DE102020103964A1

DE102020103964A1 - Blickfeldanzeigevorrichtung mit einer Höhenversatzeinrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020103964A1
Application number: DE102020103964.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang-Andreas Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blickfeldanzeigevorrichtung, insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug, umfassend:- eine großflächig und/oder flach ausgebildete Projektionseinheit mit einer zum Ausgeben eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt ausgebildeten Displayfläche, wie einer elektrisch ansteuerbaren flächigen Pixelanordnung oder einem Auskoppelelement eines Waveguide-Displays;- eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels derart angeordnete, zu dessen Reflexion zu einem Benutzer hin ausgebildete Projektionsscheibe, insbesondere Frontscheibe des Fahrzeugs, dass dahinter ein virtuelles Anzeigebild im Blickfeld des Benutzers erzeugt wird; sowie- eine Höhenversatzeinrichtung, die zu einer feststehenden oder einstellbaren Höhenänderung zumindest eines Teilstrahlenbündels des Projektionslichtstrahlenbündels ausgebildet ist, um dem Benutzer den davon transportierten (Teil-)Anzeigeinhalt in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich und/oder unter einem vorbestimmten Look-down-Winkel im virtuellen Anzeigebild darzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Blickfeldanzeigevorrichtung, die insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug geeignet ist und zum Erzeugen eines virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld eines Benutzers, insbesondere eines Fahrers, über Reflexion eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem gewünschten Anzeigeinhalt an einer Projektionsscheibe, insbesondere einer Frontscheibe des Fahrzeugs, ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein damit ausgestattetes Fahrzeug.
Technischer Hintergrund
Blickfeldanzeigevorrichtungen sind insbesondere unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt. Beispielsweise in einem Kraftfahrzeug kann damit ein gewünschter Anzeigeinhalt, wie eine Angabe über eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder andere nützliche Navigations- und Fahrzeugbedienungshinweise, in Form eines virtuellen Anzeigebilds dem vom Fahrer beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert werden. Hierzu umfasst eine Blickfeldanzeigevorrichtung in klassischer Bauweise ein unterhalb einer Oberseite der Instrumententafel untergebrachtes Display mit einer geeigneten Abbildungs- und Projektionsoptik, um ein Projektionslichtstrahlenbündel mit gewünschtem Anzeigeinhalt zu erzeugen und so auf eine Projektionsscheibe, die eine Frontscheibe des Kraftfahrzeugs oder eine extra davor vorgesehene Combinerscheibe sein kann, zu lenken, dass es von dieser zum Fahrer hin reflektiert wird, um das virtuelle Anzeigebild in sein Blickfeld hinter der Projektionsscheibe zu projizieren.
Bei dieser HUD-Bauart deckt das virtuelle Anzeigebild allerdings einen relativ kleinen Raumwinkelbereich (Field-of-View) im Blickfeld des Benutzers ab, welcher in der Regel nur bis knapp an den Horizont reicht. Einer Vergrößerung des Field-of-View steht der begrenzte Bauraum innerhalb der Instrumententafel entgegen. Insbesondere nimmt die bekannte Projektionsoptik viel Platz in vertikaler Richtung ein. Der Fahrer blickt dabei gleichsam in ein Fernrohr, sodass für ihn ein nahes, am Display im HUD-Inneren erzeugtes Anzeigebild in der Ferne vor dem Kraftfahrzeug erscheint. Damit ist entsprechend einer „Öffnung des Fernrohrs“ nur ein begrenzter Raumwinkelbereich abdeckbar, der sich beispielsweise für statische Anzeigeinhalte ähnlich einer Kombi-Instrumententafel in einem Kraftfahrzeug eignet (sogenanntes Dock-HUD). Kontaktanaloge, an realen Umgebungsobjekten vor dem Fahrzeug orientierte virtuelle Darstellungen, wie beispielsweise aus Augmented-Reality (AR) bekannt, sind außerhalb dieses begrenzten Raumwinkelbereichs und einer meist fest durch die Abbildungs- und Projektionsoptik festgelegten Entfernung des virtuellen HUD-Anzeigebilds hingegen nicht möglich.
Andererseits sind zu dieser HUD-Bauweise alternative Ansätze bekannt, bei denen sich ein Display in einer Oberseite der Instrumententafel direkt gegenüber der Fahrzeugfrontscheibe erstreckt, wodurch ein deutlich flacherer und daher auch großflächigerer HUD-Aufbau mit einem entsprechend erweiterten Field-of-View möglich ist, der für AR-Anwendungen günstiger ist.
Bei Blickfeldanzeigevorrichtungen sind ferner in der Regel zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um etwaige Störreflexionen von Umgebungslicht, insbesondere Sonnenlicht, an deren Bauteilen in Richtung des Benutzers zu unterbinden. Hierzu wird bei der klassischen HUD-Bauweise mit einer im Inneren der Instrumententafel untergebrachten Abbildungs- und Projektionsoptik beispielsweise eine in der Oberseite der Instrumententafel angeordnete Deckscheibe, die das HUD nach außen verschließt, geometrisch entspiegelt (sogenannte Glaretrap), indem sie außenseitig spiegelnd und mit einer geeigneten Oberflächenkrümmung in vertikaler Richtung ausgeführt wird, um aus verschiedenen Richtungen einfallendes Umgebungslicht auf eine Lichtfalle zu lenken. Derartige Entspiegelungstechniken eignen sich allerdings nicht für ein direkt gegenüber der Frontscheibe angeordnetes Display.
Als eine zuverlässige und robuste Lösung dieses Problems schlägt die deutsche Patentanmeldung DE 10 2018 209 934 A1 der Anmelderin eine insbesondere für AR-Anwendungen in einem Kraftfahrzeug geeignete Blickfeldanzeigevorrichtung vor, die eine elektrisch ansteuerbare flächige Pixelanordnung, insbesondere mindestens einen Flachbildschirm, zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt sowie eine darauf angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung aufweist. Die reflexunterdrückende Umlenkanordnung umfasst dabei eine oder mehrere sich entlang der flächigen Pixelanordnung in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu und parallel zueinander erstreckende ebene Reflexionsfläche(n), die zum Umlenken des erzeugten Projektionslichtstrahlenbündels auf eine teilweise transparente reflektierende Projektionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist/sind, wodurch dahinter ein in ein Blickfeld eines Benutzers eingeblendetes virtuelles Anzeigebild erzeugt wird. Auf deren von der flächigen Pixelanordnung abgewandten Rückseiten sind diese Reflexionsflächen zu einer Störreflexunterdrückung lichtabsorbierend ausgebildet. Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist mindestens eine dieser Reflexionsflächen durch eine Mantelflächenseite eines auf der flächigen Pixelanordnung angeordneten Prismas, beispielswiese mit einer dreieckigen Querschnittsfläche, gebildet.
Ein weiteres Problem, das für Blickfeldanzeigevorrichtungen in einem Fahrzeug insbesondere im Zusammenhang mit AR-Anwendungen in den Vordergrund tritt, ist eine erhöhte Anforderung an die Helligkeit des virtuellen Anzeigebildes von beispielsweise ca. 10.000 cd/m2, wenn virtuelle Anzeigeinhalte näher am Horizont und/oder über die Horizonthöhe hinaus dargestellt werden und daher auch vor einem hellen oder hell erleuchteten Hintergrund für den Benutzer gut sichtbar sein sollen. Wegen in der Regel hoher Reflexionsverluste an der Frontscheibe müsste dafür ein bilderzeugendes Display in einer für HUDs wie auch für die Consumer-Elektronik derzeit marktüblichen Bauweise an dessen Oberfläche Projektionslicht mit bis zu 100.000 cd/m2 abstrahlen, was allerdings für eine im Fahrzeug integrierbare Displaytechnologie, insbesondere einen Flüssigkristallbildschirm (LCD, liquid crystal display), unter anderem aufgrund entsprechend erhöhter Kühlleistungsanforderung, schwer zu realisieren wäre.
Ein Ansatz zur Erhöhung der Leuchtkraft eines mit einer Vorrichtung wie z. B. HUD dargestellten Bilds ist aus DE 195 40 108 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Vorrichtung zur Darstellung eines ersten Bildes in einem zweiten Bild, das durch eine durchsichtige Scheibe sichtbar ist, an der vom ersten Bild ausgehendes Licht reflektiert wird und die so angeordnet ist, dass das erste und das zweite Bild von einem Betrachter unter gleichem Blickwinkel erfassbar sind. Es ist mindestens eine Lichtquelle für im Wesentlichen paralleles Licht vorgesehen, mit der das vom ersten Bild ausgehende Licht im Kopfbereich des Betrachters als Lichtbündel mit geringer Aufweitung größer als die Kopfbreite und kleiner als 50 cm erzeugbar ist. In DE 195 40 108 C2 offenbarte Ausführungsbeispiele beschränken sich zum einen auf einen Streuscheibe oder eine in selektiv ansteuerbare Segmente unterteilte LCD-Matrix, zu deren Aus- bzw. Hinterleuchtung ein mittels eines drehbaren Spiegels auslenkbarer paralleler Lichtstrahl einer einzigen Lichtquelle in Form einer LED oder von drei Lasern mit den Farben Rot, Grün und Blau, mit parallelisierender Optik, dient. Als Alternative hierzu ist ferner eine zur Bilderzeugung angesteuerte selbstleuchtende Laserdiodenmatrix oder selbstleuchtende LED-Matrix angegeben, bei der bereits der Aufbau selbst oder eine Folie mit linsenartigen Erhebungen für die geringe Aufweitung sorgen und vor der lediglich optional ein p-polarisierender Filter neben der Abbildungsoptik angeordnet ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere im Hinblick auf die Sichtbarkeit und den Kontrast des virtuellen Anzeigebilds und/oder auf den Komfort eines Benutzers beim Betrachten des virtuellen Anzeigebilds weiter verbesserte Blickfeldanzeigevorrichtung, die insbesondere für AR-Anwendungen Erzeugung virtueller Anzeigebilder in einem erweiterten Blickwinkelbereich des Benutzers ermöglichen kann, sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für die Blickfeldanzeigevorrichtung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das damit ausgestattete Fahrzeug, wie auch umgekehrt.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung, beispielsweise ein Head-up-Display (HUD), vorgesehen, die sich insbesondere auch für AR (Augmented Reality) und andere Anwendungen eignen kann (jedoch nicht zwingend muss), die Darstellung eines virtuellen Anzeigebilds in einem möglichst weiten Raumwinkelbereich (Field-of-View) vor einem Benutzer erfordern. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgelegt sein, bei dem es sich um ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln kann.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art umfasst eine großflächig und/oder flach ausgebildete Projektionseinheit mit einer zum Ausgeben eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt ausgebildeten Displayfläche, wobei die Displayfläche beispielsweise durch eine elektrisch ansteuerbare flächige Pixelanordnung oder ein Auskoppelelement eines Waveguide-Displays gebildet sein kann. Eine „flache“ Ausbildung der Projektionseinheit bedeutet dabei, dass deren laterale Abmessungen, die beispielsweise entlang der Displayfläche gemessen werden und der Größe der Displayfläche in etwa entsprechen können, ein Vielfaches, z. B. mindestens Fünf- oder Zehnfaches, einer senkrecht zur Displayfläche gemessenen Dicke der Projektionseinheit betragen, wobei die gesamte Dicke der Projektionseinheit im Bereich von etwa 2 bis 7 cm liegen und beispielsweise etwa 3 cm betragen kann. „Großflächig“ bedeutet hierin, dass die genannten lateralen Abmessungen der Projektionseinheit zumindest ist einer Richtung deutlich, insbesondere um ein Vielfaches, mehr als bei der eingangs erwähnten herkömmlichen HUD-Bauweise mit einer im Inneren der Instrumententafel untergebrachten Abbildungs- und Projektionsoptik betragen, d. h. beispielsweise dass die Displayfläche eine Diagonalabmessung von mehr als 15, 20, 30, 40 oder 50 cm haben kann, mit anderen Worten dass sie in lateraler Richtung ohne Konstruktionsänderungen und ohne grundsätzliche Schwierigkeiten im Hinblick auf die Integration in einem Fahrzeug skalierbar ist.
