DE102020126403A1 - Head-up display system for passenger entertainment in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Beifahrer-Entertainment in einem Fahrzeug,- umfassend einen in oder an einer Frontscheibe des Fahrzeugs ausgebildeten blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich und eine sich derart auf einer Oberseite einer Instrumententafel des Fahrzeugs erstreckende Displayfläche, dass ein in der Displayfläche erzeugtes Anzeigebild über Reflexion an dem blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich als virtuelles Anzeigebild ins Blickfeld eines Beifahrers projiziert wird;- wobei der blickwinkelabhängige Beifahrerbereich eine näher am Fahrzeuginnenraum liegende Reflexionsfläche und eine weiter außen liegende blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht aufweist, deren Lichtdurchlässigkeit für das durch die Frontscheibe ins Fahrzeug fallende Licht in Beifahrerrichtung unter einem vorbestimmten niedrigen Transmissionsgrad liegt, der ein Durchschimmern dieses Lichts im virtuellen Anzeigebild weitgehend unterdrückt, und in Fahrerrichtung über einem vorbestimmten hohen Transmissionsgrad liegt, der dem Fahrer eine weitgehend störfreie Durchsicht nach außen ermöglicht.The invention relates to a field of view display system for use as passenger entertainment in a vehicle, comprising a passenger area that is formed in or on a windscreen of the vehicle and is dependent on the viewing angle, and a display surface that extends on a top side of an instrument panel of the vehicle in such a way that a display image generated in the display surface Reflection on the viewing angle-dependent passenger area is projected as a virtual display image into the field of vision of a passenger;- the viewing angle-dependent passenger area having a reflection surface that is closer to the vehicle interior and a viewing angle-dependent light-suppression layer that is further outside, the transparency of which for the light falling through the windshield into the vehicle in the passenger direction is below one predetermined low transmittance, which largely suppresses a shimmering through of this light in the virtual display image, and in the driver's direction via a m predetermined high transmittance, which allows the driver a largely trouble-free view to the outside.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein Blickfeldanzeigesystem, das primär zur Erzeugung eines virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld eines Beifahrers, unter Umständen aber zusätzlich auch eines Fahrers, in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet ist. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf die Möglichkeit einer Darstellung von Entertainment-Inhalten für den Beifahrer, der in Richtung einer Frontscheibe des Fahrzeugs sieht, ohne dabei den Fahrer bei dessen Blick durch die Frontscheibe zu behindern oder abzulenken. Die Erfindung richtet sich auch auf ein mit einem solchen Blickfeldanzeigesystem ausgestattetes Fahrzeug.The invention relates to a field of vision display system that is primarily designed to generate a virtual display image in the field of vision of a passenger, but possibly also of a driver, in a motor vehicle or another land, air or water vehicle. The invention is aimed in particular at the possibility of displaying entertainment content for the passenger who is looking in the direction of a windscreen of the vehicle, without hindering or distracting the driver's view through the windscreen. The invention also applies to a vehicle equipped with such a head-up display system.
Technischer HintergrundTechnical background
Bekannte Lösungen für das Beifahrer-Entertainment an Bord eines Kraftfahrzeugs sind beispielsweise Displays, die in der Instrumententafel integriert sind, Nachrüstlösungen im Bereich der Instrumententafel und Nachrüstlösungen mit Displays, die in die Sonnenblende integriert oder daran befestigt sind. Für Lösungen dieser Art sind allerdings auch folgende Probleme bekannt:
- - die Position der Anzeige ist für einen längeren Konsum ungünstig, weil sie entweder zu weit unten oder zu weit oben aus der Sicht eines durchschnittlichen Beifahrers ist;
- - der Abstand des Displays vom Auge ist für weitsichtige, insbesondere ältere Beifahrer zu nah, um die Displayanzeige ohne Lesebrille scharf zu sehen;
- - das Display ist an einer ungünstigen Position für den Fall eines Crashs, weil sie in einem Kopfaufschlagbereich liegt oder zu einer Einschränkung der Airbag-Entfaltung führen kann.
- - the position of the display is unfavorable for prolonged consumption because it is either too low or too high from the point of view of an average passenger;
- - the distance between the display and the eye is too close for far-sighted passengers, especially older passengers, to be able to see the display clearly without reading glasses;
- - the display is in an unfavorable position in the event of a crash because it is in a head impact area or can restrict airbag deployment.
Des Weiteren gibt es Ansätze, Entertainment-Inhalte in einer oben auf der Instrumententafel liegenden Displayfläche zu erzeugen und über Reflexion an der Frontscheibe des Fahrzeugs ins Blickfeld eines Fahrzeuginsassen zu projizieren, so dass die Displayanzeige dem Insassen in Form eines virtuellen Bilds in einiger Entfernung vor der Frontscheibe schwebend erscheint. Derartige Blickfeldanzeigesysteme haben einen erheblichen Platzvorteil gegenüber herkömmlichen Blickfeldanzeigesystemen, die insbesondere unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind und eine Projektionseinheit umfassen, die zusätzlich zu einem Display eine geräumige Abbildungs- und Projektionsoptik beinhaltet und einen entsprechenden Bauraum im Inneren der Instrumententafel benötigt. Herkömmliche Head-up-Displays (HUD) dieser Art werden in einem Kraftfahrzeug beispielsweise dazu eingesetzt, um eine Angabe über eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder andere nützliche Navigations- und Fahrzeugbedienungshinweise in Form eines virtuellen Anzeigebilds der vom Fahrer beobachteten realen Umgebung vor dem Fahrzeug so zu überlagern, dass er diese gleichzeitig mit dem virtuellen Anzeigebild gut sehen kann.There are also approaches to generate entertainment content in a display area on top of the instrument panel and project it into the vehicle occupant's field of vision via reflection on the vehicle's windscreen, so that the display shows the occupant in the form of a virtual image at some distance in front of the vehicle windscreen appears to be floating. Such head-up display systems have a significant space advantage over conventional head-up display (HUD) systems, which are known in particular by the name head-up display (HUD) and include a projection unit that, in addition to a display, includes spacious imaging and projection optics and a corresponding installation space inside the instrument panel needed. Conventional head-up displays (HUD) of this type are used in a motor vehicle, for example, to overlay information about a speed limit or other useful navigation and vehicle operating instructions in the form of a virtual display image of the real environment observed by the driver in front of the vehicle in such a way that that he can see them well at the same time as the virtual display image.
Mit einer solchen „Einspiegelung“ der Entertainment-Inhalte für den Beifahrer aus einem flach auf einer Oberseite der Instrumententafel liegenden Display über die Reflexion an der Frontscheibe können zwar die obigen Probleme gelöst werden, nämlich:
- - die Position der Anzeige kann beispielsweise knapp unterhalb eines sogenannten 0°-Sichtstrahls des Beifahrers liegen;
- - das Display ist außerhalb eines crashrelevanten Bereichs angebracht;
- - der Abstand des Entertainment-Bildes zum Auge variiert je nach Lage der Frontscheibe und des Beifahrersitzes, beträgt aber in fast allen gängigen Fahrzeugen über 1 m, was selbst für weitsichtige Beifahrer einem angenehmen Betrachtungsabstand für einen längeren Konsum entspricht.
- - The position of the display can be, for example, just below a so-called 0 ° line of sight of the passenger;
- - the display is mounted outside of a crash-relevant area;
- - the distance between the entertainment image and the eye varies depending on the position of the windscreen and the front passenger seat, but is more than 1 m in almost all common vehicles, which is a comfortable viewing distance for long-term consumption even for long-sighted passengers.
Allerdings hat dieser Aufbau für die Darstellung von Entertainment-Inhalten für den Beifahrer ein Problem, dass die Beifahrer-Entertainmentanzeige nicht in jeder Situation ausreichend gut ist:
- - Wird beispielsweise schwarz von einem Display über die Frontscheibe eingespiegelt, dann erscheint dieser Bereich der Frontscheibe weiterhin transparent. Das bedeutet, dass die Umwelt vor der Frontscheibe bei schwarz darzustellenden Anzeigebild-Bereichen ohne Einschränkung wahrgenommen werden kann und damit das Bild des Entertainmentinhaltes stört.
- - Bei Anzeigebereichen des Displays, die nicht schwarz sind, kommt es über den Effekt eines halbdurchlässigen Spiegels, den die Frontscheibe bildet, zu einem Verdrängungswettbewerb zwischen der realen Welt vor der Frontscheibe und dem Spiegelbild des Displays. Speziell bei großen Helligkeiten der realen Welt, vor allem bei Sonnenschein, ist eine sehr hohe Displayhelligkeit notwendig; und selbst dann kann es zumindest bei dunkleren Bildbereichen des Displays zu einer Überblendung durch die reale Welt kommen. Auch dies ist beim Beifahrer-Entertainment störend und unerwünscht.
