DE102017130376A1

DE102017130376A1 - Anzeigevorrichtung als Head-up Display mit einfacher Eyebox-Verschiebung

Info

Publication number: DE102017130376A1
Application number: DE102017130376.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kuntze; Karl Simonis; Oleg Loginenko
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: DE102017130376B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung (12) als Head-up Display für ein Fahrzeug (10) mit einer Beleuchtungseinheit (14), die ausgeführt ist, Licht (16) zur Darstellung eines virtuellen Bildes (38) beziehungsweise einer virtuellen Anzeige (38) abzustrahlen, und einer Optikeinrichtung (18) mit einer Mehrzahl optischen Elementen (20, 24, 25, 26), die das von der Beleuchtungseinheit (14) abgestrahlte Licht (16) auf ein Anzeigeelement (26) projiziert zur Darstellung des virtuellen Bildes (38) beziehungsweise der virtuellen Anzeige (38) in einer Eyebox (33), wobei die Beleuchtungseinheit (14) zur festen Montage an dem Fahrzeug (10) ausgeführt ist, die Anzeigevorrichtung (12) eine Montagevorrichtung (40) zur festen Montage an dem Fahrzeug (10) aufweist, und die Optikeinrichtung (18) mit einer Verstell Einrichtung (42) verstellbar an der Montagevorrichtung (40) gehalten ist, um in einem montierten Zustand die Darstellung des Bildes (38) bzw. der Anzeige (38) auf dem Anzeigeelement (32) durch das von der Beleuchtungseinheit (14) abgestrahlte Licht (16) anzupassen und die Optikeinrichtung (18) bei der Verstellung relativ zu der Beleuchtungseinheit (14) zu verstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung als Head-up Display für ein Fahrzeug mit einer Beleuchtungseinheit, die ausgeführt ist, Licht zur Darstellung eines virtuellen Bildes beziehungsweise einer virtuellen Anzeige abzustrahlen, und einer Optikeinrichtung mit einer Mehrzahl von optischen Elementen, die das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht auf ein Anzeigeelement projiziert zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige in einer Eyebox.
Es sind verschiedene Anzeigevorrichtungen für Fahrzeuge bekannt, insbesondere nach der Art eines Head-up Displays (HUD). Gelegentlich werden derartige Anzeigevorrichtungen auch als Kopf-oben-Anzeigevorrichtungen bezeichnet, wobei die englische Bezeichnung allerdings auch in der deutschen Sprache Einzug gefunden hat.
Eine derartige Anzeigevorrichtung umfasst üblicherweise eine Beleuchtungseinheit, mit der Licht abgestrahlt werden kann. Ferner umfasst die Anzeigevorrichtung eine Optikeinrichtung, welche beispielsweise einen oder mehrere Spiegel umfassen kann. Mit der Optikeinrichtung kann das von der Bilderzeugungseinrichtung abgestrahlte Licht auf ein Anzeigeelement projiziert werden. Das Anzeigeelement weist eine semitransparente Spiegelfläche auf. Diese semitransparente Spiegelfläche kann beispielsweise durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Ferner sind Anzeigevorrichtungen bekannt, die einen sogenannten Combinerspiegel beziehungsweise Kombinierspiegel aufweisen, der die semitransparente Spiegelfläche umfasst. Durch eine Überlagerung der auf den Spiegel projizierten Information, welche von diesem reflektiert wird, mit einer durch den Spiegel hindurch scheinenden Information aus einer hinter dem Spiegel gelegenen Umgebung kann somit ein virtuelles Bild beziehungsweise eine virtuelle Anzeige bereitgestellt werden.
Derartige Anzeigevorrichtungen werden in einem Innenraum des Fahrzeugs montiert. Die virtuelle Anzeige wird üblicherweise in einer sogenannten Eyebox für einen Fahrzeugführer erzeugt. Die Eyebox beschreibt einen Bereich in dem Innenraum des Fahrzeugs, in dem sich die Augen des Fahrzeugführers befinden müssen, um das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige der Anzeigevorrichtung sehen zu können. Bei einer Bewegung der Augen aus der Eyebox hinaus, kann der Fahrzeugführer das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige nicht mehr wahrnehmen.
Insbesondere bei HUD Anwendungen ist es eine große Herausforderung, die Eyebox, d.h. den Bereich, in dem ein Fahrer das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige sehen kann, homogen auszuleuchten. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Eyebox so zu positionieren und zu verschieben, dass jeder Fahrzeugführer unabhängig von seiner Körpergröße das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige gleichermaßen gut und vor allem auch an der korrekten Position sehen kann. Letzteres ist insbesondere bei der Verwendung von HUDs für Augmented Reality (AR) Anwendungen essentiell, da hier beispielsweise eine Anzeige auf einem Objekt außerhalb des Fahrzeuges dargestellt werden muss und zwar unabhängig von der Körpergröße des Fahrzeugführers.
Bei Head-Up Display Displays gibt es verschiedene Konzepte, um das virtuelle Bild in den Sichtbereich von verschiedenen Fahrern zu bewegen. Diesen Konzepten gemein ist, dass die für den Fahrzeugführer sichtbare statische Eyebox verschoben wird. Dabei kann der gesamte Verstellbereich Eyebox genannt werden.
Die Verstellung wird überwiegend durch eine mechanische Verstellung optischer Komponenten innerhalb der Optikeinrichtung erreicht. Alternativ kann das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige verschoben werden. Dabei ist nachteilig, dass ein Betrachtungswinkel, auch Look Down-Winkel genannt, des Fahrzeugführers auf das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige verändert wird. Auch ändert sich dadurch die relative Position des virtuellen Bildes bzw. der virtuellen Anzeige beispielsweise gegenüber einem Objekt außerhalb des Fahrzeuges.
Letzteres kann bei einem „normalen HUD“ prinzipiell ausreichend sein, führt bei einem HUD mit Augmented Reality Inhalten oder einem kontaktanalogem HUD zu großen Problemen. Bei einem solchen Head-up Display wird nämlich das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige der realen Umgebung überlagert, so dass eine kontaktanaloge Anzeige entsteht. Für den Fahrzeugführer verschmelzen dadurch das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige und die Realität. Das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige wird räumlich als Teil der Realität wahrgenommen und interagiert mit dieser in Echtzeit. Es entsteht eine gemischte Realität, bei welcher der realen Welt eine virtuelle Realität visuell überlagert wird. Dabei muss die virtuelle Information für den Fahrer in allen drei Raumrichtungen den Anspruch der Ortskorrektheit erfüllen. Hierin ist der wesentliche technische Unterschied zu einem herkömmlichen Head-up-Display zu sehen, da die Distanz des virtuellen Bildes nicht fix in einer Entfernung von zwei bis drei Metern liegen kann und zusätzlich in der Regel die Entfernung des virtuellen Bildes um ein Vielfaches größer ist.
Bei einem solchen HUD für Augmented Reality Anwendungen oder einem kontaktanalogem HUD muss der Look Down-Winkel bzw. der Betrachtungswinkel für alle Fahrzeugführer im Wesentlichen gleichbleiben bzw. in speziellen Grenzbereichen, beispielsweise bei einem sehr kleinen Fahrzeugführer, angepasst werden, damit die virtuelle Information im Raum an der gleichen Position liegt und jedem Fahrer dieselben Informationen zur Verfügung stehen. Ansätze, um dieses über kombinierte verstellbare Spiegel zu lösen, führen oft zu Bauraum-Problemen. Auch wird die HUD-Öffnung, d.h. ein oberseitiges Deckglas der Optikeinrichtung, dabei sehr groß, um das gesamte Strahlvolumen für alle Fahrzeugführer durch die HUD-Öffnung abdecken zu können.
