EP3377933A1 - Abdeckelement zum abdecken einer projektionsöffnung eines head-up-displays, head-up-display und verfahren zum leiten von licht durch ein abdeckelement - Google Patents

Abdeckelement zum abdecken einer projektionsöffnung eines head-up-displays, head-up-display und verfahren zum leiten von licht durch ein abdeckelement

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Publication number
EP3377933A1
EP3377933A1 EP16790402.8A EP16790402A EP3377933A1 EP 3377933 A1 EP3377933 A1 EP 3377933A1 EP 16790402 A EP16790402 A EP 16790402A EP 3377933 A1 EP3377933 A1 EP 3377933A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polarization
display
head
light beam
cover member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16790402.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Fiess
Tobias Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3377933A1 publication Critical patent/EP3377933A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/123—Optical louvre elements, e.g. for directional light blocking

Definitions

  • Cover element for covering a projection opening of a head-up display, head-up display and method for passing light through a cover
  • the invention is based on a device or a method
  • Modern vehicles may include head-up displays for projecting specific information into a field of view of a driver.
  • a cover element for covering a projection opening of a head-up display for a vehicle is presented, the projection opening being arranged in the mounted state of the head-up display in a beam path between an image generation unit of the head-up display and a deflecting element, the cover element having the following features: a polarization changing element configured to polarize a light beam guided in the beam path between a first polarization
  • Polarization direction polarized light beam permeable polarization filter wherein the polarizing filter in the mounted state of the cover on a side facing away from the image forming unit
  • Polarization change element is arranged.
  • a cover plate or other at least partially translucent element Under a cover can be understood a cover plate or other at least partially translucent element.
  • the cover member may be formed to separate an interior of the head-up display from an exterior of the head-up display.
  • the cover may be integrated into a dashboard of the vehicle and depending on the embodiment movable or rigidly connected thereto.
  • the cover member may have a flat or curved surface. Accordingly, the projection opening can be formed in the dashboard to fully accommodate the cover.
  • the image generation unit can be designed, for example, to project a light beam through the projection opening onto the deflecting element, for example in the form of a windshield of the vehicle or a combiner disk.
  • Polarization changing element may be understood as an optical device configured to change a polarization or phase of a light beam.
  • the polarization changing element may be, for example, as
  • Delay plate or foil also called retarder, be realized.
  • the polarization changing element may be configured to convert between linear and circular polarization or between linear and elliptical polarization.
  • a polarizing filter also referred to as a polarizing filter, can be understood to mean an optical component which is designed to filter out a light beam with a specific polarization from non-partially or partially polarized light beams.
  • the polarizing filter may be configured to filter out a light beam by selective absorption.
  • the polarization filter can be realized as a linear polarization filter.
  • the embodiment the
  • Layer composite such as a composite film, be combined with each other.
  • a retarder principle is used, in which according to one embodiment, an integration of polarizer and retarder is realized in a cover glass or glare trap of the head-up display.
  • the second direction of polarization is that which passes through the polarization filter so that the display beam is first rotated in polarization and then passes through the filter in the second polarization.
  • Polarization filter in a cover for a head-up display especially in a head-up display with mirrored directly on a windshield display surface, sunlight reflections in the head-up display in direct sunlight can be avoided. This can prevent a viewer from being dazzled while viewing the head-up display.
  • Such a covering element for suppression of sunlight reflections for head-up displays offers the advantage that, depending on the embodiment, elements such as microlens arrays that have a superficial
  • the polarization changing element may be configured to detect the polarization between a circular polarization as first polarization type and a linear polarization to change as a second polarization.
  • the polarization filter for a linearly polarized light beam can be transmissive.
  • the light rays radiating from the display are initially circularly polarized, are then linearly polarized by the retarder and then pass the linear one
  • Polarizing filter By means of this embodiment it can be achieved that only linearly polarized light beams reach the field of view of the observer.
  • Polarization change element and, additionally or alternatively, the
  • Polarization filter may be formed to polarize a light beam originating from the imaging unit such that the linear polarization when hitting another optical element has both oscillation components perpendicular and parallel to the plane passing through the light beam incident on the optical element and the surface normal of the optical element optical element is clamped at the point of impact.
  • the optical element may be, for example, the windshield of the vehicle or a combiner disc.
  • the polarization changing element and / or the polarizing filter may be formed to polarize the light beam substantially perpendicular, parallel or at a defined angle obliquely to the plane of incidence of a radiation direction of the light beam.
  • the system allows one degree of freedom in the orientation of the linear polarization of the image beams on the windshield or a combiner for the same mode of operation of the sun-reflex suppression.
  • this linear polarization may be oriented completely perpendicular to the plane of incidence to allow high reflection even at angles close to the Brewster angle.
  • an orientation with portions perpendicular and parallel to the plane of incidence can be realized by a polarization direction rotated in comparison thereto.
  • Linearly polarizing sunglasses often completely out-polarized polarized light, therefore, the system can be deliberately designed with a parallel portion.
  • the reflection of the light beam at the Windshield be improved. Furthermore, this makes it possible to use the head-up display with special, linearly polarizing sunglasses.
  • the cover element is formed in order to direct a light beam striking a surface of the cover element facing the deflecting element into a light trap.
  • a light trap may be understood to mean an element for absorbing light rays.
  • the light trap can be realized for example with a black, matte surface. As a result, disturbing light reflections in the field of view of the observer can be prevented.
  • the polarization changing element may be realized as a h / A retardation film.
  • the ⁇ / 4 retardation film may be configured to polarize beams of light polarized parallel to a component-specific axis by a quarter wavelength relative thereto
  • Polarization change element and the polarization filter can be realized as a layer composite. This allows a simple and inexpensive production of the cover.
  • the approach proposed here also creates a head-up display for
  • the head-up display comprising: an image forming unit; a projection opening arranged in a beam path between the image forming unit and a deflecting element of the vehicle; and a cover member according to any one of the above embodiments for covering the projection opening.
  • the head-up display can be realized with a light trap.
  • the cover element may be formed in order to direct a light beam striking a surface of the cover element which faces the deflecting element into the light trap. As a result, disturbing light reflections in the field of view of the observer can be effectively prevented.
  • Cover be arranged. This allows a particularly effective suppression of light reflections.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a head-up display
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an autostereoscopic head-up display
  • FIG. 3 is a schematic representation of an autostereoscopic head-up display based on a parallax barrier
  • 4 is a schematic representation of an autostereoscopic head-up display based on a microlens array; 5 is a schematic representation of a head-up display according to an embodiment;
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a head-up display from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a head-up display from FIG. 5;
  • Fig. 8 is a schematic representation of a head-up display with
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a head-up display from FIG. 8;
  • FIG. 11 is a flowchart of a method for passing light through a cover according to an embodiment.
