DE102017216494A1 - Image representation for a respective eye in a head-up display - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer Bilddarstellung eines Head-Up-Displays für mindestens ein Auge (221, 222, 232) eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs, bei dem sich das Head-Up-Display (224, 234) in einem Bauraum in einer Fahrzeugkonsole befindet, wobei ein jeweiliges virtuelles Bild (228, 229, 238) erzeugt wird, das einen nur für das mindestens eine Auge (221, 222, 232) sichtbaren Bereich aufweist, und das nur innerhalb einer jeweiligen dem mindestens einen Auge (221, 222, 232) zugeordneten Eyebox (226, 227, 236) sichtbar ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes System. The present invention relates to a method for image display of a head-up display for at least one eye (221, 222, 232) of a driver of a motor vehicle, in which the head-up display (224, 234) in a space in a Vehicle console is generated, wherein a respective virtual image (228, 229, 238) is generated, which has a visible only for the at least one eye (221, 222, 232) area, and only within a respective the at least one eye (221, 222, 232) associated eyebox (226, 227, 236) is visible. Furthermore, the present invention relates to a corresponding system.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zu einer Bilddarstellung für ein jeweiliges Auge bei einem Head-Up-Display. Ferner wird ein das Verfahren und das System verwendendes Kraftfahrzeug beschrieben.The present invention relates to a method and a system for image display for a respective eye in a head-up display. Furthermore, a motor vehicle using the method and the system will be described.
In Kraftfahrzeugen werden immer häufiger Head-Up-Displays, abgekürzt als HUD bezeichnet, verbaut. Diese projizieren auf eine Windschutzscheibe ein virtuelles Bild, welches für einen Fahrer in einem Bereich vor dem Kraftfahrzeug zu liegen scheint, wobei die Größe des virtuellen Bildes mit der Größe des HUD korreliert ist. Das HUD wird im Allgemeinen in einem Cockpit vor einem Fahrer in einem Bauraum des jeweiligen Kraftfahrzeugs positioniert. Eine Schalttafel besitzt dafür eine Öffnung in einem Bereich einer Kombihutze, die nach einer Montage des HUD mit einer Blende verschlossen wird. Die neueste Generation von HUDs wird zusätzlich augmented reality Inhalte darstellen können. Dafür ist es notwendig, ein großes virtuelles Bild mit großer Bilddistanz, d. h. mit großem Abstand zum Fahrer darzustellen. Dieses kann der Fahrer innerhalb einer sogenannten Eyebox sehen. Die Eyebox stellt einen räumlichen Bereich dar, innerhalb dessen sich ein Auge des Fahrers befinden muss, damit das auf einer Projektionsfläche dargestellte virtuelle Bild gesehen werden kann. Die Größe der Eyebox und des virtuellen Bildes sind im Allgemeinen fest vorgegeben, d.h. nicht variabel, wobei sich durch die Größe des HUD und der mit einer Blende verschlossenen Öffnung ein größtmöglicher auszuleuchtender Bereich bspw. auf der Windschutzscheibe ergibt.In motor vehicles, head-up displays, abbreviated to HUD, are increasingly being installed. These project onto a windshield a virtual image, which seems to lie for a driver in an area in front of the motor vehicle, wherein the size of the virtual image is correlated with the size of the HUD. The HUD is generally positioned in a cockpit in front of a driver in a space of the respective motor vehicle. A switchboard has for this purpose an opening in an area of a combination hatch, which is closed after mounting the HUD with a panel. The latest generation of HUDs will additionally be able to display augmented reality content. For this it is necessary to have a large virtual image with a large image distance, d. H. at a distance from the driver. This can see the driver within a so-called Eyebox. The eyebox represents a spatial area within which an eye of the driver must be, so that the virtual image displayed on a projection screen can be seen. The size of the eyebox and the virtual image are generally fixed, i. not variable, which results in the largest possible area to be illuminated, for example. On the windshield by the size of the HUD and the closed with a shutter opening.
