DE112017006073T5

DE112017006073T5 - Multi-tiefenanzeige apparatus

Info

Publication number: DE112017006073T5
Application number: DE112017006073.7T
Authority: DE
Inventors: Valerian Meijering; Robert Hardy; Ali Özgür Yöntem; Kun Li; Daping Chu
Original assignee: Cambridge Enterprise Ltd; Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Cambridge Enterprise Ltd; Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-08-29
Also published as: WO2018100000A2; GB2557227A; US11698528B2; US20190384059A1; WO2018100000A3; GB201620338D0

Abstract

Abbildungssystem zum Erzeugen von virtuellen Bildern mit mehreren Tiefen auf einem Bildschirm, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Bildrealisierungsvorrichtung zum Bilden eines Quellbildes, eine Projektionsoptik zum Rendern eines Anzeigebildes auf dem Bildschirm, wobei das Anzeigebild ein dem Quellbild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildrealisierungsvorrichtung umfasst: eine Bildrealisierungsfläche und eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit einem ersten und zweiten Bereich, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine erste Linse mit einer ersten Brennweite auf dem ersten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Quellbild, das auf einem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein erstes Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer ersten scheinbaren Tiefe erzeugt, und wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist, und wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein zweites Quellbild, das auf einem zweiten Bereich der Bildrealisierungsoberfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein zweites Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer zweiten scheinbaren Tiefe erzeugt, wobei die erste und zweite Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein 3-D Augmented-Reality-Darstellungssystem. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Offenbarung auf eine Vorrichtung zum Erzeugen und Projizieren von Bildern mit mehreren Tiefen auf eine Anzeige, wie beispielsweise eine Windschutzscheibe zur Verwendung in einem Fahrzeug. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Abbildungssystem und ein Verfahren zum Erzeugen von Bildern mit mehreren Tiefen auf einem Bildschirm einer Head-up-Anzeige und ein Fahrzeug, das das Abbildungssystem beinhaltet.
HINTERGRUND
Heads-up-Displays (HUDs) sind bekannte Displays, bei denen Bilder auf eine transparente Oberfläche, wie beispielsweise eine Windschutzscheibe, projiziert werden. Solche Displays sind in einer Reihe von verschiedenen Umgebungen, einschließlich in Fahrzeugen, bekannt.
In Automobil-HUDs werden Informationen über die Fahrzeugbedingungen (Geschwindigkeit usw.) oder die Navigation auf der Windschutzscheibe angezeigt. Solche Displays sind typischerweise in der Größe begrenzt und projizieren das Bild in einer festen Tiefe an den Benutzer. Aufgrund der begrenzten Größe kann es vorkommen, dass das HUD mit Informationen überhäuft wird, die für den Nutzer, der eine Immobilie in Anspruch nimmt, weniger relevant sind. Da das Bild eine feste Tiefe hat, werden alle dem Benutzer präsentierten Informationen gleichermaßen hervorgehoben. Dies reduziert die Effizienz solcher Displays weiter.
Eine weitere Überlegung ist, dass es in Fahrzeugen typischerweise einen begrenzten physischen Raum gibt, in dem solche Systeme installiert werden können. Typischerweise müssen solche Systeme in bestehende Räume in einem Fahrzeug integriert oder auf einem so kleinen Raum wie möglich installiert werden, um die Notwendigkeit des Aus- und Einbaus bestehender Komponenten zu minimieren. Darüber hinaus sind in solchen Systemen mit der Einführung und Installation Kosten verbunden.
Ziel der Erfindung ist es, einige der Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise anzugehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein System und Verfahren zum Bereitstellen von Bildern mit mehreren Tiefen dar, und ein Fahrzeug, das das Abbildungssystem beinhaltet, wie es in den beigefügten Ansprüchen gefordert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Abbildungssystem zum Erzeugen von mehrtiefgehenden virtuellen Bildern auf einem Bildschirm vorgesehen, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Bildverwertungsvorrichtung zum Bilden eines Quellbildes, eine Projektionsoptik zum Darstellen eines Anzeigebildes auf dem Bildschirm, wobei das Anzeigebild ein dem Quellbild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildverwertungsvorrichtung umfasst: eine Bildrealisierungsfläche und eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit einem ersten und zweiten Bereich, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine erste Linse mit einer ersten Brennweite auf dem ersten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Quellbild, das auf einem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein erstes Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer ersten scheinbaren Tiefe erzeugt, und wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist, und wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein zweites Quellbild, das auf einem zweiten Bereich der Bildrealisierungsoberfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein zweites Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer zweiten scheinbaren Tiefe erzeugt, wobei die erste und zweite Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind. Das erste Quellbild, das auf dem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche erzeugt wird, wird durch das erste Objektiv auf dem ersten Bereich der Oberfläche abgebildet. Das zweite Quellbild, das auf dem zweiten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet wird, wird durch die zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche abgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gibt es ein Verfahren zum Erzeugen von mehrtiefgehenden virtuellen Bildern auf einem Bildschirm, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Quellbildes mit einer Bildverwertungsvorrichtung, Wiedergeben eines Anzeigebildes auf dem Bildschirm über eine Projektionsoptik, wobei das Anzeigebild ein dem Quellbild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildverwertungsvorrichtung umfasst: eine Bildrealisierungsfläche und eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit einem ersten und zweiten Bereich, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine erste Linse mit einer ersten Brennweite auf dem ersten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Quellbild, das auf einem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein erstes Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer ersten scheinbaren Tiefe erzeugt, und wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist, und wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein zweites Quellbild, das auf einem zweiten Bereich der Bildrealisierungsoberfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein zweites Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer zweiten scheinbaren Tiefe erzeugt, wobei die erste und zweite Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind.
