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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Kopf-Oben-Anzeige, ein Head-Up-Display (HUD) sowie ein Fortbewegungsmittel, welches ein erfindungsgemäß ausgestaltetes HUD bzw. eine erfindungsgemäß ausgestaltete Anordnung für ein HUD aufweist.
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Im Stand der Technik sind Kopf-Oben-Anzeigen (Head-Up-Displays - HUD) hinlänglich bekannt. Eine bildgebende Einheit wirft über Spiegel ihr Licht auf eine halbdurchlässige Schicht in der Windschutzscheibe, so dass der Anwender das gespiegelte Bild als hinter der Windschutzscheibe liegend bzw. befindlich wahrnimmt. Um Doppelspiegelungen zwischen paarweise parallelen Oberflächen im Strahlengang zu vermeiden, ist es im Stand der Technik üblich, die bildgebende Schicht um bis zu 20% zu kippen. Reflexionen werden auf diese Weise aus dem Strahlengang geleitet und Mehrfachreflexionen verhindert.
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Um wahlfreie Inhalte auf dem HUD darstellen zu können, haben sich im Stand der Technik bereits pixelbasierte bildgebende Flächen (TFT-Technologie) bewährt, welche die eigentliche grafische Oberfläche gestalten. Ein Lichtprojektor durchstrahlt die bildgebende Fläche und sorgt durch seine hohe Lichtintensität für eine gute Sichtbarkeit auch bei hellen Umgebungslichtbedingungen. Aufgrund der geneigten bildgebenden Fläche ist die beim Anwender ankommende Lichtleistung des Projektors jedoch mitunter stark geschwächt. Abhilfe kann hier durch Verwendung eines optischen Hilfsmittels namens Richtungsänderungsschicht (englisch: direction turning film, DTF) geschaffen werden, wodurch eine gute Transmission des Displays gewährleistet wird.
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Durch den Einsatz dieses DTFs wird aber auch die Hintergrundbeleuchtung falsch abgelenkt und es kommt zu einer schlechten Ausleuchtung.
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Dieser Effekt verstärkt sich mit zunehmender Neigung der bildgebenden Fläche gegenüber der optischen Achse des vom Projektor ausgestrahlten Lichts.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu beheben.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung für eine Kopf-Oben-Anzeige (HUD) für ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein PKW, Transporter, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug, gelöst. Die Anordnung umfasst eine erste Prismen-Anordnung, eine zweite Prismen-Anordnung und eine bildgebende Fläche. Während eine erste Prismen-Anordnung im Stand der Technik bereits bekannt ist, um die Transmission der bildgebenden Fläche bezüglich der optischen Achse zu begünstigen, wird die zweite Prismen-Anordnung verwendet, um die bildgebende Fläche zwischen sich und der ersten Prismen-Anordnung aufzunehmen. Anders ausgedrückt ist die zweite Prismen-Anordnung zwischen dem Projektor und der bildgebenden Fläche angeordnet, während die erste Prismen-Anordnung (entsprechend dem Stand der Technik) zwischen der bildgebenden Fläche und dem Anwender (auch: Eye-Box) bzw. einem Hohlspiegel (im Strahlengang zwischen der bildgebenden Einheit und der Windschutzscheibe) angeordnet ist. Auf diese Weise können Kippwinkel bis zu 50° oder 60° realisiert werden, ohne übermäßig Lichtintensität einzubüßen. Auf diese Weise kann auch eine optische Erscheinung für den Anwender in geneigter Stellung realisiert werden, was für manche Anzeigebedienkonzepte vorteilhaft sein kann. Insbesondere kann eine solche Konfiguration durch die Verwendung einer zweiten Prismen-Anordnung ohne eine übermäßige Verkippung des Projektors realisiert werden, was bauraumtechnisch in vielen Fahrzeugen nicht möglich ist oder zu anderweitigen Problemen führen kann. In erfindungsgemäßer Weise kann die weitere Prismen-Anordnung im Bereich der bildgebenden Fläche die Richtung der Hintergrundbeleuchtung (stammend aus Projektor) ändern, um die Umlenkung nach der bildgebenden Fläche zu kompensieren.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erste Prismen-Anordnung kann eingerichtet sein, einfallendes Licht in einer ersten Richtung (z.B. von einer optischen Achse des vom Projektor stammenden Lichtes weg) zu brechen, während die zweite Prismen-Anordnung eingerichtet sein kann, von der ersten Prismen-Anordnung einfallendes Licht in einer zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung (zu der optischen Achse hin) zu brechen. Mit anderen Worten ist die zweite Prismen-Anordnung eingerichtet, die Brechung des Lichtes durch die erste Prismen-Anordnung (zumindest anteilig) zu kompensieren, um das Licht (von einem kleinen Versatz abgesehen) erneut in Richtung der optischen Achse auf die Spiegeloptik und somit in Richtung des Anwenders zu leiten. Dies ermöglicht eine hohe Lichtausbeute beim Anwender ohne das Erfordernis eines stark geneigten Projektors selbst bei stark geneigten bildgebenden Flächen.
