DE10224016A1 - display device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors und einer zumindest teilspiegelnden Fläche virtuelle Bilder erzeugt. Der Projektor weist eine optische Einrichtung (100) auf, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt. Die Anzeigevorrichtung eignet sich bevorzugt für Kfz-Anzeigevorrichtungen, bei denen dem Fahrer außerhalb des Kfz vor der Windschutzscheibe virtuelle Bilder eingespielt werden.The invention relates to a display device which generates virtual images by means of a projector and an at least partially reflecting surface. The projector has an optical device (100) in which autostereoscopic beam guidance takes place. The display device is preferably suitable for motor vehicle display devices in which the driver is shown virtual images outside the windshield outside the motor vehicle.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine Kfz-Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors und einer zumindest teilspiegelnden Fläche virtuelle Bilder erzeugt. The present invention relates to a Display device, in particular a motor vehicle display device, the by means of a projector and an at least partially reflective Surface creates virtual images.
Eine derartige Anzeigevorrichtung ist beispielsweise in der Presseinformation "Für die Fach- und Wirtschaftspresse" Frankfurt/Main vom 11. September 2001, Information SV 200 109.001d, herausgegeben von Siemens VDO Automotive AG, beschrieben. Such a display device is for example in the Press release "For the trade and business press" Frankfurt / Main of September 11, 2001, Information SV 200 109.001d, published by Siemens VDO Automotive AG, described.
Hierin ist eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der unter einer schräg gestellten teilspiegelnden, transparenten Fläche (auch kurz Kombiner genannt), ein Projektor angeordnet ist. Der Projektor weist eine Lichtquelle, ein durchleuchtbares Display und eine den Strahlengang formende optischen Linse auf und erzeugt im Auge des Betrachters ein fixes virtuelles Bild im Fahrzeugfrontbereich. Here is a display device of the type mentioned suggested when slanted under one partly reflecting, transparent surface (also a combination for short) called), a projector is arranged. The projector points a light source, a translucent display and a Optical lens forming the beam path and creates in the eye the viewer a fixed virtual image in the Vehicle front.
Es handelt sich dabei um ein frei programmierbares Farbdisplay. Zwischen der Lichtquelle und einem Display, welches als ein Thin-Film-Transistor (TFT)-Display zur Farbbilderzeugung ausgeführt sein kann, ist ein Reflektor geschaltet sein. Auf dem Weg zur Windschutzscheibe werden die Lichtstrahlen, danach über mehrere Spiegel gelenkt, die dazu dienen, die Krümmung der Windschutzscheibe auszugleichen. Einer dieser Spiegel ist drehbar, wodurch die Einblendung in der Frontscheibe an die Fahrersitzposition angepaßt werden kann. Der Fahrer sieht das Bild nicht an der Glasoberfläche, sondern in etwa zwei Meter Abstand frei schwebend über der Motorhaube. Die Lichtquelle ist sehr lichtstark und wird über einen Helligkeitssensor gesteuert. Größe und Umfang der dargestellten Informationen sind frei wählbar. It is a freely programmable one Color display. Between the light source and a display, which as a thin film transistor (TFT) display for color imaging a reflector can be connected. On the rays of light on the way to the windshield, then directed over several mirrors that serve the Compensate the curvature of the windshield. One of these Mirror is rotatable, causing the overlay in the front window can be adapted to the driver's seat position. The driver does not see the image on the glass surface, but rather two meters above the bonnet. The Light source is very bright and is over one Brightness sensor controlled. Size and scope of the presented Information is freely selectable.
Dazu wird eine Anzahl von Reflektoren und Spiegeln benötigt, die notwendigerweise aufeinander abgestimmt werden müssen, was sehr aufwändig ist. This requires a number of reflectors and mirrors, that have to be coordinated which is very complex.