- - If, for example, black is reflected from a display over the windscreen, then this area of the windscreen continues to appear transparent. This means that the environment in front of the windscreen can be perceived without restriction in the areas of the display image that are to be displayed in black, thus disrupting the image of the entertainment content.
- - For areas of the display that are not black, there is cut-throat competition between the real world in front of the windscreen and the mirror image of the display via the semi-transparent mirror effect formed by the windscreen. A very high display brightness is necessary, especially in the case of high brightness levels in the real world, especially in sunshine; and even then, at least in darker image areas of the display, there can be a crossfade through the real world. This is also disruptive and undesirable in passenger entertainment.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Beifahrer-Entertainment in einem Fahrzeug anzugeben, mit dem die geschilderten Probleme überwunden werden können, ohne den Fahrer beim Beobachten der Umgebung durch die Frontscheibe, das zur Fahrzeugsteuerung erforderlich ist, zu behindern.It is an object of the present invention to provide a head-up display system for use as passenger entertainment in a vehicle, with which the above problems are overcome without hindering the driver from observing the surroundings through the windscreen, which is necessary for vehicle control.
Diese Aufgabe wird durch ein Blickfeldanzeigesystem gemäß Anspruch 1 und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für das Blickfeldanzeigesystem genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf dessen Betriebsverfahren sowie auf das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.This object is achieved by a head-up display system according to claim 1 and a vehicle equipped therewith according to the independent claim. Further developments are specified in the dependent claims. All additional features and effects mentioned in the claims and the following description for the visual field display system also apply in relation to its operating method and to the vehicle, and vice versa.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Beifahrer-Entertainment in einem Fahrzeug vorgesehen. Beim Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.According to a first aspect, there is provided a head-up display system for use as passenger entertainment in a vehicle. The vehicle can in particular be a motor vehicle, but also any other land, air or water vehicle.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Blickfeldanzeigesystem einen in oder an einer Frontscheibe des Fahrzeugs ausgebildeten blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich und eine sich derart auf einer Oberseite einer Instrumententafel des Fahrzeugs erstreckende Displayfläche, dass ein in der Displayfläche erzeugtes Anzeigebild über Reflexion an dem blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich ins Blickfeld eines Beifahrers projiziert wird. Mit anderen Worten wird ein von der Displayfläche ausgehendes Lichtstrahlenbündel am blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich so in eine Eyebox des Beifahrers, d. h. in einen für seine Augen vorgesehenen Raumbereich im Inneren des Fahrzeugs, reflektiert, dass ein virtuelles Anzeigebild im Blickfeld des Beifahrers hinter der Frontscheibe, d. h. außerhalb des Fahrzeugs, entsteht.According to a first embodiment, the field of view display system comprises a viewing-angle-dependent passenger area formed in or on a windshield of the vehicle and a display surface extending on a top side of an instrument panel of the vehicle in such a way that a display image generated in the display surface is projected into the field of vision of a passenger via reflection on the viewing-angle-dependent passenger area will. In other words, a bundle of light rays emanating from the display surface in the passenger area, which is dependent on the viewing angle, is directed into an eyebox of the passenger, i. H. into a spatial area provided for his eyes inside the vehicle, reflects that a virtual display image in the front passenger's field of vision behind the windscreen, i. H. outside the vehicle.
Dabei umfasst der blickwinkelabhängige Beifahrerbereich eine näher am Innenraum des Fahrzeugs liegende Reflexionsfläche, die für die genannte Entstehung des virtuellen Anzeigebilds sorgt, sowie eine weiter außen liegende blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht, deren Lichtdurchlässigkeit für das durch die Frontscheibe ins Fahrzeug fallende Licht in Beifahrerrichtung unter einem vorbestimmten niedrigen, insbesondere einem möglichst niedrigen, Transmissionsgrad liegt, der ein Durchschimmern dieses Lichts im virtuellen Anzeigebild für den Beifahrer weitgehend unterdrückt. Hingegen liegt die Lichtdurchlässigkeit der blickwinkelabhängigen Lichtunterdrückungsschicht in Fahrerrichtung über einem vorbestimmten hohen, insbesondere einem möglichst hohen, Transmissionsgrad, der dem Fahrer eine weitgehend störfreie Durchsicht durch die Frontscheibe nach außen ermöglicht. Beim genannten niedrigen bzw. hohen Transmissionsgrad kann es sich insbesondere jeweils um einen über den gesamten blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich gemittelten Transmissionsgrad handeln.In this case, the viewing angle-dependent passenger area includes a reflection surface that is closer to the interior of the vehicle, which ensures the aforementioned formation of the virtual display image, and a viewing angle-dependent light-suppression layer that is further to the outside, the transparency of which for the light falling through the windshield into the vehicle in the passenger direction is below a predetermined low, in particular the lowest possible transmittance, which largely suppresses this light shining through in the virtual display image for the passenger. In contrast, the transparency of the viewing angle-dependent light suppression layer in the direction of the driver is above a predetermined high, in particular as high as possible, degree of transmission, which enables the driver to see through the windshield to the outside largely without interference. The low or high transmittance mentioned can in particular be a transmittance averaged over the entire viewing angle-dependent passenger area.
Bei dieser Ausführungsform wird für den Beifahrer ein virtuelles Anzeigebild erzeugt, das vor der Frontscheibe schwebt und für gängige Fahrzeuggrößen einen Bildabstand von etwas mehr als einem Meter, beispielsweise etwa 1,2 m, von den Augen des Beifahrers haben kann. Dazu kann beispielsweise ein Display auf die Instrumententafel in deren vorderem Bereich, insbesondere an der Frontscheibenwurzel, gelegt werden, oder ein Display kann in der Instrumententafel integriert sein, so dass die Displayfläche eine Oberseite der Instrumententafel bildet.In this embodiment, a virtual display image is generated for the passenger, which floats in front of the windscreen and can have an image distance of slightly more than one meter, for example about 1.2 m, from the passenger's eyes for common vehicle sizes. For this purpose, for example, a display can be placed on the instrument panel in its front area, in particular at the base of the windscreen, or a display can be integrated in the instrument panel so that the display surface forms a top side of the instrument panel.
Für die Displayfläche ist prinzipiell beispielsweise ein herkömmliches TFT-Display ausreichend. Zur Erhöhung der nutzbaren Helligkeit des virtuellen Anzeigebilds können optional verschiedene Maßnahmen getroffen werden, wie beispielsweise:
- - effizientere Displaytechnologien, wie z. B. Micro-LED-Displays;
- - optische Maßnahmen am Display, wie z. B. der Einsatz von Linsenrastern, die das Displaylicht bündeln;
- - spezielle Beschichtungen auf der Frontscheibe bzw. Schichten in der Frontscheibe, die die Reflektion erhöhen und gegebenenfalls ein Doppelbild durch die Spiegelung an unterschiedlichen Grenzflächen unterdrücken können.
- - more efficient display technologies, e.g. B. Micro LED displays;
- - optical measures on the display, such as B. the use of lenticular grids that focus the display light;
- - Special coatings on the windshield or layers in the windshield that increase the reflection and, if necessary, can suppress a double image due to the reflection at different interfaces.
Die genannte Reflexionsfläche des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs der Frontscheibe wirkt bei dieser Ausführungsform als ein halbdurchlässiger Spiegel. Es kann sich bei der Reflexionsfläche um eine fahrzeuginnenseitig oder im Frontscheibeninneren vorgesehene Beschichtung bzw. Schicht mit erhöhter Reflektivität für das von der Displayfläche ausgehende Licht, oder aber einfach um die fahrzeuginnenseitige Oberfläche der Frontscheibe handeln.In this embodiment, the named reflection surface of the passenger area of the windscreen, which is dependent on the viewing angle, acts as a semi-transparent mirror. The reflection surface can be a coating or layer provided on the inside of the vehicle or inside the windscreen with increased reflectivity for the light emanating from the display surface, or it can simply be the surface of the windscreen on the inside of the vehicle.
Entlang der Reflexionsfläche und näher an der Außenwelt erstreckt sich im blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich die genannte blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht als eine optische Maßnahme, die sicherstellt, dass
- - der Beifahrer in dem Bereich des Beifahrerentertainments, d. h. im genannten blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich, nicht oder zumindest fast nicht durch die Frontscheibe sehen kann, dieser Bereich der Frontscheibe für den Beifahrer also lichtundurchlässig, opak oder zumindest stark getönt erscheint, beispielsweise mit weniger als 15% Lichttransmission; und
- - der Fahrer in diesem Bereich gleichzeitig möglichst die gleiche Transparenz erlebt wie im restlichen Bereich der Frontscheibe, beispielsweise zumindest 70% Lichttransmission.