  • the head-up display 100 is installed in a vehicle 102 and comprises an imaging unit 104 and a head-up display optics 106 for projecting one of the imaging unit 104 generated light beam in a driver's eye 108 of a driver of the vehicle 102nd
  • Current head-up displays can be designed to image an image plane of the image generator unit 104, or PGU, by means of a corresponding head-up display optics 106 onto a virtual image located in front of the vehicle 102.
  • the driver increases the image generated by the imaging unit 104.
  • This picture can with be superimposed on a driving scene and are located at a defined distance to a serving as a screen front screen on a virtual screen 110.
  • an imaging element in the imaging unit 104 can be designed to image an image plane of the image generator unit 104, or PGU, by means of a corresponding head-up display optics 106 onto a virtual image located in front of the vehicle 102.
  • an LCD module can be used.
  • the illustrated virtual image is an enlarged image of the image generated by the imaging unit 104. Therefore, the head-up display optics 106 should have a certain magnification.
  • the required magnification increases with the distance of the virtual screen 110, i. That is, the image generated by the imaging unit 104 should be increased in size so as to be able to occupy the desired field of view of the driver at a greater distance.
  • the distance of the virtual screen 110 in current head-up displays is for example about 15 m.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an autostereoscopic head-up display 100. Shown is a basic mode of operation of the
  • the head-up display 100 is designed to have separate partial images for a left eye 200 and a right eye 202 to create. For example, the two partial images are already generated by the imaging unit 104. Via the head-up display optics 106, the light of the partial images is then made available to the respective eye in a smaller eyebox.
  • the display can be divided, for example, into different areas for both eyes. Every eye then sees only on certain parts of the display, which are distributed, for example, strip-shaped on the display axis. Such a division can be realized for example by means of a so-called parallax barrier, as described below with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an autostereoscopic head-up display 100 based on a parallax barrier.
  • an LCD display 300 is provided at a short distance with a strip-shaped barrier layer 302, which shields certain display areas for one eye. Through the barriers, the two eyes look at different strip-shaped areas of the
  • Displays 300 These areas are now used to represent different partial images for the two eyes.
  • the eyes can be offered so different partial images.
  • a similar approach is to mount an array of cylindrical microlenses on an LCD module. The principle is illustrated in FIG. 4 and operates similarly to the principle shown in FIG. The respective eye sees only certain strip-shaped areas of the display via the microlenses. Due to this spatial separation, different partial images for both eyes can be displayed.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an autostereoscopic head-up display 100 based on a microlens array 400. Shown is a
  • a head-up display 100 in which the microlens array 400 is arranged in front of a flat LCD screen 402. Due to the microlenses, the respective eye sees only certain areas of the display 402, which then represent the respective partial image.
  • the microlenses are placed as cylindrical lenses over the entire display surface, resulting in strip-shaped areas for each field.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a head-up display 500 according to an exemplary embodiment.
  • the head-up display 500 is installed in a vehicle 502 and comprises an image generation unit 504, here a display, and a cover element 506 for covering a projection opening 508 of the head-up display 500.
  • the projection opening 508 is in an optical path between the image forming unit 504 and a deflecting element 510 of the vehicle 502.
  • the deflecting element may be, for example, the windscreen of the vehicle or a
  • Combiner disc act.
  • the projection opening 508 is formed in a dashboard of the vehicle 502.
  • Image forming unit 504 is designed to irradiate a light beam 512 in the beam path.
  • the cover member 506 is realized with a polarizing filter 514 and a polarization changing element 516 disposed between the polarizing filter 514 and the image forming unit 504. Shown is an exemplary system configuration of the head-up display 500 with the retarder integrated in the cover element 506 as the polarization-changing element 516
  • Polarization change element 516 is designed to allow a polarization of the light beam 512 coming from the image generation unit between a first polarization mode, in this case a circular polarization, and a second polarization
  • Polarization here a linear polarization to change.
  • the polarizing filter 514 is designed to pass only those light beams that are in the second polarization in a predetermined polarization direction, according to FIG. 5 so linearly polarized with a defined orientation direction.
  • Polarization types and polarization directions of the light beam 512 are indicated by arrows.
  • the polarizing filter 514 and the polarization changing element 516 are combined, for example, in a layer composite.
  • the cover member 506 includes a retardation layer as a polarization changing element 516 in combination with a linear polarizing filter 514
  • Display 500 come out to be filtered out. This leads among other things to the following. With a display polarization adapted to the system, the sunlight can be filtered out without influencing the useful light of the imaging unit 504, ie, without affecting the system efficiency. By a corresponding design of the cover 506, the concept can be advantageously integrated into existing systems, so that a basic adaptation of a design process can be omitted.
  • the linear polarization direction of the light beam 512 directed to the viewer is freely selectable in the system structure.
  • the light beam 512 may have a diagonal polarization direction that is substantially at 45 degrees to the plane of incidence of the light beam 512, that of the incident beam 512 and that of the reflected beam on the axis 518 is stretched towards the eye 520.
  • a displayed virtual image 522 can be prevented from being filtered out by a pair of sunglasses having a horizontal linear polarizing filter.
  • the head-up display 500 for reasons of sealing a head-up display space has a cover anyway, such as a cover plate, no additional space is required to implement the approach described here.
  • the cover element 506 is suitable for integration into a system with a display mirrored directly over the deflecting element 510.
  • the head-up display 500 is realized with a retarder concept in which the head-up display 500
  • a linear polarizing filter 514 and a ⁇ / 4 retardation film are integrated as a polarization changing element 516.
  • Fig. 5 the operation of such a system is illustrated. Shown is a variant with directly above the windshield 510 mirrored display. The display of the imaging unit 504 radiates in circular polarization. The circular polarization is indicated in Fig. 5 with a round arrow. After the passage of the useful light in the form of the light beam 512 through the polarization changing element 516, the useful light is linearly polarized and thus can pass through the polarizing filter 514 unhindered.
  • the linear polarization of the light beam 512 is characterized by oblique double arrows.
  • the polarization filter 514 and the polarization-changing element 516 which are implemented as layers, for example, are positioned so that the continuous useful light has a freely defined linear polarization direction. This makes it possible, for example, a perpendicular with respect to the plane of incidence linear polarization to maximize reflection at the
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a head-up display 500 from FIG. 5. Shown is a function of a special, in this case concave form of the FIG
  • Observers outgoing light rays via a reflection on a windshield 510 facing surface of the cover 506 are directed into a light trap 600.
  • the shape of the cover member 506 is designed, for example, such that surface reflections on the
  • Covering element 506 itself be avoided by the coming of the area of the viewer light beams on the reflection on the
  • Cover 506 are passed into the light trap 600.
  • the viewer thus looks indirectly into the light trap 600, for example, a dull black
  • Sun rays on the cover 506 reach the eye 520 of the viewer.
  • the light trap 600 is at one of
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a head-up display 500 from FIG. 5.
  • FIG. 7 shows the mode of functioning of the filtering out of the sunlight by the cover element 506.
  • an incoming unpolarized light beam 700 is polarized by the polarization filter 514, in this case a linear filter.