Aus der Internetseite http:/ / www.conceptsecurite.renault.fr/demain/dinxc6.htm ist mit Stand 07.05.2002 ein Head-Up Display bekannt, welches einem Autofahrer mehr Informationen bei unbeeinträchtigter Aufmerksamkeit bereitstellt. Dieses System ist der Flugzeugtechnik entlehnt und soll die Verkehrssicherheit erhöhen. Es werden Informationen an eine dynamische Anzeigevorrichtung wie beispielsweise einen Videobildschirm oder einen Flüssigkristallbildschirm übertragen, die sich im Armaturenbrett befindet. Das Bildschirmbild wird dann auf die Windschutzscheibe in Augenhöhe des Fahrers projiziert. Die Windschutzscheibe kann mit einer halbreflektierenden Schicht überzogen sein. From the website http: / / www.conceptsecurite.renault.fr/demain/dinxc6.htm as of May 7th, 2002 a head-up display is known which a driver more information in the unimpaired Provides attention. This system is the one Aircraft technology is borrowed and is intended to increase traffic safety. It information to a dynamic display device such as for example a video screen or one Liquid crystal screen transferred, located in the dashboard located. The screen image is then on the windshield projected at the driver's eye level. The windshield can be coated with a semi-reflective layer.
Diese Anordnungen erzeugen lediglich ein zweidimensionales Bild, wodurch allein die Darstellung von ebenen Flächen, Strichen und Buchstaben ermöglicht wird. These arrangements only create a two-dimensional one Image, which alone shows flat surfaces, Dashes and letters is enabled.
Bekannt ist weiterhin die Möglichkeit der Erzeugung einer dreidimensionalen Abbildung mittels einer sogenannten Shutterbrille. Die Brille versorgt das linke und das rechte Auge abwechselnd mit Bildsequenzen. The possibility of generating a is also known three-dimensional imaging using a so-called Eyewear. The glasses supply the left and the right Eye alternating with image sequences.
Weiterhin ist aus Bild der Wissenschaft 4/2001, Seiten 104 und 105 ein Autostereoskopie-Verfahren für Film und Fernsehen bekannt, bei dem ein Filter auf dem Flachbildschirm Bildpunkten vorschreibt, in welcher Richtung die Lichtwellen sich ausbreiten sollen. Das rechte Auge sieht eine andere Perspektive als das linke - ein dreidimensionales Bild entsteht. Furthermore, the science 4/2001, pages 104 and 105, an autostereoscopy method for film and television known from image, in which a filter requires pixels on the flat screen, the direction in which the light waves to propagate. The right eye sees a different perspective than the left - a three-dimensional image is created.
Solche Verfahren sind für mehrere Betrachter konzipiert, die von einer beliebigen Position aus auf einen Bildschirm schauen und dabei den 3-D Effekt wahrnehmen. Dies wird durch die Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl von Kameraperspektiven gewährleistet, was allerdings technisch sehr aufwändig ist. Such procedures are designed for multiple viewers who from anywhere on a screen look and perceive the 3-D effect. This is through the provision of a sufficient number of Camera perspectives guaranteed, which, however, technically very is complex.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit der auf technisch möglichst einfache Weise dreidimensionale virtuelle Bilder erzeugt werden können. The object underlying the present invention consists in a display device of the aforementioned Art to provide with the most technically possible easily creates three-dimensional virtual images can be.
Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Zusätzliche Merkmale von Weiterbildungen, bevorzugten Anwendungen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 angegeben. This task is performed by a display device with the Features of claim 1 solved. Additional features of Further training, preferred applications and advantageous Embodiments of the display device according to the invention are specified in subclaims 2 to 13.
Die Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Projektor mit einer optischen Einrichtung auf, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt. Bei einer autostereoskopischen Strahllenkung wird die Ausbreitung des Lichtes unterschiedlicher Bildinhalte getrennt und räumlich versetzt weitergeleitet. Dieser Vorgang erfolgt vorliegend vorzugsweise durch eine entsprechende optische Einheit, die zwischen einer bildgebenden Einrichtung (Display) und einer strahlformenden Linse angeordnet ist. Mit Hilfe der stereoskopischen Strahllenkung wird für den Beobachter ein dreidimensionales Bild erzeugt. The display device according to the invention has one Projector with an optical device in which one autostereoscopic beam steering takes place. At a autostereoscopic beam steering will spread the light different image content separated and spatially offset forwarded. This process takes place in the present case preferably by means of a corresponding optical unit which is between an imaging device (display) and one beam-shaping lens is arranged. With the help of stereoscopic Beam steering becomes three-dimensional for the observer Image created.
