DE102022104833A1

DE102022104833A1 - Subjective contrast enhancement in a vehicle's HUD

Info

Publication number: DE102022104833A1
Application number: DE102022104833.0A
Authority: DE
Inventors: Guy Berg; Michael Arthur Janzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2023165787A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend:- eine zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit; und- eine Maskierung, die innerhalb der bildgebenden Einheit oder im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels in einem vorbestimmten Randbereich seines insgesamt ausleuchtbaren Querschnitts angeordnet ist und eine vorbestimmte, von innen nach außen graduell abfallende Transmission aufweist;- wobei die Projektionseinheit ausgebildet ist zum Ausgeben des Projektionslichtstrahlenbündels in Richtung einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten teiltransparenten Reflexionsscheibe, damit es von dieser zu seinen Augen reflektiert wird und ihm dadurch der Anzeigeinhalt als ein hinter der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird; und- wobei die Maskierung ein Weichzeichnen eines entsprechenden Randbereichs eines mit der Projektionseinheit insgesamt ausleuchtbaren virtuellen Anzeigebereichs bewirkt.The invention relates to a projection unit for a visual field display device for a vehicle, comprising: an imaging unit designed to generate a projection light beam with the desired display content; and- a mask, which is arranged within the imaging unit or in the further beam path of the projection light beam in a predetermined edge area of its cross section that can be illuminated overall and has a predetermined transmission which decreases gradually from the inside to the outside;- wherein the projection unit is designed to emit the projection light beam in direction of a partially transparent reflection screen arranged in the field of vision of a user so that it is reflected by this to his eyes and the display content is thereby presented to him as a virtual image floating behind the reflection screen; and- wherein the masking brings about a softening of a corresponding edge area of a virtual display area that can be illuminated overall with the projection unit.

Description

Die Erfindung betrifft Blickfeldanzeigevorrichtungen, die in Kraftfahrzeugen oder anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen einsetzbar sind und auch unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind. Derartige Vorrichtungen dienen zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen Bilds über Reflexion an einer zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe, wie einer Front-, Heck- oder Seitenscheibe eines Fahrzeugs oder einer eigens hierzu vorgesehenen Combinerscheibe, die im Blickfeld des Benutzers angeordnet ist. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Projektionseinheit, die zum Ausgeben eines hierzu geeigneten Projektionslichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildet ist, sowie auf ein damit ausgestattetes Fahrzeug.The invention relates to head-up display devices that can be used in motor vehicles or other land, air or water vehicles and are also known under the name head-up display (HUD). Such devices are used to generate a virtual image that is displayed in the user's field of vision via reflection on an at least partially transparent reflective pane, such as a front, rear or side window of a vehicle or a combiner pane provided specifically for this purpose, which is arranged in the user's field of vision. The invention relates in particular to a projection unit which is designed to emit a projection light beam suitable for this purpose with the desired display content, and to a vehicle equipped with it.

Mit einem Head-up-Display werden in einem Kraftfahrzeug beispielsweise Geschwindigkeitsangaben und andere nützliche Navigations-, Warn- und Fahrzeugbedienungshinweise oder auch Entertainment-Inhalte in Form eines virtuellen Bilds dem vom Fahrer oder einem anderen Insassen beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert. Hierzu umfasst beispielsweise eine solche Blickfeldanzeigevorrichtung für den Fahrer in klassischer Bauweise eine in der Instrumententafel untergebrachte Projektionseinheit, die ein Projektionslichtstrahlenbündel mit gewünschtem Anzeigeinhalt erzeugt und es in Form eines divergierenden Strahlenbündels an die Frontscheibe des Fahrzeugs oder an eine davor angeordnete Combinerscheibe wirft, von der es zu den Augen des Fahrers bzw. zu seiner Eyebox reflektiert wird.With a head-up display, for example, speed information and other useful navigation, warning and vehicle operating instructions or entertainment content in the form of a virtual image are superimposed on the real image of the surroundings in front of the vehicle observed by the driver or another occupant in a motor vehicle. For this purpose, for example, such a visual field display device for the driver in a classic design includes a projection unit housed in the instrument panel, which generates a projection light beam with the desired display content and throws it in the form of a diverging beam onto the front windscreen of the vehicle or onto a combiner screen arranged in front of it, from which it reflected to the driver's eyes or to his eyebox.

Dabei ergibt sich die Entfernung, Größe und räumliche Orientierung eines virtuellen Anzeigebereichs, in welchem virtuelle Bilder mit dem Head-Up-Display darstellbar sind, aus dem optischen Zusammenspiel der Reflexionsscheibe (wie Frontscheibe oder Combinerscheibe) und der zur Lichtstrahlerzeugung, -Formung und -Lenkung vorgesehenen Bestandteile der Projektionseinheit wie einer bildgebenden Einheit (etwa in Form eines Displays) und gegebenenfalls vorhandener weiterer Optikelemente, wie eines strahlumlenkenden, bildvergrößernden und/oder -korrigierenden Konkavspiegels etc.The distance, size and spatial orientation of a virtual display area, in which virtual images can be displayed with the head-up display, results from the optical interaction of the reflective pane (such as the front pane or combiner pane) and the light beam generation, shaping and steering provided components of the projection unit such as an imaging unit (e.g. in the form of a display) and any other optical elements that may be present, such as a beam-deflecting, image-enlarging and/or image-correcting concave mirror, etc.

Sowohl bisherige als auch in naher und mittlerer Zukunft erhältliche Bildgeber (auch bildgebende Einheit oder englisch PGU, picture generating unit, genannt) für Head-Up-Displays werden Kontraste (Full On / Full Off), d. h. ein Helligkeitsverhältnis von maximal hell und dunkel geschalteten Pixeln, im Bereich (1000-1500):1 aufweisen. Diese Kontrastwerte sind nicht hoch genug, um bei Nachtfahrten die Sichtbarkeit der dunkel geschalteten Pixel zu verhindern. Somit sieht der Fahrer nicht nur die eigentlichen Anzeigeinhalte, sondern das gesamte Display als leicht leuchtende Fläche, die sogenannte „Postkarte“. Gerade bei Nachtfahrten kann dies zu Irritationen führen und mindert auch die wahrgenommene Qualität der eigentlichen Anzeige.Both previous and in the near and medium future available image generators (also known as PGU, picture generating unit) for head-up displays are contrasts (full on / full off), i. H. have a brightness ratio of maximum bright and dark switched pixels in the range (1000-1500):1. These contrast values are not high enough to prevent the darkened pixels from being visible when driving at night. In this way, the driver not only sees the actual display content, but the entire display as a slightly illuminated area, the so-called "postcard". Especially when driving at night, this can lead to irritation and also reduces the perceived quality of the actual display.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative und/oder verbesserte Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung anzugeben, die insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann und gegenüber bekannten Vorrichtungen beispielsweise im Hinblick auf die Kosten, den Kontrast, die Sichtbarkeit, die Bildqualität und/oder andere Gesichtspunkte, die vor allem bei Dunkelheit wichtig sein können, eine Verbesserung ermöglicht.It is an object of the present invention to provide an alternative and/or improved projection unit for a head-up display device, which can be used in particular in a vehicle and compared to known devices, for example in terms of cost, contrast, visibility, image quality and/or other aspects that can be important, especially in the dark, allows for an improvement.