  • the light beam 700 is circularly polarized.
  • the circularly polarized light beam 700 is rotated in its circulating direction so as to have a linear polarization crossed with respect to polarization in the first pass after a second pass through the polarization changing element 516.
  • the light beam 700 is blocked by the polarizing filter 514.
  • the light beam 700 is, for example, irradiated, initially unpolarized sunlight, which is linearly polarized during the first pass through the polarizing filter 514.
  • This linearly polarized sunlight is circularly polarized on the first pass through the polarization changing element 516 and then impinges on the display surface of the image forming unit 504.
  • the cover 506 may design dependent in systems with
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a head-up display 500
  • the head-up display 500 is constructed similarly to the head-up display described above with reference to FIGS. 5 to 7, with the difference that the cover element 506 has a lamellar structure 800 instead of the polarization filter and the polarization change element.
  • Lamellar structure 800 will be light rays outside of one of the
  • Image unit 504 blocked angle range, whereby dazzling sunlight reflections are prevented.
  • Blade-like cover member 506 may be similar to a conventional one
  • Cover be chosen so that the cover 506 itself causes no disturbing back reflections.
  • the image forming unit 504 may have any emission polarization. So can from the
  • Image forming unit 504 emitted light beams, for example
  • FIG. 8 shows a system structure with integrated cover element 506
  • the head-up display 500 is a
  • Lamella cover realized, in which the lamellas are formed, in order to let happen like with a Venetian blind only light from certain angles.
  • FIG. 8 illustrates the principle analogous to FIG. 6.
  • the lamellae are oriented in such a way that the angular range of the image beams generated by the head-up display 500 can pass through the cover element 506.
  • the shape of the Cover member 506 is chosen so that surface reflections do not dazzle the viewer.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a head-up display 500 from FIG. 8.
  • the functional principle of a removal of a light beam 900 incident through the windshield 510 is shown by means of a
  • Cover element 506 with integrated lamellar structure 800 In this case, light beams are blocked directly outside of the angular range transmitted by the lamellae. Light rays within the angular range are reflected on the display surface of the image forming unit 504 and again hit outside of an acceptance angle on the cover member 506, whereby they are also blocked.
  • FIG. 9 shows, for example, a system behavior in the case of the irradiation of sunlight. Sunbeams that radiate outside the acceptance angle of the slats are blocked immediately. Sunbeams within the acceptance angle are reflected on the display surface and then meet outside the acceptance angle again on the lamellar structure 800, where they are also blocked.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a head-up display 500 with a lamellar structure lying on a display surface.
  • the head-up display 500 according to FIG. 10 is realized without a cover element. Instead, the display surface of the image forming unit 504 has a fin sheet 1000 having a louver structure.
  • the lamellar foil 1000 is optionally provided with a comb structure 1002, which, for example, blackened on one side
  • the display slats are realized for example as a freestanding grid with narrow webs or integrated in a film or a glass layer. Direct application of such a lamellar structure to the display surface offers the following advantages.
  • the display used can have any emission polarization and therefore also be unpolarized, for example, as a result of which negative effects, such as when wearing a polarizing sunglass in the
  • FIG. 10 illustrates by way of example a system in which the display of the imaging unit 504 is reflected directly over the windshield 510.
  • the lamellar film 1000 is additionally coated with the comb structure 1002, whose segments are bevelled.
  • the beveled segments on the display prevent light from being directed towards the driver's eye 520 by direct reflections on the surface.
  • the segments of the comb structure 1002 are, for example, blacked out on one side.
  • the comb structure 1002 may have the same periodicity as the louvers applied over the display. Alternatively, the segments may be arranged at a smaller or greater distance than the slats to each other.
  • the individual lamellae can be embedded in a foil or glass structure.
  • the display may have a freestanding lamellar structure. In this case, no additional comb structure is required on the lamellar substrate.
  • the lamellar structure can, for example, with a preceding with reference to the figures 5 to 7
  • the freestanding lamellar structure can be realized for example from thin metallic webs, for example in combination with transversely stabilizing webs.
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method 1100 for conducting light through a cover element according to an exemplary embodiment.
  • the method 1100 may be performed, for example, using a cover member described above with reference to FIGS. 5 to 7.
  • a step 1110 by means of the polarization changing element, a polarization of a guided in the beam path between the image forming unit and the windshield between the first light beam
  • a light beam polarized in the second polarization mode in a predetermined polarization direction is transmitted through the polarization filter.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abdeckelement (506) zum Abdecken einer Projektionsöffnung (508) eines Head-up-Displays (500) für ein Fahrzeug (502), wobei die Projektionsöffnung (508) in einem Strahlengang zwischen einer Bilderzeugungseinheit (504) des Head-up-Displays (500) und einem umlenkenden Element(510) des Fahrzeugs (502) angeordnet ist. Das Abdeckelement (506) umfasst ein Polarisationsänderungselement (516), das ausgebildet ist, um eine Polarisation eines in dem Strahlengang geleiteten Lichtstrahls (512) zwischen einer ersten Polarisationsart und einer zweiten Polarisationsart zu ändern, sowie einen für einen in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahl (512) durchlässigen Polarisationsfilter (514), der zwischen dem Polarisationsänderungselement (516) und der Windschutzscheibe (510) angeordnet oder anordenbar ist.

Description

Beschreibung Titel
Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head-up-Displays, Head-up-Display und Verfahren zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach
Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Moderne Fahrzeuge können Head-up-Displays zum Projizieren bestimmter Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein
Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head-up-Displays für ein Fahrzeug, ein Head-up-Display für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Leiten von Licht durch ein solches Abdeckelement gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Es wird ein Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head- up-Displays für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Projektionsöffnung im montierten Zustand des Head-up-Displays in einem Strahlengang zwischen einer Bilderzeugungseinheit des Head-up-Displays und einem umlenkenden Element angeordnet ist, wobei das Abdeckelement folgende Merkmale aufweist: ein Polarisationsänderungselement, das ausgebildet ist, um eine Polarisation eines in dem Strahlengang geleiteten Lichtstrahls zwischen einer ersten
Polarisationsart und einer zweiten Polarisationsart zu ändern; und einen für einen in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten
Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahl durchlässigen Polarisationsfilter, wobei der Polarisationsfilter im montierten Zustand des Abdeckelements auf einer der Bilderzeugungseinheit abgewandten Seite des
Polarisationsänderungselements angeordnet ist.
Unter einem Abdeckelement kann eine Deckscheibe oder ein sonstiges zumindest teilweise lichtdurchlässiges Element verstanden werden. Das Abdeckelement kann ausgeformt sein, um einen Innenraum des Head-up- Displays von einem Außenraum des Head-up-Displays abzugrenzen.
