DE102016226116A1

DE102016226116A1 - Head-up Display aufweisend zwei elektrooptische Anzeigen

Info

Publication number: DE102016226116A1
Application number: DE102016226116.9A
Authority: DE
Inventors: Heinrich-Jochen Blume; Britta Lind
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: WO2018114297A1

Abstract

Bei einem Head-up Display aufweisend zwei elektrooptische Anzeigen (101, 102), wobei mittels der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) Bilddarstellungen erzeugbar sind, und die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) über jeweils einen optischen Pfad (S) an eine gemeinsame transparente Scheibe (400) leitbar sind und so für einen Beobachter (E) des Head-up Displays beim Blick auf die transparente Scheibe (400) sowohl die mittels der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) erzeugten Bilddarstellungen als virtuelles Bild (501, 502) als auch die hinter der transparenten Scheibe (400) vorhandene Umwelt wahrnehmbar sind, ist vorgesehen, dass die optischen Pfade (S) jeweils einen ersten Spiegel (301, 302) aufweisen und die ersten Spiegel (301, 302) aneinander angrenzen, dass mittels der ersten Spiegel (301, 302) die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) wider die transparente Scheibe (400) reflektierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-up Display aufweisend zwei elektrooptische Anzeigen. Aus dem Stand der Technik sind derartige Anzeigen bekannt, bei denen mittels der elektrooptischen Anzeigen Bilddarstellungen erzeugbar sind, und die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen über jeweils einen optischen Pfad an eine gemeinsame transparente Scheibe leitbar sind ist und so für einen Beobachter des Head-up Displays beim Blick auf die transparente Scheibe sowohl die mittels der elektrooptischen Anzeigen erzeugten Bilddarstellungen als virtuelles Bild als auch die hinter der transparenten Scheibe vorhandene Umwelt wahrnehmbar sind. Der Beobachter schaut über die transparente Scheibe als Spiegel direkt oder über weitere optische Elemente auf die elektrooptischen Anzeigen. Durch die Spiegel-Eigenschaft der transparenten Scheibe ist anders als bei bekannten Projektionen auf eine Leinwand nur ein begrenzter Bereich vorhanden, von dem aus der Beobachter das Bild vollständig wahrnehmen kann. Dieser Bereich wird auch als Eye-Box bezeichnet. Die Projektionsfläche auf die transparente Scheibe ist bei bekannten Head-up Displays für Kraftfahrzeuge begrenzt, da in dem Kraftfahrzeug nur ein begrenzter Bauraum vorhanden ist und bei zu großen Vergrößerungen im optischen Pfad die Wärmebelastung durch Sonneneinstrahlung die für die elektrooptischen Anzeigen zulässige Wärmebelastung übersteigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Head-up Display der eingangs genannten Art anzugeben, welches zwei elektrooptische Anzeigen und welches einen möglichst kleinen Bauraum aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die optischen Pfade jeweils einen ersten Spiegel aufweisen und die ersten Spiegel aneinander angrenzen. Weiterhin sind mittels der ersten Spiegel die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen wider die transparente Scheibe reflektierbar. Hierdurch wird ein kompakt aufgebautes Head-up Display erhalten, welches eine große Breite der Projektionsfläche erzielt und dennoch die auftretende Wärmebelastung durch eintretende Sonnenstrahlen verkraften kann.
Dadurch, dass die ersten Spiegel des Head-up Displays als ein gemeinsames Bauteil ausgestaltet sind, wird der Montageaufwand für die ersten Spiegel stark reduziert, da nur noch ein Bauteil benötigt und so die Lage der ersten Spiegel zueinander vorbestimmt.
Durch eine asphärisch Ausgestaltung der ersten Spiegel können Verzerrungen ausgeglichen werden, die im optischen Pfad verursacht werden, insbesondere durch die transparente Scheibe.
Wenn die ersten Spiegel des Head-up Displays um eine gemeinsame Drehachse verschwenkbar angeordnet sind ist eine Verschwenkung der Lage der Projektionsfläche auf der transparenten Scheibe leicht realisierbar.
Dadurch, dass die optischen Pfade jeweils einen zweiten Spiegel aufweisen, können die Längen der optischen Pfade vergrößert werden und so ein größerer Abstand des imaginären Bildes von der transparenten Scheibe erreicht werden, ohne dass der erforderliche Bauraum vergrößert werden muss.
Wenn die transparente Scheibe als Windschutzscheibe eines Fahrzeuges ausgestaltet ist, werden kein zusätzliches Bauteil und kein zusätzlicher Bauraum für die transparente Scheibe benötigt. Weiterhin sind auch keine Halteeinrichtung und kein eventueller Antrieb für die Verstellbarkeit der transparenten Scheibe erforderlich.
Die elektrooptischen Anzeigen können grundsätzlich als irgendeine der bekannten elektrooptischen Anzeigen ausgestaltet sein. Eine Ausgestaltung als LCD, TFT, OLED oder DMD erfordert nur einen kleinen Bauraum.
Wenn in dem Head-up Display genau zwei erste Spiegel angeordnet sind und das Head-up Display eine Field-of-view-Größe von 20° mal 4° aufweist, kann dadurch ein kompaktes Head-up Display realisiert werden, welches dennoch eine breite Projektionsfläche anbietet.
Wenn bei der letztgenannten Ausführung des Head-up Displays die Mittenstrahlen der Projektionsflächen (Lookover Winkel) bei -1° und +9° liegen, wird eine optimale Lage der Projektionsfläche des Head-up Displays für ein linksgesteuertes Kraftfahrzeug erreicht.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Head-up Displays in mit einem Beobachter,
2 eine Aufsicht schräg von hinten auf das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Head-up Displays mit einem Beobachter aus 1,
3 Eine Aufsicht auf eine Projektionsfläche auf der transparenten Scheibe aus 2,
4 eine Aufsicht auf zwei erste Spiegel aus 3 mit einem von ihnen reflektierten Pfeil,
5 eine Aufsicht auf mögliche optische Gegebenheiten eines erfindungsgemäßen Head-up Displays über mehreren Fahrbahnen.