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Die erste Prismen-Anordnung kann gemeinsam mit der zweiten Prismen-Anordnung identisch zur bildgebenden Fläche beabstandet sein. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen der ersten Prismen-Anordnung und der bildgebenden Fläche identisch oder im Wesentlichen identisch zu einem Abstand zwischen der zweiten Prismen-Anordnung und der bildgebenden Fläche.
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Die erste Prismen-Anordnung kann gegenüber der zweiten Prismen-Anordnung eine spiegelverkehrte Geometrie aufweisen, wodurch sie die entgegengesetzte Lichtbrechungsrichtung wie die zweite Prismen-Anordnung aufweist. Somit können identische Prismen für die erste und zweite Prismen-Anordnung verwendet werden, indem diese spiegelverkehrt (kopfüber und/oder hinsichtlich der Lichtdurchgangsrichtung umgekehrt) in der Anordnung verwendet werden.
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Alternativ können die Prismen-Anordnungen auch ohne Luft- oder Gaszwischenraum mit der bildgebenden Fläche verbunden sein. Insbesondere kann eine optisch unproblematische Adhäsivschicht zwischen der ersten Prismen-Anordnung und der bildgebenden Fläche ebenso wie zwischen der zweiten Prismen-Anordnung und der bildgebenden Fläche vorgesehen sein. Dies verringert den Bauraum erübrigt formstabile separate Halterungen und stabilisiert die Anordnung gegenüber Stößen und Vibrationen im Betrieb.
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Die Prismen-Anordnungen können als Voll-Prismen und/oder Micro-Prismen-Strukturen nach Art einer Fresnel-Linse und/oder nach Art einer DTF-Schicht ausgestaltet sein. Während ein Voll-Prisma eine geringe Positionierungsgenauigkeit bezüglich der bildgebenden Fläche erfordert, sind die Micro-Prismen-Strukturen bzw. DTF-Schichten derart anzuordnen, dass die jeweiligen Prismen einer ganzzahligen Vielzahl von Pixeln in der bildgebenden Fläche (Matrix-Anzeige) zugeordnet sind, um Artefakte zu vermeiden.
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Eine Flächennormale auf der bildgebenden Fläche kann gegenüber einer optischen Achse und/oder einer Horizontalen um mindestens 15°, bevorzugt um mindestens 20°, äußerst bevorzugt um mindestens 30° und insbesondere äußerst bevorzugt mindestens 35° geneigt sein. Auf diese Weise ist auch eine entsprechende Neigung der optischen Erscheinung der bildgebenden Fläche für den Anwender realisierbar, was funktionale und/oder ästhetische Vorteile mit sich bringen kann.
