WO2014167119A2 - Projection display for reflecting an image to be displayed into the view of an occupant of a means of transportation - Google Patents

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WO2014167119A2
WO2014167119A2 PCT/EP2014/057436 EP2014057436W WO2014167119A2 WO 2014167119 A2 WO2014167119 A2 WO 2014167119A2 EP 2014057436 W EP2014057436 W EP 2014057436W WO 2014167119 A2 WO2014167119 A2 WO 2014167119A2
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projection display
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individual
optics
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Marcel Sieler
Peter Schreiber
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • Projection display for reflecting an image to be displayed in a view of a
  • the present invention relates to a projection display for reflecting an image to be displayed into a view of an occupant of a means of locomotion such as a vehicle. in the view of a driver of an automobile.
  • Head-up displays in automotive applications are used to display moving or static virtual images, and are about 80 cm to 100 cm away from the eyes of the beholder.
  • Such head-up displays usually use a projection optics in the form of several free-form mirrors for generating a virtual image in the driver's direct field of vision.
  • the object to be imaged is usually provided by a microdisplay or generated for example with a laser scanner on a screen.
  • the virtual image is usually displayed at a distance of 2 to 3 m. Either the windscreen of the car or an additional, partially transparent optical element is used as a combiner for reflection.
  • focal lengths of about 300 mm are required for typical display widths of about 30 mm.
  • the pupil diameter of the eyepiece optics thereby determines the size of the area in which the eye of the observer may move, i. the so-called Eye or Head Motion Box, EMB.
  • the EMB is obtained from the ratio of focal length f to f-number f / # of the projection optics:
  • the comparatively large, required focal length of the mirror optics requires large system dimensions, which, even with multiple convolutions of the optical beam path, worsens the necessary construction volume and, consequently, the integrability of a vehicle.
  • the driver's field of vision complicates the correction of aberrations, which further increases the complexity - and thus size and mass - of the projection optics. 3. Adjusting the position of the mirrored image is achieved by mechanically moving components of the projection optics, further complicating the system design, reducing robustness, and increasing manufacturing costs.
  • the object of the present invention is therefore to provide such a more effective projection display.
  • This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.
  • the core idea of the present invention is to have realized that it is possible to use a projection display which works in multiple channels for reflection of an image to be displayed in a view of an occupant of a means of locomotion. This procedure makes it possible to reduce the size, since the focal lengths of the optics of the individual channels can be significantly smaller, which in turn also makes it possible to reduce the weight of the system.
  • the susceptibility of the projection display to curvature of the mirror surface is also reduced, which relieves the corrective measures and thus can reduce the scope of installation and / or the quality of the mirrored image.
  • An adaptation of the reflection to the situation in which the occupant of the vehicle is currently located is likewise possible in a simple manner.
  • FIG. 1 is a schematic view of a projection display according to an embodiment
  • Fig. 2 is a side sectional view through a series of channels of the projection display of Fig. 1;
  • Fig. 3a is a schematic plan view of the projection display of Fig. 1;
  • FIGS. 3b and 3c show beam paths of a row of channels of the projection display for illustrating the relationship between frame center distance and removal of the virtual image
  • Fig. 3d shows beam paths of a series of channels of the projection display to illustrate the achievement of an EMB shift from the setting of Fig. 3c;
  • Fig. 3e and f are optical paths of a series of channels of the projection display to illustrate the achievement of a correction of the mirror surface curvature: Fig. 3e with and Fug. 3f without correction;
  • 4 shows a room view of a projection display according to a further exemplary embodiment with Köhler's backlight in interaction with a planar mirror surface;
  • 5a, b show spatial views of the projection display of FIG. 4 in interaction with a free-form reflection surface
  • FIG. 6 is a perspective view of an example of an installation of the projection display of FIG.
  • 7a, b are room views of an exemplary installation of a projection display in an automobile using the windshield as a mirror surface.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a projection display for reflecting an image to be displayed in a view of an occupant of a means of locomotion.
  • the occupant may be, for example, a driver, a passenger or another passenger, and the means of transportation may be, for example, an automobile such as a car. a car, a truck, a bus, a motorcycle or the like.
  • the semi-transparent, semi-reflective surface used for the reflection can be done by a windshield of the means of locomotion or, as exemplified in Fig. 1, by a specially provided, additional semi-transparent, semi-reflective disk or a so-called combiner 10.
  • the distance between Einspiegelungs constitutional unit 10 and the occupant is more than 500 mm. such as. in about 800 mm to 2000 mm or for example 800 mm to 1000 mm.
  • the projection display 16 of FIG. 1 comprises a single image generation unit 18 and a multi-channel optical system 20.
  • the individual image generation unit 18 A plurality of individual images 22 in laterally juxtaposed manner testify from the image to be displayed.
  • the multi-channel optical system 20 has, per channel, an optical system 22 for virtual imaging of a respective image associated with the individual image 22 on the reflection in the view of the occupant, so that the individual images extend over part of the view of the occupant in order to to give the image to be displayed.
  • the individual image generation unit 22 is designed, for example, to generate the plurality of individual images 22 by laterally varying transmission of a backlighting.
  • FIG. 1 illustrates, for example, that the individual image generation unit has a flat light source 26 for the areal backlighting of an image generator 28, which is designed to influence the areal backlighting in the areas associated with the individual images 22 in such a way Regions the individual images 22 arise.
  • the imager 28 can be, for example, an LCD display or the like whose image area is divided into the image areas for the individual images 22, and the planar illuminant 26 can be packed tightly side by side, for example, around an LED array arranged LEDs for the most uniform possible backlighting of the individual frames 22 associated sub-areas. Each LED could have a collimator.
  • the individual image generation unit 18 may further comprise an image controller 30 to control the image encoder 28 from incoming image data 32 such that the individual images are correspondingly displayed in the subregions assigned to the individual images 22, as will be explained in more detail below, namely with a suitable orientation to the optics 20, a suitable distortion, etc.
  • the individual image generation unit 22 can be designed to adapt the individual images individually for each channel.
  • the adjustments may include distortion corrections, as described below.
  • Each frame 22 may, for example, be copied from the entire image to be displayed, or merely from a respective part thereof, but the portions over all the frames 22 overlap in every feature of the image 32 to be displayed, such as e.g. in each point the sections of more than half of the individual images 22 overlap.
  • Each channel is thus made of the optics 24 and the associated individual image 22 or the respective individual image 22 associated subregion of the individual image generating unit 18th by creating this frame 22 is formed.
  • the reference numeral 22 is used for the area as well as for the single image displayed therein.
  • FIG. 2 shows a section through the projection display along a row of these individual image subregions with associated optics of the multi-channel optical system 20.
  • the frame sections are arranged, for example, in rows and columns.
  • the area covered by the subregions of the frames 22, e.g., the smallest rectangle that encompasses all the frame subareas encloses an area having a width, such as an area.
  • Screen diagonals of, for example, more than 40mm or more than 2 inches or 5cm, e.g. 2 to 10 inches.
  • the array of frame subareas 22 opposes the array of optics 24 of the multichannel optics 20 by having the optics 24 in the emission direction of the frame generator 18 behind their respective frame subarea 22.
  • the spacing between the optics 24 of the multichannel optics 20 and the frame portions 22 is approximately equal to the focal length of the optics 24, which may be single lenses, e.g. single or double convex lenses or Fresnel lenses.
  • the multichannel optics 20 it would be possible for the multichannel optics 20 to be integrally formed to form the optics 24.
  • FIG. 3a shows a plan view of the projection display 16.
  • the laterally juxtaposed ones are arranged in an array
  • the apertures 34 of the optics 24, the apertures 34 of the optics 24, whose array arrangement in the lateral direction is preferably congruent to the array-moderate Arrangement of the frame portions 22 is.
  • the congruence here should only refer to the centers of the individual image subregions 22 and the centers of the optical apertures 34.
  • the surface shape is different.
  • the area of the frame portions 22 is substantially rectangular, but it may also vary between the individual channels, such as for correcting channel-specific registration errors of the respective channel optics 24.
  • the congruent arrangement of the frames 22 relative to the optics array Deviations from the free-form geometry of the injection surface 10 can also be deviated from by a channel-specific adaptation, as will be explained later.
  • Fig. 3a is for clarity for each optics 24 and the optical center 36 of the respective optics, i.
  • they may be offset from the apertured centers of the apertures 34, but central alignment with the respective apertures 34 for all optical centers 36 would also be possible.
  • the offset may be configured such that the optical centers 36 are also arranged in an array that is congruent with the frame subregion centers.
  • the channels i. the pair of optics 24 and associated frame portion 22, indicated at 38 in Fig. 2, are optically separated from each other, i.
  • the channels preferably absorbent separations 40 between multi-channel optical system 20 and individual image generation unit 18 Apertur frequencypository or aperture boundaries 42 run.
  • the frame portions 22 as shown in FIG. 1 are portions of an otherwise continuous image area of an imager 28 such that the centers of the frame portions 22 can be changed in position at any time, i. centric stretching and / or translation.
  • a reduction of the frame center distance relative to the center distance of the optical centers 36 determines a divergence of the radiation field emanating from the projection display and thus the distance 14 of the virtual image in the field of view of the occupant.
  • the optical centers 36 are preferably in the center of the apertures 34, i. the center distances of apertures 34 and optical centers 36 are the same, but a greater distance would also be conceivable.
  • Figures 3b and 3c illustrate, for the exemplary case of equal center distances of apertures 34 and optical centers 36, the effect of varying the pitch of the frame areas of the frame:
  • Figure 3c shows a larger frame center distance P ⁇ iider than Figure 3c. so that the channel-individual optical axes 35 are less divergent in the case of Fig. 3c, and the virtual image 37 has a low distance L tal from the eye 39 of the occupant.
  • such an adjustment can be made by the image controller 30, which places the frames 22 respectively in the plane of the imager 28, and the adjustment can be made automatically done using an example of an eye track sensor signal or by user control.
  • Fig. 3b and c also show the following:
  • the individual channels cover the EMB area by area. In the shown position of the eye 39, the occupant sees over the scene 37 via the middle channel 38, but when the occupant moves down with the eye 39 he sees the scene via the next channel 38 to the left, and so on.
  • these connections must be precisely adjusted to one another, ie the image 37 that the occupant sees at the transition between the channels must be the same or in the same place, because otherwise the occupant sees unsightly transitions or If he sees the image incorrectly in the transition areas, and if one considers the coexistence of both eyes of the observer, then the EMB cover can be designed such that the two eyes of the observer always look into different channels, ie so that they correspond to the individual channels EMB areas in the horizontal direction are smaller than the eye relief, or so that this is only possible at boundaries between horizontally adjacent areas of the EMB Case is. In any case, it may be desirable to adapt the accommodation of the eyes to the convergence of the eyes.
  • the individual image generation unit (18) could now be designed to generate the plurality of individual images 22 such that each individual image contains an entire image content to be transmitted. Regardless of where the occupant's eyes are, he would then see the entire scene. An eye of the occupant, even after moving from a portion of the eye-motion box covered by a first channel to portions of the eye-motion box covered by channels adjacent to the first channel, would see the same scene as the eye through the first Channel covered area, referring to all EMB area or all channels. This need not be. The circumstance could also apply only to subgroups of the channels or the associated EMB area.
  • parts of the scene are only visible from certain EMB area groups or shown only in a certain group of channels, such as in a group of areas having a lower EMB margin, or a right and / or left EMB Cover the edge. Only the frames of the respective channels then showed the corresponding part of the scene, such as a radio program transmitter or a turn-off arrow or the like, or faded these parts into the corresponding portions of the EMB so as not to be visible from the remainder of the EMB.
  • the gap 42 between the apertures 34 is a point to consider in the design of the projection slide because of the fact that the projection display serves to mirror an image 32 to be displayed into the view of an occupant , the distance 12th from the inmate over the It is also possible for the user's eye to focus on the intermediate spaces 42.
  • the gaps 42 should therefore be as small as possible.
  • the multichannel optical system 20 is designed so that the individual apertures 34 of the optics 24 of all the channels 38 are adjacent to one another in terms of area with less than 10% gap 42.
  • Fig. 3a with a cross 43 is shown a center of the array of frame center areas.
  • a centric extension of the image area centers relative to this center 43 results in a change in the distance 14 of the virtual image from the mirror surface 10, while a translational movement of the image area centers leads to a similar movement of the center 43.
  • the connecting line between center 43 and a center of the array of optical centers 36 in turn forms a kind of center of the optical beam path 44 which leads from the projection display 16 to the occupant and there defines the EMB.
  • FIG. 3d in that an EMF shifted downwards relative to FIG. 3c is shown in order, for example, to take account of an eye position displaced from 39 to 39 '.
  • the array of frames has been shifted toward the occupant, e.g. through the image control.
  • each of the optics 24 contained therein is positioned at a distance from the respective individual image 22, so that a virtual image of the associated display region of the image generator 28 takes place.
  • the optics frame distance corresponds to the paraxialcn imaging equation of an object width, which is slightly below the focal length of the optics 24.
  • the backlighting could advantageously be designed in such a way that no stray light is produced which affects the image quality in the eye of the observer.
  • a collimated backlighting could be used to increase system efficiency.
