DE102020126885A1 - Head-up-display-kalibrierung - Google Patents

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Abstract

Eine HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug umfasst ein HUD-Feld, das auf einer reflektierenden Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs definiert ist. Ein virtueller Bildgenerator projiziert ein virtuelles Bild innerhalb des HUD-Feldes. Ein Bildsensor ist mit dem virtuellen Bildgenerator verbunden und hat ein Sichtfeld, das den HUD-Patch enthält. Eine Steuerung ist so konfiguriert, dass er vom Bildsensor ein HUD-Patch-Bild empfängt und das projizierte virtuelle Bild auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes einstellt.

Description

  • EINLEITUNG
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf Head-up-Displays (HUD).
  • Ein HUD ist ein Display, das Daten in teilweise transparenter Weise und an einer Position darstellt, die es dem Benutzer erlaubt, sie zu sehen, ohne von seinem gewohnten Standpunkt wegzuschauen (z.B. im Wesentlichen nach vorne). Obwohl HUDs für militärische Zwecke entwickelt wurden, werden sie heute in Verkehrsflugzeugen, Automobilen, Computerspielen und anderen Anwendungen eingesetzt.
  • Innerhalb von Fahrzeugen können HUDs verwendet werden, um virtuelle Bilder oder Fahrzeugparameterdaten vor die Windschutzscheibe oder Oberfläche des Fahrzeugs zu projizieren, so dass sich das Bild in oder unmittelbar neben der Sichtlinie des Bedieners befindet. Fahrzeug-HUD-Systeme können Daten projizieren, die auf Informationen basieren, die von fahrzeuginternen Betriebskomponenten (z.B. Sensoren) empfangen werden, um z.B. Benutzer über Fahrbahnmarkierungen zu informieren, die Nähe eines anderen Fahrzeugs zu erkennen oder Informationen über nahegelegene Orientierungspunkte zu liefern.
  • HUDs können auch Informationen von Informationssystemen außerhalb des Fahrzeugs, wie z.B. einem Navigationssystem auf einem Smartphone, empfangen und projizieren. Die vom HUD angezeigten Navigationsinformationen können beispielsweise die Projektion der Entfernung bis zu einer nächsten Kurve und die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Vergleich zu einer Geschwindigkeitsbegrenzung, einschließlich einer Warnung bei Überschreitung der Geschwindigkeitsbegrenzung, umfassen. Externe Systeminformationen, die die Fahrspur für ein bevorstehendes Manöver angeben oder den Benutzer vor möglichen Verkehrsverzögerungen warnen, können ebenfalls auf dem HUD dargestellt werden.
  • HUDs können auch in Augmented-Reality-Displays oder verbesserten Sichtsystemen eingesetzt werden, die Objekte und Straßenmerkmale einschließlich der Infrastruktur identifizieren, indizieren, überlagern oder anderweitig referenzieren. Solche erweiterten Systeme erfordern eine präzise Ausrichtung der HUD-Bilder relativ zu den Beobachtern im Fahrzeug und den Objekten in ihrem Sichtfeld. Darüber hinaus können solche HUD-Systeme die Windschutzscheibe nutzen, um HUD-Combiner-Funktionalität über ein breites Sichtfeld bereitzustellen. Solche großformatigen reflektierenden Displays stellen den Konstrukteur hinsichtlich der Bildlage und der Verzerrung vor Herausforderungen.
  • BESCHREIBUNG
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug ein HUD-Patch, das auf einer reflektierenden Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs definiert ist, einen virtuellen Bildgenerator zum Projizieren eines virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Patches, einen Bildsensor, der mit dem virtuellen Bildgenerator ausgerichtet ist und ein Sichtfeld aufweist, das das HUD-Patch enthält, und eine Steuerung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie von dem Bildsensor ein HUD-Patch-Bild empfängt und das projizierte virtuelle Bild auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes einstellt.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann ein Folie auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patches angeordnet sein, der ein oder mehrere Identifikationsmerkmale enthält, die vom HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind. Das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale liefern der Steuerung Informationen, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann ein Folie auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patches angeordnet sein, der ein oder mehrere Identifikationsmerkmale enthält, die vom HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind. Das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale liefern der Steuerung Informationen, die einem gewünschten Zentrum für das projizierte virtuelle Bild innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Einstellung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Zentrierung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des gewünschten Zentrums.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale beleuchtet ein IR-Lichtstrahl den Film, und der Folie kann polarisationsabhängige Reflexion aufweisen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale beleuchtet ein IR-Lichtstrahl den Film, und der Folie kann Fluoreszenz enthalten.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann ein Folie auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patches angeordnet sein, der ein oder mehrere Identifikationsmerkmale enthält, die vom HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind. Das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale liefern der Steuerung Informationen, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Ein Kalibrierungsarray wird innerhalb eines HUD-Augenraums des Fahrzeugs positioniert, wobei das HUD-Patch-Bild das von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektierte Kalibrierungsarray enthält. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Zentrierung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des Kalibrierungsarrays.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale beleuchtet ein IR-Lichtstrahl den Folie direkt und beleuchtet die Kalibrieranordnung durch Reflexion an der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe. Der Folie kann ein polarisationsabhängiges Reflexionsvermögen aufweisen und die Kalibrieranordnung enthält Reflektoren.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann ein Kalibrierungsarray innerhalb eines HUD-Augenraums des Fahrzeugs positioniert werden, wobei das HUD-Patch-Bild das von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektierte Kalibrierungsarray enthält. Das HUD-Patch-Bild liefert der Steuerung Informationen, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes die Zentrierung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des Kalibrierungsarrays umfassen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann das Kalibrierungsarray reflektierende Identifikationsmerkmale enthalten.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann das Kalibrierungsarray aktive strahlende Identifikationsmerkmale enthalten.