Beispielsweise kann das Abdeckelement in ein Armaturenbrett des Fahrzeugs integriert sein und je nach Ausführungsform beweglich oder starr damit verbunden sein. Beispielsweise kann das Abdeckelement eine flache oder gekrümmte Oberfläche aufweisen. Entsprechend kann die Projektionsöffnung in dem Armaturenbrett ausgeformt sein, um das Abdeckelement vollumfänglich aufzunehmen. Unter einem Head-up-Display kann eine Anzeigevorrichtung zum
Einblenden von Informationen in Form virtueller Bilder in ein Sichtfeld eines Fahrers verstanden werden. Die Bilderzeugungseinheit kann beispielsweise ausgebildet sein, um einen Lichtstrahl durch die Projektionsöffnung auf das umlenkende Element, beispielsweise in Form einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder einer Combinerscheibe zu projizieren. Unter einem
Polarisationsänderungselement kann ein optisches Bauelement verstanden werden, das ausgebildet ist, um eine Polarisation oder Phase eines Lichtstrahls zu ändern. Das Polarisationsänderungselement kann beispielsweise als
Verzögerungsplatte oder -folie, auch Retarder genannt, realisiert sein.
Beispielsweise kann das Polarisationsänderungselement ausgebildet sein, um zwischen linearer und zirkularer Polarisation oder zwischen linearer und elliptischer Polarisation umzuwandeln. Unter einem Polarisationsfilter, auch Polfilter genannt, kann ein optisches Bauelement verstanden werden, das ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl mit einer bestimmten Polarisation aus nicht, teilweise oder anders polarisierten Lichtstrahlen herauszufiltern. Beispielsweise kann der Polarisationsfilter ausgebildet sein, um einen Lichtstrahl durch selektive Absorption herauszufiltern. Insbesondere kann der Polarisationsfilter als linearer Polarisationsfilter realisiert sein. Je nach Ausführungsform können das
Polarisationsänderungselement und der Polarisationsfilter in einem
Schichtverbund, etwa einem Folienverbund, miteinander kombiniert sein. Somit wird ein Retarder-Prinzip angewendet, bei dem gemäß einer Ausführungsform eine Integration von Polfilter und Retarder in ein Deckglas oder Glare-Trap des Head-up-Displays realisiert wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Polarisationsrichtung diejenige, welche den Polarisationsfilter passiert, sodass der Displaystrahl zunächst in der Polarisation gedreht wird und dann den Filter in der zweiten Polarisation passiert.
Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die
Kombination eines Polarisationsänderungselementes und eines
Polarisationsfilters in einem Abdeckelement für ein Head-up-Display, insbesondere in einem Head-up-Display mit direkt über einer Frontscheibe eingespiegelter Displayfläche, Sonnenlichtreflexionen in dem Head-up-Display bei direkter Sonnenlichteinstrahlung vermieden werden können. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Betrachter beim Betrachten des Head-up-Displays geblendet wird.
Ein derartiges Abdeckelement zur Unterdrückung von Sonnenlichtreflexionen für Head-up-Displays bietet den Vorteil, dass je nach Ausführungsform auch Elemente wie beispielsweise Mikrolinsenarrays, die eine oberflächliche
Restreflexion aufweisen, etwa aufgrund einer gekrümmten Oberfläche, die in geringem Maß eingestreutes Sonnenlicht in verschiedene Richtungen reflektieren kann, in einem optischen System des Head-up-Displays eingesetzt werden können. Dadurch, dass mittels des Abdeckelements insbesondere Sonnenlichtreflexionen bei direkt eingespiegelter Displayfläche, auf die das Sonnenlicht aus weiten Winkelbereichen einstrahlt, vermieden werden können, ist es beispielsweise möglich, das Head-up-Display als ein auf Mikrolinsenarrays basierendes autostereoskopisches Display zu realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Polarisationsänderungselement ausgebildet sein, um die Polarisation zwischen einer zirkulären Polarisation als erster Polarisationsart und einer linearen Polarisation als zweiter Polarisationsart zu ändern. Hierbei kann der Polarisationsfilter für einen linear polarisierten Lichtstrahl durchlässig sein. Gemäß einer Ausführungsform sind die vom Display her abstrahlenden Lichtstrahlen zunächst zirkulär polarisiert, werden dann durch den Retarder linear polarisiert und passieren dann den linearen
Polarisationsfilter. Durch diese Ausführungsform kann erreicht werden, dass lediglich linear polarisierte Lichtstrahlen in das Sichtfeld des Betrachters gelangen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das
Polarisationsänderungselement und, zusätzlich oder alternativ, der
Polarisationsfilter ausgebildet sein, um einen aus der Bildgebereinheit stammenden Lichtstrahl derart zu polarisieren, dass die lineare Polarisation beim Auftreffen auf ein weiteres optisches Element sowohl Schwingungsanteile senkrecht, als auch parallel zur Ebene aufweist, welche durch den auf das optische Element einfallenden Lichtstrahl und die Oberflächennormale des optischen Elements am Auftreffpunkt aufgespannt wird. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um die Frontscheibe des Fahrzeuges oder um eine Combinerscheibe handeln.
Somit kann das Polarisationsänderungselement und/oder der Polarisationsfilter ausgebildet sein, um den Lichtstrahl im Wesentlichen senkrecht, parallel oder in einem definierten Winkel schräg zur Einfallsebene einer Abstrahlrichtung des Lichtstrahls zu polarisieren. Das System erlaubt gemäß einer Ausführungsform bei gleicher Funktionsweise der Sonnenreflexunterdrückung einen Freiheitsgrad in der Orientierung der linearen Polarisation der Bildstrahlen an der Frontscheibe oder einem Combiner. Diese lineare Polarisation kann beispielsweise vollständig senkrecht zur Einfallsebene orientiert sein, um eine hohe Reflexion auch unter Winkeln nahe dem Brewsterwinkel zu ermöglichen. Alternativ kann durch eine im Vergleich dazu gedrehte Polarisationsrichtung eine Orientierung mit Anteilen senkrecht und parallel zur Einfallsebene realisiert werden. Linear polarisierende Sonnenbrillen filtern oftmals komplett senkrecht polarisiertes Licht aus, daher kann das System bewusst mit einem parallelen Anteil ausgelegt werden. Durch diese Ausführungsform kann die Reflexion des Lichtstrahls an der Windschutzscheibe verbessert werden. Ferner wird dadurch eine Nutzung des Head-up-Displays mit speziellen, linear polarisierenden Sonnenbrillen ermöglicht.
Es ist vorteilhaft, wenn das Abdeckelement ausgeformt ist, um einen auf eine dem umlenkenden Element zugewandte Oberfläche des Abdeckelements treffenden Lichtstrahl in eine Lichtfalle zu lenken. Unter einer Lichtfalle kann ein Element zum Absorbieren von Lichtstrahlen verstanden werden. Hierzu kann die Lichtfalle beispielsweise mit einer schwarzen, matten Oberfläche realisiert sein. Dadurch können störende Lichtreflexionen im Sichtfeld des Betrachters verhindert werden.