Ferner umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung eine im Strahlengang des von der Displayfläche ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels derart angeordnete, zu dessen Reflexion zu einem Benutzer hin ausgebildete Projektionsscheibe, dass dahinter ein virtuelles Anzeigebild im Blickfeld des Benutzers erzeugt wird. Wie üblich wird dabei derjenige Raumbereich vor der Projektionsscheibe, aus dem das virtuelle Anzeigebild für den Benutzer sichtbar ist, als Eyebox bezeichnet. Beim Einsatz in einem Fahrzeug kann die Projektionsscheibe insbesondere durch dessen Frontscheibe oder einen Flächenabschnitt dieser gebildet sein, wobei die Eyebox im Fahrzeuginnenraum in einiger Entfernung vor der Projektionsscheibe liegt. Insbesondere kann die Projektionsscheibe rückseitig zumindest teilweise transparent sein, damit das virtuelle Anzeigebild in das vom Benutzer beobachtete reale Umfeld hinter der Projektionsscheibe eingeblendet werden kann.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst zudem eine Höhenversatzeinrichtung, die zu einer feststehenden, d. h. konstruktiv festgelegten, oder aber zu einer einstellbaren, d. h. variierbaren, Änderung einer in Richtung einer Vertikalachse der Projektionsscheibe gemessenen Höhe für zumindest ein Teilstrahlenbündel des Projektionslichtstrahlenbündels ausgebildet ist. Die genannte Höhenversatzeinrichtung dient dazu, dem Benutzer den (Teil-)Anzeigeinhalt, der von dem auf diese Weise höhenverstellten (Teil-)Strahlenbündel transportiert wird, in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich und/oder unter einem vorbestimmten Look-down-Winkel im virtuellen Anzeigebild darzustellen, die beispielsweise bei Anwendungen in einem Kraftfahrzeug für die Sicherheit oder einen besseren Komfort des Fahrers oder die Sichtbarkeit des virtuellen Anzeigebild günstig oder sogar erforderlich sein können. Einige Beispiele der Höhenversatzeinrichtung werden nachfolgend angegeben.
Beim Einbau in einem Fahrzeug entspricht die genannte Vertikalachse der Projektionsscheibe insbesondere einer vertikalen Achse (d. h. z-Achse) des üblichen Fahrzeugkoordinatensystems. Auch andere hierin für räumliche Verhältnisse verwendete Begriffe wie „vertikal“, „horizontal“, „nach oben/unten“ und dergleichen werden insbesondere in Bezug auf die genannte Vertikalachse der Projektionsscheibe verstanden, sofern jeweils nichts anderes definiert ist. Als „Look-down-Winkel“ wird im vorliegenden Kontext ein in vertikaler Richtung gemessener Winkel zwischen einer Horizontalen in Augenhöhe des Benutzers, die von Benutzeraugen nach vorn zur Projektionsscheibe weist, und seinem jeweils abgesenkten Blickwinkel beim Betrachten eines unterhalb seiner Augenhöhe liegenden Teils des virtuellen Anzeigebilds verstanden.
Insbesondere kann die Projektionseinheit, deren Displayfläche als eine flächige Pixelanordnung ausgebildet ist, in an sich bekannter Weise, beispielsweise gemäß DE 10 2009 054 232 A1 , zur autostereoskopischen oder 3D-Darstellung ausgebildet sein, was jedoch vorliegend nicht zwingend ist. Hierzu kann die Blickfeldanzeigevorrichtung ein geeignetes Eyetracking-System aufweisen, das eine aktuelle Benutzerposition, insbesondere seine Augenposition, zur Bildaufbereitung für den autostereoskopischen Effekt bereitstellt. D. h. eine solche flächige Pixelanordnung kann von einer Bilderzeugungseinheit oder einer geeigneten Steuerungseinheit derart angesteuert werden, dass jeweils zwei verschiedene 2D-Bilder das linke und das rechte Auge des Benutzers erreichen, um bei ihm einen räumlichen Eindruck des dargestellten virtuellen Anzeigebilds zu bewirken. Auf diese Weise können beispielsweise für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs als dreidimensional wahrgenommene Darstellungen in beliebigen Entfernungen zwischen ungefähr 0,4 m und bis hin zu unendlich weit von seinen Augen erzeugt werden. Dabei sind grundsätzlich alle Konvergenzebenen simultan realisierbar, was eine Immersion in eine virtuelle 3D-Welt ermöglicht. Die flächige Pixelanordnung kann aber auch zumindest bereichsweise zur 2D-Darstellung, d. h. ohne Tiefeneindruck, ausgebildet sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Höhenversatzeinrichtung einen in Richtung zwischen der Projektionsscheibe und dem Benutzer bzw. der oben genannten Eyebox hin und zurück verschiebbaren Sockel, wobei die Projektionseinheit an oder auf dem verschiebbaren Sockel in fester Relation dazu befestigt ist. Die genannte Richtung kann insbesondere eine lineare Verschiebungsrichtung sein, die bei einer im Fahrzeug eingebauten Blickfeldanzeigevorrichtung z. B. entlang oder parallel zu einer Fahrzeuglängsachse (x-Achse des üblichen Fahrzeugkoordinatensystems) ausgerichtet sein kann.
Diese Ausführungsform stellt insbesondere eine technische Möglichkeit bereit, um das mit der Projektionseinheit abdeckbare Field-of-View (FoV) für große und kleine Fahrer anzupassen, damit beispielsweise unabhängig von der Sitzposition in einem Fahrzeug immer der gleiche Ausschnitt der realen Welt mit AR-Inhalten angereichert werden kann. Durch die Verschiebbarkeit der Projektionseinheit in Fahrzeuglängsrichtung können unterschiedliche Augenhöhen des Benutzers ausgeglichen werden (vgl. 1). Gemäß einer für typische Kfz-Innenraumgeometrien möglichen optischen Auslegung ist beispielsweise ein näherungsweise linearer Verfahrweg von ca. +/-4 cm ausreichend, um ein typisch geforderte FoV für Augmentierungen von ca. 5 Grad in vertikaler Richtung für alle Augpositionen für den Fahrer innerhalb einer üblichen Eyeboxgröße zu realisieren. Damit kann sichergestellt werden, dass ein gewünschter Anzeigeinhalt, beispielsweise ein bestimmtes Anzeige-und-Bedien-Konzept, für alle Augpositionen innerhalb der Eyebox identisch sein kann, d. h. dass der Fahrer unabhängig von seiner Größe und Sitzposition immer einen gleichen Abschnitt bzw. Blickwinkelbereich in Bezug auf die vorausliegende Straße augmentiert bekommen kann (typisch ab einem Straßendurchstoßpunkt von ca. 20 Meter vor dem Fahrzeug bis knapp über den Horizont).
Im Hinblick auf das Innenraum-Design im Fahrzeug kann die Projektionseinheit dank ihrem prinzipiell flachen Aufbau mit einer Dicke, die beispielsweise vergleichbar mit einer „Pralinenschachtel“ sein kann, und der Anordnung und Verschiebbarkeit auf einem Sockel eine „luftige“ Anmutung im Interieur bekommen, etwa indem sie zumindest teilweise oberhalb einer Oberseite der Instrumententafel angeordnet ist. Weitere mögliche Details der Ausgestaltung der Projektionseinheit und der Höhenversatzeinrichtung und damit erzielbare Effekte, wie z. B. ein mögliches geometrisches Zusammenspiel mit der restlichen Instrumententafel und/oder einem „Minimalkombi“ und/oder integriertem Eyetracking, werden weiter unten angegeben.
Die jeweils geeignete Position des verschiebbaren Sockels kann je nach spezifischen Anforderungen eines Anwendungsfalls diskret oder kontinuierlich einstellbar sein, beispielsweise als eine lineare Verfahrposition in Fahrzeuglängsrichtung x zwischen zwei den Verfahrweg begrenzenden Extrempositionen x1 und x3 gemäß 1. Sie kann bei einem Anwendungsfall in einem Fahrzeug z. B. einmalig zu Fahrtbeginn eingestellt werden und danach bei Bedarf nachgeführt werden, etwa bei Verstellung einer Sitzhöhe des Benutzers/Fahrers oder wenn sich seine mittlere Augenhöhe im Laufe der Fahrt dauerhaft ändert, etwa durch ein sogenanntes „Einsacken“ des Fahrers. Eine geeignete Sockelposition kann beispielsweise abhängig von einer aktuellen Benutzeraugenposition unter Verwendung eines Eyetracking-Signals ermittelt und durch einen Stellmotor elektrisch eingestellt werden. Durch eine solche Verschiebbarkeit auf einem Sockel kann die laterale Abmessung der Projektionseinheit in Fahrzeuglängsrichtung und folglich deren Größe, Gewicht und damit verbundene Kosten eingespart werden, wie anhand der 2 veranschaulicht.
Der verschiebbare Sockel kann insbesondere zu einer Erleichterung für eine insgesamt benötigte Kühlleistung für die Projektionseinheit bei deren Integration in einem übergeordneten System, wie z. B. einem Fahrzeug oder einem anderen abgeschlossenen Raum, beitragen. So kann eine effizientere Luftkühlung beispielsweise durch eine „luftige“ oder offene Einbindung der Projektionseinheit in dem übergeordneten System ermöglicht werden, bei der der Sockel und/oder die Projektionseinheit zumindest teils von den umliegenden Fahrzeug- oder anderen Innenraumbegrenzungen, z. B. von einer Instrumententafel, beabstandet sind, etwa indem sie zumindest teilweise in einem vorbestimmten vertikalen Abstand über der Instrumententafel und/oder mit vorbestimmten Seitenabständen zur umliegenden Instrumententafel im Fahrzeug angebracht sind, was eine vereinfachte Luftkühlung ermöglicht.
Gemäß einer Weiterentwicklung der ersten Ausführungsform kann der verschiebbare Sockel und/oder die darauf/daran befestigte Projektionseinheit eine dem Benutzer zugewandte flächige Stirnseite mit einem darin ausgebildeten zusätzlichen Display aufweisen, das sich vorzugsweise in der genannten Stirnseite flächendeckend und besonders bevorzugt die Projektionseinheit für den Benutzer verdeckend erstreckt. Dieses zusätzliche Display (das hierin auch als „Minimalkombi“ bezeichnet wird) kann beispielsweise als eine einfache und robuste Fallback-Lösung zur Darstellung besonders wichtiger Anzeigeinhalte beim Ausfall entsprechender Darstellung über die Projektionseinheit, beispielsweise über deren weiter unten beschriebenen Dock-HUD-Bereich, eingesetzt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform kann die Blickfeldanzeigevorrichtung also insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sein, das zusätzliche Display zur Darstellung vorbestimmter statischer, beispielsweise sicherheitsrelevanter, Informationen anzusteuern. Alternativ oder zusätzlich kann die Blickfeldanzeigevorrichtung ein Eyetracking-System zum Darstellen der Anzeigeinhalte über die Projektionseinheit in Abhängigkeit von einer per Eyetracking bestimmten aktuellen Benutzerposition, insbesondere einer Augenposition oder Blickrichtung des Benutzers, aufweisen und dabei so ausgebildet und eingerichtet sein, dass beim Ausfallen des Eyetracking-Systems zumindest ein Teil dieser Anzeigeinhalte dem Benutzer am zusätzlichen Display in einer vom Eyetracking-System unabhängigen Weise dargestellt wird und damit für den Benutzer stets in zuverlässiger Weise wahrnehmbar bleibt. Insbesondere kann dabei zum Vermeiden unnötiger Ablenkung des Benutzers sowie zum Sparen der verfügbaren Energie das zusätzliche Display bei ordnungsgemäßer Funktion des Eyetracking-Systems inaktiv, d. h. beispielsweise schwarz, gelassen werden.
Das genannte zusätzliche Display (Minimalkombi) an der Stirnseite der Projektionseinheit kann insbesondere deren Verschiebung in x-Richtung mitmachen und auch designtechnisch zusammen mit der Projektionseinheit auf dem Sockel wahrgenommen werden. Sofern erforderlich, kann das Minimalkombi zusätzlich in vertikaler Richtung verschiebbar ausgeführt sein, insbesondere auch relativ zum Sockel und/oder zu der daran befestigten Projektionseinheit. Hierzu kann die verstellbare Höhe des Minimalkombis beispielsweise automatisch, etwa durch Auswertung des Eyetracking-Signals, so angepasst werden, dass es beispielsweise für den Fahrer des Fahrzeugs stets aus der aktuellen Augenposition durch den dazwischen angeordneten Lenkradkranz oder dergleichen optimal ablesbar ist.
