WO2014023658A2

WO2014023658A2 - Head-up-display

Info

Publication number: WO2014023658A2
Application number: PCT/EP2013/066278
Authority: WO
Inventors: Zhao YANNING; Frank Schliep
Original assignee: Johnson Controls Gmbh
Priority date: 2012-08-04
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN104520752B; WO2014023658A3; DE112013003876A5; US20150219894A1; US10261314B2; CN104520752A; JP2015524944A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display (1), insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einer Lichtquelle (2.1) und einem Projektionsbildschirm (6), wobei ein Zwischenbildschirm (3) zur Ausrichtung eines von einer Lichtquelle (2.1) ausgesendeten Lichts (L) und einer daraus folgenden Formgebung eines auf dem Projektionsbildschirm (6) darzustellenden Bildes (B) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der Zwischenbildschirm (3) zumindest teilweise reflektierend ausgebildet.

Description

Head-up-Display

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einer Lichtquelle und einem Projektionsbildschirm, wobei ein Zwischenbildschirm zur Ausrichtung eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts und einer daraus folgenden Formgebung eines auf dem Projektionsbildschirm darzustellenden Bildes vorgesehen ist.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein als so genannte Head-up- Displays bezeichnete Anzeigevorrichtungen für Automobilanwendungen bekannt. Head-up-Displays werden verwendet, um eine Anzeige von

Informationen von in einer Armaturentafel des Fahrzeugs angeordneten Instrumenten in einen Bereich einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs zu erweitern, indem einem Fahrer des Fahrzeugs in diesem Bereich ein virtuelles Bild ausgegeben wird. Diese virtuellen Bilder werden dabei in einer bestimmten Entfernung zu den Augen des Betrachters ausgegeben, wobei die Entfernung derart gewählt ist, dass die Neufokussierung der Augen bei einem Wechsel des Blickes von der Anzeige der Informationen in eine äußere Umgebung des Fahrzeugs reduziert wird. Eine derartige Darstellung der Informationen mittels des Head-up-Displays reduziert einen Aufwand des Betrachters, welcher zur Erfassung der Informationen erforderlich ist, und ermöglicht eine bildliche Darstellung, welche konform mit der Umgebung des Fahrzeugs ist. Derartige Head-up-Displays umfassen einen

Zwischenbildschirm, auf welchen die anzuzeigenden Informationen projiziert werden. Der Zwischenbildschirm ist transparent ausgebildet und zur

Ausrichtung eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts vorgesehen. Das durch den Zwischenbildschirm transmittierte Licht wird mittels eines Projektionsbildschirms als anzuzeigendes Bild dargestellt. Der Projektionsbildschirm ist als separater Bildschirm ausgebildet oder ist durch eine Windschutzscheibe oder einen als Combiner bezeichneten Bereich dieser, welcher teilweise transparent und teilweise reflektierend ausgebildet ist, gebildet.

Aus der WO 2001 /009709 A1 ist ein Head-up-Display mit einer Lichtquelle und einer Anzeige zur Erzeugung von Bildern bekannt, wobei diese Bilder in ein Sichtfeld eines Benutzers durch ein optisches System projiziert werden. Das optische System umfasst einen diffraktiven Combiner zum Einbringen von computergenerierten Hologrammen. Die Lichtquelle und die Anzeige sind mittels einer elektronischen Steuerschaltung steuerbar. Die

Lichtquelleneinheit umfasst nacheinander in der Richtung des Lichtstrahls angeordnet einen nicht kohärenten Licht-Generator, eine Vorrichtung zur Erhöhung der Kohärenz und eine Strahlformungseinrichtung zur Streuung des von der Vorrichtung zur Erhöhung der Kohärenz kommenden Lichts auf der Rückseite der Anzeige.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Head-up-Display anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Head-up-Display gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der

Unteransprüche.