Diese Aufgabe wird durch eine Projektionseinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch eine diese enthaltende Blickfeldanzeigevorrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Projektionseinheit genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Blickfeldanzeigevorrichtung und das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.This object is achieved by a projection unit according to claim 1 and by a head-up display device containing it and a vehicle equipped therewith according to the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims. All further features and effects mentioned in the claims and the following description for the projection unit also apply in relation to the visual field display device and the vehicle, and vice versa.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgelegt 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 projection unit for a head-up 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 Projektionseinheit ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung ein Projektionslichtstrahlenbündel mit einem darzustellenden Anzeigeinhalt zu erzeugen und in geeigneter Form und Richtung auf eine im Blickfeld eines Benutzers angeordnete, benutzerseitig reflektierende und rückseitig zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe zu werfen, von der es zu seinen Augen (bzw. seiner Eyebox) reflektiert wird und ihm dadurch der Anzeigeinhalt als ein hinter der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird. Als Eyebox der Blickfeldanzeigevorrichtung wird wie üblich ein Raumbereich verstanden, aus dem das virtuelle Bild für den Benutzer uneingeschränkt sichtbar ist. Die Reflexionsscheibe kann insbesondere als Teilabschnitt einer Frontscheibe oder einer anderen Fahrzeugscheibe ausgebildet sein, oder aber eine eigens hierzu vorgesehene Combinerscheibe sein. Sie ist außerhalb der Projektionseinheit angeordnet, sodass die Projektionseinheit insbesondere auch separat von der Reflexionsscheibe hergestellt und vertrieben werden kann.The projection unit is designed to generate, during operation of the visual field display device, a projection light beam with a display content to be displayed and to throw it in a suitable form and direction onto a reflection plate which is arranged in the user's field of vision and is reflective on the user side and at least partially transparent on the back, from which it can be seen to his eyes ( or his eyebox) is reflected and the display content is thereby presented to him as a virtual image hovering behind the reflection pane. As usual, an eyebox of the field of view display device is understood to be a spatial area from which the virtual image can be seen without restriction by the user. The reflection pane can in particular be designed as a partial section of a front pane or another vehicle pane, or it can be a combiner pane provided specifically for this purpose. It is placed outside the projection unit so that the projection can be heit can also be manufactured and sold separately from the reflection disc.

Die Projektionseinheit weist eine bildgebende Einheit auf, die zur Erzeugung des Projektionslichtstrahlenbündels mit dem jeweils gewünschten Anzeigeinhalt ausgebildet ist. Die bildgebende Einheit kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display) oder eine andersartige transmissive Displayanzeigeschicht mit einer zu deren Hinterleuchtung ausgebildeten Backlight-Einheit umfassen. Die Backlight-Einheit kann hierzu eine oder mehrere Projektionslichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), und gegebenenfalls auch einen geeigneten Diffusor zur Strahlhomogenisierung umfassen. Alternativ kann die bildgebende Einheit beispielsweise auch als ein DLP-Projektor (DLP, Digital Light Processing, eingetragene Marke) ausgebildet sein und hierzu ein zweidimensionales Array von einzeln ansteuerbaren Mikrospiegeln und eine oder mehrere Projektionslichtquellen sowie bei Bedarf einen geeigneten Diffusor, auf dem durch die Mikrospiegel das gewünschte Bild erzeugt wird, umfassen.The projection unit has an imaging unit that is designed to generate the projection light beam with the respectively desired display content. The imaging unit can include, for example, a liquid crystal display (LCD) or a different type of transmissive display layer with a backlight unit designed to backlight it. For this purpose, the backlight unit can comprise one or more projection light sources, such as light-emitting diodes (LEDs), and optionally also a suitable diffuser for beam homogenization. Alternatively, the imaging unit can also be designed, for example, as a DLP projector (DLP, Digital Light Processing, registered trademark) and for this purpose a two-dimensional array of individually controllable micromirrors and one or more projection light sources and, if necessary, a suitable diffuser on which the micromirrors the desired image is generated.

Grundsätzlich kann es sich bei der bildgebenden Einheit vorliegend um eine beliebige bilderzeugende Vorrichtung handeln, die durch ein unbeabsichtigtes, konstruktionsbedingtes Schimmern oder Restleuchten dunkel oder schwarz geschalteter Pixel einen begrenzten Kontrast bei der Bilddarstellung aufweist. Bei Benutzung der Blickfeldanzeigevorrichtung in dunkler Umgebung, etwa bei Nacht, kann dies ohne weitere Maßnahmen zu einem eingangs erwähnten „Postkarteneffekt“ führen, bei dem die gesamte Display- bzw. Mikrospiegelarray-Fläche der bildgebenden Einheit über Reflexion des Projektionslichtstrahlenbündels an der Reflexionsscheibe als eine leicht leuchtende Fläche (die sogenannte „Postkarte“) vor einem dunklen Hintergrund sichtbar ist. Ein wahrnehmbares Leuchten/Schimmern dunkel oder schwarz geschalteter Pixel könnte den Benutzer irritieren und die Darstellungsqualität der Anzeige herabsetzen.In principle, the imaging unit in the present case can be any imaging device that has a limited contrast in the image display due to unintentional, design-related shimmering or residual lighting of pixels that are switched dark or black. When using the field of view display device in a dark environment, such as at night, this can lead to the aforementioned "postcard effect" without further measures, in which the entire display or micromirror array surface of the imaging unit via reflection of the projection light beam on the reflection disk as a light luminous area (the so-called "postcard") is visible against a dark background. A noticeable glowing/shimmering of dark or black switched pixels could irritate the user and reduce the display quality of the display.

Zur Lösung dieses Problems ist im Inneren der Projektionseinheit eine Maskierung vorgesehen, die innerhalb der bildgebenden Einheit oder im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels innerhalb der Projektionseinheit angeordnet ist. Die Maskierung erstreckt sich transversal, beispielsweise in etwa orthogonal (d. h. senkrecht), zur Hauptausbreitungsrichtung des Projektionslichtstrahlenbündels und deckt dabei einen vorbestimmten Randbereich seines Querschnitts, der mit der bildgebenden Einheit insgesamt ausleuchtbar ist, ab. Dabei weist die Maskierung in dem genannten Randbereich eine vorbestimmte Transmission fürs Projektionslicht auf, die von innen nach außen (d. h. von einem der Querschnittsmitte zugewandten Innenrand der Maskierung zum Rand des Lichtstrahlenbündels hin) graduell abfällt, um einen entsprechenden Randbereich eines von der Blickfeldanzeigevorrichtung insgesamt abdeckbaren virtuellen Anzeigebereichs weichzuzeichnen.To solve this problem, a mask is provided inside the projection unit, which is arranged within the imaging unit or in the further beam path of the projection light beam within the projection unit. The masking extends transversally, for example approximately orthogonally (i.e. perpendicularly) to the main propagation direction of the projection light beam and thereby covers a predetermined edge region of its cross section, which can be illuminated overall with the imaging unit. In this case, the masking has a predetermined transmission for the projection light in the mentioned edge area, which decreases gradually from the inside to the outside (i.e. from an inner edge of the masking facing the cross-section center to the edge of the light beam) in order to form a corresponding edge area of a virtual Blur the viewing area.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den störenden „Postkarteneffekt“ durch dieses Weichzeichnen eines geeigneten Randbereichs der „Postkarte“ zu vermindern oder sogar zu beheben, da hierdurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der Postkarte reduziert oder sogar eliminiert wird. Denn es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass ohne einen scharfen Rand die gesamte „Postkarte“ (d. h. das unerwünschte leichte Leuchten dunkel geschalteter Pixel vor einem dunklen Projektionshintergrund) fürs menschliche Auge deutlich weniger bis gar nicht wahrnehmbar wird. Das Weichzeichen des Postkartenrands wird durch eine Maskierung mit nach außen abfallender Transmission bewirkt, die im Projektionslichtstrahlenbündel oder direkt auf dem Display angebracht ist.One idea of the present invention is therefore to reduce or even eliminate the disturbing "postcard effect" by this softening of a suitable edge area of the "postcard", since this reduces or even eliminates the subjective perceptibility of the postcard. Surprisingly, it turned out that without a sharp edge, the entire "postcard" (i.e. the undesired slight glow of darkened pixels in front of a dark projection background) is significantly less perceptible to the human eye, if at all. The soft character of the postcard edge is brought about by a masking with outwardly falling transmission, which is applied in the projection light beam or directly on the display.

