DE102019126635A1

DE102019126635A1 - Projektionsanzeigevorrichtung zur Darstellung virtueller Anzeigebilder mit 3D-Wirkung

Info

Publication number: DE102019126635A1
Application number: DE102019126635.1A
Authority: DE
Inventors: Hakon Mikkelsen; Marcel Herzlieb
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Anzeigebilds in einer dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche, umfassend:- eine Projektionseinheit zum Bereitstellen eines Projektionsstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt; und- eine Abbildungsoptik, die dazu ausgebildet ist, das von der Projektionseinheit bereitgestellte Projektionsstrahlenbündel auf eine Projektionsscheibe zu richten, von der es zu einem Benutzer hin reflektiert wird, um das virtuelle Anzeigebild im Blickfeld des Benutzers hinter der Projektionsscheibe abzubilden; wobei die Projektionseinheit ein Display aufweist, dessen zur Erzeugung des Anzeigeinhalts ausgebildete Displayfläche eine vorbestimmte 3D-Form hat und daher entlang des Strahlengangs der Projektionseinheit ausgedehnt ist, sodass das virtuelle Anzeigebild in einer aus der 3D-Form der Displayfläche resultierenden dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche erzeugt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Projektionsanzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Head-up-Displays (HUD), zum Einsatz in Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen. Weiterhin betrifft die Erfindung Projektionsanzeigevorrichtungen zur Darstellung von Abbildungen mit einem 3D-Effekt.
Technischer Hintergrund
Insbesondere in Kraftfahrzeugen dienen Projektionsanzeigevorrichtungen, die unter anderem als Head-up-Display (HUD) bekannt sind, zum Einblenden eines virtuellen Anzeigebilds ins Blickfeld eines Fahrers über eine teiltransparente Projektionsscheibe, die Teil einer Windschutzscheibe oder eine separate, zwischen den Fahrer und die Windschutzscheibe positionierte Kombinierfläche sein kann, um dem Fahrer nützliche Informationen, wie z. B. Warnhinweise, Geschwindigkeitsinformationen, Fahrzeugzustände, Navigationshinweise und dergleichen, der von ihm beobachteten realen Umgebung vor dem Fahrzeug zu überlagern. Derartige Projektionsanzeigevorrichtungen projizieren eine Abbildung auf die zumindest teilweise transparente Projektionsscheibe, von der es zum Fahrer reflektiert wird, damit er ein in Fahrtrichtung vorausliegendes virtuelles Anzeigebild in einiger Entfernung vor dem Fahrzeug wahrnehmen kann. Das so erzeugte virtuelle Anzeigebild befindet sich in der Regel auf einer mehr oder weniger planaren Anzeigeebene, deren Lage und Projektionsdistanz durch die Projektionsanzeigevorrichtung und die Projektionsscheibe festgelegt ist.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Projektionsanzeigevorrichtungen bekannt, bei denen virtuelle Anzeigebilder auf mehreren Anzeigeebenen angezeigt werden, die unterschiedliche Entfernungen vom Fahrer aufweisen.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2017 212 540 A1 eine Projektionsanzeigevorrichtung zum Bereitstellen von virtuellen Anzeigebildern auf mehreren zueinander versetzten Anzeigeebenen bekannt. Hierzu umfasst die Projektionsanzeigevorrichtung eine Projektionseinheit zum Bereitstellen eines Projektionsstrahlenbündels und eine Abbildungsoptik, die ausgebildet ist, um das Projektionsstrahlenbündel auf eine Kombinierfläche zu richten und um abhängig von dem Projektionsstrahlenbündel die virtuellen Anzeigebilder in den mehreren Anzeigeebenen abzubilden; wobei die Projektionseinheit mehrere transparente Anzeigeelemente aufweist, die entlang des Strahlengangs der Projektionseinheit mit Abstand hintereinander angeordnet sind.