Ein derartiges Minimalkombi erlaubt es beispielsweise, auf ein herkömmliches klassisches Kombi-Instrument (kurz: Kombi) in einem Fahrzeug zu verzichten, was Kosten sparen und auch Vorteile für den Innenraumdesign und Wahrnehmbarkeit durch den Benutzer haben kann. Die Inhalte des heutigen Kombi-Instruments können z. B. beim Regelbetrieb im hierin weiter unten beschriebenen Dock-HUD-Bereich der Projektionseinheit dargestellt werden, für den das Minimalkombi als eine ausfallsichere Fallback-Lösung dienen kann.
Neben dem Minimalkombi kann auch das oben erwähnte Eyetracking-System, insbesondere hierzu geeignete Sensoren an sich bekannter Art, in der Projektionseinheit integriert sein, da diese aufgrund des flachen Aufbaus nicht im Inneren einer Instrumententafel oder dergleichen versteckt werden muss und stattdessen wie oben beschrieben mit ihrer vergleichsweise schmalen Stirnseite dem Benutzer zugewandt sein kann. Auch ein solches in der Projektionseinheit integriertes Eyetracking-System kann zusammen mit oder ähnlich dem Minimalkombi höhenverstellbar ausgeführt sein, um etwaige Verdeckungen beispielsweise durch einen Lenkradkranz oder dergleichen zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann zum Eyetracking für die Blickfeldanzeigevorrichtung aber auch ein ohnehin in einem Fahrzeug verfügbares Eyetracking-Signal ausgewertet werden, das beispielsweise auf einem Innenraum-Kamerasystem basieren kann.
Gemäß einer zweiter Ausführungsform, die mit der obigen ersten Ausführungsform kombinierbar ist, umfasst die Höhenversatzeinrichtung eine im Strahlengang eines Teilstrahlenbündels des von der Displayfläche ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels vor der Projektionsscheibe bzw. in Strahlausbreitungsrichtung näher als diese an der Projektionseinheit angeordnete, benutzerseitig reflektierende Combinerscheibe, die zu einer feststehenden oder einstellbaren Höhenänderung des genannten Teilstrahlenbündels relativ zum restlichen Projektionslichtstrahlenbündel ausgebildet ist. Insbesondere kann diese Combinerscheibe zum Einstellen der Höhenänderung linear verschiebbar entlang der Strahlausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels und/oder verkippbar zwischen verschiedenen Anstellwinkeln ausgebildet sein. Die Strahlumlenkung über eine derartige Combinerscheibe kann beispielsweise zum Gewährleisten eines erforderlichen vorbestimmten Blickwinkelbereichs bzw. Look-down-Winkels für ein sogenanntes „Dock-HUD“ dienen, das als integraler Bestandteil der vorliegenden Projektionseinheit realisierbar ist:
Zur Realisierung eines integrierten „Dock-HUD“s kann die genannte Combinerscheibe insbesondere vor einem unteren Teil der Projektionsscheibe in Bezug auf deren Vertikalachse angeordnet sein und/oder fest mit dem verschiebbaren Sockel verbunden sein. Dann kann sie beispielsweise zum Einstellen eines vorbestimmten abgesenkten Look-down-Winkels für das darauf einfallende untere Teilstrahlenbündel und den von diesem transportierten unteren Teil-Anzeigeinhalt im virtuellen Anzeigebild ausgebildet sein, um diesen als Dock-HUD dienenden Anzeigeinhalt dem Benutzer tiefer in vertikaler Richtung als ohne die zusätzliche Combinerscheibe darzustellen.
Bei dieser zweiten Ausführungsform kann die Blickfeldanzeigevorrichtung insbesondere dazu ausgebildet und eingerichtet sein, die Projektionseinheit zur Darstellung vorbestimmter statischer, beispielsweise sicherheitsrelevanter, Anzeigeinhalte in einem vom genannten Teilstrahlenbündel zu transportierenden Teilabschnitt der Displayfläche anzusteuern und/oder die einstellbare Combinerscheibe zu einer Höhenänderung des genannten Teilstrahlenbündels abhängig von vorbestimmten Sichtbarkeitsparametern, wie beispielsweise einer aktuellen Helligkeit eines dahinter liegenden Umgebungshintergrunds und/oder einer aktuellen, den Look-down-Winkel beeinflussenden Benutzerposition, anzusteuern. Auf diese Weise kann im Betrieb beispielsweise eine ständig ausreichende Sichtbarkeit vorbestimmter sicherheitsrelevanter Anzeigeinhalte durch das Gewährleisten einer vorbestimmten Mindestdunkelheit eines dahinterliegenden Umgebungshintergrunds und/oder eines vorbestimmten für den Benutzer ohne Weiteres wahrnehmbaren Look-down-Winkels erzielt werden.
Während ein für statische Anzeigeinhalte, wie etwa die Kombi-Instrument-Anzeige, geeignetes Dock-HUD im eingangs erwähnten Stand der Technik als eine separate, im Inneren der Instrumententafel untergebrachte Komponente im Fahrzeug bekannt ist, besteht mit der vorliegenden zweiten Ausführungsform die Möglichkeit, einen Dock-HUD-Bereich als integralen Bestandteil der flach bzw. großflächig im Oberflächenbereich der Instrumententafel ausgebildeten Projektionseinheit darzustellen, der dennoch allen erforderlichen Bedingungen an seinen Blickwinkelbereich genügen kann (siehe 5a bis 5c).
Mittels des hierin vorgestellten Ansatzes zum Absenken des Look-down-Winkels des Dock-HUD-Bereichs mittels der zusätzlichen Combinerscheibe wird das Problem adressiert, dass für einen in der Displayfläche der Projektionseinheit integrierten Dock-HUD-Bereich aus obigen Sicherheitsgründen und dergleichen ein tieferer Look-down-Winkel erforderlich sein kann als für AR-Anwendungen, für die die vorliegende Projektionseinheit im Übrigen ausgelegt ist. Mittels der beschriebenen Combinerscheibe im Strahlengang des für die Dock-HUD-Anzeige genutzten Teilstrahlenbündels kann insbesondere eine durch ein vertikales Gap im virtuellen Anzeigebereich getrennte Darstellung des Dock-HUD-Bereichs erreicht werden (siehe 5b und 5c), oder aber bei Bedarf (z. B. für Entertainmentinhalte) ein durchgehendes Anzeigebild zwischen einem AR-Bereich und einem Dock-Bereich erzeugt werden.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Dock-HUD-Bereichs gegenüber einem herkömmlichen Kombi-Instrument in einem Fahrzeug kann auch die damit erreichbare weitere Lesedistanz sein. Im integrierten Dock-HUD-Bereich hierin beschriebener Art wäre die optische Distanz zum Fahrer in der Regel ca. 1 Meter, falls hier eine 2D-Displaytechnik in der Displayfläche zum Einsatz kommt, und 1 bis z. B. 4 Meter, falls stattdessen eine 3D-Displaytechnik (autostereoskopische Darstellung) verwendet wird. Das wäre in beiden Fällen eine weitere Projektionsentfernung des virtuellen Anzeigebilds als typischerweise ca. 70 cm Abstand zum Kombi-Instrument in einem Kraftfahrzeug. Dadurch kann die Ablesbarkeit insbesondere für ältere Fahrer deutlich angenehmer gemacht werden.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist die flächige Pixelanordnung der Projektionseinheit als eine transmissive Displayanzeigeschicht ausgebildet, die eine Displayfläche bildet, indem sie eine Vielzahl von flächig (insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig) verteilten selektiv ansteuerbaren transmissiven Anzeigeelementen aufweist, sowie ein zu deren Hinterleuchtung ausgebildetes sogenanntes Matrix-Backlight, das eine Vielzahl von entlang der transmissiven Displayanzeigeschicht (insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig in zweidimensionaler unregelmäßiger oder regelmäßiger, beispielsweise hexagonaler, Anordnung) verteilten selektiv ansteuerbaren Lichtquellen aufweist. Bei den Lichtquellen kann es sich insbesondere um hocheffiziente Lichtquellen wie LEDs, beispielsweise Weißlicht-LEDs, handeln. Die transmissive Displayanzeigeschicht kann beispielsweise als eine Flüssigkristallanzeigeschicht (auch als LCD-Panel bezeichnet) ausgebildet sein, d. h. es kann sich bei deren selektiv ansteuerbaren Anzeigeelementen um Flüssigkristall-Anzeigeelemente handeln. Ferner umfasst die bildgebende Einheit ein zweidimensionales Kollimationsarray, das zwischen jeweils einer Lichtquelle und der transmissiven Displayanzeigeschicht angeordnete Kollimatoren, die insbesondere als Kollimationslinsen ausgebildet sein können, aufweist (vgl. 6a). Bei einer hexagonalen Anordnung der Lichtquellen (vgl. 6b) können die darüber angeordneten Kollimatoren beispielsweise in einer flächendeckenden Weise als sechseckige Kollimationslinsen ausgestaltet sein.
Die Begriffe „Fläche“ und „flächig“ werden hierin ganz allgemein für eine zweidimensionale Anordnung, Verteilung, Oberfläche und dergleichen verwendet. Es kann sich dabei insbesondere um eine „Ebene“ bzw. eine „ebene“ geometrische Form handeln, dies ist jedoch nicht zwingend, und die beschriebene Vorrichtung kann ohne Nachteil für die dargelegte optische Funktionalität auch von einer ebenen Geometrie abweichen, um beispielsweise für AR-Anwendungen eine großflächige Ausgestaltung und deren Integration in einem Fahrzeug zu erleichtern. Mit anderen Worten kann eine „Fläche“ oder „flächige“ Ausgestaltung hierin jeweils zumindest bereichsweise eben oder aber gekrümmt oder gewölbt sein. Insbesondere kann sie an eine Wölbung einer Oberseite der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs angepasst sein, beispielsweise indem sie gestuft oder geschachtelt aus mehreren kleineren Teilflächen, wie z. B. ebenen Displayabschnitten, aufgebaut ist.
Dabei ist jeder Kollimator des genannten Kollimationsarrays zum Bündeln eines von der zugehörigen Lichtquelle ausgehenden Teilstrahlenbündels gemäß einer vorbestimmten Abstrahlcharakteristik ausgebildet, die zum Beschränken des von der Projektionsscheibe bzw. der Combinerscheibe zu den Augen des Benutzers reflektierten Projektionslichtstrahlenbündels im Wesentlichen auf die Eyebox ausgelegt ist. Die vorbestimmte Abstrahlcharakteristik kann zwar in einem einfachen Fall für mehrere oder sogar für alle Lichtquellen des Matrix-Backlights gleich sein, sie kann aber insbesondere bei großflächig ausgedehnten Display- und virtuellen Anzeigebildflächen auch von Lichtquelle zu Lichtquelle variieren, um beispielsweise eine möglichst homogene Ausleuchtung der Eyebox und/oder der virtuellen Anzeigebildfläche zu erreichen. Mit anderen Worten kann mittels des Kollimationsarrays ein zum (insbesondere im Wesentlichen homogenen) Ausleuchten der Eyebox, und im Wesentlichen auch nur der Eyebox, geeignetes Vektorfeld von Abstrahlcharakteristiken für die Lichtquellen des Matrix-Backlights und damit auch für die zugehörigen Flächensegmente der darüber liegenden transmissiven Displayanzeigeschicht realisiert sein. (In Bezug auf die vorliegende spezifische Ausgestaltung der Projektionseinheit verwendete Begriffe wie „darüber/darunter“, „dahinter/davor“ und dergleichen sind jeweils in Strahlausbreitungsrichtung des Projektionslichts zu verstehen.)