Darüber hinaus sind Look Down-Winkel bei HUD mit Augmented Reality Inhalten typischerweise anders einzustellen als bei „normalen HUD“. Ähnliches gilt für eine Projektionsdistanz der virtuellen Anzeige. Übliche HUD, also die vorgenannten „normalen HUD“, haben typischerweise eine Projektionsdistanz zwischen zwei und fünf Metern, und einen Look Down-Winkel größer als 3°, beispielsweise 3,5°bis 5°. Demgegenüber haben HUD mit Augmented Reality typischerweise eine Projektionsdistanz zwischen sieben und fünfzehn Metern, und einen Look Down-Winkel von etwa 2° bis 3°.
Darüber hinaus sind HUD Systeme bekannt, die eine Beleuchtungseinheit (PGU) besitzen, die für das jeweilige HUD-System angepasst und neu positioniert werden muss. Insbesondere für AR-HUD Anwendungen wird oft eine spezielle PGU verwendet. Dadurch muss aber immer ein neues Gerät entwickelt und aufgebaut werden.
In diesem Zusammenhang ist aus der WO 2015/011354 A1 eine Head-up-Anzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle zur Erzeugung Lichtstrahls zur Darstellung von anzuzeigenden Informationen, einem teiltransparenten Reflektor, der den von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahl auf einen Benutzer derart reflektiert, dass er die Information in der Form eines virtuellen Bildes wahrnimmt, wobei die Vorrichtung einen Ausgangsspiegel umfasst, der so angeordnet ist, dass er den von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahl entlang einer optischen Projektionsachse zum Reflektor reflektiert. Die Lichtquelle und der Ausgangsspiegel sind an einem Rahmen montiert, wobei der Rahmen in Bezug auf den Reflektor beweglich ist.
Aus der WO 2015/045936 A1 ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, mit der eine Struktur einfach realisiert werden kann, bei der die Höhe einer virtuellen Bildanzeige und die Höhe eines peripheren Hintergrunds leicht in Übereinstimmung gebracht werden können, selbst wenn ein Fahrer veranlasst wird, die virtuelle Bildanzeige von weiter entfernt zu erkennen. Die Anzeigevorrichtung ist mit einem Flüssigkristall-Anzeigeelement zum Aussenden eines Anzeigelichts, einem Reflexionsspiegel zum Reflektieren des Anzeigelichts, einem Lichtweg-Einstellteil zum Einstellen eines Lichtwegs des von dem Reflexionsspiegel reflektierten Anzeigelichts und einer lichtdurchlässigen Abdeckung, durch welche das von dem Lichtwegeinstellteil eingestellte Anzeigelicht läuft, ausgeführt. Die Anzeigevorrichtung ist zum Projizieren des von der lichtdurchlässigen Abdeckung austretenden Anzeigelichts auf eine Glaswindschutzscheibe und zum Durchführen einer Anzeige für einen Fahrer ausgeführt. Der Lichtwegeinstellteil ist zum Ändern einer Richtung des Lichtwegs auf einer Fahrerseite relativ zum Reflexionsspiegel angeordnet, und die Höhe des Anzeigelichts wird durch Einstellen eines Intervalls zwischen einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element eingestellt.
Aus der US 7 280 282 B2 ist eine Head-up-Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der eine asphärische Oberfläche eines Reflexionsspiegels ein verzerrtes projiziertes Bild aufweist, das durch Nicht-Planarität einer Windschutzscheibe bei einem vorbestimmten Projektionsbereich darauf verursacht wird. Beim Bewegen eines Augenpunktes eines Fahrzeugführers bewegt ein Einstellmechanismus einen Stopper, der den Reflexionsspiegel drückt, um einen Reflexionswinkel so einzustellen, dass der Reflexionsspiegel Lichtstrahlen zu dem Projektionsbereich reflektiert, und der Projektionsbereich die Lichtstrahlen zu dem Augenbereich reflektiert. Während der Winkeleinstellung halten ein Drückelement und der Stopper den Reflexionsspiegel.
Aus der US 6,654,177 B2 ist ein in einem Fahrzeug verwendbares, in Kopfhöhe ablesbares Anzeigesystem bekannt, das folgende Merkmale aufweist: eine Leuchtanzeigeeinheit zum Anzeigen eines Bildes, das Information über ein Fahrzeug enthält; eine Reflexionsanordnung zum Reflektieren von Licht des Anzeigebildes der Leuchtanzeigeeinheit; eine an einer Windschutzscheibe vor einem Fahrersitz angeordnete durchsichtige Reflexionseinrichtung, die das von der Reflexionsanordnung kommende Licht des Anzeigebildes reflektiert und einen Fahrer ein virtuelles Bild auf der Windschutzscheibe sehen lässt; eine Bewegungsanordnung zum linearen Bewegen der Reflexionsanordnung nach vorn und nach hinten, in Fahrzeugrichtung gesehen; und eine Anzeigebildbewegungsvorrichtung zum Aufwärtsbewegen des Anzeigebildes der Leuchtanzeigeeinheit, wenn sich die Reflexionsanordnung durch die Bewegungsanordnung nach hinten bewegt, und zum Abwärtsbewegen des Anzeigebildes der Leuchtanzeigeeinheit, wenn sich die Reflexionsanordnung durch die Bewegungsanordnung nach vorn bewegt, wobei eine Anzeigeposition in der Weise eingestellt wird, dass der Blickwinkel sich nicht ändert, wenn ein Augenpunkt sich innerhalb eines Augenbereichs ändert.
Auch ist aus der US 6 580 562 B2 eine fahrzeugeigene Anzeigevorrichtung bekannt, bei der ein an einer Anzeigefläche einer Anzeige angezeigtes Bild von einem halbdurchlässigen Spiegel derart reflektiert wird, dass es durch ein in einer Abdeckplatte, die an einer oberen Fläche eines Armaturenbrettes angeordnet ist, ausgebildetes Fenster über das Armaturenbrett hinaus geleitet wird. Damit wird das Bild auf eine Windschutzscheibe projiziert. Der halbdurchlässige Spiegel ist in Längsrichtung des Fahrzeugs bewegbar, so dass die Vertikalposition eines Projektionspunktes oder des Bildes oder auf der Windschutzscheibe derart variierbar ist, dass das Bild dem Vordergrund überlagerbar ist, auf den der Fahrzeugfahrer blickt. Die Abdeckplatte ist derart von einer Abdeckungshaltevorrichtung gehalten, dass sie in Längsrichtung des Fahrzeugs relativ zu einer oberen Fläche des Armaturenbrettes bewegbar ist.