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2013 218 108 A1 ein Head-up-Display mit einer Bilderzeugungseinrichtung bekannt, die ein reales Bild erzeugt, wobei die Lichtstrahlen des realen Bildes über mindestens einen Spiegel zu einem Combiner reflektiert werden und so einen Strahlengang bilden und von dort in Richtung eines Benutzers reflektiert werden, so dass der Benutzer ein virtuelles Bild hinter dem Combiner wahrnehmen kann. Mindestens ein Spiegel weist zwei Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsfeldern auf, wobei den unterschiedlichen Krümmungsfeldern unterschiedliche Bereiche der Bilderzeugungseinrichtung zugeordnet sind.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2014 226 360 A1 ein Verfahren zum Verändern eines Bildabstands zwischen einem von einem Head-up-Display projizierten virtuellen Bild und einem Betrachter des virtuellen Bildes bekannt. Das Head-up-Display weist dazu zumindest eine verstellbare Streufläche und einen Projektor mit einem verstellbaren Objektiv zum Projizieren eines Bildes auf die Streufläche auf. Zudem weist es eine Verstelleinrichtung auf, die das Verstellen der Streufläche und des Objektivs erlaubt. Ein Streuflächen-Verstellsignal wird an die Verstelleinrichtung ausgegeben, um durch ein Verstellen der Streufläche den Bildabstand zu verändern. Ein Objektiv-Verstellsignal wird an die Verstelleinrichtung bereitgestellt, um durch ein Verstellen des Objektivs den Fokus und/oder die Lage des Objektivs in Abhängigkeit von einer Verstellung der Streufläche zu verändern, so dass das Objektiv auf die Streufläche fokussiert.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 226 354 A1 ist ein Verfahren zum Verändern des Bildabstands zwischen einem virtuellen Bild eines Head-up-Displays und einem Betrachter des virtuellen Bilds bekannt. Das Head-up-Display weist eine Bilderzeugungseinheit, einen in dem Strahlengang des Lichtstrahlenbündels in zumindest einer Richtung bewegbar angeordneten Spiegel zum Umlenken des Lichtstrahlenbündels sowie eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Spiegels auf. Ein Verstellsignal wird an die Bewegungseinrichtung ausgegeben, um durch ein Bewegen des Spiegels einen den Bildabstand repräsentierenden Abstand zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und dem Spiegel zu verstellen.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 210 445 A1 ist ein Head-up-Display in einem Fahrzeug bekannt. Das Head-up-Display weist eine erste Bildquelle auf, deren Lichtstrahlenbündel von einem ersten Spiegel und einem Vergrößerungsspiegel auf einen Combiner reflektiert und von dort zu einem Benutzer reflektiert werden, so dass der Benutzer den Bildinhalt der Bildquelle in einer ersten Bildebene hinter dem Combiner als virtuelles Bild wahrnehmen kann. Eine zweite Bildquelle ist vorgesehen, deren Lichtstrahlenbündel ebenfalls von dem Vergrößerungsspiegel auf den Combiner und von dort zu dem Benutzer reflektiert werden, wobei die Länge des Strahlengangs zwischen der zweiten Bildquelle und dem Vergrößerungsspiegel verschieden ist von der Länge des Strahlengangs zwischen der ersten Bildquelle und dem Vergrößerungsspiegel, so dass der Benutzer den Bildinhalt der zweiten Bildquelle in einer zweiten Bildebene als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 205 871 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Head-Up-Anzeige in einem Kraftfahrzeug bekannt, die eine Schirmanordnung mit mehreren schaltbaren Projektionsschirmen umfasst, die in einem Strahlengang eines abzubildenden Projektionsbildes jeweils mit einem vorgegebenem Abstand hintereinander angeordnet sind, wobei die schaltbaren Projektionsschirme zwischen einem diffusen Zustand und einem transparenten Zustand schaltbar sind. Mithilfe einer Steuereinheit können die mehreren Projektionsschirme so geschaltet werden, dass mindestens einer der Projektionsschirme diffus geschaltet wird, während die übrigen der Projektionsschirme transparent geschaltet sind.
Aus der Druckschrift US 6 720 961 B2 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, wobei mittels mehrerer nacheinander positionierter transparenter OLED-Displays ein dreidimensionales Bild von einem Objekt dargestellt wird.