Durch diese Maskierung wird der Postkartenrand zu einem Übergangsbereich mit graduell sinkender Helligkeit zwischen einem für die Anzeige nutzbaren Innenbereich der „Postkarte“ und einem die „Postkarte“ umgebenden und mit der Blickfeldanzeigevorrichtung nicht ausleuchtbaren Außenbereich der virtuellen Bildebene. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, diesen Übergangsbereich so breit wie möglich zu gestalten, um den Gradienten des Helligkeitsverlaufs darin möglichst gering zu halten und damit die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ möglichst wirksam zu reduzieren. Dabei ist je nach spezifischen Anforderungen eines Anwendungsfalls ein geeigneter Kompromiss zu treffen zwischen einem möglichst breiten Übergangsbereich und einem ausreichenden übrigbleibenden Innenbereich, der zur Darstellung der gewünschten Anzeigeinhalte nutzbar ist.As a result of this masking, the edge of the postcard becomes a transition area with gradually decreasing brightness between an inner area of the “postcard” that can be used for the display and an outer area of the virtual image plane that surrounds the “postcard” and cannot be illuminated with the visual field display device. It can be particularly advantageous to make this transition area as wide as possible in order to keep the gradient of the brightness profile in it as small as possible and thus to reduce the subjective perceptibility of the “postcard” as effectively as possible. Depending on the specific requirements of an application, a suitable compromise must be made between the widest possible transition area and an adequate remaining inner area that can be used to display the desired display content.

Durch die hierin vorgestellte randseitige Maskierung kann die Wahrnehmbarkeit der Postkarte für den Benutzer wirksam reduziert werden, was eine höhere Zufriedenheit und mehr Comfort für den Benutzer bedeutet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung aber auch zu einer Kostenreduktion eingesetzt werden, indem man ein Display mit geringerem Kontrastwert nutzt und dabei mittels der Maskierung eine Verschlechterung im Sinne der Wahrnehmbarkeit der Postkarte vermeidet.The perceptibility of the postcard to the user can be effectively reduced by the edge-side masking presented here, which means greater satisfaction and more comfort for the user. Alternatively, however, the present invention can also be used to reduce costs by using a display with a lower contrast value and thereby avoiding a deterioration in terms of the perceptibility of the postcard by means of the masking.

Der hierin genannte vorbestimmte Randbereich des Displays bzw. des Projektionsstrahlquerschnitts kann, muss jedoch nicht zwingend ein geschlossener oder umlaufender Randbereich sein. Er kann ferner, muss aber wiederum nicht zwingend symmetrisch oder mit einer konstanten Randbreite ausgebildet sein. Beispielsweise kann es je nach Anwendung (insbesondere je nach der Lage und Erstreckung des virtuellen Anzeigebereichs im Blickfeld des Benutzers) zielführend sein, nur einen besonders auffälligen Teil des Postkartenrands (beispielsweise nur den oberen Rand oder nur oben und seitlich) weichzuzeichnen, indem die Maskierung in einem entsprechenden unsymmetrischen oder abschnittsweisen Randbereich des insgesamt verfügbaren Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels angebracht wird.The predetermined edge area of the display or of the projection beam cross section mentioned here can, but does not necessarily have to, be a closed or peripheral edge area. Furthermore, it can, but again does not necessarily have to, be designed symmetrically or with a constant edge width. For example, depending on application (in particular depending on the location and extent of the virtual display area in the user's field of vision) it may be expedient to blur only a particularly conspicuous part of the postcard edge (e.g. only the upper edge or only at the top and sides) by masking in a corresponding asymmetrical or section-by-section Edge region of the total available cross-section of the projection light beam is attached.

Es kommt bei Head-up-Displays häufig vor, dass in der bildgebenden Einheit nur ein im Voraus festgelegter Teil der gesamten zur Bilderzeugung verfügbaren Fläche (wie der gesamten Displayfläche oder des gesamten Mikrospiegelarrays) tatsächlich zur virtuellen Anzeigeerzeugung genutzt wird. Dies kann beispielsweise aus Anforderungen an die Form und Abbildungsqualität des virtuellen Anzeigebereichs bei vorgegebenen Gegebenheiten des optischen Strahlengans, etwa bei der Verwendung einer gekrümmten Frontscheibe als Reflexionsscheibe etc., resultieren. In solchen Fällen kann es vorliegend sinnvoll sein, die Maskierung im gesamten dazu komplementären Teil der Bilderzeugungsfläche (bzw. des Strahlquerschnitts) auszubilden.It is common in head-up displays that only a predetermined portion of the total area available for imaging (such as the entire display area or the entire micromirror array) is actually used for virtual display generation in the imaging unit. This can result, for example, from requirements relating to the shape and imaging quality of the virtual display area given given conditions of the optical beam path, for example when using a curved front pane as a reflecting pane, etc. In such cases, it can be expedient in the present case to form the masking in the entire part of the image generation area (or the beam cross section) that is complementary thereto.

In diesen und anderen Fällen kann die Maskierung insbesondere so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie sich um einen vorbestimmten, für die virtuelle Bilddarstellung tatsächlich genutzten inneren Querschnittsbereich des Projektionslichtstrahlenbündels herum entlang seines gesamten Randumfangs erstreckt. Mit anderen Worten weist die Maskierung in diesem Fall eine mittige Maskierungsöffnung auf, die das Projektionslicht verlustfrei passiert. Diese Maskierungsöffnung kann beispielswiese als eine Durchgangsöffnung oder als ein vollständig transparenter Bereich ausgebildet sein, die/der von der Maskierung umgeben ist. Einige konstruktive Beispiele hierfür sind weiter unten angegeben.In these and other cases, the masking can be designed and arranged in particular in such a way that it extends around a predetermined inner cross-sectional area of the projection light beam that is actually used for the virtual image display along its entire edge circumference. In other words, in this case the masking has a central masking opening through which the projection light passes without loss. This masking opening can be formed, for example, as a through-opening or as a completely transparent area that is surrounded by the masking. Some constructive examples of this are given below.