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug einen HUD-Patch enthalten, der auf einer reflektierenden Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs definiert ist, einen IR-Projektor, der einen IR-Lichtstrahl liefert, der den HUD-Patch beleuchtet, einen virtuellen Bildgenerator zum Projizieren eines virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Patchs, einen Bildsensor, der mit dem virtuellen Bildgenerator verbunden ist, ein Sichtfeld hat, das den HUD-Patch einschließt, und ein HUD-Patch-Bild liefert. Die HUD-Vorrichtung enthält ferner einen Film, der auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patchs angeordnet ist und geometrische Merkmale enthält, die von dem HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind, wenn es durch den IR-Lichtstrahl beleuchtet wird. Die geometrischen Merkmale liefern Informationen, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patchs entsprechen. Die HUD-Vorrichtung enthält auch eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie vom Bildsensor das HUD-Patch-Bild empfängt und das projizierte virtuelle Bild auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes einstellt.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes umfassen, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes die Zentrierung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage eines gewünschten Zentrums umfassen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann der Folie polarisationsabhängige Reflexion enthalten.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann der Folie Fluoreszenz enthalten.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann ein Kalibrierungsarray innerhalb eines HUD-Augenraums des Fahrzeugs positioniert werden, wobei das HUD-Patch-Bild das von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektierte Kalibrierungsarray enthält. Das HUD-Patch-Bild liefert der Steuerung Informationen, die einem gewünschten Zentrum für das projizierte virtuelle Bild innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Einstellung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Zentrierung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zum Betreiben einer HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug das Bereitstellen einer reflektierenden Oberfläche auf einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs innerhalb eines HUD-Patches, das Bereitstellen eines virtuellen Bildgenerators zum Projizieren eines virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Patches, das Zusammenführen eines Bildsensors mit dem virtuellen Bildgenerator, das Empfangen eines HUD-Patch-Bildes von dem Bildsensor und das Einstellen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfassen.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale kann das Verfahren die Bereitstellung eines Folie umfassen, der auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe angeordnet ist, wobei der Folie ein oder mehrere Identifikationsmerkmale enthält, die vom HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind, wobei das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale Informationen liefern, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale kann das Verfahren die Bereitstellung einer Kalibrierungsanordnung umfassen, die in einem HUD-Augenraum des Fahrzeugs positioniert ist, wobei das HUD-Patch-Bild die Kalibrierungsanordnung enthält, die von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird, wobei das HUD-Patch-Bild Informationen liefert, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen. Die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst die Anpassung des projizierten virtuellen Bildes, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  • Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren aufgenommen werden.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Figuren bezieht, in denen:
    • 1 veranschaulicht ein HUD-System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 zeigt eine Seitenansicht des Fahrzeuginnenraums in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ;
    • 3 veranschaulicht eine vorausschauende Sicht des Fahrzeuginnenraums gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 zeigt beispielhafte Kalibrieranordnungen und die Lage des Augenraums innerhalb eines Fahrzeuginnenraums in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 veranschaulicht eine vorausschauende Sicht des Fahrzeuginnenraums in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung; und
    • 6 veranschaulicht eine vorausschauende Sicht des Fahrzeuginnenraums in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch nicht einschränken. Überall in den Zeichnungen weisen entsprechende Kennziffern auf ähnliche oder entsprechende Teile und Merkmale hin. Unter Steuermodul, Modul, Steuerung, Regler, Steuereinheit, Prozessor und ähnlichen Begriffen sind hier eine oder mehrere Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten) (vorzugsweise Mikroprozessoren)) und zugehörigem Speicher und Speicher (Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), Festplatte usw.) zu verstehen.) oder Mikrocontroller, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltung(en), Ein-/Ausgabeschaltungen und -geräte (E/A) und geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen, Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-zu-Digital- (A/D) und Digital-zu-Analog- (D/A) Schaltungen und andere Komponenten zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionalität. Ein Steuermodul kann eine Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen enthalten, einschließlich Punkt-zu-Punkt- oder diskrete Leitungen und drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen zu Netzwerken, einschließlich Wide und Local Area Networks, in Fahrzeugnetzwerken (z.B. Controller Area Network (CAN), Local Interconnect Network (LIN) und innerbetriebliche und dienstbezogene Netzwerke). Steuermodulfunktionen, wie sie in dieser Offenbarung dargelegt sind, können in einer verteilten Steuerungsarchitektur unter mehreren vernetzten Steuermodulen ausgeführt werden. Unter Software, Firmware, Programmen, Befehlen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnlichen Begriffen sind alle ausführbaren Steuerungsbefehlssätze einschließlich Kalibrierungen, Datenstrukturen und Nachschlagetabellen zu verstehen. Ein Steuermodul verfügt über einen Satz von Steuerroutinen, die ausgeführt werden, um beschriebene Funktionen bereitzustellen. Die Routinen werden z.B. von einer Zentraleinheit ausgeführt und dienen zur Überwachung der Eingänge von Abtastvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen sowie zur Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs von Stellgliedern. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Eintreten eines Ereignisses, auf Softwareaufrufe oder auf Anforderung über Eingaben oder Anforderungen der Benutzeroberfläche ausgeführt werden.
