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Die vorliegende Erfindung betrifft ein wandelbares Anzeigesystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug, das ein solches wandelbares Anzeigesystem aufweist.
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In der Fahrzeugtechnik ist mittlerweile die Verwendung von Flachbildschirmen bzw. Displays weit verbreitet. So werden beispielsweise auf den Multifunktionsdisplays volldigitaler Kombiinstrumente diverse fahrzeugrelevante Informationen angezeigt. Weiterhin werden die Kombiinstrumente häufig durch zusätzliche Anzeigen, beispielsweise ein im Bereich der Mittelkonsole angeordnetes Display, ergänzt, insbesondere auch, um Bildinhalte für ein Navigations-, Assistenz- oder Infotainment-System wiederzugeben. Hierbei kommen verschiedene Displaytechnologien, wie zum Beispiel TFT-, LCD- und AMOLED-Displays, zum Einsatz. Um eine Nutzereingabe zu ermöglichen, sind diese häufig als Touchscreen-Display ausgestaltet.
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Es ist davon auszugehen, dass zukünftig auch 3D-Displays, wie beispielsweise autostereoskopische Displays, Multi-Layer-Displays oder Lichtfelddisplays, vermehrt verwendet werden, da durch die dann wahrgenommene Tiefe des Bildes visuelle Informationen im Raum verteilt dargestellt werden können.
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Weiterhin werden vermehrt Head-up-Displays eingesetzt, um die Blickzuwendungszeit zu dem jeweiligen Display bzw. die Blickabwendung von der Straße zu minimieren. Hierbei werden die darzustellenden Bildinhalte auf die Windschutzscheibe oder auf eine separate, davor angebrachte Scheibe projiziert, wobei der Eindruck entsteht, dass sich in einigen Metern Entfernung vor der Motorhaube eine Anzeige befände.
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Eine noch neue Anzeigetechnologie, die noch nicht Einzug im Fahrzeugbereich gefunden hat, beruht auf der Erzeugung freischwebender Bilder durch eine spezielle optische Abbildung. Hierbei kann aus einem Bild, das durch ein herkömmliches Display generiert wird, mit einer optischen Abbildungsvorrichtung eine frei im Raum schwebende Abbildung des generierten Bildes erzeugt werden. Das Licht des durch das Display generierten Bildes wird dabei beim Passieren der optischen Abbildungsvorrichtung derart abgelenkt und gebündelt, dass auf der vom Display abgewandten Seite der optischen Abbildungsvorrichtung ein optisches Bild entsteht, das von einem Betrachter als über oder vor dem Display schwebend gesehen werden kann. Hierbei ist es auch möglich, eine Bedienung mit den Fingern entsprechend einem Touchscreen vorzusehen, indem mit Sensoren erkannt wird, wenn der Nutzer seine Finger in den Raumbereich des freischwebenden Bildes führt und diese so gewissermaßen berührt.
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Eine solche Bildanzeigevorrichtung wird beispielsweise in der
US 2015/0370415 A1 beschrieben. Ein durch ein Display erzeugtes Bild wird dabei durch eine Projektionseinheit mit einer Dihedral-Corner-Reflector-Array-Struktur so abgebildet, dass ein über dieser Projektionseinheit schwebendes optisches Bild erzeugt wird. Da das erzeugte optische Bild nur in einem engen Sichtbarkeitsbereich für einen Nutzer korrekt zu erfassen ist, kann dieser an die Augenposition des Nutzers angepasst werden. Um auch bei einer Veränderung der Position, an der das optische Bild erzeugt wird, eine Bedienhandlung korrekt zu erfassen, wird hierbei mit einer Entfernungsmesseinheit detektiert, ob eine solche Bedienhandlung relativ zu dem optischen Bild erfolgt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Anzeigesystem für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, das unterschiedliche Anzeigearten in Abhängigkeit von Bedürfnissen bzw. Wünschen eines Insassen, insbesondere des Fahrers, und/oder Betriebsparametern des Fahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Anzeigesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße wandelbare Anzeigesystem für ein Fahrzeug umfasst:
- - eine Anzeigevorrichtung;
- - eine optischen Abbildungsvorrichtung zur Erzeugung eines frei im Raum schwebenden Bildes aus einem von der Anzeigevorrichtung erzeugten Bild;
- - mindestens eine Verstellvorrichtung, die mit der Anzeigevorrichtung und/oder der optischen Abbildungsvorrichtung verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass durch Verstellen der Anzeigevorrichtung und/oder der optischen Abbildungsvorrichtung
- - für eine erste Anzeigeart die optische Abbildungsvorrichtung so positioniert ist, dass ein durch die Anzeigevorrichtung erzeugtes Bild durch einen vor der Anzeigevorrichtung befindlichen Insassen unmittelbar wahrnehmbar ist, und
- - für eine zweite Anzeigeart die optische Abbildungsvorrichtung zwischen dem Insassen und der Anzeigevorrichtung positioniert ist und die optische Abbildungsvorrichtung ein durch die Anzeigevorrichtung erzeugtes Bild so abbildet, dass auf der der Anzeigevorrichtung gegenüberliegenden Seite der optischen Abbildungsvorrichtung ein für den Insassen frei im Raum schwebenden Bild erzeugt wird.
