DE102021122159A1 - Compact dual head-up display for two occupants in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine kompakte Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, die zur Erzeugung je eines eigenen virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld von zwei oder mehr Benutzern ausgebildet ist, die in einer horizontalen Richtung der Vorrichtung zueinander versetzt sind. Die Vorrichtung umfasst eine bildgebende Einheit mit einer Displayfläche, die zur Erzeugung individueller Anzeigeinhalte für die zwei oder mehr Benutzer in zugehörigen verschiedenen Displayflächenbereichen ausgebildet ist, und eine kompakte Combinerscheibe, die im Strahlengang eines von der Displayfläche ausgehenden Gesamtstrahlenbündels angeordnet und in der horizontalen Richtung der Vorrichtung in zwei oder mehr Reflexions-Teilflächen unterteilt ist, die jeweils nur ein Teilstrahlenbündel mit dem für einen der Benutzer bestimmten Anzeigeinhalt zu seiner Eyebox reflektieren. Hierzu schließen die für benachbarte Benutzer bestimmten Reflexions-Teilflächen unter einem horizontalen Anstellwinkel von jeweils mehr als 180° mit Ausbildung eines Knicks in der Combinerscheibe aneinander, sodass sich Teilstrahlenbündel, die zu verschiedenen Benutzern reflektiert werden, nicht kreuzen können.The invention relates to a compact multi-user head-up display device for a vehicle, which is designed to generate a separate virtual display image in the field of view of two or more users who are offset from one another in a horizontal direction of the device. The device comprises an imaging unit with a display surface, which is designed to generate individual display content for the two or more users in associated different display surface areas, and a compact combiner disk, which is arranged in the beam path of a total beam of rays emanating from the display surface and in the horizontal direction of the device is divided into two or more reflection sub-areas, each of which reflects only a partial beam of rays with the display content intended for one of the users to its eyebox. For this purpose, the partial reflection surfaces intended for neighboring users close together at a horizontal angle of incidence of more than 180° in each case, forming a kink in the combiner disk, so that partial beams of rays that are reflected to different users cannot cross.
Description
Die Erfindung betrifft Blickfeldanzeigevorrichtungen, die auch unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind und insbesondere in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug zum Einsatz kommen können. Derartige Blickfeldanzeigevorrichtungen sind zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen Anzeigebilds über Reflexion an einer Fahrzeugfrontscheibe oder an einer eigens hierzu vorgesehenen Combinerscheibe ausgebildet, die im Blickfeld des Benutzers angeordnet ist. Die Erfindung richtet sich auch auf ein damit ausgestattetes Fahrzeug.The invention relates to head-up display devices, which are also known by the name head-up display (HUD) and can be used in particular in a motor vehicle or another land, air or water vehicle. Such field of view display devices are designed to generate a virtual display image superimposed in the field of vision of a user via reflection on a vehicle windshield or on a combiner pane provided specifically for this purpose, which is arranged in the user's field of vision. The invention also relates to a vehicle equipped therewith.
So ist es beispielsweise für Kraftfahrzeuge bekannt, mittels eines sogenannten Combiner-HUDs einen Anzeigeinhalt wie eine Angabe über eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder andere nützliche Navigations- und Fahrzeugbedienungshinweise in Form eines virtuellen Anzeigebilds dem vom Fahrer beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug zu überlagern, damit er seinen Blick zum Ablesen dieser Anzeige nicht von der Straße abwenden muss. Hierzu umfasst ein Combiner-HUD eine Combinerscheibe, die fahrzeuginnenseitig vor der Frontscheibe im Blickfeld des Fahrers angeordnet und für das durch die Frontscheibe einfallende Umgebungslicht zumindest teilweise transparent ist. Zur Erzeugung des Anzeigeinhalts umfasst ein Combiner-HUD in klassischer Bauweise eine unterhalb der Combinerscheibe im Inneren der Instrumententafel untergebrachte Projektionseinheit. Diese enthält eine bildgebende Einheit, beispielsweise ein Display, zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt sowie gegebenenfalls eine geeignete Abbildungs- und Projektionsoptik, um das erzeugte Lichtstrahlenbündel so zu formen und auf die Combinerscheibe zu lenken, dass es von dieser zu den Augen des Fahrers reflektiert wird und er das virtuelle Anzeigebild als in einer geeigneten Entfernung hinter der Combinerscheibe schwebend sehen kann.For example, it is known for motor vehicles to use a so-called combiner HUD to superimpose display content such as information about a speed limit or other useful navigation and vehicle operating instructions in the form of a virtual display image on the real image of the surroundings in front of the vehicle observed by the driver, so that he can see do not have to turn away from the road to read this display. For this purpose, a combiner HUD includes a combiner pane, which is arranged on the inside of the vehicle in front of the windshield in the driver's field of vision and is at least partially transparent to the ambient light incident through the windshield. To generate the display content, a combiner HUD in a classic design includes a projection unit located below the combiner screen inside the instrument panel. This contains an imaging unit, for example a display, for generating a light beam with the desired display content and, if necessary, suitable imaging and projection optics to shape the generated light beam and direct it onto the combiner disk so that it reflects from it to the driver's eyes and he can see the virtual display image as hovering at a suitable distance behind the combiner disk.