  • 1 zeigt schematisch ein beispielhaftes HUD-System 101 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Das HUD-System 101 umfasst ein reflektierendes Display, das vorzugsweise aus Windschutzscheibe 116 besteht und eine reflektierende Oberfläche 118 aufweist, wie z.B. eine innere Glasschicht einer laminierten Windschutzscheibe. Die Windschutzscheibe 116 enthält ein HUD-Patch, das sich im allgemeinen auf einen Bereich der Windschutzscheibe 116 bezieht, in dem virtuelle HUD-Bilder angezeigt werden können. Das HUD-System 101 kann ein Steuermodul 102, einen virtuellen Bildgenerator 105 einschließlich einer Bilderzeugungseinheit (PGU) 104 mit Bildlichtquelle 106 und Anzeige- und Linsenbaugruppe 120, einen oder mehrere Klappspiegel 122, einen verstellbaren Spiegel 117 und den zugehörigen Spiegelaktuator 108 sowie Licht- und Blendfallen 124 umfassen. Das HUD-System 101 kann ferner einen Beleuchtungsprojektor 103 mit einer Beleuchtungslichtquelle 110 und einer Beleuchtungsoptikbaugruppe 112 umfassen. Vorzugsweise arbeitet die Beleuchtungslichtquelle 110 außerhalb des sichtbaren Spektrums. Vorzugsweise arbeitet die Beleuchtungslichtquelle 110 im Infrarot (IR)-Spektrum, einschließlich des nahen IR-Spektrums. Andere Beleuchtungslichtquellen 110 können in Übereinstimmung mit anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Das HUD-System 101 kann ferner den Bildsensor 151 enthalten, z.B. eine CCD- oder CMOS-Kamera, vorzugsweise zusammen mit dem virtuellen Bildgenerator 105. Der Bildsensor 151 hat vorzugsweise ein Sichtfeld, das einen Teil des HUD-Feldes umfasst. Der Teil des HUD-Patches, der sich innerhalb des Sichtfeldes des Bildsensors befindet, umfasst vorzugsweise das gesamte HUD-Patch. Unter einem Bild, das dem HUD-Patch entspricht (HUD-Patch-Bild), ist ein Bild zu verstehen, das innerhalb des HUD-Patches erscheint. Der Bildsensor 151 kann im HUD-System 101 als Benutzerstandortsensor verwendet werden, der sich auf Bilder des aktuellen Fahrzeugführers, vorzugsweise der Augenstandorte, stützt, während er sich auf dem Fahrersitz des Fahrzeugs befindet. Solche Bilder des aktuellen Fahrzeugführers sind Bilder, die von der reflektierenden Oberfläche 118 der Windschutzscheibe 116 reflektiert werden. Das Steuermodul 102 steuert den Betrieb des PGU 104 einschließlich der Bildlichtquelle 106 über die Steuerleitung 145, um ein virtuelles Bild zu erzeugen. Das Steuermodul 102 steuert auch den Betrieb der Beleuchtungslichtquelle 110 über die Steuerleitung 147, um das Beleuchtungslicht auf die Windschutzscheibe 116 zu projizieren. Das Steuermodul 102 steuert auch den Betrieb des Bildsensors 151 zur Erfassung von reflektierten oder fluoreszierenden Bildern an Windschutzscheibe 116 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Das Steuermodul 102 steuert den Betrieb des Spiegelaktuators 108 über die Steuerleitung 143, um einen Spiegel 117 zu drehen oder zu kippen und einzustellen, wo auf der Windschutzscheibe das virtuelle HUD-Bild projiziert wird. Das Spiegelstellglied kann einen Motor, Getriebe, Wellen und/oder andere Komponenten enthalten, um die Position und/oder Ausrichtung des Spiegels 117 zu verändern. Der Spiegel 117 kann das von der PGU 104 erzeugte Bild vergrößern und/oder bestimmte mit der Windschutzscheibe 116 verbundene Verzerrungen korrigieren.
  • Das HUD-System 101 umfasst in einer Ausführungsform den virtuellen Bildgenerator 105 einschließlich PGU 104, den Spiegelaktuator 108, den Spiegel 117 und einen oder mehrere Klappspiegel 122. In einer anderen Ausführungsform umfasst das HUD-System 101 auch den Bildsensor 151. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das HUD-System 101 auch den Beleuchtungsprojektor 103 einschließlich Beleuchtungslichtquelle 110 und Beleuchtungsoptikbaugruppe 112. In einer Ausführungsform sind der virtuelle Bildgenerator 105 und der Bildsensor 151 in einem vom Beleuchtungsprojektor 103 getrennten Gehäuse implementiert. In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform sind der virtuelle Bilderzeuger 105, der Bildsensor 151 und der Beleuchtungsprojektor 103 in einem einzigen Gehäuse implementiert.
  • Die PGU 104 kann die Bildlichtquelle 106 und eine Anzeige- und Linsenbaugruppe 120 enthalten. Die Bildlichtquelle 106 erzeugt einen virtuellen Bildlichtstrahl 121 mit grafischen Bildern, die auf ein Display der Anzeige- und Linsenbaugruppe 120 projiziert werden. Der Lichtstrahl des virtuellen Bildes 121 wird dann auf eine Reihe von einem oder mehreren Faltspiegeln 122 gerichtet. Der eine oder die mehreren Faltspiegel 122 können für Verpackungsüberlegungen verwendet werden. Der Lichtstrahl des virtuellen Bildes 121 wird am Spiegel 117 reflektiert und kann dann durch Licht- und Blendfallen 124 zur Windschutzscheibe 116 reflektiert werden. Der virtuelle Bildlichtstrahl 121 wird an der Windschutzscheibe, die als HUD-Kombinator dient, angezeigt. Die Licht- und Blendfallen 124 können filtern und so z.B. verhindern, dass Sonnenlicht (oder Umgebungslicht) von der Windschutzscheibe 116 in Richtung des Spiegels 117 reflektiert wird, und Blendungseffekte minimieren.
  • Die Beleuchtungslichtquelle 110 kann einen Laser, eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) oder eine andere geeignete Beleuchtungsquelle umfassen. Die Beleuchtungslichtquelle 110 erzeugt einen Beleuchtungslichtstrahl 126, der durch die Beleuchtungsoptik 112 geleitet und auf die Windschutzscheibe 116 gestreut wird.