Eine Montage des HUD innerhalb einer Konsole findet meist statt bevor die gesamte Konsole in einen Fahrzeugrahmen eingesetzt wird. Abschließend muss eine Kalibrierung des optischen Aufbaus durchgeführt werden, um bspw. Bildverzerrungen zu vermeiden, oder, wie bspw. in der Druckschrift
Die Druckschrift
Heutige HUD werden für beidäugiges Sehen ausgelegt. Es wird ein virtuelles Bild erzeugt, dass beide Augen gleichermaßen sehen. Eine optische Korrektur, bspw. notwendig aufgrund von Verzerrungen durch die Frontscheibe, werden nur für beide Augen gleichzeitig auf dem Gesamtsystem Optik durchgeführt.Today's HUDs are designed for binocular vision. It creates a virtual image that sees both eyes equally. An optical correction, for example, necessary due to distortions by the windshield, are performed only for both eyes simultaneously on the overall system optics.
Teile eines virtuellen Bildes, welche nur für ein Auge sichtbar sind, werden in Druckschrift
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den benötigten Bauraum für das HUD möglichst gering hält, während trotzdem ein großes virtuelles Bild ermöglicht wird. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein das Verfahren und das System verwendendes Kraftfahrzeug bereitzustellen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method that minimizes the space required for the HUD while still allowing a large virtual image. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a corresponding system for carrying out such a method and a motor vehicle using the method and the system.
Zur Lösung der voranstehenden Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Bilddarstellung mittels eines Head-Up-Displays für mindestens ein Auge eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem das Head-Up-Display in einem Bauraum in einer Fahrzeugkonsole angeordnet wird, wobei für das mindestens eine Auge ein jeweiliges virtuelles Bild erzeugt wird, das einen dem jeweiligen virtuellen Bild eindeutig zuordenbaren und nur für das mindestens eine Auge sichtbaren Bildbereich aufweist, der nur innerhalb einer jeweiligen dem mindestens einen Auge zugeordneten Eyebox sichtbar ist. Dadurch, dass ein das erfindungsgemäße Verfahren ausführendes HUD keinen für beide Augen gemeinsam sichtbaren virtuellen Bildbereich darstellt, kann ein für ein jeweiliges Auge notwendiger optischer Strahlengang durch ein gegenüber einem HUD mit einen gemeinsamen Bildbereich in seinen Ausmaßen verringertes HUD gestaltet werden und der benötigte Bauraum deutlich verkleinert werden. Hingegen bleibt eine Gesamtgröße der Eyebox und auch eine darstellbare Größe des virtuellen Bildbereichs erhalten.To solve the above object, a method for image display by means of a head-up display for at least one eye of a driver of a motor vehicle is proposed, in which the head-up display is arranged in a space in a vehicle console, wherein for the at least one Eye is a respective virtual image is generated, which has a the virtual image clearly assignable and only for the at least one eye visible image area, which is visible only within a respective eyebox associated with the at least one eye. By virtue of the fact that a HUD carrying out the method according to the invention does not represent a virtual image area that is visible to both eyes, an optical beam path necessary for a particular eye can be designed by reducing the size of its HUD with a common image area and significantly reducing the required installation space become. On the other hand, a total size of the eyebox and also a displayable size of the virtual image area are retained.
Ein virtueller Bildbereich bzw. ein Bildbereich ist ein Bereich im Raum, in dem ein dem virtuellen Bildbereich bzw. dem Bildbereich zugeordnetes virtuelles Bild angezeigt wird.A virtual image area or an image area is an area in the room in which a virtual image assigned to the virtual image area or the image area is displayed.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus einer Kreuzung eines ersten optischen Strahlengangs des Head-Up-Displays, der einem ersten virtuellen Bild zugeordnet ist, mit einem zweiten optischen Strahlengang des Head-Up-Displays, der einem zweiten virtuellen Bild zugeordnet ist, ein Vorhandensein zweier virtueller Bildbereiche und der ihnen zugeordneten Eyeboxen.In one embodiment of the method according to the invention, the result of an intersection of a first optical beam path of the head-up display, which is assigned to a first virtual image, with a second optical beam path of the head-up display, which is assigned to a second virtual image, a presence of two virtual image areas and their associated eyeboxes.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste dem ersten Strahlengang zugeordnete und auf einer linken Seite eines Fahrzeugvorfelds erscheinende virtuelle Bild für ein rechtes Auge und das zweite dem zweiten Strahlengang zugeordnete und auf der rechten Seite eines Fahrzeugvorfelds erscheinende virtuelle Bild für ein linkes Auge des Fahrers sichtbar gemacht. Dies bedingt sich aus den optischen Strahlengängen der Bilddarstellung für ein linkes und ein rechtes Auge des Fahrers durch dasselbe HUD.In a further embodiment of the method according to the invention, the first associated with the first beam path and appearing on a left side of a vehicle apron virtual Image for a right eye and the second associated with the second beam path and appearing on the right side of a vehicle apron virtual image made visible to a driver's left eye. This is due to the optical paths of the image representation for a left and a right eye of the driver through the same HUD.