Ein Vorteil nach einem Aspekt der Erfindung besteht darin, dass es ein System für die Verwendung in einem Fahrzeug bereitstellt, das es ermöglicht, die Informationen auf einer transparenten Scheibe, d.h. der Windschutzscheibe des HUD, in verschiedenen Tiefen darzustellen. Durch die Bereitstellung der Informationen in verschiedenen Tiefen ist es möglich, verschiedene Informationsinhalte zu entkoppeln, indem sie an den gewünschten 3D-Koordinaten angezeigt werden. Die Vorrichtung der Erfindung ermöglicht die Darstellung von Bildern (und Bildteilen) in verschiedenen Tiefen, wodurch die Anzeige weniger überladen wird und darüber hinaus eine größere Flexibilität bei der Darstellung der Informationen ermöglicht wird. So kann beispielsweise ein erster Satz von Informationen, wie beispielsweise die über den Zustand des Fahrzeugs (Geschwindigkeit/Getriebe usw.), in einer ersten, festen Tiefe angezeigt werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die ersten oder zweiten Mengeninformationen, z.B. Navigationsobjekte, in einer zweiten Tiefe angezeigt werden.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung dem HUD die Darstellung von Objekten in mehreren Tiefen. Durch die Möglichkeit, Informationen in verschiedenen Tiefen darzustellen, wird das Fahrerlebnis im Vergleich zu herkömmlichen Head-Down-Displays oder aktuellen Versionen der HUDs verbessert. Es ermöglicht außerdem die gleichzeitige Anzeige von Bildern mit mehreren Tiefen und dynamisch veränderbarer Bildtiefe für jedes einzelne Bild.
Optional ist der Bildschirm der Bildschirm einer Head-up-Anzeige.
Optional sind eine oder beide der Größe und Brennweite des ersten und zweiten Objektivs unabhängig voneinander konfigurierbar.
Optional umfasst die Bildrealisierungsoberfläche eine erste Oberfläche, wobei die erste Oberfläche eine diffuse Oberfläche ist, die konfiguriert ist, um ein Bild wiederzugeben. Optional, wobei die Bildrealisierungsfläche ferner einen zweiten Diffusor umfasst, wobei der erste und zweite Diffusor sich zumindest teilweise überlappen. Optional, wobei mindestens ein Teil jedes Diffusors konfiguriert ist, um selektiv zwischen einem umschaltbaren Zustand zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optischen Diffusionszustand zu wechseln. Optional, wobei der Teil jedes Diffusors, der konfiguriert ist, um selektiv zwischen einem umschaltbaren Zustand zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optisch diffusen Zustand zu wechseln, durch einen Treiber gesteuert wird, der konfiguriert ist, um selektiv zwischen den beiden Zuständen zu wechseln.
Durch die Verwendung mehrerer diffuser Oberflächen kann der Fokussierweg variiert werden und bietet somit ein höheres Maß an Kontrolle für die Anzeige von Bildern in verschiedenen Tiefen auf dem HUD.
Optional ist die Bildrealisierungsfläche eine elektrolumineszente Vorrichtung, wie beispielsweise eine OLED-Vorrichtung. Optional umfasst das System eine zweite elektrolumineszente Vorrichtung. Optional, wobei mindestens ein Teil jeder elektrolumineszierenden Vorrichtung aktiv zwischen einem transparenten und einem bilderzeugenden Zustand umschaltbar ist.
Die Verwendung der Elektrolumineszenzvorrichtung reduziert den Platzbedarf und bietet darüber hinaus Mittel zur Variation der Brennweite und damit ein höheres Maß an Kontrolle über die angezeigte Tiefe des Bildes.
Optional umfasst das System eine Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen des zu rendernden Quellbildes als Anzeigebild auf dem Bildschirm und zum Projizieren des Quellbildes auf die Bildrealisierungsfläche.
Optional sind die Bildrealisierungsvorrichtung zum Bilden des Quellbildes und die Bilderzeugungseinheit entlang der optischen Achse der Bilderzeugungseinheit angeordnet.
Optional umfasst die Bilderzeugungseinheit einen Laser und einen 2D-Scannerspiegel zur Darstellung der Bilder auf dem Diffusor.
Optional umfasst die Bilderzeugungseinheit eine holographische Einheit zur Erzeugung computergenerierter Hologramme zur Bildung auf dem Diffusor.
Optional umfasst die Bilderzeugungseinheit eine Hellfeldeinheit zur Erzeugung von 3-dimensionalen Hellfeldbildern zur Bildung auf dem Diffusor.
Optional ist die Bilderzeugungseinheit ein LCD-Projektor oder LCoS-Projektor oder DMD-Projektor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das ein Abbildungssystem umfasst, wie in den vorstehenden Aspekten beschrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Abbildungssystem zum Erzeugen von mehrtiefgehenden virtuellen Bildern auf einem Bildschirm einer Head-up-Anzeige vorgesehen, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Bildrealisierungsvorrichtung zum Realisieren eines ersten Bildes, eine Projektionsoptik zum Rendern eines zweiten Bildes auf dem Bildschirm, worin das zweite Bild ein dem ersten Bild entsprechendes virtuelles Bild ist, und worin die Bildrealisierungsvorrichtung umfasst: eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine Linse mit einer ersten Brennweite auf der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberflächen und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Bild, das auf einem Bereich der Bildrealisierungsoberfläche realisiert und durch die Projektionsoptik projiziert wird, das zweite Bild auf der Oberfläche in einer ersten scheinbaren Tiefe wiedergibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Abbildungssystem zum Erzeugen von mehrtiefgehenden virtuellen Bildern auf einem Bildschirm vorgesehen, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Bildrealisierungsvorrichtung zum Realisieren eines ersten Bildes, eine Projektionsoptik zum Rendern eines zweiten Bildes auf dem Bildschirm, wobei das zweite Bild ein dem ersten Bild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildrealisierungsvorrichtung umfasst: eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine Linse mit einer ersten Brennweite auf der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberflächen und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Bild, das auf einem Bereich der Bildrealisierungsoberfläche realisiert und durch die Projektionsoptik projiziert wird, das zweite Bild auf der Oberfläche in einer ersten scheinbaren Tiefe wiedergibt.