Aus der EP 2 120 084 B1 ist eine Projektionsvorrichtung zur Darstellung von optischen Informationen mittels Einspiegelung eines virtuellen Bildes in das Blickfeld des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bekannt. Solche Vorrichtungen werden auch als Headup-Display bezeichnet. Die Projektionsvorrichtung umfasst eine Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung von die optische Information enthaltenden Lichtstrahlen, zumindest ein optisches Element zur Beeinflussung des Strahlengangs der Lichtstrahlen zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und einer als Combiner wirkenden Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der oben genannten Art als Head-up Display für ein Fahrzeug, die eine zuverlässige Anpassung der Eyebox an Fahrzeugführer beliebiger Größe ermöglicht, gut für die Darstellung von Augmented Reality Inhalten geeignet ist, leicht zu montieren und einfach austauschbar ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist somit eine Anzeigevorrichtung als Head-up Display für ein Fahrzeug angegeben mit einer Beleuchtungseinheit, die ausgeführt ist, Licht zur Darstellung eines virtuellen Bildes beziehungsweise einer virtuellen Anzeige abzustrahlen, und einer Optikeinrichtung mit einer Mehrzahl von optischen Elementen, die das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht auf ein Anzeigeelement projiziert zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige in einer Eyebox, wobei die Beleuchtungseinheit zur festen Montage an dem Fahrzeug ausgeführt ist, die Anzeigevorrichtung eine Montagevorrichtung zur festen Montage an dem Fahrzeug aufweist, und die Optikeinrichtung mit einer Verstelleinrichtung verstellbar an der Montagevorrichtung gehalten ist, um in einem montierten Zustand die Darstellung des Bildes bzw. der Anzeige auf dem Anzeigeelement anzupassen, wobei die Optikeinrichtung relativ zu der Beleuchtungseinheit verstellbar ist.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, die Anpassung der Darstellung des Bildes bzw. der Anzeige auf dem Anzeigeelement an verschiedene Fahrzeugführer dadurch einfach durchführen zu können, dass lediglich die Optikeinrichtung zu der Montagevorrichtung verstellt wird, während die Beleuchtungseinheit fest an dem Fahrzeug angebracht wird. Dies ermöglicht eine einfache Art der Anpassung der Anzeige. Die Beleuchtungseinheit ist dabei im montierten Zustand festgehalten und wird nicht verstellt. Eine Verstellung der Anzeigevorrichtung ändert nicht die Beleuchtungseigenschaften oder die Position der Beleuchtungseinheit. Die Beleuchtungseinheit kann dadurch aber an einem festen Ort im Fahrzeug installiert werden. Ein Kühlkörper zur Kühlung der Beleuchtungseinheit kann somit ideal beispielsweise an einem Anbauteil des Fahrzeugs angebunden werden. Die Effizienz des Kühlkörpers bleibt dabei unabhängig von der Verstellung der Anzeigevorrichtung gleich. Außerdem können sowohl die Optikeinrichtung wie auch die Beleuchtungseinheit jeweils als Ganzes montiert bzw. demontiert werden. Dies erleichtert die Handhabung der Anzeigevorrichtung, insbesondere im Falle eines Austauschs der Optikeinrichtung oder der Beleuchtungseinheit. Durch einen Austausch nur der Optikeinrichtung können verschiedene HUD-Varianten mit derselben Beleuchtungseinheit realisiert und sogar nachträglich angepasst werden. So können beispielsweise HUD mit verschiedenen Größen realisiert werden, wobei dann beispielsweise die Beleuchtungseinheit teilweise deaktiviert werden kann, um nur nutzbares Licht zu der Optikeinrichtung zu leiten. Beispielsweise kann bei Verwendung eines LCD Display in der Beleuchtungseinheit das LCD-Display oder zumindest dessen Hintergrundbeleuchtung teilweise deaktiviert werden, um Energie zu sparen und Abwärme zu verringern. Durch die Anpassung der Darstellung des Bildes bzw. der Anzeige mit der Optikeinrichtung insgesamt ist nur eine kleine HUD-Öffnung notwendig, da nur das Strahlvolumen für die Eyebox die Anzeigevorrichtung verlassen muss. Demgegenüber war es im Stand der Technik beispielsweise bei einer Verstellung optischer Komponenten der Optikeinrichtung erforderlich, eine größere HUD-Öffnung vorzusehen, da die Anpassung der Anzeige auf dem Anzeigeelement ein unterschiedliches Abstrahlverhalten der Anzeigevorrichtung bewirkte.
Auch kann durch die Anpassung der Darstellung des Bildes bzw. der Anzeige ein Look Down-Winkel wie auch eine Projektionsdistanz der virtuellen Anzeige für unterschiedliche Arten von HUD angepasst werden. Dadurch können sowohl bekannte „normale HUD“ verschiedener Ausgestaltung wie auch HUD mit Augmented Reality verwendet und ausgetauscht werden.
Das Anzeigeelement weist eine semitransparente Spiegelfläche auf. Diese semitransparente Spiegelfläche kann beispielsweise durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung einen sogenannten Combinerspiegel beziehungsweise Kombinierspiegel aufweisen, der die semitransparente Spiegelfläche umfasst. Der Combinerspiegel ist vorzugsweise verschwenkbar oder auf andere Weise beweglich gehalten, um bei Nichtbenutzung für den Fahrzeugführer unsichtbar verstaut werden zu können.
Die Optikeinrichtung kann eine prinzipiell beliebig ausgeführte optische Einrichtung sein, um das von der Bilderzeugungseinrichtung abgestrahlte Licht auf das Anzeigeelement zu lenken. Entsprechend können die optischen Elemente beispielsweise reflektive Elemente, d.h. Spiegelelemente, refraktive Elemente, d.h. optischen Linsen zur Brechung des Lichts, und/oder diffraktive Elemente, d.h. Elemente basierend auf Lichtbeugung, umfassen. Auch kann die Optikeinrichtung weitere optische Elemente enthalten, beispielsweise Filter, Diffusoren oder ähnliches.
Die Verstellung der Optikeinrichtung mit der Verstelleinrichtung erfolgt derart, um die Darstellung des Bildes bzw. der Anzeige anzupassen an verschieden große Fahrzeugführer und ggf. eine Verwendung unterschiedlicher Arten von Optikeinrichtungen. Dies betrifft typischerweise eine Verstellung in senkrechter Richtung zur Anpassung an eine Körpergröße des Fahrzeugführers. Darüber hinaus kann auch eine Anpassung des Look Down-Winkels erforderlich sein, insbesondere zur Bereitstellung verschiedener Arten von HUD.
Die Beleuchtungseinheit ist dabei zur festen Montage an dem Fahrzeug ausgeführt. Bei der Verwendung ist sie fest, d.h. unbeweglich, an dem Fahrzeug gehalten. Somit bewirkt eine Verstellung der Optikeinrichtung mit der Verstelleinrichtung eine Verstellung relativ zu dem Anzeigeelement wie auch zu der Beleuchtungseinheit.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Optikeinrichtung mit der Verstelleinrichtung im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung gehalten, dass die Optikeinrichtung in einer horizontalen Ebene in Längsrichtung des Fahrzeugs relativ zu dem Anzeigeelement und/oder der Beleuchtungseinheit verschiebbar ist. Vorzugsweise ist die Verschiebung eine lineare Verschiebung. Insbesondere bei einer Projektion auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs erfolgt so eine Verschiebung der Eyebox. Durch die schräge Anordnung der Windschutzscheibe wird deren als Anzeigeelement genutzter Bereich verlagert, wodurch auch die Eyebox verschoben wird. Eine Austrittsöffnung des Lichts aus der Optikeinrichtung, üblicherweise als HUD-Öffnung bezeichnet, ist dabei an einer im montierten Zustand oberen Seite davon angeordnet und mit einem Deckglas verschlossen, so dass kein Schmutz oder andere Teilchen in die Optikeinrichtung eindringen können. Das Licht kann in einem prinzipiell beliebigen Winkel aus der HUD-Öffnung austreten. Vorzugsweise bewegt sich bei der Verschiebung der Eyebox die gesamte Optikeinrichtung an einen Schnittpunkt eines Mittensichtstrahls des jeweiligen Fahrzeugführers und beispielsweise eines ersten optischen Elements unterhalb des Deckglases an. Das erste optische Element ist vorzugsweise ein asphärischer Spiegel. Da die Beleuchtungseinheit im montierten Zustand fest an dem Fahrzeug gehalten ist, erfolgt automatisch eine Verschiebung der Optikeinrichtung relativ zu der Beleuchtungseinheit.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Optikeinrichtung mit der Verstelleinrichtung im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung gehalten, dass die Optikeinrichtung um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse relativ zu dem Anzeigeelement und/oder der Beleuchtungseinheit drehbar ist, wobei die horizontale Drehachse in der horizontalen Ebene in Längsrichtung , vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung, des Fahrzeugs liegt. Durch das Drehen erfolgt eine Anpassung des Look-down Winkels, mit dem der Fahrzeugführer auf die virtuelle Anzeige schaut. Dies ist insbesondere für HUD mit Augmented Reality Inhalten wichtig, um eine gewünschte Überlagerung der Augmented Reality Inhalte mit der realen Welt für unterschiedliche Fahrzeugführer zu erreichen, oder eine Anpassung an verschiedene Arten von Anzeigevorrichtungen durchführen zu können. Alternativ kann hiermit aber auch die Eyeboxanpassung für ein einfaches HUS vorgenommen werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Optikeinrichtung mit der Verstelleinrichtung im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung gehalten, dass die Optikeinrichtung in der horizontalen Ebene in Längsrichtung des Fahrzeugs relativ zu dem Anzeigeelement und/oder der Beleuchtungseinheit verschiebbar ist, und die Optikeinrichtung bei der Verschiebung zumindest abschnittsweise eine Drehbewegung um die horizontale Drehachse erfährt, um den Betrachtungswinkel für unterschiedliche Positionen der Eyebox anzupassen, so dass das dargerstellte Bild bzw. die Anzeige an einer Sollposition verbleibt. Bei der Sollposition handelt es sich beispielsweise um die Position, bei der das Bild bzw. die Anzeige des HUDs für Augmented Reality Anwendungen mit dem entsprechenden Objekt außerhalb des Fahrzeugs korrekt überlagert, also kontaktanalog dargestellt, ist.