  • Das HUD-System 101 kann ferner eine manuelle Steuerung 136 mit Schaltern (Knöpfe, Schaltwippen, Schieberegler, Drehknöpfe, Joysticks oder ähnliches) 138 enthalten und/oder an ein solches angeschlossen werden. Das HUD-System 101 kann außerdem eine Anzeige, Sitzmotoren oder Sitzschalter (nicht gesondert abgebildet) enthalten und/oder an diese angeschlossen werden. Bei der Anzeige kann es sich z.B. um einen Touchscreen, ein Infotainment-Display in der Mittelkonsole eines Fahrzeugs oder ein anderes Display handeln. Die Sitzmotoren werden zur Positionierung eines oder mehrerer Sitze verwendet. Das Steuermodul 102 kann den Betrieb der Sitzmotoren auf der Grundlage von Benutzereingaben über die Sitzschalter und/oder im Speicher gespeicherte Sitzeinstellungen steuern. Die manuelle Steuerung 136 kann von einem Benutzer verwendet werden, um die Höhe von virtuellen Bildern, die von der PGU 104 über die Schalter 138 bereitgestellt werden, manuell einzustellen. Alternativ kann ein Bildschirm-Touchscreen eine Benutzerschnittstelle (UI) für die manuelle Einstellung des virtuellen HUD-Bildes während der Endbenutzeranwendung, z.B. durch einen Fahrzeuginsassen, bieten. Eine solche Anzeige, Sitzschalter und Schalter 138 können als Eingabegeräte und/oder Schnittstellen oder allgemeiner als Benutzerschnittstelle bezeichnet werden. Unter begrenzten Umständen können die Eingabegeräte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung eine Benutzerschnittstelle bereitstellen, um die Absicht des Bedieners oder die Kontrolle über ein automatisiertes oder teilweise automatisiertes Ausrichtungsverfahren für das virtuelle HUD-Bild festzustellen.
  • Der Lichtstrahl 121 des virtuellen Bildes kann einem Hauptstrahlengang eines virtuellen HUD-Bildes von der Mitte eines HUD-Displays, das Teil der Anzeige- und Linsenbaugruppe 120 ist, bis zur Windschutzscheibe 116 folgen. Der Hauptstrahlengang wird als Bauch-Strahl bezeichnet. Der Beleuchtungs-Lichtstrahl 126 kann einem anderen Pfad folgen als der Lichtstrahl 121 des virtuellen Bildes. Der Weg des Beleuchtungslichtstrahls 126 kann, muss aber nicht parallel zu einem Teil oder dem gesamten Weg des virtuellen Bildlichtstrahls 121 verlaufen. Die Lichtstrahlen 121 und 126 müssen nicht dem gleichen optischen Pfad folgen. Während der Lichtstrahl des virtuellen Bildes 121 kollimiert sein kann, braucht der Beleuchtungslichtstrahl 126 nicht kollimiert zu sein und kann vorzugsweise gestreut oder gestreut werden, um die Beleuchtung wesentlicher Bereiche von Interesse auf der Windschutzscheibe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung zu erreichen. Die Bereiche von Interesse auf der Windschutzscheibe fallen im Allgemeinen mit dem HUD-Feld zusammen.
  • Bestimmte HUD-Anwendungen erfordern eine präzise Ausrichtung der vom HUD erzeugten virtuellen Bilder. Die Platzierung einer einfachen Informationsdarstellung auf der Windschutzscheibe, wie z.B. eine herkömmliche Motoranzeige, ist positionsunabhängig. Augmented-Reality-Systeme, die das Situationsbewusstsein des Fahrers oder Insassen durch Identifizierung, Überlagerung oder anderweitige Verbesserung der Sichtbarkeit von Objekten oder Merkmalen, die sich auf einer Straßenszene befinden, verbessern sollen, erfordern jedoch die Platzierung virtueller Bilder unter Berücksichtigung der Augenposition des Beobachters, der Objektposition der Szene und der Position der Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Um eine robuste virtuelle Bildplatzierungstreue in solchen Systemen zu ermöglichen, muss die virtuelle Bildposition relativ zum Fahrzeugbezugsrahmen kalibriert werden. Zusätzlich zur Positionsgenauigkeit sind geometrische Genauigkeit und unverzerrte Bilder, wie sie vom Bediener wahrgenommen werden, wünschenswert.
  • In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform sind die 2 und 3 illustrative Ansichten, die ein Beispiel für einen Teil des Innenraums eines Fahrzeugs zeigen, in dem ein HUD-System gemäß der vorliegenden Offenbarung eingebaut ist. 2 ist eine Darstellung der vorderen Fahrerposition in Seitenansicht, während 3 eine vorausschauende Ansicht eines Teils des Innenraums eines Personenkraftwagens 301 im Wesentlichen entlang einer Längsmittellinie zeigt. Die Armaturenbrettbaugruppe 309 erstreckt sich seitlich innerhalb der Fahrzeugkabine im wesentlichen vor den Türen und unter und zwischen den A-Säulen 307. Die A-Säulen 307 rahmen die Windschutzscheibe 116 ein. Das Lenkrad 303 befindet sich vor dem Fahrersitz 350 und ist mit einer Lenksäuleneinheit 305 verbunden.
