DE10344686A1

DE10344686A1 - Head-Up-Display

Info

Publication number: DE10344686A1
Application number: DE2003144686
Authority: DE
Inventors: Herbert Breinich; Kai Hohmann; Bernd Ludewig; Ralf Dr. Mayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-05-25
Also published as: EP1664900A1; WO2005031438A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display (1) mit einer Lichtquelle (13), einer im Strahlengang der Lichtquelle (13) nachgeordneten Optik und einer Bilderzeugungseinheit (3), die in Durchlicht betrieben wird. Herkömmliche Lichtquellen (13) von Head-up-Displays (1) vermögen nicht den großen Helligkeitsanforderungen und gleichzeitig dem nur geringen zur Verfügung stehenden Bauraum zu genügen. Die Erfindung schafft hier Abhilfe, indem die Lichtquelle (13) mindestens eine Leuchtdiode aufweist, welche einen LED-Chip (20) umfasst und als Hochleistungsleuchtdiode mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 0,5 Watt pro LED-Chip (20) ausgebildet ist. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt in der hohen Helligkeitsausbeute bei geringem Bauraum und vereinfachter Optik.

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display mit mindestens einer Lichtquelle, mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle nachgeordneten Optik, mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle nachgeordneten durchlichtbetriebenen Bilderzeugungseinheit.
Insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeuganzeigesystemen mit Head-up-Technologie ist eine derartige Anordnung üblich. Regelmäßig wird eine leistungsstarke Lichtquelle vorgesehen, die eine Bilderzeugungseinheit durchleuchtet und auf diese Weise das von der Bilderzeugungseinheit generierte Bild auf eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges projiziert. Um der gewünschten Größenskalierung, einer angemessenen Betrachtungsposition und sonstigen optischen Anforderungen zu genügen, befinden sich meist vor und hinter der Bilderzeugungseinheit und nachfolgend der Lichtquelle im Strahlengang optische Linsen und Spiegel, die dem Strahlengang die gewünschte Charakteristik aufprägen. Im Bereich der Lichtquelle sieht sich die Entwicklung vor zahlreiche technische Probleme gestellt. Der stets knappe Bauraum im Kraftfahrzeug limitiert bisher die Leistung der Lichtquelle streng, die eine entscheidende Rolle für die Ablesbarkeit der Anzeige bei ungünstigen Fremdlichtbedingungen spielt. Bisherige Lösungen sehen unter anderem ein Feld von Leuchtdioden vor, die auf Grund der beengten Platzverhältnisse und der ungünstigen Abstrahlcharakteristik einzelner Leuchtdioden einen insgesamt schlechten Wirkungsgrad aufweisen und sehr viel Wärme erzeugen. Der begrenzende Faktor bei der Dimensionierung einer LED-Matrix-Lichtquelle ist die als Wärme abzuführende Ver lustleistung. Aus diesem Grund müssen entweder raumgreifende Konstruktionen, Einschränkungen bei der Farbdarstellung oder eine geringe Helligkeit akzeptiert werden.
Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Headup-Display zu schaffen, welches bei einem nur geringen Bauraumbedarf die Anforderungen an die Helligkeit der Darstellung unter allen denkbaren Fremdlichtbedingungen im Sinne einer guten Ablesbarkeit in vollem Umfang erfüllt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Head-up-Display der eingangs genannten Art gelöst, welches als Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode aufweist, die mindestens einen LED-Chip aufweist und als Hochleistungsleuchtdiode mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 0,5 Watt pro LED-Chip ausgebildet ist.