Vorzugsweise ist innerhalb der optischen Einrichtung eine bevorzugt durchstrahlbare bildgebende Einrichtung vorgesehen, die Bildinformationen z. B. alternierend, bevorzugt zeilenweise oder spaltenweise alternierend darstellt. Die bildgebende Einrichtung (5) kann als Digital-Mirror-Device (DMD), als Flüssigkristallanzeige, als Thin-Film-Transistor-display, als Plasma Display, als FED (Separat ansteuerbare Elektronenkanonen-Anordnung), als ELD (Elektrolumineszenzdisplay) oder als OLED-Display ausgebildet sein. Das Display erzeugt dabei Bildinformationen für das linke und das rechte Auge. Preferably, a preferably radiatable imaging device is provided within the optical device, the image information z. B. alternating, preferably alternating rows or columns. The imaging device ( 5 ) can be used as a digital mirror device (DMD), as a liquid crystal display, as a thin-film transistor display, as a plasma display, as an FED (separately controllable electron gun arrangement), as an ELD (electroluminescent display) or as OLED display can be formed. The display generates image information for the left and right eyes.
Zudem weist die optische Einrichtung im weiteren Strahlenverlauf bevorzugt eine Filtermaske und ein Prismenglas auf, wobei die Filtermaske derart ausgebildet ist, dass die Bildinformationen für das rechte und linke Auge eines Beobachters getrennt versetzt das Prismenglas erreichen. D. h. die Filtermaske sorgt für eine klare Trennung der Bildinformationen für das linke und das rechte Auge und bereitet damit die Strahlen für das Prismenglas derart vor, dass insbesondere kein Übersprechen bzw. Überzeichnen entsteht. Das Prismenglas formt den Stahlengang derart, dass ein dem Augenabstand des Beobachters entsprechender Spreizwinkel zwischen Lichtstrahlen der getrennten Bildinformationen entsteht. Ein Beispiel für eine geeignete Filtermaske ist in Verbindung mit Fig. 1 mit der Maske 6 angegeben. Eine Maske 6 kann dabei solche Spalten als auch Zeilen voneinander abgrenzen. Die Prismengeometrien sind der jeweiligen Anzeigenaufgabe anzupassen. Demnach können auch Mikrolinsen bzw. Mikroprismen Verwendung finden. Zur Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander können auch optische Berechnungen durchgeführt werden. In addition, the optical device preferably has a filter mask and a prism lens in the further beam path, the filter mask being designed such that the image information for the right and left eye of an observer reaches the prism lens separately offset. I.e. the filter mask ensures a clear separation of the image information for the left and right eyes and thus prepares the rays for the prism glass in such a way that in particular no crosstalk or oversubscription occurs. The prismatic lens shapes the steel path in such a way that a spreading angle between light rays of the separated image information corresponding to the eye relief of the observer is created. An example of a suitable filter mask is given in connection with FIG. 1 with the mask 6 . A mask 6 can delimit such columns and rows from one another. The prism geometries are to be adapted to the respective advertisement task. Accordingly, microlenses or microprisms can also be used. Optical calculations can also be carried out to match the individual components to one another.
Das Prismenglas kann auf einer als trennendes Element dienenden Maske aufgebracht sein. Die Maske selber grenzt an einer als Träger dienenden Glasscheibe an. Dieses Glas kann optische Korrekturschichten - z. B. in Form von Folien - aufweisen und kann damit optische Verzeichnungen entzerren. The prismatic glass can be used as a separating element serving mask can be applied. The mask itself borders on one serving as a support glass pane. This glass can optical correction layers - e.g. B. in the form of foils and can thus correct optical distortions.
Der optischen Einrichtung ist in Strahlungsausbreitungsrichtung vorzugsweise eine Bildprojektionsoptik nachgeordnet, die eine Größenänderung der Bildinformation bewirkt. The optical device is in Radiation propagation direction preferably downstream of an image projection optics causes a change in size of the image information.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist als Kombiner ein zumindest teilspiegelndes Medium, beispielsweise eine Glasscheibe vorgesehen, das Lichtstrahlen der Bildinformationen in ein Sichtfeld eines Betrachters lenkt. In a particularly preferred further development is as Combiner an at least partially reflecting medium, for example one Glass pane provided, the light rays of the Directs image information into a viewer's field of vision.
