Platzierung des optischen Fokussierelements im Strahlengang zwischen dem Reflexionsbereich der Anzeigescheibe und dem Faltspiegel kann das Projektionsstrahlvolumen zwischen den Spiegeln verkleinert werden, wodurch es möglich ist, den benötigten Bauraum in Fahrtrichtung zu reduzieren. Durch die Wahl des Winkels zwischen den verschiedenen Projektionseinheiten und dem Faltspiegel können parasitäre Bilder in einfacher Weise vermieden werden.
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Auch können im Gegensatz zu der Blickfeldanzeigevorrichtung mit einer einfachen Projektionseinheit die verschiedenen Abbildungen ohne Überlappung dargestellt werden, wodurch ein größerer Raumwinkelbereich für die Darstellung von Bildinhalten erreicht werden kann.
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Weiterhin kann eine zweite Projektionseinheit zum Bereitstellen eines zweiten Projektionsbildes vorgesehen sein, wobei das zweite Projektionsbild über den Faltspiegel auf ein zweites Krümmungsfeld des Fokussierelements gerichtet ist.
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Insbesondere kann der Winkel zwischen der ersten Projektionseinheit, dem Faltspiegel und der zweiten Projektionseinheit so gewählt werden, dass die Strahlvolumen der Projektionsbilder räumlich getrennt auf das Fokussierelement treffen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, eine dritte Projektionseinheit zum Bereitstellen eines dritten Projektionsbildes vorzusehen, wobei das dritte Projektionsbild unmittelbar durch die Projektionsöffnung gerichtet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Head-Up-Anzeige in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - einen Reflexionsbereich einer Anzeigefläche;
- - die obige Projektionseinrichtung, wobei die Projektionsbilder der ersten und der weiteren Projektionseinheit im Auge des Benutzers als Abbildungen auf verschiedenen virtuellen Abbildungsebenen wahrnehmbar sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Winkel zwischen der ersten Projektionseinrichtung, dem Faltspiegel und der zweiten Projektionseinrichtung so gewählt ist, dass die Abbildungen auf den verschiedenen virtuellen Abbildungsebenen einander nicht überlagern.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein Blickfeldanzeigesystem mit zwei Projektionseinheiten; und
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Blickfeldanzeigesystems mit zwei Projektionseinheiten.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist ein Blickfeldanzeigesystem 1 dargestellt, um eine Abbildung über eine Reflexion in einem Reflexionsbereich 2 einer Anzeigescheibe 3, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, auf das Auge 4 eines Benutzers zu richten. Das Blickfeldanzeigesystem 1 umfasst eine bildgebende Projektionseinrichtung 11, die eine erste und eine zweite Projektionseinheit 12, 13 aufweist.
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Die Projektionseinrichtung 11 ist im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs eingebaut und weist eine Projektionsöffnung 17 auf, durch die die Projektionsbilder auf den Reflexionbereich 2 gerichtet werden. Die Projektionsöffnung 17 kann offen sein oder eine transparente Scheibe aufweisen, um die Projektionseinrichtung 11 vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen.
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Die erste und die zweite Projektionseinheit 12, 13 können über eine Abbildungsoptik 14 ein erstes bzw. ein zweites Projektionsbild ausgeben. Die Projektionsbilder werden in dem Reflexionsbereich 2 in das Auge 4 reflektiert, so dass der Benutzer das erste Projektionsbild in einer ersten Abbildungsebene A1 und das zweite Projektionsbild in einer zweiten dazu bezüglich der Wahrnehmungsentfernung versetzten Abbildungsebene A2 wahrnimmt.
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Die erste Projektionseinheit 12 richtet das abzubildende erste Projektionsbild in Richtung eines Faltspiegels 15 der Abbildungsoptik 14 und anschließend auf ein erstes Krümmungsfeld eines Fokussierelements 16, insbesondere auf ein erstes Krümmungsfeld 16a eines Fokussierspiegels. Dadurch kann das erste Projektionsbild in Richtung des Reflexionsbereichs 2 fokussiert werden, so dass im Auge 4 des Betrachters eine erste Abbildung erzeugt wird, die als das erste Projektionsbild in der ersten Abbildungsebene A1 hinter dem Reflexionsbereich wahrgenommen wird.