Die Verwendung einer Hochleistungsleuchtdiode statt beispielsweise einer mehrfarbigen LED-Matrix-Lichtquelle reduziert den Raumbedarf der Lichtquelle bei gleicher Lichtleistung auf einen Bruchteil des bisher Erforderlichen. Darüber hinaus gestaltet sich eine sich an die Lichtquelle anschließende Optik auf Grund der Reduzierung der Anzahl der Lichtquellen entscheidend einfacher. Eine LED-Matrix-Lichtquelle von zum Beispiel 128 Einzeldioden erforderte auf Grund des ungünstigen Abstrahlraumwinkels der einzelnen Leuchtdioden eine äußerst aufwendige Optik für jede einzelne Leuchtdiode. Wegen der hohen Leistungsaufnahme der Hochleistungsleuchtdiode kann sich der Aufwand zur Bündelung des Lichtes der Lichtquelle gemäß der Erfindung auf nur noch wenige einzelne Hochleistungsleuchtdioden konzentrieren. Als besonders vorteil haft hat sich eine Leistungsaufnahme der Hochleistungsleuchtdiode von 1 Watt oder 5 Watt herausgestellt.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Optik mit einem Reflektor, der das Licht einzelner Hochleistungsleuchtdioden, vorzugsweise einer einzelnen Hochleistungsleuchtdiode, in die gewünschte Richtung umlenkt und bündelt. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht hierbei vor, dass der Reflektor totalreflektierend ausgebildet ist. Herkömmliche Reflektoren sind regelmäßig mit Aluminium beschichtet, so dass deren Oberfläche ein Reflektionsgrad von ungefähr 90 % hat. Bei einer durchschnittlichen Anzahl von sechs Reflektionen pro Strahlengang aus der Lichtquelle bis zum Verlassen des Reflektors ergibt sich ein Reflektionswirkungsgrad von etwa 50 %. Die restliche Leistung der Lichtquelle muss als Wärme abgeführt werden. Ein erfindungsgemäß totalreflektierend ausgebildeter Reflektor erreicht einen Wirkungsgrad von annähernd 92 %. Beschichtete Ein- und Auskoppelflächen ermöglichen einen Transmissionsgrad von 99 %. Besonders kostengünstig wird der Reflektor in der Herstellung, wenn er aus einem transmissiven Polymer besteht. Im Gegensatz zu einem aus Glas gefertigten Reflektor lässt sich ein transmissives Polymer als Rohling leichter herstellen und ggf. einfacher nachbearbeiten. Zweckmäßig kann der Reflektor eine im Wesentlichen kegelige Außenkontur aufweisen. Eine kegelige Außenkontur des Reflektors lenkt das von der Lichtquelle emittierte Licht regelmäßig in die gewünschte Abstrahlrichtung. Besondere Vorteile erbringt eine pyramidische Ausbildung der Außenkontur des Reflektors, welche im Wesentlichen die gleiche Parallelität in der Abstrahlcharakteristik gewährleistet und zusätzlich mehrere Reflektoren nahezu ohne Zwischenraum modular nebeneinander anordnenbar macht. Der totalreflektierend ausgebildete Reflektor weist zweckmäßig eine Einkoppel seite auf, auf der Licht mindestens einer Lichtquelle eintritt und eine Auskoppelseite, auf der eingekoppeltes Licht austritt. Zur Erreichung eines möglichst parallelen Strahlenganges im Anschluss an den Reflektor ist ein senkrechter Austritt aus dem Reflektor zweckmäßig. Da sich ein vollkommen paralleler Strahlengang nach dem Reflektor technisch kaum realisieren lässt, ist es sinnvoll, wenn der Reflektor einen sich aufweitenden Lichtkegel abstrahlt, der eine Begrenzungsfläche aufweist, welche Begrenzungsfläche mit einer zentral durch den Lichtkegel in Lichthauptausbreitungsrichtung verlaufenden Zentralachse einen Winkel von etwa 5° – 15° bildet. Die Lichthauptausbreitungsrichtung ist hierbei als die intensitäts-gemittelte Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu verstehen. Zur Erreichung dieses Zweckes ist es sinnvoll, die Außenkontur des Reflektors konvex auszubilden und als sich in Lichthauptausbreitungsrichtung aufweitender Rotationsparaboloid zu gestalten. Sehr gute Ergebnisse in der Abstrahlcharakteristik können erreicht werden, wenn dem Rotationsparaboloid ein Polynom, von zum Beispiel fünfter Ordnung zugrunde liegt. Die Koeffizienten des Polynoms werden in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle, den äußeren Abmaßen des Reflektors und der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle dahingehend optimiert, dass ein möglichst paralleler Strahlengang nach dem Reflektor erzielt wird und eine möglichst homogene Intensitätsverteilung über die Abstrahlfläche des Reflektors.