Des Weiteren kann das Polarisationsänderungselement als h/A- Verzögerungsfolie realisiert sein. Die λ/4-Verzögerungsfolie kann ausgebildet sein, um Lichtstrahlen, die parallel zu einer bauteilspezifischen Achse polarisiert sind, um eine viertel Wellenlänge gegenüber dazu senkrecht polarisierten
Lichtstrahlen zu verzögern. Somit ist es beispielsweise möglich, linear polarisierte Lichtstrahlen in zirkulär oder elliptisch polarisierte Lichtstrahlen oder umgekehrt umzuwandeln. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das
Polarisationsänderungselement und der Polarisationsfilter als Schichtverbund realisiert sein. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Herstellung des Abdeckelements ermöglicht. Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner ein Head-up-Display für ein
Fahrzeug, wobei das Head-up-Display folgende Merkmale aufweist: eine Bilderzeugungseinheit; eine in einem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit und einem umlenkenden Element des Fahrzeugs angeordnete Projektionsöffnung; und ein Abdeckelement gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen zum Abdecken der Projektionsöffnung. Gemäß einer Ausführungsform kann das Head-up-Display mit einer Lichtfalle realisiert sein. Hierbei kann das Abdeckelement ausgeformt sein, um einen auf eine dem umlenkenden Element zugewandte Oberfläche des Abdeckelements treffenden Lichtstrahl in die Lichtfalle zu lenken. Dadurch können störende Lichtreflexionen im Sichtfeld des Betrachters effektiv verhindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtfalle an dem
Abdeckelement angeordnet sein. Dadurch wird eine besonders effektive Unterdrückung von Lichtreflexionen ermöglicht.
Der hier beschriebene Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ändern einer Polarisation eines in dem Strahlengang zwischen der
Bilderzeugungseinheit und dem umlenkenden Element geleiteten Lichtstrahls zwischen der ersten Polarisationsart und der zweiten Polarisationsart; und
Durchlassen eines in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahls durch den Polarisationsfilter.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Displays;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Displays auf Basis einer Parallaxbarriere;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Display auf Basis eines Mikrolinsenarrays; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus Fig. 5;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit
Lamellenabdeckung;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus Fig. 8;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit einer auf einer Displayfläche liegenden Lamellenstruktur; und
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100. Das Head-up-Display 100 ist in ein Fahrzeug 102 eingebaut und umfasst eine Bildgebereinheit 104 sowie eine Head-up-Display-Optik 106 zum Projizieren eines von der Bildgebereinheit 104 erzeugten Lichtstrahls in ein Fahrerauge 108 eines Fahrers des Fahrzeugs 102.
Aktuelle Head-up-Displays können ausgebildet sein, um eine Bildebene der Bildgebereinheit 104, englisch picture generating unit oder kurz PGU genannt, mithilfe einer entsprechenden Head-up-Display-Optik 106 auf ein virtuelles, vor dem Fahrzeug 102 befindliches Bild abzubilden. Dadurch nimmt der Fahrer das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild vergrößert wahr. Dieses Bild kann mit einer Fahrszene überlagert sein und sich in einem definierten Abstand zu einer als Projektionsfläche dienenden Frontscheibe auf einer virtuellen Leinwand 110 befinden. Als bildgebendes Element in der Bildgebereinheit 104 kann
beispielsweise ein LCD-Modul verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, ist das dargestellte virtuelle Bild eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit 104 erzeugten Bilds. Daher sollte die Head-up- Display-Optik 106 eine bestimmte Vergrößerung aufweisen. Die erforderliche Vergrößerung nimmt mit dem Abstand der virtuellen Leinwand 110 zu, d. h., das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild sollte stärker vergrößert werden, um in größerem Abstand das gewünschte Sichtfeld des Fahrers einnehmen zu können. Der Abstand der virtuellen Leinwand 110 in aktuellen Head-up-Displays beträgt beispielsweise etwa 15 m.
Bei einem autostereoskopischen Head-up-Display-System werden separate Teilbilder für linkes und rechtes Auge und dadurch einen 3-D-Effekt erzeugt, wie nachfolgend anhand von Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Displays 100. Dargestellt ist eine prinzipielle Funktionsweise des
autostereoskopischen Head-up-Displays 100. Im Unterschied zu dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Head-up-Display ist das Head-up-Display 100 gemäß Fig. 2 ausgebildet, um separate Teilbilder für ein linkes Auge 200 und ein rechtes Auge 202 zu erzeugen. Die beiden Teilbilder werden beispielsweise bereits durch die Bildgebereinheit 104 erzeugt. Über die Head-up-Display-Optik 106 wird das Licht der Teilbilder dann dem jeweiligen Auge in einer kleineren Eyebox zur Verfügung gestellt.
Bei einem derartigen autostereoskopischen Ansatz ist es erforderlich, dass die beiden Teilbilder für linkes und rechtes Auge am Display der Bildgebereinheit 104 in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden, um über die Head-up- Display-Optik 106 dem jeweiligen Auge zugeführt werden zu können.
Zum Trennen der Bildinformationen kann das Display beispielsweise in verschiedene Bereiche für beide Augen aufgeteilt sein. Jedes Auge sieht dann nur auf bestimmte Teile des Displays, die beispielsweise streifenförmig auf der Displayachse verteilt sind. Eine derartige Aufteilung kann beispielsweise mithilfe einer sogenannten Parallaxbarriere realisiert werden, wie nachfolgend anhand von Fig. 3 beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Displays 100 auf Basis einer Parallaxbarriere. Hierbei ist ein LCD-Display 300 in geringem Abstand mit einer streifenförmigen Barriereschicht 302 versehen, die bestimmte Displaybereiche für jeweils ein Auge abschirmt. Durch die Barrieren schauen die beiden Augen auf unterschiedliche streifenförmige Bereiche des
Displays 300. Diese Bereiche werden nun genutzt, um unterschiedliche Teilbilder für die beiden Augen darzustellen. Den Augen können so unterschiedliche Teilbilder angeboten werden. Ein ähnlicher Ansatz besteht darin, ein Array aus zylindrischen Mikrolinsen auf einem LCD-Modul anzubringen. Das Prinzip ist in Fig. 4 veranschaulicht und funktioniert ähnlich dem in Fig. 3 gezeigten Prinzip. Das jeweilige Auge sieht dabei über die Mikrolinsen nur bestimmte streifenförmige Bereiche des Displays. Durch diese räumliche Trennung können auf dem Display unterschiedliche Teilbilder für beide Augen dargestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up- Displays 100 auf Basis eines Mikrolinsenarrays 400. Dargestellt ist ein
Funktionsprinzip eines Head-up-Displays 100, bei dem das Mikrolinsenarray 400 vor einem flachen LCD-Bildschirm 402 angeordnet ist. Durch die Mikrolinsen sieht das jeweilige Auge nur noch auf bestimmte Bereiche des Displays 402, die dann das jeweilige Teilbild darstellen. Die Mikrolinsen sind als Zylinderlinsen über die gesamte Displayfläche gelegt, wodurch sich streifenförmige Bereiche für das jeweilige Teilbild ergeben.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 500 ist in ein Fahrzeug 502 eingebaut und umfasst eine Bilderzeugungseinheit 504, hier ein Display, sowie ein Abdeckelement 506 zum Abdecken einer Projektionsöffnung 508 des Head- up-Displays 500. Die Projektionsöffnung 508 ist in einem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit 504 und einem umlenkenden Element 510 des Fahrzeugs 502 angeordnet. Bei dem umlenkenden Element kann es sich beispielsweise um die Frontscheibe des Fahrzeugs oder um eine
Combinerscheibe handeln. Beispielsweise ist die Projektionsöffnung 508 in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs 502 ausgebildet. Die
Bilderzeugungseinheit 504 ist ausgebildet, um einen Lichtstrahl 512 in den Strahlengang einzustrahlen.