Derartige Head-Up-Systeme funktionieren aktuell nur für einen Benutzer, beispielsweise nur für den Fahrer. Das bedeutet: Wenn ein zweiter Benutzer (beispielsweise ein Beifahrer) relevante Fahrinformationen sehen will, muss er auf herkömmliche Displays in der Instrumententafel wie das Kombiinstrument oder das zentrale Informationsdisplay sehen. Das virtuelle Anzeigebild, welches von einem Combiner-HUD direkt vor dem Fahrer erzeugt wird, kann der Beifahrer nicht sehen.Such head-up systems currently only work for one user, for example only for the driver. This means that if a second user (e.g. a passenger) wants to see relevant driving information, they have to look at conventional displays in the instrument panel such as the instrument cluster or the central information display. The passenger cannot see the virtual display image, which is generated by a combiner HUD directly in front of the driver.
Um diese Anzeigeform für mehrere Insassen im Fahrzeug zu ermöglichen, muss aktuell für jede Person, etwa für Fahrer und Beifahrer, ein eigenes HUD-System im Raumbereich vor dieser Person verbaut werden. Dies ist im Hinblick auf Kosten, den Bauraum und die Komplexität entsprechend aufwendig.In order to enable this form of display for several occupants in the vehicle, a separate HUD system must currently be installed for each person, such as the driver and front passenger, in the area in front of this person. This is correspondingly expensive in terms of costs, installation space and complexity.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative oder im Hinblick auf Kosten, den Bauraum, die Komplexität oder andere Gesichtspunkte verbesserte Blickfeldanzeigevorrichtung anzugeben, die Erzeugung virtueller Anzeigebilder im Blickfeld von zwei oder mehr Benutzern gleichzeitig ermöglicht. Insbesondere soll diese Blickfeldanzeigevorrichtung zum Einsatz in einem Fahrzeug geeignet sein.It is therefore an object of the present invention to provide an alternative head-up display device which is improved in terms of cost, installation space, complexity or other aspects and which enables the generation of virtual display images in the field of view of two or more users at the same time. In particular, this head-up display device should be suitable for use in a vehicle.
Diese Aufgabe wird durch eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch 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 die Blickfeldanzeigevorrichtung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das Fahrzeug, wie auch umgekehrt. This object is achieved by a head-up display device according to
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine kompakte Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung (nachfolgend auch einfach „Blickfeldanzeigevorrichtung“ genannt) vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet sein kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann beispielsweise als ein Head-up-Display (HUD) ausgebildet sein. Beim Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.According to a first aspect, a compact multi-user visual field display device (hereinafter also simply referred to as “visual field display device”) is provided, which can be designed in particular for use in a vehicle. The head-up display device can be embodied as a head-up display (HUD), for example. The vehicle can be a motor vehicle, but also any other land, air or water vehicle.
Die vorgeschlagene Blickfeldanzeigevorrichtung ist zur Erzeugung je eines eigenen virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld von zwei oder mehr Benutzern ausgebildet, deren Eyeboxen in Bezug auf eine horizontale Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung zueinander versetzt oder nebeneinander angeordnet sind, insbesondere mit einem vorbestimmten Abstand voneinander in der genannten horizontalen Richtung. (Als Eyebox wird wie üblich ein zwei- oder dreidimensionaler Raumbereich verstanden, aus welchem der jeweilige Benutzer das für ihn erzeugte virtuelle Anzeigebild sehen kann, insbesondere mit einer uneingeschränkten Darstellungsqualität.)The proposed head-up display device is designed to generate a separate virtual display image in the field of view of two or more users whose eyeboxes are offset from one another or arranged next to one another in relation to a horizontal direction of the head-up display device, in particular at a predetermined distance from one another in said horizontal direction. (As usual, an eyebox is understood to be a two- or three-dimensional spatial area from which the respective user can see the virtual display image generated for him, in particular with an unrestricted display quality.)
Hierzu umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung erstens eine bildgebende Einheit mit einer Displayfläche, die zur unabhängigen Erzeugung individueller Anzeigeinhalte für jeden dieser Benutzer in zugehörigen verschiedenen Displayflächenbereichen ausgebildet ist. Zweitens umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung eine kompakt ausgebildete Combinerscheibe, die im Strahlengang eines von der Displayfläche ausgehenden Gesamtstrahlenbündels angeordnet ist. Dabei ist die Combinerscheibe in der horizontalen Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung in zwei oder mehr Reflexions-Teilflächen unterteilt, die jeweils nur für einen der Benutzer bestimmt sind, indem jede Reflexions-Teilfläche nur ein Teilstrahlenbündel mit dem für diesen Benutzer bestimmten Anzeigeinhalt zu seiner Eyebox reflektiert.For this purpose, the field of vision display device firstly comprises an imaging unit with a display surface, which is designed to independently generate individual display content for each of these users in associated different display surface areas. Secondly, the visual field display device comprises a compact combiner disk, which is arranged in the beam path of a total beam of rays emanating from the display surface. Here is the combiner disc divided in the horizontal direction of the head-up display device into two or more reflective sub-areas, each intended only for one of the users, in that each reflective sub-area reflects only a partial beam of rays with the display content intended for this user to its eyebox.
Diese Funktionalität wird dadurch gewährleistet, dass die für benachbarte Benutzer bestimmten Reflexions-Teilflächen unter einem geeigneten horizontalen Anstellwinkel von jeweils mehr als 180° mit Ausbildung eines entsprechenden Knicks in der Combinerscheibe aneinander anschließen. Mit anderen Worten ist die Combinerscheibe am Übergang von einer Reflexions-Teilfläche zu der für den nächsten Benutzer vorgesehenen Reflexions-Teilfläche aus Sicht der Benutzer „nach hinten abknickend“ ausgebildet.This functionality is ensured by the fact that the partial reflection surfaces intended for neighboring users connect to one another at a suitable horizontal angle of attack of more than 180° in each case, with the formation of a corresponding kink in the combiner pane. In other words, at the transition from a partial reflection surface to the partial reflection surface provided for the next user, the combiner disk is designed to "bend backwards" from the user's point of view.