Eine besonders verlustfreie Einkopplung des Lichtes der Lichtquelle ergibt sich, wenn der Reflektor auf der Einkoppelseite eine die Lichtquelle aufnehmende Ausnehmung aufweist. Hinsichtlich der Einkopplung des Lichtes aus der Lichtquelle in den Reflektor und des Herstellungsaufwandes des Reflektors hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Ausnehmung eine zylindrische, sich parallel zur Zentralachse erstreckende seitliche Begrenzungskontur aufweist. Auf diese Weise strahlt das Licht der Lichtquelle zum größten Teil nahezu senkrecht auf die Einkoppelfläche auftreffend in den Reflektor ein. Eine weitere Optimierung der optischen Eigenschaften des totalreflektierend ausgebildeten Reflektors ergibt sich, wenn die Ausnehmung eine in Richtung der Zentralachse gegenüber der Lichtquelle angeordnete Stirnfläche aufweist, welche in Richtung der Lichtquelle konvex gewölbt ist. Auf diese Weise wird das einkoppelnde Licht schon beim Eintritt in den Reflektor in Richtung des gewünschten parallelen Strahlenganges nach Austritt aus dem Reflektor umgelenkt. Insbesondere bei einer Leistung von 5 Watt einer sich in der Ausnehmung des Reflektors befindlichen Hochleistungsleuchtdiode hat es sich hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik, der Wärmeentwicklung und der für ein Head-up-Display erforderlichen Helligkeit als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reflektor eine Austrittsfläche mit einem Diagonalmaß von etwa 20 mm aufweist, und die Ausnehmung ein Diagonalmaß von etwa 5 mm aufweist. Entsprechend der erreichbaren Bündelung der aus dem Reflektor austretenden Lichtkeule kann diese vorteilhaft auf eine kurz dahinter angeordnete Bilderzeugungseinheit gerichtet werden.
Bauraummäßige Einschränkungen bedingen regelmäßig die Zweckmäßigkeit der Anordnung eines Spiegels im Strahlengang nach der Lichtquelle, der im Wesentlichen das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle in Richtung der nachfolgend angeordneten Bilderzeugungseinheit reflektiert. Zur optimalen Anpassung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Spektrums ist es zweckmäßig, wenn der Spiegel farbselektiv ausgebildet ist, Licht eines ersten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert. Auf diese Weise kann der Farbort, in welchem die Bilderzeugungseinheit betrieben werden soll, mit Hilfe des Spiegels nochmals angepasst werden.
Ein großartiger Vorteil, der in der erfindungsgemäßen Verwendung von Hochleistungsleuchtdioden begründet ist, ergibt sich durch die Möglichkeit, das Licht verschiedener Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren bedarfsgerecht zu mischen. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass das Head-up-Display mindestens zwei Lichtquellen aufweist, eine erste Lichtquelle Licht eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, eine zweite Lichtquelle Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, im Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens ein farbselektiver Spiegel, der Licht des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert so angeordnet ist, dass es im Strahlengang nachfolgend dem Spiegel zu einer Mischung des Lichtes beider Lichtquellen kommt und das derart gemischte Licht auf die Bilderzeugungseinheit trifft. Bisherige Lösungen zur Mischung verschiedener Lichtspektren sahen vor allem die benachbarte Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsspektren vor, was mit der Notwendigkeit einer aufwendigen Optik einherging. Gemäß der Erfindung können die Lichtquellen unterschiedlichen Spektrums bedarfsgerecht in ihrer Intensität mittels Dimmung angepasst werden, wobei eine Dimmrate von 1 zu 2000 der verwendeten Hochleistungsleuchtdioden eine schier unerschöpfliche Bandbreite an Intensitäten und Farben ermöglicht.
Mit Vorteil werden das Licht der ersten Lichtquelle und das Licht der zweiten Lichtquelle mittels so genannter dichroitischer Spiegel miteinander vermischt. Im Einzelnen kann dies so erfolgen, dass das Licht der ersten Lichtquelle auf eine erste Seite des Spiegels trifft, das Licht der zweiten Lichtquelle auf eine zweite Seite des Spiegels trifft, das Licht der ersten Lichtquelle von dem Spiegel reflektiert wird, das Licht der zweiten Lichtquelle von dem Spiegel transmittiert wird und die Lichthauptausbreitungsrichtungen des Lichtes der ersten Lichtquelle und des Lichtes der zweiten Lichtquelle dem Strahlengang nach dem Spiegel im Wesentlichen übereinstimmen. Bei den verwendeten Spiegeln kann es sich zweckmäßig um dielektrisch beschichtete Interferenzspiegel handeln, die bestimmte Wellenlängenspektren reflektieren und andere Wellenlängenspektren zu einem möglichst hohen Anteil reflektieren. Die Spiegel sind vorzugsweise als mittels Sputter-Technologie beschichtete Glas- oder Kunststoffscheiben ausgebildet, wobei es sich bei der Beschichtung regelmäßig um eine Metalloxidschicht handelt.