  • Collimating elements for reducing the divergence of the surface radiation of the light source 26, which produces the backlighting of the imager 28, can be designed differently. One way would be to use one collimator per frame area 22.
  • a field lens array could be located between imager 28 and light source 26 and have one field lens per frame area 22, such that Köhler illumination of each individual projection channel 38 is achieved.
  • the additional use of Feldlinscnarrays 28 between the backlight 26 and imager 28 ensures the Köhler illumination of each individual channel 38 and thus increases the efficiency even further and for a more homogeneous impression of brightness across the virtual image.
  • the individual apertures 34 which may assume, for example, square, rectangular, hexagonal or round shapes (pupil shapes), are preferably tightly packed so that the channel intermediate regions 42 are as little as possible visible to the occupant.
  • the optics 24 may be formed by Fresnel lenses. Such a Fresnel lens array for forming the multi-channel optical system 20 would further reduce the construction height of the projection display 16 as well as achieve it. NEN that the Fresnel lens surface is less visible to the viewer, since the scattered light on the Fresnel lens surface could not be resolved by the eye of the observer.
  • the exemplary embodiments 1 and 4 were at least in the illustrated variants of it.
  • the mirror surface 10 is planar, which can be achieved in the case of automobiles, for example, in that the actual windshield is preceded by a semi-transparent disc. In the embodiment of Fig. 5 this is not the case.
  • the basic structure of the projection display 16 of FIG. 5 corresponds to that of FIG. 4: on the backlit display 18, here by way of example with the field lens array 44 between the planar light source 26 and the imager 28, images 22 which contain, for example, the entire image content to be transmitted contained in an array next to each other.
  • Each of these partial images 22 is imaged by an associated lens 24 of the multi-channel optical system 20 as a virtual image.
  • the mirror surface 10 is a curved surface such as the windshield of an automobile.
  • the image controller 30 may be designed to perform channel-wise or channel-specific predistortions of the individual images 22. This can have a beneficial effect on the image quality perceived by the viewer. In other words, the image controller can perform a channel-wise aberration correction to ensure perfect superposition of the virtual images of the individual adjacent channels 38, thus also compensating for the curvature of the front screen 10.
  • the image control can compensate for the curvature differences that the individual channels "see” from the curved imaging surface 10 by displacing the images 22 relative to their position in relation to the array of optical centers 36.
  • FIG. 3e shows the changed positions of the individual images 22 at the same image distance compared with FIGURE 3b.
  • the lateral displacement vectors of the individual images 22 would only change continuously over the array of individual images 22 in the case of a continuous curved mirror surface 10. This channel-specific frame shift would again result in the above-mentioned adaptation of the channel transitions in the EMB For comparison, Fig.
  • 3f shows the case or the optical axes of the channels without such a channel-individual position correction of the individual images 22 e sit at the congruent to the optical centers distributed positions - despite curved surface 10.
  • the ports of the channels in the EMB are not correct here: they overlap, which means that the occupant sees different images at the same time.
  • each channel 38 performs only one image over a small section of free-form surface 10, the aberrations are limited to lower orders, so that they are easier to correct.
  • Each optic 24 can be made individually so that, for example, an astigmatism, as it results from a vertical and horizontal direction differently curved surface 10, is compensated, namely by a corresponding individual astigmatism of the optics 24. Also the small distance of the pupils of the optics 24 to the surface 10 makes a positive impression here.
  • the centers of the individual images can be placed in such a way and the individual images can be individually predistorted in such a way that regions of individual image connections to each other are not visible in the overall virtual image resulting from the individual images 22.
  • a subsequent individual transformation of all partial images which corresponds to a channel-wise predistortion and / or pre-distortion, takes place with the goal of a good overall image impression, free from visible image connections.
  • Fig. 5b shows only once again the scene of Fig.
  • FIGS. 5a and 5b the difference between FIGS. 5a and 5b and FIG. 4 is merely that in FIG. 4 only a planar, reflective optical surface was used for generating a virtual image superimposed on the environment. If a free-form reflecting surface 10 is used, as shown in FIGS. 5a and 5b, the channel-wise compensation of the aberrating effect of this surface 10 can be compensated for or at least reduced by the manipulation of the individual projections or image preprocessing in the image disturbance 30 become.
  • FIG. 6 shows the use of previously described projection displays in an automobile 50.
  • the projection display 16 of FIG. 4 is shown. That is, it is located in the direction of travel and sight 52 behind the instrument panel 54 of the seat 56 for the driver of the automobile 50 on the inside of the windscreen 58 a specially designed for Einspiegdung, preferably planar disc 56. Also called combiner 60. via which / which the projection display 16 performs the reflection of the virtual image into the driver's view.
  • FIG. 6 illustrates the use of a separate optical surface 60 for reflecting the virtual image into the driver's direct field of vision.
  • the overall virtual image results from the superposition of a multiplicity of two-dimensionally distributed individual projectors formed from the two-dimensional arrangement of channels 38 become.
  • FIGS. 7a and 7b once again illustrate the use of the front screen 58 as a reflecting optical element 10 in the beam path.
  • the multi-channel arrangement of the projection display 16 permits the compensation of the aberrations introduced by this surface 58, namely, for example, distortion and astigmatism.
  • the compensation can be done electronically, e.g. via the aforementioned image control 30, done.
  • the location or distance 14 of the virtual image plane in which the individual sub-images 22 overlap for the viewer or occupants may be influenced by increasing or decreasing the distances between the centers of the individual images 22 on the imager 28 ,
  • a purely software-technical adaptation of the image width of the virtual image or an adaptation of the projection distances is possible.
  • An enlargement of the distances of the image centers of the individual images 22 to each other thereby increases the distance of the virtual image plane from the viewer.
  • An array of optical centers can lead to the perception of ghost images by the observation of partial images of the image generator, not by the associated but by adjacent optics 24, ie by a so-called "crosstalk.”
  • the optionally provided separations 44 A uniform lateral or vertical displacement of all partial images 22 on the image generator 28 controlled by the image preprocessing in the image control 30 makes it possible within certain limits to compensate for such decentration in order to avoid crosstalk.
  • an eye-tracking sensor such is illustrated by way of example in FIG. 7 a and provided with the reference numeral 70.
  • This sensor 70 could be connected to the image controller 30, which in turn derived from the obtained position information of the eyeball of the driver, a target signal for decentering the sub-images 22 and the sub-images 22 are positioned so that, for example, the optical axis 45 leads to the eye and the previously described decentering the eyes of the occupant relative to the beam center 45 does not lead to ghosting.
  • the image controller 30 will thus perform a translational shift of the partial images 22 or of the partial image region centers as a function of the position of the eyes of the driver or occupant such that, for example, the optical axis 45 points in the direction of the eyes.
  • RGB pixel triplets or superpixels are also conceivable which, however, reduce the number of pixels that can be represented for a given pixel size.
  • Color transverse defects in the virtual image can be precompensated by suitable image preprocessing for the color-dependent predistortion of the primary color images.
  • the image control 30 in the exemplary embodiments represents only an internal interconnection of the image generator, after which the incoming image data 32 are distributed to the individual image subregions.
  • the image control can also have a processor which carries out the predistortion, for example by channel-specific distortion of the incoming image 32, in order in this way to reproduce a single image distorted in relation to the image 32 in each individual image subregion.
  • the multichannel optics 20 and frame imaging unit 18 may be packaged within a housing for ease of handling to be recessed as a whole inside the windshield 58 of an automobile, such as in the interior trim, in a corresponding opening.
  • the image content corresponding to the channel can be correspondingly predistorted in order to again be able to produce a clear overall image for the viewer.
  • channel-by-channel adaptation of the individual object structures can compensate for the aberrations additionally introduced by the mirroring optics into the system, such as e.g. Compensating or reducing astigmatism, etc.
  • L total removal of the eye of the viewer to the virtual image L v i rt, the distance of the virtual image to the lens array, LHUD the distance of the lens array to the eye of the viewer, p pup ii, the center distance of the individual pupil 36 to each other, Pßiider the pitch of the Images 22 on the imager and s the intercept of the individual optics 24, which is usually designed to be slightly smaller than the focal length f of the individual optics 24 in order to project a virtual single image or an ensemble of virtual individual images.
  • the reflection can be done in particular via a combiner mirror, which may be planar, convex or concave, or a windshield.
  • Artifact suppression may be provided, for example, mechanically via adjustment of edge steepness, transition radii or the like, or optically, via channel-wise distortion correction, collimated backlighting, or the provision of Fresnel structures.
  • a reduction of operations introduced via a non-planar mirror surface can be done by a channel-by-channel compensation of the distortion.
  • An aberration reduction is inherently also already by the stacked structure, namely by the ability to zoom closer to the Einador Structure.
  • the latter distance namely the distance of the projection screen 16 from the mirror surface 10, for example, is less than 8 cm.
  • the above exemplary embodiments are therefore ideal for applications in the automobile.
  • the optical performance of I IUDs in automobiles is highly dependent on the geometric shape of the reflective surface.
  • When using the windscreen as an optically effective device is inevitably faced with their geometric shape tolerances due to mass production. In conventional systems, you can only change the image content on the display, so only correct a distortion.
  • the distortion of the entire image may be corrected, but also channel-by-channel pre-distortion may be provided to suppress adverse effects of non-planar mirror optics for optical imaging.
  • an adaptation of the optical image aberrations introduced by the free-form mirror surface can be corrected by image preprocessing on a channel-by-channel basis.
  • the occupant there is also a movement tolerance by some of the above embodiments.
  • the above Aus colihrungsbeidesign are also advantageous in terms of space.
  • the construction area can be kept small. Since the above Ausiuhrungsbeidesign get along without field lens, although results in a reduced resolution in the virtual image, but it also just results in a larger EMB or head-motion box and due to the use of a variety of short focal length projection optics 24 a much more compact design, i. Compared with conventional HUD optics, which use free-form mirrors to generate the virtual image, there is a saving in space, for example, more than 60%.
  • adaptations are also possible according to some of the above exemplary embodiments.
  • image preprocessing it is possible to set electronically controllable and / or multiple imagers 14. Image distances to the eye and / or adaptations to human visual defects are possible. With a single mirror optics, this is not possible.
  • Another advantage of the above embodiments is the robustness. In contrast to conventional systems, only one optically effective surface is needed, namely that of the multi-channel optics, and this can be realized in an optical component, i. in one piece or the like. This simplification of the overall structure results in an increased robustness.

Abstract

The invention relates to a projection display that operates in a multi-channel manner to reflect an image to be displayed into the view of an occupant of a means of transportation. By means of this approach the construction size can be reduced, because the focal lengths of the optical units of the individual channels can be significantly smaller, which in turn also enables a weight reduction of the system. Because of the multi-channel nature, the susceptibility of the projection display to curvatures of the reflection surface is also reduced, which relives the burden on the corrective measures and thus can reduce the installation scope and/or the quality of the reflected image. The reflection can also be adapted in a simple manner to the current situation of the occupant of the means of transportation.

Description

Projektionsdisplay zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes in eine Sicht eines Projection display for reflecting an image to be displayed in a view of a
Insassen eines Fortbewegungsmittels Inmates of a means of transport
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsdisplay zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes in eine Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels, wie z.B. in die Sicht eines Fahrers eines Automobils. The present invention relates to a projection display for reflecting an image to be displayed into a view of an occupant of a means of locomotion such as a vehicle. in the view of a driver of an automobile.
Head-Up-Displays in automobilen Anwendungen dienen dazu, bewegte oder statische virtuelle Bilder darzustellen und sind dabei in etwa 80 cm bis 100 cm von den Augen des Betrachters entfernt. Solche Head-Up-Displays (HUD) verwenden üblicherweise eine Pro- jektionsoptik in Form mehrerer Freiformspiegel zur Generierung eines virtuellen Bildes im direkten Sichtfeld des Fahrers. Das abzubildende Objekt wird dabei üblicherweise durch ein Mikrodisplay bereitgestellt oder beispielsweise mit einem Laserscanner auf einem Schirm erzeugt. Das virtuelle Bild wird üblicherweise in 2 bis 3 m Entfernung abgebildet. Dabei wird entweder die Frontscheibe des Autos oder ein zusätzliches, teiltransparentes optisches Element als Combiner zur Einspiegelung genutzt. Head-up displays in automotive applications are used to display moving or static virtual images, and are about 80 cm to 100 cm away from the eyes of the beholder. Such head-up displays (HUD) usually use a projection optics in the form of several free-form mirrors for generating a virtual image in the driver's direct field of vision. The object to be imaged is usually provided by a microdisplay or generated for example with a laser scanner on a screen. The virtual image is usually displayed at a distance of 2 to 3 m. Either the windscreen of the car or an additional, partially transparent optical element is used as a combiner for reflection.