  • Der Einbau des HUD-Systems 101 in das Fahrzeug kann durch den Einbau einer gesamten Armaturenbrettbaugruppe, in die das HUD-System 101 als Teil eines Unterbaugruppenprozesses oder des Aufbaus der Armaturenbrettbaugruppe 309 eingebaut wurde, erfolgen. Alternativ kann eine kleinere Unterbaugruppe einschließlich eines Kombiinstruments das HUD-System 101 enthalten und mit der bereits im Fahrzeug eingebauten Armaturenbrettbaugruppe zusammengebaut werden. Alternativ kann das HUD-System 101 als separate Baugruppe in das Kombiinstrument, die Instrumententafel oder das obere Armaturenbrett eingebaut werden. Das HUD-System 101 ist einschließlich des virtuellen Bildgenerators 105, des Bildsensors 151 und des Beleuchtungsprojektors 103 abgebildet. Der virtuelle Bildgenerator 105 ist so angepasst und gesteuert, dass der Lichtstrahl 121 des virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Feldes auf die Windschutzscheibe 116 projiziert wird. Der Beleuchtungsprojektor 103 ist so angepasst und gesteuert, dass er mit dem Beleuchtungslichtstrahl 126 mindestens das HUD-Feld der Windschutzscheibe 116 beleuchtet. Der Bildsensor 151 ist so angepasst und gesteuert, dass er HUD-Patch-Bilder erfasst und auflöst. HUD-Patch-Bilder können reflektiertes und fluoreszierendes Licht enthalten.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann auf der Windschutzscheibe 116 eine selektiv reflektierende Folie 311 angebracht worden sein, die einen Teil des HUD-Feldes bedeckt. Der von der Folie 311 abgedeckte Teil des HUD-Feldes ist vorzugsweise das gesamte HUD-Feld. Folie 311 kann polarisationsabhängige Reflexions- und/oder Fluoreszenzmerkmale aufweisen, die ein oder mehrere Identifikationsmerkmale definieren, wie z.B. ein bekanntes Gitter oder ein anderes quantifiziertes geometrisches Muster einschließlich konzentrischer Kreise und Radien, Punktmuster und dergleichen. Die Folie 311 kann selektiv Licht reflektieren, vorzugsweise Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums und insbesondere IR-Licht. Zusätzlich oder alternativ kann die Folie fluoreszieren, wenn er durch Licht angeregt wird, vorzugsweise durch Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums, insbesondere durch IR-Licht. So können in Gegenwart des Beleuchtungslichtstrahls 126 die Identifikationsmerkmale der Folie 311 reflektieren oder fluoreszieren. In der vorliegenden Ausführungsform liefert die Filmreflexion und/oder Fluoreszenz das HUD-Patch-Bild. Das Muster ist durch den Bildsensor 151 erkennbar, der das HUD-Patch-Bild aufnimmt. Der Bildsensor 151 hat vorzugsweise ein Sichtfeld, das einen Teil der Folie 311 einschließt. Der Teil der Folie 311, der sich innerhalb des Sichtfeldes des Bildsensors 151 befindet, ist vorzugsweise ein Teil des einen oder mehrerer Identifikationsmerkmale. Der Teil des einen oder der mehreren Identifikationsmerkmale, der sich innerhalb des Sichtfeldes des Bildsensors 151 befindet, ist vorzugsweise die Gesamtheit des einen oder der mehreren Identifikationsmerkmale. Der Teil der Folie 311, der sich im Sichtfeld des Bildsensors 151 befindet, ist vorzugsweise die gesamte Folie 311. Der hier verwendete Begriff Folie wird so verstanden, dass er eine dünne Filmbeschichtung zur Herstellung von Identifikationsmerkmalen auf oder in der Windschutzscheibe umfasst. Solche Beschichtungen können z.B. durch jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden, einschließlich z.B. physikalische Abscheidung aus der Dampfphase (PVD), ionenunterstützte Abscheidung (IAD) und Ionenstrahlzerstäubung (IBS). Andere Verfahren und Materialien zur Herstellung von Identifikationsmerkmalen können z.B. Ätzen, Mikroschablonen, Siebdruck, härtbare Tinten und Beschichtungen usw. sein. Vorzugsweise umfasst das Sichtfeld des Bildsensors die Gesamtheit des einen oder mehrerer Identifikationsmerkmale und noch bevorzugter die Gesamtheit des HUD-Patches. Während der Beleuchtungsprojektor 103 abgebildet und als vorzugsweise als Teil des HUD-Systems 101 verpackt beschrieben wird, können alternative Ausführungsformen den Beleuchtungsprojektor 103 oder eine alternative Beleuchtung außerhalb des HUD-Systems 101 anbringen. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass eine solche Beleuchtung von einer externen Quelle stammen kann, die vorübergehend mit dem Fahrzeug verbunden ist, aber ansonsten nicht als ständiges Ausrüstungsteil in das Fahrzeug eingebaut ist.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung kann der Bildsensor 151 zusammen mit der Leuchtfolie 311 bei der Ausrichtung von Bildern, die auf der Windschutzscheibe 116 durch den virtuellen Bildgenerator 105 angezeigt werden, und zur Instrumentierung der reflektierenden Display-Geometrie am HUD-Feld der Windschutzscheibe 116 nützlich sein. Bekannte Merkmale oder Referenzpunkte innerhalb des Musters der Folie 311 ermöglichen die Ausrichtung der Mitte des virtuellen Bildgenerators 105 auf einen bevorzugten Punkt auf der Windschutzscheibe 116. In einer Ausführungsform stimmt die Mitte des virtuellen Bilderzeugers 105 vorzugsweise mit der Mitte des HUD-Feldes überein. Solche Anpassungen können manuell oder autonom vorgenommen werden. Zum Beispiel kann der Bediener über den manuellen Regler 136 ( ) ein vom PGU 104 erzeugtes Zentrierbild 317 auf ein bekanntes Zentriermerkmal oder den Referenzpunkt 315 innerhalb des Musters der Folie 311 einstellen. Alternativ kann eine solche Einstellung auch über den Bildsensor 151 erfolgen, der die Ausrichtung des vom PGU 104 erzeugten Zentrierbildes 317 auf ein bekanntes Zentriermerkmal oder den Referenzpunkt 315 innerhalb des Musters von Folie 311 zurückmeldet. Anpassungen des virtuellen Bildes können auf verschiedene Weise durchgeführt werden, abhängig von der jeweiligen Hardware-Konfiguration des HUD-Systems 101 und insbesondere des virtuellen Bildgenerators 105. Als nichtbegrenzende Beispiele können Anpassungen des virtuellen Bildes durch Drehung eines Innenspiegels im Falle eines DLP-HUD-Systems, durch Anwendung einer Linsenfunktion auf ein Phasenhologramm im Falle eines holographischen HUD-Systems oder durch Bildübersetzung auf einer LCD-Anzeige mit Reservepixeln oder durch x,y-Verschiebung der gesamten LCD-Anzeige in einem LCD-HUD-System vorgenommen werden. Optische Effekte innerhalb eines HUD-Feldes, die vom Bildsensor beobachtet