Bei der Verwendung zweier Lichtquellen ist es zweckmäßig, wenn das Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen rot ist und das Licht der zweiten Lichtquelle im Wesentlichen grün.
Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von mindestens drei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängenspektren, so dass das Head-up-Display in vollem Umfang farbfähig ist. Eine erfindungsgemäße Ausbildung sieht hier mit Vorteil vor, dass das Head-up-Display mindestens drei Lichtquellen aufweist, eine erste Lichtquelle Licht eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, eine zweite Lichtquelle Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, eine dritte Lichtquelle Licht eines dritten Wellenlängenspektrums emittiert, im Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens zwei farbselektive Spiegel angeordnet sind, ein erster Spiegel Licht des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil re flektiert und Licht des zweiten Wellenlängenspektrums und dritten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert, ein zweiter Spiegel Licht des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht des dritten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert. Hierbei sind die Spiegel so angeordnet, dass es im Strahlengang nachfolgend den Spiegeln zu einer Mischung des Lichtes der Lichtquellen kommt, und das derart gemischte Licht auf die Bilderzeugungseinheit trifft. In gleicher Weise, wie bei den Spiegeln zur Mischung des Lichtes zweier Lichtquellen unterschiedlichen Wellenlängenspektrums, sind auch hier farbselektiv transmissiv und reflektiv ausgebildete Spiegel vorteilhaft vorzusehen. Je nach Anzahl der zu mischenden Strahlengänge unterschiedlicher Lichtquellen wird eine entsprechende Anzahl dichroitischer Spiegel benötigt, und zwar bei einer Anzahl von N-Lichtquellen werden N-1 dichroitischer Spiegel benötigt. Diese dichroitischen Spiegel sind stets so in den Strahlengang des resultierenden Mischlichtes anzuordnen, dass das eingekoppelte Licht des zusätzlichen Wellenlängenspektrums der entsprechenden Lichtquelle nach Reflektion an dem dichroitischen Spiegel im Wesentlichen die gleiche Lichthauptausbreitungsrichtung hat wie das resultierende Mischlicht, wobei der dichroitische Spiegel in seiner Farbselektivität hinsichtlich Reflektion und Transmission so auszuwählen ist, dass das in den Mischstrahl einzukoppelnde Licht reflektiert wird und hinsichtlich des Spektrums weiterer, im Strahlengang des Mischlichtes vor der einzukoppelnden Lichtquelle angeordneter Lichtquellen transmissiv ist. Mit Vorteil hinsichtlich der Auswahl der dichroitischen Spiegel ist die Einkopplung von Licht in den Mischstrahl in Ausbreitungsrichtung des Lichtes vorzugsweise von der kürzesten Wellenlänge zur längsten Wellenlänge des einzumischenden Lichtes aus Lichtquellen zu wählen. Daraus ergibt sich in zweckmäßiger Weiter bildung der Erfindung eine Ausführungsform, bei der das Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen rot ist, das Licht der zweiten Lichtquelle im Wesentlichen grün ist und das Licht der dritten Lichtquelle im Wesentlichen blau ist, wobei das blaue Licht der dritten Lichtquelle zuerst in Lichthauptausbreitungsrichtung des gemischten Lichtes umgelenkt wird, im Anschluss daran das grüne Licht der zweiten Lichtquelle in diese Richtung umgelenkt wird und abschließend das rote Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen übereinstimmend mit der Lichthauptausbreitungsrichtung des gemischten Lichtes ausgerichtet wird.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Verdeutlichung ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays,
2 eine Lichtquelle, einen Reflektor und den resultierenden Strahlengang gemäß der Erfindung,
3 die gemeinsame Anordnung dreier Lichtquellen, dreier Reflektoren und die Mischung mittels zum Teil dichroitischer Spiegel.
