EP4720751A1 - Hud für ein fahrzeug mit einem exakt und verlustarm reflektierenden screen im projektorbasierten bildgeber - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung zum Einblenden eines virtuellen Bilds über Reflexion aann einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten Reflexionsscheibe, insbesondere einer Fahrzeugscheibe. Die Projektionseinheit umfasst einen projektorbasierten Bildgeber mit einem Projektor zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt und einem von diesem ausgeleuchteten Projektionsschirm. Der Projektor ist zur Erzeugung eines realen Bilds auf dem Projektionsschirm und der Projektionsschirm zum Reflektieren des daraus resultierenden Lichtstrahlenbündels zur Reflexionsscheibe ausgebildet. Hierzu weist der Projektionsschirm ein dem Projektor zugewandtes transparentes Substrat und eine auf dessen Rückseite ausgebildete Spiegelfläche auf, die sich aus einer Vielzahl von Facetten zu einem Facettenraster mit einem Sägezahnprofil zusammensetzt. Jede Facette besitzt ein erstes Spiegelsegment zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels in eine für die Augen eines ersten Benutzers vorbestimmte Eyebox.

Description

Beschreibung

HUP für ein Fahrzeug mit einem exakt und verlustarm reflektierenden Screen im projektorbasierten Bildgeber

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinheit für Blickfeldanzeigevorrichtungen, die in Kraftfahrzeugen oder anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen einsetzbar sind und auch unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind. Sie dienen zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen Bilds über Reflexion an einer Reflexionsscheibe, wie einer Front-, Heck- oder Seitenscheibe des Fahrzeugs oder einer eigens hierzu vorgesehenen Combinerscheibe, im Blickfeld des Benutzers. Die Erfindung richtet sich auch auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren und auf die Blickfeldanzeigevorrichtung sowie auf ein damit ausgestattetes Fahrzeug.

Mit einem Head-up-Display werden in einem Kraftfahrzeug beispielsweise Geschwindigkeitsangaben und andere nützliche Navigations-, Warn- und Fahrzeugbedienungshinweise oder auch Entertainment-Inhalte in Form eines virtuellen Bilds dem vom Fahrer und/oder einem anderen Insassen beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert. Dabei ist unter anderem zur Erzeugung einer panoramaartigen virtuellen Darstellung eine vereinfachte Bauweise des HUDs bekannt, bei der ein Bildgeber ohne weitere Projektionsoptik wie Spiegel etc. direkt gegenüber der Frontscheibe in deren Scheibenwurzelbereich positioniert wird. Das vom Bildgeber erzeugte reale Bild wird somit direkt an der Frontscheibe reflektiert und gelangt dadurch zum Betrachter, wie beispielsweise einem Fahrer und/oder Beifahrer. Die naheliegendste Lösung zur Erzeugung eines ins Blickfeld des Fahrers eingeblendeten virtuellen Bilds mit solch einem „spiegellosen HUD“ ist das Platzieren eines LCD (liquid crystal display, Flüssigkristallbildschirm) mit einer starken Hinterleuchtung unterhalb der Frontscheibe. Ein solches LCD-basiertes spiegelloses HUD hat jedoch einen Nachteil, dass ein wesentlicher Teil des Lichts aus der Lichtquelle schon vor der Reflektion an der Frontscheibe im System dissipiert wird: Übliche LCDs transmittieren bei voller Weißlichtanzeige nur 3 bis 10 % des Lichts aus der Lichtquelle. Bei besonders hellen Anzeigen, wie sie bei einem HUD typischerweise benötigt werden, führt dies zu einem entsprechend hohen Energie-Verbrauch und mitunter zu anspruchsvollen thermischen Situationen. Dabei gestaltet sich der Stellhebel, das HUD-Nutzlicht auf den relevanten Betrachtungsbereich (Eyebox) eines Fahrers oder Beifahrers zu bündeln, vor allem bei eingeschränkten Bauraumverhältnissen im Fahrzeug oft als schwierig.

Alternativ ist es möglich, anstelle eines LCD einen Projektionsschirm (auch Leinwand oder Screen genannt) einzusetzen, auf den ein Projektor ein reales Bild mit hoher Helligkeit projiziert. Die technisch fortschrittlichsten Projektionslösungen auf dem Markt werden aktuell bei sogenannten „Laser TVs“ eingesetzt. Hier bildet eine effiziente Laser-Diode im Projektor die Lichtquelle. Der Projektionsschirm ist dabei so konzipiert, dass ein möglichst großer Anteil des vom Projektor kommenden Lichts in Richtung aller vor dem TV sitzenden Zuschauer reflektiert wird und der Kontrast bei starkem Umgebungslicht gleichzeitig möglichst erhalten bleibt. Ein projektorbasiertes System bietet im Vergleich zu einem LCD die Potenziale einer deutlich höheren Effizienz und einer höheren thermischen Robustheit. Allerdings erfüllen solche Screens, die aus dem Bereich der „Laser-TVs“ bekannt sind, noch nicht die Ansprüche an die Effizienz und den Kontrast für eine Anwendung in einem HUD. Die Potenziale eines gegenüber einer TV-Anwendung kleinen, vordefinierten Betrachtungsbereichs im Fahrzeug, sowie Kontrasterhaltungsmaßnahmen durch eine spezielle Einbausituation werden nicht ausgeschöpft. Die höchsten Potenziale in dieser Richtung bieten bisher Screens auf Basis von Volumenhologrammen. Diese haben allerdings den Nachteil, dass Sie Ihre Effizienz nur in einem sehr schmalbandigen Wellenlängenbereich ausschöpfen. Das Licht eines Projektors muss für eine bestmögliche Effizienz möglichst exakt darauf abgestimmt sein. Dies gestaltet sich aber vor allem bei Temperaturschwankungen, wie sie im Fahrzeug oft auftreten, schwierig.