Eine Idee dieser spezifischen Ausgestaltung der Blickfeldanzeigevorrichtung besteht in dem Einsatz eines Matrix-Backlights aus einer Vielzahl von flächig, und insbesondere zumindest abschnittsweise gleichmäßig, hinter der transmissiven Displayanzeigeschicht angeordneten Lichtquellen, in Kombination mit der Bündelung der von einzelnen Lichtquellen erzeugten Teilstrahlenbündel durch einen jeweils zugehörigen Kollimator. Dieser Aufbau der Projektionseinheit ermöglicht im Vergleich zu bekannten HUD-Vorrichtungen, die ohne Matrix-Backlight und/oder ohne Kollimatoren arbeiten, bei vergleichbarem Energieverbrauch ein deutlich helleres und insbesondere auch homogeneres Backlight im Format einer „Pralinenschachtel“, d. h. mit einem kompakten Flachaufbau einer Dicke von nur wenigen Zentimetern, beispielsweise nur etwa 3 cm, was sowohl aus thermischer als auch geometrischer Sicht eine Integration in einem Fahrzeug begünstigt. Der Aufbau ist insbesondere in einem Oberflächenbereich einer Instrumententafel eines Fahrzeugs anbringbar und in einfacher Weise lateral skalierbar, d. h. insbesondere auch für virtuelle Anzeigen nah an und über dem Horizont und für AR-Anwendungen gut geeignet. Durch die genannte Kollimation kann die Lichtausbeute der Hintergrundbeleuchtung in Relation zur eingesetzten elektrischen Energie insbesondere um einen Faktor von etwa 10 erhöht werden. Dies ermöglicht wiederum den Einsatz einer transmissiven Displayanzeigeschicht, z. B. eines LCD-Panels, mit einer großflächigen Hintergrundbeleuchtung in Form eines Matrix-Backlights, was bislang nur für Flüssigkristall-basierte Flachbildschirme etwa in der Consumer-Elektronik bekannt war, auch für eine Blickfeldanzeigevorrichtung in einem Fahrzeug, wo zusätzliche Problemaspekte wie Reflexionsverluste an der Frontscheibe, Sichtbarkeit bei hellem Hintergrund, begrenzter Bauraum und Kühlungsmöglichkeit etc. hinzukommen und mit dem vorliegenden Aufbau in synergetischer Weise gelöst werden können.
Eine eingangs erwähnte Anforderung an die Helligkeit des virtuellen Anzeigebildes von beispielsweise ca. 10.000 cd/m2 für virtuelle Anzeigeinhalte vor einem hellen oder hell erleuchteten Hintergrund und die aufgrund meist hoher Reflexionsverluste an der Frontscheibe resultierende Anforderung an die Displayhelligkeit von etwa 100.000 cd/m2 ist mit der vorliegenden Blickfeldanzeigevorrichtung erreichbar, da es zum Darstellen eines virtuellen Anzeigebilds ausreichend ist, den Bereich der Eyebox auszuleuchten. Die hierin eingesetzte Kollimation des erzeugten Lichts in die Eyebox reduziert die gesamthaft erforderliche Lichtmenge im Vergleich zu herkömmlichen Displaytechnologien in der Consumer-Elektronik um ca. einen Faktor 10.
Ein zusätzlicher Synergieeffekt kann sich beim Einsatz eines Matrix-Backlights für ein AR-HUD in großflächiger Flachbauweise (dessen Field-of-View beispielsweise von einer Frontscheibenwurzel bis zum Horizont reichen kann) dadurch ergeben, dass einzelne Lichtquellen in der Fläche des Matrix-Backlights selektiv ansteuerbar sind, um nur diejenigen Pixel der darüber liegenden transmissiven Displayanzeigeschicht zu hinterleuchten, die gerade zum virtuellen Anzeigebild beitragen sollen. Für den Betrieb eines AR-HUDs ist es dabei als Regelfall zu erwarten, dass nur sehr sparsam Objekte in das Blickfeld des Fahrers eingeblendet werden, um diesen nicht unnötig abzulenken. Daher ist damit zu rechnen, dass meist nur ein Bruchteil der Displayfläche mit zusammenhängenden Objekten ausgeleuchtet wird. Dadurch kann der vorliegende Matrix-Backlight-Ansatz die elektrische Leistungsaufnahme einer auf transmissiver Displayanzeigeschicht basierten Blickfeldanzeigevorrichtung nochmals um einen Faktor 5 bis 10 reduzieren.
Insbesondere kann dabei jede Lichtquelle in oder nahe an einem Brennpunkt oder einer Brennebene des zugehörigen optischen Kollimators angeordnet sein, sodass das von ihr abgestrahlte divergente Teilstrahlenbündel gemäß der jeweiligen vorbestimmten Abstrahlcharakteristik zu einem weitgehend parallelen Teilstrahlenbündel mit einem vorbestimmten Kleinöffnungswinkel von beispielsweise etwa +/-5° (also insgesamt etwa 10°) um eine vorbestimmte Ausbreitungsrichtung, die insbesondere von Lichtquelle zu Lichtquelle variieren kann, kollimiert wird. Die hierin beschriebene Anordnung kann insbesondere für eine homogene Helligkeitsverteilung in der Eyebox über die optische Auslegung von deren optischen Komponenten und insbesondere über eine geeignete Wahl der genannten Abstrahlcharakteristik in der gesamten Displayfläche optimiert werden.
Insbesondere können die Kollimatoren des Kollimationsarrays bewegbar relativ zu den Lichtquellen ausgebildet sein. Insbesondere kann hier das gesamte Kollimationsarray lateral verschiebbar relativ zu einer Ebene oder (nicht zwingend durchgehend ebenen) Fläche des Matrix-Backlights, in der die Lichtquellen angeordnet sind, ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung ferner eine Steuerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Kollimatoren und damit die vorbestimmte(n) Abstrahlcharakteristik(en) des Projektionslichtstrahlenbündels einer beispielsweise per Eyetracking ermittelten aktuellen Benutzerposition, insbesondere einer Augenposition oder Blickrichtung, nachzuführen. Dies kann beispielsweise durch laterales Verschieben des gesamten Kollimationsarrays entlang des Matrix-Backlights implementiert sein.
Bei dieser spezifischen Ausgestaltung kann das bewegbare Kollimationsarray beispielsweise bezüglich der jeweiligen Kollimationswinkel so präzise ausgelegt werden, dass im Betrieb nur ein schmaler Streifen der Eyebox ausgeleuchtet wird, in dem sich gerade die Augen des Benutzers per Eyetracking identifiziert wurden. In diesem Fall kann dann ein mechanisches Nachführen der Positionierung der Lichtquellen relativ zum Kollimationsarray dazu genutzt werden, um eine innerhalb der Eyebox geänderte Augenposition wieder optimal auszuleuchten. Dafür könnte z. B. ein Kollimationslinsenarray gesamthaft mechanisch horizontal gegen die Ebene der als LEDs ausgebildeten Lichtquellen verschoben werden. Damit ließe sich die Effizienz des Systems nochmal steigern und die elektrische Leistungsaufnahme nochmal reduzieren.
Alternativ oder zusätzlich kann ferner ein Abstand zwischen dem Matrix-Backlight und dem Kollimationsarray in Strahlausbreitungsrichtung des Projektionslichts zur Änderung der vorbestimmten Abstrahlcharakteristik(en), d. h. vor allem der Kollimationswirkung bzw. der Bündelung, mechanisch verstellbar sein. Damit kann die Blickfeldanzeigevorrichtung in verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden: beispielsweise für alle Fahrzeuginsassen einsehbar sein, indem eine breite Abstrahlcharakteristik eingestellt ist, d. h. wenig kollimiertes Licht erzeugt wird, oder aber nur von einem Insassen sichtbar sein, indem eine geeignete schmale Abstrahlcharakteristik eingestellt wird. Die genannte Abstandsverstellung kann insbesondere zumindest teilweise automatisiert mithilfe einer geeigneten Steuerungseinheit zum Ansteuern geeigneter elektromechanischer Verstellantriebe der bildgebenden Einheit implementiert sein.
Insbesondere kann dabei ein Schalten zwischen einem für einen einzigen Benutzer vorgesehenen Privatmodus, bei dem nur ein für dessen Augen vorgesehener Raumbereich (Einzelbenutzer-Eyebox) ausgeleuchtet wird, und einem für mehrere Benutzer, beispielsweise für einen Fahrer und einen Beifahrer oder für mehrere Passagiere des Fahrzeugs, vorgesehenen Gemeinschaftsmodus, bei dem ein für Augen der mehreren Benutzer vorgesehener Raumbereich (Mehrbenutzer-Eyebox) ausgeleuchtet wird, ermöglicht sein. Da für die Ausleuchtung der Mehrbenutzer-Eyebox erwartungsgemäß mehr Licht benötigt werden kann, kann insbesondere ein geeigneter Sensor für die Umgebungshelligkeit vorgesehen und eine geeignete Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, das Sensorsignal auszulesen und von einem Steuerungsalgorithmus so auszuwerten, dass ein Umschalten auf ein Ausleuchten der Mehrbenutzer-Eyebox nur in dem Fall erfolgt, sofern die gerade herrschenden Lichtverhältnisse einen genügend großen Kontrast zum Umgebungslicht zulassen. Die Ausrichtung des Projektionslichtstrahlenbündels allein auf die Eyebox des Fahrers oder eines anderen Einzelbenutzers kann dazu genutzt werden, dass andere Fahrzeuginsassen nicht vom Projektionslicht geblendet werden und/oder die dargestellten Anzeigeinhalte nicht einsehen können (sogenanntes Privacy-Feature).
Insbesondere können die Lichtquellen des Matrix-Backlights unabhängig voneinander dimmbar ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz von Potenziometern und/oder durch zeitliches Pulsen mit einem geeigneten Verhältnis von Hell- und Dunkelzeiten Vhd innerhalb einer vom menschlichen Auge nicht als Einzelbild erkennbaren Periode von beispielsweise ca. τ < 20ms, implementiert sein. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung ferner eine Steuerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Lichtquellen des Matrix-Backlights gemäß einer vorbestimmten Korrekturfunktion H1(x,y), wobei (x,y) beispielsweise kartesische Koordinaten in der Displayfläche sein können, zum Erhöhen einer Helligkeitshomogenität im virtuellen Anzeigebild und/oder zu situationsbedingter Helligkeitsanpassung des Matrix-Backlights in seiner Fläche unabhängig voneinander zu dimmen.
Damit können beispielsweise einzelne Bereiche im virtuellen Anzeigebild, die der jeweiligen Stelle (x,y) der Displayfläche entsprechen, über eine geeignete Korrekturfunktion H1(x,y) so ausgeleuchtet werden, dass eine Homogenität über das ganze virtuelle Anzeigebild gewährleistet wird.
Insbesondere kann die Projektionseinheit ferner optische Diffusoren zum Erhöhen einer Helligkeitshomogenität im virtuellen Anzeigebild aufweisen, die jeweils im Strahlengang des Teilstrahlenbündels einer Lichtquelle, insbesondere symmetrisch um dessen Ausbreitungsrichtung, zwischen der Lichtquelle und dem zugehörigen Kollimator und/oder zwischen dem Kollimator und der transmissiven Displayanzeigeschicht angeordnet sein können. Ein Diffusor kann insbesondere kreis- oder ringförmig um die jeweilige Ausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels ausgestaltet sein. Beispielsweise kann jeweils ein ringförmiger Diffusor pro eine Lichtquelle (z. B. eine LED) symmetrisch bezüglich der Lichtausbreitungsrichtung zwischen der Lichtquelle und einem z. B. als 6-Eck-Linse ausgebildeten Kollimator und/oder zwischen dem Kollimator und der transmissiven Displayanzeigeschicht vorgesehen sein, um die Homogenität des Strahlenbündels zu optimieren, indem beispielsweise aus Flächenbereichen mit zu viel Licht ein Teil herausgestreut wird. Der jeweilige Diffusor kann dazu bei Bedarf so ausgelegt sein, dass die Diffusionseigenschaft eine optimierte Funktion über den Ort aufweist (z. B. eine Radialfunktion bezüglich der jeweiligen Ausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels einer Lichtquelle).
Etwaige trotz der voranstehend getroffenen Maßnahmen weiterhin auftretende Inhomogenitäten in der Helligkeit des virtuellen Anzeigebildes aus der Perspektive der Eyebox können durch eine weitere Korrekturfunktion H2(x,y) ausgeglichen werden, indem beispielsweise eine Inhomogenität eines optischen Testbildes (z. B. vollständig weiß) auf der Displayoberfläche vermessen wird. Daraus kann eine Funktion H* wie z. B. eine Helligkeit über die Koordinaten (x,y) der Display-Pixel ermittelt werden. Bei optimaler Homogenität des Matrix-Backlights ggf. einschließlich der eingebrachten Diffusoren weist H*(x,y) immer etwa den gleichen Wert auf. Sofern bei verbleibenden Inhomogenitäten im virtuellen Anzeigebild die Werte von H*(x,y) nicht zu stark schwanken, d. h. in einem durch Anwendung der Korrekturfunktion H2(x,y) ausgleichbaren vorbestimmten Schwankungsbereich liegen, kann die Funktion H2(x,y) genutzt werden, um ein beliebiges Bild, das auf dem Display dargestellt werden soll, so in der Helligkeit zu korrigieren, indem zu helle Punkte in der Helligkeit durch geeignete Dimmung der Display-Pixel auf die dunkleren Bereiche angepasst werden, so dass das Bild für den Betrachter wieder homogen aussieht.