Die Brennweite der Projektionsoptik f bestimmt hierbei zusammen mit der horizontalen Ausdehnung des Mikrodisplay s Dx das Gesichtsfeld des HUD: 0F = 2arctan-^-The focal length of the projection optics f together with the horizontal extent of the microdisplay s D x determines the field of view of the HUD: 0F = 2arctan - ^ -
2f 2f
Um übliche Gesichtsfelder im Bereich von derzeit üblicherweise 6° zu realisieren, werden für typische Displaybreiten von ca. 30 mm Brennweiten von etwa 300 mm benötigt. Der Pupillendurchmesser der Okularoptik bestimmt dabei die Größe des Bereichs, in dem sich das Auge des Betrachters bewegen darf, d.h. die sogenannte Eye- bzw. Head-Motion-Box, EMB. Die EMB erhält man aus dem Verhältnis von Brennweite f und Blendenzahl f/# der Proj ektionsoptik: In order to realize common visual fields in the range of currently usually 6 °, focal lengths of about 300 mm are required for typical display widths of about 30 mm. The pupil diameter of the eyepiece optics thereby determines the size of the area in which the eye of the observer may move, i. the so-called Eye or Head Motion Box, EMB. The EMB is obtained from the ratio of focal length f to f-number f / # of the projection optics:
EMB = DPm k = ----- P"""" (// #) Für typische Blendenzahlen im Bereich von etwa f/2 erhält man daraus eine EMB von größenordnungsmäßig ca. 150 mm. Hier zeigen sich folgende Hauptprobleme: EMB = D Pm k = ----- P """" (// #) For typical f-numbers in the range of approximately f / 2, this yields an EMF of the order of magnitude of approximately 150 mm. Here are the following main problems:
1. Die vergleichsweise große, erforderliche Brennweite der Spiegeloptik bedingt gro- ße Systemabmaße, was selbst bei mehrfacher Faltung des optischen Strahlengangs das notwendige Bauvolumen und damit einhergehend die Integrierbarkeit eines Fahrzeugs verschlechtert. 1. The comparatively large, required focal length of the mirror optics requires large system dimensions, which, even with multiple convolutions of the optical beam path, worsens the necessary construction volume and, consequently, the integrability of a vehicle.
2. Die für eine EMB erforderliche geringe Blendenzahl und die Einbeziehung der Freiformfläche der Frontscheibe zur Einspiegelung von Informationen ins direkte2. The low f-number required for an EMB and the inclusion of the free-form surface of the windshield to reflect information directly
Sichtfeld des Fahrers erschweren die Korrektur von Abbildungsfehlern, was die Komplexität - und damit Größe und Masse - der Projektionsoptik weiter vergrößert. 3. Die Einstellung der Position des eingespiegelten Bildes erfolgt über mechanisch bewegte Komponenten der Projektionsoptik, was die Systemauslegung weiter verkompliziert, die Robustheit senkt und die Herstellungskosten vergrößert. The driver's field of vision complicates the correction of aberrations, which further increases the complexity - and thus size and mass - of the projection optics. 3. Adjusting the position of the mirrored image is achieved by mechanically moving components of the projection optics, further complicating the system design, reducing robustness, and increasing manufacturing costs.
4. Eine Einstellung der Entfernung des virtuellen Bildes ist bisher ohne zusätzliche mechanisch bewegte Komponenten unmöglich. 4. A setting of the distance of the virtual image is previously impossible without additional mechanically moving components.
Um die Baugröße der Optik bei gegebener Brennweite zu verringern, können beispielsweise mehrfach gefaltete Strahlengänge genutzt werden. Hauptnachteil solcher Optikschemata sind die resultierenden großen Systemabmessungen und -massen sowie die zur Aberrati- onskorrektur erforderlichen komplizierten Freiformoptiken. Aufgrund der Freiformober- fläche der Fahrzeugfrontscheibe ist eine starke Vorverzeichnung des darzustellenden Bildes notwendig. Dies geht einher mit einer Reduzierung der für den Fahrer darstellbaren Bildauflösung. Ein alternativer Ansatz besteht in der Verwendung einer separaten Einspic- geloberfläche, die eben oder gewölbt sein kann, um die Folgen von Serientoleranzen der Frontscheibe bedingt durch deren Fertigungsprozess auf den optischen Abbildungsstrahlengang des HUD auszuschließen. To reduce the size of the optics for a given focal length, for example, multiply folded beam paths can be used. The main disadvantages of such optical schemes are the resulting large system dimensions and masses as well as the complicated free-form optics required for aberration correction. Due to the freeform surface of the vehicle windscreen, a strong pre-distortion of the image to be displayed is necessary. This goes hand in hand with a reduction in the image resolution that can be displayed for the driver. An alternative approach is to use a separate plating surface which may be flat or curved to eliminate the consequences of serial tolerances of the windshield due to their manufacturing process on the optical imaging beam path of the HUD.
Es wäre wünschenswert, ein Projektionsdisplay zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes in eine Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels zu haben, dass effektiver ist, wie z.B. weniger Bauvolumen benötigt, leichter ist und/oder eine höhere Nutzerfreundlichkeit ermöglicht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein solches effektiveres Projektionsdisplay zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, erkannt zu haben, dass es möglich ist, zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes in eine Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels ein Projektionsdisplay zu verwenden, das mehrkanalig arbeitet. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, die Baugröße zu verringern, da die Brennweiten der Optiken der einzelnen Kanäle bedeutend kleiner sein können, was wiede- rum auch eine Gewichtsreduktion des Systems ermöglicht. Aufgrund der Mehrkanaligkeit ist auch die Anfälligkeit des Projektionsdisplays gegenüber Wölbungen der Einspiegelflä- che verringert, was die Korrekturmaßnahmen entlastet und damit den Einbauumfang verringern kann und/oder die Qualität des eingespiegelten Bildes. Eine Adaption der Einspiegelung an die Situation, in der sich der Insasse des Fortbewegungsmittels gerade befindet, ist ebenfalls auf einfache Weise möglich. It would be desirable to have a projection display for mirroring an image to be displayed into a vehicle occupant view that is more effective, such as requiring less space, being lighter, and / or allowing for greater user friendliness. The object of the present invention is therefore to provide such a more effective projection display. This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. The core idea of the present invention is to have realized that it is possible to use a projection display which works in multiple channels for reflection of an image to be displayed in a view of an occupant of a means of locomotion. This procedure makes it possible to reduce the size, since the focal lengths of the optics of the individual channels can be significantly smaller, which in turn also makes it possible to reduce the weight of the system. Due to the multichannel nature, the susceptibility of the projection display to curvature of the mirror surface is also reduced, which relieves the corrective measures and thus can reduce the scope of installation and / or the quality of the mirrored image. An adaptation of the reflection to the situation in which the occupant of the vehicle is currently located is likewise possible in a simple manner.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend näher anhand der Figuren erläutert, wobei bevorzugte Ausführungsformen auch Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sind. Unter den Figuren zeigen Preferred embodiments of the present application are explained in more detail below with reference to the figures, wherein preferred embodiments are also subject of the dependent claims. Show under the figures
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem Ausführungsbei- spiel; 1 is a schematic view of a projection display according to an embodiment;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht durch eine Reihe von Kanälen des Projektionsdisplays von Fig. 1 ; Fig. 2 is a side sectional view through a series of channels of the projection display of Fig. 1;
Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf das Projektionsdisplay von Fig. 1 ; Fig. 3a is a schematic plan view of the projection display of Fig. 1;
Fig. 3b und 3c Strahlengänge einer Reihe von Kanälen des Projektionsdisplays zur Veran- schaulichung des Zusammenhangs zwischen Einzelbildmittenabstand und Entfernung des virtuellen Bildes; FIGS. 3b and 3c show beam paths of a row of channels of the projection display for illustrating the relationship between frame center distance and removal of the virtual image;
Fig. 3d Strahlengänge einer Reihe von Kanälen des Projektionsdisplays zur Veranschaulichung des der Erzielung einer EMB-Verschiebung gegenüber der Einstellung von Fig. 3c; Fig. 3e und f Strahlengänge einer Reihe von Kanälen des Projektionsdisplays zur Veranschaulichung des der Erzielung einer Korrektur der Einspiegelflächenkrümmung: Fig. 3e mit und Fug. 3f ohne Korrektur; Fig. 4 eine Raumansicht eines Projektionsdisplays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Köhlerscher Hinterleuchtung in dem Zusammenspiel mit einer plana- ren Einspiegelfläche; Fig. 3d shows beam paths of a series of channels of the projection display to illustrate the achievement of an EMB shift from the setting of Fig. 3c; Fig. 3e and f are optical paths of a series of channels of the projection display to illustrate the achievement of a correction of the mirror surface curvature: Fig. 3e with and Fug. 3f without correction; 4 shows a room view of a projection display according to a further exemplary embodiment with Köhler's backlight in interaction with a planar mirror surface;
Fig. 5a,b Raumansichten des Projektionsdisplays von Fig. 4 in dem Zusammenspiel mit einer Freiformeinspiegelfläche; 5a, b show spatial views of the projection display of FIG. 4 in interaction with a free-form reflection surface;
Fig. 6 eine Raumansicht eines Beispiels für einen Einbau des Projektionsdisplays von Fig. 6 is a perspective view of an example of an installation of the projection display of FIG.
4 in ein Automobil; Fig. 7a,b Raumansichten eines exemplarischen Einbaus eines Projektionsdisplays in ein Automobil unter Verwendung der Windschutzscheibe als Einspiegelfläche.  4 in an automobile; 7a, b are room views of an exemplary installation of a projection display in an automobile using the windshield as a mirror surface.
Fig. 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines Projektionsdisplays zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes in eine Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels. Der Insasse kann beispielsweise ein Fahrer, ein Beifahrer oder ein sonstiger Passagier sein, und bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Automobil, wie z.B. einen PKW, einen Lastwagen, einen Bus, ein Motorrad oder dergleichen handeln. Die zur Einspiegelung verwendete halb-transparente, halb-spiegelnde Fläche kann durch eine Windschutzscheibe des Fortbewegungsmittels oder, wie in Fig. 1 exemplarisch dargestellt, durch eine eigens vorgesehene, zusätzliche halb transparente, halb-spiegelnde Scheibe bzw. einen sog. Combiner 10 erfolgen. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a projection display for reflecting an image to be displayed in a view of an occupant of a means of locomotion. The occupant may be, for example, a driver, a passenger or another passenger, and the means of transportation may be, for example, an automobile such as a car. a car, a truck, a bus, a motorcycle or the like. The semi-transparent, semi-reflective surface used for the reflection can be done by a windshield of the means of locomotion or, as exemplified in Fig. 1, by a specially provided, additional semi-transparent, semi-reflective disk or a so-called combiner 10.
Aufgrund der Tatsache, dass der Display dazu vorgesehen ist, ein anzuzeigendes Bild in die Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels einzuspiegeln, beträgt der Abstand zwischen Einspiegelungsfläche 10 und dem Insassen, in Fig. 1 exemplarisch mit dem Doppelpfeil 12 versinnbildlicht, mehr als 500 mm. wie z.B. in etwa 800 mm bis 2000 mm oder beispielsweise 800 mm bis 1000 mm. Gewünscht ist zumeist, dass das virtuelle Bild des anzuzeigenden Bildes mit dem Insassen in einem Abstand 14 hinter der Einspiegelungsfläche 10 erscheint, der größer als 1 m, wie z.B. 3 m ist. Due to the fact that the display is intended to mirror an image to be displayed in the view of an occupant of a means of locomotion, the distance between Einspiegelungsfläche 10 and the occupant, exemplified in Fig. 1 by the double arrow 12, is more than 500 mm. such as. in about 800 mm to 2000 mm or for example 800 mm to 1000 mm. For the most part, it is desirable that the virtual image of the image to be displayed with the occupant appears at a distance 14 behind the reflection surface 10 which is greater than 1 m, e.g. 3 m is.
Um unter diesen Rahmenbedingungen die Einspiegelung des anzuzeigenden Bildes wie gewünscht vorzunehmen, umfasst das Projektionsdisplay 16 von Fig. 1 eine Einzelbilderzeugungseinheit 18 und eine Mehrkanaloptik 20. Die Einzelbilderzeugungseinheit 18 er- zeugt eine Mehrzahl von Einzelbildern 22 in lateral nebeneinander angeordneter Weise aus dem anzuzeigenden Bild. Die Mehrkanal optik 20 besitzt, pro Kanal, eine Optik 22 zur virtuellen Abbildung eines dem jeweiligen Kanal zugeordneten Einzelbildes 22 über die Ein- spiegelung in die Sicht des Insassen, so dass sich die Einzelbilder über einen Teil der Sicht des Insassen erstrecken, um darin das anzuzeigende Bild zu ergeben. In order to perform the reflection of the image to be displayed under these conditions as desired, the projection display 16 of FIG. 1 comprises a single image generation unit 18 and a multi-channel optical system 20. The individual image generation unit 18 A plurality of individual images 22 in laterally juxtaposed manner testify from the image to be displayed. The multi-channel optical system 20 has, per channel, an optical system 22 for virtual imaging of a respective image associated with the individual image 22 on the reflection in the view of the occupant, so that the individual images extend over part of the view of the occupant in order to to give the image to be displayed.