Ferner wird in EP 2 594 987 A2 ein HUD-System für ein Kraftfahrzeug mit einem Facetten-artigen Screen vorgeschlagen. Das System umfasst eine Standard-Fahrzeugscheibe (d. h. ohne spezielle Beschichtungen), einen optischen Bildprojektor und eine Instrumententafel, die mit einer reflektierenden Facetten-Oberfläche ausgestattet ist. Der Projektor ist zum Projizieren eines Bilds auf die reflektierende Facetten-Oberfläche ausgebildet. Diese ist dazu ausgebildet, das Projektor-Bild auf eine Oberfläche der Standard- Fahrzeugscheibe zu projizieren, die so orientiert ist, dass sie das Bild von der reflektierenden Facetten-Oberfläche in Richtung eines Insassen reflektiert. Die reflektierende Facetten-Oberfläche kann innerhalb einer Vielzahl von Trögen, die durch eine Vielzahl von diffus reflektierenden Trennwänden voneinander getrennt sind, angeordnet sein. Die Vielzahl von Trögen kann dazu ausgebildet sein, den Insassen von äußeren Reflexen abzuschirmen. Um das Ansammeln von Staub und anderem Schmutz innerhalb der Vielzahl von Trögen während des Fahrzeuglebens zu verhindern, können sie von einem Deckglas aus einem transparenten Material wie Acryl abgeschlossen werden. Die reflektierende Facetten-Oberfläche kann eine Vielzahl von elektrisch ansteuerbaren Facetten umfassen, die als ein Array von Elektrobenetzungs-Zellen ausgebildet ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative und/oder verbesserte Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung anzugeben, die insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen und sich insbesondere zu einer großflächigen und/oder panoramaartigen virtuellen Bilddarstellung über Reflexion an einer Frontscheibe eignen kann. Diese Projektionseinheit und Blickfeldanzeigevorrichtung können gegenüber bekannten Ansätzen beispielsweise im Hinblick auf die Energieeffizienz, Herstellungsaufwand, Kosten, Kontrast, Sichtbarkeit für den Benutzer, Bildqualität und/oder andere Gesichtspunkte eine Verbesserung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Projektionseinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch ein zugehöriges Herstellungsverfahren, eine diese Projektionseinheit enthaltende Blickfeldanzeigevorrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Projektionseinheit genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das Herstellungsverfahren, die Blickfeldanzeigevorrichtung und das Fahrzeug, wie auch jeweils umgekehrt.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgelegt sein kann. Beim Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann beispielsweise als ein Head-up-Display (HUD) ausgebildet sein.

Die Projektionseinheit ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung ein Lichtstrahlenbündel auszugeben, das anschließend von einer im Blickfeld eines jeweiligen Benutzers angeordneten Reflexionsscheibe zu seinen Augen bzw. einer hierfür vorbestimmten Eyebox reflektiert wird und ihm dadurch ein jenseits der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird. Als Eyebox der Blickfeldanzeigevorrichtung wird wie üblich ein zwei- oder dreidimensionaler Raumbereich verstanden, aus dem das virtuelle Bild für den betreffenden Benutzer uneingeschränkt sichtbar ist.

Die jeweilige Eyebox kann hierin beispielsweise eine zweidimensionale Ausdehnung von ca. 180 mm Breite (horizontal) und 120 mm Höhe (vertikal) besitzen. Die vorliegende Blickfeldanzeigevorrichtung kann eine einzige Eyebox, gegebenenfalls aber auch zwei oder mehr Eyeboxen in einem vorbestimmten Abstand voneinander für zwei oder mehr verschiedene Benutzer (wie beispielsweise für einen Fahrer und einen oder mehrere Beifahrer, oder für mehrere Passagiere des Fahrzeugs) besitzen. Die Reflexionsscheibe kann insbesondere als Teilabschnitt einer Frontscheibe oder einer anderen Fahrzeugscheibe ausgebildet sein oder aber eine eigens hierzu vorgesehene Combinerscheibe sein. Sie ist im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung außerhalb der Projektionseinheit angeordnet, sodass die Projektionseinheit auch separat von der Reflexionsscheibe hergestellt und vertrieben werden kann.

Die Projektionseinheit umfasst dabei einen projektorbasierten Bildgeber mit einem Projektor, der zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildet ist, und einem von diesem in Reflexion ausgeleuchteten Projektionsschirm (auch Leinwand oder Screen genannt). Dabei ist der Projektor zur Erzeugung eines realen Bilds auf dem Projektionsschirm ausgebildet, und der Projektionsschirm ist zum Reflektieren des daraus resultierenden Lichtstrahlenbündels in vorbestimmter Form und Richtung zur Reflexionsscheibe hin ausgelegt, um dem Benutzer ein virtuelles Bild mit gewünschten Darstellungseigenschaften zu erzeugen.

Hierzu umfasst der Projektionsschirm auf seiner dem Projektor zugewandten Seite ein platten- oder folienartiges, transparentes Substrat, auf dessen Rückseite (d. h. vom Projektor abgewandten Seite) eine Spiegelfläche ausgebildet ist, die sich aus einer Vielzahl von Facetten zu einem Facettenraster mit einem Sägezahnprofil zusammensetzt. Dabei besitzt jede Facette ein erstes Spiegelsegment, das zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels beispielsweise in eine Mitte einer für die Augen eines ersten Benutzers vorbestimmten Eyebox ausgelegt ist. Durch solche gerichtete Eyebox-Ausleuchtung kann die Energieeffizienz der Blickfeldanzeigevorrichtung mit dem projektorbasierten Bildgeber erheblich gesteigert werden. Das jeweilige Spiegelsegment kann insbesondere planar ausgestaltet sein. Alternativ hierzu kann eine gekrümmte, beispielswiese aus Richtung des einfallenden Projektorlichts konvexe, Ausgestaltung des jeweiligen Spiegelsegments beispielsweise für eine besonders homogene Ausleuchtung der jeweiligen Eyebox zielführend sein.

Das Sägezahnprofil kann dabei unter anderem dadurch entstehen, dass die Spiegelsegmente der Facetten je nach Position auf dem Facettenraster oder Spiegelarray unterschiedliche Winkel aufweisen können. Sie schließen daher nicht immer stetig aneinander an, sodass Höhenversatze benachbarter Facetten durch beispielsweise nahezu senkrecht zu deren Spiegelsegmenten orientierte Übergangsflächen ausgeglichen werden, wodurch ein Sägezahnprofil entsteht. Die Flächen der einzelnen Facetten können dabei insbesondere unterhalb einer mit dem menschlichen Auge auflösbaren Größe sein, damit das Facettenraster für den Benutzer im virtuellen Bild nicht erkennbar ist. Deren lineare Abmessungen können dabei insbesondere größer als die größte Wellenlänge des verwendeten Projektorlichts sein und beispielsweise im Mikrometer-Bereich liegen, um störende Beugungseffekte wie Farbsäume oder Interferenz etc. zu vermeiden. Zu demselben Zweck können die Flächen der einzelnen Facetten/Spiegelsegmente zudem untereinander variierende Größen und/oder Formen aufweisen (vgl. Fig. 8b).

