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Stand der Technik
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Der Ansatz geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Die
DE 10 2011 088 794 A1 beschreibt eine Projektionseinrichtung und ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigegerät für ein Fahrzeug, weiterhin ein Blickfeldanzeigegerät, Informationsanzeigegerät oder Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine einfach konstruierte Anzeigevorrichtung geschaffen wird, die sowohl in einem Nahbereich als auch in einem Fernbereich scharfe Darstellungen von Bildern für einen Nutzer ermöglicht.
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Eine Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigegerät für ein Fahrzeug weist einen Wellenleiter und eine Anzeigefläche auf. Der Wellenleiter weist eine Einkopplungsstruktur zum Einkoppeln eines ersten Lichts, das ein von einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugtes erstes Bild repräsentiert, eine Leitstruktur zum Leiten zumindest eines Lichtanteils des ersten Lichts durch den Wellenleiter und eine Auskopplungsstruktur zum Auskoppeln des Lichtanteils aus dem Wellenleiter heraus auf, um in einem von dem Wellenleiter entfernt angeordneten ersten Darstellungsbereich eine virtuelle Darstellung des ersten Bilds zu ermöglichen. Die Anzeigefläche ist in oder an dem Wellenleiter angeordnet und dazu ausgebildet, um ein ein zweites Bild repräsentierendes zweites Licht abzustrahlen, um auf der Anzeigefläche eine reelle Darstellung des zweiten Bilds zu bewirken.
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Bei dem Blickfeldanzeigegerät kann es sich um ein sogenanntes „Head-up-Display“, kurz „HUD“ handeln, das zur Erweiterung eines Blickfelds für einen Nutzer eines Fahrzeugs dazu ausgebildet ist, um Informationen in ein Sichtfeld des Nutzers zu projizieren. Die unter Verwendung der hier vorgestellten Anzeigevorrichtung erzeugte virtuelle Darstellung des ersten Bilds ist für den Nutzer als eine Fernansicht wahrnehmbar. Ein Bildabstand des erzeugten virtuellen ersten Bild kann hierbei im Unendlichen liegen. Das zweite Bild hingegen ist als eine reelle Darstellung wahrnehmbar, da das zweite Bild tatsächlich von der Anzeigefläche abgestrahlt wird, und somit eine endliche Bilddistanz aufweist. Das zweite Bild kann beispielsweise unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung erzeugt werden, wobei die Anzeigefläche hierbei eine Projektionsfläche sein kann, die das von der Bilderzeugungseinrichtung auf die Projektionsfläche erzeugte zweite Bild abstrahlt, oder unter Verwendung eines die Anzeigefläche umfassenden Displays entstanden sein, welches das zweite Bild erzeugt. Die reelle Darstellung des zweiten Bilds ist für den Nutzer in einem zweiten Darstellungsbereich wahrnehmbar, welcher einen im Vergleich zu dem ersten Darstellungsbereich näheren Darstellungsbereich repräsentiert. Die reelle Darstellung des zweiten Bilds kann also als eine Nahansicht wahrgenommen werden, nämlich da, wo sich die Anzeigefläche tatsächlich befindet. Ein Inhalt des ersten Bilds und des zweiten Bilds kann gleich sein. Der Inhalt des ersten Bilds kann sich aber auch von einem Inhalt des zweiten Bilds unterscheiden. Die Leitstruktur kann ausgeformt sein, um das in die Einkopplungsstruktur eingekoppelte erste Licht zu der Auskoppelstruktur zu leiten.
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Die hier vorgestellte Anzeigevorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise unter Verwendung einer geringen Anzahl an Bauteilen Darstellungen mehrerer Bilder in unterschiedlich wahrnehmbaren Darstellungsbereichen oder Darstellungsentfernu ngen.
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Die Auskopplungsstruktur und die Anzeigefläche können zumindest teilweise überlappen. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung der Komponenten. Es ist so auch eine gleichzeitige und zusätzlich oder alternativ überlagerte Darstellung des ersten und des zweiten Bilds für den Nutzer ermöglicht. Die Auskopplungsstruktur kann gemäß einer Ausführungsform auch flächig über die Projektionsfläche verteilt angeordnet sein, beispielsweise über eine gesamte Fläche der Projektionsfläche.