In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste auf der linken Seite des Fahrzeugvorfelds erscheinende virtuelle Bild für das rechte Auge des Fahrers auf eine solche Weise sichtbar gemacht, dass es an das zweite auf der rechten Seite des Fahrzeugvorfelds erscheinende virtuelle Bild für das linke Auge des Fahrers angrenzt, d. h. das erste und das zweite Bild haben eine gemeinsame Kante. Dadurch kann ein großer virtueller Bildbereich entstehen, der bspw. der Größe eines mit beiden Augen gesehenen Bildbereichs eines HUD aus dem Stand der Technik entsprechen kann, wobei jedoch der Vorteil einer im Vergleich kleineren Baugröße des erfindungsgemäßen HUD besteht.In still another embodiment of the method according to the invention, the first virtual image for the driver's right eye appearing on the left side of the vehicle apron is made visible in such a way that it is displayed on the second virtual image for the left one appearing on the right side of the vehicle apron Eye of the driver adjoins, d. H. the first and the second image have a common edge. As a result, a large virtual image area can arise which, for example, can correspond to the size of a picture area of a HUD from the prior art viewed with both eyes, but with the advantage of a comparatively small size of the HUD according to the invention.
In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste auf der linken Seite des Fahrzeugvorfelds erscheinende virtuelle Bild für das rechte Auge des Fahrers auf eine solche Weise sichtbar gemacht, dass es von dem zweiten auf der rechten Seite des Fahrzeugvorfelds erscheinenden virtuellen Bild für das linke Auge des Fahrers beabstandet ist. Die optischen Strahlengänge für jedes Auge lassen sich durch das erfindungsgemäße HUD derart einstellen, dass die jeweiligen virtuellen Bildbereiche, d. h. die jeweiligen virtuellen Bereiche, in denen die jeweiligen virtuellen Bilder angezeigt werden, einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen.In yet another embodiment of the method according to the invention, the first virtual image for the driver's right eye appearing on the left side of the vehicle apron is made visible in such a way that it can be seen from the second virtual image appearing on the right side of the vehicle apron Eye of the driver is spaced. The optical beam paths for each eye can be adjusted by the HUD according to the invention such that the respective virtual image areas, i. H. the respective virtual areas in which the respective virtual images are displayed, have a predetermined distance from each other.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein in einem Fahrzeugvorfeld erscheinendes virtuelles Bild nur innerhalb einer einem einzelnen Auge zugeordneten Eyebox sichtbar gemacht. Zwar kann durch ein einäugiges Sehen der Fahrer eine Lage des virtuellen Bildes im Fahrzeugvorfeld nicht richtig einschätzen, verstärkt wird jedoch dadurch ein Tiefeneindruck bzw. ein Eindruck von von dem HUD dargestellten augmented reality-Inhalten.In one embodiment of the method according to the invention, a virtual image appearing in a vehicle apron is made visible only within an eyebox associated with a single eye. Although the driver can not correctly estimate a position of the virtual image in the vehicle apron by a one-eyed vision, this enhances a sense of depth or an impression of augmented reality content presented by the HUD.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen einer Bilddarstellung für ein linkes Auge und einer Bilddarstellung für ein rechtes Auge des Fahrers gewählt. Die Auswahl kann bspw. mittels einer zur Ansteuerung des HUD vorgesehenen Menüführung innerhalb des Bordsystems des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden. Nach durchgeführter Auswahl ist dann das ausgewählte Auge, für das ein virtuelles Bild dargestellt wird, bzw. eine Position der Eyebox im Raum vorgegeben.In a further embodiment of the method according to the invention, an image is selected for a left eye and an image for a driver's right eye. The selection can, for example, be made by means of a menu guidance provided for controlling the HUD within the on-board system of the motor vehicle. After the selection has been made, the selected eye for which a virtual image is displayed, or a position of the eyebox in the room, is then specified.