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Die optische Achse der Anordnung kann im Betrieb (also im Fortbewegungsmittel) im Wesentlichen horizontal angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Bauraum im Armaturenbrett eines PKWs bestmöglich genutzt werden, da die Einbauhöhe gering ist. Üblicherweise ist die optische Achse des Projektors bzw. der lichtgebenden Einheit um nicht mehr als 10° oder 15° gegenüber der Horizontalen geneigt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kopf-Oben-Anzeige (HUD) vorgeschlagen, welche eine Anordnung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Das HUD kann in einem Fortbewegungsmittel (PKW, Transporter, LKW, Motorrad, Wasser- und/oder Luftfahrzeug) angeordnet sein. Die von dem Anwender wahrgenommene Bildebene weist eine obere Kante auf, welche gegenüber einer unteren Kante der Bildebene weiter entfernt zum Anwender positioniert erscheint. Insbesondere kann beispielsweise eine Neigung im Bereich zwischen 30° und 60° gegenüber einer Vertikalen erfindungsgemäß realisiert werden. Auf diese Weise kann die optische Erscheinung eine gewisse Tiefenwirkung mit sich bringen, wodurch zueinander korrespondierende Elemente eine verbesserte Richtungswirkung aus Sicht des Anwenders aufweisen können. Beispielsweise können in der Horizontalen liegende Umgebungspunkte durch die stark nach vorne (in Fahrtrichtung) geneigten Pfeile oder Visiereinrichtungen veranschaulicht oder hervorgehoben werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel mit einer Anordnung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt oder einem HUD gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt vorgeschlagen. Das Fortbewegungsmittel realisiert auf diese Weise dieselben Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem HUD gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Seitenansicht eines HUD gemäß dem Stand der Technik;
- 3 eine schematische Seitenansicht eines HUD gemäß dem Stand der Technik;
- 4 eine schematische Seitenansicht eines HUD gemäß dem Stand der Technik mit einem gegenüber der Horizontalen stark geneigten Projektor;
- 5 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung, aufweisend eine zweite Prismen-Anordnung;
- 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß verwendbaren Komponente mit 1 : 1-Zuordnung zwischen Prismen und Pixeln;
- 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß verwendbaren Komponente mit 1 : 2-Zuordnung zwischen Prismen und Pixeln; und
- 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß verwendbaren Komponente mit 1 : 4-Zuordnung zwischen Prismen und Pixeln.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels 10 in Form eines PKWs, welcher über ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung für ein erfindungsgemäßes HUD 1 aufweist. Ein im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Projektor 8 mit einer geneigt angeordneten bildgebenden Fläche 5 produziert eine optische Erscheinung, welche bei einem Hohlspiegel 11 in Richtung einer semitransparenten Schicht 12 in der Windschutzscheibe des Fortbewegungsmittels 10 gelenkt wird. Der Anwender 2 erhält eine semitransparente Erscheinung 9, welche eine obere und eine untere Kante aufweist. Die untere Kante der Erscheinung 9 weist einen geringeren Abstand zum Anwender 2 als die obere Kante auf.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines im Stand der Technik bekannten HUD 1. Von einem Projektor als Lichtquelle 8 stammendes Licht wird entsprechend einem Pfeil S85 auf eine um ca. 45° gegenüber einer Vertikalen geneigte bildgebende Fläche 5 geworfen. Hinter der bildgebenden Fläche ist eine erste Prismenanordnung 3 angeordnet, um die Transmission der bildgebenden Fläche 5 zu erhöhen. Durch die hohe Neigung (s. Normale 7) wird ein erheblicher Anteil des erzeugten Lichtes entsprechend dem Pfeil S5 aus der optischen Achse S511 abgelenkt und trifft nicht wie die Bildsignale entsprechend den über den Konkavspiegel 11 gerichteten Pfeil S1112 und die Windschutzscheibe 12 entsprechend dem Pfeil S122 auf die Eye-Box des Anwenders 2.