Im Rahmen dieser Anwendung ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in den folgenden Beschreibungen und Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig oder in beliebiger Kombination übernommen werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in beliebiger Weise und/oder Kombination kombiniert werden, es sei denn, diese Merkmale sind nicht kompatibel. Der Anmelder behält sich das Recht vor, eine ursprünglich eingereichte Forderung zu ändern oder eine neue Forderung entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, eine ursprünglich eingereichte Forderung zu ändern, um von einer anderen Forderung abhängig zu sein und/oder eine Eigenschaft einer anderen Forderung aufzunehmen, obwohl sie ursprünglich nicht auf diese Weise geltend gemacht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun exemplarisch nur noch mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
ist ein Flussdiagramm des Prozesses zum Erzeugen des zu rendernden Bildes auf dem Head-up-Display;
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
ist ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt der Erfindung sind die Vorrichtung und die Anzeige in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug 1, eingebaut. Während die folgende Beschreibung mit Bezug auf ein HUD eines Kraftfahrzeugs beschrieben wird, gelten die hierin beschriebenen Offenbarungen und Konzepte für andere Formen von HUD (z.B. solche, die auf anderen Fahrzeugformen oder tragbaren Plattformen wie Helmen oder Brillen installiert sind) sowie für Anzeigen im Allgemeinen, nicht nur für HUDs.
Insbesondere wenn die Erfindung zur Verwendung in einer engen Umgebung installiert ist, wie beispielsweise einem Fahrzeug, das an Land (auf/abseits der Straße oder auf der Schiene), unter oder über See, in der Luft oder im Weltraum betrieben werden kann. Die Beispiele können unter anderem Pkw, Busse, Lastkraftwagen, Bagger, Exoskelettanzüge für schwere Aufgaben, Motorräder, Züge, Themenparkfahrten, U-Boote, Schiffe, Boote, Yachten, Jet-Skys für Seefahrzeuge, Flugzeuge, Segelflugzeuge, Raumschiffe, Shuttles für Raumfahrzeuge sein. Darüber hinaus kann die Technologie in eine mobile Plattform wie beispielsweise eine Kopf-/Augenschutzvorrichtung für Fahrer/Bediener wie Helm oder Brille integriert werden. Daher kann jede Tätigkeit, die mit dem Tragen von Schutzhelmen/-brillen verbunden ist, von dieser Technologie profitieren. Diese können von Motorradfahrern/Radfahrern, Skifahrern, Astronauten, Exoskelettbetreibern, Militärs, Bergleuten, Taucher, Bauarbeitern getragen werden. Darüber hinaus kann es in einer eigenständigen Umgebung für Spielkonsolen, Arcade-Maschinen und mit einer Kombination aus einem externen 2D/3D-Display als Simulationsplattform eingesetzt werden. Außerdem kann es in Institutionen und Museen zu Bildungs- und Unterhaltungszwecken eingesetzt werden.
ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung.
wird mit Bezug auf die Vorrichtung beschrieben, die in einem Kraftfahrzeug 1 installiert ist. Der Fachmann würde verstehen, dass die Erfindung in anderen Arten von Umgebungen anwendbar ist, in denen ein HUD erforderlich ist und nicht nur in Kraftfahrzeugen.
In ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.
Die Vorrichtung von ist konfiguriert, um mehrtiefe Bilder auf ein Head-up-Display zu projizieren.
In ist eine Bilderzeugungseinheit 10 dargestellt, wobei die Bilderzeugungseinheit 10 eine erste Projektionsachse 12 aufweist. Die von der Bilderzeugungseinheit erzeugten Bilder werden entlang der ersten Projektionsachse 12 auf eine Bildrealisierungsvorrichtung 14 projiziert. Die Bildrealisierungsvorrichtung 14 projiziert die Bilder entlang der Achse 12 auf einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) 16, wobei der SLM konfiguriert ist, um ein Linsenmuster auf der Oberfläche des SLM 16 zu erzeugen, so dass sich der SLM wie ein digitales Objektiv verhält. Das durch das Linsenmuster erzeugte Bild wird entlang der Achse 20 durch die Optik 18 und auf den transparenten Bildschirm der Head-up-Anzeige 22 projiziert, wo es in Abhängigkeit vom erzeugten Linsenmuster als virtuelles Bild 24, 26, 28 bei gegebener optischer Tiefe wiedergegeben wird.
In ist die Bilderzeugungseinheit 10 konfiguriert, um das zu rendernde Quellbild auf dem transparenten Bildschirm 22 zu bestimmen und zu erstellen. In einer Ausführungsform ist die Bilderzeugungseinheit 10 aus einem Laser und einem 2D-Scannerspiegel gebildet. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Bilderzeugungseinheit 10 eine holographische Einheit zur Erzeugung von computergenerierten Hologrammen zur Bildung auf dem Diffusor. In einer Ausführungsform umfasst die Bilderzeugungseinheit eine Hellfeld-Einheit. Eine solche Lichtfeldeinheit ist in der Lage, dreidimensionale Lichtfeldbilder zu erzeugen, die auf der Bildrealisierungsvorrichtung 14 entstanden sind. In einer solchen Ausführungsform ist die Bilderzeugungseinheit ein LCD-Projektor oder LCoS-Projektor oder DM D-Projektor.
Der Fachmann würde es begrüßen, wenn jede geeignete Lichtquelle und jedes geeignete Abbildungsmittel verwendet werden könnte, vorausgesetzt, sie wären in der Lage, ein oder mehrere Bilder auf der Bildrealisierungsvorrichtung 14 zu erzeugen.
Das von der Bilderzeugungseinheit 10 erzeugte Bild wird entlang der ersten Projektionsachse 12 zur Bildrealisierungsvorrichtung 14 projiziert. Wie unter Bezugnahme auf die , , , und beschrieben, kann die Bildrealisierungsvorrichtung 14 auf verschiedene Weise implementiert werden.