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Analog kann eine zweite Projektionseinheit 13 so bezüglich des Faltspiegels 15 angeordnet sein, dass das zweite Projektionsbild auf ein zweites Krümmungsfeld 16b des Fokussierelements 16, insbesondere ein zweites Krümmungsfeld 17 des Fokussierspiegels, gerichtet wird, der das zweite Projektionsbild über den Reflexionsbereich 2 ins Auge 4 des Betrachters richtet. Dadurch kann das zweite Projektionsbild in Richtung des Reflexionsbereichs 2 fokussiert werden, so dass im Auge 4 des Betrachters eine zweite Abbildung erzeugt wird, die als das zweite Projektionsbild in der zweiten Abbildungsebene A2 hinter dem Reflexionsbereich wahrgenommen wird. Dadurch nimmt der Betrachter Projektionsbilder auf verschiedenen Abbildungsebenen A1, A2 wahr, die sich virtuell in verschiedenem Abstand zum Auge 4 des Betrachters befinden.
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Durch die Wahl der Anordnung, insbesondere des Winkels zwischen der ersten Projektionseinheit 12, dem Faltspiegel 15 und der zweiten Projektionseinheit 13 ist es möglich, beide Projektionsbilder voneinander so zu trennen, dass die Darstellung parasitärer Abbildungen, d.h. die Abbildung eines Teils des ersten Projektionsbilds auf der zweiten Abbildungsebene A2 und umgekehrt, vermieden werden kann.
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Die Wahl des Winkels zwischen der ersten Projektionseinheit 12, dem Faltspiegel 15 und der zweiten Projektionseinheit 13 hängt von den Look-down Winkeln, also den Winkelbereichen der virtuellen Bilder ab. Der Winkel wird so gewählt, dass die Strahlvolumen der Projektionsbilder räumlich getrennt auf das gemeinsame Fokussierelement treffen.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 dadurch, dass anstelle oder zusätzlich zur zweiten Projektionseinheit 13 eine dritte Projektionseinheit 18 so angeordnet ist, dass das Bild ohne Ablenkung oder Änderung des Strahlengangs unmittelbar an dem Reflexionsbereich 2 reflektiert wird. Das heißt, das von der dritten Projektionseinheit 13 abgegebene dritte Projektionsbild wird weder am Faltspiegel 15 noch durch das Fokussierelement 16 verändert und kann durch einfache Reflexion an dem Reflexionsbereich 2 von dem Benutzer wahrgenommen werden. Ist der Reflexionsbereich in vertikaler Richtung konkav gekrümmt, so kann dadurch die optische Länge zwischen der dritten Projektionseinheit 13 und dem Auge 4 des Benutzers erhöht werden.
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Die Entfernung der virtuellen Abbildungsebene für das zweite Projektionsbild entspricht einer optischen Länge des Strahlengangs zwischen dem Auge 4 und der dritten Projektionseinheit 18 und hängt von der Krümmung der Windschutzscheibe ab. Insgesamt bieten die obigen konstruktiven Ausgestaltungen einer Blickfeldanzeigeeinrichtung 1 die Möglichkeit, Abbildungen in mehreren Abbildungsebenen A1, A2 zur Verfügung zu stellen, ohne den für die Projektionseinrichtung 11 benötigten Bauraum wesentlich zu erhöhen. Durch die Platzierung des Fokussierelements 16 auf der optischen Strecke zwischen dem Reflexionsbereich 2 und dem Faltspiegel 15 kann das Lichtstrahlvolumen verringert werden, wodurch es möglich ist, den benötigten Bauraum in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blickfeldanzeigesystem
- 2
- Reflexionsbereich
- 3
- Anzeigescheibe
- 4
- Auge
- 11
- Projektionseinrichtung
- 12
- erste Projektionseinheit
- 13
- zweite Projektionseinheit
- 14
- Abbildungsoptik
- 15
- Faltspiegel
- 16
- Fokussierelement
- 16a
- erstes Krümmungsfeld
- 16b
- zweites Krümmungsfeld
- 17
- Projektionsöffnung
- 18
- dritte Projektionseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009046935 [0004]
- DE 102012210445 A1 [0005]
- JP 2003237412 [0005]
- US 6359737 [0005]
- DE 1020132018108 A1 [0006]