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Die Auskopplungsstruktur kann zumindest teilweise zwischen der Anzeigefläche und der Einkopplungsstruktur angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann so die Einkopplungsstruktur außerhalb der Darstellungsbereiche angeordnet sein, wobei der Lichtanteil mittels der Leitstruktur zu der Anzeigefläche hingeleitet werden kann, um dann in einem Bereich vor oder hinter der Anzeigefläche ausgekoppelt zu werden, um ein Überlappen der Darstellungsbereiche zu ermöglichen. Der Lichtanteil kann zusätzlich oder alternativ auch bereits eine Ebene unterhalb und zusätzlich oder alternativ eine Ebene oberhalb der Anzeigefläche ausgekoppelt werden, wodurch ein Überlappen der Darstellungsbereiche zumindest abschnittsweise oder komplett vermieden werden kann. Beispielsweise kann die virtuelle Darstellung so zumindest teilweise unter oder über der reellen Darstellung wahrnehmbar sein.
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Die Anzeigefläche kann transparent für den von der Auskopplungsstruktur ausgekoppelten Lichtanteil sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Auskopplungsstruktur transparent für das von der Anzeigefläche abgestrahlte zweite Licht sein. Somit können die Auskopplungsstruktur und die Anzeigefläche in beliebiger Reihenfolge hintereinander oder übereinanderliegend angeordnet sein, ohne einander bei der Abstrahlung oder Auskopplung des jeweiligen Lichts zu behindern. Die Bilderzeugungseinrichtung kann zum Erzeugen von Licht je nach Belieben entweder auf die Anzeigefläche oder die Auskopplungsstruktur ausgerichtet angeordnet sein.
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Die Anzeigefläche kann beispielsweise durch ein Hologramm und zusätzlich oder alternativ eine Streufläche in der Auskopplungsstruktur ausgeformt sein. So kann die Anzeigefläche als eine Projektionsfläche dienen, die bei einem Auftreffen des von der Bilderzeugungseinrichtung erzeugten zweiten Licht auf das Hologramm und zusätzlich oder alternativ die Streufläche das zweite Bild in eine definierte Richtung abstrahlen kann.
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Die Anzeigevorrichtung kann auch die Bilderzeugungseinrichtung aufweisen, die ein Projektor sein kann. Die Bilderzeugungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform beweglich ausgeformt und ausgebildet sein, um das erste Licht und das zweite Licht auszusenden, wobei die Anzeigefläche als Projektionsfläche für das zweite Licht ausgeformt sein kann. Beispielsweise kann die Bilderzeugungseinrichtung in einer ersten Stellung das zweite Licht auf die Projektionsfläche aussenden und in einer zweiten Stellung das erste Licht auf die Einkopplungsstruktur aussenden. So kann je nach Stellung der Bilderzeugungseinrichtung entweder die virtuelle Darstellung des ersten Bilds oder die reelle Darstellung des zweiten Bilds bewirkt werden.
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Alternativ kann die Bilderzeugungseinrichtung aber auch ausgebildet sein, um das erste Licht und das zweite Licht auszusenden, wobei die Einkopplungsstruktur schaltbar ausgebildet sein kann, um in einem ersten Schaltzustand das erste Licht zu der Leitstruktur zu leiten und in einem zweiten Schaltzustand das zweite Licht zu einem Umlenkelement zum Umlenken des zweiten Lichts zu der Anzeigefläche, die als Projektionsfläche ausgeformt ist, zu leiten. So kann eine unbewegliche Bilderzeugungseinrichtung eingesetzt werden. Die schaltbare Einkopplungsstruktur kann beispielsweise ein optisches Element, beispielsweise ein Holografisch-optisches-Element sein.
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Alternativ kann die Bilderzeugungseinrichtung aber auch ausgebildet sein, um das erste Licht und das zweite Licht gleichzeitig auszusenden, wobei die Anzeigefläche als Projektionsfläche für das zweite Licht ausgeformt sein kann.