Die Bildrealisierungsvorrichtung 14 bezieht sich auf eine Fläche oder ein Volumen, innerhalb derer ein Bild erzeugt oder wiedergegeben wird. Wie im Folgenden näher beschrieben, ist die Bildrealisierungsvorrichtung 14 in einer Ausführungsform eine diffuse Oberfläche oder ein diffuses Volumen, das das von der Bilderzeugungseinheit 10 projizierte Bild wiedergibt. In einer weiteren Ausführungsform, die mit Bezug auf beschrieben ist, bilden die Bilderzeugungseinheit 30 und die Bildrealisierungsvorrichtung 14 eine selbstleuchtende Filmdarstellung wie eine OLED.
Das auf der Bildrealisierungsvorrichtung 14 erzeugte Bild wird über den räumlichen Lichtmodulator (SLM) 16 auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs 1 projiziert. Das SLM 16 und die Optik 18 definieren eine Projektionsoptik 20. Wie im Folgenden beschrieben, ermöglichen das SLM 16 und die Optik 18 eine Variation der Brennweite der Projektionsoptik 20 und ermöglichen so die Darstellung der Informationen auf der Windschutzscheibe in mehreren Tiefen. In einer Ausführungsform ist die Optik 18 verstellbar oder um jede Achse verschiebbar, um eine Manipulation des optischen Pfades zu ermöglichen.
Das SLM 16 umfasst eine Lichtstrukturierungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Fokussierungseigenschaften einer Linse zu simulieren und auf eine Oberfläche zu schreiben. Solche SLMs 16 sind bekannt und kommerziell erhältlich. Vorzugsweise ist das SLM 16 konfiguriert, um ein Fresnellinsenmuster auf eine Oberfläche zu schreiben. Daher kann die Brennweite der Projektionsoptik 20 durch Variation des auf dem SLM 16 geschriebenen Linsenmusters gesteuert werden. In einer Ausführungsform variiert das SLM 16 das Oberflächenlinsenmuster (und damit die Brennweite) im Laufe der Zeit und in weiteren Ausführungsformen wird die SLM-Oberfläche unterteilt. Jede Trennwand hat ein anderes Brennweitenmuster, wodurch mehrere Brennweiten in einem einzigen koplanaren Element bereitgestellt werden. Jede Partition und damit auch die Linse kann separat konfiguriert werden, so dass der SLM 16 mehrere, separat konfigurierbare Linsen auf derselben Oberfläche definieren kann. In einer Ausführungsform ist jede Partition gleich groß. In einer alternativen Ausführungsform hat eine oder mehrere Partitionen eine andere Größe als eine andere Partition. In einer weiteren Ausführungsform hat jede Partition eine vordefinierte Einheitsgröße, wobei benachbarte Partitionen als Gruppe gesteuert werden können und somit eine einzige, größere Partition bilden.
In weiteren Ausführungsformen wird der transparente Bildschirm durch einen nicht sichtbaren Bildschirm ersetzt, wie er in einem Virtual-Reality-System verwendet wird.
Die Projektionsoptik umfasst ferner die Optik 18, die weiter konfiguriert werden kann, um die Brennweite zu variieren.
ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von mehrtiefen, dreidimensionalen Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die in dargestellte Vorrichtung verwendet die gleichen Prinzipien wie die in dargestellte Vorrichtung. Insbesondere ist die in dargestellte Vorrichtung konfiguriert, um mehrere Brennweiten für die Projektionsoptik durch den Einsatz eines SLM bereitzustellen.
In ist eine Bilderzeugungseinheit 30 dargestellt, wobei die Bilderzeugungseinheit 30 ein erstes SLM 32 und eine erste Vorstellungsoptik 34 umfasst. Die Bilderzeugungseinheit 30 hat eine erste Projektionsachse 36. Die von der Bilderzeugungseinheit erzeugten Bilder werden entlang der ersten Projektionsachse 36 auf einen Diffusor 38 projiziert. Der Diffusor 38 projiziert die Bilder entlang der Projektionsachse auf einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 42. Das vom zweiten SLM 42 erzeugte Bild wird entlang der Projektionsachse durch die Optik 46 und auf das Head-up-Display 48 projiziert, wo es in Abhängigkeit vom auf dem zweiten SLM 42 erzeugten Linsenmuster bei gegebener optischer Tiefe als virtuelles Bild dargestellt wird.
Wie bei der mit Bezug auf beschriebenen Vorrichtung ermöglicht die Vorrichtung von die Steuerung der gesamten optischen Projektionsstrecke, um Bilder an ihre relevanten Positionen in der wahrgenommenen 3D-Szene zu projizieren.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Bilderzeugungseinheit 30 ein erstes SLM 32 und einen Satz der ersten Abbildungsoptik 34. Die zweite SLM-Oberfläche 42 ist in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt, wobei jeder Bereich ein anderes Brennweitenmuster aufweist. Da die Brennweitenmuster der zweiten SLM-Oberfläche bekannt sind, wird auch der Gesamtbrennweitenverlauf und damit die optische Tiefe jedes Bildes bekannt sein. Dementsprechend ist es möglich, durch Projizieren des Bildes oder von Teilen des Bildes auf den gewünschten Abschnitt des zweiten SLM 42 die optische Tiefe auszuwählen, mit der das Bild auf dem transparenten Bildschirm des HUD 48 wiedergegeben wird. So ist es möglich, das Bild in verschiedenen Tiefen zu projizieren, indem man das Bild selektiv auf einen bestimmten Teil des zweiten SLM 42 projiziert. Auf diese Weise kann der gesamte optische Projektionsabstand gesteuert werden, um Bilder an ihre relevanten Positionen in der wahrgenommenen 3D-Szene zu projizieren.