Die Einzelbilderzeugungseinheit 22 ist beispielsweise dazu ausgebildet, die Mehrzahl von Einzelbildern 22 durch lateral variierende Transmission einer Hinterleuchtung zu erzeugen. In Fig. 1 ist beispielsweise veranschaulicht, dass die Einzelbilderzeugungseinheit eine fiä- chige Lichtquelle 26 zur flächigen Hinterleuchtung eines Bildgebers 28 aufweist, die ausgebildet ist, die flächige Hinterleuchtung in den Bereichen, die den Einzelbildern 22 zugeordnet sind, so zu beeinflussen, dass in diesen Bereichen die Einzelbilder 22 entstehen. Bei dem Bildgeber 28 kann es sich beispielsweise um ein LCD-Display oder dergleichen handeln, dessen Bildbereich in die Bildbereiche für die Einzelbilder 22 gegliedert ist, und bei dem flächigen Leuchtmittel 26 kann es sich beispielsweise um ein LED-Array aus dicht gepackt Seite an Seite angeordneten LEDs zur möglichst gleichmäßigen Hinterleuchtung der den einzelnen Einzelbildern 22 zugeordneten Teilbereiche handeln. Jede LED könnte einen Kollimator aufweisen. Die Einzelbilderzeugungseinheit 18 kann ferner eine Bildsteuerung 30 aufweisen, um aus eingehenden Bilddaten 32 den Biidgeber 28 derart anzusteuern, dass in dessen den Einzelbildern 22 zugeordneten Teilbereichen die Einzelbilder entsprechend angezeigt werden, wie es im Folgenden noch näher erläutert werden wird, nämlich mit einer geeigneten Ausrichtung zu den Optiken 20, einer geeigneten Verzerrung usw. The individual image generation unit 22 is designed, for example, to generate the plurality of individual images 22 by laterally varying transmission of a backlighting. FIG. 1 illustrates, for example, that the individual image generation unit has a flat light source 26 for the areal backlighting of an image generator 28, which is designed to influence the areal backlighting in the areas associated with the individual images 22 in such a way Regions the individual images 22 arise. The imager 28 can be, for example, an LCD display or the like whose image area is divided into the image areas for the individual images 22, and the planar illuminant 26 can be packed tightly side by side, for example, around an LED array arranged LEDs for the most uniform possible backlighting of the individual frames 22 associated sub-areas. Each LED could have a collimator. The individual image generation unit 18 may further comprise an image controller 30 to control the image encoder 28 from incoming image data 32 such that the individual images are correspondingly displayed in the subregions assigned to the individual images 22, as will be explained in more detail below, namely with a suitable orientation to the optics 20, a suitable distortion, etc.
Insbesondere ist die Einzelbilderzeugungseinheit 18, wie z.B. die Bildsteuerung 30, dazu ausgebildet, um für jeden Kanal das jeweilige Einzelbild 22 aus dem anzuzeigenden Bild 32 zu kopieren. Dabei kann die Einzelbilderzeugungseinheit 22 dazu ausgebildet sein, die Einzelbilder individuell für jeden Kanal anzupassen. Die Anpassungen können Verzer- rungskorrekturen umfassen, wie es im Folgenden noch beschrieben wird. Jedes Einzelbild 22 kann beispielsweise aus dem gesamten anzuzeigenden Bild kopiert sein, oder lediglich aus einem jeweiligen Teil desselben, wobei die Teile über alle Einzelbilder 22 hinweg allerdings in jedem Funkt des anzuzeigenden Bildes 32 vielfältig überlappen, wie z.B. in jedem Punkt die Ausschnitte von mehr als der Hälfte der Einzelbilder 22 überlappen. In particular, the frame generating unit 18, such as e.g. the image controller 30, designed to copy the respective individual image 22 from the image 32 to be displayed for each channel. In this case, the individual image generation unit 22 can be designed to adapt the individual images individually for each channel. The adjustments may include distortion corrections, as described below. Each frame 22 may, for example, be copied from the entire image to be displayed, or merely from a respective part thereof, but the portions over all the frames 22 overlap in every feature of the image 32 to be displayed, such as e.g. in each point the sections of more than half of the individual images 22 overlap.
Jeder Kanal wird somit aus der Optik 24 und dem zugeordneten Einzelbild 22 bzw. dem jeweiligen Einzelbild 22 zugeordneten Teilbereich der Einzelbilderzeugungseinheit 18. indem dieses Einzelbild 22 erzeugt wird, gebildet. Im Folgenden wird für den Bereich sowie für das darin angezeigte Einzelbild das Bezugszeichen 22 verwendet. Each channel is thus made of the optics 24 and the associated individual image 22 or the respective individual image 22 associated subregion of the individual image generating unit 18th by creating this frame 22 is formed. In the following, the reference numeral 22 is used for the area as well as for the single image displayed therein.
Die Teilbereiche der Einzelbilderzeugungseinheit 18, in denen die Einzelbilder 22 ange- zeigt werden, sind zweidimensional verteilt und lateral nebeneinander angeordnet, wobei Fig. 2 einen Schnitt durch das Projektionsdisplay entlang einer Reihe dieser Einzelbildteilbereiche mit zugehörigen Optiken der Mehrkanaloptik 20 zeigt. Die Einzelbildteilbereiche sind beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordnet. Die von den Teilbereichen der Einzelbilder 22 abgedeckte Fläche, wie z.B. das kleinste Rechteck, das alle Einzelbildteilbe- reiche umfasst, umschließt beispielsweise eine Fläche mit einer Ausdehnung bzw. Weite, wie z.B. Bildschirmdiagonalen, von beispielsweise mehr als 40mm oder mehr als 2 Zoll bzw. 5cm, wie z.B. 2 bis 10 Zoll. The subregions of the individual image generation unit 18, in which the individual images 22 are displayed, are distributed two-dimensionally and arranged laterally next to each other, wherein FIG. 2 shows a section through the projection display along a row of these individual image subregions with associated optics of the multi-channel optical system 20. The frame sections are arranged, for example, in rows and columns. The area covered by the subregions of the frames 22, e.g. For example, the smallest rectangle that encompasses all the frame subareas encloses an area having a width, such as an area. Screen diagonals of, for example, more than 40mm or more than 2 inches or 5cm, e.g. 2 to 10 inches.
Wie es in Fig. 2 zu sehen ist, liegt das Array von Einzelbildteilbereichen 22 dem Array von Optiken 24 der Mehrkanaloptik 20 gegenüber, indem die Optiken 24 in Abstrahlrichtung der Einzelbilderzeugungseinheit 18 hinter ihrem jeweiligen Einzelbildteilbereich 22 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Optiken 24 der Mehrkanaloptik 20 und den Einzelbildteilbereichen 22 entspricht in etwa der Brennweite der Optiken 24, die Einzellinsen sein können, wie z.B. einfach- oder Doppel-Konvexlinsen oder Fresnellinsen. Andererseits wäre es möglich, dass die Mehrkanaloptik 20 einstückig gebildet ist, um die Optiken 24 zu bilden. As can be seen in FIG. 2, the array of frame subareas 22 opposes the array of optics 24 of the multichannel optics 20 by having the optics 24 in the emission direction of the frame generator 18 behind their respective frame subarea 22. The spacing between the optics 24 of the multichannel optics 20 and the frame portions 22 is approximately equal to the focal length of the optics 24, which may be single lenses, e.g. single or double convex lenses or Fresnel lenses. On the other hand, it would be possible for the multichannel optics 20 to be integrally formed to form the optics 24.
Um die Lagebeziehung zwischen dem Array der Optiken 24 und den Einzelbildteilbereichen 22 noch ein wenig mehr zu verdeutlichen, zeigt Fig. 3a eine Aufsicht auf das Projek- tionsdisplay 16. Insbesondere sind in Fig. 3a also in übereinanderliegender Weise die lateral nebeneinanderliegend in einem Array angeordneten Einzelbildteilbereiche 22 zu sehen sowie die Aperturen 34 der Optiken 24, deren Array-mäßige Anordnung in lateraler Richtung, wie bereits erwähnt, in dem Fall einer planaren Einspiegelfläche 10 und einer zur Blickrichtung des Insassen senkrechten Lage des virtuellen Bildes vorzugsweise kongruent zu der Array-mäßigen Anordnung der Einzelbildteilbereiche 22 ist. Die Kongruenz soll sich hier allerdings lediglich auf die Mitten der Einzelbildteilbereiche 22 und die Mitten der Optikaperturen 34 beziehen. Soweit die Flächeni rm bzw. -Ausdehnung der Einzelbildteilbereiche 22 und der Aperturen 34 betroffen ist, so kann es sein, dass die Flächenform unterschiedlich ist. Zum Beispiel ist die Flächeni rm der Einzelbildteilbereiche 22 im Wesentlichen rechteckig, aber sie kann auch zwischen den einzelnen Kanälen variieren, wie z.B. zur Korrektur kanalindividueller V erzeichnungs fehler der jeweiligen Kanaloptik 24. Von der kongruenten Anordnung der Einzelbilder 22 relativ zum Optikarray kann auch durch eine kanalindividuelle Anpassung an die Freiformgeometrie der Einspicgelflä- che 10 abgewichen werden, wie es später noch erläutert wird. In order to clarify the positional relationship between the array of the optics 24 and the individual image subregions 22 a little more, FIG. 3a shows a plan view of the projection display 16. In particular, in FIG. 3a, the laterally juxtaposed ones are arranged in an array As already mentioned, in the case of a planar mirror surface 10 and a position of the virtual image that is perpendicular to the viewing direction of the occupant, the apertures 34 of the optics 24, the apertures 34 of the optics 24, whose array arrangement in the lateral direction is preferably congruent to the array-moderate Arrangement of the frame portions 22 is. However, the congruence here should only refer to the centers of the individual image subregions 22 and the centers of the optical apertures 34. As far as the area or extent of the individual image subregions 22 and the apertures 34 is concerned, it may be that the surface shape is different. For example, the area of the frame portions 22 is substantially rectangular, but it may also vary between the individual channels, such as for correcting channel-specific registration errors of the respective channel optics 24. The congruent arrangement of the frames 22 relative to the optics array Deviations from the free-form geometry of the injection surface 10 can also be deviated from by a channel-specific adaptation, as will be explained later.
In Fig. 3a ist zur Verdeutlichung für jede Optik 24 auch noch das optische Zentrum 36 der jeweiligen Optik, d.h. beispielsweise die Position des Linsenscheitelpunktes bzw. die optische Achse oder Eintrittspupille der jeweiligen Optik gezeigt. Sie können, wie es in Fig. 3a veranschaulicht ist, zu den Aperturmitten der Aperturen 34 versetzt sein, aber eine für alle optische Zentren 36 mittige Ausrichtung zur jeweiligen Apertur 34 wäre auch möglich. Insbesondere kann die Versetzung derart gestaltet sein, dass auch die optischen Zentren 36 in einem Array angeordnet sind, das kongruent zu den Einzelbildteilbereichmitten ist. In Fig. 3a is for clarity for each optics 24 and the optical center 36 of the respective optics, i. For example, the position of the lens vertex or the optical axis or entrance pupil of the respective optics shown. As illustrated in Figure 3a, they may be offset from the apertured centers of the apertures 34, but central alignment with the respective apertures 34 for all optical centers 36 would also be possible. In particular, the offset may be configured such that the optical centers 36 are also arranged in an array that is congruent with the frame subregion centers.
Um die Kanäle, d.h. die Paare aus Optiken 24 und zugeordnetem Einzelbildteilbereich 22, in Fig. 2 mit 38 angezeigt, optisch voneinander zu trennen, d.h. zu verhindern, dass das Einzelbild 22 eines Nachbarkanals durch die Optik 24 des betrachteten Kanals in das Auge des Insassen gelangt, können optional zwischen Mehrkanaloptik 20 und Einzelbilderzeugungseinheit 18 zwischen den Kanälen vorzugsweise absorbierend wirkende Trennungen 40 vorgesehen sein, die in Abstrahlrichtung von den Einzelbildteilbereichsgrenzen zu den Aperturzwischenräumen bzw. Aperturgrenzen 42 verlaufen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Einzelbildteilbereichen 22 wie in Fig. 1 dargestellt, um Teilbereiche einer ansonsten durchgängigen Bildfläche eines Bildgebers 28, so dass die Mitten der Einzelbildteilbereiche 22 jederzeit in ihrer Lage verändert werden können, d.h. einer zentrischen Streckung und/oder einer Translation unterworfen werden können. Eine Verkleinerung des Einzelbildmittenabstandes relativ zu dem Mittenabstand der optischen Zentren 36 bestimmt eine Divergenz des von dem Projektionsdisplay ausgehenden Strahlungsfeldes und damit die Entfernung 14 des virtuellen Bildes im Sichtfeld des Insassen. Wie bereits erwähnt, befinden sich die optischen Zentren 36 vorzugsweise in der Mitte der Aperturen 34, d.h. die Mittenabstände von Aperturen 34 und optischen Zentren 36 sind gleich, aber ein größerer Abstand wäre ebenfalls denkbar. Around the channels, i. the pair of optics 24 and associated frame portion 22, indicated at 38 in Fig. 2, are optically separated from each other, i. In order to prevent the single image 22 of an adjacent channel from entering the eye of the occupant through the optical system 24 of the channel under consideration, it is optionally possible to provide between the channels preferably absorbent separations 40 between multi-channel optical system 20 and individual image generation unit 18 Aperturzwischenräumen or aperture boundaries 42 run. Preferably, the frame portions 22 as shown in FIG. 1 are portions of an otherwise continuous image area of an imager 28 such that the centers of the frame portions 22 can be changed in position at any time, i. centric stretching and / or translation. A reduction of the frame center distance relative to the center distance of the optical centers 36 determines a divergence of the radiation field emanating from the projection display and thus the distance 14 of the virtual image in the field of view of the occupant. As already mentioned, the optical centers 36 are preferably in the center of the apertures 34, i. the center distances of apertures 34 and optical centers 36 are the same, but a greater distance would also be conceivable.