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Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist das Anzeigesystem mechanisch nicht unveränderlich, sondern wandelbar und erlaubt damit die Anzeige auf eine veränderte Position bzw. Blickrichtung des Insassen, beispielsweise bei unterschiedlichen Fahrmodi, anzupassen. Weiterhin kann für beide Anzeigearten dieselbe Anzeigevorrichtung als Bildquelle genutzt werden, was eine kostengünstige Umsetzung bei einer Implementierung des erfindungsgemäßen Anzeigesystems in einem Serienfahrzeug ermöglicht. Ebenso ermöglicht die Erzeugung eines frei im Raum schwebenden Bildes gemäß der zweiten Anzeigeart einerseits eine im Fahrzeugbereich neue Darstellungsweise und damit verbunden auch die Umsetzung neuer Bedienfunktionen. Andererseits kann durch Betrieb des Anzeigesystems in der ersten Anzeigeart auch weiterhin eine Anzeige der Bildinhalte in für den Insassen bereits gewohnter Form erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist für die erste Anzeigeart die optische Abbildungsvorrichtung aus Sicht des Insassen hinter der Anzeigevorrichtung positioniert. Beim Übergang von der ersten Anzeigeart in die zweite Anzeigeart werden die optische Abbildungsvorrichtung und die Anzeigevorrichtung nacheinander so verkippt, dass im Anschluss in der zweiten Anzeigeart die optische Abbildungsvorrichtung zwischen dem Insassen und der Anzeigevorrichtung positioniert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anzeigevorrichtung fest im Fahrzeug verbaut und die Position der Anzeigevorrichtung bei beiden Anzeigearten unverändert. Beim Übergang von der ersten Anzeigeart in die zweite Anzeigeart wird die optische Abbildungsvorrichtung vor die Anzeigevorrichtung geschoben.
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Vorzugsweise weist die optische Abbildungsvorrichtung eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten optischen Abbildungselementen auf.
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Hierbei sind bei einer Ausführungsform der Erfindung die optischen Abbildungselemente in zwei übereinanderliegenden Ebenen, senkrecht zueinander angeordnete Mikro-Spiegel.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Abbildungselemente rasterförmig in einer Ebene angeordnete dihedrale Reflektoren.
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Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Abbildungselemente rasterförmig in einer Ebene angeordnete Mikro-Linsen.
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Vorzugsweise sind die beiden Anzeigearten unterschiedlichen Fahrmodi und/oder unterschiedlichen Positionen des Insassen zugeordnet.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Position des Insassen und/oder der aktuelle Fahrmodus automatisch erfasst wird und in Abhängigkeit davon automatisch die Anzeigeart der Anzeigevorrichtung gewählt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzeigevorrichtung in der ersten Anzeigeart als Kombiinstrument hinter dem Lenkrad des Fahrzeugs angeordnet.
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Vorteilhafterweise wird hierbei in der zweiten Anzeigeart das Lenkrad ganz oder teilweise aus dem Bedienbereich entfernt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Tiefensensor vorgesehen, mit dem ein oder mehrere Finger oder eine Hand des Insassen im Bereich des frei im Raum schwebenden Bildes erfasst werden können.