Gemäß einer dritten Ausführungsform umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung ferner eine auf der Projektionseinheit, insbesondere unmittelbar auf deren Displayfläche samt deren etwaigen Funktions- und Schutzschichten (wie z. B. einer Lentikularlinsenanordnung eines autostereoskopischen Displays), angeordnete reflexunterdrückende Anordnung, die insbesondere als eine Umlenkanordnung mit einer oder mehreren sich entlang der transmissiven Displayanzeigeschicht in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu erstreckenden ebenen Reflexionsflächen ausgebildet sein kann. Dabei sind die Reflexionsflächen zum Lenken des von der Displayfläche der Projektionseinheit ausgehenden Projektionslichtstrahlenbündels auf die Projektionsscheibe und gegebenenfalls auf die Combinerscheibe zum Erzeugen des virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld des Benutzers dahinter ausgebildet und angeordnet. Zudem sind die Reflexionsflächen auf deren Rückseiten zu einer Störreflexunterdrückung, insbesondere vollflächig, lichtabsorbierend ausgebildet.
Die mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung können untereinander gleich ausgebildet sein oder aber sich in deren Form oder Größe voneinander unterscheiden. Abhängig von deren Form und Größe kann deren Abstand voneinander in einer zu deren Erstreckungsrichtung senkrechten Richtung derart gewählt sein, dass eine nahezu vollständige Störreflexunterdrückung und eine im Wesentlichen verlustfreie und formerhaltende Umlenkung des Projektionslichtstrahlenbündels gewährleistet sind. (Alternativ zu einer solchen reflexunterdrückenden Umlenkanordnung kann die Unterdrückung von Störreflexen vorliegend auch durch eine andere Technologie erfolgen, die den Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels nicht umlenkt. Rein optional, jedoch nicht zwingend, können ferner im Strahlengang zwischen der Displayfläche und der Projektionsscheibe alternativ oder zusätzlich zu der reflexunterdrückenden (Umlenk- )Anordnung weitere umlenkende oder sonstige optische Elemente im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels zum Einsatz kommen, die hier nicht weiter explizit beschrieben werden.)
Im Gegensatz zu der eingangs erwähnten herkömmlichen HUD-Bauart mit einer im Inneren der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs untergebrachten Projektionsoptik hat eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform einen deutlich flacheren Aufbau und kann beispielsweise mit nur wenigen cm Einbautiefe in, auf oder über einer Oberseite der Instrumententafel eingebaut oder nachträglich darauf montiert sein. Dies macht eine signifikante Erweiterung des Field-of-View der Blickfeldanzeigevorrichtung, beispielsweise auch vertikal deutlich über den Horizont hinaus, möglich, was sich insbesondere für kontaktanaloge Darstellungen für den Fahrer und andere Insassen zur Unterstützung der Navigation oder beim autonomen Fahren und/oder für einen Multi-User-Betrieb mit mehreren Benutzern gleichzeitig eignet. Insbesondere ist damit eine kontaktanaloge AR-Anzeige und mit einer autostereoskopischen bildgebenden Einheit ein echt kontaktanaloger 3D-Effekt (Stereo-Augmented-Reality) möglich.
Insbesondere kann dabei mindestens eine der Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung durch eine Mantelflächenseite eines auf der Projektionseinheit angeordneten Prismas gebildet sein. Insbesondere kann das Prisma eine dreieckige, viereckige, beispielsweise trapezförmige, oder fünfeckige Querschnittsfläche in einer zur Erstreckungsrichtung der Reflexionsfläche senkrechten Richtung besitzen, sodass seine andere Mantelflächenseite eine Prismenbasis bildet, die auf der Displayfläche bzw. auf deren etwaigen weiteren Funktions- und Schutzschichten (etwa Lentikularlinsenarray) aufliegt oder sich entlang dieser erstreckt, während dessen dritte Mantelflächenseite als Lichtaustrittsfläche für das umgelenkte Projektionslichtstrahlenbündel dient. Ein solches Prisma kann der jeweiligen Reflexionsfläche insbesondere eine hohe mechanische Stabilität verleihen.
Das Prisma kann aus jedem für das verwendete Projektionslicht transparenten Material, insbesondere aus Glas oder Kunststoff, gefertigt sein. Bei einer Luftschicht zwischen der Reflexionsfläche und deren lichtabsorbierender Rückseite kann die Reflexion durch Totalreflexion des in das Prisma eingekoppelten Projektionslichtstrahlenbündels an der genannten Mantelflächenseite des Prismas zustande kommen, andernfalls können darauf eine reflektierende Schicht, beispielsweise aus Metall, und auf dieser eine lichtabsorbierende Schicht aufgebracht sein. Ferner kann beispielsweise durch das Abfasen oder Abrunden freistehender, bezüglich der Displayfläche oberer Prismenkanten einer Verletzungsgefahr für einen Benutzer an den zugehörigen Reflexionsflächenkanten vorgebeugt werden.
Das weiter oben beschriebene Konzept einer lokalen Helligkeitsanpassung im virtuellen Anzeigebild über die Korrekturfunktion H1(x,y) bzw. H2(x,y) für die Helligkeit bzw. geeignete Dimmung des Matrix-Backlights bzw. der Displayfläche kann auch dafür genutzt werden, um etwaige leichte Inhomogenitäten der Helligkeit im virtuellen Anzeigebild zu eliminieren, die bei der Umlenkung des Projektionslichtstrahlenbündels an den Übergängen zwischen je zwei Reflexionsflächen bzw. Prismen entstehen können.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst eine Frontscheibe und eine darunter angeordnete Instrumententafel. Ferner umfasst das Fahrzeug eine Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art, deren Projektionseinheit oder darauf angeordnete reflexunterdrückende Anordnung auf, in oder über einer der Frontscheibe zugewandten Oberseite der Instrumententafel, insbesondere entlang dieser oder bündig mit dieser abschließend oder fluchtend, angeordnet ist. Die Frontscheibe bildet die Projektionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung, so dass ein virtuelles Anzeigebild ins Blickfeld eines Fahrzeuginsassen, insbesondere eines Fahrers, bei dessen Blick durch die Frontscheibe eingeblendet werden kann. Die hierin für eine Blickfeldanzeigevorrichtung in einem Fahrzeug verwendeten Begriffe wie „darunter“, „darüber“, „vertikal“, „horizontal“, „Längs-“, „Quer-“ und dergleichen können - wenn nicht anders erläutert - in Bezug auf die üblichen Fahrzeugkoordinaten verstanden werden.
Im Hinblick auf das Design ist neben einer Integration der Projektionseinheit in einer Instrumententafel insbesondere für zukünftige Fahrzeuge mit durchbrochenen, „luftigen“ Strukturen eine Platzierung der vorliegenden Projektionseinheit auf einem Sockel möglich, der beispielsweise gemäß der hierin beschriebenen ersten Ausführungsform verschiebbar sein kann (vgl. 4a-4b). Dabei kann es von Vorteil sein, dass das Volumen, welches die Projektionseinheit über den Verfahrweg x1-x3 einnehmen kann, nicht dauerhaft durch eine feststehende Einfassung begrenzt sein muss, wodurch sich ein „luftiger“ Innenraum realisieren lässt. Hervorzuheben ist auch der günstige Umstand, dass eine geeignete Verfahrposition x1 der Projektionseinheit für kleine Fahrer, die naturgemäß näher an der Frontscheibe als große Fahrer sitzen, ebenfalls näher an der Frontscheibe ist, und damit weiter weg vom kleinen Fahrer. Hingegen nimmt eine geeignete Verfahrposition x3 für große Fahrer etwas mehr Platz im Innenraum weg, der dazugehörige große Fahrer ist aber typischerweise auch in seiner Sitzposition weiter entfernt vom Lenkrad, so dass auch für ihn die geeignete Verfahrposition der Projektionseinheit seinen Raumeindruck nicht einengt.
Insgesamt kann der Sockel mit der Projektionseinheit insbesondere als eine Skulptur gestaltet werden, die sich an die rechts anschließenden Elemente der Instrumententafel anfügt, z. B. an flügelartige Ausführungen mit offenen Ablagemöglichkeiten für den Beifahrer. Gegebenenfalls kann auch bei verschiedenen Verfahrpositionen die Anbindung nach rechts durch verfahrbare Elemente bzw. horizontal mitaufklappbare Elemente nachgefahren werden, sodass sich für alle Verfahrpositionen ein geschlossenes Gesamtbild bzgl. Fugen, Anbindungen etc. im Cockpitbereich des Fahrzeugs ergibt.
Insbesondere kann die Projektionseinheit auf dem Sockel als in die Instrumententafel hinein versenkbare Struktur ausgebildet sein, um beispielsweise außerhalb des Betriebs in der Instrumententafel versenkt zu werden. Bei Fahrtantritt kann der Projektor in seine korrekte Position ausgefahren werden, die auf den Benutzer, insbesondere den Fahrer, abgestimmt sein kann.
Insbesondere kann eine Projektionseinheit der hierin dargelegten Art, z. B. ebenfalls als Skulptur, auch auf der Beifahrerseite eingebaut werden, z. B. für Usecases wie Entertainment (z. B. 3D-Film), das Lesen von E-Mails, Socialmedia u.v.m. Da ein dunkler Hintergrund die Wahrnehmung der Bildqualität der Blickfeldanzeigevorrichtung deutlich steigern kann (insbesondere für dunkle Töne bzw. schwarz), kann eine auf geringe Transmission schaltbare Projektionsscheibe eingesetzt werden. Für diese ist insbesondere eine Beschichtung möglich, die so schaltbar ist, dass diese nur für den Beifahrer auf dunkel schaltet, jedoch für den Fahrer transparent bleibt, wie z. B. in DE 10 2014 203 320 vorgeschlagen. Dieser technische Ansatz kann auch für den Fahrer angewendet werden, gegebenenfalls unter Einhaltung von zusätzlichen Anforderungen an die Transmission der Frontscheibe in Abhängigkeit des Fahrzustandes bzw. Levels des autonomen Fahrens.
Figurenliste
Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematisch, sie sind insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Gleiche Bezugszeichen stehen darin für gleiche oder einander in deren Funktion entsprechende Elemente. Es zeigen:

1 eine perspektivische Seitenansicht einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug, mit einer Prismenstruktur zur Reflexunterdrückung;
2 eine gedankliche weitere Ansicht ähnlich 1 zur Veranschaulichung eines Größengewinns durch die Verfahrbarkeit der Projektionseinheit gemäß 1;
3 in einer perspektivischen Ansicht eine Projektionseinheit einer weiteren Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art mit einem zu 1 alternativen Beispiel der Prismenstruktur mit einer variierenden Prismenbasis;
4a eine schematische Ansicht aus der Fahrerperspektive für ein Beispiel der Integration einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Fahrzeug;
4b eine schematische seitliche Querschnittsansicht der Blickfeldanzeigevorrichtung der 4a;
5a und 5b perspektivische Seitenansichten weiterer Beispiele einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug, die neben einem AR-HUD-Bereich auch einen integrierten Dock-HUD-Bereich aufweisen;
5c schematisch einen Blickfeldbereich einer Blickfeldanzeigevorrichtung der 5b aus der Fahrerperspektive;
6a in einer schematischen Prinzipdarstellung den optischen Aufbau einer Projektionseinheit einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art; und
6b in einer Draufsicht eine hexagonale flächige Anordnung einzelner Lichtquellen eines Matrix-Backlights in der Projektionseinheit gemäß der 6a.

Beschreibung von Ausführungsformen
Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Blickfeldanzeigevorrichtung und des Fahrzeugs gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können bei den in den 1 bis 6b gezeigten Beispielen 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 bis 6b gezeigt sind.