Fig. 3b und 3c veranschaulichen für den exemplarischen Fall gleicher Mittenabstände von Aperturen 34 und optischen Zentren 36 den Strahlcngang den Einfluss des V eränderung des Mittenabstands der Einzelbildbereichsmitten: Fig. 3c zeigt einen größeren Einzelbild- bereichsmittenabstand Pßiider als Fig. 3c. so dass die kanalindividuellen optischen Achsen 35 in dem Fall von Fig. 3c weniger divergent sind und das virtuelle Bild 37 einen geringen Abstand Lgesamt von dem Auge 39 des Insassen aufweist. Wie später beschrieben wird kann eine solche Verstellung von der Bildsteuerung 30 durchgeführt werden, die die Einzelbilder 22 entsprechend in der Ebene des Bildgebers 28 platziert, und die Verstellung kann automatisch anhand eines beispielsweise einer Eyetrackersensorsignals geschehen oder auch durch Benutzersteuerung. Figures 3b and 3c illustrate, for the exemplary case of equal center distances of apertures 34 and optical centers 36, the effect of varying the pitch of the frame areas of the frame: Figure 3c shows a larger frame center distance Pβiider than Figure 3c. so that the channel-individual optical axes 35 are less divergent in the case of Fig. 3c, and the virtual image 37 has a low distance L tal from the eye 39 of the occupant. As will be described later, such an adjustment can be made by the image controller 30, which places the frames 22 respectively in the plane of the imager 28, and the adjustment can be made automatically done using an example of an eye track sensor signal or by user control.
Fig. 3b und c zeigen auch folgendes: Die einzelnen Kanäle decken die EMB bereichsweise ab. In der gezeigten Position des Auges 39 sieht der Insasse über die Szene bzw. das Bild 37 über den mittleren Kanal 38, aber wenn der Insasse sich mit dem Auge 39 nach unten Bewegt, sieht er die Szene über den nächsten Kanal 38 links daneben usw. Diese Anschüsse müssen, um für den Insassen unmerklich zu sein, genau zueinander justiert sein, d.h. das Bild 37, dass der Insasse beim Übergang zwischen den Kanälen sieht, muss gleich bzw. an der gleichen Stelle sein, denn ansonsten sieht der Insasse unschöne Übergänge bzw. sieht er in den Übergangsbereichen das Bild inkorrekt, und betrachtet man das Miteinander beider Augen des Betrachters, so kann die Abdeckung der EMB so gestaltet sein, dass die beiden Augen des Betrachters stets in verschiedene Kanäle schauen, d.h. so dass die den einzelnen Kanälen zugeordneten EMB-Bereiche in waagerechter Richtung kleiner als der Augenabstand sind, oder so, dass dies nur an Grenzen zwischen waagerecht nebeneinanderliegenden Bereichen der EMB der Fall ist. Auf jeden Fall kann es wünschenswert sein,die Akkomodation der Augen an die Konvergenz der Augen zu anzupassen. Wie gesagt könnte nun die Einzelbilderzeugungseinheit (18) so ausgebildet sein, die Mehrzahl von Einzelbildern 22 so erzeugt, dass jedes Einzelbild einen gesamten zu übertragenden Bildinhalt enthält. Unabhängig davon, wo sich die Augen des Insassen befinden, sähe er dann die gesamte Szene. Ein Auge des Insasse sähe auch nach Bewegung von einem durch einen ersten Kanal abgedeckten Bereich der Eye-Motion-Box in durch zu dem ersten Kanal benachbarte Kanäle abgedeckte Bereiche der Eye-Motion-Box die gleiche Szene, die das Auge aus dem durch den ersten Kanal abgedeckten Bereich sah, und zwar bezogen auf alle EMB-Bereich bzw. alle Kanäle. Das muss aber nicht sein. Der Umstand könnte auch lediglich bezogen auf Untergruppen der Kanäle bzw. der zugeordneten EMB-Bereich gelten. Es könnte sein, dass Teile des Szene nur aus bestimmten EMB-Bereichsgruppen sichtbar bzw. nur in einer bestimmten Gruppe von Kanälen gezeigt werden, wie z.B. in einer Gruppe von Bereichen, die einen unteren EMB -Rand, oder einen rechten und/oder linken EMB-Rand abdecken. Nur die Einzelbilder der entsprechenden Kanäle zeigten dann den entsprechenden Teil der Szene, wie z.B. einen Radioprogrammsender oder einen Abbiegepfeil oder dergleichen, bzw. blendeten diese Teile in die entsprechenden Abschnitte der EMB ein, um aus dem übrigen Teil der EMB nicht sichtbar zu sein. Wie es im Folgenden noch erläutert werden wird, ist der Zwischenraum 42 zwischen den Aperturen 34 ein bei dem Entwurf des Pro j ektionsdi splays zu beachtender Punkt, da aufgrund der Tatsache, dass das Projektionsdisplay zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes 32 in die Sicht eines Insassen dient, die Entfernung 12. aus der der Insasse über die Einspiegelungsfläche 10 eben auch auf das Projektionsdisplay 16 schauen kann, so weit ist, dass das Auge des Insassen Gefahr laufen könnte, auf die Zwischenräume 42 zu fokussie- ren. Die Zwischenräume 42 sollten deshalb möglichst klein sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrkanaloptik 20 so ausgebildet, dass die Einzelaperturen 34 der Optiken 24 aller Kanäle 38 flächenmäßig mit weniger als 10% Zwischenraum 42 aneinan- dergrenzen. Fig. 3b and c also show the following: The individual channels cover the EMB area by area. In the shown position of the eye 39, the occupant sees over the scene 37 via the middle channel 38, but when the occupant moves down with the eye 39 he sees the scene via the next channel 38 to the left, and so on. In order to be imperceptible to the occupant, these connections must be precisely adjusted to one another, ie the image 37 that the occupant sees at the transition between the channels must be the same or in the same place, because otherwise the occupant sees unsightly transitions or If he sees the image incorrectly in the transition areas, and if one considers the coexistence of both eyes of the observer, then the EMB cover can be designed such that the two eyes of the observer always look into different channels, ie so that they correspond to the individual channels EMB areas in the horizontal direction are smaller than the eye relief, or so that this is only possible at boundaries between horizontally adjacent areas of the EMB Case is. In any case, it may be desirable to adapt the accommodation of the eyes to the convergence of the eyes. As already stated, the individual image generation unit (18) could now be designed to generate the plurality of individual images 22 such that each individual image contains an entire image content to be transmitted. Regardless of where the occupant's eyes are, he would then see the entire scene. An eye of the occupant, even after moving from a portion of the eye-motion box covered by a first channel to portions of the eye-motion box covered by channels adjacent to the first channel, would see the same scene as the eye through the first Channel covered area, referring to all EMB area or all channels. This need not be. The circumstance could also apply only to subgroups of the channels or the associated EMB area. It could be that parts of the scene are only visible from certain EMB area groups or shown only in a certain group of channels, such as in a group of areas having a lower EMB margin, or a right and / or left EMB Cover the edge. Only the frames of the respective channels then showed the corresponding part of the scene, such as a radio program transmitter or a turn-off arrow or the like, or faded these parts into the corresponding portions of the EMB so as not to be visible from the remainder of the EMB. As will be explained later, the gap 42 between the apertures 34 is a point to consider in the design of the projection slide because of the fact that the projection display serves to mirror an image 32 to be displayed into the view of an occupant , the distance 12th from the inmate over the It is also possible for the user's eye to focus on the intermediate spaces 42. The gaps 42 should therefore be as small as possible. According to one exemplary embodiment, the multichannel optical system 20 is designed so that the individual apertures 34 of the optics 24 of all the channels 38 are adjacent to one another in terms of area with less than 10% gap 42.
In Fig. 3 a ist mit einem Kreuz 43 eine Mitte des Arrays von Einzelbildbereichsmitten dargestellt. Eine zentrische Streckung der Einzelbildbereichsmitten relativ zu dieser Mitte 43 führt zu einer Veränderung der Entfernung 14 des virtuellen Bildes von der Einspiegelflä- che 10, während eine translatorische Bewegung der Einzelbildbereichsmitten zu einer gleichartigen Bewegung der Mitte 43 führt. Die Verbindungslinie zwischen Mitte 43 und einer Mitte des Arrays der optischen Zentren 36 wiederum bildet eine Art Mitte des optischen Strahlenganges 44 der von dem Projektionsdisplay 16 zu dem Insassen hin führt und dort die EMB definiert. Durch translatorische Bewegung des Arrays aus Einzelbildbereichsmitten und damit der Position 43 relativ zu der Mitte der optischen Zentren 36 ergibt sich somit eine Lageveränderung der EMB, wodurch es möglich ist, einer Kopfbewegung des Insassen zu folgen, damit dieser das virtuelle Bild auch immer sehen kann, wie es im Folgenden noch erläutert wird. In Fig. 3a with a cross 43 is shown a center of the array of frame center areas. A centric extension of the image area centers relative to this center 43 results in a change in the distance 14 of the virtual image from the mirror surface 10, while a translational movement of the image area centers leads to a similar movement of the center 43. The connecting line between center 43 and a center of the array of optical centers 36 in turn forms a kind of center of the optical beam path 44 which leads from the projection display 16 to the occupant and there defines the EMB. By translational movement of the array of image area centers and thus the position 43 relative to the center of the optical centers 36 thus results in a change in position of the EMB, whereby it is possible to follow a head movement of the occupant, so that he can see the virtual image always, as will be explained below.
Hierzu sei noch auf Fig. 3d Bezug genommen, dass eine gegenüber Fig. 3c nach unten verschobene EMB zeigt, um beispielsweise einer von 39 auf 39' verschobenen Augenposition Rechnung zu tragen. Wie es zu sehen ist, wurde gegenüber Fig. 3c das Array von Einzelbildbereichsmitten zum Insassen hin verschoben, wie z.B. durch die Bildsteuerung. For this purpose, reference is made to FIG. 3d, in that an EMF shifted downwards relative to FIG. 3c is shown in order, for example, to take account of an eye position displaced from 39 to 39 '. As can be seen, in contrast to Fig. 3c, the array of frames has been shifted toward the occupant, e.g. through the image control.
Während also die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Systeme eine einkanalige Optik zur Generierung eines virtuellen Bildes unabhängig von der Art der eingesetzten Einspiegeloberfläche verwendeten, stellt das Bezug nehmend auf die Figuren 1 bis 3 beschriebene Ausführungsbeispiel eine Umsetzung eines Konzepts zur Projektion virtueller Bilder dar, das viele Vorteile gegenüber den in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Systemen aufweist. Dabei kann das Display eine Größe von 2 bis 10 Zoll aufweisen. In dem vorgeschalteten Linsenarray 20 ist jede der dort enthaltenen Optiken 24 in einem Abstand zu dem jeweiligen Einzelbild 22 positioniert, so dass eine virtuelle Abbildung des zugeordneten Display-Bereiches des Bildgebers 28 erfolgt. Insbesondere entspricht der Optik- Einzelbild- Abstand gemäß der paraxialcn Abbildungsgleichung einer Objektweite, welche etwas unterhalb der Brennweite der Optiken 24 liegt. Es ergibt sich somit ein Array aus Projektionsoptiken 24, welche durch ihre möglichst dichte, zweidimensionale Anordnung der Pupillen 36 ein zusammenhängendes virtuelles Gesamtbild ergeben. Gegenüber einka- naligen Systemen, wie sie in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurden, kann aufgrund der vergleichsweise kleinen Brennweiten der Optiken 24 der einzelnen Kanäle 38 bei gleichem Sichtfeld bzw. FOV eine deutlich kompaktere Bautiefe bzw. ein deutlich kompakteres Systemvolumen erreicht werden. Thus, while the systems mentioned in the introduction to the introduction used a single-channel optical system to generate a virtual image regardless of the type of mirror surface used, the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 represents an implementation of a concept for projecting virtual images, which has many advantages compared to the systems described in the introduction. The display can have a size of 2 to 10 inches. In the upstream lens array 20, each of the optics 24 contained therein is positioned at a distance from the respective individual image 22, so that a virtual image of the associated display region of the image generator 28 takes place. In particular, the optics frame distance corresponds to the paraxialcn imaging equation of an object width, which is slightly below the focal length of the optics 24. This results in an array of projection optics 24, which result in a coherent overall virtual image by their dense, two-dimensional arrangement of the pupils 36. Compared to Naligen systems, as described in the introduction to the description, due to the relatively small focal lengths of the optics 24 of the individual channels 38 in the same field of view or FOV a much more compact depth or a much more compact system volume can be achieved.