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Vorzugsweise wird hierbei eine Erfassung von einem oder mehreren Fingern oder einer Hand des Insassen im Bereich des frei im Raum schwebenden Bildes für eine Bedienung von einer oder mehreren Funktionen, die dem frei im Raum schwebenden Bild zugeordnet sind, ausgewertet.
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Weiterhin weist die Verstellvorrichtung vorzugsweise einen elektromechanischen Antrieb auf und wird von einer Steuereinheit angesteuert.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, welches das erfindungsgemäße wandelbare Anzeigesystem aufweist.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
- 1 zeigt schematisch für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems den Betrieb der Anzeigevorrichtung in der ersten Anzeigeart (A) als herkömmliches Kombiinstrument, Zwischenschritte zwischen der ersten und der zweiten Anzeigeart (B, C, D) und schließlich den Betrieb der Anzeigevorrichtung in der zweiten Anzeigeart mit einer Anzeige eines freischwebenden Bildes (E);
- 2 zeigt schematisch am Beispiel einer Anzeige eines Kombiinstruments die optische Abbildung mit einer in der ersten Ausführungsform verwendeten optischen Abbildungsvorrichtung;
- 3 zeigt schematisch einen Aufbau einer optischen Abbildungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Struktur mit einer Vielzahl von in zwei übereinanderliegenden Ebenen, senkrecht zueinander angeordneten Mikro-Spiegeln (A) und den Strahlengang für einen Lichtstrahl, der auf zwei solcher senkrecht zueinander angeordneter Mikro-Spiegel fällt (B);
- 4 zeigt schematisch einen weiteren Aufbau einer optischen Abbildungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Dihedral-Corner-Reflector-Array-Struktur (A) und den Strahlengang für einen Lichtstrahl, der auf ein optisches Element dieses Arrays fällt (B);
- 5 zeigt schematisch für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems den Betrieb der Anzeigevorrichtung in der ersten Anzeigeart (A) als feststehendes Kombiinstrument, in einem Zwischenschritt zwischen der ersten und der zweiten Anzeigeart (B) und schließlich den Betrieb der Anzeigevorrichtung in der zweiten Anzeigeart mit einer Anzeige eines freischwebenden Bildes (C);
- 6 zeigt schematisch am Beispiel einer Anzeige eines Kombiinstruments die optische Abbildung mit einer in der zweiten Ausführungsform verwendeten optischen Abbildungsvorrichtung; und
- 7 zeigt schematisch einen Aufbau einer optischen Abbildungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Struktur aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mikro-Linsen (A) und den Strahlengang für einen Lichtstrahl, der auf eine solche Mikro-Linse fällt (B).
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Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
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1 zeigt schematisch für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems den Betrieb der Anzeigevorrichtung in den beiden Anzeigearten. Ein Insasse 1 der Anzeigevorrichtung befindet sich in dem dargestellten Beispiel als Fahrer im Innenraum eines Fahrzeugs, von dem Teile schematisch dargestellt sind. Das Fahrzeug kann neben einem manuellen Fahrbetrieb auch einen automatischen Fahrbetrieb ermöglichen, wobei es vorgesehen sein kann, tagsüber das Fahrzeug manuell zu führen und in Dunkelheit bzw. nachts das Fahrzeug dann autonom fahren zu lassen.
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In der 1A wird die Anzeigevorrichtung 2 in einer ersten Anzeigeart als freistehendes Kombiinstrument für eine Anzeige von Fahrzeugparametern, wie beispielsweise der aktuellen Geschwindigkeit und Drehzahl, dem verbleibenden Tankinhalt, dem Kilometerstand oder auch Warnhinweisen bei Fehlfunktionen, genutzt. Diese erste Anzeigeart kann in dem manuellen Fahrmodus des Fahrzeugs erfolgen. Die Anzeigevorrichtung 2 kann hierbei beispielsweise als LCD- oder OLED-Display ausgestaltet sein und eine 2-D- oder auch 3-D-Wiedergabe von Bild-und Videoinhalten ermöglichen.