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4 zeigt eine alternative Realisierung eines im Stand der Technik bekannten Head-Up-Displays, wobei der Einfachheit halber auf die dem Konkavspiegel 11 nachgeordneten Elemente verzichtet wurde. Durch eine Neigung des Projektors als Lichtquelle 8 fällt das Licht entsprechend dem Pfeil S85 geneigt auf die bildgebende Fläche 5, so dass die erste Prismen-Anordnung 3 das Licht S5 entsprechend der optischen Achse S511 in Richtung des konkaven Spiegels 11 lenken kann. Die geneigte Darstellung der Lichtquelle 8 ist jedoch bauraumtechnisch mitunter problematisch.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, in welcher ein im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Projektor als Lichtquelle 8 eine horizontale Beleuchtung entsprechend dem Pfeil S85 ermöglicht. Zunächst wird das Licht durch die zweite (erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehene) Prismen-Anordnung 4 nach unten aus der optischen Achse herausgelenkt bzw. aus der optischen Achse herausgebrochen, um im Wesentlichen senkrecht auf die bildgebende Fläche 5 in Form eines TFTs zu fallen. Durch die der bildgebenden Fläche 5 unmittelbar nachgeordnete erste Prismen-Anordnung 3 wird das Licht der Lichtquelle 8 entsprechend dem Pfeil S5 nur unwesentlich versetzt zur optischen Achse S511 auf den Konkavspiegel 11 geworfen, wodurch die beim Anwender (nicht dargestellt) auftreffende Lichtleistung im Wesentlichen unvermindert ist. Es ergibt sich eine geneigte Darstellung der wahrgenommenen Bildebene für den Anwender bei gleichzeitig hoher Lichtintensität, so dass auch bei hoher Umgebungslichtintensität eine komfortable Sichtbarkeit der wahrgenommenen Bildebene und ihrer Inhalte gewährleistet sind.
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6 zeigt eine schematische Anordnung zweier Prismen-Anordnungen 3, 4, welche eine bildgebende Fläche 5 in Form eines TFTs zwischen sich aufnehmen. Der Lichtdurchtritt erfolgt im Wesentlichen in horizontaler Richtung. Ein jeweiliges Prisma 4a bis 4d der zweiten Prismen-Anordnung 4 ist einem jeweiligen Pixel der bildgebenden Fläche 5 eingangsseitig zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass jedes Pixel homogen durch das zugeordnete Prisma mit Licht ausgeleuchtet wird. Entsprechend ist ausgangsseitig ein jeweiliges Prisma 3a bis 3d der ersten Prismen-Anordnung 3 den Pixeln der bildgebenden Fläche 5 zugeordnet. Es ergibt sich eine saubere und artefaktfreie Darstellung für den Anwender. Die doppelte Anzahl der Prismen-Anordnungen 3 gegenüber dem Stand der Technik hat somit keinen oder nur unwesentlichen Einfluss auf die Bildqualität.
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7 zeigt eine gegenüber 6 dahingehend modifizierte Darstellung, dass einem jeweiligen Prisma 4a, 4b bzw. 3a, 3b nun zwei Pixel der bildgebenden Fläche 5 zugeordnet sind.
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8 zeigt die in 6 und 7 bereits dargestellte Anordnung, wobei ein jeweiliges Prisma 4a, 3a nun vier Pixeln der bildgebenden Fläche 5 zugeordnet sind. Die Prismen können als separate Bauteile oder beispielsweise in Form eines DTF vorgesehen sein, um den Bauraum und die Kosten für eine erfindungsgemäße Anordnung zu senken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Head-Up-Display bzw. Kopf-Oben-Anzeige (HUD)
- 2
- Anwender
- 3
- erste Prismen-Anordnung
- 3a bis 3d
- Prismen
- 4
- zweite Prismen-Anordnung
- 4a bis 4d
- Prismen
- 5
- bildgebende Fläche
- 7
- Normale
- 8
- Lichtquelle
- 9
- wahrgenommene Bildebene
- 10
- Fortbewegungsmittel
- 11
- Konkavspiegel
- 12
- semitransparente Schicht
- S5
- Pfeil
- S85
- Pfeil
- S122
- Pfeil
- S511
- Pfeil
- S1112
- Pfeil