In 1 kennt man eine elektrooptische Anzeige 101 mit einer Anzeigefläche 103, einen zweiten Spiegel 201, einen ersten Spiegel 301 mit einer Schwenkachse 303, eine transparente Scheibe 400 mit einer Projektionsfläche 401,ein imaginäres Bild 501 und ein Auge E eines ansonsten nicht dargestellten Beobachters. Auf der Anzeigefläche 103 der ersten elektrooptischen Anzeige 101 wird ein Teil eines Pfeiles dargestellt. Diese Darstellung wird über den zweiten Spiegel 201, den ersten Spiegel 301, die Projektionsfläche 401 der transparenten Scheibe 400 in das Auge E über den optischen Pfad S gespiegelt. Da die transparente Scheibe transparent ist kann der Beobachter mit seinem Auge E auch die sonstige Umgebung von ihm aus gesehen hinter der transparenten Scheibe 400 wahrnehmen. So überlagert sich die Darstellung des Pfeiles mit der wahrgenommenen Umgebung, so dass der auf der Anzeigefläche 103 dargestellte Teil des Pfeiles als imaginäres Bild 501 vom Beobachter aus gesehen hinter der transparenten Scheibe 400 wahrgenommen wird. Der erste Spiegel 301 ist um die Schwenkachse 303 verschwenkbar, so dass das imaginäre Bild 501 gegebenenfalls auch von einer anderen Position des Auges E wahrnehmbar ist.
In 2 erkennt man zusätzlich zu den aus 1 bekannten Bauteilen eine elektrooptische Anzeige 102, einen zweiten Spiegel 202, einen ersten Spiegel 302 eine Projektionsfläche 402 und einen Teil des imaginären Bildes 502. Es sind also zwei komplette Projektionssysteme neben einander angeordnet, wobei die ersten Spiegel 301, 302 aneinander anstoßen. Das Head-up Display mit den Bauteilen 102, 202, 302 und 402 funktioniert so wie das bereits 1 beschriebene Head-up Display. Wenn jetzt auf der ersten elektrooptischen Anzeige 101 das Teilbild dargestellt wird, welches zum imaginären Bild 501 führt und auf elektrooptischen Anzeige 102 das Teilbild dargestellt wird, welches zum imaginären Bild 502 führt, kann der Beobachter mit seinen Augen E das vollständige Bild 501, 502 und somit den dargestellten Pfeil wahrnehmen. Die optischen Pfade S sind derart ausgelegt, dass sich der optische Pfad S ausgehend von der ersten elektrooptischen Anzeige 101 mit dem optischen Pfad S ausgehend von der ersten elektrooptischen Anzeige 102 gerade berührt.
In 3 erkennt man eine transparente Scheibe 400, auf der Projektionsflächen 401, 402 gebildet werden. Diese Projektionsflächen reflektieren die von den ersten Spiegeln 301, 302 auf die transparente Scheibe 400 projizierten Lichtstrahlen, die ihren Ursprung auf den Anzeigeflächen 103, 104 der elektrooptischen Anzeigen 101, 102 haben. Auf der Projektionsfläche 401, kann ein Beobachter mit seinen Augen E die Bilder wahrnehmen, die von der elektrooptischen Anzeige 101 ( 1 und 2) dargestellt werden, auf der Projektionsfläche 402 entsprechend die Bilder, die auf der elektrooptischen Anzeige 102 (2) dargestellt werden. Dabei werden die einzelnen Bilder der elektrooptischen Anzeigen 101, 102 derart ausgewählt, dass auch ein zusammengesetztes Bild wie im Beispiel der dargestellte Pfeil, der aus den Teilen der imaginären Bilder 501, 502 besteht, gegebenenfalls wahrgenommen werden kann. Man erkennt, dass die Ränder des Pfeiles 501, 502 gerade erscheinen. Es ist auch möglich, auf den elektrooptischen Anzeigen 101, 102 auch verschiedene Bilder darzustellen, die unabhängig voneinander sind und so nebeneinander wahrnehmbar sind.
Die ersten Spiegel 101, 102 in 4 stoßen erfindungsgemäß mit ihren Kanten 1010, 1020 aneinander an. Dabei sind die Übergänge zwischen den Spiegeln derart ausgestaltet, dass sie im imaginären Bild 1501, 502 in 3 nicht sichtbar sind. Es ist auch möglich, die beiden Spiegel 101, 102 zusammen als ein Teil herzstellen, was die Montage der Spiegel 101, 102 vereinfacht. Der Pfeil ist so dargestellt, wie er gesehen würde, wenn man direkt auf die ersten Spiegel 101, 102 blicken würde. Man kann erkennen, dass die Ränder des Pfeiles nicht gerade sind. Dies liegt an den Verzerrungen, die auch von den ersten Spiegeln 101, 102 verursacht werden, um die sonstigen auftretenden Verzerrungen zu kompensieren, so dass das imaginäre Bild 501, 502 unverzerrt erscheint.
5 zeigt die transparente Scheibe 400, Mittelpunkte 4010, 4020 der Projektionsflachen 401, 402 das Auge E eines Beobachters und eine Straße R, auf der sich ein ansonsten nicht dargestelltes Fahrzeug mit der transparenten Scheibe 400 des ansonsten in 5 nicht dargestellten Head-up Displays. Der Mittelpunkt der Projektionsfläche 401 ( 1 - 3) liegt bei -1°, der Mittelpunkt der Projektionsfläche 402 (2 + 3) liegt bei +9°. Es sind auch andere Lagen möglich, doch diese Lage ist beispielweise bei einer Gesamtbreite der ersten Spiegel 101 und 102 von ca. 520 mm am geeignetsten, um ein Augmented Reality Head-up Display zu realisieren.