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Beispielsweise kann hierbei ein Lichtkegel der Bilderzeugungseinrichtung zu einem Teil die Projektionsfläche und zu einem anderen Teil die Einkopplungsstruktur beleuchten, um die virtuelle Darstellung des ersten Bilds im Fernbereich und die reelle Darstellung des zweiten Bilds im Nahbereich gleichzeitig und zusätzlich oder alternativ überlagert bewirken zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bilderzeugungseinrichtung aber auch ausgebildet sein, um das erste Licht auszusenden, wobei die Anzeigevorrichtung ferner ein die Anzeigefläche umfassendes Display zum Erzeugen des zweiten Lichts aufweisen kann. Auch ein solches Display kann zum Bewirken der reellen Darstellung des zweiten Bilds dienen.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Anzeigevorrichtung eine Einrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, um eine Blickrichtung und zusätzlich oder alternativ eine Kopfposition eines Nutzers zu erkennen und zusätzlich oder alternativ nachzuverfolgen. Diese Einrichtung kann eine sogenannte „Eyetracking“- und zusätzlich oder alternativ „Headtracking“-Einrichtung umfassen. So kann zumindest das erste Licht abhängig von der Blickrichtung und zusätzlich oder alternativ der Kopfposition des Nutzers erzeugt oder umgelenkt werden, beispielsweise um die virtuelle Darstellung stets in der Pupille des Nutzers nachzuführen.
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Ein Blickfeldanzeigegerät, Informationsanzeigegerät oder Fahrzeug weist eine der vorangehend beschriebenen Anzeigevorrichtungen auf. Ein solches Blickfeldanzeigegerät, Informationsanzeigegerät oder Fahrzeug ist dank der Anzeigevorrichtung dazu in der Lage, einem Nutzer sowohl eine optisch wahrnehmbare Darstellung in einem Nahbereich als auch in einem Fernbereich zu ermöglichen.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer der vorangehend beschriebenen Anzeigevorrichtungen vorgestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Erzeugens auf, in dem unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung das erste Bild erzeugt wird, um in dem ersten Darstellungsbereich die virtuelle Darstellung des ersten Bilds zu ermöglichen.
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Im Schritt des Erzeugens kann das erste Bild erzeugt werden, indem die Bilderzeugungseinrichtung auf die Einkopplungsstruktur der Anzeigevorrichtung gerichtet angeordnet ist, um in dem ersten Darstellungsbereich die virtuelle Darstellung des ersten Bilds zu ermöglichen.
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Im Schritt des Erzeugens kann das erste Bild erzeugt werden, indem die Bilderzeugungseinrichtung auf die Einkopplungsstruktur der Anzeigevorrichtung gerichtet angeordnet ist, wobei unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung ferner das zweite Bild erzeugt wird, um in oder an dem Wellenleiter gleichzeitig die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Das Verfahren kann aber auch einen Schritt des Bewegens aufweisen, in dem die Bilderzeugungseinrichtung bewegt wird, wobei unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung das zweite Bild auf die Projektionsfläche der Anzeigevorrichtung gerichtet wird, um in oder an dem Wellenleiter die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Alternativ kann das Verfahren aber auch einen Schritt des weiteren Erzeugens aufweisen, in dem unter Verwendung eines die Anzeigefläche umfassenden Displays zum Erzeugen des zweiten Lichts das zweite Bild erzeugt wird, um in oder an dem Wellenleiter die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 bis 7 je eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Anzeigevorrichtung 100 ist zur Verwendung in oder an einem Blickfeldanzeigegerät, Informationsanzeigegerät und/oder Fahrzeug ausgebildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anzeigevorrichtung 100 Teil eines Kombiinstruments in einem Personenkraftwagens, Teil eines transparenten Combiner-HUDs mit Darstellung von Kombiinstrumenten, in einer Mittelkonsole eines Fahrzeugs mit Informationsanzeige ohne Lesebrille integriert, oder als eine 3D-Anzeigen für ein Unterhaltungsgerät oder ein Haushaltgerät realisiert.
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Die Anzeigevorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, um erstes Licht, das ein von einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugtes erstes Bild repräsentiert, einzukoppeln, zu leiten und wieder auszukoppeln, um in einem von der Anzeigevorrichtung 100 entfernt angeordneten ersten Darstellungsbereich 105 eine virtuelle Darstellung 110 des ersten Bilds zu ermöglichen. Zudem ist die Anzeigevorrichtung 100 dazu ausgebildet, um ein ein zweites Bild repräsentierendes zweites Licht abzustrahlen, um auf der Anzeigevorrichtung 100 eine reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds zu bewirken.