Um den Abstand zwischen den virtuellen Bildern und dem Betrachter variabel zu gestalten, ist bei der Anzeigevorrichtung vorzugsweise der Abstand zwischen der optischen Einrichtung und der Bildprojektionsoptik oder die Brennweite der Bildprojektionsoptik verstellbar. To the distance between the virtual images and the The design of the viewer is variable Display device preferably the distance between the optical Setup and the image projection optics or the focal length of the Image projection optics adjustable.
Bei einer weiterhin besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Anzeigevorrichtung nur eine einzige Lichtquelle, vorzugsweise eine Leuchtdiode oder eine Leuchtdiodenmatrix, und eine einzige bildgebende Einrichtung. Dadurch können vorteilhafterweise der technische Aufwand und die Herstellungskosten gering gehalten werden. In a further particularly preferred embodiment the display device comprises only a single light source, preferably a light-emitting diode or a light-emitting diode matrix, and a single imaging facility. This allows advantageously the technical effort and the Manufacturing costs can be kept low.
Bevorzugt eignet sich die Anzeigevorrichtung als Kfz-Anzeigevorrichtung die viruelle Abbildungen erzeugt, die für den Betrachter außerhalb des Fahrzeugs vor der Windschutzscheibe erscheinen. Der Fahrer braucht dann, um die Abbildungen zu betrachten, vorteilhafterweise seinen Blick nicht von der Fahrtrichtung abzuwenden. Vorzugsweise wird bei einer solchen Anzeigevorrichtung als das zumindest teilspiegelnde Medium ein Teilbereich der Windschutzscheibe des Kfz verwendet. The display device is preferably suitable as Automotive display device generates the viral images that are for the Viewers outside the vehicle in front of the windshield appear. The driver then needs to get the pictures too consider, advantageously not his gaze from the Turn away. Such is preferred Display device as the at least partially reflecting medium a portion of the windshield of the car is used.
Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung ergeben sich aus dem im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen: Further advantages, developments and embodiments of the display device result from the exemplary embodiment explained below with reference to FIGS. 1 and 2. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Projektors des Ausführungsbeispieles und Fig. 1 is a schematic representation of the projector of the embodiment and
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anwendung des Ausführungsbeispieles als Kfz-Anzeigevorrichtung. Fig. 2 is a schematic representation of the application of the embodiment as a motor vehicle display device.
Fig. 3 eine Übersicht über einschlägige Displaytechnologien mit denen eine Anzeige bzw. ein Display als Bild gebende Einrichtung realisiert werden kann. Fig. 3 shows an overview of relevant display technologies with which a display or a display can be implemented as an image-providing device.
Der in Fig. 1 gezeigte Projektor hat am Anfang seines Projektionsstrahlenganges eine Leuchtdioden(LED)-Lichtquelle 2, die eine einzige LED oder eine LED-Matrix aufweist und die mittels eines Kühlers 1 auf Betriebstemperatur gehalten wird. The projector shown in FIG. 1 has a light-emitting diode (LED) light source 2 at the beginning of its projection beam path, which has a single LED or an LED matrix and which is kept at operating temperature by means of a cooler 1 .
Der LED-Lichtquelle 2 ist ein Diffusor 3 nachgeordnet, der für eine homogene Mischung und Verteilung des Lichtes sorgt. Nach dem Diffusor folgt im Strahlengang ein Kollimator 4, der dafür sorgt, dass das gemischte und verteilte Licht annähernd parallel auf ein nachgeordnetes transmissives Display 5 geworfen wird. The LED light source 2 is followed by a diffuser 3 , which ensures a homogeneous mixing and distribution of the light. After the diffuser, a collimator 4 follows in the beam path, which ensures that the mixed and distributed light is thrown approximately parallel onto a downstream transmissive display 5 .
Das Display stellt die aus mindestens zwei Bildteilen bestehende optische Information eines Bildes spaltenförmig 7 alternierend dar. Eine Maske 6 grenzt die Spalten voneinander ab, so dass die Bildinformationen für das rechte und linke Auge getrennt versetzt ein der Maske 6 nachgeordnetes Prismenglas 8 erreichen. The display alternately shows the optical information of an image consisting of at least two image parts in a column-like manner. A mask 6 delimits the columns from one another, so that the image information for the right and left eyes reaches a prismatic glass 8 arranged after the mask 6 , offset separately.