Die Verstellung der Optikeinrichtung ist vorzugsweise eine horizontale Verschiebung in Kombination mit einer zumindest abschnittsweisen Drehung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist die Verstelleinrichtung derart ausgeführt, dass der Betrachtungswinkel bei der Verstellung der Eyebox zumindest im Bereich zwischen der oberen und der mittleren Position der Eyebox im Wesentlichen konstant bleibt. Durch wird erreicht, dass im Eyebox-Bereich für größere Fahrzeugführer weniger der Betrachtungswinkel verändert werden muss sondern vielmehr die Höhe der Eyebox selbst. Entsprechend ist die Verstelleinrichtung ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist die Verstelleinrichtung derart ausgeführt, dass sich der Betrachtungswinkel bei der Verstellung der Eyebox im Bereich zwischen der mittleren und der unteren Position der Eyebox ändert, insbesondere verkleinert. Durch wird erreicht, dass im Eyebox-Bereich für kleinere Fahrzeugführer insbesondere der Betrachtungswinkel verändert werden muss. Parallel hierzu muss auch die Höhe der Eyebox selbst angepasst werden. Entsprechend ist die Verstelleinrichtung ausgeführt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Verstelleinrichtung eine Mehrzahl Führungsschlitze und korrespondierende Führungsstifte, die mit der Mehrzahl Führungsschlitze in Eingriff sind, auf. Damit lassen sich insbesondere Verschiebebewegungen leicht realisieren. Vorzugsweise ist die Verstelleinrichtung seitlich zwischen der Optikeinrichtung und der Montageeinrichtung angebracht, d.h. parallel zu der Längsrichtung. Vorzugsweise sind die Führungsstifte an der Optikeinrichtung ausgebildet, und die Montageeinrichtung weist entsprechend die Führungsschlitze zum Führen der Führungsstifte auf. Besonders bevorzugt sind an jeder Seite eine Mehrzahl Führungsschlitze ausgebildet, um das Verstellen der Optikeinrichtung genau definieren zu können. Prinzipiell kann in jedem Führungsschlitz ein Führungsstift geführt sein. Prinzipiell können auch mehrere Führungsstifte in einem Führungsschlitz geführt sein, um die Stabilität der Führung zu verbessern und/oder die Führung genau definieren zu können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfassen die optischen Elemente ein Deckglas und wenigstens einen Umlenkspiegel, vorzugsweise eine Mehrzahl Umlenkspiegel. Entsprechende optische Elemente können nach Bedarf kombiniert werden, um das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht mit der Optikeinrichtung auf das Anzeigeelement zu lenken oder zu projizieren.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Umlenkspiegel als asphärischer Umlenkspiegel ausgeführt. Die Verwendung von asphärischen Umlenkspiegeln erleichtert die Abbildung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige für eine möglichst großflächige Darstellung. Dies kann beispielsweise für die Darstellung von Augmented Reality Inhalten erforderlich sein, da diese Inhalte prinzipiell im gesamten Sichtfeld des Fahrzeugführers anzuzeigen sein können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Optikeinrichtung eine optische Kammer auf, und die optischen Elemente sind in der optischen Kammer gehalten. Die optischen Elemente sind vorzugsweise in der optischen Kammer durch Kleben oder andere geeignete Verfahren befestigt. Die optische Kammer bewirkt eine Abschirmung eines Lichtwegs des von der Beleuchtungseinheit abgestrahlten Lichts. Durch die feste Anbringung der optischen Elemente wird eine einfache Handhabung der fertig montierten Optikeinrichtung ermöglicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Optikeinrichtung eine Displayvorrichtung zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige auf, und die Beleuchtungseinheit ausgeführt und im montierten Zustand angeordnet, kollimiertes Licht als Hintergrundbeleuchtung auf die Displayvorrichtung zu strahlen. Die Displayvorrichtung erzeugt dabei ein Bild, beispielsweise nach der Art eines LCD-Displays, welches auf das Anzeigeelement projiziert wird. Die Anordnung der Displayvorrichtung kann dabei prinzipiell frei gewählt sein, beispielsweise an einem Eintrittsbereich für das kollimierte Licht. Das kollimierte Licht kann dabei über einen Faltspiegel eingekoppelt und auf die Displayvorrichtung geworfen werden. Das kollimierte Licht betrifft ein Bündel paralleler Lichtstrahlen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungseinheit ausgeführt, das Licht mit dem darzustellenden virtuellen Bild beziehungsweise der virtuellen Anzeige abzustrahlen. Das Licht enthält also bereits die Information zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige in der Eyebox, bevor es die Optikeinrichtung erreicht. Die Beleuchtungseinheit kann unterschiedlich ausgeführt sein, um das Licht entsprechend abzustrahlen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Beleuchtungseinheit eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung und eine steuerbare Ablenkvorrichtung auf. Dadurch kann ein Laserstrahl derart gesteuert werden, dass das Licht mit dem darzustellenden virtuellen Bild beziehungsweise der virtuellen Anzeige unmittelbar abgestrahlt wird. Eine Anzeigevorrichtung kann damit entfallen. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung ist beispielsweise als Laserdiode ausgeführt. Prinzipiell kann es ausreichend sein, eine einzelne Laserdiode mit einfarbigem Licht zu verwenden. Vorzugsweise umfasst die Laserstrahlerzeugungseinrichtung drei einzelne Laserdioden in RGB-Farben, um das virtuelle Bild beziehungsweise die virtuelle Anzeige farbig darzustellen. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung ist vorzugsweise ausgeführt, eine Intensität des Laserstrahls zu steuern. Die Ablenkvorrichtung ist beispielsweise mit einem DMD-Chip oder einem MEMS-Spiegel ausgeführt. Bei der Verwendung eines DMD-Chips umfasst die Beleuchtungseinheit vorzugsweise optische Elemente, insbesondere eine Vergrößerungslinse, zur Lichtformung. Die Optikeinrichtung umfasst bei dieser Ausgestaltung der Beleuchtungseinheit vorzugsweise einen Diffusor zur Lichtformung.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Beleuchtungseinheit eine Lichtquelle zur Erzeugung des Lichts und eine Displayvorrichtung zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige auf, wobei die Beleuchtungseinheit insbesondere ausgeführt ist, kollimiertes Licht als Hintergrundbeleuchtung auf die Displayvorrichtung zu strahlen. Somit kann die Beleuchtungseinheit in ähnlicher Weise wie oben für die Optikeinrichtung beschrieben mit der Displayvorrichtung ausgestaltet sein. Die Displayvorrichtung kann als LCD-Display ausgeführt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Beleuchtungseinheit und/oder die Optikeinrichtung als modulare Komponenten zur modularen Montage an dem Fahrzeug ausgeführt. Dadurch werden die Montage und die Demontage der Anzeigevorrichtung insgesamt erleichtert. Im Falle einer Fehlfunktion kann ein einfacher Austausch der Beleuchtungseinheit und/oder der Optikeinrichtung erfolgen. Auch können prinzipiell verschiedene Optikeinrichtungen mit derselben Beleuchtungseinheit kombiniert werden.