Die Projektionseinheit kann ferner im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels zu seiner Formung und Lenkung weitere optische Elemente, wie beispielsweise einen strahlumlenkenden, bildvergrößernden und/oder -korrigierenden Konkavspiegel etc., aufweisen.The projection unit can also have other optical elements, such as a beam-deflecting, image-enlarging and/or image-correcting concave mirror, etc., in the beam path of the projection light beam for shaping and directing it.

Gemäß einer Ausführungsform fällt die Transmission der Maskierung im genannten Randbereich von innen nach außen kontinuierlich von vollständig lichttransmittierend (am Innenrand der Maskierung) auf vollständig lichtblockierend (am äußeren Rand des Projektionslichtstrahlenbündels) mit einem vorbestimmten Transmissionsgradienten ab. Ein solch kontinuierlicher Verlauf der lokalen Transmission in der Maskierung kann die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam reduzieren und/oder auch besonders einfach herzustellen sein. Alternativ dazu kann die Maskierung mit einem stufenweisen Transmissionsabfall von innen nach außen ausgebildet sein. Je nach Herstellungsmethode für die Maskierung kann es im Hinblick auf eine besonders einfache Herstellung günstig sein, die Maskierung beispielsweise mit einem linearen Transmissionsverlauf (d. h. mit einem konstanten Transmissionsgradienten) auszubilden. Um die Wahrnehmbarkeit der dunkel geschalteten Pixel durch den Benutzer zu reduzieren, hat sich insbesondere ein exponentieller Transmissionsverlauf (und damit ein exponentieller Gradient) als besonders wirksam erwiesen:

Der Transmissionsgradient weist bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform einen exponentiellen Verlauf auf. Da solch ein Verlauf für das menschliche Auge aufgrund seines logarithmischen Helligkeitsempfindens linear erscheint, kann dadurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam reduziert werden.

According to one embodiment, the transmission of the masking in said edge region decreases continuously from inside to outside from completely light-transmitting (at the inner edge of the masking) to completely light-blocking (at the outer edge of the projection light beam) with a predetermined transmission gradient. Such a continuous progression of the local transmission in the masking can reduce the subjective perceptibility of the “postcard” in a particularly effective manner and/or can also be produced in a particularly simple manner. As an alternative to this, the masking can be designed with a gradual drop in transmission from the inside to the outside. Depending on the production method for the masking, it can be favorable with regard to a particularly simple production to form the masking, for example, with a linear transmission curve (ie with a constant transmission gradient). In order to reduce the perceptibility of the darkened pixels by the user, an exponential transmission curve (and thus an exponential gradient) has proven to be particularly effective:

In a development of this embodiment, the transmission gradient has an exponential profile. Since such a progression appears linear to the human eye due to its logarithmic perception of brightness, the subjective perceptibility of the "postcard" can be reduced particularly effectively.

Bei einer ersten spezifischen Ausgestaltung ist die Maskierung in einem eigenständigen, im Strahlengang des Projektionslichts angeordneten Bauteil ausgebildet. Dies kann auf verschiedene Weisen realisiert sein:

Bei einer ersten Variante umfasst dieses Bauteil eine fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparente Trägerplatte oder -Schicht, die den gesamten Querschnitt des Projektionslichtstrahlenbündels vollständig überdeckt und in dem genannten Randbereich eingelassene lichtblockierende (beispielsweise lichtabsorbierende) Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission aufweist. Es kann sich bei der transparenten Trägerplatte oder -Schicht beispielsweise um eine Kunststoff-Trägerplatte oder Lack-Trägerschicht handeln.

In a first specific configuration, the masking is embodied in an independent component arranged in the beam path of the projection light. This can be realized in different ways:

In a first variant, this component comprises a carrier plate or layer that is essentially transparent to the projection light, which completely covers the entire cross-section of the projection light beam and has light-blocking (e.g. light-absorbing) particles or color pigments embedded in the said edge area with a density or concentration that increases from the inside to the outside corresponding to the desired gradually decreasing transmission. The transparent carrier plate or layer can be, for example, a plastic carrier plate or lacquer carrier layer.

Bei einer hierzu alternativen zweiten Variante umfasst das Bauteil im genannten Randbereich ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke (d. h. Stärke) in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit. Dabei nimmt die Dicke dieses Materials im genannten Randbereich von innen nach außen entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission zu. Grundsätzlich ist hierzu jedes dunkle (möglichst schwarze) opake Material geeignet, beispielsweise dunkles Glas oder homogen dunkel gefärbter Kunststoff wie Polycarbonat und vieles mehr. Die Lichtabsorption dieses Materials sollte dabei idealerweise so gewählt oder eingestellt sein, dass bei einer Materialstärke von 1-3 mm bereits mehr als 99% des einfallenden Projektionslichts absorbiert werden.In a second variant alternative to this, the component in the said edge region comprises a homogeneously formed opaque material with an opacity dependent on its thickness (ie thickness) in the direction of light propagation. The thickness of this material in the said edge area increases from the inside to the outside in accordance with the desired gradually decreasing transmission. In principle, any dark (possibly black) opaque material is suitable for this purpose, for example dark glass or homogeneously dark-colored plastic such as polycarbonate and much more. The light absorption of this material should ideally be selected or adjusted in such a way that a mate With a material thickness of 1-3 mm, more than 99% of the incident projection light is already absorbed.

Um Probleme wie Störreflexe durch Sonneneinstrahlung etc. an dem Bauteil zu umgehen, kann es insbesondere zwischen der Backlight-Einheit und der transmissiven Displayanzeigeschicht bzw. zwischen dem Mikrospiegelarray und dem Diffusor im Strahlengang des Projektionslichts angeordnet sein.In order to avoid problems such as interference reflections from solar radiation etc. on the component, it can be arranged in the beam path of the projection light in particular between the backlight unit and the transmissive display layer or between the micromirror array and the diffuser.

Bei einer zweiten spezifischen Ausgestaltung, die zu der obigen ersten spezifischen Ausgestaltung alternativ ist, ist die bildgebende Einheit als eine transmissive Displayanzeigeschicht mit einer zugehörigen Backlight-Einheit, beispielsweise als ein LCD, ausgebildet und die Maskierung ist direkt auf der Displayfläche oder auf deren Rückseite aufgebracht. Mit anderen Worten ist die Maskierung mittels einer vorderseitigen (d. h. von der Backlight-Einheit abgewandten) oder einer rückseitigen (d. h. von der Backlight-Einheit beleuchteten) Beschichtung oder Bedruckung der transmissiven Displayanzeigeschicht ausgebildet. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausgestaltung die gesamte Displayfläche dem hierin an anderen Stellen erwähnten insgesamt ausleuchtbaren Querschnitt des Projektionslichtstrahlenbündels entspricht. Ähnlich zu der obigen ersten Ausgestaltung gibt es auch hier zwei prinzipiell verschiedene Realisierungsvarianten:

Bei einer ersten Variante ist die Maskierung in einer fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparenten Trägerschicht, die die Displayfläche bzw. deren Rückseite vollständig abdeckt, ausgebildet. Hierzu sind im genannten Randbereich dieser Trägerschicht lichtblockierende Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission eingelassen. Es kann sich bei der transparenten Trägerschicht beispielsweise um eine Kunststoff- oder Lackschicht, unter anderem in Form einer nachträglich aufbringbaren Folie, handeln.