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Der erste Darstellungsbereich 105 ist bezüglich eines Nutzers 120 der Anzeigevorrichtung 100 als ein Fernbereich zu verstehen, welcher von dem Nutzer 120 beispielsweise in unendlicher Distanz liegt. Die reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds ist für den Nutzer 120 in einem zweiten Darstellungsbereich 125 wahrnehmbar, welcher einen im Vergleich zu dem ersten Darstellungsbereich 105 näheren und/oder endlichen Darstellungsbereich repräsentiert. Die reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds erfolgt demnach gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Nahbereich.
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Damit für den Nutzer 120 die virtuelle Darstellung 110 des ersten Bilds und die reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds wahrnehmbar ist, ist die Anzeigevorrichtung 100 dazu ausgeformt, um das die Bilder darstellende Licht in Richtung des Nutzers 120 auszusenden.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Fahrzeugs 200 mit einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln.
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Lediglich beispielhaft ist die Anzeigevorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in oder an dem Fahrzeug 200 angeordnet. Hierbei ist die Anzeigevorrichtung 100 beispielhaft Teil eines Blickfeldanzeigegeräts des Fahrzeugs 200. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Anzeigevorrichtung 100 in oder an einem Informationsanzeigegerät angeordnet, welches beispielsweise Teil eines Haushaltgeräts sein kann.
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Die Anzeigevorrichtung 100 weist einen Wellenleiter 205 und eine Anzeigefläche 210 auf. Der Wellenleiter 205 weist eine Einkopplungsstruktur 215 zum Einkoppeln des ersten Lichts 220, das das von einer Bilderzeugungseinrichtung 225 erzeugte erste Bild repräsentiert, eine Leitstruktur 230 zum Leiten zumindest eines Lichtanteils des ersten Lichts 220 durch den Wellenleiter 205 und eine Auskopplungsstruktur 235 zum Auskoppeln des Lichtanteils aus dem Wellenleiter 205 heraus auf, um in dem von dem Wellenleiter 205 entfernt angeordneten ersten Darstellungsbereich die virtuelle Darstellung 110 des ersten Bilds zu ermöglichen. Dazu wird der Lichtanteil von der Auskopplungsstruktur 235 in Richtung eines Nutzers 120 ausgekoppelt. Die Anzeigefläche 210 ist in oder an dem Wellenleiter 205 angeordnet und dazu ausgebildet, um das das zweite Bild repräsentierende zweite Licht 240 abzustrahlen, um auf der Anzeigefläche 210 die reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds zu bewirken. Dazu wird das zweite Licht 240 in Richtung eines Nutzers 120 abgestrahlt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel überlappen die Auskopplungsstruktur 235 und die Anzeigefläche 210 zumindest teilweise. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Auskopplungsstruktur 235 flächig über die Anzeigefläche 210 verteilt angeordnet, gemäß einem Ausführungsbeispiel über eine gesamte Fläche der Anzeigefläche 210. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anzeigefläche 210 durch ein Hologramm und/oder eine Streufläche in der Auskopplungsstruktur 235 ausgeformt. Die Auskopplungsstruktur 235 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise zwischen der Anzeigefläche 210 und der Einkopplungsstruktur 215 angeordnet. Die Anzeigefläche 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel transparent für den von der Auskopplungsstruktur 235 ausgekoppelten Lichtanteil oder die Auskopplungsstruktur 235 ist transparent für das von der Anzeigefläche 210 abgestrahlte zweite Licht 240.