Aus der Druckschrift US 6 906 762 B1 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, wobei mittels mehrerer nacheinander positionierter bildgebender Schirme ein Mehrfach-Ebenen-Bild generiert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative und/oder insbesondere im Hinblick auf die Helligkeit und/oder die Darstellungsqualität verbesserte Projektionsanzeigevorrichtung und ein entsprechendes Betriebsverfahren und Projektionssystem zur Verfügung zu stellen, mit denen eine Darstellung eines virtuellen Anzeigebilds mit einem 3D-Effekt in einfacher Weise realisiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Projektionsanzeigevorrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Anzeigebilds mit einem 3D-Effekt gemäß Anspruch 1 sowie durch deren Betriebsverfahren und das entsprechende Projektionsanzeigesystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für die Projektionsanzeigevorrichtung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf deren Betriebsverfahren oder das Projektionssystem, wie auch umgekehrt.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionsanzeigevorrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Anzeigebilds in einer dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche vorgesehen, umfassend:

- eine Projektionseinheit zum Bereitstellen eines Projektionsstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt; und
- eine Abbildungsoptik, die ausgebildet ist, um das von der Projektionseinheit bereitgestellte Projektionsstrahlenbündel auf eine benutzerseitig reflektierende Projektionsscheibe zu richten, von der es zu einem Benutzer hin reflektiert wird, und um abhängig von dem Projektionsstrahlenbündel das virtuelle Anzeigebild im Blickfeld des Benutzers hinter der Projektionsscheibe abzubilden;

Hierzu kann das Display beispielsweise flexibel ausgebildet sein und dessen Displayfläche zu der vorbestimmten 3D-Form geformt oder gebogen und in dieser 3D-Form fixiert sein. Alternativ kann es sich auch um ein Display mit einer starr ausgebildeten unebenen Displayfläche handeln. Geeignete Displaytechnologien sind beispielsweise aus dem Smartphone-Bereich bekannt, unter anderem selbstleuchtende OLED-Displays oder auch hinterleuchtete Flüssigkristallbildschirme (LCDs), deren Displayflächen beispielsweise ähnlich einem dünnen Federstahlblech in begrenztem Ausmaß, d. h. mit einem vorbestimmten geringen Biegeradius, flexibel biegsam sind.
Die vorbestimmte 3D-Form der Displayfläche kann dabei insbesondere eine Zylinderform mit einem sinusförmigen, gaußförmigen, kreissegmentförmigen, parabolischen oder einem beliebigen anderen Zylinderquerschnitt sein. Die räumliche Orientierung der dreidimensionalen Displayfläche im Strahlengang der Projektionseinheit kann dabei insbesondere so sein, dass eine der Zylinderachse der Displayfläche entsprechende Achse der resultierenden dreidimensionalen Anzeigefläche vertikal verläuft. (Hierin beziehen sich Raumrichtungen wie „horizontal“, „vertikal“ etc. beispielsweise auf die üblichen Raumrichtungen eines Kraftfahrzeugs oder eines vergleichbaren übergeordneten Systems, in dem die Projektionsanzeigevorrichtung anbringbar oder integrierbar ist.)
Eine Idee der Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art besteht also darin, dem virtuellen Anzeigebild einen 3D-Effekt, d. h. Tiefenwirkung, dadurch zu verleihen, dass es auf eine dreidimensional geformte Anzeigefläche abgebildet wird, die aus einer entsprechend dreidimensional geformten Displayfläche der bildgebenden Einheit (PGU, picture generating unit) resultiert. Mit dieser Technik soll für den Benutzer eine deutlich wahrnehmbare 3D- oder Tiefenwirkung beim Betrachten des virtuellen Anzeigebilds erzielbar sein, die als angenehm empfunden wird und keine Anstrengung seiner Augen erfordert.
Um das virtuelle Anzeigebild einem Betrachter auf diese Weise in 3D darzustellen, ist in der bildgebenden Einheit der Projektionseinheit eine flexible oder starre Displayfläche so positioniert und dreidimensional verformt, dass sie entlang einer optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung unterschiedliche Abstände zur nachfolgenden Abbildungsoptik hat in Abhängigkeit vom jeweiligen Displaypixel-Abstand senkrecht zur optischen Achse. Hierfür kann z. B. ein planares flexibles LCD-Display dienen, das zu einer Teilkreis-Zylinderform oder einer sinusförmigen Zylinderform verbogen worden ist. Durch die Abbildungsoptik wird eine entsprechend 3D-geformte virtuelle Anzeigefläche generiert, die ebenfalls unterschiedliche Abstände zur Abbildungsoptik hat in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anzeigepunktabstand senkrecht zur optischen Achse. Die 3D-Form der virtuellen Anzeigefläche ergibt sich im Wesentlichen aus der 3D-Form der Displayfläche und den Eigenschaften der Abbildungsoptik.