1 zeigt stark vereinfacht in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht ein Beispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art, die in diesem Beispiel als ein Head-up-Display (HUD) in einem Fahrzeug 2 verbaut ist, von dem in 1 nur eine Frontscheibe 3 und eine darunter angeordnete Instrumententafel 4 angedeutet sind. In diesem Beispiel handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, und die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, ein virtuelles Anzeigebild V ins Blickfeld eines Fahrers oder eines anderen Insassen (hierin auch allgemein als Benutzer der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 bezeichnet) bei dessen Blick durch die Frontscheibe 3 einzublenden, die als eine benutzerseitig reflektierende und rückseitig weitgehend transparente Projektionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 dient.
Gemäß der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 eine in Fahrzeuglängsrichtung x zwischen der Frontscheibe 3 und dem Benutzer, d. h. einer Eyebox, mittels eines verschiebbaren Sockels 8 verstellbare Projektionseinheit 16, die im Betrieb ein Projektionslichtstrahlenbündel L mit einem gewünschten Anzeigeinhalt erzeugt und in Richtung der durch die Frontscheibe 3 gebildeten Projektionsscheibe ausgibt. Das Projektionslichtstrahlenbündel L wird von einer Displayfläche 5 ausgegeben, die in diesem Beispiel durch eine transmissive Displayanzeigeschicht 18 in Form eines LCD-Panels gebildet wird (in 3 und 6a-6b näher dargestellt). Der verschiebbare Sockel 8 ist ein Spezialfall einer Höhenversatzeinrichtung der hierin dargelegten Art dar.
In diesem Beispiel ist auf der Displayfläche 5 zu deren reflexfreier Integration im Fahrzeug 2 eine reflexunterdrückende Umlenkanordnung 6 gemäß der weiter oben beschriebenen dritten Ausführungsform in Form einer Prismenstruktur aus Glas oder Kunststoff angebracht, die beispielsweise wie in DE 10 2018 209 934 A1 beschrieben ausgebildet sein kann. Die reflexunterdrückende Umlenkanordnung 6 umfasst in 1 rein beispielhaft sieben auf der Displayfläche 5 jeweils mit einer Prismenbasis 10 (vgl. 3) aufliegende Prismen Pn = P1, ..., P7 mit einem dreieckigen Querschnitt untereinander gleicher oder variierender Größe, deren andere, innenseitig verspiegelte Mantelflächen ebene Reflexionsflächen 7 ausbilden, die sich entlang der Displayfläche 5 in einem vorbestimmten spitzen Winkel α0 dazu und parallel zueinander erstrecken und auf deren Rückseiten 14 zu einer Störreflexunterdrückung vollflächig lichtabsorbierend ausgebildet sind.
Durch das Umlenken des Projektionslichtstrahlenbündels L an den Reflexionsflächen 7 der Prismen Pn wird es auf die Frontscheibe 3 des Fahrzeugs 2 geworfen und von dieser zu den Augen des Benutzers, d. h. zur Eyebox reflektiert. Dies ist so ausgelegt, dass hinter der Frontscheibe 3 ein ins Blickfeld des Benutzers eingeblendetes virtuelles Anzeigebild V entsteht, das sich für den Benutzer mit einem durch die Frontscheibe 3 beobachteten realen Umfeld vor dem Fahrzeug 2 überlagert. Der vorbestimmte spitze Anstellwinkel α0 der Reflexionsflächen 7 kann hierzu anwendungsspezifisch beispielsweise aus der gegenseitigen geometrischen Anordnung der Displayfläche 5, der Frontscheibe 3 und der Eyebox, d. h. desjenigen Raumbereichs im Fahrzeuginnenraum, aus dem das virtuelle Anzeigebild V sichtbar sein soll, festgelegt sein.
Die Projektionseinheit 16 kann mittels des verschiebbaren Sockels 8 beispielsweise so in, auf oder über einer Oberseite 15 der Instrumententafel 4 (in 1 nicht näher dargestellt) des Fahrzeugs 2 montiert sein, dass deren Displayfläche 5 oder die reflexunterdrückende Umlenkanordnung 6 zumindest abschnittweise bündig zu der Oberseite 15 der Instrumententafel 4 angeordnet ist und/oder sich parallel oder in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu erstreckt.
Durch die genannte Verfahrbarkeit der Projektionseinheit 16 kann deren Position bezüglich der Projektionsscheibe, hier der Frontscheibe 3, an unterschiedlich große Fahrer angepasst werden, um die erforderlichen Anzeigeinhalte für einen kleinen Fahrer in einem Raumwinkelbereich FoV1 (Field-of-View) und aus einer Eyebox E1 sichtbar darzustellen, die in Richtung einer Vertikalachse z der Projektionsscheibe und des Fahrzeugs 2 tiefer liegen als für einen großen Fahrer, der sie in einem in z-Richtung höher liegenden Raumwinkelbereich FoV3 (Field-of-View) dargestellt bekommt und aus einer entsprechend höher positionierten Eyebox E3 sehen kann. Eine geeignete Position x des verschiebbaren Sockels 8, in diesem Beispiel eine kontinuierlich einstellbare lineare Verfahrposition in Fahrzeuglängsrichtung x zwischen zwei den Verfahrweg begrenzenden Extrempositionen x1 und x3 gemäß 1, kann z. B. einmalig zu Fahrtbeginn eingestellt werden und danach bei Bedarf nachgeführt werden, etwa bei Verstellung einer Sitzhöhe des Benutzers/Fahrers oder wenn sich seine mittlere Augenhöhe im Laufe der Fahrt dauerhaft ändert, etwa durch ein sogenanntes „Einsacken“ des Fahrers.
Eine solche geeignete Verfahrposition des Sockels 8 kann beispielsweise abhängig von einer aktuellen Benutzeraugenposition unter Verwendung eines Eyetracking-Signals ermittelt und durch einen Stellmotor elektrisch eingestellt werden. Der in 1 für die extremen Fahrergrößen „klein“ und „groß“ jeweils gezeigte vorbestimmte augmentierbare Bereich im FoV in senkrechter Richtung z kann beispielsweise bei etwa 5 Grad und bei einem Look-down-Winkel von etwa -2 Grad für eine mittlere Position zwischen der jeweiligen Eyebox E1, E3 liegen.
Durch eine derartige Verfahrbarkeit kann die laterale Abmessung der Projektionseinheit 16 in Fahrzeuglängsrichtung x und folglich deren Größe, Gewicht und damit verbundene Kosten eingespart werden, wie in 2 veranschaulicht:

2 zeigt als gedankliches Gegenbeispiel zu 1 die gleiche Blickfeldanzeigevorrichtung, jedoch ohne die beschriebene Verfahrbarkeit, sodass der genannte vorbestimmte augmentierbare Bereich im FoV in senkrechter Richtung bei z. B. 5 Grad und bei einem Look-down-Winkel von etwa -2 Grad für alle relevanten Fahrergrößen gleichzeitig abgedeckt werden müsste. Wie in 2 angedeutet, könnte das durch eine größere Ausdehnung Δx' der Projektionseinheit 16 in x-Richtung erreicht werden, die eine entsprechend größere Eyebox E' und ein entsprechend erweitertes FoV' in z-Richtung ergibt, die jeweils einer Vereinigungsmenge der gemäß 1 einstellbaren Einzelbereiche Fov1 bis Fov3 und E1 bis E3 ist. Der große Fahrer hätte dann ein FoV von knapp über dem Horizont bis weit unter den Horizont, der kleine Fahrer bis weit über dem Horizont, sodass beide immer den obigen geforderten Bereich augmentiert bekommen können. Dazu müsste die feststehende Projektionseinheit 16 gemäß 2 um eine Länge von Position x1 bis x3 größer als in 1 ausgebildet sein, d. h. beispielsweise auch mehr Prismen Pn aufweisen, was insbesondere mit höherem Gewicht und Kosten verbunden wäre. Ein Teil des augmentierbaren FoV läge dann für große bzw. kleine Fahrer in einem irrelevanten Bereich.

3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Projektionseinheit 16 einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art, mit einem zu 1 alternativen Beispiel der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 6, deren Prismenstruktur insgesamt nicht sieben sondern sechs Prismen Pn = P1, P2, ..., P6 mit einer jeweils deutlich unterschiedlich großen dreieckigen Querschnittsfläche A umfasst. In 3 nehmen die Prismenbasen 10, Prismenhöhen und damit auch Höhen der Reflexionsflächen 7 in Richtung zur Frontscheibe 3 hin sukzessive zu. Dadurch können z. B. obere Prismenkanten 9 auf eine zu den Augen des Benutzers führende Linie ausgerichtet sein, sodass das letzte Prisma P6 die anderen Prismen für den Benutzer verdeckt. Im Übrigen gilt für die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 mit einer reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 6 gemäß 3 das Gleiche wie für 1.
Wie in 3 veranschaulicht, haben die Projektionseinheit 16 mit der darauf angeordneten reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 6 einen insgesamt deutlich flacheren Aufbau im Vergleich zu der eingangs erwähnten klassischen HUD-Bauart mit einer im Inneren der Instrumententafel 4 untergebrachten Abbildungs- und Projektionsoptik. Dies macht eine signifikante Erweiterung des Field-of-View der Blickfeldanzeigevorrichtung 1, beispielsweise auch vertikal deutlich über den Horizont hinaus, möglich. Damit sind insbesondere kontaktanaloge Darstellungen für den Fahrer und andere Insassen, insbesondere mit einem echt kontaktanalogen 3D-Effekt (Stereo-Augmented-Reality), möglich. 3 zeigt dabei rein beispielhaft eine mögliche Anordnung der Projektionseinheit 16 im Fahrzeug 2 (vgl. 1) über einer fahrzeugtypischen Tragstruktur 34 im Bereich der Instrumententafel 4.
4a zeigt ein Beispiel für die Integration einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art in einem Fahrzeug 2 für einen Fahrer, in einer schematischen Ansicht aus der Fahrerperspektive. In diesem Beispiel ist eine Projektionseinheit 16 gemäß der ersten Ausführungsform, die beispielsweise gemäß 1 oder 3 zusätzlich auch mit einer Prismenstruktur gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildet sein kann, als eine Struktur auf einem verschiebbaren Sockel 8 über einer Oberseite 15 der Instrumententafel angebracht. Eine ähnliche Konstruktion kann analog auch auf der Beifahrerseite vorgesehen sein.
In 4a weist die Projektionseinheit 16 ferner an ihrer dem Fahrer zugewandten flächigen Stirnseite ein zusätzliches Display 11, das (wie ebenfalls weiter oben ausführlicher beschrieben) als ein sogenanntes Minimalkombi genutzt werden kann, das zumindest teilweise ein herkömmliches Kombi-Instrument ersetzen kann.
4b zeigt die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der 4a nochmals in einer schematischen seitlichen Querschnittsansicht. Insbesondere kann die Anordnung der Projektionseinheit 16 und des zusätzlichen Displays 11 so ausgelegt sein, dass das Minimalkombi für den Fahrer durch einen Lenkradkranz 21 oder über diesem gut sichtbar ist.
Das zusätzliche Display 11 (Minimalkombi) kann insbesondere als eine Fallback-Lösung beim Ausfall oder als Ergänzung eines ebenfalls weiter oben beschriebenen Dock-HUD-Bereichs des virtuellen Anzeigebilds V verwendet werden, der nachfolgend an einem Beispiel gemäß 5a bis 5c veranschaulicht wird.
5a und 5b zeigen jeweils in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht ein Beispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art als ein HUD in einem Fahrzeug 2, das beispielsweise gemäß einer der 1, 3 oder 4a-4b ausgebildet sein kann. Die Projektionseinheit 16 weist - wie in 1 - eine auf deren Displayfläche 5 angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung 6 auf, auf deren obige Beschreibung zur Vermeidung der Wiederholung verwiesen wird. Dabei zeigt 5b ein Beispiel für die weiter oben beschriebe zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Höhenversatzeinrichtung eine zusätzliche Combinerscheibe 12 umfasst.