In solchen Ausführungsformen sind die erste SLM 32 und die erste Vorstellungsoptik 34 konfiguriert, um das jeweilige Bild oder einen Teil des Bildes auf den gewünschten Abschnitt der zweiten SLM 42 zu projizieren. Ein Prozessor (nicht dargestellt) steuert die Erzeugung der anzuzeigenden Bilder. Im Rahmen der Erzeugung des Bildes wird die gewünschte Projektionstiefe bestimmt. Die Erzeugung des Bildes und die Tiefe können in bekannter Weise bestimmt werden. Da die Tiefe des Bildes von der Projektion des Bildes auf den entsprechenden Bereich des zweiten SLM 42 abhängig ist, stellt der Prozessor sicher, dass der erste SLM 32 und die erste Abbildungsoptik 34 das Bild auf den gewünschten Abschnitt des zweiten SLM 42 projizieren, um das Bild in der gewünschten Tiefe auf die Windschutzscheibe zu projizieren.
ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von mehrtiefen, dreidimensionalen Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Es ist die Vorrichtung von dargestellt, worin der einzelne Diffusor von durch mehrere übereinander angeordnete Diffusoren 50, 52, 54, 56 ersetzt ist. Zum besseren Verständnis sind vier Durchlässe dargestellt, wobei in weiteren Ausführungsformen beliebig viele Durchlässe größer als zwei verwendet werden können.
Die mehrfach gestapelten Diffusoren 50, 52, 54, 56 in definieren daher drei Bildrealisierungsflächen. Die Bildrealisierungsflächen sind planar und entlang der Projektionsachse 210 verteilt, und vorzugsweise ist jede Bildrealisierungsfläche 50, 52, 54, 56 auf der Projektionsachse 210 zentriert, wobei sie normal parallel zur Projektionsachse 210 verläuft.
Jede Bildrealisierungsfläche der mehrfach gestapelten Diffusoren 50, 52, 54, 56 überlappt sich zumindest teilweise in der Projektionsachse. Das heißt, das entlang der Projektionsachse projizierte Bild durchläuft mindestens zwei Diffusoren.
In einer Ausführungsform ist jede der Bildrealisierungsflächen 50, 52, 54, 56 steuerbar umschaltbar zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optisch diffusen Zustand. In weiteren Ausführungsformen umfasst jede Bildrealisierungsoberfläche eine Vielzahl von Bereichen (oder Zellen), wobei jeder Bereich jeder Zelle einzeln steuerbar zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optisch diffusen Zustand umschaltbar ist. Solche Diffusoren sind in der Technik bekannt. In einer Ausführungsform ist der Diffusor eine SmA-Flüssigkristallvorrichtung.
Im Betrieb projiziert die Bilderzeugungseinheit 30 eine Reihe von realen Bildern auf die Bildrealisierungsflächen 50, 52, 54, 56. Da die Bildrealisierungsflächen räumlich getrennt und überlappend sind, ist es daher möglich, selektiv zu wählen, welche der drei Bildrealisierungsflächen das Bild darstellen soll, indem die Oberflächen transparent oder optisch diffus gemacht werden.
Dementsprechend ist es möglich, die optische Weglänge zwischen den auf dem mehrschichtigen Diffusor und dem transparenten Bildschirm wiedergegebenen Bildern zu erhöhen oder zu verringern. Somit ermöglicht die in dargestellte Konfiguration ein weiteres Mittel zur Steuerung der Tiefe des angezeigten Bildes auf dem transparenten Bildschirm.
ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von mehrtiefen, dreidimensionalen Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Es ist die Vorrichtung von dargestellt, worin jede der Bildrealisierungsoberflächen 50, 52, 54, 56 eine Bilderzeugungsschicht 60, 62, 64, 66 ist.
In einer Ausführungsform ist die Bilderzeugungsschicht 60, 62, 64, 66 eine elektrolumineszierende Vorrichtung wie eine OLED, wobei in weiteren Ausführungsformen beliebige geeignete Bilderzeugungsmittel verwendet werden können.
Wie bei der Ausführungsform des optischen Diffusors ist jede der Bildrealisierungsflächen 60, 62, 64, 66 steuerbar umschaltbar zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten Bilderzeugungszustand. Vorzugsweise umfasst jede Oberfläche eine Reihe von verschiedenen Bereichen oder Zellen. Die in beschriebene Konfiguration funktioniert somit genauso wie die in gezeigte Konfiguration.
Im Gebrauch erzeugt jede Bildrealisierungsfläche 60, 62, 64, 66 ein reales Bild, das auf die transparente Leinwand projiziert wird. Die nicht bilderzeugenden Bereiche jeder Bildrealisierungsfläche 60, 62, 64, 66 befinden sich in einem transparenten Zustand, so dass alle ihnen auf dem optischen Weg vorausgehenden Bilder durch die Projektionsoptik übertragen werden können.
Da jedes reale Bild auf einer der beabstandeten Bildrealisierungsflächen 60, 62, 64, 66 erzeugt wird, befinden sie sich in einem anderen Abstand vom Brennpunkt der Projektionsoptik, wobei jedes reale Bild, das auf die Projektionsfläche 22 projiziert wird, als virtuelles Bild mit einer unterschiedlichen Fokusebene (oder wahrgenommenen Tiefe) 24, 26, 28 erscheint.
In den , und ist das zweite SLM 42 ein reflektierendes oder transflektives SLM. Wie in den und beschrieben, kann das SLM 42 ein transmissives SLM sein.
Vorteilhafterweise ermöglicht die beschriebene Konfiguration eine größere Steuerung der optischen Tiefe des auf die transparente Scheibe projizierten Bildes und damit die Platzierung von Objekten in unterschiedlichen wahrgenommenen Tiefen auf der Windschutzscheibe.
ist ein Flussdiagramm des Prozesses zum Erzeugen des zu rendernden Bildes auf dem Head-up-Display.
In einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Vorrichtung ein virtuelles Bild, das auf der transparenten Scheibe angezeigt wird, wobei die transparente Scheibe eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs 1 ist. Wie bekannt, ist die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs 1 eine geometrisch verzerrte Form, d.h. sie ist nicht eben. Dementsprechend wird ein Bild, das auf die Windschutzscheibe projiziert wird, verzerrt, wobei der Grad der Verzerrung durch verschiedene Faktoren wie die Form der Windschutzscheibe und den durchschnittlichen Abstand der Windschutzscheibe vom projizierten Bild beeinflusst wird.