Im Unterschied zu bekannten Projektionsanzeigevorrichtungen, bei denen virtuelle Anzeigebilder auf mehrere hintereinander liegende virtuelle Anzeigeebenen aufgeteilt sind, die durch mehrere im Strahlengang des Projektionslichts aufeinander folgende Displayflächen erzeugt werden, wird bei der vorliegenden Lösung nur eine einzige Displayfläche zur Bildererzeugung benötigt, die selbst zu einer 3D-Form gebogen/geformt ist. In einer einzigen Displayfläche können beispielsweise eine deutlich höhere Lichtintensität und/oder ein deutlich höherer Kontrast im Vergleich zum Einsatz mehrerer hintereinander geschalteter teiltransparenter Displayflächen erreichbar sein.
Dadurch ist mit der vorliegenden Projektionsanzeigevorrichtung insbesondere eine deutlich höhere Leuchtdichte und/oder Kontrastwirkung beim virtuellen Anzeigebild möglich, was beispielsweise an einem sonnigen Tag eine entscheidend bessere Sichtbarkeit des virtuellen Anzeigebilds ergeben kann. Zudem lassen sich durch den Einsatz einer einzigen Displayfläche auch etwaige unerwünschte Störeffekte vermeiden, die von aufeinanderfolgenden Displayflächen im Strahlengang bekannt sind, wie beispielsweise Streulichteffekte und/oder eine als Moire-Effekt bekannte Entstehung störender Bi ldüberlagerungsm uster.
Die Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art kann insbesondere zum Einsatz in Kraft- oder Luftfahrzeugen ausgebildet sein, um nützliche Informationen oder sonstige gewünschte Inhalte ins Blickfeld des Fahrers, Beifahrers, Piloten oder eines anderen Benutzers an Bord einzublenden. Im Falle einer rückseitig zumindest teilweise transparenten Projektionsscheibe wird das virtuelle Anzeigebild einer vom Benutzer beobachteten realen Umgebung hinter der Projektionsscheibe überlagert. Es kann sich beispielsweise um ein Head-up-Display (HUD) handeln.
Die Projektionsscheibe kann dabei insbesondere in an sich bekannter Weise als ein Abschnitt einer Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs oder Luftfahrzeugs, oder als eine separate, z. B. zwischen den Fahrer/Piloten und die Frontscheibe positionierte Kombinierfläche ausgebildet sein, um nützliche Informationen, wie z. B. Warnhinweise, Geschwindigkeitsinformationen, Fahrzeugzustände, Navigationshinweise und dergleichen, der von ihm beobachteten realen Umgebung vor dem Fahrzeug zu überlagern.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Display als ein flexibles Display ausgebildet sein, dessen Bildpunkte selbstleuchtend sind, insbesondere als ein flexibles OLED-Display. Das selbstleuchtende Display kann, muss jedoch nicht transparent fürs Projektionslicht sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Display als ein flexibler Flüssigkristallbildschirm (LCD, liquid crystal display) ausgebildet sein, bei dem eine Flüssigkristallschicht in dem Strahlengang zwischen einer als Hintergrundbeleuchtung für die Flüssigkristallschicht dienenden Lichtquelle und der Abbildungsoptik angeordnet ist. In diesem Fall bildet die zur vorbestimmten 3D-Form gebogene Flüssigkristallschicht die Displayfläche, während die Lichtquelle eine ähnliche 3D-Form haben kann, jedoch nicht zwingend muss.