Dies gilt insbesondere, wenn die Beleuchtungseinheit als Hintergrundbeleuchtung kollimiertes Licht bereitstellt, und die Optikeinrichtung eine Displayvorrichtung zur Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige aufweist. Durch die Anpassung mit der Verstelleinrichtung wird dabei sichergestellt, dass in jedem Fall die Darstellung des virtuellen Bildes beziehungsweise der virtuellen Anzeige korrekt erfolgt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtungseinheit zur Abstrahlung des Lichts im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgeführt, und die Optikeinrichtung weist einen Ablenkspiegel auf, um das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht einzukoppeln. Der Ablenkspiegel ist vorzugsweise als Faltspiegel ausgeführt. Die Anordnung ist dabei abhängig von einer Positionierung der Beleuchtungseinheit relativ zu der Optikeinrichtung. Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinheit in Fahrtrichtung vor der Optikeinrichtung positioniert, um einfach in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs aufgenommen werden zu können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzeigevorrichtung zur Darstellung von Augmented Reality Informationen ausgeführt. Es ergeben sich gegenüber einem konventionellen Head-up Display verschiedene Unterschiede. Übliche HUD, also heutzutage verwendete „normale HUD“, haben typischerweise eine Projektionsdistanz zwischen zwei und fünf Metern und einen Look Down-Winkel größer als 3t>eispielsweise 3,5°bis 5°. Demgegenüber haben HU D mit Augmented Reality typischerweise eine Projektionsdistanz zwischen sieben und fünfzehn Metern, und einen Look Down-Winkel von etwa 2°bis 3°. Darüber hinaus muss die Distanz des virtuellen Bildes bei HUD mit Augmented Reality jeweils an die Umgebung angepasst werden, und kann nicht fix in einer Entfernung liegen. Außerdem ist es typischerweise erforderlich, dass das Licht einen größeren Bereich des Anzeigeelements abdeckt. Dadurch muss das Licht entsprechend breiter geformt werden. Optische Elemente der Optikeinrichtung können somit größer werden. Außerdem kann es erforderlich werden, Umlenkspiegel der Optikeinrichtung asphärisch auszuführen, um die Lichtformung zu verbessern. Auch ist der Look Down-Winkel für alle Fahrzeugführer gleich einzustellen, damit die virtuelle Information im Raum an der gleichen Position liegt und jedem Fahrzeugführer dieselben Informationen zur Verfügung stehen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
Es zeigt

1 eine ausschnittsweise, schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung zur Projektion auf einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer teilweise freigeschnittenen Seitenansicht,
2 eine ausschnittsweise, schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung zur Projektion auf einem Combinerspiegel der Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer teilweise freigeschnittenen Seitenansicht,
3 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit und einer Optikeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform mit einer Windschutzscheibe in einer freigeschnittenen Seitenansicht,
4 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit und einer Optikeinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform mit einer Windschutzscheibe in einer freigeschnittenen Seitenansicht,
5 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit und einer Optikeinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform mit einer Windschutzscheibe, wobei die Optikeinrichtung in drei Verstellpositionen in einer freigeschnittenen Seitenansicht gezeigt ist,
6 eine vergleichende Darstellung der Anzeigevorrichtung gemäß der dritten und der fünften Ausführungsform in einer freigeschnittenen Seitenansicht,
7 eine vergleichende Darstellung der Optikeinrichtung der Anzeigevorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform in drei Verstellpositionen und einem jeweils resultieren Lichtweg in einer Seitenansicht,
8 eine perspektivische Darstellung einer Optikeinrichtung mit einer Montagevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform in einer Explosionsansicht,
9 eine perspektivische Darstellung der Optikeinrichtung mit der Montagevorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform in einem verbundenen Zustand in einer schrägen Ansicht,
10 eine perspektivische Darstellung der Optikeinrichtung mit der Montagevorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform in einem verbundenen Zustand in einer seitlichen Ansicht,
11 eine schematische teilweise Darstellung der Anzeigevorrichtung mit der Beleuchtungseinheit und der Optikeinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform in einer seitlichen Ansicht,
12 eine schematische teilweise Darstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform mit einer Beleuchtungseinheit und einer Optikeinrichtung in einer seitlichen Ansicht, und
13 eine schematische teilweise Darstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform mit einer Beleuchtungseinheit und einer Optikeinrichtung in einer seitlichen Ansicht.

Die 1 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung eines Fahrzeugs 10 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet mit einer Längsrichtung 81. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Anzeigevorrichtung 12. Die Anzeigevorrichtung 12 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Head-up Display, das im deutschen gelegentlich auch als Kopf-oben-Anzeigevorrichtung bezeichnet wird, ausgeführt.
Die Anzeigevorrichtung 12 ist in Übereinstimmung mit der Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer dritten Ausführungsform, die in den 3 und 11 dargestellt ist, ausgeführt. Die entsprechende Anzeigevorrichtung 12 umfasst somit eine Beleuchtungseinheit 14, die ausgeführt ist, Licht 16 zur Darstellung eines virtuellen Bildes 38 beziehungsweise einer virtuellen Anzeige 38 abzustrahlen, wie in 1 dargestellt ist. Die Beleuchtungseinheit 14 ist zur Abstrahlung des Lichts 16 im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene ausgeführt und angeordnet. Das Licht 16 wird in Längsrichtung des Fahrzeugs 10 von der Beleuchtungseinheit 14 abgestrahlt. Die Beleuchtungseinheit 14 ist zur festen Montage an dem Fahrzeug ausgeführt und im montierten Zustand relativ zu dem Fahrzeug 10 festgehalten.
Die Beleuchtungseinheit 14 umfasst, wie in 11 schematisch dargestellt ist, eine LED Hintergrundbeleuchtung 50 als Lichtquelle. Das von der LED Hintergrundbeleuchtung 50 abgestrahlte Licht 16 wird hier mit einem Kollimierungssystem aus zwei einzelnen Kollimierungslinsen 52 zu einem Bündel paralleler Lichtstrahlen geformt, so dass das Licht 16 von der Beleuchtungseinheit 14 als kollimiertes Licht 16 abgestrahlt wird. Die Kollimierungslinsen 52 sind hier lediglich nach ihrer Funktion bezeichnet und können dabei unterschiedlich ausgeführt bzw. angeordnet sein. Zur Kühlung der LED Hintergrundbeleuchtung 50 umfasst die Beleuchtungseinheit 14 einen Kühlkörper 15, der in 3 dargestellt ist.
Weiter umfasst die Anzeigevorrichtung 12 eine Optikeinrichtung 18. Die Optikeinrichtung 18 ist eine optische Einrichtung, die ausgeführt und angeordnet ist, das von der Beleuchtungseinheit 14 abgestrahlte Licht 16 zur Darstellung des virtuellen Bildes 38 beziehungsweise der virtuellen Anzeige 38 zu konditionieren und zu lenken. Die Optikeinrichtung 18 ist in einer Verschieberichtung 74 verschiebbar und in einer Drehrichtung 76 drehbar gehalten, um im montierten Zustand die Darstellung des Bildes 38 bzw. der Anzeige 38 auf dem Anzeigeelement 32 durch das von der Beleuchtungseinheit 14 abgestrahlte Licht 16 anzupassen, wie nachstehend im Detail ausgeführt ist. Dabei erfolgt eine entsprechende bei der Verstellung der Optikeinrichtung 18 relativ zu der Beleuchtungseinheit 14.