In a second specific configuration, which is an alternative to the first specific configuration above, the imaging unit is in the form of a transmissive display layer with an associated backlight unit, for example an LCD, and the masking is applied directly to the display surface or to its back . In other words, the masking is formed by means of a front side (ie facing away from the backlight unit) or a back side (ie illuminated by the backlight unit) coating or printing of the transmissive display layer. It should be noted that in this configuration the entire display area corresponds to the cross section of the projection light beam that can be illuminated overall and which is mentioned elsewhere herein. Similar to the first embodiment above, there are also two fundamentally different implementation variants here:

In a first variant, the masking is formed in a carrier layer that is essentially transparent to the projection light and that completely covers the display surface or its rear side. For this purpose, light-blocking particles or color pigments with a density or concentration that increases from the inside to the outside according to the desired gradually decreasing transmission are embedded in the said edge area of this carrier layer. The transparent carrier layer can be, for example, a plastic or paint layer, including in the form of a film that can be applied subsequently.

Bei einer hierzu alternativen zweiten Variante ist die Maskierung dadurch ausgebildet, dass auf die Displayfläche oder deren Rückseite im genannten Randbereich ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit aufgebracht ist. Dabei nimmt die Dicke dieses Materials im genannten Randbereich von innen nach außen entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission zu. Das Material kann beispielsweise lichtabsorbierende (schwarze) Farbe sein, die mit einer lokal variierenden Dicke auf die transmissive Displayanzeigeschicht vorderseitig oder rückseitig aufgedruckt ist.In an alternative second variant, the masking is formed in that a homogeneously formed opaque material is applied to the display surface or its rear side in the named edge region with an opacity dependent on its thickness in the direction of light propagation. The thickness of this material in the said edge area increases from the inside to the outside in accordance with the desired gradually decreasing transmission. The material can be, for example, light-absorbing (black) ink printed with a locally varying thickness on the front or back of the transmissive display layer.

Um Probleme wie Störreflexe durch Sonneneinstrahlung etc. zu umgehen, kann es ähnlich zu der obigen ersten Ausgestaltung auch hier sinnvoll sein, die Maskierung auf der Rückseite der transmissiven Displayanzeigeschicht vorzusehen.In order to avoid problems such as interfering reflections due to solar radiation etc., it can also be useful here, similarly to the first embodiment above, to provide the masking on the rear side of the transmissive display layer.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz (d. h. Einbau) in einem Fahrzeug ausgelegt sein kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst neben der Projektionseinheit der hierin dargelegten Art auch eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels angeordnete, benutzerseitig reflektierende und rückseitig zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, die insbesondere als Teilabschnitt einer Frontscheibe eines Fahrzeugs oder eine extra davor vorgesehene Combinerscheibe ausgebildet sein kann. Dabei ist die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld eines Benutzers angeordnet und ausgebildet, dass sie das Projektionslichtstrahlenbündel zu einer für den Benutzer bestimmten Eyebox reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darstellbar ist und im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung auch dargestellt wird.According to another aspect, there is provided a head-up display device that may be particularly adapted for use (i.e., incorporation) in a vehicle. In addition to the projection unit of the type presented here, the visual field display device also includes a reflective pane which is arranged in the beam path of the projection light beam emitted by the projection unit and which reflects on the user side and is at least partially transparent on the rear, which can be designed in particular as a partial section of a front pane of a vehicle or a combiner pane provided separately in front of it. The reflection screen is arranged and designed in the field of view of a user in such a way that it reflects the projection light beam to an eyebox intended for the user, whereby the display content can be displayed in the form of a virtual image behind the reflection screen and is also displayed during operation of the field of view display device.

Dabei ist ein mit der Blickfeldanzeigevorrichtung insgesamt abdeckbarer virtueller Anzeigebereich in seinem Randbereich, der sich aus dem genannten Randbereich des Projektionslichtstrahlenbündels ergibt, durch eine von innen nach außen graduell zunehmende Helligkeitsunterdrückung des Projektionslichts durch die Maskierung weichgezeichnet.A virtual display area that can be covered overall by the field of view display device is softened in its edge area, which results from the mentioned edge area of the projection light beam, by a gradually increasing brightness suppression of the projection light by the masking from the inside to the outside.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug vorgesehen. Die hierin verwendeten räumlichen Orientierungsbegriffe wie „oberer“, „unterer“, „seitlich“, „horizontal“, „vertikal“ etc. beziehen sich in diesem Fall auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen 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 spatial orientation terms used here such as "upper", "lower", "lateral", "horizontal", "vertical" etc. refer in this case to the usual Cartesian coordinate system fixed to the vehicle with the longitudinal, transverse and vertical axes of the vehicle perpendicular to one another .

Das Fahrzeug ist mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art ausgestattet, deren Projektionseinheit beispielsweise direkt unterhalb einer Oberseite einer Instrumententafel des Fahrzeugs verbaut sein kann, derart dass das Projektionslichtstrahlenbündel von der Projektionseinheit auf eine Frontscheibe oder eine direkt davor im Blickfeld des Fahrers oder eines anderen Insassen angeordnete Combinerscheibe geworfen wird, die als Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung dient. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann aber auch an jedem anderen geeigneten Einbauort im Fahrzeug integriert sein, wobei auch andere Fahrzeugscheiben oder im Insassenraum an anderen Stellen angeordnete Combinerscheiben als Reflexionsscheiben dienen können.The vehicle is equipped with a head-up display device of the type presented here, the projection unit of which can be installed, for example, directly below an upper side of an instrument panel of the vehicle, such that the projection light beam from the projection unit onto a windscreen or one arranged directly in front of it in the field of vision of the driver or another occupant Combiner disk is thrown, which serves as a reflection disk of the head-up display device. However, the field of view display device can also be integrated at any other suitable installation location in the vehicle, with other driving machine disks or combiner disks arranged at other points in the passenger compartment can serve as reflection disks.

Insbesondere kann die Blickfeldanzeigevorrichtung und deren einzelne Bestandteile derart untereinander und bezüglich des fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sein, dass ein von dem weichgezeichneten Randbereich begrenzter Teil des virtuellen Anzeigebereichs die Form eines Rechtecks besitzt, dessen Seiten horizontal und vertikal, mit anderen Worten entlang der fahrzeugeigenen Quer- und Höhenachse, ausgerichtet sind. Durch eine solche Ausrichtung des für die eigentliche Anzeige nutzbaren (d. h. nicht weichgezeichneten) Innenbereichs des virtuellen Anzeigebereichs kann die Unterdrückung seiner subjektiven Wahrnehmbarkeit als „Postkarte“ besonders wirksam sein, weil dem Benutzer eine nur schwach leuchtende Fläche mit horizontalen und vertikalen Seiten gegenüber der gesamten Fahrzeugumgebung weniger auffallen mag als wenn sie eine weniger natürliche schräge oder kurvig oder unregelmäßig geformte Kontur hätte.In particular, the visual field display device and its individual components can be aligned with one another and with respect to the vehicle's own Cartesian coordinate system in such a way that a part of the virtual display area delimited by the blurred edge area has the shape of a rectangle whose sides extend horizontally and vertically, in other words along the vehicle's own transverse and elevation axis, are aligned. Such an alignment of the inner area of the virtual display area that can be used for the actual display (i.e. not softened) can suppress its subjective perceptibility as a "postcard" particularly effectively, because the user sees only a weakly lit area with horizontal and vertical sides in relation to the entire vehicle environment may be less noticeable than if it had a less naturally sloping or curved or irregularly shaped contour.