- - the front passenger in the passenger entertainment area, i.e. in the aforementioned viewing angle-dependent passenger area, cannot or at least almost not see through the windscreen, this area of the windscreen therefore appears opaque, opaque or at least heavily tinted to the front passenger, for example wise with less than 15% light transmission; and
- - The driver in this area experiences the same transparency as possible at the same time as in the remaining area of the windscreen, for example at least 70% light transmission.
Bei der blickwinkelabhängigen Lichtunterdrückungsschicht handelt es sich somit um eine Art Folie an oder in der Frontscheibe, die dazu ausgebildet ist, Licht in einer Vorzugsrichtung, und zwar in Richtung des Fahrers, passieren zu lassen.The light-suppression layer, which is dependent on the viewing angle, is therefore a type of film on or in the windshield, which is designed to let light pass in a preferred direction, namely in the direction of the driver.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht bei dieser Ausführungsform somit in der Ausbildung eines blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs der Frontscheibe, der folgende Eigenschaften besitzt:
- - er erscheint für den Fahrer weitgehend transparent, insbesondere mit mehr als 70% Lichttransmission; und
- - er erscheint für den Beifahrer als weitgehend lichtundurchlässig oder opak oder zumindest stark getönt, insbesondere mit weniger
als 15% Lichttransmission.
- - It appears largely transparent to the driver, in particular with more than 70% light transmission; and
- - it appears to the passenger as largely opaque or opaque or at least heavily tinted, particularly with less than 15% light transmission.
So kann ein Entertainmentinhalt für den Beifahrer durch „Einspiegelung“ über diesen blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich der Frontscheibe dargestellt werden, in welchem aus Sicht des Beifahrers ein ausreichend großer Kontrast erzielt werden kann, bei zugleich optimaler Sicht des Fahrers nach außen. Würde man die Frontscheibe einfach nur als halbdurchlässigen Spiegel verwenden, würde für den Beifahrer an einem sonnigen Tag kaum etwas von dem virtuellen Bild zu sehen sein. Die hinter dem Bild liegende, stark erhellte Umgebung würde dafür sorgen, dass vor allem z. B. dunkle Szenen in einem Film auch bei sehr großer Displayhelligkeit lediglich als transparent und nicht dunkel wahrgenommen werden. Deshalb ist es wichtig, dass die Frontscheibe in dem relevanten Bereich zumindest aus Sicht des Beifahrers stark getönt erscheint.In this way, entertainment content for the front passenger can be displayed by "reflection" over this viewing angle-dependent front passenger area of the windshield, in which a sufficiently large contrast can be achieved from the front passenger's point of view, while at the same time the driver has an optimal view of the outside. If the windscreen were simply used as a semi-transparent mirror, the front passenger would hardly be able to see any of the virtual image on a sunny day. The heavily lit environment behind the picture would ensure that e.g. For example, dark scenes in a film are only perceived as transparent and not dark, even with very high display brightness. It is therefore important that the windscreen appears heavily tinted in the relevant area, at least from the perspective of the front passenger.
Hierzu kann die blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht beispielsweise eine Lamellenanordnung aus einer Vielzahl von lichtundurchlässigen, insbesondere opaken, oder zumindest stark getönten Lamellen aufweisen, die sich entlang der Reflexionsfläche nebeneinander erstrecken. Beispielsweise kann die Anordnung und der Neigungswinkel dieser Lamellen zur Reflexionsfläche so ausgelegt sein, dass der genannte niedrige Transmissionsgrad in Beifahrerrichtung weniger als etwa 35%, als etwa 25%, und insbesondere weniger als etwa 15% und der genannte hohe Transmissionsgrad in Fahrerrichtung mehr als etwa 50%, als etwa 60%, und insbesondere mehr als etwa 70% beträgt. Die Lamellen können grundsätzlich aus jedem zu dieser Lichtunterdrückung geeigneten Material gebildet sein und beispielsweise in einem transparenten Basismaterial der Lichtunterdrückungsschicht eingebettet oder eingelassen sein.For this purpose, the viewing angle-dependent light suppression layer can have, for example, a lamellar arrangement made up of a large number of opaque, in particular opaque, or at least heavily tinted lamellae, which extend next to one another along the reflection surface. For example, the arrangement and the angle of inclination of these slats to the reflecting surface can be designed in such a way that said low transmittance in the passenger direction is less than about 35%, than about 25%, and in particular less than about 15% and said high transmittance in the driver direction is more than about 50%, than about 60%, and especially greater than about 70%. In principle, the lamellae can be formed from any material that is suitable for this light suppression and can be embedded or let in, for example, in a transparent base material of the light suppression layer.
Bei der blickwinkelabhängigen Lichtunterdrückungsschicht an oder in der Frontscheibe muss die Durchsicht für den Fahrer optimal sein, d. h. die Frontscheibe hat aus den Blickwinkeln des Fahrers beispielsweise in allen Bereichen oberhalb eines sogenannten 4°-Sichtstrahls eine Transmission von über 70% und wirkt so homogen wie möglich. Des Weiteren soll die Umgebung möglichst ohne Unschärfe (Haze) und weitere optische Effekte, wie z. B. Doppelbilder wahrgenommen werden können. Daher sollten die Lamellenstrukturen nicht allzu klein sein, damit sie zu keinen wahrnehmbaren Beugungseffekten und Lichtstreuung führen. Hilfreich ist hierbei, dass die Durchsicht für den Beifahrer nicht zwangsläufig zu 100% unterdrückt werden muss. Eine starke Tönung (beispielsweise mit ca. 15% Lichttransmission) ist ausreichend, um einen ausreichenden Kontrast für den Entertainmentgenuss sicher zu stellen. Durch eine geeignete Lamellenbeschaffenheit (Material und intermediäre Grenzfläche) kann die Lichtstreuung zusätzlich reduziert werden.With the viewing angle-dependent light suppression layer on or in the windshield, the driver's view must be optimal, i. H. From the driver's perspective, for example, the windscreen has a transmission of over 70% in all areas above a so-called 4° line of sight and appears as homogeneous as possible. Furthermore, the environment should be as free as possible from blur (haze) and other optical effects, such as e.g. B. double images can be perceived. Therefore, the lamella structures should not be too small, so that they do not lead to any perceptible diffraction effects and light scattering. It is helpful here that the view for the passenger does not necessarily have to be 100% suppressed. A strong tint (e.g. with approx. 15% light transmission) is sufficient to ensure sufficient contrast for entertainment enjoyment. The light scattering can be additionally reduced by a suitable lamella composition (material and intermediate interface).
In diesem Sinne kann es einen optimalen Auslegungspunkt geben, bei dem der Abstand der Lamellen so groß ist, dass keine erkennbaren Lichtbeugungseffekte mehr auftreten, die Struktur aber noch so klein ist, dass sie aus dem Betrachtungsabstand des Beifahrers nicht klar auflösbar ist. Insbesondere können sich dabei die Lamellen entlang der Reflexionsfläche in einem vorbestimmten Lamellenabstand von etwa 0,2 mm bis etwa 0,8 mm; beispielsweise von etwa 0,3 mm bis etwa 0,7 mm, spezifisch von etwa 0,4 mm bis etwa 0,6 mm, voneinander erstrecken. Der genannte Lamellenabstand kann somit eine Lamellenstrukturgröße entlang der Lichtunterdrückungsschicht senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Lamellen angeben.In this sense, there may be an optimal design point where the spacing of the slats is so large that no noticeable light diffraction effects occur, but the structure is still so small that it cannot be clearly resolved from the passenger's viewing distance. In particular, the lamellae can be spaced along the reflection surface at a predetermined lamellar spacing of approximately 0.2 mm to approximately 0.8 mm; for example from about 0.3 mm to about 0.7 mm, specifically from about 0.4 mm to about 0.6 mm, from each other. Said lamella distance can thus specify a lamella structure size along the light suppression layer perpendicular to an extension direction of the lamellae.
Es sind auch andere optische Maßnahmen möglich, um das Licht entsprechend zu steuern. Insbesondere kann die blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht anstelle einer Lamellenanordnung beispielsweise Prismenstrukturen, Linsenarrays oder Gitterstrukturen aufweisen, die eine Richtung des ins Fahrzeug durch die Frontscheibe fallenden Lichts in ähnlicher Weise beeinflussen können. Das oben für die Lamellen und deren Größe Ausgeführte kann somit sinngemäß auch für diese anderen optischen Strukturen genauso gelten.Other optical measures are also possible in order to control the light accordingly. In particular, the viewing-angle-dependent light-suppression layer can have, for example, prism structures, lens arrays or lattice structures instead of a lamella arrangement, which can influence a direction of the light falling into the vehicle through the windscreen in a similar way. The statements made above for the lamellae and their size can therefore also apply analogously to these other optical structures.