Das Prismenglas 8 formt den Strahlengang 9 so, dass ein dem Augenabstand eines Betrachters entsprechender Spreizwinkel α zwischen dem Lichtstrahl der beiden Displaybilder entsteht. Eine Linsenoptik 10, die im Strahlengang auf das Prismenglas 8 folgt, projiziert das Bild und gleicht chromatische und optisch geometrische Verzerrungen aus. Alle vorgenannten Komponenten 1 bis 10 werden von einem Komponententräger 11 stoß- und verzugssicher gehalten. The prism glass 8 shapes the beam path 9 in such a way that a spreading angle α corresponding to the distance between the eyes of an observer is created between the light beam of the two display images. A lens optic 10 , which follows the prism glass 8 in the beam path, projects the image and compensates for chromatic and optical geometric distortions. All of the above-mentioned components 1 to 10 are held by a component carrier 11 in a shockproof and warp-proof manner.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Kfz-Anzeigevorrichtung treffen die räumlich gespreizten Lichtstrahlen beider Bildteile nach Verlassen eines Projektors gemäß Fig. 1 auf die Windschutzscheibe, die hier als Kombiner 13 fungiert. Von dort aus werden die Lichtstrahlen in die Augen eines Betrachters 14, beispielsweise des Fahrzeuglenkers gelenkt. Der Betrachter sieht dann ein dreidimensionales virtuelles Bild 15 in definierter Entfernung beispielsweise außerhalb des Kfz über dessen Motorhaube. In the motor vehicle display device shown in FIG. 2, the spatially spread light beams of both parts of the image hit the windshield after leaving a projector according to FIG. 1, which acts here as a combiner 13 . From there, the light rays are directed into the eyes of an observer 14 , for example the vehicle driver. The viewer then sees a three-dimensional virtual image 15 at a defined distance, for example outside the motor vehicle via its bonnet.
Die Einstellung der Entfernung des virtuellen Bildes vom Betrachter erfolgt durch eine manuelle oder motorische Verstellung des Abstandes zwischen dem Prismenglas 8 und der Linsenoptik 10, oder durch die Variation der Brennweite der Linsenoptik 10. The distance of the virtual image from the viewer is adjusted by manual or motorized adjustment of the distance between the prism glass 8 and the lens optics 10 , or by varying the focal length of the lens optics 10 .
Gemäß Fig. 3 kann die bildgebende Einrichtung (5) als Digital-Mirror-Device (DMD), als Flüssigkristallanzeige, als Thin-Film-Transistor-display, als Plasma-Display, als FED (Separat ansteuerbare Elektronenkanonen), als ELD (Elektrolumineszenz-Display), als OLED-Display verwirklicht werden. Die Auswahl kann entsprechend der geforderten Sehaufgabe erfolgen. Referring to FIG. 3, the imaging device (5) as a Digital Mirror Device (DMD), a liquid crystal display, as a thin-film transistor display, as the plasma display, (controllable separate electron guns) and FED (as ELD electroluminescence Display), can be realized as an OLED display. The selection can be made according to the required visual task.
Es können ein- oder mehrfarbige Bilder erzeugt werden. Beispielsweise ist eine Lichtquelle mit einem TFT-Display kombiniert, wobei durch die Lichtquelle eine Lichtstärke von bis zu 500.000 Candela erzeugt wird. Die Lichtstärke kann beispielsweise mittels eines Lichtsensors überwacht werden. Single or multi-color images can be created. For example, a light source with a TFT display combined, with a light intensity of up to to produce 500,000 candelas. The light intensity can can be monitored, for example, by means of a light sensor.
Die Beschreibung der Erfindung an Hand des Ausführungsbeispieles ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf dieses zu verstehen. Eine Anzeigevorrichtung macht vielmehr bereits von der erfindungsgemäßen technischen Lehre Gebrauch, sobald darin eine autostereoskopische Strahllenkung zur Erzeugung von virtuellen Bildern verwendet ist. The description of the invention using the Embodiment is of course not a limitation of Invention to understand this. A display device rather already makes of the technical invention Teaching use once in it an autostereoscopic Beam steering is used to generate virtual images.
Claims (17)
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