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In der dargestellten Position der als Kombiinstrument dienenden Anzeigevorrichtung 2 kann deren Anzeige durch den Fahrer unmittelbar wahrgenommen werden, selbst wenn ggfs. kleinere Bereiche durch ein zwischen Fahrer und Kombiinstrument befindliches Lenkrad 4 teilweise abgedeckt werden. Hinter der Anzeigevorrichtung 2, und damit aus Sicht des Fahrers nicht sichtbar, befindet sich eine optische Abbildungsvorrichtung 5. Sowohl die Anzeigevorrichtung 2 als auch die optische Abbildungsvorrichtung 5 sind beweglich mit dem Armaturenbrett 6 verbunden, beispielsweise durch flexible mechanische Gelenkverbindungen oder Scharniere 7 und 8. Weiterhin ist hinter der Anzeigevorrichtung 2 ein Tiefensensor 9 angeordnet, der jedoch während dieser Anzeigeart nicht aktiv ist.
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Anders als beim manuellen Fahrbetrieb werden beim vollautomatischen Fahren Teile der Cockpit-Instrumente und -anzeigen und manuelle Bedienelemente wie Lenkrad oder Gangwahlhebel nicht mehr benötigt, da die Fahraufgabe dem Fahrzeug übergeben wird. Stattdessen stehen dann die sogenannten Infotainment-Funktionen im Vordergrund, wobei es wünschenswert ist, hierfür eine bequemere Sitzposition einzunehmen. So kann beispielsweise im Bereich der Windschutzscheibe eine großflächige Wiedergabe von Infotainment-Inhalten wie beispielsweise Filmen erfolgen.
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Für eine solche Wiedergabe kann erfindungsgemäß die Anzeigevorrichtung 2 in Verbindung mit der optischen Abbildungsvorrichtung 5 genutzt werden. Da das Lenkrad 4 während des automatischen Fahrens nicht benötigt wird und bei den Infotainment-Funktionen eher störend wirkt, wird dieses zunächst aus dem Bedienbereich entfernt, wie in 1 B dargestellt. Hierfür kann ein wegklappbares Lenkrad vorgesehen sein, ebenso kann hierfür aber auch ein faltbares Lenkrad eingesetzt werden.
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Um mit der optischen Abbildungsvorrichtung 5 ein frei im Raum schwebendes Abbild von auf der Anzeigevorrichtung 2 dargestellten Bildinhalten zu erzeugen, muss die optische Abbildungsvorrichtung 5 zwischen die Anzeigevorrichtung 2 und den Fahrer positioniert werden. Hierfür wird zunächst die optische Abbildungsvorrichtung 5 durch eine Verstellvorrichtung mechanisch nach oben verkippt, wie ebenfalls in 1B gezeigt. Hierfür kann in dem Anzeigesystem ein elektromechanischer Antrieb, beispielsweise ein Motor, integriert sein. Der elektromechanische Antrieb kann von einer nicht gezeigten Steuereinheit, angesteuert werden.
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Nach dem Hochklappen der optischen Abbildungsvorrichtung 5 wird die Anzeigevorrichtung 2 entsprechend 1C mit einer weiteren Verstellvorrichtung nach unten in eine hierfür vorgesehene Mulde des Armaturenbretts 6 geklappt. Im Anschluss wird die optische Abbildungsvorrichtung 5 wieder in die Ausgangsposition bewegt und befindet sich nun, wie in 1D dargestellt, zwischen der Anzeigevorrichtung 2 und dem Fahrer 1.
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Damit ist es nun möglich, ein durch die Anzeigevorrichtung 2 erzeugtes Bild durch die optische Abbildungsvorrichtung 5 so abzubilden, dass auf der der Anzeigevorrichtung gegenüberliegenden Seite ein für den Insassen frei im Raum schwebenden Bild 10 erzeugt wird. Dieses ist in 1E dargestellt. Das freischwebende Bild 10 findet sich hier nun dem räumlichen Bereich, in dem in der ersten Anzeigeart die Anzeigevorrichtung 2 als Kombiinstrument positioniert war. Je nach Ausgestaltung der optischen Abbildungsvorrichtung 5 und ihrer Positionierung sowie der Positionierung der Anzeigevorrichtung 2 kann das frei schwebende Bild 10 sich aber auch näher an dem Fahrer oder weiter entfernt von dem Fahrer generiert werden.