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als rein schematische Illustrationen des grundsätzlichen optischen Aufbauprinzips, d. h. nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug, in deren Projektionseinheit auf einer zur Bilderzeugung dienenden transmissiven Displayanzeigeschicht rückseitig eine Maskierung zum Weichzeichnen des „Postkartenrands“ aufgebracht ist;
2 eine Displayfläche der transmissiven Displayanzeigeschicht in der Blickfeldanzeigevorrichtung der 1 mit einem tatsächlich für die Anzeige genutzten Displaybereich und einem diesen umgebenden ungenutzten Randbereich, in dem die Maskierung ausgebildet ist; und
3 ein möglicher Transmissionsverlauf in der Maskierung entlang einer in 2 eingezeichneten Richtung X entlang der Displayfläche.

The above aspects of the invention and its embodiments and specific configurations are explained in more detail below with reference to examples shown in the accompanying drawings. The drawings are to be understood as purely schematic illustrations of the basic optical design principle, ie not true to scale. Show it:

1 an exemplary embodiment of a visual field display device of the type presented here in a motor vehicle, in the projection unit of which a masking for softening the "postcard edge" is applied to the rear of a transmissive display layer used for image generation;
2 a display surface of the transmissive display layer in the head-up display device of FIG 1 with a display area actually used for the display and an unused edge area surrounding it, in which the masking is formed; and
3 a possible transmission course in the masking along an in 2 drawn direction X along the display surface.

1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Längsschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 mit einer integrierten Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der hierin dargelegten Art. Das Fahrzeug 1 ist in diesem Beispiel ein Kraftfahrzeug, das in 1 nur durch seine Frontscheibe 3 angedeutet ist, die als Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 dient. Darunter ist in einer nicht näher dargestellten Instrumententafel 4 eine Projektionseinheit 5 der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 angeordnet. Es handelt sich rein beispielhaft um ein Head-up-Display (HUD). 1 shows an embodiment of a vehicle 1 with an integrated visual field display device 2 of the type presented here in a greatly simplified schematic longitudinal sectional view. In this example, the vehicle 1 is a motor vehicle that 1 is indicated only by its front panel 3, which serves as a reflection panel of the head-up display device 2. A projection unit 5 of the visual field display device 2 is arranged underneath in an instrument panel 4 that is not shown in detail. It is purely an example of a head-up display (HUD).

Die Projektionseinheit 5 enthält eine zur Erzeugung eines gewünschten Anzeigeinhalts ausgebildete transmissive Displayanzeigeschicht 6 (in diesem Beispiel ein LCD) mit einer zu deren Hinterleuchtung vorgesehenen Backlight-Einheit 7, die eine oder mehrere Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), aufweist. Das von der Displayanzeigeschicht 6 ausgehende Projektionslichtstrahlenbündel L, das den Anzeigeinhalt zu einer Eyebox 8 eines Benutzers (beispielsweise Fahrers, nicht dargestellt) im Fahrzeug 1 transportiert, ist vereinfacht durch seinen Mittenstrahl angedeutet, der etwa aus einer Mitte der Displayanzeigeschicht 6 in eine Mitte der Eyebox 8 führt. Die transmissive Displayanzeigeschicht 6 und deren Backlight-Einheit 7 ergeben also eine hierin an anderen Stellen erwähnte bildgebende Einheit 9.The projection unit 5 contains a transmissive display layer 6 (in this example an LCD) designed to generate a desired display content, with a backlight unit 7 provided for its backlighting, which has one or more light sources, such as light-emitting diodes (LEDs). The projection light beam L emanating from the display layer 6, which transports the display content to an eyebox 8 of a user (e.g. driver, not shown) in the vehicle 1, is indicated in simplified form by its central beam, which extends approximately from a center of the display layer 6 to a center of the eyebox 8 leads. The transmissive display layer 6 and its backlight unit 7 thus result in an imaging unit 9 mentioned elsewhere herein.

Rein beispielhaft ist in 1 ist die transmissive Displayanzeigeschicht 6 in an sich bekannter Weise um einen Anstellwinkel von etwa 20° bezüglich der Backlight-Einheit 7 verkippt angeordnet, um störende Rückreflexe zu unterdrücken. Wiederum rein beispielhaft ist im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels L ein Konkavspiegel 10 derart angeordnet und ausgebildet, dass das Projektionslichtstrahlenbündel L die Projektionseinheit 5 in einer geeigneten Form und Richtung verlässt, um anschließend von der zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe (hier Frontscheibe 3) zur Eyebox 8 reflektiert zu werden und dem Benutzer dadurch den Anzeigeinhalt in einem vor dem Fahrzeug 1 liegenden virtuellen Anzeigebereich V darzustellen.Purely by way of example is in 1 the transmissive display layer 6 is arranged tilted in a manner known per se by an angle of about 20° with respect to the backlight unit 7 in order to suppress disruptive back reflections. Again, purely by way of example, a concave mirror 10 is arranged and designed in the further beam path of the projection light beam L in such a way that the projection light beam L leaves the projection unit 5 in a suitable shape and direction, in order to then be reflected from the at least partially transparent reflection pane (here front pane 3) to the eyebox 8 and thereby show the user the display content in a virtual display area V located in front of the vehicle 1 .

Wie eingangs erwähnt, sind Kontrastwerte (Full On / Full Off), die mit verfügbaren und zukünftigen Bildgebern wie der bildgebenden Einheit 9 für Head-up-Displays erreichbar sind, nicht hoch genug, um bei Nachtfahrten die Sichtbarkeit der dunkel geschalteten Pixel zu verhindern. Somit sieht der Fahrer nicht nur die eigentlichen Anzeigeinhalte, sondern die gesamte Displayfläche der bildgebenden Einheit 9 als eine leicht leuchtende Fläche, die sogenannte „Postkarte“. Mit anderen Worten ist der gesamte mit der Vorrichtung 2 abdeckbare virtuelle Anzeigebereich V (d. h. auch in Bereichen dunkel geschalteter Pixel) für den Benutzer in solchen Situationen als leicht leuchtend zu sehen. Gerade bei Nachtfahrten kann dies zu Irritationen führen und mindert die wahrgenommene Qualität der eigentlichen Anzeige.As mentioned at the outset, contrast values (full on/full off) that can be achieved with available and future imaging devices such as the imaging unit 9 for head-up displays are not high enough to prevent the darkened pixels from being visible when driving at night. The driver thus sees not only the actual display content, but the entire display area of the imaging unit 9 as a slightly illuminated area, the so-called "postcard". In other words, the entire virtual display area V that can be covered by the device 2 (i.e. also in areas of darkened pixels) can be seen by the user as slightly illuminated in such situations. Especially when driving at night, this can lead to irritation and reduces the perceived quality of the actual display.