Das in 1 schematisch dargestellte Head-up-Display 1 umfasst im Wesentlichen eine Lichterzeugungseinheit 2, eine Bilderzeugungseinheit 3, nachfolgende optische Bauelemente 4, welche in 1 vereinfacht als Blackbox dargestellt sind, und eine zentrale Steuerung 5, die mit der Lichterzeugungseinheit 2, der Bilderzeugungseinheit 3 und den optischen Bau elementen 4 in Verbindung steht. Die Bilderzeugungseinheit 3 wird mittels des von der Lichterzeugungseinheit 2 erzeugten Lichtes 6 durchleuchtet. Das durch die Bilderzeugungseinheit 3 hindurchgetretene Licht 6 wird mittels der optischen Bauelemente 4 an eine Windschutzscheibe 7 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges projiziert, so dass der Fahrzeugführer die Projektion als virtuelles Bild in einer bestimmten Entfernung vor sich integriert in das Bild der umgebenden Landschaft 8 wahrnimmt.
Die Lichterzeugungseinheit 2 weist Lichtquellen 13 auf, die auf einem gemeinsamen als Kühlkörper ausgebildeten Träger 35 angeordnet sind.
2 zeigt einen Reflektor 10, welcher totalreflektierend ausgebildet ist. Der Reflektor 10 hat eine Einkoppelseite 11 und eine Auskoppelseite 12, wobei aus der Auskoppelseite 12 das von einer Lichtquelle 13 emittierte Licht 14 austritt und die Einkoppelseite 11 der Auskoppelseite 12 im Wesentlichen gegenüberliegt. Auf der Einkoppelseite 11 ist der Reflektor 10 mit einer Ausnehmung 15 versehen, in der die Lichtquelle 13 angeordnet ist.
Das auf der Auskoppelseite 12 des Reflektors 10 austretende Licht 14 definiert in intensitäts-gemittelter Richtung eine Lichthauptausbreitungsrichtung 16. Der Reflektor 10 hat eine im Wesentlichen kegelförmige Außenkontur 17, wobei des Reflektor 10 rotationssymmetrisch mit einer sich in Richtung der Lichthauptausbreitungsrichtung 16 erstreckende Zentralachse 18 ausgebildet ist.
Die Lichtquelle 13 ist als Hochleistungsleuchtdiode ausgebildet und weist einen rechteckigen LED-Chip 20 auf. Der LED- Chip 20 emittiert das Licht 14 über einen Raumwinkel von nahezu 180° in die Ausnehmung 15.
Die Ausnehmung 15 ist von im Wesentlichen zylindrischer seitlicher Begrenzungskontur 21 und symmetrisch zur Zentralachse 18. In Richtung der Auskoppelseite 12 des Reflektors 10 gegenüber der Lichtquelle 13 ist eine Stirnseite 22 konvex in Richtung der Lichtquelle 13 gewölbt. Das von der Lichtquelle 13 austretende Licht 14 tritt an der seitlichen Begrenzungskontur 21 und der gewölbten Stirnseite 22 auf der Einkoppelseite 11 in den Reflektor 10 ein und erreicht entweder auf direktem Weg, über einfache Reflektion oder mehrfache Reflektion an der Außenkontur 17 des Reflektors 10 die Auskoppelseite 12, wo es im Wesentlichen als paralleles Strahlenbündel nahezu senkrecht aus dem Reflektor 10 austritt. Das austretende Strahlenbündel bildet einen Lichtkegel 25, der eine maximale Aufweitung in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 von +/- 10° zu der Zentralachse 18 des Reflektors 10 aufweist.