Durch die vergleichsweise großen Abstände 12 des Auges des Insassen zum Linsenarray 20 im Vergleich zu beispielsweise Near-Eye-HMD bzw. Videobrillen- Anwendungen, werden, wie soeben beschrieben, besondere Ansprüche an die Minimierung der Sichtbarkeit der Linsenoberflächen der Linsen 24 gestellt. Hierfür sind folgende technische Maßnah- men nützlich, welche die Sichtbarkeit der Einzelpupillen reduzieren: die Hinterleuchtung könnte vorteilhaft so designed werden, dass keine Streulicht entsteht, das die Bildqualität im Auge des Betrachters beeinträchtigt. - eine kollimierte Hinterleuchtung könnte verwendet werden, um die Systemeffizienz zu steigern. Kollimierend wirkende Elemente zur Verringerung der Divergenz der flächigen Abstrahlung der Lichtquelle 26, die die Hinterleuchtung des Bildgebers 28 erzeugt, können unterschiedlich ausgeführt sein. Eine Möglichkeit bestünde in der Verwendung eines Kollimators pro Einzelbildbereich 22. Die Verringerung der Divergenz sorgt für eine höhere Lichtausbeute des von dem Insassen gesehenen virtuellen Bildes. ein Feldlinsenarray könnte beispielsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, zwischen Bildgeber 28 und Lichtquelle 26 angeordnet sein und eine Feldlinse pro Einzelbildbereich 22 aufweisen, und zwar derart, dass eine Köhlersche Beleuchtung jedes Einzelprojektionskanals 38 erzielt wird. Die zusätzliche Verwendung des Feldlinscnarrays 28 zwischen Hinterleuchtung 26 und Bildgeber 28 gewährleistet die Köhlersche Beleuchtung eines jeden Einzelkanals 38 und steigert damit die Effizienz noch weiter sowie für einen homogeneren Helligkeitseindruck über das virtuelle Bild hinweg. As a result of the comparatively large distances 12 of the occupant's eye to the lens array 20 in comparison with, for example, near-eye HMD or video glasses applications, special demands are placed on minimizing the visibility of the lens surfaces of the lenses 24, as just described. The following technical measures are useful for this, which reduce the visibility of the individual pupils: the backlighting could advantageously be designed in such a way that no stray light is produced which affects the image quality in the eye of the observer. - A collimated backlighting could be used to increase system efficiency. Collimating elements for reducing the divergence of the surface radiation of the light source 26, which produces the backlighting of the imager 28, can be designed differently. One way would be to use one collimator per frame area 22. Reducing the divergence provides for a higher light output of the virtual image seen by the occupant. For example, as shown in FIG. 4, a field lens array could be located between imager 28 and light source 26 and have one field lens per frame area 22, such that Köhler illumination of each individual projection channel 38 is achieved. The additional use of Feldlinscnarrays 28 between the backlight 26 and imager 28 ensures the Köhler illumination of each individual channel 38 and thus increases the efficiency even further and for a more homogeneous impression of brightness across the virtual image.
Vorzugsweise sind die Einzelaperturen 34, die beispielsweise quadratische, rechteckige, hexagonale oder runde Formen (Pupillenformen) annehmen können, vorzugsweise dicht gepackt, damit die Kanalzwischenbereiche 42 für den Insassen möglichst kaum sichtbar sind. wie bereits erwähnt wurde, können die Optiken 24 durch Fresnellinsen gebildet sein. Ein solches Fresnellinsenarray zur Bildung der Mehrkanaloptik 20 würde die Aufbauhöhe des Projektionsdisplays 16 weiter reduzieren sowie auch erzielen kön- nen, dass die Fresnellinsenoberfläche für den Betrachter weniger sichtbar ist, da das Streulicht an der Fresnellinsenoberfläche vom Auge des Betrachters nicht aufgelöst werden könnte. Preferably, the individual apertures 34, which may assume, for example, square, rectangular, hexagonal or round shapes (pupil shapes), are preferably tightly packed so that the channel intermediate regions 42 are as little as possible visible to the occupant. As already mentioned, the optics 24 may be formed by Fresnel lenses. Such a Fresnel lens array for forming the multi-channel optical system 20 would further reduce the construction height of the projection display 16 as well as achieve it. NEN that the Fresnel lens surface is less visible to the viewer, since the scattered light on the Fresnel lens surface could not be resolved by the eye of the observer.
Bisher gingen die Ausfuhrungsbeispiele 1 und 4 zumindest in den dargestellten Varianten davon aus. dass die Einspiegeloberfläche 10 planar ist, was in dem Fall von Automobilen beispielsweise dadurch erzielt werden kann, dass der eigentlichen Windschutzscheibe eine semi-transparente Scheibe vorgelagert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist dies nicht der Fall. Der prinzipielle Aufbau des Projektionsdisplays 16 von Fig. 5 entspricht demjenigen von Fig. 4: auf dem hinterleuchteten Display 18, hier exemplarisch mit Feld- linsenarray 44 zwischen flächiger Lichtquelle 26 und Bildgeber 28, werden jeweils Bilder 22, welche beispielsweise den gesamten zu übertragenden Bildinhalt enthalten, in einem Array nebeneinander liegend dargestellt. Jedes dieser Teilbilder 22 wird durch eine zugeordnete Linse 24 der Mehrkanaloptik 20 als virtuelles Bild abgebildet. Durch diese Anordnung entsteht für den Betrachter ein zusammenhängendes, virtuelles Gesamtbild in seinem Sichtfeld, nämlich durch die Einspiegelung in seine Sicht. In dem Fall von Fig. 5 handelt es sich allerdings bei der Einspiegeloberfläche 10 um eine gekrümmte Oberfläche, wie z.B. um die Frontscheibe eines Automobils. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 kann die Bildsteuerung 30 dazu ausgelegt sein, kanal weise bzw. kanalindividuelle Vorverzerrungen der Einzelbilder 22 vorzunehmen. Dies kann eine vorteilhafte Auswirkung auf die von dem Betrachter wahrgenommene Bildqualität haben. Anders ausgedrückt kann die Bildsteuerung eine kanalweise Aberrati- ons- bzw. Verzeichniskorrektur durchführen, um eine perfekte Superposition der virtuellen Bilder der einzelnen benachbarten Kanäle 38 sicherzustellen, um somit auch die Wölbung der Frontscheibe 10 zu kompensieren. Ein wenig genauer ausgedrückt kann die Bildsteuerung dafür sorgen, durch Verschiebung der Einzelbilder 22 gegenüber ihren bezogen auf das Array von optischen Zentren 36 kongruenten Position die Krümmungsunterschiede auszugleichen, die die einzelnen Kanäle von der gekrümmten Einspiegclfläche 10„sehen". Das ist beispielsweise in Fig. 3e gezeigt, aus der im Vergleich mit Fig. 3b die veränderten Positionen der Einzelbilder 22 bei gleicher Bildentfernung zu entnehmen ist. Die lateralen Verschiebungsvektoren der Einzelbilder 22 würden natürlich bei einer kontinuierlich gekrümmten Einspiegelfläche 10 sich nur kontinuierlich über das Array von Einzelbildern 22 hinweg ändern. Durch diese kanalindividuelle Einzelbildverschiebung würde wieder die im Vorhergehenden erwähnte Anpassung der Kanal Übergänge in der EMB erzielt werden. Zum Vergleich zeigt Fig. 3f den Fall bzw. die optischen Achsen der Kanäle ohne eine solche kanalindividuelle Lagekorrektur der Einzelbilder 22. d.h. sie sitzen an den zu den optischen Zentren kongruent verteilten Positionen - trotz gekrümmter Fläche 10. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, sind die Anschlüsse der Kanäle in der EMB hier nicht richtig: Sie überlagern sich, was bedeutet, dass der Insasse gleichzeitig unterschiedlicher Bilder sieht. So far, the exemplary embodiments 1 and 4 were at least in the illustrated variants of it. that the mirror surface 10 is planar, which can be achieved in the case of automobiles, for example, in that the actual windshield is preceded by a semi-transparent disc. In the embodiment of Fig. 5 this is not the case. The basic structure of the projection display 16 of FIG. 5 corresponds to that of FIG. 4: on the backlit display 18, here by way of example with the field lens array 44 between the planar light source 26 and the imager 28, images 22 which contain, for example, the entire image content to be transmitted contained in an array next to each other. Each of these partial images 22 is imaged by an associated lens 24 of the multi-channel optical system 20 as a virtual image. This arrangement creates for the viewer a coherent, virtual overall picture in his field of vision, namely by the reflection in his view. In the case of Fig. 5, however, the mirror surface 10 is a curved surface such as the windshield of an automobile. In the exemplary embodiment of FIG. 5, the image controller 30 may be designed to perform channel-wise or channel-specific predistortions of the individual images 22. This can have a beneficial effect on the image quality perceived by the viewer. In other words, the image controller can perform a channel-wise aberration correction to ensure perfect superposition of the virtual images of the individual adjacent channels 38, thus also compensating for the curvature of the front screen 10. To put it a little more precisely, the image control can compensate for the curvature differences that the individual channels "see" from the curved imaging surface 10 by displacing the images 22 relative to their position in relation to the array of optical centers 36. For example, see FIG. 3e shows the changed positions of the individual images 22 at the same image distance compared with FIGURE 3b. Of course, the lateral displacement vectors of the individual images 22 would only change continuously over the array of individual images 22 in the case of a continuous curved mirror surface 10. This channel-specific frame shift would again result in the above-mentioned adaptation of the channel transitions in the EMB For comparison, Fig. 3f shows the case or the optical axes of the channels without such a channel-individual position correction of the individual images 22 e sit at the congruent to the optical centers distributed positions - despite curved surface 10. As without Further, the ports of the channels in the EMB are not correct here: they overlap, which means that the occupant sees different images at the same time.
Da aber, wie in Fig. 3e ersichtlich, jeder Kanal 38 auch nur einen über einen kleinen Ab- schnitt Freiform fläche 10 die Abbildung vornimmt, beschränken sich die Abbildungsfehler auf niedrigere Ordnungen, so dass sie leichter korrigierbar sind. Jede Optik 24 kann individuell so gefertigt sein, dass beispielweise ein Astigmatismus, wie er sich aus einer vertikaler und horizontaler Richtung unterschiedlich gekrümmte Fläche 10 ergibt, kompensiert wird, nämlich durch einen entsprechenden individuellen Astigmatismus der Optiken 24. Auch der geringe Abstand der Pupillen der Optiken 24 zur Fläche 10 macht sich hier positiv bemerkbar. However, since, as can be seen in FIG. 3e, each channel 38 performs only one image over a small section of free-form surface 10, the aberrations are limited to lower orders, so that they are easier to correct. Each optic 24 can be made individually so that, for example, an astigmatism, as it results from a vertical and horizontal direction differently curved surface 10, is compensated, namely by a corresponding individual astigmatism of the optics 24. Also the small distance of the pupils of the optics 24 to the surface 10 makes a positive impression here.
In anderen Worten ausgedrückt, können die Mitten der Einzelbilder derart platziert und die Einzelbilder derart individuell vorverzerrt werden, dass in dem aus den Einzelbildern 22 durch die virtuelle Abbildung derselben entstehenden virtuellen Gesamtbild Bereiche von Einzelbilderanschlüssen aneinander nicht sichtbar sind. Dies erfolgt durch Berechnung der Sollpositionen von zwei im Gesamtbild anschließenden Bildpunkten zweier Kanäle mit jeweils bekannter Feldgröße (= Lage bzgl. Linsenmittelpunkt, dies bestimmt Verzeichnung) unter Kenntnis der durch die Einzeloptik bzw. Einspiegeloberfläche 10 eingebrach- ten feldabhängigen Verzeichnung oder Astigmatismus. Es erfolgt eine anschließende individuelle Transformation aller Teilbilder, was einer kanalweisen Vorverzerrung und, oder - Vorverzeichnung, entspricht, mit dem Ziel eines guten Gesamtbildeindruckes, frei von sichtbaren Bildanschlüssen. Fig. 5b zeigt lediglich noch einmal die Szene aus Fig. 5a aus einem leicht anderen Blickwinkel. Wie gesagt, ist der Unterschied der Fig. 5a und 5b zu der Fig. 4 lediglich derjenige, dass bei Fig. 4 lediglich eine planare, reflektive optische Oberfläche zur Generierung eines mit der Umwelt überlagerten virtuellen Bildes zum Einsatz kam. Kommt eine Freiform- Einspiegeloberfläche 10 zum Einsatz, wie sie in den Figuren 5a und 5b dargestellt ist, kann die kanalweise Kompensation der aberrierenden Wirkung dieser Oberfläche 10 durch die Manipulation der Einzel proj ekt ionen bzw. eine Bildvorverarbeitung in der Bildstörung 30 kompensiert oder zumindest reduziert werden. In other words, the centers of the individual images can be placed in such a way and the individual images can be individually predistorted in such a way that regions of individual image connections to each other are not visible in the overall virtual image resulting from the individual images 22. This is done by calculating the desired positions of two pixels in the overall image following two channels with known field size (= position with respect to the lens center, this determines distortion) with knowledge of the introduced by the single lens or mirror surface 10 field-dependent distortion or astigmatism. A subsequent individual transformation of all partial images, which corresponds to a channel-wise predistortion and / or pre-distortion, takes place with the goal of a good overall image impression, free from visible image connections. Fig. 5b shows only once again the scene of Fig. 5a from a slightly different angle. As already mentioned, the difference between FIGS. 5a and 5b and FIG. 4 is merely that in FIG. 4 only a planar, reflective optical surface was used for generating a virtual image superimposed on the environment. If a free-form reflecting surface 10 is used, as shown in FIGS. 5a and 5b, the channel-wise compensation of the aberrating effect of this surface 10 can be compensated for or at least reduced by the manipulation of the individual projections or image preprocessing in the image disturbance 30 become.