Insbesondere kann sich der blickwinkelabhängige Beifahrerbereich der Frontscheibe in Bezug auf einen für die Augen des Beifahrers vorbestimmten Raumbereich (Beifahrer-Eyebox) unterhalb eines horizontalen Sichtstrahls (des sogenannten 0°-Sichtstrahls) und/oder oberhalb eines diesbezüglich um etwa 4° gesenkten Sichtstrahls (des sogenannten 4°-Sichtstrahls) und/oder oberhalb eines Schwarzdruckbereichs der Frontscheibe erstrecken. Dabei soll der 0°-Sichtstrahl durch die Darstellung beispielsweise deshalb nicht verletzt werden, weil dies im fahrenden Fahrzeug unangenehm für den Beifahrer sein kann und beispielsweise zur Übelkeit (Motion Sickness) führen kann. Im unteren Bereich der Frontscheibe gibt es üblicherweise einen Schwarzdruck, der das Frontscheibenbett verdeckt und die Verklebung vor Sonneneinstrahlung schützt. Dieser Bereich endet unterhalb des 4°-Sichtstrahls.In particular, the viewing angle-dependent front passenger area of the windscreen can be located below a horizontal line of sight (the so-called 0° line of sight) and/or above a horizontal line of sight (the so-called 0° line of sight) in relation to a spatial area predetermined for the eyes of the front passenger (front passenger eyebox). plus a line of sight lowered by about 4° (the so-called 4° line of sight) and/or above a black print area of the windscreen. The 0° line of sight should not be violated by the display, for example, because this can be uncomfortable for the passenger in the moving vehicle and can lead to nausea (motion sickness), for example. There is usually a black print in the lower area of the windscreen, which covers the windscreen bed and protects the adhesive from the sun. This range ends below the 4° line of sight.
Über dem 4°-Sichtstrahl muss die Frontscheibe für den Fahrer in der Regel mindestens 70 % lichtdurchlässig sein. Üblicherweise endet der Schwarzdruck so weit unten, dass der obere Rand der Motorhaube sichtbar ist, um sicheres Rangieren zu ermöglichen. In dem Bereich zwischen dem oberen Ende des Schwarzdrucks und des 4°-Sichtstrahls kann ein Übergangsbereich gestaltet werden, z. B. ein Auslaufen des Schwarzdrucks. Würde die Anzeige des Beifahrerentertainments auf den Bereich unterhalb der 4°-Sichtstrahls beschränkt werden, dann wäre die Bildhöhe in heute üblichen Fahrzeugsituationen zu gering, um eine kundenwerte Attraktivität zu erreichen. Deshalb wird vorliegend insbesondere vorgeschlagen, die Anzeige des Beifahrer-Entertainments über dem 4°-Sichtstrahl darzustellen.Above the 4° line of vision, the windscreen must generally be at least 70% transparent for the driver. The black print usually ends so far down that the upper edge of the bonnet is visible to enable safe manoeuvring. In the area between the top of the black print and the 4° line of sight, a transition area can be designed, e.g. B. black print fading. If the display of the passenger entertainment were limited to the area below the 4° line of sight, then the image height would be too low in today's usual vehicle situations to be attractive to customers. It is therefore proposed here in particular to display the passenger entertainment display over the 4° line of sight.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform, die alternativ zu der obigen ersten Ausführungsform ist, umfasst das Blickfeldanzeigesystem eine sich auf einer Oberseite einer Instrumententafel erstreckende Displayfläche, die beispielsweise ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sein kann. Anstelle des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs der Frontscheibe ist aber bei der zweiten Ausführungsform eine aufklappbare Combinerscheibe vorgesehen, die sich in ihrem aufgeklappten Zustand so entlang der Frontscheibe vor einem für den Beifahrer im Fahrzeug vorgesehenen Raumbereich erstreckt, dass ein in der Displayfläche erzeugtes Anzeigebild durch Reflexion an der Combinerscheibe ins Beifahrerblickfeld projiziert wird. In ihrem eingeklappten Zustand erstreckt sich die Combinerscheibe außerhalb dieses Beifahrerblickfelds, beispielsweise entlang der Displayfläche, insbesondere auf dieser zumindest randseitig aufliegend, oder aber seitlich oder in anderer Weise weg von der Displayfläche bzw. weg von dem Strahlengang des Displaylichts.According to a second embodiment, which is alternative to the first embodiment above, the head-up display system comprises a display surface extending on a top side of an instrument panel, which can be configured similarly to the first embodiment, for example. Instead of the front passenger area of the windshield, which depends on the viewing angle, the second embodiment has a hinged combiner window which, when opened, extends along the windshield in front of a space in the vehicle intended for the passenger in such a way that a display image generated in the display surface is reflected on the combiner window projected into the passenger's field of vision. In its folded-in state, the combiner pane extends outside of this field of vision for the passenger, for example along the display surface, in particular resting on it at least at the edge, or laterally or in some other way away from the display surface or away from the beam path of the display light.
Dabei ist die Combinerscheibe im aufgeklappten Zustand so ausgebildet und angeordnet, dass deren Lichtdurchlässigkeit für das durch die Frontscheibe ins Fahrzeug fallende Licht in Beifahrerrichtung unter einem vorbestimmten niedrigen (insbesondere einem möglichst niedrigen) Transmissionsgrad liegt, der ein Durchschimmern dieses Lichts im virtuellen Anzeigebild weitgehend unterdrückt, wobei die Combinerscheibe dabei den Blick eines Fahrers nach außen durch die Frontscheibe idealerweise nicht behindert, beispielsweise indem sie ihn nicht oder nur geringfügig kreuzt und/oder indem sie aus der Sicht des Fahrers einen vorbestimmten hohen Transmissionsgrad aufweist. So kann ein Entertainmentinhalt für den Beifahrer durch „Einspiegelung“ über die Combinerscheibe in deren aufgeklapptem Zustand dargestellt werden, in welchem aus Sicht des Beifahrers ein ausreichend großer Kontrast erzielt werden kann, bei zugleich optimaler Sicht des Fahrers nach außen durch die Frontscheibe.When opened, the combiner pane is designed and arranged in such a way that its transparency for the light falling through the windshield into the vehicle in the passenger direction is below a predetermined low (in particular as low as possible) transmittance, which largely suppresses this light shining through in the virtual display image, the combiner pane ideally not impeding a driver's view to the outside through the front pane, for example by not crossing it or only slightly and/or by having a predetermined high transmittance from the driver's point of view. In this way, entertainment content for the front passenger can be displayed by "reflection" via the combiner window when it is open, in which a sufficiently large contrast can be achieved from the front passenger's point of view, while at the same time the driver has an optimal view of the outside through the windshield.
Mit anderen Worten ist die Combinerscheibe dazu ausgelegt, im aufgeklappten Zustand Licht von außen in Beifahrerrichtung möglichst stark zu unterdrücken. Im einfachsten Fall, insbesondere wenn die eingeklappte Combinerscheibe seitlich von der Displayfläche geparkt wird, könnte es sich um eine rückseitig permanent opake oder lichtundurchlässige Combinerscheibe mit dem niedrigen Transmissionsgrad von nahezu Null handeln. Es werden jedoch weiter unten einige Alternativen beschrieben, die zusätzlich auch mit einer zu der Displayfläche eingeklappten Combinerscheibe eine Anzeigebilderzeugung ermöglichen.In other words, the combiner pane is designed to suppress light from the outside in the passenger direction as much as possible when it is open. In the simplest case, especially when the folded-in combiner pane is parked to the side of the display surface, it could be a combiner pane that is permanently opaque or opaque on the back and has a low transmittance of almost zero. However, some alternatives are described further below, which also allow a display image to be generated with a combiner pane folded in to form the display surface.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird ein von der Displayfläche ausgehendes Lichtstrahlenbündel an der aufgeklappten Combinerscheibe so in eine Eyebox des Beifahrers, d. h. in einen für seine Augen vorgesehenen Raumbereich im Inneren des Fahrzeugs, reflektiert, dass ein virtuelles Anzeigebild im Blickfeld des Beifahrers hinter der Combinerscheibe entsteht. Hierzu kann die Combinerscheibe in deren aufgeklappten Zustand insbesondere, jedoch nicht zwingend, in etwa parallel zu der Frontscheibe ausgerichtet sein. Wie bei der ersten Ausführungsform erwähnt, ist es auch bei der zweiten Ausführungsform bereits ausreichend für eine kontrastreiche Darstellung des virtuellen Anzeigebilds beim Beifahrer-Entertainment, dass der niedrige Transmissionsgrad der aufgeklappten Combinerscheibe beispielsweise unter etwa 15% liegt.In this second embodiment, a bundle of light rays emanating from the display surface is directed into an eyebox of the front passenger, i. H. into a space inside the vehicle intended for his eyes, so that a virtual display image is created in the front passenger's field of vision behind the combiner pane. For this purpose, the combiner pane can be aligned approximately parallel to the front pane in its unfolded state, in particular, but not necessarily. As mentioned in the first embodiment, it is also sufficient in the second embodiment for a high-contrast representation of the virtual display image for passenger entertainment that the low transmittance of the opened combiner pane is, for example, below about 15%.