Dank dieser Ausgestaltung der Combinerscheibe kreuzen sich die Teilstrahlenbündel, die von verschiedenen Reflexions-Teilflächen reflektiert werden, nur in deren virtueller Fortsetzung hinter der Combinerscheibe und können daher jeweils nur die für den zugehörigen Benutzer bestimmte Eyebox erreichen. Auch die für verschiedene Benutzer erzeugten virtuellen Anzeigebilder können sich dabei hinter der Combinerscheibe kreuzen (vgl. die in den
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, mit einer einzigen und kompakt ausgebildeten Blickfeldanzeigevorrichtung (HUD) eine Anzeige für beispielsweise zwei verschiedene Personen, wie einen Fahrer und einen weiteren Insassen in einem Kraftfahrzeug, zu ermöglichen. Das hierin vorgeschlagene System ermöglicht insbesondere mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine unabhängige Bild-/Film-Darstellung für Fahrer und Beifahrer. Beispielsweise kann dem Fahrer ein virtuelles Anzeigebild mit wichtiger Fahrerinformation wie Geschwindigkeitsangaben oder Navigation dargestellt werden, während dem Beifahrer gleichzeitig ein Entertainment-Film ins Blickfeld eingeblendet wird. Der Fahrer bleibt ungestört, er kann kein Bild erkennen:
- Störung eines Benutzers durch Anzeigeinhalte, die einem anderen Benutzer dargestellt werden, ist mit dem hierin beschriebenen Aufbau der Combinerscheibe ausgeschlossen. Selbst wenn ein Benutzer seinen Kopf stark in Richtung seines Nachbars drehen würde, könnte er dessen virtuelles Anzeigebild nicht sehen. Dadurch kann nicht nur Privatsphäre unter den Benutzern zuverlässig gewahrt werden, sondern ist auch eine besondere Eignung zum Einsatz in einem Fahrzeug gegeben: Der Fahrer kann durch Anzeigeinhalte, die für die Beifahrer bestimmt sind, auch dann nicht gestört werden, wenn er beim Ausführen der Fahraufgabe seine Blickrichtung stark ändern muss, um in seitliche Bereiche der Frontscheibe oder in die Seitenscheiben des Fahrzeugs zu blicken.
- Disturbance of a user by display content presented to another user is ruled out with the structure of the combiner disk described herein. Even if a user turned his head strongly toward his neighbor, he could not see his virtual display image. As a result, not only can privacy among the users be reliably maintained, but there is also a particular suitability for use in a vehicle: the driver cannot be disturbed by display content intended for the passengers, even if he is performing the driving task has to change his line of sight significantly in order to look into the side areas of the windscreen or into the side windows of the vehicle.
Die Combinerscheibe kann dabei derart kompakt ausgebildet sein, dass sie sich in deren horizontaler Richtung nur in einem Raumbereich direkt gegenüber einem Benutzer und/oder zwischen zwei solchen Raumbereichen erstreckt. Die Combinerscheibe kann insbesondere zumindest teilweise transparent für das rückseitig einfallende Umgebungslicht ausgebildet sein, damit das virtuelle Anzeigebild einer vom Benutzer betrachteten realen Umgebung überlagert wird. Die Combinerscheibe kann, muss aber nicht zwingend einteilig, d. h. ununterbrochen am Übergang zwischen den einzelnen Reflexions-Teilflächen ausgebildet sein: Die für benachbarte Benutzer bestimmten Reflexions-Teilflächen können auch voneinander getrennt ausgebildet sein und unter dem genannten Anstellwinkel aneinandergrenzen oder nah zueinander angeordnet sein. Sie können aber auch ohne Unterbrechung in der Combinerscheibe aneinander anschließen. Unterschiedliche Möglichkeiten hierfür und deren jeweilige Eigenschaften und Wirkungen/Vorteile werden aus den im Weiteren angegebenen Ausführungsformen und Beispielen ersichtlich. Weitere optische Komponenten, wie beispielsweise Umlenkspiegel zur Faltung des Strahlengangs oder andersartige optische Elemente, können zwischen der bildgebenden Einheit und der Combinerscheibe vorgesehen sein, sind aber grundsätzlich nicht erforderlich.The combiner disk can be designed so compactly that in its horizontal direction it only extends in a spatial area directly opposite a user and/or between two such spatial areas. The combiner pane can in particular be designed to be at least partially transparent to the ambient light incident on the rear, so that the virtual display image is superimposed on a real environment viewed by the user. The combiner disk can, but does not necessarily have to, be in one piece, i. H. be formed uninterruptedly at the transition between the individual partial reflection surfaces: The partial reflection surfaces intended for neighboring users can also be formed separately from one another and adjoin one another at the stated angle of incidence or be arranged close to one another. However, they can also be connected to one another without an interruption in the combiner disk. Different options for this and their respective properties and effects/advantages are evident from the embodiments and examples given below. Additional optical components such as, for example, deflection mirrors for folding the beam path or other types of optical elements can be provided between the imaging unit and the combiner disk, but are generally not required.