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Die Anzeigevorrichtung 100 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner die Bilderzeugungseinrichtung 225. Die Bilderzeugungseinrichtung 225 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beweglich ausgeformt und ausgebildet, um das erste Licht 220 und das zweite Licht 240 auszusenden, wobei die Anzeigefläche 210 als Projektionsfläche für das zweite Licht 240 ausgeformt ist. Hierzu ist die Bilderzeugungseinrichtung 225 in einer ersten Stellung dazu ausgebildet, um das zweite Licht 240 auf die Projektionsfläche aussenden und in einer zweiten Stellung das erste Licht 220 auf die Einkopplungsstruktur 215 aussenden. So ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel je nach Stellung der Bilderzeugungseinrichtung 225 entweder die virtuelle Darstellung 110 des ersten Bilds oder die reelle Darstellung 115 des zweiten Bilds für den Nutzer 120 bewirkbar. Die Einkopplungsstruktur 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem der Projektionsfläche abgewandten Ende des Wellenleiters 205 und/oder auf einer der Projektionsfläche gegenüberliegenden Wellenleiterfläche des Wellenleiters 205 angeordnet.
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Im Folgenden werden Details der Anzeigevorrichtung 100 noch einmal genauer beschrieben:
- Aktuell befinden sich sog. Augmented-Reality-Head-up-Displays, kurz „ARHUDs“, in Entwicklung, welche neben den heute schon im HUD dargestellten Informationen, z. B. Geschwindigkeit, Verkehrszeichenerkennung, auch Bildinhalte, z. B. Navigationshinweise, ACC-Symbole derart darstellen können, dass sie mit der Fahrszene zu verschmelzen scheinen. Zudem nimmt die Anzahl von Produkten im Consumer-Bereich, die 3D-Bildinhalte darstellen oder vermitteln können, stetig zu, z. B. 3D TV. Diesen Anwendungen gemein ist die Anforderung, Bildinhalte in verschiedenen Tiefenebenen darstellen zu können.
- Herkömmliche Displays erreichen lediglich direkt auf der Bildschirmebene eine scharfe Abbildung. HUDs werden so ausgelegt, den Bildinhalt in einer festgelegten Bilddistanz scharf zu zeigen. Gleiches gilt auch für sogenannte Head-Mounted Displays, kurz „HMDs“, also auf dem Kopf zu tragende visuelle Anzeigegeräte.
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Herkömmliche Displays erzeugen ein reelles Bild auf der Displayebene. HUDs erzeugen ein virtuelles Bild in einem vorgegebenen Bildabstand. Mithilfe des Wellenleiters 205, der mit Ein- und Auskopplungsstrukturen 215, 235 versehen ist, kann ein virtuelles Bild erzeugt werden, dessen Bildabstand im Unendlichen liegt. Dieser Wellenleiter 235 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer hohen optischen Transparenz hergestellt. Die hier vorgestellte Anzeigevorrichtung 100 realisiert nun vorteilhafterweise eine Kombination von Wellenleiter 205 und einer Anzeigetechnologie mit endlicher Bilddistanz. Dies ermöglicht die Darstellung von Inhalten von endlicher bis unendlicher Bilddistanz. Bei geeigneter Überlagerung können zudem Zwischendistanzen generiert werden, um einen möglichst großen Bereich der realen Welt zu augmentieren bzw. für Bildinhalte nutzbar zu machen.
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Lichtfelddisplays erreichen zumeist eine schlechte Auflösung bei der Darstellung von großen Bilddistanzen, während bei autostereoskopischen Ansätzen Akkommodation und Konvergenz zu einem Sehkonflikt beim Nutzer 120 führen können.
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Die Kombination einer Anzeigefläche 210 in Form eines Displays oder einer Projektionsfläche für ein reelles Bild mit kleinem Bildabstand mit dem Wellenleiter 205 mit Ein- und Auskopplungsstrukturen 215, 235 für ein virtuelles Bild im Unendlichen ermöglicht eine Darstellung von Inhalten in einem beliebig zu variierenden Darstellungsbereich.
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Vorteilhafterweise ermöglicht die hier vorgestellte Anzeigevorrichtung 100 hierbei eine sehr gute Auflösung auch bei großen Bilddistanzen, sodass beim Nutzer 120 keine Sehkonflikte entstehen. Hierbei ermöglicht die Anzeigevorrichtung 100 eine scharfe Abbildung von Informationen nicht nur in einer festgelegten Bilddistanz, sondern vorteilhafterweise in unendlicher Bilddistanz. Die Anzeigevorrichtung 100 ermöglicht eine Augmentierung der Umgebung. Die hierbei ermöglichte Darstellung von Information in größeren Bilddistanzen ermöglicht eine schnellere Akkommodation des Auges des Nutzers 120, was einen wichtigen Sicherheitsaspekt darstellt. Die Darstellung von Information, z. B. Geschwindigkeit, Uhrzeit, ermöglicht ferner ein Ablesen ohne Sehhilfe bei Sehschwächen wie Altersweitsichtigkeit. Falls eine Darstellungsebene nicht benötigt oder dem Nutzer 120 unangenehm ist, kann diese gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Abschalteinrichtung der Anzeigevorrichtung 100 abgeschaltet werden. Bestehende Anzeigeflächen 210 oder Displaysysteme können durch den vorgestellten Wellenleiter 205 schnell, einfach und kostengünstig erweitert werden.