Die Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art hat den Vorteil, dass bei Einsatz eines flexiblen LCD-Displays nur eine Lichtquelle für die Projektion benötigt wird und der im Vergleich zu einem einzelnen planaren Display benötigte zusätzliche Bauraum sehr niedrig sein kann, da die 3D-geformte Flüssigkristallschicht zwischen der Lichtquelle und der Abbildungsoptik angeordnet ist. Bei einem flexiblen OLED-Display kann der zusätzliche Bauraum im Vergleich zu einem einzelnen planaren Display ebenso niedrig ausfallen, auch weil in diesem Fall gar keine separate Lichtquelle erforderlich ist.
Weiterhin kann die Abbildungsoptik ausgebildet sein, um das Projektionsbild vergrößert darzustellen und hierzu insbesondere eine Fokussierlinse oder einen Konkavspiegel aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Lichtquelle der Projektionseinheit flächig ausgedehnt, insbesondere planar oder aber ebenfalls mit einer geeigneten 3D-Form, ausgebildet sein. Im Fall einer dreidimensional geformten Lichtquelle kann sie entweder ähnlich der Displayfläche oder auch anders zu einer 3D-Form verformt sein, um eine möglichst hohe Leuchtdichte im virtuellen Anzeigebild zu erreichen. Bei dem Einsatz eines flexiblen LCD-Displays mit einer flächigen lichtstarken Lichtquelle, beispielsweise in Form eines zweidimensionalen LED-Arrays, kann nachweislich eine vergleichbare oder sogar genauso hohe Leuchtdichte erreicht werden, wie mit einem planaren LCD-Display. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle mit der zur vorbestimmter Benutzeraugenposition bzw. zur sogenannten Eyebox-Mitte führenden Projektionsstrahlrichtung zusammenfällt, die beispielsweise der optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung entsprechen kann. Als Eyebox einer Projektionsanzeigevorrichtung ist dabei diejenige Fläche bekannt, die senkrecht auf die Längsachse des Fahrzeugs steht und aus der das virtuelle Anzeigebild für den Benutzer sichtbar ist.
Zum Zweck einer möglichst effizienten und/oder homogenen Verteilung der Lichtintensität über die dreidimensionale virtuelle Anzeigefläche kann auch die 3D-Form der Displayfläche um eine solche mittige Projektionsstrahlrichtung zentriert und an einer hierzu senkrechten Ebene möglichst großflächig ausgerichtet sein (vgl. z. B. 1). Dies kann insbesondere sowohl bei einem LCD-Display als auch bei einem selbstleuchtenden Display zum Einsatz kommen. Durch den optischen Strahlenverlauf von der Lichtquelle über das Display zur Abbildungsoptik werden dabei einige Flächenabschnitte der dreidimensionalen Displayfläche mit jeweils lokal unterschiedlichen Flächennormalen geneigt zur optischen Achse der Projektionseinheit angeordnet sein und damit jeweils eine virtuelle Abbildung in einem zur optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung entsprechend geneigten Abschnitt der virtuellen Anzeigebildfläche erzeugen, was deren dreidimensionale Gestalt ergibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen einer Unterteilung der dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche in Flächenabschnitte, die in vorbestimmter Weise, insbesondere je nach der Entfernung zum Benutzer und/oder Nähe zur optischen Achse und/oder Abbildungsvergrößerung, durch unterschiedliche Auffälligkeit für den Benutzer charakterisiert sind;
- Bereitstellen einer Gewichtung/Priorisierung in einem virtuellen Anzeigebild darzustellender Anzeigeinhalte nach deren Wichtigkeit für den Benutzer anhand mindestens eines Gewichtungsparameters, wie z. B. Sicherheitsrelevanz und/oder Dringlichkeit; und
- Verteilen der Anzeigeinhalte über die dreidimensionale Displayfläche abhängig von deren bereitgestellten Gewichtungsparametern derart, dass wichtigere Anzeigeinhalte jeweils in auffälligeren Flächenabschnitten der dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche erzeugt werden als diejenigen Anzeigeinhalte, die als weniger wichtig eingestuft worden sind.

So können beispielsweise akute Warnhinweise, die auf eine drohende Kollision mit einem anderen Fahrzeug oder auf eine andere akute Gefahr hinweisen, mit dem höchsten Wert des Gewichtungsparameters bereitgestellt und daher beispielsweise in einem am nächsten zum Benutzer liegenden Bereich der dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche abgebildet werden, um aufgrund der Nähe und/oder damit verbundener Größe der Abbildung in diesem Bereich am schnellsten und zuverlässigsten vom Benutzer wahrgenommen zu werden.