Die hierin beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, ein Bild zu erzeugen, das in verschiedenen Tiefen dargestellt werden kann. Während die Erzeugung der Bilder in mehreren Tiefen auf dem transparenten Bildschirm viele Vorteile gegenüber einer flachen, einfachen Tiefe bietet, führt die Fähigkeit des Bildes, Faktoren wie die Krümmung der Windschutzscheibe zu korrigieren, zu weiteren Verbesserungen in Bezug auf Tiefenkontrolle und Bildmanipulation.
Vorteilhafterweise, um den Effekt der Verzerrung in einem Aspekt der Erfindung zu reduzieren, wird die Verzerrung der Windschutzscheibe durch die Bilderzeugungseinheit mit Hilfe einer Software korrigiert, die das Bild so vorverzerrt, dass das auf der Windschutzscheibe wiedergegebene Bild frei von Verzerrungen durch die Windschutzscheibe ist. Eine solche softwarebasierte Korrektur erübrigt voluminöse Korrekturoptiken und bietet darüber hinaus ein höheres Maß an Flexibilität, das sich an verschiedene Windschutzscheiben anpassen kann.
In einer alternativen Ausführungsform werden Größe, Konfiguration und Brennweite der auf der Oberfläche der Lichtstrukturierungsvorrichtung erzeugten Mehrfachlinsen gesteuert, um die durch die Optik und/oder die Unregelmäßigkeit der Projektionsfläche verursachten Verzerrungen zu korrigieren. Dementsprechend kann die Lichtstrukturierungsvorrichtung sowohl eine Verzerrungskorrektur als auch eine Tiefenkontrolle durch Modulation der Brennweite diskreter Bereiche auf ihrer Oberfläche vornehmen. Da jedes Objektiv separat und individuell konfigurierbar ist, kann diese Korrektur auf jedes Objektiv separat angewendet werden. In Ausführungsformen wie HUDs in einem Fahrzeug 1 ist der Abstand zur Bildrealisierungsfläche (z.B. der Windschutzscheibe) konstant und die durch die Bildoberfläche verursachte Verzerrung würde im Laufe der Zeit konstant bleiben. Daher kann der erforderliche Verzerrungskorrekturfaktor berechnet und auf das Objektiv angewendet werden. In einer Ausführungsform wird die Korrektur des Bildes angewendet, bevor das Bild auf die Oberfläche projiziert wird (d.h. es wird eine Vorverzerrung angewendet), so dass das verzerrungskorrigierte Bild angezeigt wird.
Auf diese Weise ermöglicht der vorstehend beschriebene diffraktive optische Aufbau, dass mehr als eine Linsenfunktion auf eine einzelne Schicht einer amplituden- und/oder phasenmodulierenden Oberfläche aufgebracht werden kann. Somit kann mit einem einzigen SLM 16 eine Fokussierungsfunktion und eine Verzerrungskorrekturfunktion erreicht werden.
Dementsprechend kann unter Verwendung der Funktion I(x) zur Darstellung der Tiefenkontrolle und der Funktion d(x) zur Darstellung der Korrektur der durch Optik oder Windschutzscheibe induzierten Verzerrung unter Verwendung eines Vorverzerrungsmusters die gesamte Fokussierungsfunktion durch p(x)=I(x).d(x) gegeben werden, die mit dem beschriebenen SLM 16 angewendet werden kann. Somit entfallen sperrige Freiflächenspiegel, die konventionell zum Ausgleich von Verzerrungen eingesetzt werden.
Die auf dem transparenten Bildschirm darzustellenden Bilder werden von einer Bilderzeugungseinheit erzeugt. Die Bilderzeugungseinheit, die das Bild definiert, das auf dem transparenten Bildschirm angezeigt werden soll. So kann das Bild beispielsweise Informationen über den Zustand des Fahrzeugs und weitere Informationen zur Navigation enthalten.
Der Begriff Bilderzeugungseinheit bezieht sich auf die Vorrichtung, die das zu rendernde Basisbild auf dem transparenten Bildschirm bestimmt und erzeugt. Das hierin beschriebene Verfahren ist auf jede geeignete Form von Bilderzeugungsgeräten anwendbar.
Die Bilderzeugungseinheit umfasst eine Bildquelle, die das Bild erzeugt, das auf dem transparenten Bildschirm angezeigt werden soll. Die Bildquelle in einer Ausführungsform ist eine Lichtmaschine, ein OLED-Display oder eine andere geeignete Quelle, die das zu zeigende Bild erzeugt. Die Bildquelle umfasst einen Softwaretreiber, der konfiguriert ist, um das Bild auf der Bildquelle zu bestimmen und zu erzeugen.
Der Softwaretreiber umfasst eine Komponente, die den anzuzeigenden Inhalt bestimmt. Der Prozess der Generierung von Inhalten ist bekannt und wird in einem Aspekt mit bekannten Mitteln durchgeführt.
Der Treiber umfasst ferner ein Verzerrungsmodul, wobei das Verzerrungsmodul konfiguriert ist, um eine Verzerrung auf das erzeugte Bild anzuwenden, wobei die Verzerrung so berechnet ist, dass, wenn das Bild auf dem transparenten Bildschirm / Windschutz angezeigt wird, das Bild für den Endbenutzer unverzerrt erscheint.
Bei Schritt S102 wird die Windschutzscheibe als verspiegelte Oberfläche modelliert. Bei Schritt S102 wird die Form und Steigung der Windschutzscheibe bestimmt. Da die Form der Windschutzscheibe für eine bestimmte Marke und ein bestimmtes Modell eines Fahrzeugs 1 typischerweise konstant ist, ist sie in einer Ausführungsform vorprogrammiert.
Bei Schritt S104 wird das auf dem transparenten Bildschirm anzuzeigende Bild als Referenzeingangsbild genommen. Ein solches Bild ändert sich typischerweise mehrmals pro Sekunde.
Bei Schritt S106 wird das Eingangsbild für jeden Farbkanal des Bildes getrennt, um ein Bild pro Farbkanal zu erzeugen.