Mit anderen Worten verwendet die zweite Ausführungsform eine zusätzliche Combinerscheibe vor einem Beifahrersitzbereich im Fahrzeug, die auf dem Display oder seitlich davon liegt, wenn das Beifahrer-Entertainment inaktiv ist und automatisch oder manuell ausklappt, wenn das Beifahrer-Entertainment aktiv ist. Im ausgeklappten Zustand kann das virtuelle Bild idealerweise ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform im rechten Winkel zur Beifahrer-Sichtachse stehen. Das kann insbesondere dann erfüllt sein, wenn die Combinerscheibe in etwa parallel zur Frontscheibe steht, falls die Displayfläche aufgrund von deren möglichen anderen Anzeigebereichen so verbaut wurde, dass sich die Displayanzeige entsprechend in der Frontscheibe spiegelt.In other words, the second embodiment utilizes an additional combiner pane in front of a passenger seating area in the vehicle, overlying or to the side of the display when passenger entertainment is inactive and folding out automatically or manually when passenger entertainment is active. In the unfolded state, the virtual image can ideally be at right angles to the passenger's line of sight, similar to the first embodiment. This can be fulfilled in particular when the combiner disk is approximately parallel lel to the windscreen if the display surface has been installed in such a way that the display is reflected accordingly in the windscreen due to the possible other display areas.
Um den Bewegungsmechanismus für den Wechsel zwischen dem aufgeklappten und dem eingeklappten Zustand zu vereinfachen und um mit begrenzten Bauraumbedingungen umzugehen, kann die Combinerscheibe im inaktiven/eingeklappten Zustand direkt auf dem Display abgelegt werden. Andere Orte und Befestigungen, z. B. in oder an der Instrumententafel oder an der A-Säule, sind ebenfalls möglich.In order to simplify the movement mechanism for changing between the unfolded and folded state and to deal with limited installation space, the combiner disc can be placed directly on the display in the inactive/folded state. Other places and fortifications, e.g. B. in or on the instrument panel or on the A-pillar are also possible.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht bei dieser zweiten Ausführungsform somit darin, statt eines in der Frontscheibe integrierten Beifahrerbereichs mit einer blickwinkelabhängigen Lichtunterdrückungsschicht eine auf- und einklappbare Combinerscheibe vorzusehen, die ebenfalls die eingangs genannte Aufgabe der Erfindung löst. Dies kann insbesondere folgende Zusatzmöglichkeiten gegenüber der ersten Ausführungsform bieten:
- - Der Beifahrer hat kein permanent getöntes Feld im unteren Bereich der Frontscheibe, der den blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich ausbildet;
- - Die Zusatzanforderung einer hohen, insbesondere 70%igen, Transmission der Frontscheibe aus Sicht des Fahrers, die eine sehr hohe technologische Anforderungen an die Herstellung der blickwinkelabhängigen Lichtunterdrückungsschicht, etwa einer Lamellenfolie, und die Produktion der Frontscheibe bedeutet, besteht bei der Combinerscheibe grundsätzlich nicht;
- - Es besteht die Möglichkeit einer Mitnutzung der auf der Beifahrerseite vorgesehenen Displayfläche durch den Fahrer, wenn die Combinerscheibe bei deren eingeklapptem Zustand Displaylicht zur Frontscheibe durchlässt.
- - The front passenger does not have a permanently tinted field in the lower area of the windscreen, which forms the front passenger area that depends on the viewing angle;
- - The additional requirement of a high, in particular 70%, transmission of the windscreen from the driver's point of view, which means very high technological requirements for the production of the viewing angle-dependent light suppression layer, such as a lamella film, and the production of the windscreen, does not exist with the combiner windscreen;
- - It is possible for the driver to use the display area provided on the passenger side if the combiner window allows the display light to pass through to the windscreen when it is folded in.
Bei dieser Lösung können zwar aus Fahrersicht grundsätzlich mechanische Teile (Combinerscheibe) über dem 4°-Sichtstrahl angeordnet sein, wenn er beispielsweise nach links durch die Frontscheibe sieht. Dies ist jedoch im Hinblick auf die Fahrsicherheit zulässig, solange ein gewisser Anteil über dem 4°-Sichtstrahl nicht überschritten wird, was je nach spezifischem Fahrzeugdesign variieren kann. Die Transmission der Frontscheibe wird durch den zusätzlichen Aufbau (Combinerscheibe) nicht beeinflusst.In this solution, from the driver's point of view, mechanical parts (combiner screen) can in principle be arranged above the 4° line of sight, for example when he looks to the left through the windscreen. However, this is permissible with regard to driving safety as long as a certain proportion is not exceeded above the 4° line of sight, which can vary depending on the specific vehicle design. The transmission of the windscreen is not affected by the additional structure (combiner screen).
Die Combinerscheibe ist idealerweise transparent in deren eingeklapptem Zustand, d. h. wenn das Beifahrerentertainment inaktiv ist und die Combinerscheibe beispielsweise auf oder über der Displayfläche liegt. Mit anderen Worten ist die Combinerscheibe opak oder stark getönt nur in deren aufgeklapptem Zustand, d. h. wenn das Beifahrerentertainment aktiv ist. Damit spiegelt das Display seine Inhalte bei inaktivem Beifahrer-Entertainment in die Frontscheibe ein, und die gesamte Anzeigefläche, deren Teil die Displayfläche sein kann, kann durchgängig genutzt werden, insbesondere also auch vom Fahrer. Hierzu sind mehrere technische Implementierungsvarianten möglich, von denen einige nachfolgend skizziert werden:The combiner pane is ideally transparent when folded, i. H. if the passenger entertainment system is inactive and the combiner screen is on or above the display surface, for example. In other words, the combiner panel is opaque or heavily tinted only in its unfolded state, i. H. when the passenger entertainment is active. The display reflects its contents onto the windshield when the passenger entertainment system is inactive, and the entire display surface, which can be a part of the display surface, can be used continuously, in particular also by the driver. Several technical implementation variants are possible, some of which are outlined below:
Bei einer spezifischen Ausgestaltung kann die Combinerscheibe hierzu zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltzustand elektrisch schaltbar sein. Der erste Schaltzustand ist für deren aufgeklappten Zustand vorgesehen und sorgt für den niedrigen Transmissionsgrad für das durch die Frontscheibe ins Fahrzeug in Beifahrerrichtung fallende Licht. Hingegen ist der zweite Schaltzustand der Combinerscheibe für deren eingeklappten Zustand vorgesehen und sorgt für einen vorbestimmten hohen Transmissionsgrad für das von der Displayfläche ausgehende Licht.In a specific configuration, the combiner disk can be electrically switchable for this purpose between a first and a second switching state. The first switching state is intended for the unfolded state and ensures the low degree of transmission for the light falling through the windscreen into the vehicle in the passenger direction. In contrast, the second switching state of the combiner disk is provided for its folded-in state and ensures a predetermined high degree of transmission for the light emanating from the display surface.