Die Optikeinrichtung 18 umfasst zunächst einen Faltspiegel 20, über den das von der Beleuchtungseinheit 14 abgestrahlte kollimierte Licht 16 eingekoppelt und auf eine Displayvorrichtung 22 geworfen wird. Die Displayvorrichtung 22 ist zur Darstellung des virtuellen Bildes 38 beziehungsweise der virtuellen Anzeige 38 ausgeführt, und wird von dem Licht 16 von der Beleuchtungseinheit 14 nach der Art einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet. Die Displayvorrichtung 22 ist hier als Flüssigkristallanzeige, auch als LCD-Display bekannt, ausgeführt.
Weiter weist die Optikeinrichtung 18 im Lichtweg des Lichts 16 einen ersten, geraden Umlenkspiegel 24 auf, der das Licht 16 auf einen zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 reflektiert. Von dem zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 wird das Licht 16 durch eine Austrittsöffnung 28, auch als HUD-Öffnung 28 bezeichnet, aus der Optikeinrichtung 18 geworfen. Die Austrittsöffnung 28 ist an einer im montierten Zustand oberen Seite der Optikeinrichtung 18 angeordnet und mit einem hier nicht explizit dargestellten Deckglas verschlossen.
Die Optikeinrichtung 18 ist vorliegend mit einem Gehäuse 29 als optische Kammer ausgeführt, in dem die oben genannten optischen Elemente 22, 24, 26 umfassend den Faltspiegel 20, den ersten, geraden Umlenkspiegel 24 und den zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 sowie die Displayvorrichtung 22 gehalten sind. Die optischen Elemente 20, 24, 26 und die die Displayvorrichtung 22 sind in der optischen Kammer 29 durch Kleben befestigt.
Von der Optikeinrichtung 18 wird das Licht 16 auf eine Windschutzscheibe 30 des Fahrzeugs 10 projiziert. Der entsprechende Teil der Windschutzscheibe 30 des Fahrzeugs 10 bildet ein Anzeigeelement 32, welches eine semitransparente Spiegelfläche aufweist. Das Licht 16, das auf das Anzeigeelement 32 projiziert wird, wird im Bereich einer Eyebox 33 zu einem Fahrzeugführer 34 des Fahrzeugs 10 reflektiert, wobei die Eyebox 33 so positioniert ist, dass das Licht 16 auf Augen 35 des Fahrzeugführers 34 trifft. Somit überlagert sich das auf das Anzeigeelement 32 projizierte Licht 16 mit Licht, das von einem Umgebungsbereich 36 des Fahrzeugs 10 zu den Augen 35 des Fahrzeugführers 34 gelangt. Für den Fahrzeugführer 34 des Fahrzeugs 10 ergibt sich somit eine virtuelle Anzeige 38 beziehungsweise ein virtuelles Bild 38. Die Eyebox 33 beschreibt dabei einen Bereich in einem Innenraum 39 des Fahrzeugs 10, in dem sich die Augen 35 des Fahrzeugführers 34 befinden müssen, um das virtuelle Bild 38 beziehungsweise die virtuelle Anzeige 38 des Anzeigeelements 32 sehen zu können. Dies bedeutet für das virtuelle Bild 38 beziehungsweise die virtuelle Anzeige 38, dass das virtuelle Bild 38 beziehungsweise die virtuelle Anzeige 38 in der Eyebox 33 angezeigt werden muss, um von dem Fahrzeugführer 34 korrekt wahrgenommen werden zu können.
Die Darstellung eines virtuellen Bildes 38 beziehungsweise einer virtuellen Anzeige 38 betrifft eine Projektion von Informationen für den Fahrzeugführer 34. Die Informationen können das Fahrzeug 10 selber betreffen, beispielsweise eine aktuelle Geschwindigkeit, Fahrzeugstatusinformationen, beispielsweise einen Füllstand eines Kraftstoffbehälters oder eine Information über eine geöffnete Tür, und/oder Streckeninformationen, beispielsweise Routeninformationen, Hindernisse, aktuelle Verbote oder Gebote zum Führen des Fahrzeugs 10. Prinzipiell können im gesetzlichen Rahmen auch Multimediainformationen zur Information oder Unterhaltung des Fahrzeugführers 34 auf das Anzeigeelement 32 projiziert werden.
Die Beleuchtungseinheit 14 und die Optikeinrichtung 18 der ersten Ausführungsform sind als modulare Komponenten zur modularen Montage an dem Fahrzeug 10 ausgeführt, wie nachstehend unter Bezug auf die sechste Ausführungsform für die Optikeinrichtung 18 im Detail beschrieben wird.
Die 7 bis 10 zeigen eine Optikeinrichtung 18 mit einer Montagevorrichtung 40 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die Montagevorrichtung 40 ist zur Montage an dem Fahrzeug 10 ausgeführt. Die Montagevorrichtung 40 ist mit der Optikeinrichtung 18 über eine Verstelleinrichtung 42 verstellbar verbunden. Die Verstelleinrichtung 42 umfasst eine Mehrzahl Führungsstifte 44, die an dem Gehäuse 29 der Optikeinrichtung 18 ausgebildet sind, und eine entsprechende Anzahl Führungsschlitze 46, die an der Montagevorrichtung 40 ausgebildet sind. Führungsstifte 44 und Führungsschlitze 46 sind korrespondierend ausgeführt und angeordnet, und die Führungsstifte 44 sind mit den Führungsschlitzen 46 in Eingriff. Die Verstelleinrichtung 42 ist dabei an beiden Seiten zwischen der Optikeinrichtung 18 und der Montageeinrichtung 40 angebracht.
Die Optikeinrichtung 18 ist in der Montageeinrichtung 40 derart verstellbar gehalten, dass sie in einer horizontalen Ebene 80 in Längsrichtung 81 des Fahrzeugs 10 relativ zu dem Anzeigeelement 32 und/oder der Beleuchtungseinheit 14 verschiebbar ist. Die Verschiebung ist eine Kombination aus einer linearen Verschiebung und einer Drehbewegung um die horizontale Drehachse 82, wie oben unter Bezug auf die Verschieberichtung 74 und die Drehrichtung 76 ausgeführt wurde. Die Verschiebung ist für drei Verschiebepositionen in den 7 und 10 dargestellt.
Durch die Verschiebung wird die Optikeinrichtung 18 verstellt, um die Darstellung des virtuellen Bildes 38 bzw. der virtuellen Anzeige 38 anzupassen. Die Anpassung betrifft eine Verschiebung der Darstellung des virtuellen Bildes 38 bzw. der virtuellen Anzeige 38 innerhalb der Eyebox 33 in senkrechter Richtung, d.h. die Darstellung des virtuellen Bildes 38 bzw. der virtuellen Anzeige 38 wird innerhalb der Eyebox 33 in senkrechter Richtung verschoben, und eine Anpassung des Look Down-Winkels.
Die 2 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit einer Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 10 und die Anzeigevorrichtung 12 der zweiten Ausführungsform stimmen weitgehend mit dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der ersten Ausführungsform überein, so dass hier nur Unterschiede zwischen dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der ersten und zweiten Ausführungsform im Detail betrachtet werden. Nicht im Detail erörterte Merkmale des Fahrzeugs 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der zweiten Ausführungsform stimmen, soweit eine explizite Beschreibung erforderlich ist, im Zweifel mit denen der ersten Ausführungsform überein.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Anzeigevorrichtung 12 einen Combinerspiegel 48, der vorliegend in einem Innenraum 39 des Fahrzeugs 10 in einem Bereich unterhalb der Windschutzscheibe 30 positioniert ist. Der Combinerspiegel 48, der auch als Combiner 48 bezeichnet wird, ist mit einer Verschwenkeinrichtung 49 verschwenkbar an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs 10 gehalten. Der Combinerspiegel 48 kann mit der Verstelleinrichtung 49 einerseits in seiner Neigung eingestellt werden. Andererseits kann der Combinerspiegel 48 mit der Verstelleinrichtung 49 bei Nichtbenutzung in eine Lagerposition verschwenkt werden. Die Lagerposition ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem Armaturenbrett angeordnet.