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das dem mindestens einen Auge zugeordnete virtuelle Bild eine optische Korrektur des Head-Up-Displays automatisch durchgeführt. Eine verzerrte oder fehlerhafte Abbildung durch eine gewölbte Windschutzscheibe, auf deren Innenseite das HUD das virtuelle Bild projiziert, kann durch die optische Korrektur ausgeglichen werden. Vorteilhaft kann die optische Korrektur einzeln für ein jeweiliges Auge durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, durch die Bilddarstellung für ein jeweiliges Auge personalisierte Sehschwächen des Fahrers für das virtuelle Bild durch das HUD auszugleichen.In one embodiment of the method according to the invention, an optical correction of the head-up display is automatically carried out for the virtual image assigned to the at least one eye. A distorted or faulty image through a curved windshield, on the inside of which the HUD projects the virtual image, can be compensated by the optical correction. Advantageously, the optical correction can be performed individually for a respective eye. It is also conceivable to compensate for visual impairments of the driver for the virtual image by the HUD through the image representation for a respective eye.
Ferner wird ein System zu einer Bilddarstellung mittels eines Head-Up-Displays für mindestens ein Auge eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beansprucht, welches ein in einem Bauraum der Fahrzeugkonsole anordenbares bzw. verbaubares Head-Up-Display mit Vorrichtungen zu einer Erzeugung eines optischen Strahlengangs für ein einzelnes Auge eines Fahrers umfasst. Ein nur auf ein einäugiges Sehen ausgelegtes HUD weist vorteilhaft nicht nur eine vergleichsweise verkleinerte Baugröße, sondern auch eine wesentlich einfachere Bauform auf.Furthermore, a system for image display by means of a head-up display for at least one eye of a driver of a motor vehicle is claimed, which can be arranged in a space of the vehicle console or buildable head-up display with devices for generating an optical beam path for single eye of a driver covers. A HUD designed only for one-eyed vision advantageously has not only a comparatively reduced size, but also a much simpler design.
Des Weiteren wird ein System zu einer Bilddarstellung mittels eines Head-Up-Displays für mindestens ein Auge eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beansprucht, welches ein in einem Bauraum der Fahrzeugkonsole anordenbares bzw. verbaubares Head-Up-Display mit Vorrichtungen zu einer Erzeugung jeweiliger optischer Strahlengänge für zwei Augen des Fahrers umfasst.Furthermore, a system for image display by means of a head-up display for at least one eye of a driver of a motor vehicle is claimed, which can be arranged in a space of the vehicle console or buildable head-up display with devices for generating respective optical beam paths for includes two eyes of the driver.
Schließlich wird ein Kraftfahrzeug offenbart, welches mit dem erfindungsgemäßen System ausgestattet ist, und demnach dazu konfiguriert ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.Finally, a motor vehicle is disclosed, which is equipped with the system according to the invention, and is therefore configured to carry out the method according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine geometrische Anordnung eines HUD in einer Fahrzeugkonsole und ein von dem so angeordneten HUD erzeugtes virtuelles Bild samt einer Eyebox nach dem Stand der Technik. -
2 zeigt in schematischer Darstellung durch ein HUD erzeugte optische Strahlengänge nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 shows a schematic representation of a geometric arrangement of a HUD in a vehicle console and a virtual image generated by the thus arranged HUD including a Eyebox according to the prior art. -
2 shows a schematic representation of an optical beam paths generated by a HUD according to an embodiment of the method according to the invention.
In
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