In 5a und 5b ist das HUD optisch so ausgelegt und dimensioniert, dass ein sog. Dock-HUD-Bereich (V_DOCK) des virtuellen Anzeigebilds V, in dem typischerweise Informationen eingeblendet werden, die im Fahrzeugkontext stehen (Geschwindigkeit, Fahrzeugstatusmeldungen etc.), und daher nicht als AR-Information in Bezug auf die Umgebung stehen, als integraler Bestandteil des HUDs realisiert ist und in einem unterhalb eines AR-HUD-Bereichs (V_AR) des virtuellen Anzeigebilds V dargestellt werden.
Bei gestuftem Prismenquerschnitt mit einer variierenden Prismengröße, wie in 5a dargestellt, kann das Dock-HUD-Bild vollständig im vordersten großen Prisma P1 dargestellt werden. Da der von diesem Prisma abgedeckte Bereich in senkrechter Richtung z so groß ist (z. B. knapp 1 Grad), kann hier ein 2D-Bild in ca. 1 m eingespielt werden, das auch bei Ausfall des Eyetracking-Systems ohne Paralaxeneffekte, die ohne eine blickrichtungsabhängige Ausrichtung in Übergangsbereichen zwischen den Prismen Pn auftreten könnten, ablesbar ist und sich damit auch für die Einspielung von Inhalten aus dem Instrumenten-Kombi eignet, das damit (weitgehend) entfallen kann. Mit Eyetracking kann der Konvergenzwinkel auch auf größere und bequemer ablesbare Werte eingestellt werden, z. B. auch auf den heute üblichen Wert von ca. 2,3 m im klassischen HUD eingangs genannter Art.
Wie in 5a veranschaulicht, kann dabei gleichzeitig in einem Bereich der Projektionseinheit 16 ein 2D-Bild dargestellt werden (z. B. als Dock-HUD), und ein zusätzliches z. B. dahinterliegendes 3D-Bild, welches sich z.B. aus dem AR-HUD-Bereich in den Dock-HUD-Bereich fortsetzt. Dabei kann eine strikte Trennung zwischen Dock- und AR-Bereich gewünscht sein. Diese könnte in 5a dadurch hergestellt werden, dass ein Bereich der Displayfläche 5 nicht bespielt wird, um einen Gap-Bereich zwischen dem AR-HUD-Bereich und dem Dock-HUD-Bereich zu ergeben.
Sofern auch der Look-down-Winkel des Dock-HUD-Bereichs gemäß 5b durch eine zusätzliche Combiner-Scheibe gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung abgesenkt wird, ergibt sich ohnehin ein Gap dieser Art, wie wiederum in 5c gezeigt, die einen mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der 5a mit dem virtuellen Anzeigebild V bespielbaren Blickfeldbereich nochmals aus der Fahrerperspektive zeigt. Dennoch kann auch in diesem Fall im abgesenkten Dock-HUD-Bereich auch ein 3D-Bild zusätzlich zum 2D-Dock-Inhalt dargestellt werden.
Die in 5b zum Absenken des Look-down-Winkels eingesetzte kleine Combinerscheibe 12 vor der Frontscheibe 3 kann insbesondere p-reflektierend und/oder im Wesentlichen ebenen-parallel zur Frontscheibe 3 über der Prismen-optik angebracht sein, sodass der Strahlengang des Dock-HUD-Bereichs „abgefangen“ wird und zum Fahrer reflektiert wird. Dadurch kann der Dock-HUD-Bereich aus Sicht des Fahrers abgesenkt werden.
Beim Verschieben der Projektionseinheit 16 zur Anpassung an die Fahrergröße gemäß der 1, 4a-4b kann die Combinerscheibe 12 gemäß 5b insbesondere mitgefahren werden. Das hat den Effekt, dass der Dock-HUD-Bereich einen größeren Look-down-Winkel erhält als der Rest der Prismen Pn für den darüber liegenden reinen AR-HUD-Bereich. Per optischer Auslegung kann bei Bedarf erreicht werden, dass die Combinerscheibe 12 möglichst aus der gesamten Eyebox gesehen vor dem sogenannten Schwarzdruck im unteren Bereich der Frontscheibe 3 oder nur knapp darüber erscheint und damit im Sichtfeld des Fahrers nur geringfügig als Hindernis wahrgenommen wird. Sofern die Combinerscheibe 12 im Wesentlichen transparent mit Reflektivität für p-polarisiertes Licht ausgestattet ist (wie auch die Frontscheibe 3), so lässt sich die Sichtfeldabdeckung minimieren.
Wenn der Abstand dieser Combiner-Scheibe 12 zur Frontscheibe 3 variabel einstellbar ausgeführt ist, dann kann der Look-down-winkel damit variiert werden, sodass für einen größeren Abstand ein größerer Look-down-Winkel einstellbar wird.
6a zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung ein Beispiel für den inneren optischen Aufbau der Projektionseinheit 16 der Blickfeldanzeigevorrichtung 1, die im Übrigen beispielsweise gemäß 1 bis 5b ausgebildet sein kann. Die Prinzipdarstellung zeigt einzelne optische Komponenten der Projektionseinheit 16 und deren Funktion am Beispiel eines Teilstrahlenbündels La des Projektionslichtstrahlenbündels L, das von einer der vielzähligen Lichtquellen 17a eines Matrix-Backlights 17 zum Hinterleuchten der transmissiven Displayanzeigeschicht 18 (LCD-Panel), die eine Displayfläche 5 der Projektionseinheit 16 bildet, ausgeht. Die transmissive Displayanzeigeschicht 18 kann insbesondere durch eine geeignete Schutzschicht (nicht dargestellt) für eine im Betrieb sehr starke Beleuchtung von unten in 6a geschützt sein.
Das Matrix-Backlight 17 kann beispielsweise eine Platine 30 mit in deren Fläche in einer hexagonaler Anordnung gemäß der 6b (die das Matrix-Backlight 17 in Draufsicht zeigt) regelmäßig verteilten Lichtquellen 17a in Form einzelner LED-Chips mit geeigneter Matrix-Ansteuerung umfassen. Es kann sich dabei insbesondere um hocheffiziente Weißlicht-LEDs handeln, während die Farbgebung bei Bedarf in darüberliegenden Anzeigeelementen (nicht im Einzelnen dargestellt) der transmissiven Displayanzeigeschicht 18 implementiert sein kann. Rein beispielhaft sind in 6a ferner eine geeignete thermische Kontaktierung 31, ein Gehäuseboden 32 und eine geeignete Kühlung 33 (hier rein beispielhaft schematisch durch mehrere Kühlrippen angedeutet) für das Matrix-Backlight 17 schematisch angedeutet.
Ferner umfasst die Projektionseinheit 16 ein zweidimensionales Kollimationsarray 19, das zwischen jeweils einer Lichtquelle 17a und der transmissiven Displayanzeigeschicht 18 angeordnete Kollimatoren 19a, die in diesem Beispiel als Kollimationslinsen ausgebildet sind, aufweist. Bei einer hexagonalen Anordnung der Lichtquellen 17a können die darüber angeordneten Kollimatoren 19a beispielsweise in einer flächendeckenden Weise als sechseckige Kollimationslinsen ausgestaltet sein. Die Lichtquelle 17a ist in diesem Beispiel in einem mechanisch variierbaren Abstand D in Strahlausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels La von dem darüber liegenden Kollimator 19a angeordnet, der beispielsweise dessen Brennweite f entsprechen kann, um ein vollständig kollimiertes Teilstrahlenbündel La zu erhalten. Im Einzelfall wird das von jeder Lichtquelle 17a abgestrahlte divergente Teilstrahlenbündel La gemäß der jeweils geeigneten vorbestimmten Abstrahlcharakteristik zu einem weitgehend parallelen Teilstrahlenbündel La mit einem vorbestimmten Kleinöffnungswinkel von beispielsweise etwa +/-5° (also insgesamt etwa 10°) um eine geeignete vorbestimmte Ausbreitungsrichtung, die insbesondere von Lichtquelle zu Lichtquelle entlang der Fläche des Matrix-Backlights 17 variieren kann, kollimiert. Wie in 6a gezeigt, können dabei die einzelnen Abstrahlcharakteristiken bzw. die Ausbreitungsrichtungen der Teilstrahlenbündel La zum Ausleuchten der Eyebox 12 von einer senkrechten Ausrichtung bezüglich der Displayfläche 5 abweichen.
Des Weiteren sind in diesem Beispiel zur Erhöhung der Lichthomogenität in der Displayfläche 5 bzw. in der Eyebox 12 bzw. im virtuellen Anzeigebild V (vgl. 1a) optional Diffusoren 20 weiter oben erwähnter Art, hier beispielsweise mit einer radialsymmetrischen Transmissionsfunktion um die Ausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels La, im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 17a und dem Kollimator 19a und/oder zwischen dem Kollimator 19a und der transmissiven Displayanzeigeschicht 18 angeordnet.
Mithilfe des in 6a-6b gezeigten optischen Aufbaus der Projektionseinheit 16 mit zwischen dem Matrix-Backlight 17 und der transmissiven Displayanzeigeschicht 18 vorgesehenen Kollimatoren 19a und Diffusoren 20 kann in der Displayfläche 5 ein Vektorfeld geeigneter Abstrahlcharakteristiken für das Projektionslicht erzeugt werden, um das von der Frontscheibe 3 zum Benutzer reflektierte Projektionslichtstrahlenbündel L auf den Bereich der Eyebox zu beschränken und diese auch möglichst homogen auszuleuchten. Die dafür optimierte Abstrahlcharakteristik kann per optischer Auslegung des Gesamtsystems der Blickfeldanzeigevorrichtung 1, also unter Berücksichtigung der Reflexionen an den Prismen Pn und an der Frontscheibe 3, optimiert werden.