Fig. 6 zeigt den Einsatz vorhergehend beschriebener Projektionsdisplays in einem Auto- mobil 50. Insbesondere ist das Projektionsdisplay 16 von Fig. 4 dargestellt. Das heißt, es befindet sich in Fahrt- und Sichtrichtung 52 hinter der Instrumententafel 54 des Sitzplatzes 56 für den Fahrer des Automobils 50 an der Innenseite der Frontscheibe 58 eine eigens zur Einspiegdung vorgesehene, vorzugsweise planare Scheibe 56. auch Combiner 60 genannt. über welche/welchen das Projektionsdisplay 16 die Einspiegelung des virtuellen Bildes in die Sicht des Fahrers vornimmt. Fig. 6 stellt also die Verwendung einer separaten optischen Fläche 60 zur Einspiegelung des virtuellen Bildes in das direkte Sichtfeld des Fahrers dar. Das virtuelle Gesamtbild ergibt sich aus der Überlagerung einer Vielzahl zweidi- mensional verteilter Einzelprojektoren, die aus der zweidimensionalen Anordnung von Kanälen 38 gebildet werden. FIG. 6 shows the use of previously described projection displays in an automobile 50. In particular, the projection display 16 of FIG. 4 is shown. That is, it is located in the direction of travel and sight 52 behind the instrument panel 54 of the seat 56 for the driver of the automobile 50 on the inside of the windscreen 58 a specially designed for Einspiegdung, preferably planar disc 56. Also called combiner 60. via which / which the projection display 16 performs the reflection of the virtual image into the driver's view. Thus, FIG. 6 illustrates the use of a separate optical surface 60 for reflecting the virtual image into the driver's direct field of vision. The overall virtual image results from the superposition of a multiplicity of two-dimensionally distributed individual projectors formed from the two-dimensional arrangement of channels 38 become.
Die Figuren 7a und 7b stellen noch einmal den Einsatz der Frontscheibe 58 als einspiegelndes optisches Element 10 im Strahlengang dar. Die Multikanalanordnung des Projekti- onsdisplays 16 erlaubt die Kompensation der durch diese Fläche 58 eingebrachten Aberrationen, nämlich beispielsweise der Verzeichnung und des Astigmatismus. Die Kompensation kann auf elektronischem Wege, wie z.B. über die vorerwähnte Bildsteuerung 30, geschehen. Es kann allerdings auch eine kanalindividuelle Anpassung der Form der optisch wirksamen Oberflächen der Optiken 24 schon bei der Herstellung vorgesehen werden. FIGS. 7a and 7b once again illustrate the use of the front screen 58 as a reflecting optical element 10 in the beam path. The multi-channel arrangement of the projection display 16 permits the compensation of the aberrations introduced by this surface 58, namely, for example, distortion and astigmatism. The compensation can be done electronically, e.g. via the aforementioned image control 30, done. However, it is also possible for a channel-specific adaptation of the shape of the optically effective surfaces of the optics 24 to be provided during the production.
Gegenüber konventionellen einkanaligen HUDs mit beispielsweise einem Mehrfachspiegelsystem, ergibt sich durch die kürzeren Abstände der Projektorpupillen, d.h. der Eintrittspupillen der Optiken 24, zur Einspiegelfläche 10, nämlich der Windschutzscheibe 58 im Fall von Fig. 7a und 7b, eine starke Vereinfachung der Aberrationsminimierung. Wie beschrieben, kann die Lage bzw. der Abstand 14 der virtuellen Bildebene, in der sich die einzelnen Teilbilder 22 für den Betrachter bzw. den Insassen überlagern, durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Abstände zwischen den Zentren der Einzelbilder 22 auf dem Bildgeber 28 beeinflusst werden. Somit ist eine rein softwaretechnische Anpassung der Bildweite des virtuellen Bildes bzw. eine Anpassung der Projektionsabstände möglich. Eine Vergrößerung der Abstände der Bildzentren der Einzelbilder 22 zueinander vergrößert dabei den Abstand der virtuellen Bildebene vom Betrachter. Compared to conventional single-channel HUDs with, for example, a multiple mirror system, the shorter distances between the projector pupils, i. the entrance pupil of the optics 24, the mirror surface 10, namely the windshield 58 in the case of Fig. 7a and 7b, a strong simplification of aberration minimization. As described, the location or distance 14 of the virtual image plane in which the individual sub-images 22 overlap for the viewer or occupants may be influenced by increasing or decreasing the distances between the centers of the individual images 22 on the imager 28 , Thus, a purely software-technical adaptation of the image width of the virtual image or an adaptation of the projection distances is possible. An enlargement of the distances of the image centers of the individual images 22 to each other thereby increases the distance of the virtual image plane from the viewer.
Eine Dezentrierung des Auges des Beobachters, d.h. des Fahrers in dem Fall der Ausführungsbeispiele von Fig. 6-7b, bezüglich der optischen Achse des Projektionsdisplays 16. d.h. bezüglich der Mitte des Strahlenganges 45 in dem Fall lateral gegeneinander nicht- verschobener Mitten des Einzelbildbereichmittenarrays gegenüber dem Array von optischen Zentren, kann zur Wahrnehmung von Geisterbildern durch die Betrachtung von Teilbildern des Bildgebers nicht durch die zugeordneten, sondern durch benachbarte Optiken 24 führen, d.h. durch einen sogenannten„crosstalk" bzw. Übersprechen. Zur Vermei- dung können die optional vorgesehenen Trennungen 44 verwendet werden. Eine durch die Bildvorverarbeitung in der Bildsteuerung 30 gesteuerte, gleichmäßige seitliche oder Höhenverschiebung aller Teilbilder 22 auf dem Bildgeber 28 ermöglicht in bestimmten Grenzen die Kompensation einer solchen Dezentrierung zur Vermeidung von Crosstalk. In anderen Worten ausgedrückt, ist es möglich, das Projektionsdisplay 16 mit einem Sensor zum Eye-Tracking zu ergänzen. Ein solcher ist in Fig. 7a exemplarisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 70 versehen. Dieser Sensor 70 könnte mit der Bildsteuerung 30 verbunden sein, die wiederum aus den gewonnenen Lageinformationen des Augapfels des Fahrers ein Sollsignal zur Dezentrierung der Teilbilder 22 ableitet bzw. die Teilbilder 22 entsprechend so positioniert, dass beispielsweise die optische Achse 45 zum Auge hin führt und die zuvor beschriebene Dezentrierung der Augen des Insassen relativ zur Strahlmitte 45 nicht zu Geisterbildern führt. Die Bildsteuerung 30 wird also in Abhängigkeit von der Lage der Augen des Fahrers bzw. Insassen eine translatorische Verschiebung der Teilbilder 22 bzw. der Teilbildbereichsmitten durchführen, derart, dass beispielsweise die optische Achse 45 in Richtung der Augen zeigt. A decentering of the eye of the observer, ie the driver in the case of the embodiments of Figs. 6-7b, with respect to the optical axis of the projection display 16, ie with respect to the center of the beam path 45 in the case of laterally non-displaced centers of the frame center region relative to the observer An array of optical centers can lead to the perception of ghost images by the observation of partial images of the image generator, not by the associated but by adjacent optics 24, ie by a so-called "crosstalk." To avoid this, the optionally provided separations 44 A uniform lateral or vertical displacement of all partial images 22 on the image generator 28 controlled by the image preprocessing in the image control 30 makes it possible within certain limits to compensate for such decentration in order to avoid crosstalk. In other words, it is possible to supplement the projection display 16 with an eye-tracking sensor. Such is illustrated by way of example in FIG. 7 a and provided with the reference numeral 70. This sensor 70 could be connected to the image controller 30, which in turn derived from the obtained position information of the eyeball of the driver, a target signal for decentering the sub-images 22 and the sub-images 22 are positioned so that, for example, the optical axis 45 leads to the eye and the previously described decentering the eyes of the occupant relative to the beam center 45 does not lead to ghosting. The image controller 30 will thus perform a translational shift of the partial images 22 or of the partial image region centers as a function of the position of the eyes of the driver or occupant such that, for example, the optical axis 45 points in the direction of the eyes.
Anstelle einer automatischen, über den Eye-Tracker 70 gesteuerten Veränderung der Lage der EMB oder zusätzlich, wäre es möglich, dass in beispielsweise der Instrumententafel 54 oder anderenorts, wie z.B. am Armaturenbrett eine manuelle Eingabemöglichkeit für den Insassen besteht, um die Änderung der Lage der EMB bzw. einer Änderung der Richtung der optischen Achse 45 durchzuführen. In Abhängigkeit von dem Sensor 70 und/oder der manuellen Eingabemöglichkeit, wäre es auch möglich, die Zentrierung, d.h. die Einstellung des Abstands 14 des virtuellen Bildes zu ermöglichen, wie z.B. zur Anpassung an eine Fehlsichtigkeit des Insassen und unterschiedliche Objekte im Bild an unterschiedlichen Entfernungen. Eine Vollfarbdarstellung kann durch ein zeitsequentielles Durchschalten der Teilbilder 22 in den Grundfarben RGB erreicht werden. Alternativ sind auch RGB-Pixeltripel bzw. Su- perpixel denkbar, die allerdings die für eine gegebene Pixelgröße die darstellbare Pixelzahl verringern. Farbquerfehler im virtuellen Bild sind durch geeignete Bildvorverarbeitung zur farbabhängigen Vorverzerrung der Grundfarbbilder vorkompensierbar. Instead of an automatic change of the position of the EMB controlled via the eye tracker 70 or in addition, it would be possible for example in the instrument panel 54 or elsewhere, such as e.g. on the dashboard there is a manual input facility for the occupant to perform the change in the position of the EMB or a change in the direction of the optical axis 45. Depending on the sensor 70 and / or the manual input option, it would also be possible to adjust the centering, i. to allow the adjustment of the distance 14 of the virtual image, e.g. to adapt to a refractive error of the occupant and different objects in the image at different distances. A full-color representation can be achieved by a time-sequential switching of the partial images 22 in the primary colors RGB. Alternatively, RGB pixel triplets or superpixels are also conceivable which, however, reduce the number of pixels that can be represented for a given pixel size. Color transverse defects in the virtual image can be precompensated by suitable image preprocessing for the color-dependent predistortion of the primary color images.
Zu den obigen Ausführungsbeispielen wird nun darauf hingewiesen, dass dieselben nicht auf die Anwendung in Automobilen eingeschränkt sind. Ferner können statt hinterleuchteten Displays bzw. Bildgebem 28 auch selbstleuchtende Displays bzw. Bildgeber verwendet werden. Es wäre auch femer möglich, dass für jedes Einzelbild oder für eine Untermenge der Teilbilder ein eigener Bildgeber verwendet wird. Ferner könnte statt eines pixellierten Bildgebers auch eine Maske, wie z.B. eine Chrommaske, pro Einzelbild vorgesehen sein, ggf. sogar mit bereichsweiser Hinterleuchtung einzelner Masken- bzw. Bildobjekte in den einzelnen Einzelbildern. Bei allen Ausführungsbeispielen ist es möglich unterschiedliche Objekte in dem Bild in unterschiedlichen Bildentfernungen anzuzeigen, wie z.B. Geschwindigkeitsabhängig. As for the above embodiments, it should be noted that they are not limited to the application in automobiles. Furthermore, instead of backlit displays or Bildgebem 28 also self-illuminating displays or imagers can be used. It would also be possible to use a separate imager for each frame or for a subset of the frames. Furthermore, instead of a pixellated imager, a mask, such as a chrome mask, could be provided per frame, possibly even with areawise backlighting of individual mask or image objects in the individual frames. In all embodiments, it is possible different Display objects in the image at different image distances, such as speed-dependent.
Soweit die Bildsteuerung 30 in den Ausfuhrungsbeispielen betroffen sind, wird darauf hin- gewiesen, dass selbige in der einfachsten Ausführungsform lediglich eine interne Verschal- tung des Bildgebers darstellt, wonach die eingehenden Bilddaten 32 auf die Einzelbildteilbereiche verteilt werden. Alternativ kann die Bildsteuerung auch einen Prozessor aufweisen, der die Vorverzerrung beispielsweise durch kanalindividuelle Verzerrung des eingehenden Bildes 32 vornimmt, um auf diese Weise in jedem Einzelbildteilbereich ein gegen- über dem Bild 32 verzerrtes Einzelbild wiederzugeben. Ferner kann es sein, dass die Mehrkanaloptik 20 und Einzelbilderzeugungseinheit 18 in einem Gehäuse zur besseren Handhabbarkeit zusammengefasst sind, um als Ganzes innen hinter der Windschutzscheibe 58 eines Automobils, beispielsweise in der Innenverkleidung, in einer entsprechenden Öffnung versenkt zu werden. As far as the image control 30 in the exemplary embodiments is concerned, it is pointed out that in the simplest embodiment it represents only an internal interconnection of the image generator, after which the incoming image data 32 are distributed to the individual image subregions. Alternatively, the image control can also have a processor which carries out the predistortion, for example by channel-specific distortion of the incoming image 32, in order in this way to reproduce a single image distorted in relation to the image 32 in each individual image subregion. Further, the multichannel optics 20 and frame imaging unit 18 may be packaged within a housing for ease of handling to be recessed as a whole inside the windshield 58 of an automobile, such as in the interior trim, in a corresponding opening.