Dieses Problem wird vorliegend durch ein Weichzeichnen W eines Randbereichs B des virtuellen Anzeigebereichs V verbessert, da hierdurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ reduziert wird. Das Weichzeichnen W des Postkartenrands B erfolgt durch eine Maskierung M mit nach außen abfallender Transmission, die in diesem Beispiel im Querschnitt/Strahlengang des Projektionslichts direkt auf der Rückseite der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 aufgebracht ist, die von der Backlight-Einheit 7 beleuchtet wird. Um den Gradienten des Helligkeitsverlaufs möglichst gering zu halten und damit die Wahrnehmbarkeit möglichst zu reduzieren, kann es vorteilhaft sein, den Übergangsbereich B so breit wie möglich zu gestalten.In the present case, this problem is improved by blurring W of an edge region B of the virtual display region V, since this subjective perceptibility of the "postcard" is reduced. The softening W of the postcard edge B is effected by a masking M with outwardly falling transmission, which in this example is applied directly to the back of the transmissive display layer 6 in the cross section/beam path of the projection light, which is illuminated by the backlight unit 7. In order to keep the gradient of the brightness curve as small as possible and thus to reduce the perceptibility as much as possible, it can be advantageous to make the transition area B as wide as possible.

2 zeigt ein Beispiel einer Displayfläche der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 in der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der 1. Aufgrund der Reflexion an einer vorgegebenen Freiformfläche der Frontscheibe 3 wird zur Erzeugung der Anzeigeinhalte in diesem Beispiel nicht die gesamte Displayfläche benutzt, sondern nur deren entsprechend fix vorgegebener Innenbereich 6A, der nach der Reflexion an der Frontscheibe 3 einen horizontal und vertikal bzgl. des üblichen fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems ausgerichteten rechteckigen Innenbereich A des virtuellen Anzeigebereichs V ergibt. 2 FIG. 12 shows an example of a display surface of the transmissive display layer 6 in the head-up display device 2 of FIG 1 . Due to the reflection on a given free-form surface of the windshield 3, not the entire display surface is used to generate the display content in this example, but only its correspondingly fixed inner area 6A, which after the reflection on the windshield 3 has a horizontal and vertical with respect to the usual vehicle Cartesian coordinate system aligned rectangular inner area A of the virtual display area V results.

Der Innenbereich 6A der Displayfläche ist von einem zur Anzeigeerzeugung nicht aktiv benutzten Randbereich 6B umgeben, in dem sinnvollerweise daher die Maskierung M ausgebildet ist. Dabei kann es aus obigen Gründen zur Erzeugung eines möglichst breiten Übergangsbereichs B besonders vorteilhaft sein, wenn die Form der Apertur der Maskierung M (d. h. die Form von deren Innenrand) dem tatsächlich genutzten Innenbereich 6A des Displays möglichst nahekommt. Dadurch stellt man zudem sicher, dass die Form der Postkarte im virtuellen Anzeigebereich V rechteckig und nicht verzerrt erscheint, wodurch sie dem Benutzer ebenfalls weniger auffällt.The inner area 6A of the display surface is surrounded by an edge area 6B which is not actively used to generate the display and in which the masking M is therefore expediently formed. For the above reasons, it can be particularly advantageous for generating the widest possible transition area B if the shape of the aperture of the masking M (i.e. the shape of its inner edge) comes as close as possible to the actually used inner area 6A of the display. This also ensures that the shape of the postcard in the virtual display area V appears square and not distorted, which also makes it less noticeable to the user.

3 zeigt in einem schematischen Diagramm einen möglichen Transmissionsverlauf in der Maskierung M entlang einer in 2 eingezeichneten Richtung X, die mittig entlang der Displayfläche verläuft. Die Position entlang der Richtung X ist dabei in willkürlichen Einheiten (arbitrary units, a.u.) angegeben. In diesem Beispiel ist die Maskierung M mit einer von innen nach außen exponentiell von 1 auf 0 abfallenden Transmission fürs Projektionslicht im Randbereich 6B der Displayfläche (und damit auch des Querschnitts des von dieser insgesamt erzeugbaren Projektionslichtstrahlenbündels L) ausgebildet. Solch ein Verlauf erscheint für das menschliche Auge aufgrund seines logarithmischen Helligkeitsempfindens linear, was die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam zu reduzieren hilft. 3 shows in a schematic diagram a possible transmission curve in the masking M along an in 2 drawn-in direction X, which runs centrally along the display surface. The position along the X direction is given in arbitrary units (au). In this example, the masking M is formed with a transmission for the projection light falling exponentially from 1 to 0 from the inside outwards in the edge region 6B of the display surface (and thus also of the cross section of the projection light beam L that can be generated overall by this). Such a progression appears linear to the human eye due to its logarithmic perception of brightness, which helps to reduce the subjective perceptibility of the "postcard" particularly effectively.

Wie hierin weiter oben erwähnt, kann die Umsetzung solch einer Maskierung M mit einem Transmissionsgradienten in verschiedenen Ausführungen erfolgen:

Eine erste Möglichkeit ist eine Bedruckung des Displays im ungenutzten Bereich 6B (vgl. 2) mit einer schwarzen, absorbierenden Farbe, wobei die Absorption des Drucks lokale Variationen aufweist, um den gewünschten Transmissionsgradienten zu erzielen. Der Druck kann sich sowohl auf der Belichtungs- als auch auf der Abbildungsseite der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 befinden, wobei die in 1 dargestellte Variante auf der Belichtungsseite den Vorteil hat, dass man geringere Anforderungen an die Oberflächenqualität des Drucks hat (Stichwort: Sonneneinstrahlung und Störreflexe).

As mentioned above, the implementation of such a masking M with a transmission gradient can take place in different versions:

A first possibility is to print the display in the unused area 6B (cf. 2 ) with a black, absorbing color, where the absorption of the print has local variations to achieve the desired transmission gradient. The pressure can be on both the exposure side and the imaging side of the transmissive display layer 6, with the in 1 The variant shown has the advantage on the exposure side that there are lower demands on the surface quality of the print (keyword: solar radiation and interfering reflections).

Eine andere Möglichkeit (nicht dargestellt) zur Herstellung der Maskierung M ist ein eigens hierzu vorgesehenes mechanisches Bauteil aus einem dunklen (möglichst schwarz) opaken Material. Die Absorption im Material sollte zur Vermeidung allzu hoher Materialstärken so eingestellt sein, dass bei einer Materialstärke von 1-3 mm bereits mehr als 99% des einfallenden Projektionslichts absorbiert werden. Den Transmissionsgradienten im ungenutzten Displaybereich 6B (vgl. 2 und 3) stellt man in diesem Fall über die lokal variierende Materialstärke ein. Im genutzten Displaybereich 6A ist diese Maskierung selbstverständlich ausgeschnitten (Apertur). Aus ähnlichen Gründen wie bei der ersteren Möglichkeit kann es vorteilhaft sein, diese mechanische Maskierung M auf der Belichtungsseite (d. h. Rückseite) der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 anzubringen.Another possibility (not shown) for producing the masking M is a mechanical component made of a dark (possibly black) opaque material provided specifically for this purpose. To avoid excessive material thickness, the absorption in the material should be adjusted in such a way that with a material thickness of 1-3 mm, more than 99% of the incident projection light is already absorbed. The transmission gradient in the unused display area 6B (cf. 2 and 3 ) is set in this case via the locally varying material thickness. This masking is of course cut out (aperture) in the used display area 6A. For reasons similar to the first possibility, it can be advantageous to apply this mechanical masking M on the exposure side (ie rear side) of the transmissive display layer 6 .