werden, entsprechen weitgehend den optischen Effekten, die von der reflektierenden Oberfläche 118 der Windschutzscheibe 116 innerhalb des HUD-Feldes auf die vom virtuellen Bildgenerator 105 projizierten virtuellen Bilder übertragen werden. Daher können die Krümmung, Wellen, Grübchen und andere Unvollkommenheiten in der Windschutzscheibe für den Betrachter der reflektierten Bilder, wie z.B. der reflektierten virtuellen Bilder des HUD, sichtbar werden. Im Hinblick auf solche Verzerrungseffekte, die durch die reflektierende Oberfläche der Windschutzscheibe hervorgerufen werden, können Anpassungen des projizierten virtuellen Bildes vorgenommen werden, um diesen Effekten entgegenzuwirken. Die Anpassung kann durch bekannte Bildverzerrungs- oder Verzerrungs-Engines vorgenommen werden, die in der PGU, der Steuerung 102 oder einem anderen fahrzeugfernen Prozessor implementiert sind. Vorzugsweise werden solche Korrekturen im nichtflüchtigen Speicher, der dem PGU 104 zugeordnet ist, als Kalibrierung desselben implementiert und auf Rohbilder angewendet, die von der Steuerung 102 für die Projektion und Anzeige bereitgestellt werden. Alternativ können solche Korrekturen in einem nichtflüchtigen Speicher implementiert werden, der der Steuerung 102 als Kalibrierung zugeordnet ist und Korrekturen auf Rohbilder anwendet, bevor sie dem PGU 104 zur Projektion und Anzeige bereitgestellt werden. In einer alternativen Ausführung kann der Bildsensor 151 von einer externen Quelle bereitgestellt werden, die vorübergehend mit dem Fahrzeug verbunden ist, aber ansonsten nicht als festes Ausrüstungsteil in das Fahrzeug eingebaut ist. Vorzugsweise ist der Bildsensor 151 jedoch mit dem virtuellen Bildgenerator 105 so abgestimmt, dass die vom Bildsensor beobachteten optischen Effekte innerhalb des HUD-Feldes den optischen Effekten entsprechen, die von der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Feldes auf die vom virtuellen Bildgenerator 105 projizierten virtuellen Bilder ausgeübt werden. Es ist vorgesehen, dass solche Ausrichtungs- und Verzerrungskorrekturen nur selten erforderlich sind, z.B. bei der Erstmontage des Fahrzeugs, beim Austausch der Windschutzscheibe oder beim Aus- und Einbau des HUD-Systems 101.
  • Unter Bezugnahme auf 4 und erneut auf 2 enthalten zusätzliche Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung den Verweis auf einen HUD-Augenraum 431. In den Figuren ist der Fahrersitz 350 abgebildet, der eine verstellbare Sitzfläche 413, eine verstellbare Rückenlehne 411 und eine verstellbare Kopfstütze 421 umfasst. Der Sitz ist beweglich an den Sitzschienen 415 befestigt und kann innerhalb gewisser Grenzen angehoben, abgesenkt, gekippt und nach vorne/hinten bewegt werden. Die Rückenlehne 411 ist an der Rückseite der Sitzfläche 413 nach unten klappbar. Die Kopfstütze 421 ist an der Rückenlehne 411 über Stützen 225 befestigt, die in den Stützenführungen oben an der Rückenlehne 411 angeordnet sind. Die Kopfstütze 421 ist nach oben und unten verstellbar und kann, ebenfalls in Grenzen, gelenkig oder drehbar sein. Die Sitzeinstellungen können manuell, elektrisch oder durch eine Kombination aus beidem vorgenommen werden. Der Fahrzeugführer kann eine Sitzposition und damit die Augenposition des Fahrers festlegen. Der Augenkasten (Eyebox) 431 befindet sich in der Regel vor der Sitzlehne 411 in der allgemeinen Höhe der Kopfstütze 421.
  • Beispielhafte Kalibrierarrays 435, 445 können Identifikationsmerkmale zur Positionierung innerhalb eines Augenkastens 431 enthalten. Zum Beispiel kann jedes der in 4 illustrierten Kalibrierfelder 435, 445 innerhalb des Augenkastens 431 in 4 so angeordnet werden, dass es die entsprechenden Identifikationsmerkmale innerhalb des HUD-Patches auf der Windschutzscheibe 116 aufweist, wie weiter unten beschrieben. Die Identifikationsmerkmale sind vorzugsweise reflektierend, und noch bevorzugter sind retroreflektierende Merkmale, von denen bekannt ist, dass sie einfallendes Licht mit minimaler Streuung zur Quelle zurückreflektieren. Das Kalibrierfeld 435 kann ein Paar reflektierender Identifikationsmerkmale enthalten, die in der Regel für ein Paar Augen des Bedieners repräsentativ sind. Das Kalibrierfeld 445 kann eine geordnete Matrix von reflektierenden Identifikationsmerkmalen enthalten, die über einen Großteil des nach vorn gerichteten 2-dimensionalen Raumes des Augenkastens 431 verteilt sind. Es können auch ausgedehntere Anordnungen von Identifikationsmerkmalen verwendet werden, die weit über die traditionellen Grenzen eines Augenkastens hinausgehen können und stattdessen näher an der tatsächlichen Größe des HUD-Pflasters dimensioniert sind. Wie hier verwendet, wird ein Kalibrierungsarray innerhalb des Augenkastens in Betracht gezogen, wenn sich mindestens ein Teil des Kalibrierungsarrays innerhalb des Augenkastens befindet. Alternative Anordnungen und Muster sind für Kalibrierungsarrays und im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Beispielsweise kann ein Kalibrierungsarray eine Vielzahl von Zeilen und Spalten mit reflektierenden Merkmalen wie Punkten oder Linien umfassen, die eine Matrix oder ein Gitter mit einem regelmäßigen und bekannten geometrischen Muster bilden. Vorzugsweise reflektieren die Kalibrierungsarrays selektiv die Wellenlängen des Beleuchtungsprojektors 103. Als Alternative zu reflektierenden Identifikationsmerkmalen können die Identifikationsmerkmale aktive strahlende Identifikationsmerkmale wie Flüssigkristallanzeigen (LCD) oder Leuchtdioden (LED) enthalten. Vorzugsweise arbeiten solche aktiv strahlenden Identifikationsmerkmale außerhalb des sichtbaren Spektrums. Vorzugsweise arbeiten die aktiven strahlenden Identifikationsmerkmale im IR-Spektrum. Andere aktive strahlende Identifikationsmerkmale können in Übereinstimmung mit anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Jedes der Kalibrierarrays kann sich innerhalb des reflektierten Sichtfeldes des Bildsensors 151 befinden, wobei das von den Kalibrierarrays reflektierte oder emittierte Licht durch Reflexion an der Windschutzscheibe 116 den Bildsensor 151 erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform liefert also die Reflexion an der Windschutzscheibe 116 des Kalibrierungsarrays das HUD-Patch-Bild. Das Muster ist für den Bildsensor 151 erkennbar, der das HUD-Patch-Bild erfasst.