Hingegen können weniger kritische Informationen, wie beispielsweise reine Navigationshinweise, mit niedrigeren Gewichtungsparametern bereitgestellt und daher in weiter vom Benutzer entfernten Bereichen der dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche abgebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Charakterisierung der Auffälligkeit verschiedener Anzeigeflächenabschnitte durch deren unterschiedliche Entfernung zum Benutzer, die in Richtung der optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung gemessen werden kann, kann beispielsweise auch deren unterschiedliche seitliche Abweichung von einer Blickrichtung des Benutzers und/oder von der optischen Achse bei der Charakterisierung der Auffälligkeit berücksichtigt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu diesem Betriebsverfahren kann das Display, wenn es als ein LCD-Display ausgestaltet ist, in Teilflächen seiner Displayfläche entweder komplett weiß oder farblos transparent, grau teiltransparent oder intransparent oder auch teiltransparent in unterschiedlichen Farben angesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Projektionsanzeigesystem mit der Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art und einer Steuereinheit vorgesehen, die zur Durchführung des obigen Betriebsverfahrens ausgebildet und eingerichtet ist.
Figurenliste
Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist rein schematisch, sie ist insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Es zeigt:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Projektionsanzeigesystems der hierin dargelegten Art mit drei jeweils vergrößerten Ausschnitten a), b) und c), die zusätzliche Ansichten einer 3D-geformten Displayfläche in dessen bildgebender Einheit zeigen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Projektionsanzeigevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie deren Betriebsverfahrens und des Projektionsanzeigesystems gemäß den weiteren Aspekten können bei dem in der Figur gezeigten Beispiel implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in 1 gezeigt sind.
1 zeigt ein Projektionsanzeigesystem 1 mit einer Projektionsanzeigevorrichtung 2 der hierin dargelegten Art, die im Betrieb in geeigneter Weise ein Projektionsstrahlenbündel L mit einem Anzeigeinhalt in Richtung einer Projektionsscheibe A1 ausgibt, die in diesem Beispiel ein Abschnitt einer Frontscheibe 3 eines Kraftfahrzeugs 5 ist. Von der Projektionsscheibe A1 wird das Projektionsstrahlenbündel L zum Auge eines Benutzer 4 reflektiert, so dass ein virtuelles Anzeigebild B1 sichtbar für den Benutzers 4 in einiger Entfernung hinter der Frontscheibe 3, d. h. außerhalb des Kraftfahrzeugs 5, entsteht.
Dabei ist die Projektionsanzeigevorrichtung 2 dazu ausgebildet, ein für den Benutzer 4 ohne Anstrengung und mit Wohlbehagen wahrnehmbares, in 3D verformtes und entlang einer optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung 2 ausgedehntes virtuelles Anzeigebild B1 zu erzeugen, indem es in einer dreidimensional verformten virtuellen Anzeigefläche S1 erzeugt wird:
Die Projektionsanzeigevorrichtung 2 weist eine Abbildungsoptik 21 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Konkavspiegel 22 und einen Planspiegel 23 als optische Abbildungs- und Strahlumlenkungselemente aufweist. Andere Ausführungsformen können andere optische Abbildungselemente, wie beispielsweise eine Sammellinse, eine konvexe Linse und dergleichen aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform wird ein von einer Projektionseinheit 24 ausgesandtes Projektionsstrahlenbündel L mit einem gewünschten Anzeigeinhalt über den Planspiegel 23 auf den Konkavspiegel 22 reflektiert und von diesem auf die Projektionsscheibe A1, die als Kombinierfläche dient, geworfen, um das in 3D verformte und entlang einer optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung 2 ausgedehnte virtuelle Anzeigebild B1 für das Auge des Benutzers 4 bereitzustellen.