Hierzu kann die Combinerscheibe beispielsweise eine schaltbare Flüssigkristallschicht (LC-Schicht) aufweisen, die zwischen zwei relativ zueinander verdrehten Polarisationsfiltern angeordnet ist. Diese LC-Schichtanordnung kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie im inaktiven Zustand des Beifahrer-Entertainments das polarisierte Licht des Displays größtenteils durchlässt, indem seine Polarisation entsprechend den gekreuzten Polarisationsfiltern durch die LC-Schicht gedreht wird. Im aufgeklappten Zustand der Combinerscheibe wird Umgebungslicht, das in der Regel größtenteils nicht polarisiert ist, bereits vom ersten Polarisationsfilter deutlich stärker absorbiert, was zu einer Tönung führt. Zudem kann im aufgeklappten Zustand der Combinerscheibe durch das Anlegen elektrischer Spannung an der LC-Schicht deren polarisationsdrehende Wirkung aufgehoben werden, sodass die Tönung bis hin zur vollständigen Lichtunterdrückung durch dieses elektrische Umschalten in den zweiten Schaltzustand sogar noch deutlich erhöht und bei Bedarf stufenweise eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann der niedrige Transmissionsgrad insbesondere weniger als etwa 35%, als etwa 25%, und idealerweise sogar weniger als etwa 15% betragen, und/oder der hohe Transmissionsgrad kann mehr als etwa 70%, als etwa 80% oder idealerweise sogar mehr als etwa 90% betragen.For this purpose, the combiner disk can have, for example, a switchable liquid crystal layer (LC layer) which is arranged between two polarization filters rotated relative to one another. This LC layer arrangement can, for example, be designed in such a way that, when the passenger entertainment system is inactive, it largely lets through the polarized light of the display by its polarization being rotated by the LC layer in accordance with the crossed polarization filters. When the combiner pane is open, ambient light, which is generally not polarized to a large extent, is already significantly more strongly absorbed by the first polarization filter, which leads to a tint. In addition, when the combiner pane is opened, its polarization-rotating effect can be neutralized by applying electrical voltage to the LC layer, so that the tint can be increased significantly up to complete light suppression by this electrical switching to the second switching state and can be adjusted in stages if necessary . In particular, the low transmittance can be less than about 35%, than about 25%, and ideally even less than about 15%, and/or the high transmittance can be greater than about 70%, than about 80%, or ideally even more than about 90%.
Einen ähnlichen Effekt kann man anstelle der elektrischen Schaltbarkeit aber auch mit statischen Maßnahmen erreichen, z. B. mit einer Lamellenschicht oder -Folie mit schräg orientierten Lamellen, die bei der eingeklappten Combinerscheibe parallel zum Sichtstrahl des Beifahrers stehen, während sie in der ausgeklappten Position der Combinerscheibe seine Durchsicht verhindern. A similar effect can also be achieved with static measures instead of electrical switchability, e.g. B. with a lamellar layer or film with obliquely oriented lamellae, which are parallel to the front passenger's line of sight when the combiner pane is folded in, while they in the unfolded position of the combiner window prevent him from looking through.
Mit anderen Worten umfasst die Combinerscheibe bei einer entsprechend alternativen spezifischen Ausgestaltung eine Lamellenanordnung aus einer Vielzahl von lichtundurchlässigen, insbesondere opaken, oder zumindest (stark) getönten Lamellen, die sich entlang einer Combinerscheibenfläche nebeneinander erstrecken und deren Anordnung und Neigungswinkel zur Combinerscheibenfläche so ausgelegt sind, dass die Combinerscheibe in deren aufgeklapptem Zustand den niedrigen Transmissionsgrad von weniger als etwa 35%, insbesondere als etwa 25%, idealerweise als etwa 15%, für das durch die Frontscheibe ins Fahrzeug in Beifahrerrichtung fallende Licht aufweist, während sie in deren eingeklapptem Zustand einen vorbestimmten hohen Transmissionsgrad von mehr als etwa 50%, insbesondere als etwa 60%, und idealerweise als etwa 70%, für das von der Displayfläche ausgehende Licht aufweist.In other words, in a corresponding alternative specific configuration, the combiner pane comprises a slat arrangement made up of a large number of opaque, in particular opaque, or at least (heavily) tinted slats, which extend next to one another along a combiner pane surface and whose arrangement and angle of inclination relative to the combiner pane surface are designed such that the combiner pane has the low transmittance of less than about 35%, in particular than about 25%, ideally as about 15%, for the light falling through the front pane into the vehicle in the passenger direction when it is opened, while it has a predetermined high degree when it is folded Transmittance of more than about 50%, in particular than about 60%, and ideally than about 70%, for the light emanating from the display surface.
Die beschriebe Ausgestaltung kann zudem grundsätzlich eine Durchsicht durch die Combinerscheibe aus der Fahrerposition ermöglichen. Dies wird unter Umständen nicht verlustfrei möglich sein, aber die Combinerscheibe kann so gestaltet sein, dass aus Fahrersicht eine möglichst hohe Transmission (z. B. etwa 50 %) erreicht wird.In addition, the configuration described can, in principle, enable a view through the combiner pane from the driver's position. Under certain circumstances, this will not be possible without loss, but the combiner disk can be designed in such a way that the highest possible transmission (e.g. around 50%) is achieved from the driver's point of view.
Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform des Blickfeldanzeigesystems kann zudem vorgesehen sein, dass der Fahrer den Beifahrer-Entertainmentinhalt nicht einsehen kann, um beispielsweise nicht von seiner Fahraufgabe durch einen vom Beifahrer angesehenen Videofilm abgelenkt zu werden. Dazu gibt es mehrere Lösungsmöglichkeiten, von denen nachfolgend einige beschrieben werden:
- Insbesondere kann hierzu die Displayfläche eine optische Vorzugsrichtungsanordnung aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie für das in Beifahrerrichtung propagierende Displaylicht einen vorbestimmten hohen Transmissionsgrad von mehr als etwa 50%, insbesondere mehr als etwa 60%, beispielsweise mehr als etwa 70%, idealerweise mehr als etwa 80% oder 90%, und für das in Fahrerrichtung propagierende Displaylicht einen vorbestimmten niedrigen Transmissionsgrad von weniger als etwa 35%, insbesondere als etwa 25%, beispielsweise als etwa 15% und idealerweise sogar weniger als etwa 10% aufweist. Die optische Vorzugsrichtungsanordnung kann beispielsweise als eine Lamellenschicht bzw. -Folie mit einer Lamellenanordnung aus einer Vielzahl von lichtundurchlässigen, insbesondere opaken, oder zumindest stark getönten Lamellen aufweisen, die sich entlang der Displayfläche nebeneinander erstrecken und deren Anordnung und Neigungswinkel zur Displayfläche die genannten Transmissionsgrade bewirken.
- In particular, the display surface can have an optical preferred direction arrangement for this purpose, which is designed in such a way that it has a predetermined high transmittance of more than about 50%, in particular more than about 60%, for example more than about 70%, ideally more, for the display light propagating in the direction of the passenger than about 80% or 90%, and for the display light propagating in the driver's direction has a predetermined low transmittance of less than about 35%, in particular than about 25%, for example as about 15% and ideally even less than about 10%. The preferred optical direction arrangement can, for example, be a lamellar layer or foil with a lamellar arrangement made up of a large number of opaque, in particular opaque, or at least heavily tinted lamellae, which extend next to one another along the display surface and whose arrangement and angle of inclination to the display surface bring about the transmission coefficients mentioned.
Diese auf oder in dem Display aufgebrachte oder integrierte optische Vorzugsrichtungsanordnung kann die Einsicht des Fahrers somit maximal unterdrücken, um jegliche Ablenkung des Fahrers von der Fahraufgabe zu verhindern. Da die Schicht direkt am Bildschirm liegt, spielen Interferenzen keine Rolle und die optischen Strukturen (beispielsweise Lamellen) der Schicht können sehr klein sein (z. B. im Bereich von etwa 0,1 mm Lamellenabstand, der beispielsweise von Lamelle zu Lamelle in einer zu deren Erstreckungsrichtung senkrechten Richtung gemessen wird). Durch die kleinen, eng beieinander liegenden Strukturen kann erreicht werden, dass die Einsicht des Fahrers ins Display quasi vollständig unterdrückt wird.This optical preferred direction arrangement applied or integrated on or in the display can thus maximally suppress the driver's insight in order to prevent any distraction of the driver from the driving task. Since the layer lies directly on the screen, interference is irrelevant and the optical structures (e.g. lamellae) of the layer can be very small (e.g. in the range of around 0.1 mm between the lamellae, which, for example, varies from lamella to lamella in a whose direction of extension is measured in the perpendicular direction). The small, closely spaced structures mean that the driver's view of the display is virtually completely suppressed.
Es sind auch andere optische Maßnahmen möglich, um das Licht entsprechend zu steuern. Insbesondere kann die optische Vorzugsrichtungsanordnung anstelle einer Lamellenanordnung beispielsweise Prismenstrukturen, Linsenarrays oder Gitterstrukturen auf der Display-Obersteite oder bei LCD-Technologie auch im Backlight des Displays aufweisen, die eine Richtung des emittierten Displaylichtes in ähnlicher Weise beeinflussen können. Da die Frontscheibe ein „glatter“ (teildurchlässiger) Spiegel ist, bleibt diese Richtung des Lichts bei der Reflexion daran in der Regel erhalten. Bei entsprechender Gestaltung der Lamellen einer Lamellenfolie oder anderer Strukturen der optischen Vorzugsrichtungsanordnung kann mit dieser allein sowohl die direkte Einsicht des Fahrers auf das Display als auch seine Einsicht auf das virtuelle Bild somit nennenswert unterdrückt werden.Other optical measures are also possible in order to control the light accordingly. In particular, instead of a lamellar arrangement, the preferred optical direction arrangement can have, for example, prism structures, lens arrays or lattice structures on the top of the display or, in the case of LCD technology, also in the backlight of the display, which can influence a direction of the emitted display light in a similar way. Since the windscreen is a “smooth” (partially transparent) mirror, this direction of light is usually retained when it reflects off it. With a corresponding design of the lamellae of a lamellar film or other structures of the optical preferred direction arrangement, both the driver's direct view of the display and his view of the virtual image can be significantly suppressed with this alone.