Bei Schritt S108 wird für jedes Farbkanalbild, für jedes Pixel des Bildes die Position des Pixels bestimmt, wie sie von einem Betrachter visualisiert wird, der sich in einem Abstand von der Windschutzscheibenoberfläche befindet. Dies wird durch die Verwendung von Strahlreflexion bestimmt, um die Position des Pixels basierend auf dem durchschnittlichen Abstand des Eingangspixels (gemäß Schritt S106), der Reflexionsfläche der Windschutzscheibe (gemäß Schritt S102) und dem durchschnittlichen Abstand zwischen dem gerenderten Bild und der Windschutzscheibe, der Bildtiefe zu bestimmen.
Daher wird bei Schritt S108 der Grad der Verzerrung für jedes Farbkanalbild infolge der Windschutzscheibe und der physikalischen Entfernungen berechnet. Dies führt zu einem verzerrten Bild (wobei der Grad der Verzerrung von den physikalischen Parametern abhängig ist) für jeden Farbkanal. Dies kann erreicht werden, indem die Verschiebungen bestimmter vordefinierter Punkte auf einem verzerrten Bild überwacht und angepasst werden, um die entsprechenden Verzerrungsparameter zu erhalten.
Bei Schritt S110 werden die einzelnen verzerrten Farbkanalbilder zusammengefasst. Das kombinierte Bild ist das resultierende Vorverzerrungsbild, da die Projektion des Vorverzerrungsbildes dazu führt, dass das Eingangsbild (gemäß Schritt S104) angezeigt wird.
Als solches bietet der Prozess eine verbesserte Methodik, um sicherzustellen, dass das angezeigte virtuelle Bild frei von Verzerrungen ist.
In weiteren Ausführungsformen wird das digitale Objektiv verwendet, um die Verzerrung der Windschutzscheibe auszugleichen. In solchen Ausführungsformen wird die von der Windschutzscheibe eingeleitete Phasenänderung, wenn das Licht den Abstand zwischen dem digitalen Objektiv und der Windschutzscheibe zurücklegt, gemessen oder aus bekannten Softwaremodellen der Windschutzscheibe berechnet und kompensiert. In solchen Ausführungsformen können die Phasendaten mit den Linsenprofilen überlagert werden, die für die digitalen Linsenmuster erzeugt werden (wie in den , , und beschrieben). Durch die Einbeziehung solcher Phasendaten funktioniert es, eine digitale Darstellung der optischen Freiformkomponenten hinzuzufügen. Die erzeugten Bilder auf dem Diffusor 38 oder den Diffusoren 50, 52, 54, 56 werden daher als unverzerrte Bilder dargestellt. Da die unverzerrten Bilder über das Digitalobjektiv 42 übertragen werden, unterliegen sie einer gewissen Verzerrung. Diese Verzerrung wird anschließend durch die durch die Windschutzscheibe verursachte Verformung korrigiert. Daher wird das angezeigte virtuelle Bild als ein völlig unverzerrtes Bild betrachtet.
6 ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von mehrtiefen, dreidimensionalen Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die in gezeigte Vorrichtung verwendet die gleichen Prinzipien wie die in den , und gezeigte Vorrichtung, wobei sich die Bezugszahlen auf die gleichen Merkmale beziehen, wie sie in den , und definiert sind.
In der Vorrichtung in projiziert die Bilderzeugungseinheit 30, die das erste SLM 32 und die erste imaginäre Optik 34 umfasst, das Bild auf den Diffusor 38. Wie vorstehend beschrieben, wird das Bild in Abhängigkeit von dem auf dem zweiten SLM 42 erzeugten Linsenmuster, wobei jedes Linsenmuster unabhängig voneinander konfigurierbar sein kann, vorzugsweise über die Optik 46 auf die Anzeige (nicht dargestellt) in einer gegebenen optischen Tiefe übertragen.
In ist das zweite SLM 42, ein transmissives SLM. In den in Bezug auf die , und dargestellten Ausführungsformen wird ein anderer SLM-Typ (z.B. ein reflektierendes SLM) verwendet. Durch die Änderung des Typs des SLM 42 ist eine größere Flexibilität in der optischen Anordnung möglich.
ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von mehrtiefen, dreidimensionalen Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die in dargestellte Ausführungsform ähnelt weitgehend der mehrfach gestapelten Diffusorausführungsform, die in Bezug auf die beschrieben ist. In ist das zweite SLM 42 jedoch ein transmissives SLM, das eine andere Konfiguration der Vorrichtung ermöglicht. Insbesondere, wie bei , ermöglicht die Verwendung des transmissiven SLM die Verwendung der verschiedenen Konfigurationen der zu verwendenden Vorrichtung.
veranschaulicht ein Fahrzeug 1, das die Vorrichtung 3 der bis und , umfasst. Die Vorrichtung 3 kann in einem Abbildungssystem dargestellt werden.

Claims

Ein Abbildungssystem zum Erzeugen von virtuellen Bildern mit mehreren Tiefen auf einem Bildschirm, wobei das Abbildungssystem umfasst: eine Bildrealisierungsvorrichtung zum Erzeugen eines Quellbildes, Projektionsoptik zur Wiedergabe eines Anzeigebildes auf dem Bildschirm, wobei das Anzeigebild ein dem Quellbild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildrealisierungsvorrichtung umfasst: eine Bildrealisierungsfläche und eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit einem ersten und zweiten Bereich, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine erste Linse mit einer ersten Brennweite auf dem ersten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Quellbild, das auf einem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein erstes Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer ersten scheinbaren Tiefe erzeugt, und wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist, und wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein zweites Quellbild, das auf einem zweiten Bereich der Bildrealisierungsoberfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein zweites Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer zweiten scheinbaren Tiefe erzeugt, wobei die erste und zweite Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, worin die Lichtstrukturierungsvorrichtung eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 2, worin die räumliche Lichtmodulationsvorrichtung eine von einer Flüssigkristallvorrichtung -LCD- oder einem Flüssigkristall auf Silizium -LCoS-Vorrichtung oder einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung -DMD ist.