  • Die Systemeinrichtung und -kalibrierung (z. B. Ausrichtung und Verzerrungskorrektur) kann, wie erwähnt, z. B. bei der Erstmontage des Fahrzeugs, beim Austausch der Windschutzscheibe oder beim Aus- und Einbau des HUD-Systems 101 erfolgen. Daher ist es für die Wiederholbarkeit der Ergebnisse wünschenswert, um einen konsistenten Aufbau zu gewährleisten. In Übereinstimmung mit der Verwendung von Kalibrierfeldern 435, 445 innerhalb eines Augenkastens 431 in der vorliegenden Offenbarung wird die Lage eines Augenkastens im Wesentlichen in Übereinstimmung mit den Fahrzeugreferenzen im Auge definiert. Zum Beispiel können Merkmale innerhalb des Fahrzeugs, die als Referenz für die Lage eines Sichtfensters dienen, z.B. eine oder mehrere A-Säulen, B-Säulen, Türöffnungsrahmen, Dach oder andere strukturelle Merkmale sein. Ein beispielhaftes Merkmal können die Fahrzeugsitzschienen 415 sein. 2 zeigt schematisch eine Halterung 443, die sich auf die Fahrzeugsitzschienen 415 bezieht und das beispielhafte Kalibrierfeld435 trägt. Alternativ kann eine Kopfstützenhalterung 221 an der Kopfstütze 421 angebracht oder an der Sitzlehne 411 anstelle der Kopfstütze über Stützen befestigt werden, die in den Kopfstützenführungen am oberen Ende der Sitzlehne 411 angeordnet sind. Die Kopfstützenhalterung kann dann die beispielhafte Kalibrieranordnung 435 tragen. In einer solchen Ausführung kann der Sitz in Grenzpositionen gebracht werden, um die Variabilität der Befestigung und der Position der Reflektoranordnung in Bezug auf den Bezugsrahmen des Fahrzeugs zu verringern. Zusätzlich können Sitzpositionierungsmotoren verwendet werden, um die Endpositionen festzulegen und/oder die Vorrichtung in eine gewünschte Endposition zu bewegen. Solche anpassungsfähigen Konfigurationen können ferner mit einem Ausrichtungssystem (nicht abgebildet) kombiniert werden, um die Vorrichtung im Raum in Bezug auf den Fahrzeugbezugsrahmen zu positionieren. Ein Ausrichtsystem kann eine oder mehrere Bildkameras in einem bekannten Bildverarbeitungssystem oder ein bekanntes Laserausrichtsystem umfassen, das mit der Vorrichtung oder der Kalibrieranordnung gekoppelt und z.B. mit dem Fahrzeugbezugsrahmen indexiert ist. In einer anderen Ausführungsform zur Lokalisierung des Kalibrierungsarrays 435 innerhalb eines Augenkastens kann die Industrierobotik 231 mit oder ohne Ausrichtungssystem, wie oben beschrieben, eingesetzt werden.
  • Unter zusätzlicher Bezugnahme auf wird Windschutzscheibe 116 mit der Folie 311 gezeigt, der mindestens einen Teil des HUD-Feldes abdeckt. Die Folie 311 kann polarisationsabhängige Reflexions- und Fluoreszenzmerkmale aufweisen, die ein oder mehrere Identifikationsmerkmale, wie z.B. ein Gitter, definieren, wie gezeigt und wie zuvor hier ausführlich beschrieben. Die beispielhafte Kalibrieranordnung 435 einschließlich des Paars reflektierender Identifikationsmerkmale wird durch den Beleuchtungslichtstrahl 126 beleuchtet, der von der Windschutzscheibe 116 reflektiert wird. Der Bildsensor 151 beobachtet das von der Windschutzscheibe 116 reflektierte Kalibrierungsarray-Bild 511 innerhalb des HUD-Feldes und relativ zum Gitter der Folie 311. Mit diesen Informationen kann das Reflektorarray 435 verwendet werden, um die Mitte der Sichtachse des Benutzers zu bestimmen, die der Position des Kalibrierarrays 435 entspricht. Das Vorhandensein des Gitters der Folie 311, das den größeren Bereich des HUD-Feldes abdeckt, ermöglicht die hier beschriebene Verzerrungskorrektur. In der vorliegenden Ausführung enthält das HUD-Patch-Bild also die Reflexion von der Windschutzscheibe 116 des Kalibrierungsarrays und die Filmreflexion und/oder Fluoreszenz. Die Muster sind mit dem Bildsensor 151 erkennbar, der das HUD-Patch-Bild aufnimmt.
  • Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 6 wird Windschutzscheibe 116 ohne Folie gezeigt, der das HUD-Feld bedeckt. In dieser Ausführungsform wird das beispielhafte Kalibrierfeld 445 mit einer geordneten Matrix von Reflektoren, die über einen Großteil des nach vorn gerichteten 2-dimensionalen Raumes des Augenkastens 431 verteilt sind, von dem Beleuchtungslichtstrahl 126 beleuchtet, der von der Windschutzscheibe 116 reflektiert wird. Der Bildsensor 151 beobachtet das von der Windschutzscheibe 116 reflektierte Reflektorarray-Bild 611 innerhalb des HUD-Feldes. Mit diesen Informationen kann das Kalibrierarray 445 verwendet werden, um die Mitte der Anwender-Betrachtungsachse zu bestimmen, die dem Kalibrierort entspricht. Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein des reflektierten Bildes der geordneten Matrix von Reflektoren, die den größeren Bereich des HUD-Feldes abdeckt, eine Verzerrungskorrektur in der gleichen Weise, wie zuvor in Bezug auf das Gitter der Folienverkörperungen beschrieben.