Bei beiden Möglichkeiten ist es alternativ auch möglich, zur Erzielung derselben Wirkung die Maskierung M in Form lichtblockierender Farbpigmente oder Partikel mit einer geeigneten, lokal variierenden Konzentration/Dichte in einer im Übrigen transparenten Trägerschicht oder Trägerplatte einzulassen.With both options, it is alternatively also possible, to achieve the same effect, to incorporate the masking M in the form of light-blocking color pigments or particles with a suitable, locally varying concentration/density in an otherwise transparent carrier layer or carrier plate.

BezugszeichenlisteReference List

11: Fahrzeugvehicle
22: Blickfeldanzeigevorrichtunghead-up display device
33: Frontscheibewindscreen
44: Instrumententafeldashboard
55: Projektionseinheitprojection unit
66: transmissive Displayanzeigeschichttransmissive display indicator layer
6A6A: für die Anzeige tatsächlich benutzter Innenbereich der Displayfläche bzw. des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündelsinner area of the display area or the cross-section of the projection light beam actually used for the display
6B6B: Randbereich der Displayfläche bzw. des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels, der für die Anzeige nicht benutzt wi rdEdge area of the display area or the cross-section of the projection light beam that is not used for the display
77: Backlight-Einheitbacklight unit
88th: Eyeboxeyebox
99: bildgebende Einheitimaging unit
1010: Konkavspiegelconcave mirror
LL: Projektionslichtstrahlenbündelprojection light beam
VV: insgesamt ausleuchtbarer virtueller Anzeigebereichoverall illuminable virtual display area
MM: Maskierungmasking
BB: für die Anzeige nicht benutzter Randbereich des virtuellen Anzeigebereichs V, auch Übergangsbereich oder Postkartenrand genanntedge area of the virtual display area V not used for the display, also called transition area or postcard edge
AA: für die Anzeige benutzter Innenbereich des virtuellen Anzeigebereichs Vinner area of the virtual display area used for the display V
WW: durch die Maskierung bewirkte Weichzeichnungblur caused by the masking

Claims

Projection unit (5) for a visual field display device (2), in particular for use in a motor vehicle, comprising: - An imaging unit (9) designed to generate a projection light beam (L) with the desired display content; and - a mask (M), which is arranged within the imaging unit (9) or in the further beam path of the projection light beam (L) in a predetermined edge region (6B) of its cross section that can be illuminated overall with the imaging unit (9) and a predetermined one from the inside has gradually decreasing transmission for the projection light towards the outside; - wherein the projection unit (5) is designed to emit the projection light beam (L) in a predetermined shape and direction, so that it is then reflected from a partially transparent reflection screen arranged in the user's field of vision to his eyes and the display content as a result as a behind the reflection screen floating virtual image is displayed; and - wherein the masking (M) causes a softening (W) of a corresponding edge area (B) of a virtual display area (V) that can be illuminated overall with the projection unit (5).

Projection unit (5) after claim 1 , wherein - the masking (M) is designed and arranged in the projection unit (5) in such a way that it extends around a predetermined inner region (6A) of the cross section of the projection light beam (L) that is actually used for the virtual image display along its entire peripheral edge .

Projection unit (5) after claim 1 or 2 , wherein - the transmission of the masking (M) in the said edge region (6B) decreases continuously from inside to outside from completely light-transmitting to completely light-blocking with a predetermined transmission gradient, preferably exponentially.

Projection unit (5) according to one of the preceding claims, wherein the imaging unit (9) - has a transmissive display layer (6) with a backlight unit (7) designed to backlight it and is preferably designed as a liquid crystal display; or - An electrically controllable micromirror array with a projection light source for its illumination and optionally with a diffuser on which the desired image is generated by the micromirrors.

Projection unit (5) according to one of the preceding claims, in which the masking (M) is formed in an independent component arranged in the beam path of the projection light, in that this component - has a support plate or layer that is essentially transparent to the projection light, which completely covers the cross-section of the projection light beam (L) and has light-blocking particles or color pigments embedded in said edge region (6B) with a density or concentration that increases from the inside to the outside according to the predetermined gradual has decreasing transmittance; or - in said edge area (6B) has a homogeneously formed opaque material with opacity dependent on its thickness in the direction of light propagation, the material thickness in said edge area (6B) increasing from the inside outwards according to the predetermined gradually decreasing transmission.

Projection unit (5) after claim 5 , in which - the component is arranged in the beam path of the projection light between the backlight unit (7) and the transmissive display layer (6) or between the micromirror array and the diffuser.

Projection unit (5) after claim 4 , in which the masking (M) is formed in a front-side coating of the transmissive display layer (6) that is remote from the backlight unit (7) or in a rear-side coating that is illuminated by the backlight unit (7), by this coating - one for Projection light comprises an essentially transparent carrier layer, which completely covers an entire display surface of the transmissive display layer (6) or its entire rear side and light-blocking particles or color pigments embedded in the said edge area (6B) with a density or concentration that increases from the inside to the outside according to the predetermined has gradually decreasing transmission; or - a homogeneously formed opaque material with an opacity dependent on its thickness in the direction of light propagation is applied to said display surface or rear side of the transmissive display layer (6) in the said edge region (6B), the material thickness in the said edge region (6B) moving from the inside out outside increases according to the predetermined gradually decreasing transmission.

Head-up display device (2), in particular for use in a vehicle (1), comprising: - a projection unit (5) according to any one of the preceding claims; and - a reflective pane that is arranged in the beam path of the projection light beam (L) emitted by the projection unit (5) and reflects on the user side and is at least partially transparent on the rear, in particular a front pane (3) of the vehicle (1) or a specially provided combiner pane; - wherein the reflection disc is arranged and designed in a user's field of vision in such a way that it reflects the projection light beam (L) to an eyebox (8) predetermined for the user, whereby the display content can be displayed to him in the form of a virtual image behind the reflection disc; and - wherein a virtual display area (V) that can be maximally covered by the visual field display device (2) in its edge area (B), which results from said edge area (6B) of the cross section of the projection light beam (L), by a brightness suppression that gradually increases from the inside to the outside of the projection light is softened (W) by the masking (M).

Vehicle (1), in particular a motor vehicle, comprising: - a vehicle window and a passenger compartment partially delimited by this; and - a head-up display device (2). claim 8 , whose reflection pane is designed as part of the vehicle pane or as a combiner pane arranged in the passenger compartment.

Vehicle (1) after claim 9 , with mutually perpendicular longitudinal, transverse and vertical axes of a vehicle's own Cartesian coordinate system, wherein - the visual field display device (2) and its individual components are aligned with one another and with respect to the vehicle's own Cartesian coordinate system in such a way that an inner area ( A) the virtual display area (V) has the shape of a rectangle whose sides are aligned along the vehicle's lateral and vertical axis.