Das Abbildungssystem eines vorhergehenden Anspruchs, worin der Anzeigebildschirm der Bildschirm einer Head-up-Anzeige ist.
Das Abbildungssystem eines vorhergehenden Anspruchs, worin eine oder beide der Größe und Brennweite der ersten und zweiten Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind.
Abbildungssystem nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Bildrealisierungsoberfläche eine erste Oberfläche umfasst, wobei die erste Oberfläche eine diffuse Oberfläche ist, die konfiguriert ist, um ein Bild zu erzeugen.
Abbildungssystem nach Anspruch 6, worin die Bildrealisierungsfläche ferner einen zweiten Diffusor umfasst, wobei der erste und zweite Diffusor sich zumindest teilweise überlappen.
Abbildungssystem nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Teil jedes Diffusors konfiguriert ist, um selektiv zwischen einem umschaltbaren Zustand zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optisch diffusen Zustand zu wechseln.
Abbildungssystem nach Anspruch 8, worin der Teil jedes Diffusors, der konfiguriert ist, um selektiv zwischen einem ersten transparenten Zustand und einem zweiten optisch diffusen Zustand zu wechseln, durch einen Treiber gesteuert wird, der konfiguriert ist, um selektiv zwischen den beiden Zuständen zu wechseln.
Das Abbildungssystem nach Anspruch 9, worin der selektiv schaltbare Diffusor eine SmA-Flüssigkristallvorrichtung ist.
Das Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Bildrealisierungsoberfläche eine elektrolumineszente Vorrichtung ist.
Das Abbildungssystem nach Anspruch 8, worin die elektrolumineszente Vorrichtung eine OLED-Vorrichtung ist.
Das Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, worin das System eine zweite elektrolumineszente Vorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 13, wobei mindestens ein Teil jeder elektrolumineszierenden Vorrichtung aktiv zwischen einem transparenten und einem bilderzeugenden Zustand umschaltbar ist.
Das Abbildungssystem nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend eine Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen des zu rendernden Quellbildes als Anzeigebild auf dem Bildschirm und zum Projizieren des Quellbildes auf die Bildrealisierungsfläche.
Das Abbildungssystem nach Anspruch 15, wobei die Bildrealisierungsvorrichtung zum Bilden des Quellbildes und die Bilderzeugungseinheit entlang der optischen Achse der Bilderzeugungseinheit angeordnet sind.
Abbildungssystem nach Anspruch 15 oder 16, worin die Bilderzeugungseinheit einen Laser und einen 2D-Abtastspiegel zum Bilden der Bilder auf dem Diffusor umfasst.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 15 oder 17, worin die Bilderzeugungseinheit eine holographische Einheit umfasst, um computergenerierte Hologramme zum Bilden auf dem Diffusor zu erzeugen.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, worin die Bilderzeugungseinheit eine Lichtfeldeinheit umfasst, die konfiguriert ist, um dreidimensionale Lichtfeldbilder zum Bilden auf der Bildrealisierungsfläche zu erzeugen.
Abbildungssystem nach Anspruch 15 bis 18, worin die Bilderzeugungseinheit ein LCD-Projektor oder LCoS-Projektor oder DMD-Projektor ist.
Ddas Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wenn es von Anspruch 4 abhängig ist, wobei die Bilderzeugungseinheit konfiguriert ist, um mindestens einen Teil des Bildes selektiv auf die erste oder zweite Linse der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung zu richten.
Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wenn es von Anspruch 12 abhängig ist, wobei die Bilderzeugungseinheit konfiguriert ist, um ein Eingangsbild zu erzeugen, das auf dem Bildschirm als das Anzeigebild wiedergegeben werden soll, wobei das Eingangsbild angepasst wird, um jegliche Verzerrung durch den Bildschirm auszugleichen.
Das Abbildungssystem nach Anspruch 22, worin das Eingangsbild weiter angepasst wird, um jede Verzerrung aufgrund der Lichtstrukturierungsvorrichtung auszugleichen.
Das Abbildungssystem eines vorhergehenden Anspruchs, worin das System ferner Fokussieroptik umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 24, worin die Fokussieroptik eine oder mehrere Linsen umfasst, wobei die eine oder die mehreren Linsen konfiguriert sind, um dynamisch einstellbar zu sein.
Das Abbildungssystem aller vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Linse gleichzeitig simuliert werden.
Fahrzeug, umfassend ein Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
Verfahren zum Erzeugen von virtuellen Bildern mit mehreren Tiefen auf einem Bildschirm, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Quellbildes mit einer Bildrealisierungsvorrichtung, Rendern eines Anzeigebildes auf dem Bildschirm über eine Projektionsoptik, wobei das Anzeigebild ein dem Quellbild entsprechendes virtuelles Bild ist, und wobei die Bildrealisierungsvorrichtung umfasst: eine Bildrealisierungsfläche und eine Lichtstrukturierungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit einem ersten und zweiten Bereich, wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine erste Linse mit einer ersten Brennweite auf dem ersten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsfläche so angeordnet sind, dass ein erstes Quellbild, das auf einem ersten Bereich der Bildrealisierungsfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein erstes Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer ersten scheinbaren Tiefe erzeugt, und wobei die Lichtstrukturierungsvorrichtung ferner konfiguriert ist, um eine zweite Linse auf dem zweiten Bereich der Oberfläche zu simulieren, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist, und wobei die Oberfläche und die Bildrealisierungsoberfläche so angeordnet sind, dass ein zweites Quellbild, das auf einem zweiten Bereich der Bildrealisierungsoberfläche gebildet und durch die Projektionsoptik projiziert wird, ein zweites Anzeigebild auf dem Bildschirm in einer zweiten scheinbaren Tiefe erzeugt, wobei die erste und zweite Linse unabhängig voneinander konfigurierbar sind.
Ein Abbildungssystem, ein Fahrzeug oder ein Verfahren, das im Wesentlichen wie hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben ist.