DE102023200551A1 - Gerät zum Generieren virtueller Bilder mit reduziertem Übersprechen - Google Patents

Gerät zum Generieren virtueller Bilder mit reduziertem Übersprechen Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren virtueller Bilder, bei dem ein Übersprechen zwischen den virtuellen Bildern reduziert ist. Das Gerät weist zumindest eine bildgebende Einheit (10) zum Erzeugen zweier Bilder auf, wobei das erste erzeugte Bild ausgangsseitig mit Licht (SB1) einer ersten Polarisationsrichtung übertragen wird und das zweite Bild ausgangsseitig mit Licht (SB2) einer zur ersten Polarisationsrichtung orthogonalen zweiten Polarisationsrichtung übertragen wird. Das Gerät weist ferner eine Optikeinheit (12) zum Projizieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes auf eine Projektionsfläche (2, 20) auf, wobei die Optikeinheit (12) ein Verzögerungselement (210) aufweist, das eingerichtet ist, die Polarisationsrichtung des Lichts (SB2) des zweiten Bildes um 90° zu drehen. Ein Polarisationsfilter (24) filtert Licht der zweiten Polarisationsrichtung aus, bevor es auf die Projektionsfläche (2, 20) trifft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren virtueller Bilder, bei dem ein Übersprechen zwischen den virtuellen Bildern reduziert ist.
  • Mit der stetigen Weiterentwicklung von Virtual & Augmented Reality-Technologien und -Anwendungen finden diese auch Einzug in das Automobil. Bei Augmented Reality (AR), auf Deutsch „erweiterte Realität“, handelt es sich um die Anreicherung der realen Welt durch virtuelle Elemente, die im dreidimensionalen Raum ortskorrekt registriert sind. Da sich in der Fachwelt im deutschsprachigen Raum der Ausdruck „Augmented Reality“ gegenüber dem Ausdruck „erweiterte Realität“ durchgesetzt hat, wird im Folgenden ersterer benutzt.
  • Eine mögliche technische Realisierung, um visuelle Informationen in Form von Augmented Reality bereitzustellen, bietet das Head-Up-Display. Unter einem Head-Up-Display, auch als HUD bezeichnet, wird ein Anzeigesystem verstanden, bei dem der Betrachter seine Blickrichtung beibehalten kann, da die darzustellenden Inhalte in sein Sichtfeld eingeblendet werden. Während derartige Systeme aufgrund ihrer Komplexität und Kosten ursprünglich vorwiegend im Bereich der Luftfahrt Verwendung fanden, werden sie inzwischen auch im Automobilbereich in Großserie verbaut.
  • Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einer bildgebenden Einheit bzw. PGU (Picture Generating Unit), einer Optikeinheit und einer Spiegeleinheit. Die bildgebende Einheit erzeugt das Bild und nutzt dazu zumindest ein Anzeigeelement. Die Optikeinheit leitet das Bild auf die Spiegeleinheit. Die Spiegeleinheit ist eine teilweise spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Betrachter sieht also die von der bildgebenden Einheit dargestellten Inhalte als virtuelles Bild und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. Als Spiegeleinheit dient im Automobilbereich oftmals die Windschutzscheibe, deren gekrümmte Form bei der Darstellung berücksichtigt werden muss. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit und Spiegeleinheit ist das virtuelle Bild eine vergrößerte Darstellung des von der bildgebenden Einheit erzeugten Bildes.
  • Die meisten aktuell auf dem Markt befindenden Head-Up-Displays, die Augmented-Reality-Anzeigen realisieren, projizieren visuelle Informationen in Entfernungen von mehr als 7,5 m. Diese große Projektionsentfernung ist vorteilhaft für die kontaktanaloge Überlagerung. Allerdings werden im Gegenzug Statusinformationen oder Fahrinformationen, wie z.B. die Geschwindigkeit, nicht wie gewohnt bei einem Head-Up-Display in einer ergonomisch günstigen Entfernung von ca. 2,5 m abgebildet. Sie werden deshalb oftmals als nicht zum Fahrzeug zugehörend empfunden. Aus diesem Grund wird häufig eine zweite Bildebene mit geringerer Projektionsdistanz bereitgestellt. Um die zweite Bildebene in einem kompakten Bauvolumen zu ermöglichen, können die internen optischen Pfade überlagert werden. Allerdings müssen die optischen Pfade auf den Bildebenen wieder getrennt sein, damit die Bildinformationen nicht gegenseitig übersprechen.