Hierzu weist die Projektionseinheit 24 eine in diesem Beispiel flächige Lichtquelle 25 und ein Display 26 auf, dessen zur Erzeugung des Anzeigeinhalts ausgebildete Displayfläche 26a eine vorbestimmte 3D-Form (in diesem Beispiel zylindrisch mit einem sinus- oder gaußförmigen Zylinderquerschnitt) hat und daher entlang des Strahlengangs der Projektionseinheit 24 ausgedehnt ist. Das Display 26 kann beispielsweise als ein flexibles LCD-Display ausgebildet sein. Dessen Displayfläche 26a ist mit ansteuerbaren Bildpunkten versehen, um ein dem Anzeigeinhalt entsprechendes Projektionsbild darin darzustellen.
Die vorbestimmte 3D-Form der Displayfläche 26a ist in drei verschiedenen vergrößerten Ausschnitten a), b) und c) der 1 nochmals dargestellt, während die Hauptfigur 1 selbst eine Seitenansicht entlang der optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung 2 zeigt, in der die Erstreckung der 3D-geformten Displayfläche 26a entlang der optischen Achse am besten zu erkennen ist: Dabei liegt die Seite E-F der dreidimensionalen Displayfläche 26a am nächsten am Planspiegel 23, während deren Seite A-B am weitesten davon entfernt ist. Ausschnitt a) zeigt eine perspektivische Ansicht der Displayfläche 26a, Ausschnitt b) zeigt deren Seitenansicht entlang der in 1 verdeckten Kante CA-E, und Ausschnitt c) zeigt deren Draufsicht in Richtung der optischen Achse.
Beispielsweise kann das LCD-Display 26 im Wesentlichen transparent ausgebildet sein und jeweils durch Ansteuerung einen teiltransparenten oder intransparenten Bildpunkt erzeugen. Die Flüssigkristallschicht und damit die Displayfläche 26a des LCD-Displays 26 ist dabei zu der vorbestimmten 3D-Form verformt und als eine transparente LCD-Anzeigeeinrichtung ausgebildet, die ansteuerbar ist, um einen farbigen und/oder intransparenten Bildpunkt oder einen transparenten Bildpunkt darzustellen.
Die flächige Lichtquelle 25 ist vorzugsweise eben, alternativ aber mit einer 3D-Form ähnlich derjenigen der Displayfläche 26a selbst, ausgebildet, um eine flächige Hintergrundbeleuchtung des Displays 26 bereitzustellen, so dass je nach Ansteuerung der Pixel der Displayfläche 26a ein entsprechendes Projektionsbild in Richtung des Planspiegels 23 projiziert wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Display 26 mit selbstleuchtenden ansteuerbaren Bildpunkten ausgebildet sein, wie z. B. ein OLED-Display. In diesem Fall kann auf eine separate Lichtquelle verzichtet werden.
Durch die Abbildungsoptik 21 werden Bildpunkte der dreidimensional verformten Displayfläche 26a in der entsprechend dreidimensional verformten virtuellen Anzeigefläche S1 dargestellt. Die Ausdehnung des gemäß der virtuellen Anzeigefläche S1 in 3D verformten virtuellen Anzeigebilds B1 entlang der optischen Achse der Projektionsanzeigevorrichtung 2 hängt im Wesentlichen von der Ausdehnung der 3D-Form der Displayfläche 26a und den Abbildungseigenschaften bzw. den Vergrößerungseigenschaften der Abbildungsoptik 21 ab.