Im Übrigen entspricht die Anzeigevorrichtung 12 der zweiten Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform.
4 zeigt eine Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer vierten Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 und die Anzeigevorrichtung 12 der vierten Ausführungsform stimmen weitgehend mit dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der dritten Ausführungsform überein, so dass hier nur Unterschiede zwischen dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der dritten und vierten Ausführungsform im Detail betrachtet werden. Nicht im Detail erörterte Merkmale des Fahrzeugs 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der vierten Ausführungsform stimmen im Zweifel mit denen der dritten Ausführungsform überein.
Die Anzeigevorrichtung 12 der vierten Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungseinheit 14, die derjenigen der dritten Ausführungsform entspricht.
Auch umfasst die Anzeigevorrichtung 12 der vierten Ausführungsform eine Optikeinrichtung 18, die weitestgehend derjenigen der dritten Ausführungsform entspricht. Ein Unterschied der Optikeinrichtung 18 der vierten Ausführungsform gegenüber der Optikeinrichtung 18 der dritten Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung des ersten Umlenkspeigels 24. So umfasst die Optikeinrichtung 18 der vierten Ausführungsform statt des ersten, geraden Umlenkspiegels 24 einen ersten, asphärischen Umlenkspiegel 25, der das Licht 16 nach dem Durchtritt durch die Displayvorrichtung 22 auf den zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 reflektiert. Im Übrigen entspricht die Optikeinrichtung 18 der vierten Ausführungsform derjenigen der dritten Ausführungsform.
5 zeigt eine Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer fünften Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 und die Anzeigevorrichtung 12 der fünften Ausführungsform stimmen weitgehend mit dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der vierten Ausführungsform überein, so dass hier nur Unterschiede zwischen dem Fahrzeug 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der vierten und fünften Ausführungsform im Detail betrachtet werden. Nicht im Detail erörterte Merkmale des Fahrzeugs 10 und der Anzeigevorrichtung 12 der fünften Ausführungsform stimmen im Zweifel mit denen der vierten Ausführungsform überein.
Die Anzeigevorrichtung 12 der fünften Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungseinheit 14, die derjenigen der vierten Ausführungsform entspricht.
Auch umfasst die Anzeigevorrichtung 12 eine Optikeinrichtung 18. Die Optikeinrichtung 18 der fünften Ausführungsform entspricht weitestgehend derjenigen der vierten Ausführungsform.
Ein Unterschied der Optikeinrichtung 18 der fünften Ausführungsform gegenüber der Optikeinrichtung 18 der vierten Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung des ersten, asphärischen Umlenkspiegels 25, der das Licht 16 nach dem Durchtritt durch die Displayvorrichtung 22 auf den zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 reflektiert. Dabei ist der erste, asphärische Umlenkspiegel 25 der fünften Ausführungsform verglichen mit dem ersten, asphärischen Umlenkspiegel 25 der vierten Ausführungsform größer ausgeführt. Auch der zweite, asphärische Umlenkspiegel 26 der fünften Ausführungsform ist verglichen mit dem zweiten, asphärischen Umlenkspiegel 26 der vierten Ausführungsform größer ausgeführt.
Diese Ausgestaltung des ersten und zweiten asphärischen Umlenkspiegels 25, 26 ist Basis für eine Ausführung der Anzeigevorrichtung 12 der fünften Ausführungsform zur Darstellung von Augmented Reality Informationen. Es ergeben sich gegenüber einem konventionellen Head-up Display weitere Unterschiede wie eine erforderliche Anpassung einer Distanz des virtuellen Bildes 38 an die Umgebung. Auch ein Look Down-Winkel ist für alle Fahrzeugführer 34 gleich einzustellen.
5 zeigt eine Verstellung der Optikeinrichtung 18 der fünften Ausführungsform. Wie dargestellt ist, kann die Optikeinrichtung 18 zwischen einer unteren Position und einer oberen Position in Verschieberichtung 74 verschoben werden. Zusätzlich ist die Optikeinrichtung 18 in 5 in einer mittleren Position gezeigt. Es ergibt sich in Übereinstimmung mit der Verstellung der Optikeinrichtung 18 eine Verstellung der Anordnung des virtuellen Bildes 38 bzw. der virtuellen Anzeige 38 innerhalb der Eyebox 33 in senkrechter Richtung. Zusätzlich kann durch eine Drehung in Drehrichtung 76 eine Anpassung des Look Down-Winkels erfolgen.
Im Übrigen entspricht die Optikeinrichtung 18 der fünften Ausführungsform derjenigen der vierten Ausführungsform.
6 enthält eine vergleichende Darstellung der Anzeigevorrichtung 12 gemäß der dritten und der fünften Ausführungsform. Entsprechend können die unterschiedlichen Ausgestaltungen der ersten Umlenkspiegel 24, 25 und der zweiten Umlenkspiegel 26 unmittelbar nachvollzogen werden.
12 betrifft eine Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer siebten Ausführungsform. Dabei ist Beleuchtungseinheit 14 ausgeführt, das Licht 16 mit dem darzustellenden virtuellen Bild 38 beziehungsweise der virtuellen Anzeige 38 abzustrahlen. Entsprechend kann die Displayvorrichtung 22 entfallen.
Entsprechend weist die Beleuchtungseinheit 14 eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung 60 und eine steuerbare Ablenkvorrichtung 62 auf. Der von der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 60 erzeugte Laserstrahl wird von der Ablenkvorrichtung 62 derart abgelenkt, dass unmittelbar das Licht 16 mit dem darzustellenden virtuellen Bild 38 beziehungsweise der virtuellen Anzeige 38 erzeugt und abgestrahlt wird.
Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 60 ist beispielsweise mit drei einzelnen Laserdioden in RGB-Farben ausgeführt, um das virtuelle Bild 38 beziehungsweise die virtuelle Anzeige 38 farbig zu erzeugen. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 60 ist dabei ausgeführt, eine Intensität des Laserstrahls zu steuern. Die Ablenkvorrichtung 62 ist in diesem Ausführungsbeispiel als DMD-Chip 62 ausgeführt.
Zusätzlich umfasst die Beleuchtungseinheit 14 einer erste optische Linse 64 und eine zweite optische Linse 66, wobei die zweite optische Linse 66 als Zoomlinse axial verschiebbar gehalten ist. Die Optikeinrichtung 18 umfasst bei dieser Ausgestaltung der Beleuchtungseinheit 14 einen Diffusor 68 zur Lichtformung. Der Diffusor 68 ist im Vergleich mit der Optikeinrichtung 18 der dritten Ausführungsform an der Position der dortigen Displayvorrichtung 22 angeordnet.
13 betrifft eine Anzeigevorrichtung 12 gemäß einer achten Ausführungsform. Dabei ist Beleuchtungseinheit 14 ausgeführt, das Licht 16 mit dem darzustellenden virtuellen Bild 38 beziehungsweise der virtuellen Anzeige 38 abzustrahlen. Entsprechend kann die Displayvorrichtung 22 entfallen. Die Anzeigevorrichtung 12 der achten Ausführungsform ist weitgehend identisch zu der Anzeigevorrichtung 12 der siebten Ausführungsform, so dass hier im Wesentlichen Unterschiede zwischen den Anzeigevorrichtungen 12 der siebten und achten Ausführungsform beschrieben werden.