  • In diesem Zusammenhang beschreibt US 2020/0036947 A1 eine Anzeigevorrichtung mit einem optischen Modulationselement, das so konfiguriert ist, dass es unter Verwendung von Beleuchtungslicht von einer Beleuchtungsvorrichtung Bildlicht entsprechend einem Bild emittiert, einem Polarisationssteuerelement, das so konfiguriert ist, dass es auf der Grundlage des von dem optischen Modulationselement empfangenen Bildlichts ein erstes polarisiertes Licht und ein zweites polarisiertes Licht emittiert, einem Polarisationstrennungselement, das so konfiguriert ist, dass es das erste polarisierte Licht als durchgelassenes Licht überträgt und das zweite polarisierte Licht als reflektiertes Licht reflektiert, und einem Projektor, der so konfiguriert ist, dass er das durchgelassene Licht auf einen ersten Projektionsbereich einer Projektionsebene projiziert und reflektiertes Licht auf einen zweiten Projektionsbereich der Projektionsebene projiziert.
  • US 2020/0183161 A1 beschreibt ein Head-Up-Display für ein Fahrzeug, das so konfiguriert ist, dass es die Anzeigepositionen einer Vielzahl von virtuellen Bildern, die durch eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs angezeigt werden, ändert. Das Head-Up-Display umfasst eine Spiegeleinheit, die einen ersten Spiegel zum Reflektieren eines ersten und eines zweiten Bildlichts in Richtung einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs umfasst, und eine Anzeigeschicht an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, um ein erstes virtuelles Bild, das dem ersten Bildlicht entspricht, in einem ersten Bereich anzuzeigen und ein zweites virtuelles Bild, das dem zweiten Bildlicht entspricht, in einem zweiten Bereich anzuzeigen. Eine Steuerung des Head-Up-Displays ist so konfiguriert, dass sie eine Neigung des ersten Spiegels ändert, um eine Anzeigeposition des ersten und des zweiten virtuellen Bildes zu ändern.
  • US 2021/0033863 A1 beschreibt ein Head-up-Display mit einer Anzeigevorrichtung, einer ersten optischen Komponente und einer zweiten optischen Komponente. Die Anzeigevorrichtung ist so konfiguriert, dass sie ein erstes und ein zweites Projektionslicht mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in Richtung der ersten optischen Komponente abstrahlt. Die erste optische Komponente lässt das erste Projektionslicht passieren und reflektiert das zweite Projektionslicht in Richtung der zweiten optischen Komponente. Diese ändert die Polarisationsrichtung des zweiten Projektionslichts und reflektiert ein daraus resultierendes drittes Projektionslicht in Richtung der ersten optischen Komponente, die dieses passieren lässt.
  • US 2021/0018760 A1 beschreibt ein optisches Anzeigesystem mit einem Anzeigeschirm, einer ersten optischen Struktur und einer zweiten optischen Struktur. Die erste optische Struktur ist auf einer Lichtemissionsseite des Anzeigeschirms angeordnet und so konfiguriert, dass sie Licht von dem Anzeigeschirm in verschiedene Arten von polarisiertem Licht aufteilt. Die zweite optische Struktur ist auf einem Emissionspfad der verschiedenen Arten von polarisiertem Licht zu einer Bilderzeugungsseite angeordnet und so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von virtuellen Bildebenen bildet, die mindestens zwei Brennweiten entsprechen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zum Generieren virtueller Bilder bereitzustellen, bei dem ein Übersprechen zwischen den virtuellen Bildern reduziert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Gerät zum Generieren virtueller Bilder auf:
    • - zumindest eine bildgebende Einheit zum Erzeugen zweier Bilder, wobei das erste erzeugte Bild ausgangsseitig mit Licht einer ersten Polarisationsrichtung übertragen wird und das zweite Bild ausgangsseitig mit Licht einer zur ersten Polarisationsrichtung orthogonalen zweiten Polarisationsrichtung übertragen wird;
    • - eine Optikeinheit zum Projizieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes auf eine Projektionsfläche, mit zumindest einem Faltspiegel, einem gekrümmten Spiegel und einem Verzögerungselement, wobei der zumindest eine Faltspiegel eingerichtet ist, das Licht des ersten Bildes und das Licht des zweiten Bildes in Richtung des gekrümmten Spiegels zu reflektieren, und wobei das Verzögerungselement an dem zumindest einen Faltspiegel angeordnet ist und eingerichtet ist, die Polarisationsrichtung des Lichts des zweiten Bildes um 90° zu drehen; und
    • - ein Polarisationsfilter zum Ausfiltern von Licht der zweiten Polarisationsrichtung.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden zwei Strahlenbündel mit unterschiedlichen Bildinhalten und unterschiedlich polarisiertem Licht über verschiedene optische Pfade gelenkt, um zwei virtuelle Bilder zu generieren. Durch die Verwendung von Licht zweier zueinander orthogonaler Polarisationsrichtungen bereits ab der bildgebenden Einheit wird erreicht, dass das in einen optischen Pfad übersprechende Licht eine abweichende Polarisationsrichtung hat und durch ein Polarisationsfilter nah an der Projektionsfläche ausgefiltert werden kann. Dadurch, dass das Licht, das über einen nicht erwünschten Weg läuft, nicht beim Betrachter ankommt, wird ausgeschlossen, dass z.B. bei Kopfbewegung des Betrachters eines der Bilder über den falschen optischen Pfad einsehbar wird.