Das Abdeckelement 506 ist mit einem Polarisationsfilter 514 und einem zwischen dem Polarisationsfilter 514 und der Bilderzeugungseinheit 504 angeordneten Polarisationsänderungselement 516 realisiert. Gezeigt ist ein beispielhafter Systemaufbau des Head-up-Displays 500 mit in das Abdeckelement 506 integriertem Retarder als Polarisationsänderungselement 516. Das
Polarisationsänderungselement 516 ist ausgebildet, um eine Polarisation des von der Bilderzeugungseinheit kommenden Lichtstrahls 512 zwischen einer ersten Polarisationsart, hier einer zirkulären Polarisation, und einer zweiten
Polarisationsart, hier einer linearen Polarisation, zu ändern. Der Polarisationsfilter 514 ist ausgebildet, um nur solche Lichtstrahlen durchzulassen, die in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung, gemäß Fig. 5 also linear polarisiert mit definierter Orientierungsrichtung sind. Die
Polarisationsarten und Polarisationsrichtungen des Lichtstrahls 512 sind durch Pfeile gekennzeichnet.
Der Polarisationsfilter 514 und das Polarisationsänderungselement 516 sind beispielsweise in einem Schichtverbund miteinander kombiniert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Abdeckelement 506 eine Verzögerungsschicht als Polarisationsänderungselement 516 in Kombination mit einem linearen Polarisationsfilter 514. Durch diese Kombination kann
beispielsweise eingestrahltes Sonnenlicht auf dem Rückweg aus dem Head-up-
Display 500 herauskommend ausgefiltert werden. Dies führt unter anderem zu Folgendem. Bei einer auf das System angepassten Displaypolarisation kann das Sonnenlicht ausgefiltert werden, ohne das Nutzlicht der Bilderzeugungseinheit 504 zu beeinflussen, d. h. ohne die Systemeffizienz zu beeinträchtigen. Durch eine entsprechende Bauform des Abdeckelements 506 kann das Konzept vorteilhafterweise in bereits bestehende Systeme integriert werden, sodass eine grundlegende Anpassung eines Designprozesses entfallen kann.
Beispielsweise ist die lineare Polarisationsrichtung des zum Betrachter geleiteten Lichtstrahls 512 im Systemaufbau frei wählbar. Der Lichtstrahl 512 kann beispielsweise nach Passieren des Polarisationsfilters 514 eine diagonal im Raum stehende Polarisationsrichtung aufweisen, die im Wesentlichen im 45- Grad-Winkel zur Einfallsebene des Lichtstrahls 512 verläuft, die durch die Richtung des einfallenden Strahls 512 und die des reflektierten Strahls auf der Achse 518 hin zum Auge 520 aufgespannt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass ein angezeigtes virtuelles Bild 522 durch eine Sonnenbrille mit waagrechtem linearem Polarisationsfilter ausgefiltert wird.
Wichtig ist hier die Orientierung der linearen Polarisation zur Einfallsebene. Damit der Lichtstrahl 512 gleichermaßen parallele und senkrechte Anteile hat, soll er 45° zur Einfallsebene orientiert sein. Somit sind die Doppelpfeile in Fig. 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel derart zu verstehen, dass die lineare
Polarisation in die Zeichenebene hinein zeigt. In diesem Falle wäre das eine reine s-Polarisation, die nicht auf die polarisierenden Sonnenbrillen angepasst ist.
Unter der Voraussetzung, dass das Head-up-Display 500 aus Gründen der Versiegelung eines Head-up-Display-Bauraums ohnehin eine Abdeckung aufweist, etwa eine Deckscheibe, ist zur Realisierung des hier beschriebenen Ansatzes kein zusätzlicher Bauraum erforderlich.
Insbesondere eignet sich das Abdeckelement 506 zur Integration in ein System mit direkt über dem umlenkenden Element 510 eingespiegeltem Display. Somit wird ein Aufbau mit stark reduziertem Bauraum ermöglicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Head-up-Display 500 mit einem Retarderkonzept realisiert, bei dem in das das Head-up-Display 500
abschließende Abdeckelement 506 ein linearer Polarisationsfilter 514 und eine λ/4-Verzögerungsfolie als Polarisationsänderungselement 516 integriert sind. In Fig. 5 ist die Funktionsweise eines solchen Systems veranschaulicht. Dargestellt ist eine Variante mit direkt über der Windschutzscheibe 510 eingespiegeltem Display. Das Display der Bilderzeugungseinheit 504 strahlt dabei in zirkularer Polarisation ab. Die zirkuläre Polarisation ist in Fig. 5 mit einem runden Pfeil gekennzeichnet. Nach dem Durchgang des Nutzlichts in Gestalt des Lichtstrahls 512 durch das Polarisationsänderungselement 516 ist das Nutzlicht linear polarisiert und kann somit den Polarisationsfilter 514 ungehindert passieren. Die lineare Polarisation des Lichtstrahls 512 ist durch schräge Doppelpfeile gekennzeichnet.