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Der Tiefensensor 9 ist nun aktiviert, um eine Bedienung von Infotainment-Funktionen oder auch wichtigen Fahrzeugfunktionen in dieser Anzeigeart zu ermöglichen. Mit dem Tiefensensor 9 wird die Projektionsebene des frei im Raum schwebenden Bildes 9 abgetastet. Auf diese Weise kann detektiert werden, ob der Fahrer mit einem Finger in der Projektionsebene auf ein dargestelltes Bedienelement zeigt und so eine Touchfunktion realisiert werden. Hierfür kann eine Tracking-Kamera in Form einer 3D-Kamera, wie beispielsweise eine Stereokamera oder eine auf Laufzeitmessungen (englisch: „time of flight“) beruhende Kamera, verwendet werden. Vorzugsweise werden hierbei Infrarotbilder erfasst, da diese in der Dunkelheit eine Beleuchtung, beispielsweise durch IR-LEDs ermöglichen, ohne den Fahrer zu stören und ggfs. zu blenden. Der in der Figur angedeutete Verbauort des Tiefensensors 9 ist hierbei rein schematisch, dieser kann sich an beliebigen Stellen im Fahrzeug, die eine Erfassung der Finger des Fahrers ermöglichen, wie beispielsweise integriert im Armaturenbrett, dem Dachhimmel oder dem Rückspiegel des Fahrzeugs, befinden.
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Auf diese Weise kann auch eine Bedienung von Bedienelementen ermöglicht werden, die in der ersten Anzeigeart zwar bereits auf dem Display angezeigt werden, aufgrund der Position des Displays in der ersten Anzeigeart aber von dem Fahrer schlecht zu erreichen sind oder nicht gefahrlos zu bedienen sind, beispielsweise weil diese aus Sicht des Fahrers hinter dem Lenkrad liegen.
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Zusätzlich kann auch ein den Tastsinn ansprechendes Feedback für den Insassen für bestimmte Stellen des frei im Raum schwebenden Bildes 9 simuliert werden, insbesondere an Positionen, an denen Bedienelemente dargestellt werden. Obwohl der Insasse das freischwebende Bild zwar nicht anfassen kann, erhält er hierbei über Ultraschall ein haptisches Feedback. Dabei kann auf den Finger bzw. die Fingerspitze des Insassen mit einem elektronisch steuerbaren Ultraschallstrahl eine mit dem schwebenden Bild konsistente mechanische Kraft ausgeübt werden, die als Vibration auf der Haut wahrgenommen werden kann. Möglich macht dieses ein Array mehrerer kleiner Ultraschallsender in Kombination mit dem oben erwähnten Tiefensensor 9, welcher die Position der Fingerspitze erfasst.
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Sowohl der Tiefensensor als auch das Ultraschallsenderarray können hierfür über geeignete Schnittstellen mit der oben genannten Steuereinheit kommunizieren. So können von dem Tiefensensor Positionssignale einer erfassten Fingerspitze an die Steuereinheit weitergegeben werden, welche diese Positionssignale dann mit der Position des frei im Raum schwebenden Bildes oder einzelner in diesem freischwebenden Bild dargestellter Bedienelemente abgleicht. Bei übereinstimmenden Positionen können dann Steuersignale zur Ansteuerung ausgewählter Bedien- bzw. Fahrzeugfunktionen an die Infotainmenteinheit oder andere Steuergeräte im Fahrzeug ausgegeben werden. Ebenso können für das haptische Feedback von der Steuereinheit Steuersignale erzeugt werden, um das Ultraschallsenderarray je nach erfasste Position der Fingerspitze gezielt ansprechen zu können. Die Steuereinheit kann hierbei aus einem einzelnen elektronischen Steuergerät bestehen, das üblicherweise einen oder mehrere Eingangs- und Ausgangsstufen, eine Schnittstelle für die Datenkommunikation und einen Mikrocontroller umfasst, der wiederum üblicherweise aus einem Prozessorkern, einem oder mehreren Speicherbausteinen für die Software und einem Arbeitsspeicher besteht. Ebenso können aber auch mehrere Steuergeräte vorgesehen sein, die dann über geeignete Schnittstellen kommunizieren.