  • Erfindungsgemäß ist das Verzögerungselement, z.B. eine Viertelwellenplatte, an einem Faltspiegel der Optikeinheit angeordnet. Optikeinheiten von Head-Up-Displays nutzen regelmäßig Faltspiegel, um einen ausreichend langen optischen Pfad zu ermöglichen und gleichzeitig die Optikeinheit kompakt zu halten. Die Viertelwellenplatte ist so angeordnet, dass sie sich lediglich im optischen Pfad für das zweite Bild befindet. Das Licht des zweiten Bildes durchläuft die Viertelwellenplatte zweimalig, einmal auf dem Weg zum Faltspiegel und ein weiteres Mal nach der Reflexion am Faltspiegel. Daher wird die Polarisationsrichtung um insgesamt 90° gedreht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gerät eine einzige bildgebende Einheit auf, wobei auf einem Teilbereich eines Anzeigeelements der bildgebenden Einheit eine Halbwellenplatte angeordnet ist. Diese Lösung hat den Vorteil, dass lediglich geringfügige Änderungen am Gerät bzw. an der bildgebenden Einheit im Vergleich zu bekannten Geräten erforderlich sind. Vorteilhafterweise wird bei dieser Lösung ein hochauflösendes Anzeigeelement verbaut, da für jedes der erzeugten Bilder nur ein Teil der Pixel des Anzeigeelements zur Verfügung steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gerät zwei bildgebende Einheiten zum Erzeugen der zwei Bilder auf. Bei dieser Lösung wird jedes Bild durch eine eigene bildgebende Einheit erzeugt. Die bildgebenden Einheiten sind so ausgestaltet bzw. angeordnet, dass die Polarisationsrichtungen des jeweils abgestrahlten Lichts orthogonal zueinander sind. Ein Vorteil besteht dabei darin, dass für jedes Bild die volle Auflösung des jeweiligen Anzeigeelements zur Verfügung steht.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Viertelwellenplatte auf einer Teilfläche des zumindest einen Faltspiegels angeordnet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Viertelwellenplatte auch bei einer Lageänderung des Faltspiegels, z.B. aufgrund einer Justage des optischen Pfades, stets optimal zum Faltspiegel ausgerichtet ist. Zudem können der Faltspiegel und die Viertelwellenplatte gemeinsam in nur einem Arbeitsgang in die Optikeinheit eingebracht werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Optikeinheit einen ersten Faltspiegel für das erste Bild und einen zweiten Faltspiegel für das zweite Bild auf. Diese Lösung erlaubt es auf einfache Weise, die optischen Pfades des ersten Bildes und des zweiten Bildes unabhängig voneinander zu justieren. Die beiden Faltspiegel können auch an unterschiedlichen Stellen stehen und mit unterschiedlichen Winkeln und Krümmungen versehen sein.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die virtueller Bilder in unterschiedlichen Bildebenen generiert. Dies ist besonders vorteilhaft, um ein erstes virtuelles in einer relativ großen Entfernung von einem Betrachter zu generieren, z.B. für eine kontaktanaloge Anzeige, und ein zweites virtuelles Bild in einem Komfortbereich näher beim Betrachter. Vorzugsweise werden die unterschiedlichen Bildebenen durch die Verwendung unterschiedlich langer optischer Pfade in der Optikeinheit realisiert.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Gerät ein Head-Up-Display, z.B. ein Head-Up-Display für ein Fortbewegungsmittel. Insbesondere kann das Gerät ein Augmented-Reality-Head-Up-Display sein. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung beschränkt sich allerdings nicht auf Head-Up-Displays. Mögliche Anwendungen erstrecken sich auch allgemein auf Displays bzw. Beleuchtungselemente, bei denen störende Reflexionen an glänzen Flächen unerwünscht sind bzw. unterdrückt werden sollen, oder bei denen gleichzeitig mehrere Bildinformationen bereitgestellt werden sollen.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch ein erstes Head-Up-Display gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug;
    • 2 zeigt schematisch ein weiteres Head-Up-Display gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug;
    • 3 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug;
    • 4 veranschaulicht anhand des Ausführungsbeispiels aus 3, wie ein Übersprechen verhindert wird;
    • 5 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug; und
    • 6 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug.