Der Polarisationsfilter 514 und das Polarisationsänderungselement 516, die etwa als Schichten realisiert sind, sind beispielsweise so positioniert, dass das durchgehende Nutzlicht eine frei definierte lineare Polarisationsrichtung aufweist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine in Bezug auf die Einfallsebene senkrechte lineare Polarisation zur Maximierung einer Reflexion an der
Windschutzscheibe 510 oder auch eine diagonal im Raum liegende lineare Polarisationsrichtung zu realisieren, durch die ein Ausfiltern des Bildes 522 durch eine linear polarisierende Sonnenbrille verhindert wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus Fig. 5. Gezeigt ist eine Funktion einer speziellen, hier konkaven Form des
Abdeckelements 506, durch die aus dem Bereich einer Kopfposition des
Betrachters ausgehende Lichtstrahlen über eine Spiegelung auf einer der Windschutzscheibe 510 zugewandten Oberfläche des Abdeckelements 506 in eine Lichtfalle 600 gelenkt werden. Die Form des Abdeckelements 506 ist beispielsweise so ausgelegt, dass Oberflächenreflexionen an dem
Abdeckelement 506 selbst vermieden werden, indem die aus dem Bereich des Betrachters kommenden Lichtstrahlen über die Reflexion auf dem
Abdeckelement 506 in die Lichtfalle 600 geleitet werden. Der Betrachter blickt also indirekt in die Lichtfalle 600, die beispielsweise eine mattschwarze
Oberfläche aufweist. Damit werden im umgekehrten Strahlengang blendende Sonnenstrahlen ausgeschlossen, d. h., es wird verhindert, dass die
Sonnenstrahlen über das Abdeckelement 506 ins Auge 520 des Betrachters gelangen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtfalle 600 an einer vom
Betrachter abgewandten Kante des Abdeckelements 506 angebracht.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus Fig. 5. In Fig. 7 ist die Funktionsweise der Ausfilterung des Sonnenlichts durch das Abdeckelement 506 dargestellt. Hierbei wird ein eintreffender unpolarisierter Lichtstrahl 700 durch den Polarisationsfilter 514, hier einen Linearfilter, polarisiert. Nach einem ersten Durchgang durch das
Polarisationsänderungselement 516 ist der Lichtstrahl 700 zirkulär polarisiert. Bei der Reflexion an einer Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 wird der zirkulär polarisierte Lichtstrahl 700 in seiner Zirkulationsrichtung gedreht, sodass er nach einem zweiten Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 eine in Bezug auf eine Polarisation beim ersten Durchgang gekreuzte lineare Polarisation aufweist. Somit wird der Lichtstrahl 700 vom Polarisationsfilter 514 geblockt.
Bei dem Lichtstrahl 700 handelt es sich beispielsweise um eingestrahltes, zunächst unpolarisiertes Sonnenlicht, das beim ersten Durchgang durch den Polarisationsfilter 514 linear polarisiert wird. Dieses linear polarisierte Sonnenlicht wird beim ersten Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 zirkulär polarisiert und trifft dann auf die Displayfläche der Bilderzeugungseinheit 504.
Bei der Reflexion auf der Displayfläche wird die Richtung der zirkulären
Polarisation durch einen Phasensprung umgedreht. Nach einem weiteren Durchgang durch das Polarisationsänderungselement 516 ist das Sonnenlicht erneut linear polarisiert. Die lineare Polarisation ist jetzt gekreuzt zur
Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 514, wodurch das Sonnenlicht letztendlich herausgefiltert wird. Das Abdeckelement 506 kann designabhängig auch in Systemen mit
zusätzlichen abbildenden Spiegeln eingesetzt werden und eignet sich für stereoskopische und nichtstereoskopische Head-up-Displays. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 mit
Lamellenabdeckung. Das Head-up-Display 500 ist ähnlich dem vorangehend anhand der Figuren 5 bis 7 beschriebenen Head-up-Display aufgebaut, mit dem Unterschied, dass das Abdeckelement 506 statt des Polarisationsfilters und des Polarisationsänderungselementes eine Lamellenstruktur 800 aufweist.
Durch die an die transmittierten Bildstrahlen angepassten Lamellen der
Lamellenstruktur 800 werden Lichtstrahlen außerhalb eines von der
Bilderzeugungseinheit 504 genutzten Winkelbereichs geblockt, wodurch blendende Sonnenlichtreflexionen verhindert werden. Die Form des
lamellenartigen Abdeckelements 506 kann ähnlich einer konventionellen
Abdeckung so gewählt sein, dass das Abdeckelement 506 selbst keine störenden Rückreflexionen verursacht. Dadurch kann die Bilderzeugungseinheit 504 eine beliebige Abstrahlpolarisation aufweisen. So können von der
Bilderzeugungseinheit 504 ausgesandte Lichtstrahlen beispielsweise
unpolarisiert sein, wodurch negative Effekte, wie sie beispielsweise bei der
Betrachtung eines Head-up-Displays durch eine polarisierende Sonnenbrille auftreten können, vermieden werden.
In Fig. 8 ist ein Systemaufbau mit in das Abdeckelement 506 integrierten
Lamellen dargestellt, die ausgeformt sind, um nur einen bestimmten
Winkelbereich zu transmittieren, in dem das Nutzbild das Abdeckelement 506 durchstrahlt. Lichtstrahlen außerhalb dieses Winkelbereichs treffen auf die integrierten Lamellen und werden damit geblockt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Head-up-Display 500 mit einer
Lamellenabdeckung realisiert, bei der die Lamellen ausgeformt sind, um wie bei einer Jalousie nur Licht aus bestimmten Winkeln passieren zu lassen. In Fig. 8 ist das Prinzip analog zu Fig. 6 veranschaulicht. Die Lamellen sind dabei so ausgerichtet, dass der Winkelbereich der vom Head-up-Display 500 erzeugten Bildstrahlen das Abdeckelement 506 passieren kann. Die Form des Abdeckelements 506 ist dabei so gewählt, dass Oberflächenreflexionen den Betrachter nicht blenden.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 aus Fig. 8. Dargestellt ist das Funktionsprinzip einer Abbiendung eines durch die Windschutzscheibe 510 einfallenden Lichtstrahls 900 mittels eines
Abdeckelements 506 mit integrierter Lamellenstruktur 800. Hierbei werden Lichtstrahlen außerhalb des von den Lamellen transmittierten Winkelbereichs direkt geblockt. Lichtstrahlen innerhalb des Winkelbereichs werden an der Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 reflektiert und treffen wiederum außerhalb eines Akzeptanzwinkels auf das Abdeckelement 506, wodurch sie ebenfalls geblockt werden.
In Fig. 9 ist beispielsweise ein Systemverhalten bei der Einstrahlung von Sonnenlicht dargestellt. Sonnenstrahlen, die außerhalb des Akzeptanzwinkels der Lamellen einstrahlen, werden umgehend geblockt. Sonnenstrahlen innerhalb des Akzeptanzwinkels werden an der Displayoberfläche reflektiert und treffen dann außerhalb des Akzeptanzwinkels erneut auf die Lamellenstruktur 800, wo sie ebenfalls geblockt werden.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 500 mit einer auf einer Displayfläche liegenden Lamellenstruktur. Im Unterschied zu einem vorangehend anhand der Figuren 5 bis 9 beschriebenen Head-up-Display ist das Head-up-Display 500 gemäß Fig. 10 ohne Abdeckelement realisiert. Stattdessen weist die Displayoberfläche der Bilderzeugungseinheit 504 eine Lamellenfolie 1000 mit einer Lamellenstruktur auf.
Gezeigt ist ein Systemaufbau des Head-up-Displays 500 mit einer direkt auf einer eingespiegelten Displayfläche liegenden Lamellenstruktur. Das
Funktionsprinzip der Ausblendung von Sonnenlicht gleicht beispielsweise dem in Fig. 9 gezeigten Funktionsprinzip. Um Oberflächenreflexionen auf der
Lamellenfolie 1000 zu vermeiden, ist die Lamellenfolie 1000 optional mit einer Kammstruktur 1002 versehen, die beispielsweise einseitig geschwärzte
Strukturen aufweist. Die Displaylamellen sind beispielsweise als freistehendes Gitter mit schmalen Stegen realisiert oder in eine Folie oder eine Glasschicht integriert. Ein direktes Aufbringen einer solchen lamellenartigen Struktur auf die Displayfläche bietet folgende Vorteile.