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Wie in 2 gezeigt, fällt bei dieser ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems das Licht von dem durch die Anzeigevorrichtung erzeugten Bild 3 schräg auf die optische Abbildungsvorrichtung 5 und wird von dieser so abgelenkt, dass das freischwebende Bild 10 achsensymmetrisch auf der anderen Seite der optischen Abbildungsvorrichtung 5 erscheint. Die optische Abbildungsvorrichtung 5 kann hierbei beispielsweise als Folie oder Substrat ausgestaltet sein, die eine Vielzahl von optischen Abbildungselementen aufweist, mit denen durch eine gezielte Ablenkung des einfallenden Lichts ein schwebendes Bildes erzeugt werden kann.
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Eine solche optische Abbildungsvorrichtung kann beispielsweise als sogenannte „Aerial Imaging Plate“ in bekannter Weise aus dünnen Glas- oder Kunststoffstreifen bestehen, die jeweils an ihren Seitenflächen metallisch beschichtet sind und so auf beiden Seiten reflektierende Schichten aufweisen. Eine Vielzahl dieser Mikro-Spiegel werden stapelförmig aneinandergereiht und in zwei übereinanderliegenden Ebenen so zueinander angeordnet, dass die beschichteten Flächen der übereinanderliegenden Mikro-Spiegel einen rechten Winkel zueinander bilden. Eine solche Anordnung mit zwei übereinanderliegenden Ebenen 11 und 12 ist in 3A gezeigt.
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3B zeigt beispielhaft für einen Lichtstrahl, der auf eine solche optische Abbildungsvorrichtung fällt und von dieser abgelenkt wird, den resultierenden Strahlengang. Der von unten einfallende Lichtstrahl trifft zunächst auf eine Spiegelfläche eines Mikrospiegels 13, der in der unteren Ebene 11 angeordnet ist, und wird von diesem gemäß dem Reflexionsgesetz abgelenkt. Daraufhin trifft der reflektierte Lichtstrahl auf eine Spiegelfläche des in der darüber liegenden Ebene 12 angeordneten Mikrospiegels 14, der senkrecht zu dem darunterliegenden Mikrospiegel 13 ausgerichtet ist. An dem Mikrospiegel 14 erfolgt dann ebenfalls eine Reflektion des Lichtstrahls gemäß dem Reflexionsgesetz. Im Anschluss tritt der zweifach reflektierte Lichtstrahl dann oberhalb der optischen Abbildungsvorrichtung aus.
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Eine weitere Bauform einer optischen Abbildungsvorrichtung 5 für die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems kann eine in 4A gezeigte sogenannte Dihedral-Corner-Reflector-Array-Struktur aufweisen. Bei dieser ist eine Vielzahl von optischen Elementen 15, die jeweils als Dihedral-Corner-Reflector bezeichnet werden, regelmäßig in einer Ebene angeordnet, wobei jedes der optischen Elemente zwei zueinander angewinkelte Spiegelflächen aufweist. Licht, welches auf diese Struktur trifft, wird dann durch zweifache Reflexion an diesen Spiegelflächen, wie in 4B dargestellt, abgelenkt.
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Die beschriebenen optischen Abbildungsvorrichtungen 5 ermöglichen nur in einem verhältnismäßig kleinen, starr festgelegten Raumbereich, dem sogenannten Sweet Spot, eine akzeptable Wahrnehmung des freischwebenden Bildes. Es kann daher zusätzlich vorgesehen sein, durch eine mechanische Nachjustage des Displays 2 und/oder der optischen Abbildungsvorrichtung 5 die räumliche Position des Sweet Spots an die Position des Insassen anzupassen. Hierfür kann es auch vorgesehen sein, die Position des Insassen zu erfassen, beispielsweise mit einer 3-D Kamera des Tiefensensors oder einer anderen Innenraumkamera zur Überwachung des Fahrers.