Claims

Head-up Display aufweisend zwei elektrooptische Anzeigen (101, 102), wobei mittels der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) Bilddarstellungen erzeugbar sind, und die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) über jeweils einen optischen Pfad (S) an eine gemeinsame transparente Scheibe (400) leitbar sind und so für einen Beobachter (E) des Head-up Displays beim Blick auf die transparente Scheibe (400) sowohl die mittels der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) erzeugten Bilddarstellungen als virtuelles Bild (501, 502) als auch die hinter der transparenten Scheibe (400) vorhandene Umwelt wahrnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Pfade (S) jeweils einen ersten Spiegel (301, 302) aufweisen und die ersten Spiegel (301, 302) aneinander angrenzen, dass mittels der ersten Spiegel (301, 302) die Lichtstrahlen der elektrooptischen Anzeigen (101, 102) wider die transparente Scheibe (400) reflektierbar sind.
Head-up nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spiegel (301, 302) des Head-up Displays als ein gemeinsames Bauteil ausgestaltet sind.
Head-up nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spiegel (301, 302) asphärisch ausgestaltet sind.
Head-up nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spiegel (301, 302) des Head-up Displays um eine gemeinsame Drehachse (303) verschwenkbar angeordnet sind.
Head up nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Pfade (S) jeweils einen zweiten (201, 202) Spiegel aufweisen.
Head up nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Scheibe (400) als Windschutzscheibe eines Fahrzeuges ausgestaltet ist.
Head up nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrooptischen Anzeigen (101, 102) als hinterleuchtete LCDs oder TFTs, als OLEDs oder Digital Mirror Devices (DMD) ausgestaltet sind.
Head-up Display nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm genau zwei erste Spiegel (101, 102) angeordnet sind und dass das Head-up Display eine Field of view Größe von 20° x 4° aufweist.
Head-up Display nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenstrahlen (4010, 4020) der Projektionsflächen (401, 402) bei -1° und +9° liegen.