  • Figurenbeschreibung
  • Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
  • 1 zeigt eine Prinzipskizze eines ersten Head-Up-Displays gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug. Bei diesem Head-Up-Display können virtuelle Bilder VB nur in einer einzigen Bildebene erzeugt werden. Das Head-Up-Display weist eine Anzeigevorrichtung 1 mit einer bildgebenden Einheit 10 und einer Optikeinheit 12 auf. Von einem Anzeigeelement 11 geht Licht SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es in Richtung einer Spiegeleinheit 2 reflektiert. Die Spiegeleinheit 2 ist hier als Windschutzscheibe 20 des Kraftfahrzeugs dargestellt. Von dort gelangt das Licht SB1' in Richtung eines Auges eines Betrachters 3.
  • Der Betrachter 3 sieht ein virtuelles Bild VB1, welches sich außerhalb des Kraftfahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Kraftfahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 12 und Spiegeleinheit 2 ist das virtuelle Bild VB1 eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen dargestellt. So lange sich das Auge des Betrachters 3 innerhalb einer durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 4 befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes VB1 für den Betrachter 3 sichtbar. Befindet sich das Auge des Betrachters 3 außerhalb der Eyebox 4, so ist das virtuelle Bild VB1 für den Betrachter 3 nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox 4 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition.
  • Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 ist an die Krümmung der Windschutzscheibe 20 angepasst und sorgt dafür, dass die Bildverzeichnung über die gesamte Eyebox 4 stabil ist. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch ermöglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 4 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 4 an die Position des Betrachters 3. Der Faltspiegel 21 dient dazu, dass der vom Licht SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 12 dennoch kompakt ausfällt. Die bildgebende Einheit 10 und die Optikeinheit 12 werden durch ein Gehäuse 13 mit einer transparenten Abdeckscheibe 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 12 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Eine auf der Abdeckscheibe 23 angeordnete Abdeckanordnung 25 dient dazu, das über die Grenzfläche der Abdeckscheibe 23 reflektierte Licht sicher zu absorbieren, sodass keine Blendung des Betrachters hervorgerufen wird. Außer dem Sonnenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 5 auf das Anzeigeelement 11 gelangen. Ein auf der Abdeckscheibe 23 angeordnetes Polarisationsfilter 24 kann genutzt werden, um einfallendes Sonnenlicht SL oder Störlicht zu reduzieren.
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze eines weiteren Head-Up-Displays gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug. Bei diesem Head-Up-Display können virtuelle Bilder VB1, VB2 in zwei Bildebenen erzeugt werden. Der Aufbau des Head-Up-Displays entspricht weitgehend dem aus 1. Allerdings ist eine zweite bildgebende Einheit 10' mit einem zweiten Anzeigeelement 11' verbaut. Von dem zweiten Anzeigeelement 11' geht Licht SB2 aus, welches vom gekrümmten Spiegel 22 Richtung Spiegeleinheit 2 reflektiert wird. Von dort gelangt das Licht SB2' in Richtung des Auges des Betrachters 3.
  • Der Betrachter 3 sieht zwei virtuelle Bilder VB1, VB2, welche sich außerhalb des Kraftfahrzeugs vor dem Kraftfahrzeug und oberhalb der Motorhaube befinden. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 12 und Spiegeleinheit 2 sind die virtuellen Bilder VB1, VB2 wiederum vergrößerte Darstellungen der von den Anzeigeelementen 11, 11' angezeigten Bilder. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der Motorhaube sowie Navigationsanweisungen vor dem Kraftfahrzeug dargestellt.