Das Head-up-Display umfasst eine Lichtquelle und einen

Projektionsbildschirm, wobei ein Zwischenbildschirm zur Ausrichtung eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichts und einer daraus folgenden Formgebung eines auf dem Projektionsbildschirm darzustellenden Bildes vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der Zwischenbildschirm zumindest teilweise

reflektierend ausgebildet. Daraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise, dass eine aus

Umgebungslicht resultierende Hinterleuchtung des darzustellenden Bildes minimiert wird. Aus dieser Minimierung folgt wiederum, dass in ebenfalls besonders vorteilhafter Weise eine Beleuchtung des darzustellenden Bildes mit Umgebungslicht minimiert wird und daraus folgend ein Kontrast des darzustellenden Bildes erhöht wird. Hierdurch wird weiterhin erreicht, dass eine Darstellung des Bildes, bei welcher dieses die durch eine

Windschutzscheibe eines Fahrzeugs sichtbare Umgebung überlagert, besonders realistisch realisierbar ist. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist der Zwischenbildschirm

vollständig reflektierend ausgebildet, wodurch die Hinterleuchtung des Bildes mit Umgebungslicht besonders einfach minimiert wird, so dass ein hoher Kontrast des Bildes realisierbar ist. In einer Weiterbildung umfasst der Zwischenbildschirm einen optischen Filter, so dass eine weitere Verringerung eines Einflusses des

Umgebungslichts auf das virtuelle Bild erzielbar ist.

Um diese Verringerung besonders effizient zu erreichen, ist der optische Filter gemäß einer Weiterbildung derart ausgebildet, dass ausschließlich das von der Lichtquelle erzeugte Licht vom Zwischenbildschirm reflektierbar ist.

In einer Weiterbildung ist der optische Filter zur Verringerung des Einflusses des Umgebungslichts auf das virtuelle Bild derart ausgebildet, dass

Umgebungslicht absorbierbar, transmittierbar oder in eine vorgegebene Richtung reflektierbar ist. Gemäß einer möglichen weiteren Ausgestaltung ist der Zwischenbildschirm derart teilweise reflektierend ausgebildet, dass die aus Umgebungslicht resultierende Hinterleuchtung des darzustellenden Bildes minimiert wird.

In einer möglichen Weiterbildung umfasst der Zwischenbildschirm hierzu einen optischen Filter, welcher gemäß einer weiteren Ausgestaltung derart ausgebildet ist, dass ausschließlich das von der Lichtquelle erzeugte Licht vom Zwischenbildschirm transmittierbar ist und gemäß einer weiteren

Ausgestaltung derart ausgebildet ist, dass Umgebungslicht reflektierbar, absorbierbar oder in eine vorgegebene Richtung ablenkbar ist.

Gemäß einer Ausgestaltung umfasst auch der Projektionsbildschirm einen optischen Filter, welcher derart ausgebildet ist, dass ausschließlich das von der Lichtquelle erzeugte Licht vom Projektionsschirm in Richtung eines

Betrachters reflektierbar ist und Umgebungslicht absorbierbar, transmittierbar oder in eine vorgegebene andere Richtung reflektierbar ist. Somit wird der Einfluss des Umgebungslichts weiter signifikant verringert. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen: Figur 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Head-up-Displays mit einem Zwischenbildschirm, wobei der Zwischenbildschirm zumindest teilweise reflektierend ausgebildet ist, Figur 2 schematisch ein Reflexionsverhalten des Zwischenbildschirms gemäß Figur 1 bezüglich von mittels einer Lichtquelle des Head-up-Displays erzeugtem Licht in Abhängigkeit von einer Frequenz bzw. Wellenlänge des Lichts, schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays mit einem Zwischenbildschirm, wobei der Zwischenbildschirm transparent ausgebildet ist,

Figur 4 schematisch ein Transmissionsverhalten des

Zwischenbildschirms gemäß Figur 3 bezüglich von mittels einer

Lichtquelle des Head-up-Displays erzeugtem Licht in

Abhängigkeit von einer Frequenz bzw. Wellenlänge des Lichts und Figur 5 schematisch ein Reflexionsverhalten des Zwischenbildschirms gemäß Figur 3 bezüglich des mittels der Lichtquelle des Head- up-Displays erzeugten Lichts in Abhängigkeit von einer

Frequenz und einer Wellenlänge des Lichts. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Head-up-Displays 1 dargestellt.

Das Head-up-Display 1 umfasst eine bildgebende Einheit 2, welche eine Lichtquelle 2.1 und zumindest ein so genanntes Mikrosystem 2.2, im

Englischen als micro-electro-mechanical System (kurz: MEMS) bezeichnet, umfasst. Mittels der Lichtquelle 2.1 , welche beispielsweise ein Laser ist, wird Licht L mit den Farben Rot, Grün und Blau erzeugt.

Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Head-up-Display wird dieses Licht in nicht dargestellter Weise durch einen transparent

ausgebildeten Zwischenbildschirm geleitet, welcher das Licht ausrichtet und derart formt, dass ein darzustellendes Bild auf einem Projektionsbildschirm entsteht. Nachteilig hierbei ist, dass vorhandenes Umgebungslicht zu einer Hinterleuchtung des Zwischenbildschirms führt, woraus eine Reduzierung des Kontrastes des darzustellenden Bildes folgt. Hieraus folgt wiederum, dass eine Wirkung des Effektes einer realistischen Darstellung bei einer überlagernden Darstellung der sichtbaren Umgebung mittels des Bildes reduziert ist. Um diese Nachteile zu überwinden, ist ein Zwischenbildschirm 3 im

dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Head-up- Displays 1 derart ausgebildet, dass die aus Umgebungslicht resultierende Hinterleuchtung des darzustellenden Bildes B minimiert wird. Zu diesem Zweck ist der Zwischenbildschirm 3 reflektierend ausgebildet.

Somit wird eine Hinterleuchtung des Bildes B mit Umgebungslicht vermieden, woraus ein hoher Kontrast des Bildes B resultiert.

Die Reflexion des ausgerichteten Lichts L erfolgt mittels des

Zwischenbildschirms 3 auf einen konkav ausgebildeten und in seiner

Neigung verstellbaren Spiegel 4, von welchem das Licht L auf einen weiteren Spiegel 5 reflektiert wird.

Das virtuelle Bild B wird durch eine Reflexion des Lichts L mittels des

Spiegels 5 auf einen Projektionsbildschirm 6 einem Betrachter P,

beispielsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs, ausgegeben. Der Projektionsbildschirm 6 ist beispielsweise als separater Bildschirm ausgebildet und im Bereich zwischen einer Armaturentafel des Fahrzeugs und einer Windschutzscheibe angeordnet. Auch ist es möglich, dass zumindest ein Abschnitt der Windschutzscheibe, ein so genannter Combiner, den Projektionsbildschirm 6 bildet.

Zu einer weiteren Verringerung eines Einflusses des Umgebungslichts auf das virtuelle Bild B umfasst der Zwischenbildschirm 3 in einer nicht näher dargestellten Weiterbildung zusätzlich einen optischen Filter, welcher derart ausgebildet ist, dass nur das von der Lichtquelle 2.1 erzeugte Licht L vom Zwischenbildschirm 3 in Richtung des Spiegels 4 reflektiert wird, wohingegen Umgebungslicht absorbiert, transmittiert oder in eine andere Richtung als zum Spiegel 4 reflektiert wird.

Der optische Filter ist aus einem photoaktiven und/oder photorefraktiven Material, beispielsweise einem Polymer, gebildet. Zur selektiven Reflexion, Absorption, Transmission und/oder Reflexion ist in dieses Material vorzugsweise eine holografische Struktur eingebracht. Diese Einbringung erfolgt beispielsweise mittels eines oder mehrerer Laserstrahlen, so dass mittels des Zwischenbildschirms 3 eine Amplituden- und/oder

Phasenmodulation des auf ihn treffenden Lichts L und des Umgebungslichts erfolgt und das Umgebungslicht ausgefiltert wird. Die Filterung erfolgt dabei in Abhängigkeit der Wellenlänge und/oder des Einfallswinkels des

auftreffenden Lichts L und Umgebungslichts.

Figur 2 zeigt schematisch ein Reflexionsverhalten R des

Zwischenbildschirms 3 gemäß Figur 1 bezüglich des mittels der

Lichtquelle 2.1 des Head-up-Displays 1 erzeugten Lichts L in Abhängigkeit von einer Frequenz f und einer Wellenlänge λ des Lichts L. Die Darstellung verdeutlicht, dass nur das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht L reflektiert wird.

In Figur 3 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des

erfindungsgemäßen Head-up-Displays 1 dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenbildschirm 3 teilweise transparent ausgebildet und derart angeordnet, dass dieser von dem ausgesendeten Licht L durchleuchtet wird, dieses definiert ausrichtet und an den Spiegel 4 weiterleitet.

Der Zwischenbildschirm 3 ist weiterhin ebenfalls derart ausgebildet, dass die aus Umgebungslicht resultierende Hinterleuchtung des darzustellenden Bildes B minimiert wird. Hierzu umfasst der Zwischenbildschirm 3 einen optischen Filter 7, wobei von dem Filter 7 nur das von der Lichtquelle 2.1 erzeugte Licht L transmittiert wird. Umgebungslicht wird reflektiert, absorbiert oder in eine andere Richtung als zum Spiegel 4 abgelenkt.