Zum einen kann das genutzte Display eine beliebige Abstrahlpolarisation aufweisen und damit beispielsweise auch unpolarisiert sein, wodurch negative Effekte, wie sie etwa beim Tragen einer polarisierender Sonnenbrillen im
Zusammenhang mit einem Head-up-Display auftreten können, vermieden werden.
Bei Verwendung ausreichend stabiler Display strukturen kann auf das
Abdeckelement verzichtet werden, wodurch der für das Head-up-Display 500 erforderliche Bauraum deutlich reduziert werden kann.
In Fig. 10 ist beispielhaft ein System veranschaulicht, bei dem das Display der Bilderzeugungseinheit 504 direkt über die Windschutzscheibe 510 eingespiegelt wird. Die Lamellenfolie 1000 ist dabei zusätzlich mit der Kammstruktur 1002 überzogen, deren Segmente abgeschrägt sind. Durch die abgeschrägten Segmente auf dem Display wird verhindert, dass Licht durch direkte Reflexionen an der Oberfläche in Richtung des Fahrerauges 520 gelenkt wird. Die Segmente der Kammstruktur 1002 sind beispielsweise einseitig geschwärzt.
Die Kammstruktur 1002 kann die gleiche Periodizität wie die über dem Display aufgebrachten Lamellen aufweisen. Alternativ können die Segmente auch in einem kleineren oder größeren Abstand als die Lamellen zueinander angeordnet sein. Die einzelnen Lamellen können in eine Folien- oder Glasstruktur eingebettet sein. Alternativ zu den in ein Substrat eingebetteten Lamellen kann das Display eine freistehende Lamellenstruktur aufweisen. In diesem Fall ist keine zusätzliche Kammstruktur auf dem Lamellensubstrat erforderlich. Die Lamellenstruktur kann beispielsweise mit einem vorangehend anhand der Figuren 5 bis 7
beschriebenen Abdeckelement kombiniert werden, um die Lamellenstruktur vor Staub und direkten mechanischen Einflüssen zu schützen. Die freistehende Lamellenstruktur kann beispielsweise aus dünnen metallischen Stegen realisiert sein, etwa in Kombination mit in Querrichtung stabilisierenden Stegen.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 kann beispielsweise unter Verwendung eines vorangehend anhand der Figuren 5 bis 7 beschriebenen Abdeckelements durchgeführt werden. Hierbei wird in einem Schritt 1110 mittels des Polarisationsänderungselementes eine Polarisation eines in dem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit und der Windschutzscheibe geleiteten Lichtstrahls zwischen der ersten
Polarisationsart und der zweiten Polarisationsart geändert. In einem weiteren Schritt 1120 wird ein in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierter Lichtstrahl durch den Polarisationsfilter durchgelassen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Abdeckelement (506) zum Abdecken einer Projektionsöffnung (508) eines Head-up-Displays (500) für ein Fahrzeug (502), wobei die
Projektionsöffnung (508) im montierten Zustand des Head-up-Displays (500) in einem Strahlengang zwischen einer Bilderzeugungseinheit (504) des Head-up-Displays (500) und einem umlenkenden Element (510) angeordnet ist, wobei das Abdeckelement (506) folgende
Merkmale aufweist: ein Polarisationsänderungselement (516), das ausgebildet ist, um eine Polarisation eines in dem Strahlengang geleiteten Lichtstrahls (512) zwischen einer ersten Polarisationsart und einer zweiten Polarisationsart zu ändern; und einen für einen in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahl (512) durchlässigen Polarisationsfilter (514), wobei der Polarisationsfilter (514) im montierten Zustand des Abdeckelements (506) auf einer der Bilderzeugungseinheit (504) abgewandten Seite des Polarisationsänderungselements (516) angeordnet ist.
2. Abdeckelement (506) gemäß Anspruch 1, bei dem das
Polarisationsänderungselement (516) ausgebildet ist, um die
Polarisation zwischen einer zirkulären Polarisation als erster
Polarisationsart und einer linearen Polarisation als zweiter
Polarisationsart zu ändern, wobei der Polarisationsfilter (514) für einen linear polarisierten Lichtstrahl (512) durchlässig ist.
3. Abdeckelement (506) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Polarisationsänderungselement (516) und/oder der Polarisationsfilter (514) ausgebildet ist, um den Lichtstrahl (512) im Wesentlichen senkrecht oder in einem definierten Winkel zur
Einfallsebene des Lichtstrahls (512) zu polarisieren.
Abdeckelement (506) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Abdeckelement (506) ausgeformt ist, um einen auf eine dem umlenkenden Element(510) zugewandte Oberfläche des
Abdeckelements (506) treffenden Lichtstrahl in eine Lichtfalle (600) zu lenken.
Abdeckelement (506) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Polarisationsänderungselement (516) als Κ/Λ- Verzögerungsfolie realisiert ist.
Abdeckelement (506) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Polarisationsänderungselement (516) und der
Polarisationsfilter (514) als Schichtverbund realisiert sind.
Head-up-Display (500) für ein Fahrzeug (502), wobei das Head-up- Display (500) folgende Merkmale aufweist: eine Bilderzeugungseinheit (504); eine in einem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit (504) und einem umlenkenden Element (510) des Fahrzeugs (502) angeordnete Projektionsöffnung (508); und ein Abdeckelement (506) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche zum Abdecken der Projektionsöffnung (508).
Head-up-Display (500) gemäß Anspruch 7, mit einer Lichtfalle (600), wobei das Abdeckelement (506) ausgeformt ist, um einen auf eine dem umlenkenden Element(510) zugewandte Oberfläche des
Abdeckelements (506) treffenden Lichtstrahl in die Lichtfalle (600) zu lenken. Head-up-Display (500) gemäß Anspruch 8, bei dem die Lichtfalle (600) an dem Abdeckelement (506) angeordnet ist.
Verfahren (1100) zum Leiten von Licht durch ein Abdeckelement (506) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren (1100) folgende Schritte umfasst:
Ändern (1110) einer Polarisation eines in dem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinheit (504) und dem umlenkenden Element (510) geleiteten Lichtstrahls (512) zwischen der ersten Polarisationsart und der zweiten Polarisationsart; und
Durchlassen (1120) eines in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahls (512) durch den Polarisationsfilter (514).
EP16790402.8A 2015-11-19 2016-11-04 Abdeckelement zum abdecken einer projektionsöffnung eines head-up-displays, head-up-display und verfahren zum leiten von licht durch ein abdeckelement Withdrawn EP3377933A1 (de)

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