  • 3 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug. Zwecks einer besseren Übersichtlichkeit ist lediglich ein Teil der verbauten Komponenten dargestellt. Auch die Strahlengänge bzw. das Licht SB1, SB1', SB2, SB2' sind vereinfacht wiedergegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine einzige bildgebende Einheit 10 genutzt, um sowohl das erste Bild als auch das zweite Bild zu erzeugen. Ein Anzeigeelement 11 der bildgebenden Einheit 10 ist polarisiert und strahlt linear polarisiertes Licht ab. Das Licht SB1, mit dem das erste Bild übertragen wird, weist in diesem Beispiel eine Polarisation parallel zur Zeichenebene auf. Auf einem Teilbereich des Anzeigeelements 11 ist eine Halbwellenplatte 110 angeordnet. Diese dreht die Polarisationsrichtung des Lichts SB2, mit dem das zweite Bild übertragen wird. Dieses weist daher eine Polarisation senkrecht zur Zeichenebene auf. Das Licht SB1, SB2 beider Bilder wird von einem Faltspiegel 21 in Richtung eines gekrümmten Spiegels 22 reflektiert. Auf einer Teilfläche des Faltspiegels 21 ist als Verzögerungselement 210 eine Viertelwellenplatte angeordnet. Diese wird vom Licht SB2 des zweiten Bildes zweimal durchlaufen, sodass die Polarisationsrichtung des Lichts SB2 um 90° gedreht wird. Das Licht SB1, SB2 beider Bilder weist somit nach der Reflexion am Faltspiegel die gleiche Polarisationsrichtung auf, in diesem Beispiel parallel zur Zeichenebene. Der gekrümmte Spiegel 22 reflektiert das Licht SB1, SB2 beider Bilder in Richtung einer Spiegeleinheit 2, z.B. einer Windschutzscheibe 20 des Kraftfahrzeugs. Das vom gekrümmten Spiegel 22 reflektierte Licht SB1', SB2' durchläuft dabei ein Polarisationsfilter 24. Dieses ist so ausgestaltet, dass es für Licht mit einer Polarisation parallel zur Zeichenebene durchlässig ist. Das reflektierte Licht SB1', SB2' kann somit das Polarisationsfilter 24 passieren und wird im weiteren Verlauf von der Spiegeleinheit 2 in Richtung des Betrachters reflektiert, um so die beiden virtuellen Bilder zu generieren.
  • 4 veranschaulicht anhand des Ausführungsbeispiels aus 3, wie ein Übersprechen verhindert wird. Licht SB1 des ersten Bildes, das entlang eines falschen Pfades läuft und auf das Verzögerungselement 210 trifft, ist nach der Reflexion am Faltspiegel senkrecht zur Zeichenebene polarisiert und wird vom Polarisationsfilter 24 ausgefiltert. Entsprechend ist Licht SB2 des zweiten Bildes, das entlang eines falschen Pfades läuft und nicht auf das Verzögerungselement 210 trifft, nach der Reflexion am Faltspiegel weiterhin senkrecht zur Zeichenebene polarisiert und wird vom Polarisationsfilter 24 ebenfalls ausgefiltert. Dadurch, dass das Licht, das über einen nicht erwünschten Weg läuft, nicht beim Betrachter ankommt, wird ausgeschlossen, dass z.B. bei Kopfbewegung des Betrachters eines der Bilder über den falschen optischen Pfad einsehbar wird.
  • 5 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug. Das Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Allerdings weist das Head-Up-Display in diesem Fall zwei getrennte bildgebende Einheiten 10, 10' für die Erzeugung der beiden Bilder auf. Die Anzeigeelemente 11, 11' der beiden bildgebenden Einheiten 10, 10' sind polarisiert und strahlen linear polarisiertes Licht ab. Das Licht SB1, mit dem das erste Bild übertragen wird, weist in diesem Beispiel eine Polarisation parallel zur Zeichenebene auf. Das Licht SB2, mit dem das zweite Bild übertragen wird, weist hingegen eine Polarisation senkrecht zur Zeichenebene auf.
  • 6 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug. Das Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Allerdings weist das Head-Up-Display in diesem Fall zwei getrennte Faltspiegel 21, 21' für das Licht SB1 des ersten Bildes und das Licht SB2 des zweiten Bildes auf. Die beiden Faltspiegel 21, 21' sind unabhängig voneinander einstellbar. Eine Viertelwellenplatte als Verzögerungselement 210 ist lediglich auf dem zweiten Faltspiegel 21' angeordnet.