Das Grundprinzip der Abbildungserzeugung kann ähnlich einem Combiner-HUD eingangs genannter Art sein, wobei der Unterschied aber in der Combinerscheibe liegt, welche zwar auch hier als Spiegel dient, jedoch in zwei bzw. mehr Reflexions-Teilflächen für je eine separate Eyebox aufgeteilt ist. Für jede Eyebox ist die zugehörige Reflexions-Teilfläche als eine optimal geformte Spiegelscheibe ausgeführt (beispielsweise eine für den Fahrer und eine weitere für den Beifahrer). Über diese Spiegel werden bestimmte zugehörige Bereiche der Displayfläche zu den Augen der Benutzer zurückgespiegelt, um als virtuelle Anzeigebilder sichtbar zu werden. Die einzelnen Reflexions-Teilflächen können dabei eben (planar) oder mit einer geeigneten Krümmung für eine gewünschte zusätzliche optische Wirkung wie Bildvergrößerung etc. ausgebildet sein.The basic principle of the image generation can be similar to a combiner HUD of the type mentioned at the beginning, but the difference lies in the combiner disk, which also serves as a mirror here, but is divided into two or more partial reflection surfaces for a separate eyebox each. For each eye box, the associated partial reflection surface is designed as an optimally shaped mirror pane (for example one for the driver and another for the passenger). Certain associated areas of the display surface are reflected back to the user's eyes via these mirrors in order to become visible as virtual display images. The individual partial reflection surfaces can be flat (planar) or designed with a suitable curvature for a desired additional optical effect such as image enlargement, etc.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Blickfeldanzeigevorrichtung zur Erzeugung voneinander unabhängiger virtueller Anzeigebilder für genau zwei Benutzer, beispielsweise für einen Fahrer und einen Beifahrer, ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Displayfläche zur unabhängigen Erzeugung individueller Anzeigeinhalte für die zwei Benutzer in zwei zugehörige Displayflächenbereiche unterteilt. Auch die Combinerscheibe ist in genau zwei Reflexions-Teilflächen unterteilt, die unter einem vorbestimmten horizontalen Anstellwinkel von mehr als 180° mit Ausbildung eines Knicks in der Combinerscheibe aneinander anschließen. Mit anderen Worten ist die Combinerscheibe am Übergang von einer ersten Reflexions-Teilfläche zu der für den zweiten Benutzer vorgesehenen zweiten Reflexions-Teilfläche nach hinten abknickend ausgebildet, sodass sich ein erstes Teilstrahlenbündel, das von der ersten Reflexions-Teilfläche reflektiert wird, und das zweite Teilstrahlenbündel, das von der zweiten Reflexions-Teilfläche reflektiert wird, nur in deren virtueller Fortsetzung hinter der Combinerscheibe kreuzen.According to one specific embodiment, the visual field display device is designed to generate mutually independent virtual display images for precisely two users, for example a driver and a passenger. In this execution The display surface is divided into two associated display surface areas for the independent generation of individual display content for the two users. The combiner disk is also subdivided into exactly two partial reflection surfaces, which adjoin one another at a predetermined horizontal angle of attack of more than 180° with the formation of a kink in the combiner disk. In other words, the combiner disk is designed to bend backwards at the transition from a first partial reflection surface to the second partial reflection surface provided for the second user, so that a first partial beam of rays, which is reflected by the first partial reflection surface, and the second partial beam of rays , which is reflected by the second reflection partial surface, cross only in its virtual continuation behind the combiner disk.
Für die Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art ist grundsätzlich nur ein Display notwendig. Mit anderen Worten kann die bildgebende Einheit mit einer durchgehenden Displayfläche ausgebildet sein, die in die genannten verschiedenen Displayflächenbereiche für die verschiedenen Benutzer unterteilt ist. Dadurch kann sich ein besonders platzsparender und in der Herstellung günstiger Gesamtaufbau der Blickfeldanzeigevorrichtung ergeben. Die Unterteilung der Displayfläche in die einzelnen Displayflächenbereiche und deren relativen Größen können in der Displaysteuerung (vor-)programmiert sein und bei Bedarf flexibel variiert werden. Die Informationen der jeweiligen Anzeige können benutzerseitig einstellbar sein: Ähnlich wie ein Fahrer bei einem herkömmlichen Combiner-HUD darzustellende Informationen über ein Benutzerinterface an Bord des Fahrzeugs auswählen kann, kann das bei der vorliegenden Blickfeldanzeigevorrichtung zusätzlich auch für die weiteren Benutzer/Insassen implementiert sein.In principle, only one display is required for the head-up display device of the type presented here. In other words, the imaging unit can be designed with a continuous display area, which is divided into the different display area areas mentioned for the different users. This can result in a particularly space-saving overall structure of the visual field display device that is economical to manufacture. The subdivision of the display area into the individual display area areas and their relative sizes can be (pre-)programmed in the display control and flexibly varied as required. The information of the respective display can be set by the user: Similar to how a driver can select information to be displayed in a conventional combiner HUD via a user interface on board the vehicle, this can also be implemented for the other users/occupants in the present visual field display device.