3 zeigt die Mischung von rotem 40, grünem 50 und blauem 60 Licht, welches von einer ersten Lichtquelle 41, zweiten Lichtquelle 51 bzw. dritten Lichtquelle 61 emittiert wird. Bei den Lichtquellen 41, 51, 61 handelt es sich jeweils um Hochleistungsleuchtdioden, die sämtlich mit einem Reflektor 10, wie in 2 dargestellt, versehen sind. Den Lichtquellen 41, 51, 61 im Strahlengang jeweils nachgeordnet ist ein erster Spiegel 42, zweiter Spiegel 52 bzw. dritter Spiegel 62. Die Spiegel 42, 52, 62 richten den jeweiligen Strahl im Strahlengang des Lichtes 40, 50, 60 in eine gemeinsame Lichthauptausbreitungsrichtung 16 um. Die Lichthauptausbreitungsrichtung 16 ist im Wesentlichen senkrecht zu dem ursprünglichen Strahlengang der aus den Lichtquellen 41, 51, 61 stammenden Lichter 40, 50, 60 orientiert, was eine Orientierung der Spiegel 42, 52, 62 zu der Lichthauptausbreitungsrichtung 16 und den ursprünglichen Ausbreitungsrichtungen der Lichter 40, 50, 60 von 45° bedingt. Der in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 zuerst angeordnete dritte Spiegel 62 ist vollreflektierend ausgebildet. In Lichthauptausbreitungsrichtung 16 nachfolgend angeordnet ist der zweite Spiegel 52, der farbselektiv reflektiert und transmittiert. Das blaue Licht 60 trifft auf eine zweite Seite 55 des zweiten Spiegels 52 und wird in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 transmittiert. Das grüne Licht 50 aus der zweiten Lichtquelle 51 trifft auf einer ersten Seite 56 auf den zweiten Spiegel 52 und wird auf Grund seines Wellenlängenspektrums in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 umgelenkt bzw. reflektiert. In gleicher Weise transmittiert der erste Spiegel 42 das auf einer zweiten Seite 45 auftreffende blaue 60 und grüne 50 Licht und reflektiert das auf einer ersten Seite 46 auftreffende rote 40 Licht in Lichthauptausbreitungsrichtung 16, so dass es zur Mischung des roten 40, grünen 50 und blauen 60 Lichtes mit einer gemeinsamen Lichthauptausbreitungsrichtung 16 kommt.
Mit einem Abstand von etwa 5 mm folgt nach dem ersten Spiegel 42 in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 die durchleuchtete Bilderzeugungseinheit 3, die eine Displayfläche von etwa 19 mm × 38 mm aufweist.

1: Head-up-Display
2: Lichterzeugungseinheit
3: Bilderzeugungseinheit
4: optische Bauelemente
5: Steuerung
6: Licht
7: Windschutzscheibe
8: Landschaft
10: Reflektor
11: Einkoppelseite
12: Auskoppelseite
13: Lichtquelle
14: Licht
15: Ausnehmung
16: Lichthauptausbreitungsrichtung
17: Außenkontur Reflektor
18: Zentralachse
20: LED-Chip
21: seitliche Begrenzungskontur
22: Stirnseite
25: Lichtkegel
35: Träger
40: rotes Licht
41: erste Lichtquelle
42: erster Spiegel
45: zweite Seite erster Spiegel
46: erste Seite erster Spiegel
50: grünes Licht
51: zweite Lichtquelle
52: zweiter Spiegel
55: zweite Seite zweiter Spiegel
56: erste Seite zweiter Spiegel
60: blaues Licht
61: dritte Lichtquelle
62: dritter Spiegel

Claims

Head-Up-Display (1) – mit mindestens einer Lichtquelle (13), – mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle (13) nachgeordneten Optik, – mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle (13) nachgeordneten durchlichtbetriebenen Bilderzeugungseinheit(3), dadurch gekennzeichnet, – dass die Lichtquelle (13) mindestens eine Leuchtdiode aufweist, – dass die Leuchtdiode mindestens einen LED-Chip (20) aufweist und als Hochleistungsleuchtdiode mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 0,5 Watt pro LED-Chip (20) ausgebildet ist.