Der optische Filter 7, welcher schematisch in Figur 4 dargestellt ist, ist aus einem photoaktiven und/oder photorefraktiven Material, beispielsweise einem Polymer, gebildet. Zur selektiven Reflexion, Absorption, Transmission und/oder Reflexion ist in dieses Material vorzugsweise eine holografische Struktur eingebracht. Diese Einbringung erfolgt beispielsweise mittels eines oder mehrerer Laserstrahlen, so dass mittels des Zwischenbildschirms 3 eine Amplituden- und/oder Phasenmodulation des auf ihn treffenden Lichts L und des Umgebungslichts erfolgt und das Umgebungslicht ausgefiltert wird. Die Filterung erfolgt dabei in Abhängigkeit der Wellenlänge λ und/oder des Einfallswinkels des auftreffenden Lichts L und Umgebungslichts.

In Figur 5 ist schematisch ein Reflexionsverhalten R des

Zwischenbildschirms 3 gemäß Figur 3 bezüglich des mittels der

Lichtquelle 2.1 des Head-up-Displays 1 erzeugten Lichts L in Abhängigkeit von einer Frequenz f und einer Wellenlänge λ des Lichts L dargestellt. Die Darstellung verdeutlicht, dass nur das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht L in Richtung des Spiegels 4 transmittiert wird. In einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel oder zusätzlich zu den beschriebenen Eigenschaften des Head-up-Displays 1 gemäß des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass der Projektionsbildschirm 6 einen optischen Filter gemäß der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels umfasst, so dass nur das Licht L von dem Projektionsbildschirm 6 in Richtung des Betrachters reflektiert wird, welches von der Lichtquelle 2.1 erzeugt wurde.

Bezugszeichenliste

1 Head-up-Display

2 bildgebende Einheit

2.1 Lichtquelle

2.2 Mikrosystem

3 Zwischenbildschirm

4 Spiegel

5 Spiegel

6 Projektionsbildschirm

7 Filter

B Bild

L Licht

f Frequenz

P Betrachter

R Reflexionsverhalten λ Wellenlänge

Claims

Patentansprüche

1 . Head-up-Display (1 ), insbesondere zur Verwendung in einem

Fahrzeug, mit einer Lichtquelle (2.1 ) und einem

Projektionsbildschirm (6), wobei ein Zwischenbildschirm (3) zur

Ausrichtung eines von einer Lichtquelle (2.1 ) ausgesendeten Lichts (L) und einer daraus folgenden Formgebung eines auf dem

Projektionsbildschirm (6) darzustellenden Bildes (B) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbildschirm (3) zumindest teilweise reflektierend ausgebildet ist.

2. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbildschirm (3) vollständig reflektierend ausgebildet ist.

3. Head-up-Display nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbildschirm (3) einen optischen Filter umfasst.

4. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der optische Filter derart ausgebildet ist, dass ausschließlich das von der Lichtquelle (2.1 ) erzeugte Licht (L) vom Zwischenbildschirm (3) reflektierbar ist.

5. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass der optische Filter derart ausgebildet ist, dass Umgebungslicht absorbierbar, transmittierbar oder in eine vorgegebene Richtung reflektierbar ist.

6. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbildschirm (3) teilweise reflektierend ausgebildet ist.

7. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbildschirm (3) einen optischen Filter (7) umfasst.

8. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der optische Filter (7) derart ausgebildet ist, dass ausschließlich das von der Lichtquelle (2.1 ) erzeugte Licht (L) vom Zwischenbildschirm (3) transmittierbar ist.

9. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass der optische Filter (7) derart ausgebildet ist, dass Umgebungslicht reflektierbar, absorbierbar oder in eine vorgegebene Richtung ablenkbar ist.

10. Head-up-Display (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsbildschirm (6) einen optischen Filter umfasst, welcher derart ausgebildet ist, dass

ausschließlich das von der Lichtquelle (2.1 ) erzeugte Licht (L) vom Projektionsschirm (6) in Richtung eines Betrachters reflektierbar ist und Umgebungslicht absorbierbar, transmittierbar oder in eine vorgegebene andere Richtung reflektierbar ist.