Alternativ hierzu kann die bildgebende Einheit zwei oder mehr separat ausgebildete Einzeldisplays umfassen, deren jeweilige Einzeldisplayflächen die genannten verschiedenen Displayflächenbereiche für die verschiedenen Benutzer bilden. Bei dieser Ausgestaltung können die einzelnen Displayflächenbereiche je nach Anforderungen für den jeweiligen Benutzer auch hardwaretechnisch unterschiedlich konzipiert sein, wobei beispielsweise unterschiedliche Displaytechnologien und/oder Auflösungen und/oder Diagonalgrößen zum Einsatz kommen können.As an alternative to this, the imaging unit can comprise two or more separately designed individual displays whose respective individual display areas form the various display area areas mentioned for the different users. In this configuration, the individual display surface areas can also be designed differently in terms of hardware, depending on the requirements for the respective user, with different display technologies and/or resolutions and/or diagonal sizes being able to be used, for example.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Combinerscheibe zumindest in der genannten horizontalen Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung als Ganzes relativ zu der Displayfläche verschiebbar, um relative Flächenanteile der genannten Displayflächenbereiche in der Displayfläche (und damit relative Größen der für verschiedene Benutzer erzeugten virtuellen Anzeigebilder in horizontaler Richtung) zu verändern. Dabei ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die bildgebende Einheit zur Erzeugung der für verschiedene Benutzer bestimmten Anzeigeinhalte in zugehörigen Displayflächenbereichen anzusteuern, welche der jeweils eingestellten Position der Combinerscheibe relativ zur Displayfläche entsprechen. Zum vollständig automatisierten und/oder benutzerseitig steuerbaren Verschieben der Combinerscheibe kann die Blickfeldanzeigevorrichtung eine geeignete kinematische Einrichtung etwa in Form eines elektro-mechanischen Aktuators aufweisen. Prinzipiell ist auch eine manuelle Verschiebung der Combinerscheibe durch die Benutzer möglich.According to one embodiment, the combiner disk is displaceable as a whole relative to the display surface, at least in said horizontal direction of the field of view display device, in order to change relative surface areas of said display surface areas in the display surface (and thus relative sizes of the virtual display images generated for different users in the horizontal direction). In this case, the device is set up to control the imaging unit for generating the display content intended for different users in associated display surface areas, which correspond to the respectively set position of the combiner disk relative to the display surface. For the fully automated and/or user-controlled displacement of the combiner disk, the visual field display device can have a suitable kinematic device, for example in the form of an electromechanical actuator. In principle, it is also possible for the user to move the combiner disc manually.
Bei dieser Ausführungsform kann die bildgebende Einheit insbesondere als ein einzelnes Display mit einer durchgehenden Displayfläche ausgebildet sein, deren Aufteilung in einzelne Displayflächenbereiche durch die Displaysteuerung variierbar ist. Insbesondere kann dabei die horizontale Abmessung der Combinerscheibe deutlich über den Querschnitt des Gesamtstrahlenbündels hinausgehen, damit die Combinerscheibe bei jeder einstellbaren horizontalen Position das gesamte vom Display erzeugte Strahlenbündel reflektiert, jedoch mit jeweils unterschiedlicher Aufteilung auf die verschiedenen Benutzer. In this embodiment, the imaging unit can be designed in particular as a single display with a continuous display surface, the division of which into individual display surface areas can be varied by the display control. In particular, the horizontal dimensions of the combiner disk can go well beyond the cross section of the total beam of rays, so that the combiner disk reflects the entire beam of rays generated by the display in every adjustable horizontal position, but with a different distribution to the different users.
Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eine der Reflexions-Teilflächen unabhängig von den anderen Reflexions-Teilflächen der Combinerscheibe um eine vorbestimmte horizontale Drehachse rotierbar (d. h. bezüglich der Vertikalen verkippbar), um die Strahlausbreitungsrichtung des von dieser Reflexions-Teilfläche reflektierten Teilstrahlenbündels an eine Sitzhöhe und/oder Sitzlehnen-Neigung des betreffenden Benutzers anzupassen. Dadurch kann beispielsweise die Eyeboxlage und die virtuelle Anzeigebildlage an das Wechseln zwischen einer Sitz- und Liegeposition des betreffenden Benutzers anpassbar sein. Die vorbestimmte horizontale Drehachse erstreckt sich entlang der horizontalen Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung. Zum vollständig automatisierten und/oder benutzerseitig steuerbaren Verkippen der Reflexions-Teilfläche kann die Blickfeldanzeigevorrichtung eine geeignete kinematische Einrichtung etwa in Form eines elektro-mechanischen Aktuators aufweisen. Dies kann in Kombination mit einem Kopflagensensor implementiert sein, um die Verkippung der Reflexions-Teilfläche automatisch einer Kopflage des betreffenden Benutzers nachzuführen. Prinzipiell ist aber auch eine manuelle Verkippung der Reflexions-Teilfläche durch die Benutzer möglich.According to one embodiment, at least one of the partial reflection surfaces can be rotated about a predetermined horizontal axis of rotation (i.e. tiltable with respect to the vertical) independently of the other partial reflection surfaces of the combiner disk, in order to adjust the beam propagation direction of the partial beam of rays reflected by this partial reflection surface to a seat height and/or Adjust seat back inclination of the user concerned. As a result, for example, the eyebox position and the virtual display image position can be adapted to changing between a sitting and lying position of the user in question. The predetermined horizontal axis of rotation extends along the horizontal direction of the head-up display device. For fully automated and/or user-controlled tilting of the partial reflection surface, the visual field display device can have a suitable kinematic device, for example in the form of an electromechanical actuator. This can be implemented in combination with a head-position sensor in order to automatically track the tilting of the partial reflection surface to a head position of the relevant user. In principle, however, manual tilting of the partial reflection area by the user is also possible.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Combinerscheibe als eine durchgehend eben (d. h. planar) oder knickfrei gekrümmt ausgebildete Trägerscheibe mit einer darin oder darauf eingebrachten prismatischen Schicht oder Folie ausgebildet. Die prismatische Schicht/Folie erstreckt sich bei dieser Ausführungsform entlang der Trägerscheibe und idealerweise über die gesamte Fläche der in sich zusammenhängend ausgebildeten Combinerscheibe. In der prismatischen Schicht/Folie sind viele untereinander identische Prismen entlang der Combinerscheibenfläche nebeneinander angeordnet, beispielsweise gleichmäßig verteilt. Sie können insbesondere jeweils unmittelbar aneinander angrenzen.According to one embodiment, the combiner disk is designed as a continuously flat (ie, planar) or kink-free curved support disc with a prismatic layer or film incorporated therein or thereon. In this embodiment, the prismatic layer/foil extends along the carrier disk and ideally over the entire surface of the combiner disk, which is designed in a cohesive manner. In the prismatic layer/foil, many identical prisms are arranged next to one another along the surface of the combiner disk, for example evenly distributed. In particular, they can in each case directly adjoin one another.