Eine Idee der vorliegenden Projektionseinheit mit einem projektorbasierten Bildgeber besteht somit in einem Projektionsschirm mit einer refraktiven Fresnel-Optik in Form eines transparenten Substrats, auf dessen Rückseite ein Spiegelraster (hierin Facettenraster genannt) zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels in die Benutzer-Eyebox(en) ausgebildet ist. Dieses folien- oder plattenartige, optisch klare Substrat aus einem dielektrischen Material sorgt dafür, dass selbst auf das Substrat sehr flach einfallendes Projektorlicht zunächst in das Substratmedium einbricht und daher unter einem steileren Winkel durch das Substrat hindurch auf die Facetten trifft. Dies macht es möglich, die Höhe des Facettenreliefs geringer und die Effizienz des Systems aufgrund reduzierter Lichtverluste höher zu halten. Gleichzeitig schützt das Substrat das empfindliche Spiegelflächen-Relief vor Kratzern und sonstigen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Schmutz. Gemäß einer Ausführungsform besitzt jede Facette zusätzlich ein zweites Spiegelsegment, das zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels beispielsweise in eine Mitte einer für die Augen eines zweiten Benutzers vorbestimmten Eyebox ausgebildet ist. Hierzu ist das zweite Spiegelsegment entsprechend angewinkelt zum ersten Spiegelsegment orientiert, unter Ausbildung eines stumpfwinkligen Knicks in der Substratrückseite. In analoger Weise können in jeder Facette auch weitere, jeweils zu allen anderen Spiegelsegmenten derselben Facette angewinkelte Spiegelsegmente für eine oder mehrere weitere Benutzer-Eyeboxen ausgebildet sein.

Insbesondere in Kombination mit dieser Ausführungsform können die Abmessungen der einzelnen Facetten in der Spiegelfläche so gewählt sein, dass jeder Pixel des in der Spiegelfläche erzeugten realen Bilds sich über mehrere, idealerweise mindestens vier, Facetten erstreckt. Dadurch kann unter anderem gewährleistet sein, dass möglichst gleiche Teile eines einfallenden Projektor-Lichtstrahls, der einen Pixel erzeugt, in einzelne Eyeboxen gelenkt werden.

Insbesondere kann ferner im Inneren des Substrats oder auf seiner dem Projektor zugewandten Vorderseite ein Diffusor im Strahlengang des auf der Spiegelfläche einfallenden und reflektierten Lichtstrahlenbündels angeordnet sein, der dazu ausgebildet ist, das ein- und ausfallende Lichtstrahlenbündel in Summe so aufzuweiten, dass dieses die gesamte jeweilige Eyebox weitgehend gleichmäßig ausfüllt und dabei idealerweise auch im Wesentlichen auf deren Bereich beschränkt ist. Bei einer üblichen optischen Weglänge vom Projektionsschirm zu einer Eyebox von etwa 1200 mm ist zu diesem Zweck beispielsweise ein Diffusor mit einer Halbwertsbreite (FWHW) von etwa 5° bis 10° zielführend. Besonders geeignet wäre ein Diffusor mit einer sogenannten flat-top-Streucharakteristik, um die genannte optimale Ausleuchtung der jeweiligen Eyebox zu erhalten. Gemäß einer Ausführungsform weist der Projektionsschirm ferner auf seiner vom Projektor abgewandten Rückseite eine Deckschicht auf, die die gesamte Substratrückseite mit der darauf ausgebildeten Spiegelfläche rückseitig abdeckt und einem transparenten Material mit demselben Brechungsindex wie das Substrat, oder aber aus einem lichtabsorbierenden Material ausgebildet sein kann. Dadurch kann die unerwünschte Reflexion des Lichts an den Übergangsflächen, die sich jeweils zwischen den benachbarten Facetten quer oder senkrecht zu den Facettenflächen erstrecken, verhindert und die Spiegelfläche zusätzlich rückseitig mechanisch geschützt werden.

Ferner kann eine dem Projektor zugewandte Vorderseite des Substrats eine Antireflexbeschichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, Reflexion von einfallendem Umgebungslicht und/oder des vom Projektor einfallenden Lichtstrahlenbündels auf dieser Substratvorderseite zu minimieren oder sogar zu verhindern. Auch hierdurch können sowohl die Effizienz als auch der Kontrast der Blickfeldanzeigevorrichtung erhöht werden.

Bei der obigen Ausführungsform mit zwei oder mehr Benutzer-Eyeboxen kann der Projektionsschirm insbesondere derart flexibel oder biegsam ausgebildet sein, dass er sich zur Anpassung der Spiegelfläche an verschiedene Positionen der einzelnen Benutzer-Eyeboxen, insbesondere an verschiedene Abstände dazwischen, verbiegen lässt. Falls die Anpassung einmalig, beispielsweise beim Einbau der Projektionseinheit im Fahrzeug zur Anpassung an dessen modellspezifische Frontscheibenform und -Lage und spezifische Vordersitz- Abstände vorgenommen werden muss, kann der Projektionsschirm zu diesem Zweck nicht zwingend nur elastisch, sondern auch plastisch verformbar ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Projektionsschirms für die hierin vorgestellte Projektionseinheit vorgesehen, umfassend folgende Schritte, die durch weitere (Zwischen-)Schritte ergänzt werden können: Zunächst wird das oben genannte platten- oder folienartige transparente Substrat bereitgestellt oder hergestellt, dessen vom Projektor abgewandte bzw. abzuwendende Rückseite das oben genannte Sägezahnprofil aufweist, das sich aus einer Vielzahl von facettenförmigen Flächen, deren Form den künftigen spiegelnden Facetten der Spiegelfläche entspricht, und diese verbindenden Übergangsflächen zusammensetzt. Wie ebenfalls weiter oben erwähnt, erstrecken sich die Übergangsflächen jeweils quer oder transversal zu den facettenförmigen Flächen.

Es folgt ein direktionales Beschichten der Substratrückseite mit einer dünnen Metallschicht oder einem anderen lichtreflektierenden Material zur Ausbildung spiegelnder Facetten auf den facettenförmigen Flächen. Dabei wird die Beschichtungsrichtung so gewählt, dass die Übergangsflächen durch die facettenförmigen Flächen hinterschnittartig verdeckt sind, mit anderen Worten in deren Schatten stehen, und somit nicht mitbeschichtet werden. Durch diese Ausrichtung des Materialstrahls werden daher in einer materialsparenden und auch für die optische Funktionalität optimalen Weise nur die facettenförmigen Flächen mit dem lichtreflektierenden Material wie Metall etc. beschichtet.