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Genutzt wird der Wellenleiter 205 mit Ein- und Auskopplungsstruktur 215, 235, welche auch als Ein- und Auskoppelfläche oder Ein- und Auskoppelstruktur bezeichnet werden können. Auf die Einkoppelfläche werden Bildinhalte mit Hilfe der Bilderzeugungseinrichtung 225 in Form eines Projektors projiziert. Die Einkopplungsstruktur 215 überführt die Position eines jeden Lichtstrahls des ersten Lichts 220 in einen Winkel. Der Winkelbereich für alle Punkte liegt unterhalt des Winkels für Totalreflexion, daher wird das erste Licht 220 im Wellenleiter 215 hin und her reflektiert. Die Auskopplungsstruktur 235 koppelt einen Teil des intern reflektierten Lichtes aus. Dadurch wird eine Abbildung im Unendlichen erreicht. Der Wellenleiter 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel transparent und ebenso als Anzeigefläche 210 nutzbar. Hierzu ist eine Oberfläche des Wellenleiters 205 gemäß diesem Ausführungsbeispiel funktionalisiert ausgeformt, z. B. mit einem Hologramm und/oder einer geeigneten Streufläche. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist vor oder hinter dem Wellenleiter 205 ein Display platziert, um Bildinhalte darzustellen, wie in 5 beschrieben. In beiden Fällen liegt die Bildposition direkt auf dem Wellenleiter 205. Somit können Inhalte sowohl scharf auf dem Wellenleiter 205 als auch in Unendlichem, oder sehr großem Abstand, dargestellt werden. Eine geschickte Kombination der Darstellungseinheiten kann genutzt werden, um den Eindruck zu erzeugen, dass sich Bildinhalte in Zwischenebenen befinden, dies kann durch additive Überlagerung geschehen. Die Anzeigevorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Einrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um eine Blickrichtung und/oder eine Kopfposition des Nutzers 120 zu erkennen und/oder nachzuverfolgen. Bei der Einrichtung kann es sich um eine sogenannte „Eyetracking-“ und/oder „Headtracking“-Einheit handeln. Alternativ ist die Anzeigevorrichtung 100 mit einer solchen Einrichtung kombinierbar. Inhalte können so dynamisch auf die Kopfposition oder Blickrichtung des Nutzers 120, der auch als Beobachter bezeichnet werden kann, angepasst werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Anzeigevorrichtung 100 ferner eine Berechnungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, um eine Position der Objekte mit unterschiedlichen Bilddistanzen korrekt zu berechnen, um eine korrekte Darstellung zu ermöglichen. So wird eine Systemeffizienz gesteigert, eine kleine Eyebox folgt dem Nutzer 120.
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Anders als bei anderen Anzeigevorrichtungen, bei denen ein Projektionselement zum einen als Projektionsfläche und zum anderen als Wellenleiter genutzt wird, wobei sich eine Auskopplungsstruktur der als Wellenleiter genutzten Projektionsfläche am Rand der Projektionsfläche befindet und verwendet werden kann, um einem Fahrer Informationen visuell darzustellen, ist die Auskopplungsstruktur 235 bei der hier vorgestellten Anzeigevorrichtung 100 zumindest teilweise flächig über die Projektionsfläche verteilt angeordnet.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Projektor für die Nahansicht und die Fernansicht verwendet. Hierzu wird in der zweiten Stellung des Projektors das erste Bild über die Einkopplungsstruktur 215 in Form einer Optik in den Wellenleiter 205 eingekoppelt oder in der ersten Stellung des Projektors das zweite Bild direkt auf die Projektionsfläche projiziert. Die Umschaltung erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine Drehung des Projektors oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel über ein zwischengeschaltetes optisches Element, z. B. einen Spiegel. Man erzielt jeweils maximale Auflösung, aber keine simultane Darstellung der Darstellungen 110, 115.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 2 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Erzeugungseinrichtung 225 unbeweglich ausgeformt ist.