Bei dieser Ausführungsform setzen sich die zueinander angewinkelten Reflexions-Teilflächen der Combinerscheibe jeweils aus einer Vielzahl untereinander identischer reflektierender Prismenkanten dieser Prismen zusammen. Die Anzahl und Größe der einzelnen Prismen unterliegen grundsätzlich keiner Beschränkung. Rein beispielhaft können lineare Abmessungen der einzelnen Prismen entlang der Combinerscheibe im Millimeter- oder auch Mikrometerbereich liegen. Die reflektierende Wirkung der Prismenkanten für das betreffende Teilstrahlenbündel kann in jeder geeigneten Weise, beispielsweise durch Totalreflexion an einer optischen Grenzfläche oder durch eine extra vorgesehene reflektierende Beschichtung, realisiert sein. Bei dieser Ausführungsform kann die Combinerscheibe in einem Fahrzeug grundsätzlich auch durch einen Flächenabschnitt der Frontscheibe gebildet sein, in welchem die genannte prismatische Schicht/Folie ein-/aufgebracht ist.In this embodiment, the partial reflection surfaces of the combiner disk, which are angled relative to one another, are each composed of a large number of identical reflecting prism edges of these prisms. The number and size of the individual prisms are not subject to any restrictions. Purely by way of example, the linear dimensions of the individual prisms along the combiner disk can be in the millimeter or micrometer range. The reflective effect of the prism edges for the sub-beam in question can be realized in any suitable manner, for example by total reflection at an optical interface or by an extra reflective coating provided. In this embodiment, the combiner pane in a vehicle can basically also be formed by a surface section of the front pane, in which the said prismatic layer/foil is incorporated/applied.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst eine Frontscheibe, eine darunter angeordnete Instrumententafel sowie eine kompakte Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art, deren bildgebende Einheit im Inneren der Instrumententafel oder auf deren Oberseite angeordnet ist und deren Combinerscheibe über der bildgebenden Einheit angeordnet ist. Die räumlichen Orientierungsbegriffe wie „oben“, „unten“, „darunter“, „horizontal“, „vertikal“ etc. beziehen sich dabei auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenrichtungen des Fahrzeugs.According to a further aspect, a vehicle, in particular a motor vehicle or any other land, air or water vehicle is provided. The vehicle includes a windshield, an instrument panel arranged underneath, and a compact multi-user head-up display device of the type set out herein, the imaging unit of which is arranged inside the instrument panel or on top of it, and the combiner screen of which is arranged above the imaging unit. The spatial orientation terms such as "above", "below", "below", "horizontal", "vertical" etc. refer to the usual Cartesian coordinate system fixed to the vehicle with the longitudinal, transverse and vertical directions of the vehicle perpendicular to one another.
Im Fahrzeug sind ein Fahrersitz und mindestens ein weiterer Fahrzeugsitz vorgesehen, die in Querrichtung des Fahrzeugs zueinander versetzt angeordnet sind. Bei den weiteren Fahrzeugsitzen kann es sich insbesondere um Beifahrersitze in der vorderen Sitzreihe handeln. Es können aber auch Passagiersitze in weiter hinten liegenden Reihen sein.A driver's seat and at least one further vehicle seat are provided in the vehicle, which are offset from one another in the transverse direction of the vehicle. The other vehicle seats can in particular be passenger seats in the front row of seats. However, there can also be passenger seats in rows further back.
Die hierin genannte horizontale Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung ist entlang der Querrichtung des Fahrzeugs, insbesondere parallel dazu, ausgerichtet. Dabei kann sich die kompakt ausgebildete Combinerscheibe in der genannten horizontalen Richtung beispielsweise über einen nur gegenüber dem Fahrersitz oder nur gegenüber einem der weiteren Fahrzeugsitze liegenden Bereich und/oder über einen dazwischen liegenden Bereich erstrecken. Diejenigen Benutzer, deren Fahrzeugsitz nicht direkt gegenüber der Combinerscheibe angeordnet ist, können das für sie vorgesehene virtuelle Anzeigebild durch eine entsprechende leichte Drehung des Blicks zur Combinerscheibe hin betrachten.The horizontal direction of the head-up display device referred to herein is aligned along the transverse direction of the vehicle, specifically parallel thereto. The compactly designed combiner disk can extend in the said horizontal direction, for example, over an area located only opposite the driver's seat or only opposite one of the other vehicle seats and/or over an area located in between. Those users whose vehicle seat is not arranged directly opposite the combiner pane can view the virtual display image provided for them by turning their gaze slightly toward the combiner pane.