Die Übergangsflächen, die nicht zu der Reflexion beitragen sollen, bleiben dabei unbeschichtet, wodurch unerwünschte Lichtreflexe daran bereits weitgehend unterdrückt sind. Um diesen Effekt weiter zu verstärken und Lichtreflexion an den Übergangsflächen gänzlich zu unterdrücken, können sie in einem optionalen weiteren Schritt beispielsweise mit einem lichtabsorbierenden Material wie schwarzem Lack etc. oder, umgekehrt, mit einer weiteren dielektrischen Schicht mit demselben Brechungsindex wie der des Substrats beschichtet werden.

Insbesondere kann dadurch eine Deckschicht entstehen, die die gesamte Substratrückseite samt der darauf im obigen Beschichtungsschritt ausgebildeten Spiegelfläche überzieht und sie damit zusätzlich auch vor chemischen und mechanischen Einflüssen schützt. Alternativ oder zusätzlich kann in einem weiteren Schritt die oben genannte Antireflexbeschichtung auf einer dem Projektor zugewandten Vorderseite des Substrats ausgebildet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz (d. h. Einbau) in einem Fahrzeug ausgelegt sein kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst neben der hierin vorgestellten Projektionseinheit auch eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit insgesamt ausgegebenen Lichtstrahlenbündels angeordnete, benutzerseitig reflektierende Reflexionsscheibe, die beispielsweise als Teilabschnitt einer Fahrzeugscheibe oder als eine extra vorgesehene Combinerscheibe ausgebildet sein kann. Dabei ist die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld mindestens eines Benutzers angeordnet und ausgebildet, dass sie das genannte Lichtstrahlenbündel zu mindestens einer für die Augen des jeweiligen Benutzers vorbestimmten Eyebox reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds jenseits der Reflexionsscheibe darstellbar ist und im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung auch dargestellt wird.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Reflexionsscheibe direkt gegenüber dem Projektionsschirm angeordnet, mit Ausnahme etwaiger Abdeckungen der Projektionseinheit (beispielsweise in Form einer das Lichtstrahlenbündel durchlassenden Deckscheibe), die keine strahlformende, -um lenkende oder abbildende optische Wirkung auf das Lichtstrahlenbündel haben. Mit anderen Worten umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung bei dieser spezifischen Ausführungsform keine weiteren optischen Elemente wie Um lenk- oder Konkavspiegel oder Linsen etc. im Strahlengang des Lichtstrahlenbündels zwischen dem Projektionsschirm und der Reflexionsscheibe. Etwaige Beschichtungen des Projektionsschirms oder der Reflexionsscheibe mit optischer Funktionalität sind dabei jedoch weiterhin möglich. Mit dieser Ausführungsform lässt sich insbesondere eine in Höhenrichtung besonders kompakte Projektionseinheit implementieren, die sich deshalb insbesondere auch für eine großflächige virtuelle Darstellung wie eine panoramaartige Darstellung besonders gut eignet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist das oben genannte Fahrzeug vorgesehen. Die hierin verwendeten räumlichen Orientierungsbegriffe wie „darüber“, „darunter“, „seitlich“, „horizontal“, „vertikal“ etc. beziehen sich in diesem Fall auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen des Fahrzeugs. Das Fahrzeug besitzt beispielsweise mindestens eine Fahrzeugscheibe, etwa eine Frontscheibe mit einer sich darunter erstreckenden Instrumententafel, und einen teilweise dadurch begrenzten Insassenraum. Es ist mit der obigen Blickfeldanzeigevorrichtung ausgestattet, deren Projektionseinheit beispielsweise direkt in oder unterhalb einer Oberseite der Instrumententafel verbaut sein kann, so dass das Lichtstrahlenbündel von der Projektionseinheit auf die Frontscheibe oder eine direkt im Blickfeld des Fahrers und/oder eines anderen Insassen angeordnete Combinerscheibe geworfen wird, die als oben genannte Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung dient. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann aber auch an jedem anderen geeigneten Einbauort im Fahrzeug integriert sein, wobei auch andere Fahrzeugscheiben oder im Insassenraum an anderen Stellen angeordnete Combinerscheiben als Reflexionsscheiben dienen können.

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als schematische Illustrationen des grundsätzlichen optischen Aufbauprinzips, d. h. nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigen:

Figur 1 einen Ausschnitt eines Fahrzeugs mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Projektionsschirms der Fig. 1 , der seinen Basisaufbau zeigt; Figur 3 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Projektionsschirms der Fig. 1 und 2 aus einer anderen Perspektive;

Figur 4a-4d eine Abfolge von drei Herstellungsstadien des Projektionsschirms der Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens;

Figur 5 eine vergrößerte perspektivische Ausschnittansicht einer Weiterentwicklung des Projektionsschirms;

Figur 6 eine weitere perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Fahrzeugs wie in Fig. 1 , bei dem die Blickfeldanzeigevorrichtung mit dem Projektionsschirm der Fig. 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist;

Figur 7a-7b jeweils in Draufsicht eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem sich der Projektionsschirm zur Anpassung an unterschiedliche Eyebox-Abstände elastisch verbiegen lässt; und

Figur 8a-8b jeweils in Draufsicht einen Projektionsschirm einer Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem regelmäßigen (Fig. 8a) und einem unregelmäßigen (Fig. 8b) Facetten raster.

Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Alternativen und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Projektionseinheit, des zugehörigen Herstellungsverfahrens, der Blickfeldanzeigevorrichtung und des Fahrzeugs gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können bei den in den Figuren 1 bis 8b gezeigten Beispielen, insbesondere auch alternativ oder zusätzlich zu den darin gezeigten Merkmalen, implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in den Fig. 1-8b gezeigt sind.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten perspektivischen Darstellung schräg von oben einen Ausschnitt eines Fahrzeugs 1 mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die nachfolgend verwendeten räumlichen Orientierungsbegriffe wie „horizontal“, „vertikal“, „oberhalb“, „unterhalb“, „darunter“ etc. beziehen sich auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem K mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenrichtungen X, Y und Z des Fahrzeugs 1 , wobei die Längsachse X wie üblich in die Fahrtrichtung weist. Das Fahrzeug 1 ist in diesem Beispiel ein Kraftfahrzeug, das in Fig. 1 nur durch seine Frontscheibe 3 angedeutet ist, die als weiter oben genannte Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 dient. Darunter ist in einer nicht näher dargestellten Instrumententafel 4 eine Projektionseinheit 5 der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 angeordnet.