Das Projektionsanzeigesystem 1 kann ferner eine Steuereinheit 16 aufweisen. Die Steuereinheit 16 steuert im Betrieb das Display 26 so an, dass mindestens einer der Bildpunkte der Displayfläche 26a weiß transparent, transparent farbig oder intransparent geschaltet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsanzeigesystem
2: Projektionsanzeigevorrichtung
3: Frontscheibe
4: Benutzer
5: Kraftfahrzeug
16: Steuereinheit
21: Abbildungsoptik
22: Konkavspiegel
23: Planspiegel
24: Projektionseinheit
25: Lichtquelle
26: Display der bildgebenden Einheit
26a: dreidimensional geformte Displayfläche
L: Projektionsstrahlenbündel
A1: Projektionsscheibe
B1: virtuelles Anzeigebild
S1: dreidimensional geformte virtuelle Anzeigefläche
A, B, C, D, E, F: Eckpunkte der 3D-Form der Displayfläche

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

DE 102017212540 A1 [0004]
DE 102013218108 A1 [0005]
DE 102014226360 A1 [0006]
DE 102014226354 A1 [0007]
DE 102012210445 A1 [0008]
DE 102015205871 A1 [0009]
US 6720961 B2 [0010]
US 6906762 B1 [0011]

Claims

Projektionsanzeigevorrichtung (2) zum Erzeugen eines virtuellen Anzeigebilds (B1) in einer dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche (S1), umfassend: - eine Projektionseinheit (24) zum Bereitstellen eines Projektionsstrahlenbündels (L) mit einem Anzeigeinhalt; und - eine Abbildungsoptik (21), die dazu ausgebildet ist, das bereitgestellte Projektionsstrahlenbündel (L) auf eine benutzerseitig reflektierende Projektionsscheibe (A1) zu richten, von der es zu einem Benutzer (4) hin reflektiert wird, um abhängig von dem Projektionsstrahlenbündel (L) das virtuelle Anzeigebild (B1) im Blickfeld des Benutzers (4) hinter der Projektionsscheibe (A1) abzubilden; dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (24) ein Display (26) aufweist, dessen zur Erzeugung des Anzeigeinhalts ausgebildete Displayfläche (26a) eine vorbestimmte 3D-Form hat und daher entlang des Strahlengangs der Projektionseinheit (24) ausgedehnt ist, sodass das virtuelle Anzeigebild (B1) in einer aus der 3D-Form der Displayfläche (26a) resultierenden dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche (S1) erzeugt wird.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte 3D-Form der Displayfläche (26a) im Wesentlichen eine Zylinderform mit einem sinusförmigen, gaußförmigen, kreissegmentförmigen, parabolischen oder einem anderen Zylinderquerschnitt ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bildpunkte der Displayfläche (26a) selbstleuchtend sind und das Display (26) insbesondere flexibel und/oder als ein OLED-Display ausgebildet ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Display (26) als ein flexibler oder starrer Flüssigkristallbildschirm (LCD) ausgebildet ist, dessen zu der vorbestimmten 3D-Form geformte Flüssigkristallschicht in dem Strahlengang zwischen einer Lichtquelle (25) und der Abbildungsoptik (21) angeordnet ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei die Lichtquelle (25) der Projektionseinheit (24) flächig, insbesondere eben und/oder senkrecht zu einer optischen Achse der Projektionseinheit (24) ausgerichtet, ausgebildet ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei die flächige Lichtquelle (25) ebenfalls eine 3D-Form aufweist, die entweder ähnlich derjenigen der Displayfläche (26a) oder anders in 3D verformt ist, um eine möglichst hohe Leuchtdichte im virtuellen Anzeigebild (B1) zu erreichen.
Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abbildungsoptik (21) ausgebildet ist, um das Projektionsbild vergrößert darzustellen und insbesondere eine Fokussierlinse oder einen Konkavspiegel (22) aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Unterteilung der dreidimensionalen virtuellen Anzeigefläche (S1) in Flächenabschnitte, die in vorbestimmter Weise, insbesondere je nach unterschiedlichem Abstand zum Benutzer (4) entlang der optischen Achse, durch unterschiedliche Auffälligkeit für den Benutzer (4) charakterisiert sind; - Bereitstellen einer Gewichtung in einem virtuellen Anzeigebild (B1) darzustellender Anzeigeinhalte nach deren Wichtigkeit für den Benutzer (4) anhand mindestens eines Gewichtungsparameters, wie z. B. Sicherheitsrelevanz und/oder Dringlichkeit; und - Verteilen der Anzeigeinhalte über die dreidimensionale Displayfläche (26a) abhängig von deren bereitgestellten Gewichtungsparametern derart, dass wichtigere Anzeigeinhalte jeweils in auffälligeren Flächenabschnitten der virtuellen Anzeigefläche (S1) erzeugt werden als die weniger wichtigen Anzeigeinhalte.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 8, zum Betreiben einer Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Display (26) angesteuert wird, um teiltransparente farbige und/oder intransparente Bildpunkte oder transparente Bildpunkte darzustellen.
Projektionsanzeigesystem (1) mit einer Projektionsanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer Steuereinheit (16), die zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9 ausgebildet und eingerichtet ist.