Insbesondere kann die Blickfeldanzeigevorrichtung derart gegenüber dem Fahrersitz angeordnet sein, dass deren für den Fahrer vorgesehene Reflexions-Teilfläche und gegebenenfalls auch der zugehörige Displayflächenbereich im Wesentlichen in etwa um den Fahrersitz zentriert sind. Dadurch kann der Fahrer das für ihn bestimmte virtuelle Anzeigebild unter anderem beim direkten Blick nach vorn in Längsrichtung des Fahrzeugs wahrnehmen.In particular, the field of vision display device can be arranged opposite the driver's seat in such a way that its partial reflection area provided for the driver and possibly also the associated display area are essentially centered approximately around the driver's seat. As a result, the driver can perceive the virtual display image intended for him, among other things, when looking directly ahead in the longitudinal direction of the vehicle.
Im Fahrzeug kann die weiter oben genannte Verkippung mindestens einer der Reflexions-Teilflächen derart automatisch (beispielsweise basierend auf Sensorsignalen geeigneter mechanischer oder optischer Sensoren im Fahrzeug) an eine Sitzhöhen- und/oder Sitzlehnen-Verstellung des betreffenden Benutzers gekoppelt sein, dass die Strahlausbreitungsrichtung des zugehörigen Teilstrahlenbündels einer durch die Sitzverstellung bedingten Blickrichtungsänderung dieses Benutzers nachgeführt wird.In the vehicle, the above-mentioned tilting of at least one of the partial reflection surfaces can be coupled automatically (e.g. based on sensor signals from suitable mechanical or optical sensors in the vehicle) to a seat height and/or seat back adjustment of the relevant user in such a way that the beam propagation direction of the associated Partial beam of a caused by the seat adjustment change in viewing direction of this user is tracked.
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 können zwar unter anderem als maßstabsgetreu verstanden werden, dies ist jedoch nicht beschränkend: Alle Zeichnungen sind auch als rein schematische Illustrationen des grundsätzlichen Aufbauprinzips, d. h. nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigen:
-
1a ein Kraftfahrzeug mit einem Combiner-HUD für den Fahrer nach Stand der Technik, in Draufsicht; -
1b eine perspektivische Ansicht des konventionellen Fahrer-Combiner-HUDs der1a ; -
2 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer in der Instrumententafel zwischen dem Fahrer und dem Beifahrer angeordneten kompakten Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art für Fahrer und Beifahrer, in Draufsicht; -
3a-c drei verschiedene Ausführungsbeispiele mit jeweils verschiedener Anordnung einer kompakten Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art für Fahrer und Beifahrer in einem Kraftfahrzeug, jeweils in Draufsicht; -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer kompakten Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art für Fahrer und Beifahrer, deren Combinerscheibe eine prismatische Folie aufweist, in Draufsicht; -
5a-c ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer kompakten Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art für Fahrer und Beifahrer mit einer horizontal verschiebbaren Combinerscheibe in drei verschiedenen Positionen, jeweils in Draufsicht; und -
6a-b jeweils in vertikaler Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer kompakten Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art für Fahrer und Beifahrer mit einer vertikal verkippbaren Reflexions-Teilfläche für den Beifahrer zum Anpassen an dessen Sitz- und Liegepositionen.
-
1a a motor vehicle with a combiner HUD for the driver according to the prior art, in top view; -
1b FIG. 14 is a perspective view of the conventional driver combiner HUD of FIG1a ; -
2 an embodiment of a vehicle with a arranged in the instrument panel between the driver and the passenger compact multi-user head-up display device of the type set forth herein for driver and passenger, in plan view; -
3a-c three different exemplary embodiments, each with a different arrangement, of a compact multi-user visual field display device of the type set out herein for the driver and front passenger in a motor vehicle, each in plan view; -
4 a further exemplary embodiment of a vehicle with a compact multi-user visual field display device of the type set out herein for the driver and front passenger, the combiner pane of which has a prismatic film, in plan view; -
5a-c a further exemplary embodiment of a vehicle with a compact multi-user head-up display device of the type set out herein for the driver and front passenger with a horizontally displaceable combiner disk in three different positions, each in plan view; and -
6a-b a vertical side view of a further exemplary embodiment of a vehicle with a compact multi-user visual field display device of the type presented here for the driver and front passenger with a vertically tiltable partial reflection surface for the front passenger to adapt to his sitting and reclining positions.