Die im voranstehenden Text ausgeführten Ansätze können auch in Fahrzeugen ohne Umfelderkennung und/oder ohne autostereoskopische Darstellung virtueller Objekte, die Eye-Tracking benötigt, eingesetzt werden. Dann fällt zwar der Usecase einer an realen Umfeldobjekten vor dem Fahrzeug orientierten Darstellung virtueller Bilder, das als „kontaktanaloge Augmented Reality“ bezeichnet wird, weg. Es können aber mit der vorliegenden Projektionseinheit, besonders bei großflächiger Flachbauweise, auch in diesem Fall Anzeigeinhalte ins Blickfeld des Benutzers eingespielt werden, die eine vor dem Fahrzeug liegende Realität erweitern (augmentieren), auch wenn sie dann in keinem direkten 1:1-Bezug zu der real sichtbaren Umgebung in seinem FoV liegen und/oder ohne Tiefenwirkung darstellbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Blickfeldanzeigevorrichtung
2: Fahrzeug
3: Frontscheibe
4: Instrumententafel
5: Displayfläche
6: reflexunterdrückende Umlenkanordnung
7: Reflexionsfläche(n) der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung
8: verschiebbarer Sockel
9: obere Prismenkante
10: Prismenbasis
11: zusätzliches Display („Minimalkombi“)
12: zusätzliche Combinerscheibe
14: lichtabsorbierende Rückseite(n)
15: Oberseite der Instrumententafel
16: Projektionseinheit
17: Matrix-Backlight
17a: einzelne Lichtquelle des Matrix-Backlights
18: transmissive Displayanzeigeschicht
19: Kollimationsarray
19a: Kollimator
20: optischer Diffusor
21: Lenkradkranz
30: Platine des Matrix-Backlights
31: thermische Kontaktierung
32: Gehäuseboden
33: Kühlung
34: Tragstruktur
L: Projektionslichtstrahlenbündel
La: Teilstrahlenbündel
x: Verschiebungsrichtung des verschiebbaren Sockels, insbesondere Fahrzeuglängsrichtung
x1, x3: Extrempositionen des verschiebbaren Sockels
E1, E3: Eyebox für die zwei Extrempositionen des verschiebbaren Sockels
FoV: Field-of-View
FoV1, FoV3: Field-of-View für die zwei Extrempositionen des verschiebbaren Sockels
Pn: Prisma Nr. n
V: virtuelles Anzeigebild
α0: Neigungswinkel einer Reflexionsfläche
D: mechanisch variierbarer Abstand
V Dock: Dock-HUD-Bereich im virtuellen Anzeigebild
V AR: AR-HUD-Bereich im virtuellen Anzeigebild
Gap: vertikaler Abstand zwischen Dock-HUD- und AR-Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018209934 A1 [0006, 0063]
DE 19540108 C2 [0008]
DE 102009054232 A1 [0016]
DE 102014203320 [0058]

Claims

Blickfeldanzeigevorrichtung (1), insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug (2), umfassend: - eine großflächig und/oder flach ausgebildete Projektionseinheit (16) mit einer zum Ausgeben eines Projektionslichtstrahlenbündels (L) mit einem Anzeigeinhalt ausgebildeten Displayfläche (5), beispielsweise einer elektrisch ansteuerbaren flächigen Pixelanordnung oder einem Auskoppelelement eines Waveguide-Displays; - eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit (16) ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels (L) derart angeordnete, zu dessen Reflexion zu einem Benutzer hin ausgebildete Projektionsscheibe, insbesondere Frontscheibe (3) des Fahrzeugs (2), dass dahinter ein virtuelles Anzeigebild (V) im Blickfeld des Benutzers erzeugt wird; sowie - eine Höhenversatzeinrichtung (8, 12), die zu einer feststehenden oder einstellbaren Änderung einer in Richtung einer Vertikalachse der Projektionsscheibe gemessenen Höhe zumindest eines Teilstrahlenbündels des Projektionslichtstrahlenbündels (L) ausgebildet ist, um dem Benutzer den davon transportierten (Teil-)Anzeigeinhalt in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich und/oder unter einem vorbestimmten Look-down-Winkel im virtuellen Anzeigebild (V) darzustellen.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Höhenversatzeinrichtung (8, 12) einen in Richtung von der Projektionsscheibe zum Benutzer hin und zurück verschiebbaren Sockel (8) umfasst, wobei die Projektionseinheit (16) an oder auf dem verschiebbaren Sockel (8) in fester Relation dazu befestigt ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der der verschiebbare Sockel (8) und/oder die darauf/daran befestigte Projektionseinheit (16) eine dem Benutzer zugewandte flächige Stirnseite mit einem darin ausgebildeten zusätzlichen Display (11) aufweisen, das sich vorzugsweise in der genannten Stirnseite flächendeckend und besonders bevorzugt die Projektionseinheit (16) für den Benutzer verdeckend erstreckt.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 3, die ferner - dazu ausgebildet und eingerichtet ist, das zusätzliche Display (11) zur Darstellung vorbestimmter statischer, beispielsweise sicherheitsrelevanter, Informationen anzusteuern, und/oder - ein Eyetracking-System zum Darstellen der Anzeigeinhalte über die Projektionseinheit (16) in Abhängigkeit von einer per Eyetracking bestimmten aktuellen Benutzerposition, insbesondere einer Augenposition oder Blickrichtung des Benutzers, aufweist und zusätzlich ausgebildet und eingerichtet ist, um beim Ausfallen des Eyetracking-Systems zumindest einen Teil dieser Anzeigeinhalte dem Benutzer am zusätzlichen Display (11) darzustellen.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Höhenversatzeinrichtung (8, 12) eine im Strahlengang eines Teilstrahlenbündels des Projektionslichtstrahlenbündels (L) vor der Projektionsscheibe und/oder näher als diese an der Projektionseinheit (16) angeordnete, benutzerseitig reflektierende Combinerscheibe (12) umfasst, die zu einer feststehenden oder einstellbaren Höhenänderung des genannten Teilstrahlenbündels relativ zum restlichen Projektionslichtstrahlenbündel (L) ausgebildet ist und vorzugsweise zum Einstellen der Höhenänderung linear verschiebbar entlang einer Strahlausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels und/oder verkippbar zwischen verschiedenen Anstellwinkeln hierzu ausgebildet ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 5, - bei der die Combinerscheibe (12) vor einem unteren Teil der Projektionsscheibe in Bezug auf deren Vertikalachse angeordnet, insbesondere fest mit dem verschiebbaren Sockel (8) verbunden, ist und zum Einstellen eines vorbestimmten reduzierten Look-down-Winkels für den Benutzer für das genannte Teilstrahlenbündel und den von diesem transportierten unteren Teil-Anzeigeinhalt im virtuellen Anzeigebild ausgebildet ist und/oder - die ferner dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Projektionseinheit (16) zur Darstellung vorbestimmter statischer, beispielsweise sicherheitsrelevanter, Anzeigeinhalte in einem vom genannten Teilstrahlenbündel zu transportierenden Teilabschnitt der Displayfläche (5) anzusteuern und/oder die einstellbare Combinerscheibe (12) zu einer Höhenänderung des genannten Teilstrahlenbündels abhängig von vorbestimmten Sichtbarkeitsparametern, wie beispielsweise einer aktuellen Helligkeit eines dahinter liegenden Umgebungshintergrunds und/oder einer aktuellen, den Look-down-Winkel beeinflussenden Benutzerposition, anzusteuern.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die flächige Pixelanordnung der Projektionseinheit (16) als eine transmissive Displayanzeigeschicht (18) mit einer Vielzahl von flächig verteilten selektiv ansteuerbaren Anzeigeelementen ausgebildet ist, und die Projektionseinheit (16) ferner ein zu deren Hinterleuchtung ausgebildetes Matrix-Backlight (17) mit einer Vielzahl von entlang der transmissiven Displayanzeigeschicht (18), insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig, verteilten selektiv ansteuerbaren Lichtquellen (17a) und ein Kollimationsarray (19) mit zwischen je einer Lichtquelle (17a) und der transmissiven Displayanzeigeschicht (18) angeordneten Kollimatoren (19a) aufweist; - wobei jeder Kollimator (19a) zum Bündeln eines von der zugehörigen Lichtquelle (17a) ausgehenden Teilstrahlenbündels (La) gemäß einer vorbestimmten Abstrahlcharakteristik zum Beschränken des zum Benutzer reflektierten Projektionslichtstrahlenbündels (L) auf einen für seine Augen vorbestimmten Raumbereich ausgebildet ist.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei der jede Lichtquelle (17a) in oder nahe an einem Brennpunkt oder einer Brennebene des zugehörigen optischen Kollimators (19a) angeordnet ist, sodass das von ihr abgestrahlte divergente Teilstrahlenbündel (La) zu einem weitgehend parallelen Teilstrahlenbündel (La) mit einem vorbestimmten Kleinöffnungswinkel von beispielsweise etwa +/-5° und einer insbesondere von Lichtquelle (17a) zu Lichtquelle (17a) variierenden Ausbreitungsrichtung gemäß der jeweiligen vorbestimmten Abstrahlcharakteristik kollimiert wird.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, - deren Kollimatoren (19a) bewegbar relativ zu den Lichtquellen (17a) sind, wobei insbesondere das gesamte Kollimationsarray (19) lateral verschiebbar relativ zu einer Ebene oder Fläche des Matrix-Backlights (17), in der die Lichtquellen (17a) angeordnet sind, ausgebildet ist und - die ferner eine Steuerungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Kollimatoren (19a) und damit die vorbestimmte(n) Abstrahlcharakteristik(en) des Projektionslichtstrahlenbündels einer beispielsweise per Eyetracking ermittelten aktuellen Benutzerposition, insbesondere einer Augenposition oder Blickrichtung, nachzuführen, beispielsweise durch laterales Verschieben des Kollimationsarrays (19) entlang des Matrix-Backlights (17).
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, - bei der ein Abstand (D) zwischen dem Matrix-Backlight (17) und dem Kollimationsarray (19) in Strahlausbreitungsrichtung zur Änderung der vorbestimmten Abstrahlcharakteristik(en) mechanisch verstellbar ist, sodass insbesondere ein Schalten zwischen einem für einen einzigen Benutzer vorgesehenen Privatmodus, bei dem nur ein für dessen Augen vorgesehener vorbestimmter Raumbereich vom Projektionslichtstrahlenbündel (L) ausgeleuchtet wird, und einem für mehrere Benutzer vorgesehenen Gemeinschaftsmodus, bei dem ein für Augen der mehreren Benutzer vorgesehener vorbestimmter Raumbereich vom Projektionslichtstrahlenbündel (L) ausgeleuchtet wird, mittels einer Steuerungseinheit implementiert ist; - wobei vorzugsweise ferner ein Sensor für die Umgebungshelligkeit vorgesehen ist und die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, das Signal dieses Sensors auszuwerten und abhängig davon ein Umschalten in den genannten Gemeinschaftsmodus nur bei Erfüllung vorbestimmter Kontrastbedingungen für das virtuelle Anzeigebild durchzuführen.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, - bei der die Lichtquellen (17a) des Matrix-Backlights (17) unabhängig voneinander dimmbar, beispielsweise durch den Einsatz von Potenziometern und/oder durch zeitliches Pulsen mit einem bestimmten Verhältnis von Hell- und Dunkelzeiten Vhd innerhalb einer vom menschlichen Auge nicht als Einzelbild erkennbaren Periode von beispielsweise ca. τ < 20ms, ausgebildet sind und - die ferner eine Steuerungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Lichtquellen (17a) des Matrix-Backlights (17) gemäß einer vorbestimmten Korrekturfunktion H1(x,y) zum Erhöhen einer Helligkeitshomogenität im virtuellen Anzeigebild (V) und/oder zu situationsbedingter Helligkeitsanpassung des Matrix-Backlights (17) in der Fläche unabhängig voneinander zu dimmen und/oder - die ferner eine Steuerungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, bei der Generierung der darzustellenden Anzeigeinhalte die Helligkeitswerte der Anzeigeelemente der transmissiven Displayanzeigeschicht (18) gemäß einer vorbestimmten Korrekturfunktion H2(x,y) zum Erhöhen einer Helligkeitshomogenität im virtuellen Anzeigebild (V) in der Fläche unabhängig voneinander zu berücksichtigen.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, deren Projektionseinheit (16) ferner optische Diffusoren (20) zum Erhöhen einer Helligkeitshomogenität im virtuellen Anzeigebild (V) aufweist, die jeweils im Strahlengang des Teilstrahlenbündels (La) einer Lichtquelle (17a), insbesondere symmetrisch um dessen Ausbreitungsrichtung, zwischen der Lichtquelle (17a) und dem zugehörigen Kollimator (19a) und/oder zwischen dem Kollimator (19a) und der transmissiven Displayanzeigeschicht (18) angeordnet sind und vorzugsweise eine radialsymmetrische Diffusions- und/oder Transmissionscharakteristik um die jeweilige Ausbreitungsrichtung des Teilstrahlenbündels (La) aufweisen.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner - eine auf der Projektionseinheit (16), insbesondere unmittelbar auf deren Displayfläche (5) mit deren etwaigen weiteren Funktions- und Schutzschichten, angeordnete reflexunterdrückende Anordnung aufweist, die insbesondere als eine Umlenkanordnung (6) mit einer oder mehreren sich entlang der transmissiven Displayanzeigeschicht (18) in einem vorbestimmten spitzen Winkel (α0) dazu erstreckenden ebenen Reflexionsfläche(n) (7) ausgebildet sein kann, - wobei die Reflexionsfläche(n) (7) zum Lenken des von der Displayfläche (5) ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels (L) auf die Projektionsscheibe und gegebenenfalls auf die Combinerscheibe (12) zum Erzeugen des virtuellen Anzeigebilds (V) im Blickfeld des Benutzers dahinter ausgebildet und angeordnet und auf deren Rückseite(n) (14) zu einer Störreflexunterdrückung lichtabsorbierend ausgebildet ist/sind.
Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 13, bei der mindestens eine der Reflexionsflächen (7) der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung (6) durch eine Mantelflächenseite eines auf der Projektionseinheit (16) angeordneten Prismas (Pn), beispielsweise mit einer dreieckigen, viereckigen, insbesondere trapezförmigen, oder fünfeckigen Querschnittsfläche (A), gebildet ist.
Fahrzeug (2), insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend: - eine Frontscheibe (3) und eine darunter angeordnete Instrumententafel (4) sowie - eine Blickfeldanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Projektionsscheibe durch die Frontscheibe (3) gebildet ist und deren Projektionseinheit (16) und/oder darauf angeordnete reflexunterdrückende Anordnung auf, in oder über einer Oberseite (15) der Instrumententafel (4), insbesondere parallel oder unter einem vorbestimmten spitzen Winkel entlang dieser und/oder bündig mit dieser abschließend, angeordnet ist, zum Einblenden eines virtuellen Anzeigebilds (V) ins Blickfeld eines Fahrzeuginsassen, insbesondere des Fahrers, bei dessen Blick durch die Frontscheibe (3).