Die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 ist ausgebildet zur Erzeugung je eines virtuellen Bilds (nicht dargestellt) im Blickfeld von in diesem Beispiel zwei Benutzern, einem Fahrer und einem Beifahrer, die in Fig. 1 jeweils nur durch ihre Augen und einen hierfür quer zur jeweiligen Strahlausbreitungsrichtung vorbestimmten zweidimensionalen Raumbereich (Eyebox) E1 bzw. E2 im Insassenraum des Fahrzeugs 1 angedeutet sind. Die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 kann insbesondere zu einer panoramaartigen virtuellen Darstellung ausgelegt sein, indem die Frontscheibe 3 mit einem Großteil ihrer Erstreckung in Fahrzeugquerrichtung Y als Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 dient. Es handelt sich rein beispielhaft um ein Head-up-Display (HUD).

Die Projektionseinheit 5 enthält einen projektorbasierten Bildgeber. Dieser umfasst einen Projektor 6, der zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels L (hierin auch Projektorlicht genannt) mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildet ist, und einen von diesem ausgeleuchteten Projektionsschirm 7 (auch Leinwand oder Screen genannt). Das Lichtstrahlenbündel L ist in Fig. 1 durch seinen Mittenstrahl angedeutet, der aus einer Mitte des Projektors 6 in die Mitte der jeweiligen Eyebox E1 bzw. E2 führt. Der Projektor 6 ist zur Erzeugung eines realen Bilds auf dem Projektionsschirm 7 in Reflexion ausgebildet und leuchtet ihn daher schräg von oben aus.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Basisaufbau des Projektionsschirms 7 der Fig. 1 anhand eines vergrößerten Ausschnitts des Projektionsschirms 7. Die Basis des Projektionsschirms 7 bildet eine Spiegelfläche 8 in Form eines Facetten- oder Spiegelrasters sowie eine refraktive Fresnel-Optik in Form eines transparenten Substrats 9, auf dessen vom Projektor 6 abgewandter Rückseite 10 das Facettenraster ausgebildet ist. Aufgabe der Spiegelfläche 8 ist es, das vom Projektor 6 einfallende Lichtstrahlenbündel L in Richtung der Frontscheibe 3 und über Reflexion an dieser in die Mitte der jeweiligen Eyebox E1/E2 der beiden Benutzer umzulenken. Hierbei ist die Spiegelfläche 8 dazu ausgebildet, das Lichtstrahlenbündel L zu teilen und jeweils zu einem Teil (erstes Teilstrahlenbündel L1 ) in die Eyebox E1 des Fahrers und zu einem Teil (zweites Teilstrahlenbündel L2) in die Eyebox E2 des Beifahrers zu lenken.

Dabei ist der Projektionsschirm 7 in diesem Beispiel dazu ausgelegt, das vom Projektor 6 erzeugte Lichtstrahlenbündel L möglichst exakt und verlustarm über die Frontscheibe 3 in die Eyeboxen E1 und E2 der beiden Benutzer zu lenken, um ein möglichst effizientes HUD-System zu ermöglichen. Bei der jeweiligen Eyebox E1 , E2 handelt es sich in diesem Beispiel um jeweils ein Feld für den Fahrer und den Beifahrer mit einer Ausdehnung von ca. 180 mm Breite (horizontal gemessen) und 120 mm Höhe (vertikal gemessen). In den so definierten Eyeboxen E1 und E2 soll die Lichtmenge wiederum möglichst homogen verteilt sein, damit die Augen des jeweiligen Benutzers das virtuelle Bild innerhalb des gesamten Feldes mit gleicher Helligkeit wahrnehmen können. Weiterführende oder optionale Merkmale des Projektionsschirms 7, die zum Erreichen dieser und hierin an anderen Stellen genannter Wirkungen beitragen können, werden nachfolgend mit Bezug auf Figuren 3 bis 8b beschrieben.

In Fig. 2 und in den nachfolgend beschriebenen Figuren 3-5 und 8a-b ist aus Darstellungsgründen jeweils nur ein vergrößerter Ausschnitt des Projektionsschirms 7 gezeigt. Die gesamte Spiegelfläche 8, d. h. das gesamte Spiegel- oder Facetten raster, hat in diesem Beispiel in etwa die Ausdehnung des gewünschten realen Bilds, das vom Projektor 6 darauf projiziert wird, und besteht aus einer Vielzahl von Facetten 11 . Eine dieser Facetten 11 ist in Fig. 2 durch einen eingezeichneten Rahmen hervorgehoben.

Jede Facette 11 besteht in diesem Beispiel wiederum aus zwei Spiegelsegmenten 12 und 14. Das erste Spiegelsegment 12 dient der Reflexion von einfallendem Projektorlicht L in die Fahrer-Eyebox E1 , das zweite Spiegelsegment 12 dient der Reflexion in die Beifahrer-Eyebox E2. Diese rein beispielhaft planar ausgeführten Segmente 12 und 14 bilden daher einen in Fig. 2 erkennbaren Winkel zueinander. Es handelt sich um einen vorbestimmten stumpfen Winkel < 180° beim Blick auf die Rückseite der jeweiligen Facette 11 , der sich unter anderem aus der Entfernung der beiden Eyeboxen E1 und E2 voneinander und der Position der jeweiligen Facette 11 relativ dazu bestimmt.

Damit sichergestellt ist, dass möglichst gleiche Teile eines einfallenden Projektorstrahls, der zur Erzeugung eines einzelnen Pixels dient, in jeweils eine Eyebox gelenkt werden, sollte eine Facette 11 kleiner sein als ein entsprechender Projektorstrahl-Querschnitt, bzw. als ein Pixel, sodass im besten Fall immer 4 oder mehr Facetten gleichzeitig von einem solchen Strahl getroffen werden. Das Facettenraster ist in der hierin vorgestellten günstigen Ausführung auf der Rückseite 10 des folien- oder plattenartigen, optisch klaren Substrats 9 (Dielektrikum) eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass selbst auf das Substrat 9 sehr flach einfallendes Projektorlicht L erst in das dielektrische Medium einbricht und dann steiler auf die Facetten 11 trifft, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Das hilft beispielsweise die Höhe des Facettenreliefs geringer und die Effizienz des HUD-Systems höher (bzw. Lichtverluste niedriger) zu halten. Gleichzeitig wird das empfindliche Relief der Spiegelfläche 8 durch das vorderseitig angeordnete Substrat 9 vor Kratzern geschützt.