Das konventionelle Fahrer-Combiner-HUD 200 umfasst eine Combinerscheibe 400, die fahrzeuginnenseitig vor einer Frontscheibe 5 im Blickfeld des Fahrers 3 direkt gegenüber seinem Fahrersitz 6 angeordnet ist.The conventional
Wie in
Die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 ist im Bereich der Instrumententafel 10 und in
Ferner umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 eine zusammengesetzte Combinerscheibe 4, die im Strahlengang eines von der Displayfläche 9 erzeugten Gesamtstrahlenbündels angeordnet ist. Im Strahlengang zwischen der Displayfläche 9 und der Combinerscheibe 4 können, müssen jedoch nicht zwingend weitere optische Komponenten, beispielsweise umlenkende oder strahlformende Spiegel oder Linsen und dergleichen ähnlich wie bei einer konventionellen Projektionseinheit 800 der
Die Combinerscheibe 4 setzt sich in einer horizontalen Richtung y der Blickfeldanzeigevorrichtung 2, die einer Querrichtung des Fahrzeugs 1 entspricht, aus zwei separaten Reflexions-Teilflächen 41 und 42 zusammen, die benutzerseitig unter einem horizontalen Anstellwinkel von deutlich mehr als 180°, d. h. mit Ausbildung eines Knicks in der Combinerscheibe 4, aneinander (mit einer geringfügigen räumlichen Unterbrechung) anschließen. Die Reflexions-Teilfläche 41 ist nur für den Fahrer 3 bestimmt, indem sie nur ein Teilstrahlenbündel L1 des Gesamtstrahlenbündels mit dem für den Fahrer 3 bestimmten Anzeigeinhalt zu seiner Eyebox E1 reflektiert. Die Reflexions-Teilfläche 42 ist nur für den Beifahrer 7 bestimmt, indem sie nur ein Teilstrahlenbündel L2 mit dem für ihn bestimmten Anzeigeinhalt zu seiner Eyebox E2 reflektiert. Dadurch entsteht im Blickfeld des Fahrers 3 hinter der Reflexions-Teilfläche 41 ein virtuelles Anzeigebild V1 mit dem für ihn bestimmten Anzeigeinhalt, während im Blickfeld des Beifahrers 7 hinter der Reflexions-Teilfläche 42 ein virtuelles Anzeigebild V2 mit dem für ihn bestimmten Anzeigeinhalt entsteht. Die Teilstrahlenbündel L1 und L2 sind in allen Figuren nur durch deren Randstrahlen sowie einen Mittenstrahl, der aus einer Mitte der jeweiligen Reflexionsfläche 41/42 in eine Mitte der zugehörigen Eyebox E1/E2 führt, angedeutet.In a horizontal direction y of the visual
In diesem Beispiel sind die Reflexions-Teilflächen 41 und 42 jeweils als leicht gekrümmte Reflexionsscheiben ausgebildet, deren Tangentialebenen benutzerseitig einen Winkel von beispielsweise etwa 225° einschließen. Die reflektierten Teilstrahlenbündel L1 und L2 kreuzen sich nur in deren virtueller Fortsetzung hinter der Combinerscheibe 4, sodass der Fahrer 3 durch das virtuelle Anzeigebild V2 des Beifahrers 7 unter keinen Umständen gestört werden kann, und umgekehrt genauso. In diesem Beispiel kreuzen sich auch die Bildebenen der virtuellen Anzeigebilder V1 und V2 unter dem Winkel von etwa 225°.In this example, the partial reflection surfaces 41 and 42 are each designed as slightly curved reflection disks, the tangential planes of which enclose an angle of, for example, approximately 225° on the user side. The reflected partial beams of rays L1 and L2 cross only in their virtual continuation behind the
In
In
In
In
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 100100
- konventionelles Kraftfahrzeugconventional motor vehicle
- 22
- kompakte Multiuser-Blickfeldanzeigevorrichtungcompact multi-user head-to-head display device
- 200200
- konventionelles Fahrer-Combiner-HUDconventional driver combiner HUD
- 33
- Fahrerdriver
- 44
- aus Reflexions-Teilflächen zusammengesetzte CombinerscheibeCombiner screen composed of partial reflection surfaces
- 4141
- für den Fahrer bestimmte Reflexions-Teilflächefor the driver intended reflection sub-area
- 4242
- für den Beifahrer bestimmte Reflexions-Teilflächepartial reflection area intended for the passenger
- 4343
- Übergang/Knick zwischen den Reflexions-TeilflächenTransition/kink between the reflection patches
- 400400
- konventionelle Combinerscheibeconventional combiner disc
- 55
- Frontscheibewindscreen
- 66
- Fahrersitzdriver's seat
- 77
- Beifahrerpassenger
- 800800
- konventionelle Projektionseinheitconventional projection unit
- 99
- Displayflächedisplay area
- 900900
- konventionelles Displayconventional display
- 1010
- Instrumententafeldashboard
- 1111
- Beifahrersitzpassenger seat
- LL
- Lichtstrahlenbündellight beam
- L1L1
- zum Fahrer reflektiertes TeilstrahlenbündelPartial beam of rays reflected towards the driver
- L2L2
- zum Beifahrer reflektiertes TeilstrahlenbündelPartial beam of rays reflected towards the passenger
- V1V1
- virtuelles Anzeigebild für den Fahrervirtual display image for the driver
- V2v2
- virtuelles Anzeigebild für den Beifahrervirtual display image for the passenger
- E1E1
- Fahrer-EyeboxDriver Eyebox
- E2E2
- Beifahrer-EyeboxPassenger Eyebox
- yy
- horizontale Richtung der Blickfeldanzeigevorrichtung, Querrichtung des Fahrzeugshorizontal direction of the head-up display device, lateral direction of the vehicle
- xx
- Längsrichtung des Fahrzeugslongitudinal direction of the vehicle
- P1-P4P1-P4
- Richtungspfeiledirectional arrows
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021122159.5A DE102021122159A1 (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Compact dual head-up display for two occupants in a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021122159.5A DE102021122159A1 (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Compact dual head-up display for two occupants in a vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021122159A1 true DE102021122159A1 (en) | 2023-03-02 |
Family
ID=85175549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021122159.5A Pending DE102021122159A1 (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Compact dual head-up display for two occupants in a vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021122159A1 (en) |
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-
2021
- 2021-08-26 DE DE102021122159.5A patent/DE102021122159A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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