Allerdings ist in diesem Fall der in der Displayfläche dargestellte Anzeigeinhalt auch bei inaktivem Beifahrer-Entertainment für den Fahrer nicht sichtbar. Es kann aber unter Umständen gewünscht sein, dass der Fahrer diesen Anzeigeinhalt in manchen Situationen, beispielsweise in einem parkenden Fahrzeug, ebenfalls konsumieren kann. Hierzu kann anstelle einer im Display integrierten optischen Vorzugsrichtungsanordnung eine bewegbare oder aufspannbare lichtunterdrückende Abschirmung vorgesehen kann, die dem Fahrer die Sicht auf die Displayfläche verdecken kann, jedoch bei Bedarf oder beispielsweise automatisch beim Einklappen der Combinerscheibe aus dem Blickfeld des Fahrers in der Weise wegbewegt werden kann, dass auch für ihn der Konsum der Anzeige der Displayfläche möglich wird.In this case, however, the display content shown in the display area is not visible to the driver, even when the passenger entertainment system is inactive. Under certain circumstances, however, it may be desirable for the driver to also be able to consume this display content in some situations, for example in a parked vehicle. For this purpose, instead of an optical preferred direction arrangement integrated in the display, a movable or expandable light-suppressing shield can be provided, which can block the driver's view of the display surface, but can be moved away from the driver's field of vision if necessary or, for example, automatically when the combiner pane is folded in , that it is also possible for him to consume the display area.
Mit anderen Worten kann das Blickfeldanzeigesystem hierzu eine lichtunterdrückende Abschirmung aufweisen, die seitlich der Displayfläche transversal hierzu angeordnet oder aufspannbar ist, beispielsweise indem sie an fahrerseitigen Rändern der Displayfläche und der Combinerscheibe befestigt ist, und die dazu ausgebildet ist, Ausbreitung von Displaylicht in Fahrerrichtung, insbesondere beim Anzeigen von Beifahrer-Entertainment in der Displayfläche, weitgehend zu unterdrücken. Bei der lichtunterdrückende Abschirmung kann es sich beispielsweise um einen faltbaren opaken Stoff handeln, der rein beispielhaft an den fahrerseitigen Rändern der Displayfläche und der Combinerscheibe befestigt ist, um sich nur beim Aufklappen der Combinerscheibe zum Beifahrer-Entertainment zwischen der Displayfläche und dem Fahrer automatisch aufzuspannen und ihm dadurch den Blick auf die Displayfläche zu verdecken.In other words, the head-up display system can have a light-suppressing shield for this purpose, which is trans is arranged or can be stretched across this, for example by being attached to the driver-side edges of the display surface and the combiner pane, and which is designed to largely suppress the propagation of display light in the direction of the driver, in particular when passenger entertainment is displayed in the display surface. The light-suppressing shielding can, for example, be a foldable opaque material that is attached to the driver-side edges of the display area and the combiner pane, for example, so that it automatically opens up between the display area and the driver when the combiner pane is opened for passenger entertainment and thereby obscuring his view of the display surface.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug vorgesehen, das eine Frontscheibe, eine darunter angeordnete Instrumententafel sowie ein Blickfeldanzeigesystem der hierin dargelegten Art umfasst. Ferner ist im Fahrzeug ein Beifahrersitz für den Beifahrer vorgesehen, wobei die Displayfläche und der blickwinkelabhängige Beifahrerbereich bzw. die Combinerscheibe des Blickfeldanzeigesystems in Fahrzeuglängsrichtung zumindest teilweise direkt vor dem Beifahrersitz angeordnet und vorzugsweise um diesen zentriert sind.According to a further aspect, a vehicle, in particular a motor vehicle or any other land, air or water vehicle, is provided which comprises a windscreen, an instrument panel arranged underneath and a visual field display system of the type presented herein. Furthermore, a passenger seat is provided in the vehicle for the passenger, with the display surface and the viewing angle-dependent passenger area or the combiner pane of the visual field display system being arranged at least partially directly in front of the passenger seat in the longitudinal direction of the vehicle and preferably centered around it.
Figurenlistecharacter list
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 aus Gründen anschaulicher Darstellung rein schematisch gehalten: Sie sind daher nicht als maßstabsgetreu zu verstehen. Es zeigen:
-
1 ein Anordnungsbeispiel für ein Blickfeldanzeigesystem der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug in Draufsicht; -
2 ein Beispiel gemäß einer ersten Ausführungsform des Blickfeldanzeigesystems der1 in Seitenansicht; -
3 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der2 , der eine beispielhafte Anordnung eines blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs gemäß der ersten Ausführungsform in der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs veranschaulicht; -
4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der3 , der einen beispielhaften Schichtaufbau des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs gemäß der ersten Ausführungsform in der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs veranschaulicht; -
5 eine Seitenansicht eines Beispiels gemäß einer zweiten Ausführungsform des Blickfeldanzeigesystems der1 mit einer aufklappbaren Combinerscheibe, die elektrisch schaltbar zwischen zwei Schaltzuständen mit unterschiedlichem Transmissionsgrad ist; -
6 eine Seitenansicht eines alternativen Beispiels gemäß der zweiten Ausführungsform des Blickfeldanzeigesystems der1 mit einer aufklappbaren Combinerscheibe, die eine statische Lamellenanordnung aufweist; und -
7 eine Seitenansicht eines Beispiels eines Blickfeldanzeigesystems der1 mit einer lichtunterdrückenden Abschirmung, die seitlich der Displayfläche transversal hierzu angeordnet oder aufspannbar ist, um die Ausbreitung von Displaylicht in Fahrerrichtung zu unterbinden.
-
1 an example arrangement for a head-up display system of the type set out herein in a motor vehicle in plan view; -
2 an example according to a first embodiment of the head-up display system of FIG1 in side view; -
3 an enlarged view of a section of the2 10, which illustrates an exemplary arrangement of a viewing-angle-dependent passenger area according to the first embodiment in the windshield of the motor vehicle; -
4 an enlarged view of a section of the3 , which illustrates an exemplary layer structure of the viewing angle-dependent passenger area according to the first embodiment in the windshield of the motor vehicle; -
5 12 is a side view of an example according to a second embodiment of the head-up display system of FIG1 with a hinged combiner disc that can be electrically switched between two switching states with different degrees of transmission; -
6 14 is a side view of an alternative example according to the second embodiment of the head-up display system of FIG1 with a hinged combiner disc having a static blade arrangement; and -
7 FIG. 12 is a side view of an example head-up display system of FIG1 with a light-suppressing shield, which is arranged or can be stretched laterally to the display surface transversely thereto, in order to prevent the propagation of display light in the driver's direction.
Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale des Blickfeldanzeigesystems und des Fahrzeugs gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können bei den in den
Das Blickfeldanzeigesystem 1 umfasst ein vor dem Beifahrersitzbereich angeordnetes Display, dessen Displayfläche 7 sich so auf oder in einer Oberseite der Instrumententafel 4 erstreckt, dass ein in der Displayfläche 7 erzeugtes Anzeigebild über Reflexion an einem blickwinkelabhängigen Beifahrerbereich 8 der Frontscheibe 3 (gemäß der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung, vgl.
Die erfindungsgemäßen Eigenschaften des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs 8 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und der aufklappbaren Combinerscheibe 9 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden nachfolgen mit Bezug auf
Über dem 4°-Sichtstrahl muss die Frontscheibe 3 für den Fahrer 5 in der Regel mindestens 70 % lichtdurchlässig sein. Üblicherweise endet der Schwarzdruck so weit unten, dass der obere Rand der Motorhaube 12 (vgl.