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Die Bilderzeugungseinrichtung 225 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um das erste Licht 220 und das zweite Licht 240 auszusenden, wobei die Einkopplungsstruktur 215 gemäß diesem Ausführungsbeispiel schaltbar ausgebildet ist, um in einem ersten Schaltzustand das erste Licht 220 zu der Leitstruktur zu leiten und in einem zweiten Schaltzustand das zweite Licht 240 zu einem Umlenkelement 300 zum Umlenken des zweiten Lichts 240 zu der Anzeigefläche 210, die als Projektionsfläche ausgeformt ist, zu leiten. Die schaltbare Einkopplungsstruktur 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein optisches Element, gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Holografisch-optisches-Element, kurz „HOE“ ausgeformt. Die Einkopplungsstruktur 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel entweder transparent geschaltet, wodurch das zweite Licht 240 durch die Einkopplungsstruktur 215 hindurchtreten kann und die Projektionsfläche bedient wird. Oder die Einkopplungsstruktur 215 fungiert als Einkoppelstruktur, um das erste Licht 220 in den Wellenleiter 205 zu leiten, wodurch die Information im Fernbereich dargestellt wird. Man erzielt jeweils maximale Auflösung, aber keine simultane Darstellung. Es sind keine beweglichen Teile nötig.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Bilderzeugungseinrichtung 225 und die Einkopplungsstruktur 215 gemeinsam angesteuert, sodass die Einkopplungsstruktur 215 den ersten Schaltzustand einnimmt, wenn die Bilderzeugungseinrichtung 225 das erste Licht 220 aussendet und den zweiten Schaltzustand einnimmt, wenn die Bilderzeugungseinrichtung 225 das zweite Licht 240 aussendet.
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Das Umlenkelement 300 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Spiegel ausgeformt, welcher auf einer der Erzeugungseinrichtung 225 abgewandten Seite des Wellenleiters 205 angeordnet ist. Das Umlenkelement 300 ist ausgerichtet, um das zweite Licht 240 auf die Projektionsfläche umzulenken.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Erzeugungseinrichtung 225 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet ist, um das erste Licht 220 und das zweite Licht 240 gleichzeitig auszusenden.
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Die Einkopplungsstruktur 215 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht schaltbar ausgeformt. Die Anzeigefläche ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Projektionsfläche für das zweite Licht 240 ausgeformt. Die als Projektor ausgeformte Erzeugungseinrichtung 225 beleuchtet gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Teil die Einkopplungsstruktur 215 und zum Teil die Projektionsfläche. Dadurch wird eine Information simultan im Nah- und Fernbereich dargestellt, mit jeweils verringerter Bildauflösung.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Anzeigevorrichtung 100 ein die Anzeigefläche 210 umfassendes Display 500 zum Erzeugen des zweiten Lichts aufweist.
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Die Anzeigefläche 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht als Projektionsfläche ausgeformt. Die Bilderzeugungseinrichtung 225 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um lediglich das erste Licht 220 zu der Einkopplungsstruktur auszusenden. Die Einkopplungsstruktur ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht schaltbar ausgeformt.