Um die Reflexionsfähigkeit der Facetten 11 zu maximieren, können deren Rückseiten mit einer metallischen Dünnschicht beispielsweise aus Aluminium versehen sein. Da die Spiegelsegmente 12, 14 der Facetten 11 je nach deren Position auf dem Spiegelarray unterschiedliche Winkel oder Orientierungen aufweisen können, schließen die benachbarten Facetten 11 nicht immer stetig aneinander an. Höhenversatze benachbarter Facetten 11 müssen durch Übergangsflächen 15 ausgeglichen werden, die beispielsweise nahezu senkrecht zu den Spiegelsegmenten 12, 14 orientiert sind, um möglichst wenig vom Projektorlicht L getroffen zu werden.

Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, die einen Ausschnitt des Projektionsschirms 7 der Fig. 2 in einer ebenfalls vergrößerten Ansicht aus einer anderen Perspektive als in Fig. 2 zeigt und einen besseren Blick auf die genannten Übergangsflächen 15 zwischen den einzelnen Facetten 11 der Spiegelfläche 8 erlaubt. Wie in beiden Figuren 1 und 2 erkennbar, ergibt sich dadurch insgesamt ein in etwa sägezahnförmiges Profil des Facettenrasters.

Diese Übergangsflächen 15 sowie Ecken 16 und Kanten 17, die sie untereinander bilden, könnten bei einer ungünstigen Ausgestaltung ihrer Oberflächen unerwünschte Rückreflexionen von Umgebungslicht (wie beispielsweise Sonnenlicht) erzeugen und dadurch zu einer Kontrastminderung im virtuellen Bild oder sogar zu Blendungen der Benutzer führen. Daher ist es besonders sinnvoll, diese Übergangsflächen 15 und deren Kanten 17 möglichst gering reflektierend auszuführen. Dies wird bei dem hierin vorgestellten Herstellungsverfahren dadurch erreicht, dass die Beschichtung der Spiegelsegmente 12 und 14 direktional erfolgt, wie in Fig. 4a gezeigt.

Figuren 4a-d zeigen ein Ausführungsbeispiel des hierin vorgestellten Verfahrens zur Herstellung des Projektionsschirms 7 anhand einer Abfolge von drei Herstellungsstadien, die den Projektionsschirm 7 jeweils in einem vergrößerten Querschnittsausschnitt zeigen. Die zwischen den einzelnen Figuren 4a bis 4c eingezeichneten Pfeile verdeutlichen dabei lediglich die Reihenfolge der Verfahrensschritte.

Dabei zeigt Fig. 4a ein Beispiel des Beschichtungsschritts, bei dem das Substrat 9 mit einem auf seiner Rückseite 10 ausgebildeten Relief, das geometrisch dem Sägezahnprofil des zukünftigen Facettenrasters entspricht, direktional in einer eingezeichneten Richtung R mit einem lichtreflektierenden Material 18 (in diesem Beispiel Metall) beschichtet wird. Wenn die Beschichtungsrichtung R so gewählt wird, dass die Übergangsflächen 15 und deren Kanten 17 zur Beschichtungsrichtung R hinterschnittig stehen (beispielsweise wie in Fig. 4a), werden diese nicht beschichtet und der Reflexionsgrad von deren Oberfläche nicht erhöht. Bei so gewählter Beschichtungsrichtung R bleiben die Übergangsflächen 15 und deren Kanten 17 durch die sägezahnförmig hervorstehenden Flächen der künftigen Facetten 11 verdeckt. Mit anderen Worten bilden die Übergangsflächen 15 dabei einen in Fig. 4a erkennbaren spitzen Raumwinkel a zu der Beschichtungsrichtung R, in den das Material 18 nicht gelangt.

Fig. 4b zeigt den Projektionsschirm 7 nach dem abgeschlossenen Beschichtungsschritt, sodass der Projektionsschirm 7, wie in Fig. 2 und 3, eine auf der Rückseite 10 des Substrats 9 ausgebildete Spiegelfläche 8 aufweist. Diese setzt sich aus einer Vielzahl von Facetten 11 zu einem Facettenraster mit einem Sägezahnprofil zusammen, bei dem sich zwischen den spiegelnd beschichteten Facetten 11 nicht beschichtete Übergangsflächen 15 erstrecken.

Wie in Fig. 4c gezeigt, kann anschließend auf der gesamten rückseitigen Fläche des Projektionsschirms 7 eine Deckschicht 22 (beispielsweise als Lackierung oder Verguss) aus einem lichtabsorbierenden Material 23 aufgebracht werden. So wird nur der Absorptionsgrad der Übergangsflächen 15 und deren Kanten 17 zusätzlich herabgesenkt, während die zuvor aufgebrachte Spiegelfläche 8 dem Substrat 9 zugewandt und dadurch vor jedem weiteren Einfluss geschützt ist. Lediglich deren Rückseite wird beim in Fig. 4c gezeigten Schritt mit dem lichtabsorbierende Material 23 beschichtet und dadurch zusätzlich versiegelt oder mechanisch geschützt.

Wie in Fig. 4d gezeigt, kann alternativ zu Fig. 4c die gesamte rückseitige Fläche des Projektionsschirms 7 der Fig. 4b auch mit einem optisch klaren oder transparenten Material 24 in Form einer Deckschicht 22 aufgegossen werden, das denselben Brechungsindex wie das Substrat 9 aufweist. Auch so lässt sich die unerwünschte Reflexion an den Übergangsflächen 15 verhindern und das in Fig. 4b gezeigte Relief zusätzlich mechanisch schützten.

Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Ausschnittdarstellung eine Weiterentwicklung des Projektionsschirms 7. Zusätzlich zu den Elementen des Projektionsschirms 7, die bereits mit Bezug auf Fig. 2-4d beschrieben wurden, ist hier oberhalb des Facettenrasters im oder auf dem Substrat 9 ein leichter Diffusor 19 angeordnet, der die ein- und ausfallenden Projektor-Strahlen L und L1/L2 in Summe so aufweitet, dass diese statt nur dem Mittelpunkt die gesamte Eyebox E1/E2 des jeweiligen Benutzers möglichst gleichermaßen treffen, wie beispielsweise in Fig. 6 veranschaulicht.