Head-Up-Display (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik einen Reflektor (10) umfasst.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) totalreflektierend ausgebildet ist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) aus einem transmissiven Polymer besteht.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) eine pyramidische Außenkontur (17) aufweist und eine viereckige oder dreieckige oder rechteckige oder quadratische Grundfläche aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) eine im Wesentlichen kegelige Außenkontur (17) aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) eine Einkoppelseite (11), auf der Licht (6, 14) mindestens einer Lichtquelle (41, 51, 61) eintritt und eine Auskoppelseite (12), auf der eingekoppeltes Licht (14) austritt, aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzechnet, dass der Reflektor (10) einen sich aufweitenden Lichtkegel (25) abstrahlt, der eine Begrenzungsfläche aufweist, welche Begrenzungsfläche mit einer zentral durch den Lichtkegel (25) in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) verlaufenden Zentralachse (18) einen Winkel von etwa 5° – 15° bildet.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (17) des Reflektors (10) konvex und als sich in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) aufweitender Rotationsparaboloid ausgebildet ist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass dem Rotationsparaboloid ein Polynom fünfter Ordnung zugrunde liegt.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) auf der Einkoppelseite (11) eine die Lichtquelle (13) aufnehmende Ausnehmung (15) aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) eine zylindrische, sich parallel zur Zentralachse (18) erstreckende, seitliche Begrenzungskontur (21) aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) eine in Richtung der Zentralachse (18) gegenüber der Lichtquelle (13) angeordnete Stirnfläche (22) aufweist, welche in Richtung der Lichtquelle (13) konvex gewölbt ist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) eine Austrittsfläche mit einem Diagonalmaß von etwa 20 mm aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) quer zur Zentralachse (18) ein Diagonalmaß von etwa 5 mm aufweist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach der Lichtquelle (13) ein Spiegel (42, 52, 62) angeordnet ist, der im Wesentlichen das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle (13) in Richtung der nachfolgend angeordneten Bilderzeugungseinheit (3) reflektiert.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (42, 52, 62) farbselektiv ausgebildet ist, Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – das Head-Up-Display (1) mindestens zwei Lichtquellen (13, 41, 51, 61) aufweist, – eine erste Lichtquelle (41) Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, – eine zweite Lichtquelle (51) Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, – im Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens ein farbselektiver Spiegel, der Licht (6, 14) des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert so angeordnet ist, dass es im Strahlengang nachfolgend dem Spiegel (42, 52, 62) zu einer Mischung des Lichtes (6, 14) beider Lichtquellen (13, 41, 51, 61) kommt und das derart gemischte Licht (6, 14) auf die Bilderzeugungseinheit (3) trifft.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) auf eine erste Seite (46) des Spiegels (42) trifft, – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) auf eine zweite Seite (45) des Spiegels (42) trifft, – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) von dem Spiegel (42, 52, 62) reflektiert wird, – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) von dem Spiegel (42) transmittiert wird, – die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) und des Lichtes (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im Strahlengang nach den Spiegeln (42, 52, 62) im Wesentlichen übereinstimmen.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) im Wesentlichen rot (40) ist, – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im Wesentlichen grün (50) ist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – das Head-Up-Display (1) mindestens drei Lichtquellen (41, 51, 61) aufweist, – eine erste Lichtquelle (41) Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, – eine zweite Lichtquelle (51) Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, – eine dritte Lichtquelle (61) Licht (6, 14) eines dritten Wellenlängenspektrums emittiert, – im Strahlengang dieser Lichtquellen (41, 51, 61) nachgeordnet mindestens zwei farbselektive Spiegel (42, 52, 62) angeordnet sind, – ein erster Spiegel (42) Licht (6, 14) des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums und dritten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert, – ein zweiter Spiegel (52) Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) des dritten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert, – die Spiegel (42, 52, 62) so angeordnet sind, dass es im Strahlengang nachfolgend den Spiegeln (42, 52, 62) zu einer Mischung des Lichtes (6, 14) der Lichtquellen (41, 51, 61) kommt und das derart gemischte Licht (6, 14) auf die Bilderzeugungseinheit (3) trifft.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) auf eine erste Seite (46) des zweiten Spiegels (52) trifft, – das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) auf eine zweite Seite (45) des zweiten Spiegels (52) trifft, – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) von dem zweiten Spiegel (52) reflektiert wird, – das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) von dem zweiten Spiegel (52) transmittiert wird, – die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) im Strahlengang nach dem zweiten Spiegel (52) im Wesentlichen übereinstimmen und das Licht (6, 14) der ersten (41) und zweiten Lichtquelle (51) gemischt sind, – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) auf eine erste Seite (46) des ersten Spiegels (42) trifft, – das gemischte Licht (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) auf eine zweite Seite (45) des ersten Spiegels (42) trifft, – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) von dem ersten Spiegel (42) reflektiert wird, – das gemischte Licht (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) von dem ersten Spiegel (42) transmittiert wird, – die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der ersten (41), zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) im Strahlengang nach dem ersten Spiegel (42) im Wesentlichen übereinstimmen und Licht (6, 14) der ersten (41), zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) gemischt sind.
Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass – das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) im Wesentlichen rot (40) ist, – das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im Wesentlichen grün (50) ist. – das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) im Wesentlichen blau (60) ist.
Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 20 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Lichtquellen (41, 51, 61) gemeinsam auf einer Leiterplatte befestigt und kontaktiert sind und der dritten Lichtquelle (61) ein dritter Spiegel (62) zugeordnet ist, mittels welchem das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) des gemischten Lichtes (6, 14) umgelenkt wird.