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Ebenso können für die zweite Anzeigeart weitere optische Elemente im Strahlengang zwischen Display 2 und der optischen Abbildungsvorrichtung 5 angeordnet sein, um so beispielsweise unterschiedliche Größen des freischwebenden Bildes oder eine kompakte Bauweise des Anzeigesystems zu ermöglichen.
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5 zeigt schematisch für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems den Betrieb in den beiden Anzeigearten, wobei sich der Insasse 1 wieder als Fahrer im Innenraum eines Fahrzeugs befindet. In der 5A wird die Anzeigevorrichtung 2 in einer ersten Anzeigeart, die auch in diesem Fall in dem manuellen Fahrmodus des Fahrzeugs erfolgen kann, als feststehendes Kombiinstrument für eine Anzeige von Fahrzeugparametern genutzt. Die Anzeigevorrichtung 2 ist mit einer Abdeckung 16 versehen, die als Blend- bzw. Sonnenschutz dienen kann. In dieser Ausführungsform ist die optische Abbildungsvorrichtung 5 für die erste Anzeigeart im Armaturenbrett 6 verborgen. Der Tiefensensor 9 ist während dieser Anzeigeart wiederum nicht aktiv.
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Für einen Wechsel zu der zweiten Anzeigeart wird die optische Abbildungsvorrichtung 5 nun durch eine Verstellvorrichtung mechanisch nach oben vor die Anzeigevorrichtung 2 verschoben, wie in 5B gezeigt. Hierfür kann ein Linearantrieb, beispielsweise ein Linearmotor oder Linearaktor, vorgesehen sein, der eine Bewegung der optischen Abbildungsvorrichtung 5 in gerader Linie oder auch in einem anderen translatorischen Verlauf ermöglicht. Weiterhin wird das Lenkrad 4, wie ebenfalls in 5B angedeutet, wiederum aus dem Bedienbereich entfernt.
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5C zeigt das Anzeigesystem nach dem Hochfahren der optischen Abbildungsvorrichtung 5 in der zweiten Anzeigeart. Aus einem Bild auf der Anzeigevorrichtung 2 wird mittels der optischen Abbildungsvorrichtung 5 wieder ein frei im Raum schwebenden Bild 10 erzeugt, das von dem Fahrer betrachtet werden kann. Der Tiefensensor 9 ist nun wieder aktiviert, um eine Bedienung von Infotainment-Funktionen oder auch anderen Fahrzeugfunktionen zu ermöglichen,
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Wie in 6 gezeigt, erscheint bei dieser zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzeigesystems das schwebende Bild zwar wieder auf der anderen Seite der optischen Abbildungsvorrichtung 5, die Ausrichtung ändert sich hierbei aber nicht.
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Eine solche optische Abbildungsvorrichtung kann beispielsweise durch eine in 7A gezeigte Mikrolinsen-Struktur gebildet werden, bei der eine Vielzahl von Mikrolinsen 17 regelmäßig in einer Ebene angeordnet sind.
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7B zeigt beispielhaft für einen Lichtstrahl, der auf eine solche optische Abbildungsvorrichtung fällt, den resultierenden Strahlengang. Der von links einfallende Lichtstrahl wird zunächst an einer ersten Linsenoberfläche eines Mikrolinsenpaars 17, das auch als eine bikonvexe Mikrolinse aufgefasst werden kann, in Richtung der optische Achse abgelenkt. Im Inneren der Linse verläuft der Lichtstrahl dann zunächst geradlinig, bis er die gegenüberliegende Seite der Linse erreicht und dort beim Austritt aus der optischen Abbildungsvorrichtung 5 ein zweites Mal gebrochen wird.
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Die Erfindung kann bei beliebigen Fahrzeugen eingesetzt werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Insasse
- 2
- Anzeigevorrichtung
- 3
- Anzeigebild
- 4
- Lenkrad
- 5
- optische Abbildungsvorrichtung
- 6
- Armaturenbrett
- 7, 8
- Scharniere
- 9
- Tiefensensor
- 10
- frei im Raum schwebendes Bild
- 11, 12
- Ebene mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Mikrospiegel
- 13, 14
- Mikrospiegel
- 15
- Dihedral-Corner-Reflektor
- 16
- Abdeckung
- 17
- Mikrolinsen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0370415 A1 [0006]