Auch die Beleuchtungseinheit 14 der Anzeigevorrichtung 12 der achten Ausführungsform umfasst eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung 60 und eine steuerbare Ablenkvorrichtung 70. Die Ablenkvorrichtung 70 ist in diesem Ausführungsbeispiel als MEMS-Ablenkvorrichtung 70 mit zwei MEMS-Spiegeln 72 ausgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Beleuchtungseinheit 14 keine optischen Linsen 64, 66. Auch gemäß der achten Ausführungsform umfasst die Optikeinrichtung 18 einen entsprechend angeordneten Diffusor 68 zur Lichtformung.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Anzeigevorrichtung
14: Beleuchtungseinheit
15: Kühlkörper
16: Licht
18: Optikeinrichtung
20: Faltspiegel
22: Displayvorrichtung, LCD-Display
24: erster, gerader Umlenkspiegel
25: erster, asphärischer Umlenkspiegel
26: zweiter, asphärischer Umlenkspiegel
28: Austrittsöffnung, HUD-Öffnung
29: Gehäuse, optische Kammer
30: Windschutzscheibe
32: Anzeigeelement
33: Eyebox
34: Fahrzeugführer
35: Auge
36: Umgebungsbereich
38: virtuelle Anzeige, virtuelles Bild
39: Innenraum
40: Montagevorrichtung
42: Verstelleinrichtung
44: Führungsstift
46: Führungsschlitz
48: Combinerspiegel, Combiner
49: Verschwenkeinrichtung
50: LED Hintergrundbeleuchtung, Lichtquelle
52: Kollimierungslinse
60: Laserstrahlerzeugungseinrichtung, Laserdiode
62: DMD-Chip, Ablenkvorrichtung
64: erste optische Linse
66: zweite optische Linse, Zoomlinse
68: Diffusor
70: Ablenkvorrichtung, MEMS-Ablenkvorrichtung
72: MEMS-Spiegel
74: Verschieberichtung
76: Drehrichtung
80: horizontale Ebene
81: Längsrichtung des Fahrzeugs
82: horizontale Drehachse
90: Betrachtungswinkel
91: obere Eyeboxposition
92: mittlere Eyeboxposition
93: untere Eyeboxposition

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 2015/011354 A1 [0012]
WO 2015/045936 A1 [0013]
US 7280282 B2 [0014]
US 6654177 B2 [0015]
US 6580562 B2 [0016]
EP 2120084 B1 [0017]

Claims

Anzeigevorrichtung (12) als Head-up Display für ein Fahrzeug (10) mit einer Beleuchtungseinheit (14), die ausgeführt ist, Licht (16) zur Darstellung eines virtuellen Bildes (38) beziehungsweise einer virtuellen Anzeige (38) abzustrahlen, und einer Optikeinrichtung (18) mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (20, 22, 24, 25, 26), die das von der Beleuchtungseinheit (14) abgestrahlte Licht (16) auf ein Anzeigeelement (32) projiziert zur Darstellung des virtuellen Bildes (38) beziehungsweise der virtuellen Anzeige (38) in einer Eyebox (33), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) zur festen Montage an dem Fahrzeug (10) ausgeführt ist, die Anzeigevorrichtung (12) eine Montagevorrichtung (40) zur festen Montage an dem Fahrzeug (10) aufweist, und die Optikeinrichtung (18) mit einer Verstelleinrichtung (42) verstellbar an der Montagevorrichtung (40) gehalten ist, um in einem montierten Zustand die Darstellung des Bildes (38) bzw. der Anzeige (38) auf dem Anzeigeelement (32) anzupassen, wobei die Optikeinrichtung (18) relativ zu der Beleuchtungseinheit (14) verstellbar ist.
Anzeigevorrichtung (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung (18) mit der Verstelleinrichtung (42) im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung (40) gehalten ist, dass die Optikeinrichtung (18) in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene (80) in Längsrichtung (81) des Fahrzeugs (10) relativ zu dem Anzeigeelement (32) und/oder der Beleuchtungseinheit (14) verschiebbar ist.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung (18) mit der Verstelleinrichtung (42) im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung (40) gehalten ist, dass die Optikeinrichtung (18) um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse (82) relativ zu dem Anzeigeelement (32) und/oder der Beleuchtungseinheit (14) drehbar ist, wobei die horizontale Drehachse (82) in der horizontalen Ebene (80) in Längsrichtung (81), vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung (81), des Fahrzeugs (10) liegt.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung (18) mit der Verstelleinrichtung (42) im eingebauten Zustand derart verstellbar an der Montagevorrichtung (40) gehalten ist, dass die Optikeinrichtung (18) in der horizontalen Ebene (80) in Längsrichtung (81) des Fahrzeugs (10) relativ zu dem Anzeigeelement (32) und/oder der Beleuchtungseinheit (14) verschiebbar ist, und die Optikeinrichtung (18) bei der Verschiebung zumindest abschnittsweise eine Drehbewegung um die horizontale Drehachse (82) erfährt, um den Betrachtungswinkel (90) für unterschiedliche Positionen (91, 92, 93) der Eyebox (33) anzupassen, so dass das dargestellte Bild (38) bzw. die Anzeige (38) an einer Sollposition verbleibt.
Anzeigevorrichtung (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (42) derart ausgeführt ist, dass der Betrachtungswinkel (90) bei der Verstellung der Eyebox (33) zumindest im Bereich zwischen der oberen (91) und der mittleren (92) Position der Eyebox (33) im Wesentlichen konstant bleibt.
Anzeigevorrichtung (12) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (42) derart ausgeführt ist, dass sich der Betrachtungswinkel (90) bei der Verstellung der Eyebox (33) im Bereich zwischen der mittleren (92) und der unteren (93) Position der Eyebox (33) ändert, insbesondere verkleinert.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (42) eine Mehrzahl Führungsschlitze (46) und korrespondierende Führungsstifte (44), die mit der Mehrzahl Führungsschlitze (46) in Eingriff sind, aufweist.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (22, 24, 25, 26) ein Deckglas und wenigstens einen Umlenkspiegel (24, 25, 26), vorzugsweise eine Mehrzahl Umlenkspiegel (24, 25, 26), umfassen.
Anzeigevorrichtung (12) nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Umlenkspiegel (24, 25, 26) als asphärischer Umlenkspiegel (25, 26) ausgeführt ist.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinrichtung (18) eine Displayvorrichtung (22) zur Darstellung des virtuellen Bildes (38) beziehungsweise der virtuellen Anzeige (38) aufweist, und die Beleuchtungseinheit (14) ausgeführt und im montierten Zustand angeordnet ist, kollimiertes Licht (16) als Hintergrundbeleuchtung auf die Displayvorrichtung (22) zu strahlen.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) ausgeführt ist, das Licht (16) mit dem darzustellenden virtuellen Bild (38) beziehungsweise der virtuellen Anzeige (38) abzustrahlen.
Anzeigevorrichtung (12) nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung (60) und eine steuerbare Ablenkvorrichtung (62, 70) aufweist.
Anzeigevorrichtung (12) nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) eine Lichtquelle (50) zur Erzeugung des Lichts (16) und eine Displayvorrichtung (22) zur Darstellung des virtuellen Bildes (38) beziehungsweise der virtuellen Anzeige (38) aufweist, wobei die Beleuchtungseinheit (14) insbesondere ausgeführt ist, kollimiertes Licht (16) als Hintergrundbeleuchtung auf die Displayvorrichtung (22) zu strahlen.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) und/oder die Optikeinrichtung (18) als modulare Komponenten zur modularen Montage an dem Fahrzeug (10) ausgeführt sind.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (14) zur Abstrahlung des Lichts (16) im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene in Längsrichtung des Fahrzeugs (16) ausgeführt ist, und die Optikeinrichtung (18) einen Ablenkspiegel (20) aufweist, um das von der Beleuchtungseinheit (14) abgestrahlte Licht (16) einzukoppeln.
Anzeigevorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (12) zur Darstellung von Augmented Reality Informationen ausgeführt ist.