Die genannte Reflexionsfläche 19 des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs 8 der Frontscheibe 3 wirkt bei dieser Ausführungsform als ein halbdurchlässiger Spiegel. Es kann sich bei der Reflexionsfläche 19 um eine fahrzeuginnenseitig oder im Frontscheibeninneren vorgesehene Beschichtung bzw. Schicht mit erhöhter Reflektivität für das von der Displayfläche 7 ausgehende Licht, oder aber einfach um die fahrzeuginnenseitige Oberfläche 22 der Frontscheibe 3 handeln.In this embodiment, said
Die blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht 20 kann beispielsweise eine Lamellenanordnung (nicht im Einzelnen dargestellt) aus einer Vielzahl von lichtundurchlässigen, insbesondere opaken, oder zumindest stark getönten Lamellen aufweisen, die sich entlang der Reflexionsfläche 19 nebeneinander erstrecken. Beispielsweise kann die Anordnung und der Neigungswinkel dieser Lamellen zur Reflexionsfläche so ausgelegt sein, dass der genannte niedrige Transmissionsgrad in Beifahrerrichtung weniger als etwa 15% und der genannte hohe Transmissionsgrad in Fahrerrichtung mehr als etwa 70% beträgt. Die Lamellen können grundsätzlich aus jedem zu dieser Lichtunterdrückung geeigneten Material gebildet sein und beispielsweise in einem transparenten Basismaterial der blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht 20 eingebettet oder eingelassen sein. Es sind auch andere optische Maßnahmen möglich, um das Licht entsprechend zu steuern. Insbesondere kann die blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschicht 20 anstelle einer Lamellenanordnung beispielsweise Prismenstrukturen, Linsenarrays oder Gitterstrukturen aufweisen, die eine Richtung des ins Fahrzeug 2 durch die Frontscheibe 3 fallenden Lichts in ähnlicher Weise beeinflussen können.The viewing angle-dependent
In der beispielhaften Darstellung der
Anstelle des blickwinkelabhängigen Beifahrerbereichs 8 der Frontscheibe 3 (dessen Lage in der Frontscheibe 3 in
Dabei ist die Combinerscheibe 9 im aufgeklappten Zustand so ausgebildet und angeordnet, dass deren Lichtdurchlässigkeit für das durch die Frontscheibe 3 ins Fahrzeug 2 fallende Licht in Beifahrerrichtung unter einem vorbestimmten niedrigen (insbesondere einem möglichst niedrigen) Transmissionsgrad liegt, der ein Durchschimmern dieses Lichts im virtuellen Anzeigebild V weitgehend unterdrückt, wobei die Combinerscheibe 9 dabei den Blick des Fahrers 5 nach außen durch die Frontscheibe 3 idealerweise nicht behindert, beispielsweise indem sie ihn gar nicht oder nur geringfügig kreuzt und/oder indem sie aus der Sicht 21 des Fahrers 5 einen vorbestimmten hohen Transmissionsgrad aufweist.When opened, the combiner pane 9 is designed and arranged in such a way that its transparency for the light falling through the
Bei der spezifischen Ausgestaltung gemäß
Hierzu kann die Combinerscheibe 9 beispielsweise eine schaltbare Flüssigkristallschicht (LC-Schicht) aufweisen, die zwischen zwei relativ zueinander verdrehten Polarisationsfiltern angeordnet ist. Diese LC-Schichtanordnung kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie im inaktiven Zustand des Beifahrer-Entertainments das polarisierte Licht des Displays größtenteils durchlässt, indem seine Polarisation entsprechend den gekreuzten Polarisationsfiltern durch die LC-Schicht gedreht wird. Im aufgeklappten Zustand der Combinerscheibe 9 wird Umgebungslicht, das in der Regel größtenteils nicht polarisiert ist, bereits vom ersten Polarisationsfilter deutlich stärker absorbiert, was zu einer Tönung führt. Zudem kann im aufgeklappten Zustand der Combinerscheibe durch das Anlegen elektrischer Spannung an der LC-Schicht deren polarisationsdrehende Wirkung aufgehoben werden, sodass die Tönung bis hin zur vollständigen Lichtunterdrückung durch dieses elektrische Umschalten sogar noch deutlich erhöht und bei Bedarf stufenweise eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann der niedrige Transmissionsgrad insbesondere weniger als etwa 35%, als etwa 25%, und idealerweise sogar weniger als etwa 15% betragen, und der hohe Transmissionsgrad kann mehr als etwa 70%, als etwa 80% oder idealerweise sogar mehr als etwa 90% betragen.For this purpose, the combiner disk 9 can have, for example, a switchable liquid crystal layer (LC layer), which is arranged between two polarization filters rotated relative to one another. This LC layer arrangement can, for example, be designed in such a way that, when the passenger entertainment system is inactive, it largely lets through the polarized light of the display by its polarization being rotated by the LC layer in accordance with the crossed polarization filters. When the combiner pane 9 is in the open state, ambient light, which as a rule is largely non-polarized, is already significantly more strongly absorbed by the first polarization filter, which leads to a tint. In addition, when the combiner pane is opened, its polarization-rotating effect can be neutralized by applying electrical voltage to the LC layer, so that the tint can be increased significantly up to complete light suppression by this electrical switching and can be adjusted in stages if necessary. In this way, the low transmittance in particular less than about 35%, than about 25%, and ideally even less than about 15%, and the high transmittance can be greater than about 70%, than about 80%, or ideally even greater than about 90%.
Hierzu umfasst die Combinerscheibe 9 in
Die beschriebe Ausgestaltung kann zudem grundsätzlich eine Durchsicht durch die Combinerscheibe 9 aus der Fahrerposition (vgl.
Bei der lichtunterdrückenden Abschirmung 26 kann es sich beispielsweise um einen faltbaren opaken Stoff handeln, der in diesem Beispiel an den fahrerseitigen Rändern 27 bzw. 28 der Displayfläche 7 und der Combinerscheibe 9 befestigt ist, um sich nur beim Aufklappen der Combinerscheibe 9 zum Beifahrer-Entertainment zwischen der Displayfläche 7 und dem Fahrer 5 automatisch aufzuspannen und ihm dadurch den Blick auf die Displayfläche 7 zu verdecken.The light-suppressing
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Blickfeldanzeigesystemhead-up display system
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- Frontscheibewindscreen
- 44
- Instrumententafeldashboard
- 55
- Fahrerdriver
- 66
- Beifahrerpassenger
- 77
- Displayflächedisplay area
- 88th
- blickwinkelabhängiger Beifahrerbereich der Frontscheibeviewing angle dependent front passenger area of the windscreen
- 99
- aufklappbare Combinerscheibehinged combiner disc
- 1010
- Blickfeld des Beifahrerspassenger's field of vision
- 1111
- Dach des Fahrzeugsroof of the vehicle
- 1212
- MotorhaubeEngine Hood
- 1414
- horizontaler Sichtstrahlhorizontal line of sight
- 1515
- diesbezüglich um etwa 4° gesenkter Sichtstrahlin this regard, the line of sight is lowered by about 4°
- 1616
- Schwarzdruckbereichblack print area
- 1717
- Übergangsbereichtransition area
- 1818
- Innenraum des Fahrzeugsinterior of the vehicle
- 1919
- Reflexionsflächereflection surface
- 2020
- blickwinkelabhängige Lichtunterdrückungsschichtviewing angle dependent light suppression layer
- 2121
- Fahrerrichtung, FahrersichtDriver direction, driver view
- 2222
- fahrzeuginnenseitige Oberfläche der Frontscheibevehicle inside surface of the windshield
- 2323
- fahrzeugaußenseitige Oberfläche der Frontscheibevehicle outside surface of the windshield
- 2424
- Lamellenanordnung der aufklappbaren CombinerscheibeLamella arrangement of the hinged combiner disc
- 2525
- Beifahrerrichtungpassenger direction
- 2626
- lichtunterdrückende Abschirmunglight-suppressing shielding
- 2727
- fahrerseitiger Rand der Displayflächedriver-side edge of the display area
- 2828
- fahrerseitiger Rand der Combinerscheibedriver-side edge of the combiner screen
- VV
- virtuelles Anzeigebild für den Beifahrervirtual display image for the passenger
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020126403.8A DE102020126403A1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Head-up display system for passenger entertainment in a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020126403.8A DE102020126403A1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Head-up display system for passenger entertainment in a vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020126403A1 true DE102020126403A1 (en) | 2022-04-14 |
Family
ID=80818060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020126403.8A Pending DE102020126403A1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Head-up display system for passenger entertainment in a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020126403A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023102623B3 (en) | 2023-02-02 | 2023-11-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Multi-user field-of-view display device, method and control unit for its operation, and vehicle |
DE102022131596A1 (en) | 2022-11-29 | 2024-05-29 | Marquardt Gmbh | Display device with directional element for displaying information |
Citations (2)
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JP2005205974A (en) | 2004-01-21 | 2005-08-04 | Denso Corp | Windshield display device |
US20150286053A1 (en) | 2014-04-06 | 2015-10-08 | Che-Chang Hu | Head-up display system |
-
2020
- 2020-10-08 DE DE102020126403.8A patent/DE102020126403A1/en active Pending
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