  • In alternativen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der IR-Projektor eliminiert werden kann und Identifikationsmerkmale in einer geordneten Matrix aus reflektierenden Identifikationsmerkmalen, die über einen Großteil des nach vorne gerichteten 2-dimensionalen Raumes des Augenraums verteilt sind, oder aktive strahlende Identifikationsmerkmale wie Flüssigkristallanzeigen (LCD) oder Leuchtdioden (LED) sein können. Vorzugsweise arbeiten solche aktiv strahlenden Identifikationsmerkmale außerhalb des sichtbaren Spektrums. Vorzugsweise arbeiten die aktiven strahlenden Identifikationsmerkmale im IR-Spektrum. Andere aktive strahlende Identifikationsmerkmale können in Übereinstimmung mit anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Es können expansivere Anordnungen von Identifikationsmerkmalen verwendet werden, die weit über die traditionellen Grenzen eines Augenkastens hinausgehen können und stattdessen näher an der tatsächlichen Größe des HUD-Pflasters dimensioniert sind. Ein solches Kalibrierungsarray kann sich innerhalb des reflektierten Sichtfeldes des Bildsensors 151 befinden, wobei das von den Identifikationsmerkmalen emittierte Licht durch Reflexion an der Windschutzscheibe 116 den Bildsensor 151 erreicht.
  • Wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, aber auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind.
  • Es sollte verstanden werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Ferner kann, obwohl jede der Ausführungsformen oben als mit bestimmten Merkmalen versehen beschrieben ist, ein oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
  • Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es von den Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von ihrem Anwendungsbereich abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Anwendungsbereich abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die einzelnen offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen einschließt, die in ihren Anwendungsbereich fallen.

Claims (10)

  1. Eine HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein HUD-Patch, der auf einer reflektierenden Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs definiert ist; einen virtuellen Bildgenerator zur Projektion eines virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Patches; einen Bildsensor, der mit dem virtuellen Bildgenerator gekoppelt ist und ein Sichtfeld hat, das den HUD-Patch umfasst; und eine Steuerung, die konfiguriert ist zum: Erhalten, vom Bildsensor, eines HUD-Patch-Bildes; und Anpassen des projizierten virtuellen Bild basierend auf dem HUD-Patch-Bild.
  2. Die Vorrichtung von Anspruch 1, ferner umfassend: einen Film, der auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patches angeordnet ist und ein oder mehrere Identifikationsmerkmale aufweist, die von dem HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind, wobei das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale der Steuerung Informationen liefern, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen; und wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes umfasst, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  3. Die Vorrichtung von Anspruch 1, ferner umfassend: einen Film, der auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Patches angeordnet ist und ein oder mehrere Identifikationsmerkmale umfasst, die von dem HUD-Patch-Bild unterscheidbar sind, wobei das eine oder die mehreren Identifikationsmerkmale der Steuerung Informationen liefern, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen; eine Kalibrierungsanordnung, die in einem HUD-Augenraum des Fahrzeugs positioniert ist, wobei das HUD-Patch-Bild die von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektierte Kalibrierungsanordnung umfasst; wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes umfasst, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken; und wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Zentrieren des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage der Kalibrierungsanordnung umfasst.
  4. Die Vorrichtung von Anspruch 1, ferner umfassend: eine Kalibrierungsanordnung, die in einem HUD-Augenraum des Fahrzeugs positioniert ist, wobei das HUD-Patch-Bild die Kalibrierungsanordnung umfasst, die von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird, wobei das HUD-Patch-Bild der Steuerung Informationen liefert, die den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Patches entsprechen; und wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes umfasst, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  5. Eine HUD-Vorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein HUD-Patch, der auf einer reflektierenden Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs definiert ist; einen IR-Projektor, der einen IR-Lichtstrahl liefert, der das HUD-Patch beleuchtet; einen virtuellen Bildgenerator zur Projektion eines virtuellen Bildes innerhalb des HUD-Patches; einen Bildsensor, der mit dem virtuellen Bildgenerator verbunden ist und ein Sichtfeld aufweist, das den HUD-Patch umfasst, wobei der Bildsensor ein HUD-Patch-Bild liefert; einen Film, der auf der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb des HUD-Feldes angeordnet ist und geometrische Merkmale umfasst, die von dem HUD-Feldbild unterscheidbar sind, wenn es durch den IR-Lichtstrahl beleuchtet wird, wobei die geometrischen Merkmale Informationen liefern, die Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche innerhalb des HUD-Feldes entsprechen; eine Steuerung, die konfiguriert ist zum: vom Bildsensor das HUD-Patch-Bild empfangen; und das projizierte virtuelle Bild basierend auf dem HUD-Patch-Bild anpassen.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes umfasst, um den Verzerrungseffekten der reflektierenden Oberfläche entgegenzuwirken.
  7. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Zentrieren des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage eines gewünschten Zentrums umfasst.
  8. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Folie polarisationsabhängige Reflexion aufweist.
  9. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Folie Fluoreszenz enthält.
  10. Die Vorrichtung von Anspruch 6, ferner umfassend: eine Kalibrierungsanordnung, die innerhalb eines HUD-Augenraums des Fahrzeugs positioniert ist, wobei das HUD-Patch-Bild die Kalibrierungsanordnung umfasst, die von der reflektierenden Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird, wobei das HUD-Patch-Bild der Steuerung Informationen liefert, die einem gewünschten Zentrum für das projizierte virtuelle Bild innerhalb des HUD-Patches entsprechen; und wobei das Anpassen des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes das Zentrieren des projizierten virtuellen Bildes auf der Grundlage des HUD-Patch-Bildes umfasst.
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