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Die hier vorgestellte Anzeigevorrichtung 100 realisiert eine Nah- und Fernansichtskombination unter Verwendung des Displays 500. Das Display 500 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein TFT-Display oder ein OLED-Display oder ein µLED-Display für die Informationsdarstellung im Nahbereich, also auf Displayebene, ausgeformt. Der gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf das Display 500 aufgesetzte Wellenleiter oder hinter das Display 500 gesetzte Wellenleiter wird für den Fernbereich genutzt. Der Wellenleiter ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel transparent, daher können die Bereiche, also die virtuelle Darstellung und die reelle Darstellung, simultan dargestellt werden. Das TFT-Display wird gemäß einem Ausführungsbeispiel über den Wellenleiter beleuchtet. Somit kann das Display als Anzeige im Nahbereich genutzt werden oder transparent geschaltet werden, um eine Anzeige im Fernbereich zu ermöglichen. Die Anzeigeeinheit 210 kann transparent ausgeführt sein. Bei einer Combiner-Anwendung z.B. auch mit transparenter µLED oder OLED Anzeige.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 4 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Auskopplungsstruktur 235 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht flächig über die Anzeigefläche 210 verteilt angeordnet ist. Die Auskopplungsstruktur 235 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene zwischen der Einkopplungsstruktur und der Anzeigefläche 210 angeordnet. Die Auskopplungsstruktur 235 ist hierbei gemäß diesem Ausführungsbeispiel vollständig zwischen der Anzeigefläche 210 und der Einkopplungsstruktur 215 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Erzeugungseinrichtung 225 dazu ausgebildet, um gleichzeitig das erste Licht und das zweite Licht zu erzeugen, wobei jedoch kein Überlapp der Darstellungsbereiche erfolgt. Die reelle Darstellung 115 und die virtuelle Darstellung 110 sind somit für den Nutzer übereinander angeordnet wahrnehmbar.
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7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anzeigevorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von von 4 beschriebene Anzeigevorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Auskopplungsstruktur 235 gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine Fläche der Anzeigefläche 210 hinaus verlaufend angeordnet ist. Die Auskopplungsstruktur 235 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel weiter in einen Bereich zwischen der Anzeigefläche 210 und der Einkopplungsstruktur 215 hinein. Die reelle Darstellung 115 und die virtuelle Darstellung 110 sind somit für den Nutzer überlappend angeordnet wahrnehmbar, wobei ein gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterer Abschnitt 700 der virtuellen Darstellung 110 unterhalb der sich überlappenden Darstellungen 110, 115 wahrnehmbar ist.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Auskopplungsstruktur 235 zusätzlich oder alternativ weiter in einen Bereich über der Anzeigefläche 210 hinaus, wobei ein gemäß dem alternativen Ausführungsbeispiel oberer Abschnitt der virtuellen Darstellung 110 oberhalb der sich überlappenden Darstellungen 110, 115 wahrnehmbar ist.
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Alle in den 1 bis 7 beschriebenen Varianten der Anzeigevorrichtung 100 können in Reflexion oder Transmission betrieben werden, d. h., der Projektor ist entweder vor oder hinter der Anzeigefläche 210 oder dem gesamten Display angeordnet.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand einer der vorangegangenen Figuren beschriebenen Anzeigevorrichtungen handeln.
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Das Verfahren 800 weist einen Schritt 805 des Erzeugens auf, in dem unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung das erste Bild erzeugt wird, um in dem ersten Darstellungsbereich die virtuelle Darstellung des ersten Bilds zu ermöglichen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 805 des Erzeugens das erste Bild erzeugt, indem die Bilderzeugungseinrichtung auf die Einkopplungsstruktur der Anzeigevorrichtung gerichtet wird, um in dem ersten Darstellungsbereich die virtuelle Darstellung des ersten Bilds zu ermöglichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird hierbei im Schritt 805 des Erzeugens das erste Bild erzeugt, indem die Bilderzeugungseinrichtung auf die Einkopplungsstruktur der Anzeigevorrichtung gerichtet angeordnet ist, wobei unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung ferner das zweite Bild erzeugt wird, um gleichzeitig in oder an dem Wellenleiter die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 800 einen Schritt 810 des Bewegens auf, in dem die Bilderzeugungseinrichtung bewegt wird, wobei unter Verwendung der Bilderzeugungseinrichtung das zweite Bild auf die Projektionsfläche der Anzeigevorrichtung gerichtet wird, um in oder an dem Wellenleiter die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 800 einen Schritt 815 des weiteren Erzeugens auf, in dem unter Verwendung eines die Anzeigefläche umfassenden Displays zum Erzeugen des zweiten Lichts das zweite Bild erzeugt wird, um in oder an dem Wellenleiter die reelle Darstellung des zweiten Bilds in dem zweiten Darstellungsbereich zu bewirken.
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Die Schritte 805 und 815 können gleichzeitig ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088794 A1 [0002]