  • Anstelle einer am Faltspiegel 21, 21' angeordneten Viertelwellenplatte kann als Verzögerungselement 210 auch eine Halbwellenplatte (hier nicht dargestellt) verwendet werden, die im Strahlengang zwischen der bildgebenden Einheit 10, 10' und dem Faltspiegel 21, 21' oder zwischen dem Faltspiegel 21, 21' und dem Polarisationsfilter 24 angeordnet ist. In diesem Fall muss die Halbwellenplatte so angeordnet sein, dass sie vom Licht, dessen Polarisationsrichtung gedreht werden soll, nur einmalig durchlaufen wird. Darüber hinaus liegt es im Ermessen des Fachmanns, bei welchem Bild die Polarisationsrichtung beeinflusst wird, solange die Polarisation nach der Beeinflussung bei beiden Bildern gleich und an das Polarisationsfilter 24 angepasst ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Anzeigevorrichtung
    2
    Spiegeleinheit
    3
    Betrachter
    4
    Eyebox
    5
    Störlichtquelle
    10, 10'
    Bildgebende Einheit
    110
    Halbwellenplatte
    11, 11'
    Anzeigeelement
    12
    Optikeinheit
    13
    Gehäuse
    20
    Windschutzscheibe
    21, 21'
    Faltspiegel
    210
    Verzögerungselement
    22
    Gekrümmter Spiegel
    221
    Lagerung
    23
    Abdeckscheibe
    24
    Polarisationsfilter
    25
    Abdeckanordnung
    SB1, SB1', SB2, SB2'
    Strahlenbündel
    SL
    Sonnenlicht
    VB1, VB2
    Virtuelles Bild
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2020/0036947 A1 [0006]
    • US 2020/0183161 A1 [0007]
    • US 2021/0033863 A1 [0008]
    • US 2021/0018760 A1 [0009]

Claims (9)

  1. Gerät zum Generieren virtueller Bilder (VB1, VB2), mit: - zumindest einer bildgebenden Einheit (10, 10') zum Erzeugen zweier Bilder, wobei das erste erzeugte Bild ausgangsseitig mit Licht (SB1) einer ersten Polarisationsrichtung übertragen wird und das zweite Bild ausgangsseitig mit Licht (SB2) einer zur ersten Polarisationsrichtung orthogonalen zweiten Polarisationsrichtung übertragen wird; - einer Optikeinheit (12) zum Projizieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes auf eine Projektionsfläche (2, 20), mit zumindest einem Faltspiegel (21, 21'), einem gekrümmten Spiegel (22) und einem Verzögerungselement (210), wobei der zumindest eine Faltspiegel (21, 21') eingerichtet ist, das Licht (SB1) des ersten Bildes und das Licht (SB2) des zweiten Bildes in Richtung des gekrümmten Spiegels (22) zu reflektieren, und wobei das Verzögerungselement (210) an dem zumindest einen Faltspiegel (21, 21') angeordnet ist und eingerichtet ist, die Polarisationsrichtung des Lichts (SB2) des zweiten Bildes um 90° zu drehen; und - einem Polarisationsfilter (24) zum Ausfiltern von Licht der zweiten Polarisationsrichtung.
  2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei das Gerät eine einzige bildgebende Einheit (10) aufweist, und wobei auf einem Teilbereich eines Anzeigeelements (11) der bildgebenden Einheit (10) eine Halbwellenplatte (110) angeordnet ist.
  3. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei das Gerät zwei bildgebende Einheiten (10, 10') zum Erzeugen der zwei Bilder aufweist.
  4. Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verzögerungselement (210) eine Viertelwellenplatte ist.
  5. Gerät gemäß Anspruch 4, wobei die Viertelwellenplatte auf einer Teilfläche des zumindest einen Faltspiegels (21) angeordnet ist.
  6. Gerät gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Optikeinheit (12) einen ersten Faltspiegel (21) für das erste Bild und einen zweiten Faltspiegel (21') für das zweite Bild aufweist.
  7. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die virtuellen Bilder (VB1, VB2) in unterschiedlichen Bildebenen generiert werden.
  8. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gerät ein Head-Up-Display ist.
  9. Gerät gemäß Anspruch 8, wobei das Gerät ein Augmented-Reality-Head-Up-Display ist.
DE102023200551.4A 2022-02-10 2023-01-25 Gerät zum Generieren virtueller Bilder mit reduziertem Übersprechen Pending DE102023200551A1 (de)

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