Bei einem für Kraftfahrzeuge üblichen Abstand vom Projektionsschirm 7 über die Frontscheibe 3 zur jeweiligen Eyebox E1 bzw. E2, der etwa 1200 mm beträgt, ist hierfür beispielsweise ein Diffusor 19 mit einer Halbwertsbreite (englisch FWHW, Full Width at Half Maximum) von 5° - 10° gut geeignet. Diese Werte können bei anderen geometrischen Verhältnissen entsprechend anders gewählt werden. Besonders sinnvoll wäre es, den Diffusor 19 mit einer sogenannten flat-top-Streucharakteristik für den genannten Winkelbereich auszustatten und damit eine optimale Ausleuchtung der Eyebox E1 , E2 zu erhalten. Der Diffusor 19 kann entweder intermediär im Substrat 9 oder direkt durch eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit der Substratoberseite (d. h. seiner Vorderseite 20, die dem Projektor 6 zugewandt ist) umgesetzt sein.

In einer vorteilhaften Ausführung ist diese Substratoberseite zusätzlich mit einer Antireflexbeschichtung 21 versehen, um Reflexe von Umgebungslicht zu minimieren und die Effizienz des HUD-Systems weiter zu steigern. Die Antireflexbeschichtung 21 sollte dabei möglichst auch für flache Einfallswinkel, wie sie bei den einfallenden Projektorstrahlen L auftreten (vgl. Fig. 2), wirken.

Fig. 6 zeigt in einer ähnlichen perspektivischen Darstellung wie in Fig. 1 einen Ausschnitt eines Fahrzeugs 1 mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Projektionsschirm 7 mit einem Diffusor 19 gemäß Fig. 5 ausgestattet ist. Das jeweilige Teil-Lichtstrahlenbündel L1 und L2 ist in Fig. 6 durch seine Randstrahlen angedeutet, die seinen zur virtuellen Bilderzeugung benötigten Strahlquerschnitt begrenzen. Durch eine geeignete Wahl des Diffusors 19 wird, wie oben beschrieben, eine weitgehend gleichmäßige Ausleuchtung der jeweiligen Eyebox E1/E2 erzielt, die auch im Wesentlichen auf deren Bereich beschränkt ist.

Da die Funktionsweise des hierin vorgestellten Projektionsschirms 7 bei unterschiedlichen Wellenlängen ähnlich ist, eignet er sich für eine Kombination mit einer Vielzahl von Projektor-Typen (wie beispielsweise Laser-Beam- Scanner, DMD etc... ). Zudem ändert der Projektionsschirm 7 die Polarisation des Projektorlichts L nicht, falls das transparente Dielektrikum seines Substrats 9 und die gegebenenfalls vorhandene Antireflexbeschichtung 21 keine Doppelbrechung aufweisen. Dies ist von Vorteil, wenn das virtuelle Bild auch mit polarisierenden Sonnenbrillen gesehen werden soll.

Bei unterschiedlichen Fahrzeugen 1 variiert die Ausdehnung der Fahrer- und Beifahrer-Eyebox E1/E2 nur gering. Allerdings kann es sein, dass die seitliche Ablenkung der Projektorstrahlen L1 , L2 durch den Projektionsschirm 7 bei verschiedenen Arten und Modellen von Fahrzeugen 1 unterschiedlich ausgeführt werden muss. Dies kann zum einen an unterschiedlichen Sitzpositionen der Insassen im Fahrzeug 1 und zum anderen an unterschiedlichen Querkrümmungen der Frontscheibe 3 liegen. Hierzu zeigen Fig. 7a und 7b jeweils in Draufsicht eine Blickfeldanzeigevorrichtung 2 gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der hierin vorgestellte Projektionsschirm 7 flexibel ausgebildet ist. In Fig. 7a kann es sich insbesondere um die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 gemäß der Fig. 1 oder 6 handeln. Der Projektionsschirm 7 ist in Fig. 7a mit seiner Fläche gerade ausgerichtet, wie beispielsweise auch in Fig. 2-5. Die oben genannte seitliche Lichtlenkung der Projektorstrahlen L1 , L2 durch den Projektionsschirm 7 (vgl. Fig. 1 ) kann für Fahrzeuge mit anders angeordneten Eyeboxen E1 und E2 durch eine entsprechende Verbiegung/Krümmung des Projektionsschirms 7, insbesondere dessen elastische Verformung, passend eingestellt werden, wie in Fig. 7b gezeigt. Hier liegen die beiden Eyeboxen E1 für den Fahrer und E2 für den Beifahrer deutlich näher aneinander als in Fig. 7a, was durch eine entsprechende Krümmung des Projektionsschirms 7 ausgeglichen werden kann. So kann ein Projektionsschirm 7 mit spezifischer Optik für verschiedene Typen von Fahrzeugen 1 eingesetzt werden.

Fig. 8a und 8b zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt des Projektionsschirms 7 der hierin vorgestellten Blickfeldanzeigevorrichtung. Es kann sich beispielsweise um die Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der Fig. 1 oder 6 handeln. In Fig. 8a sind die einzelnen Facetten 11 seiner Spiegelfläche 8 in etwa regelmäßig angeordnet. Wie in Fig. 8b schematisch angedeutet, können sie alternativ zu einer sicheren Unterbindung störender Beugungseffekte (wie beispielsweise Doppelbilder, Farbsäume etc. durch konstruktive Interferenz) oder von Moire-Effekten in einem unregelmäßigen Facettenraster angeordnet sein.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug

2 Blickfeldanzeigevorrichtung

3 Frontscheibe

4 Instrumententafel

5 Projektionseinheit

6 Projektor

7 Projektionsschirm

8 Spiegelfläche

9 transparentes Substrat

10 Rückseite des Substrats

11 Facette

12, 14 erstes, zweites Spiegelsegment

15 Übergangsfläche

16, 17 Ecke, Kante

18 lichtreflektierendes Beschichtungsmaterial, z. B. Metall

19 Diffusor

20 Vorderseite des Substrats

21 Antireflexbeschichtung

22 Deckschicht

23 lichtabsorbierendes Material

24 transparentes Material mit dem Brechungsindex des Substrats

L Lichtstrahlenbündel, auch Projektorlicht genannt

L1 , L2 erstes, zweites Teilstrahlenbündel

E1 Eyebox eines ersten Benutzers oder Fahrer-Eyebox

E2 Eyebox eines zweiten Benutzers oder Beifahrer-Eyebox

R Beschichtungsrichtung

K fahrzeugfestes kartesisches Koordinatensystem

X, Y, Z Längs-, Quer- und Höhenrichtungen des Fahrzeugs

Claims

Ansprüche

1. Projektionseinheit (5) für eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2), die zum Einblenden eines virtuellen Bilds über Reflexion an einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten Reflexionsscheibe, insbesondere einer Fahrzeugscheibe (3), ausgebildet ist, wobei die Projektionseinheit (5) einen projektorbasierten Bildgeber mit einem Projektor (6) zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels (L) mit gewünschtem Anzeigeinhalt und einem von diesem ausgeleuchteten Projektionsschirm (7) umfasst; der Projektor (6) zur Erzeugung eines realen Bilds auf dem Projektionsschirm (7) und der Projektionsschirm (7) zum Reflektieren des daraus resultierenden Lichtstrahlenbündels zur Reflexionsscheibe ausgebildet sind; der Projektionsschirm (7) hierzu ein dem Projektor (6) zugewandtes, platten- oder folienartiges transparentes Substrat (9) und eine auf dessen Rückseite (10) ausgebildete Spiegelfläche (8) aufweist, die sich aus einer Vielzahl von Facetten (11 ) zu einem Facettenraster mit einem Sägezahnprofil zusammensetzt; und jede Facette (11 ) ein erstes Spiegelsegment (12) aufweist, das zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels (L) in eine für die Augen eines ersten Benutzers vorbestimmte Eyebox (E1 ), insbesondere zur Lenkung in deren Mitte, ausgelegt ist.

2. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 1 , wobei jede Facette (11 ) zusätzlich ein zweites Spiegelsegment (14) aufweist, das zu einer gerichteten Lenkung des Lichtstrahlenbündels (L) in eine für die Augen eines zweiten Benutzers vorbestimmte Eyebox (E2), insbesondere zur Lenkung in deren Mitte, ausgebildet ist und unter Ausbildung eines stumpfwinkligen Knicks in der Substratrückseite (10) angewinkelt zum ersten Spiegelsegment (12) steht.

3. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abmessungen der einzelnen Facetten (11 ) in der Spiegelfläche (8) so gewählt sind, dass jeder Pixel des in der Spiegelfläche (8) erzeugten realen Bilds sich über mehrere, vorzugsweise mindestens vier, Facetten (11 ) erstreckt.

4. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Inneren des Substrats (9) oder auf seiner dem Projektor (6) zugewandten Vorderseite (20) im Strahlengang des auf der Spiegelfläche (8) einfallenden und reflektierten Lichtstrahlenbündels (L, L1 , L2) ein Diffusor (19) angeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, das ein- und ausfallende Lichtstrahlenbündel (L, L1 , L2) in Summe so aufzuweiten, dass dieses die gesamte jeweilige Eyebox (E1 , E2) im Wesentlichen gleichmäßig ausfüllt und dabei vorzugsweise auch im Wesentlichen auf deren Bereich beschränkt ist.

5. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Projektionsschirm (7) auf seiner vom Projektor (6) abgewandten Rückseite eine Deckschicht (22) aufweist, die die gesamte Substratrückseite (10) samt der darauf ausgebildeten Spiegelfläche (8) abdeckt und aus einem lichtabsorbierenden Material (23) oder aus einem transparenten Material (24) mit demselben Brechungsindex wie das Substrat (9) ausgebildet ist.

6. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine dem Projektor (6) zugewandte Vorderseite (20) des Substrats (9) eine Antireflexbeschichtung (21 ) aufweist, die dazu ausgebildet ist, Reflexion von einfallendem Umgebungslicht und/oder des vom Projektor (6) einfallenden Lichtstrahlenbündels (L) auf dieser Substratvorderseite (20) zu minimieren oder zu verhindern.

7. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, wobei der Projektionsschirm (7) derart flexibel ausgebildet ist, dass er sich zur Anpassung der Spiegelfläche (8) an verschiedene Positionen der einzelnen Benutzer-Eyeboxen (E1 , E2), insbesondere an deren verschiedene Abstände voneinander, verbiegen lässt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Projektionsschirms (7) für eine Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:

Bereitstellen eines platten- oder folienartigen transparenten Substrats (9), dessen vom Projektor (6) abzuwendende Rückseite (10) ein Sägezahnprofil aufweist, das sich aus einer Vielzahl von facettenförmigen Flächen und diese verbindenden Übergangsflächen (15), die sich jeweils quer dazu erstrecken, zusammensetzt; direktionales Beschichten der Substratrückseite (10) mit Metall oder einem anderen lichtreflektierenden Material (18) in einer solchen Beschichtungsrichtung (R), für welche die Übergangsflächen (15) im Schatten der facettenförmigen Flächen stehen und somit nicht mitbeschichtet werden, zur Ausbildung spiegelnder Facetten (11 ) auf den facettenförmigen Flächen; und anschließend vorzugsweise Aufbringen einer Deckschicht (22) aus einem lichtabsorbierenden Material (23) oder einem transparenten Material (24) mit demselben Brechungsindex wie das Substrat (9) auf der gesamten Substratrückseite (10) samt der darauf durch den Beschichtungsschritt ausgebildeten Spiegelfläche (8) und/oder Aufbringen einer Antireflexbeschichtung (21 ) auf einer dem Projektor (6) zugewandten Vorderseite (20) des Substrats (9).

9. Blickfeldanzeigevorrichtung (2), insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug (1 ), umfassend: eine Projektionseinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und eine im Strahlengang des gesamten von der Projektionseinheit (5) ausgegebenen Lichtstrahlenbündels bzw. seiner Teilstrahlenbündel (L1 , L2) angeordnete, benutzerseitig reflektierende Reflexionsscheibe, insbesondere eine Fahrzeugscheibe (3) oder eine extra vorgesehene Combinerscheibe; wobei die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld mindestens eines Benutzers angeordnet und ausgebildet ist, dass sie das Lichtstrahlenbündel zu mindestens einer für die Augen des jeweiligen Benutzers vorbestimmten Eyebox (E1 , E2) reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds jenseits der Reflexionsscheibe darstellbar ist; und wobei die Reflexionsscheibe vorzugsweise direkt gegenüber dem Projektionsschirm (7) angeordnet ist, mit Ausnahme etwaiger Abdeckungen der Projektionseinheit (5), die keine strahlformende, -umlenkende oder abbildende optische Wirkung auf das Lichtstrahlenbündel haben.

10. Fahrzeug (1 ), insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugscheibe, insbesondere eine Frontscheibe (3), und einen teilweise von dieser begrenzten Insassenraum; sowie eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 9, deren Reflexionsscheibe als Teil der Fahrzeugscheibe oder als eine im Insassenraum im Blickfeld des jeweiligen Benutzers angeordnete Combinerscheibe ausgebildet ist.