Dadurch, dass obige Ausführungsbeispiele einen mehrkanaligen optischen Aufbau, d.h. ein Linsenarray zur Generierung eines zusammenhängenden virtuellen Bildes im Sichtfeld des Fahrers verwenden, verringern sich gegenüber einer einkanaligen Projektionsoptik die Abstände der Einzelpupillen des Arrays zur Einspiegeloberfläche, wie z.B. der Frontscheibe. Dadurch verringern sich die durch die Freiform der Einspiegeloberfläche in die optische Abbildung eingebrachten Aberrationen. Dies vereinfacht wiederum die Maßnahmen zur optischen Kompensation, nämlich, wie im Vorhergehenden erwähnt, die beispielsweise softwaretechnische Verzerrung in der Bildsteuerung oder die schon bei der Herstellung bzw. Auslegung der Optiken 24 in kanalindividueller Weise vorgenommenen Maßnahmen in Form einer kanal weisen Korrektur. Jeder Einzelprojektor 24 sieht einen wohldefinierten Flächenbereich der Frontscheibe. Der zum Kanal korrespondierende Bildinhalt kann entsprechend vorverzerrt werden, um für den Betrachter wieder ein scharfes Gesamtbild erzeugen zu können. In wiederum anderen Worten ausgedrückt, kann eine kanalweise Anpassung der Einzelobjektstrukturen die Kompensation der durch die Einspiegeloptik in das System zusätzlich eingebrachten Abbildungsfehler, wie z.B. Verzeichnen, Astigmatismus usw. kompensieren oder verringern. As a result of the above embodiments having a multi-channel optical design, i. use a lens array to generate a continuous virtual image in the field of view of the driver, reduce the distances of the individual pupils of the array to the mirror surface, such as a single-channel projection optics. the windscreen. This reduces the aberrations introduced into the optical image by the free form of the mirror surface. This in turn simplifies the measures for optical compensation, namely, as mentioned above, for example, the software distortion in the image control or already in the production or design of the optics 24 in a channel-individual way measures taken in the form of a channel wise correction. Each individual projector 24 sees a well-defined area of the windscreen. The image content corresponding to the channel can be correspondingly predistorted in order to again be able to produce a clear overall image for the viewer. In other words, channel-by-channel adaptation of the individual object structures can compensate for the aberrations additionally introduced by the mirroring optics into the system, such as e.g. Compensating or reducing astigmatism, etc.
Obige Ausführungsbeispiele zeigten auch, dass es möglich ist. eine elektronische Anpassung an die Kopfposition des Fahrers durch Bildvorverarbeitung durchzuführen. Auch eine elektronische Anpassung der Bildentfernung 14 bzw. das Einstellen multipler Distanzen ist möglich. Zusätzlich zu der obigen Beschreibung sei noch darauf hingewiesen, dass anstelle eines transmissiven Bildgebers, wie er in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet wurde, auch ein reflektiver Bildgeber verwendet werden kann. Abschließend soll lediglich noch einmal kurz auf die Möglichkeit eingegangen werden, durch elektronischen Versatz der Teilbilder 22 in dem Bildgeber 28 zueinander die Entfernung 14 des virtuellen Bildes einzustellen. Die geometrischen Sachverhalte hängen über folgende Beziehungen voneinander ab: L gesamt = LHUD + = ^HUD + ?~ mit S = ^ * / für irf » f The above embodiments also showed that it is possible. perform an electronic adjustment to the driver's head position by image preprocessing. An electronic adaptation of the image removal 14 or the setting of multiple distances is possible. In addition to the above description, it should be noted that instead of a transmissive imager as used in the previous embodiments, a reflective imager may also be used. Finally, the possibility should be briefly discussed once again to set the distance 14 of the virtual image by electronic offset of the partial images 22 in the image generator 28 relative to one another. The geometric facts depend on the following relationships: L total = L HUD + = ^ HUD + ? ~ with S = ^ * / for irf »f
Ppupil Bilder ^virt J  Ppupil pictures ^ virt J
Dabei ist Lgesamt die Entfernung des Auges des Betrachters zum virtuellen Bild, Lvirt die Entfernung des virtuellen Bildes zum Linsenarray, LHUD der Abstand des Linsenarray zum Auge des Betrachters, ppupii der Mittenabstand der Einzelpupillen 36 zueinander, Pßiider der Mittenabstand der Bilder 22 auf dem Bildgeber und s die Schnittweite der Einzeloptiken 24, welche üblicherweise etwas kleiner als die Brennweite f der Einzeloptiken 24 ausgelegt wird, um ein virtuelles Einzelbild bzw. ein Ensemble virtueller Einzelbilder zu projizieren. Here, L total removal of the eye of the viewer to the virtual image, L v i rt, the distance of the virtual image to the lens array, LHUD the distance of the lens array to the eye of the viewer, p pup ii, the center distance of the individual pupil 36 to each other, Pßiider the pitch of the Images 22 on the imager and s the intercept of the individual optics 24, which is usually designed to be slightly smaller than the focal length f of the individual optics 24 in order to project a virtual single image or an ensemble of virtual individual images.
Wird also der Mittenabstand der Einzelbilder 22, Pßiider, verkleinert, so vergrößert sich der Abstand 14 des virtuellen Bildes. Thus, if the center distance of the individual images 22, Piideri, is reduced, the distance 14 of the virtual image increases.
Noch einmal in kurzen anderen Worten dargestellt, zeigten obige Ausführungsbeispiele ein Projektionsdisplay mit einem Bildgeber, einem Optikarray und optional weiteren Elementen zur Einspiegelung eines virtuellen Bildes über eine Einspiegelfläche in die Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels. Die Einspiegelung kann insbesondere über einen Combiner-Spiegel, der planar, konvex oder konkav sein kann, oder eine Windschutzscheibe erfolgen. Eine Artefaktunterdrückung kann vorgesehen sein, nämlich beispielsweise mechanisch über Einstellung von Flankensteilheit, Übergangsradien oder dergleichen, oder optisch, über eine kanalweise Verzeichnungskorrektur, eine kollimierte Hinterleuchtung oder das Vorsehen von Fresnellstrukturen. Eine Reduzierung von Operationen, eingeführt über eine nicht-planare Einspiegelfläche, kan durch eine kanalweise Kompensation der Verzeichnung geschehen. Eine Aberrationsreduzierung geschieht inhärent auch bereits durch den gestapelten Aufbau, nämlich durch die Möglichkeit, näher an die Einspiegelfläche heranzurücken. Der letztgenannte Abstand, nämlich der Abstand des Projektionsdis- plays 16 von der Einspiegelfläche 10 ist beispielsweise kleiner als 8 cm. Obige Ausfuhrungsbeispiele sind damit ideal für Anwendungen im Automobil. Die optische Performance von I IUDs im Automobil ist stark abhängig von der geometrischen Form der einspiegelnden Oberfläche. Bei der Verwendung der Frontscheibe als optisch wirksames Bauelement ist man zwangsläufig mit deren geometrischen Formtoleranzen bedingt durch die Massenfertigung konfrontiert. Bei konventionellen Systemen kann man nur den Bildinhalt auf dem Display ändern, also nur eine Verzeichnung korrigieren. Once again, in briefly other words, the above embodiments have shown a projection display with an imager, an optics array, and optionally other elements for mirroring a virtual image over a mirror surface into the view of an occupant of a vehicle. The reflection can be done in particular via a combiner mirror, which may be planar, convex or concave, or a windshield. Artifact suppression may be provided, for example, mechanically via adjustment of edge steepness, transition radii or the like, or optically, via channel-wise distortion correction, collimated backlighting, or the provision of Fresnel structures. A reduction of operations introduced via a non-planar mirror surface can be done by a channel-by-channel compensation of the distortion. An aberration reduction is inherently also already by the stacked structure, namely by the ability to zoom closer to the Einspiegelfläche. The latter distance, namely the distance of the projection screen 16 from the mirror surface 10, for example, is less than 8 cm. The above exemplary embodiments are therefore ideal for applications in the automobile. The optical performance of I IUDs in automobiles is highly dependent on the geometric shape of the reflective surface. When using the windscreen as an optically effective device is inevitably faced with their geometric shape tolerances due to mass production. In conventional systems, you can only change the image content on the display, so only correct a distortion.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen kann die Verzeichnung des Gesamtbildes korrigiert werden, aber auch eine kanalweise Vorverzeichnung vorgesehen sein, um für die optische Abbildung nachteilige Wirkungen einer nicht-planaren Einspiegeloptik zu unterdrücken. Des Weiteren können durch Bildvorverarbeitung eine Anpassung der durch die Freiform- einspiegelfläche weitere eingebrachte optische Abbildungsfehler kanalweise korrigiert werden. Für den Insassen ergibt sich auch eine Bewegungstoleranz durch einige der obigen Ausführungsbeispiele. Nach letzteren Ausflihrungsbeispielen wird nämlich eine elektronisch einstellbare EMB bereitgestellt. In the above embodiments, the distortion of the entire image may be corrected, but also channel-by-channel pre-distortion may be provided to suppress adverse effects of non-planar mirror optics for optical imaging. Furthermore, an adaptation of the optical image aberrations introduced by the free-form mirror surface can be corrected by image preprocessing on a channel-by-channel basis. For the occupant, there is also a movement tolerance by some of the above embodiments. After the latter Ausflihrungsbeispielen namely an electronically adjustable EMB is provided.
Obige Ausftihrungsbeispiele sind auch hinsichtlich des Bauraumes vorteilhaft. Der Bau- räum kann klein gehalten werden. Da obige Ausiuhrungsbeispiele ohne Feldlinse auskommen, ergibt sich zwar eine herabgesetzte Auflösung im virtuellen Bild, aber es ergibt sich eben auch eine größere EMB bzw. Head-Motion-Box und aufgrund der Verwendung einer Vielzahl an kurzbrennweitigen Projektionsoptiken 24 eine deutlich kompaktere Bauform, d.h. gegenüber konventionellen HUD-Optiken, welche Freiformspiegel zur Generie- rung des virtuellen Bildes einsetzen, zeigt sich eine Bauraumeinsparung, die beispielsweise mehr als 60% ausmachen. The above Ausfüihrungsbeispiele are also advantageous in terms of space. The construction area can be kept small. Since the above Ausiuhrungsbeispiele get along without field lens, although results in a reduced resolution in the virtual image, but it also just results in a larger EMB or head-motion box and due to the use of a variety of short focal length projection optics 24 a much more compact design, i. Compared with conventional HUD optics, which use free-form mirrors to generate the virtual image, there is a saving in space, for example, more than 60%.
Zudem sind nach einigen der obigen Ausfuhrungsbeispiele auch Adaptionen möglich. Durch Bildvorverarbeitung ist es möglich, elektronisch steuerbare und/oder multiple Bild- di stanzen 14 einzustellen. Bildabstände zum Auge und/oder Adaptionen an menschliche Sehschwächen sind möglich. Mit einer Einfachspiegeloptik ist so etwas nicht möglich. In addition, adaptations are also possible according to some of the above exemplary embodiments. By image preprocessing, it is possible to set electronically controllable and / or multiple imagers 14. Image distances to the eye and / or adaptations to human visual defects are possible. With a single mirror optics, this is not possible.
Ein weiterer Vorteil obiger Ausführungsbeispiele stellt die Robustheit dar. Im Gegensatz zu konventionellen Systemen wird nur eine optisch wirksame Oberfläche benötigt, nämlich die der Mehrkanaloptik, und die kann in einer Optikkomponente realisiert werden, d.h. einstückig oder dergleichen. Durch diese Vereinfachung des Gesamtaufbaus ergibt sich eine gesteigerte Robustheit. Another advantage of the above embodiments is the robustness. In contrast to conventional systems, only one optically effective surface is needed, namely that of the multi-channel optics, and this can be realized in an optical component, i. in one piece or the like. This simplification of the overall structure results in an increased robustness.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Projektionsdisplay zur Einspiegelung eines anzuzeigenden Bildes (32) in eine Sicht eines Insassen eines Fortbewegungsmittels, mit: einer Einzelbilderzeugungseinheit (18) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Einzelbildern (22) lateral nebeneinander angeordnet aus dem anzuzeigenden Bild, und einer Mehrkanaloptik (26) mit, pro Kanal (38), einer Optik (24) zur virtuellen Abbildung eines dem jeweiligen Kanal zugeordneten Einzelbildes (22) über die Einspiegelung in die Sicht des Insassen, so dass sich die Einzelbilder über einen Teil der Sicht erstrecken, um darin das anzuzeigende Bild zu ergeben, und so dass die Kanäle eine Eye-Motion-Box des Projektionsdisplays bereichsweise abdecken. Projection display for reflecting an image (32) to be displayed into a view of an occupant of a means of transport, with: an individual image generation unit (18) for generating a plurality of individual images (22) arranged laterally next to one another from the image to be displayed, and a multi-channel optics (26) with, per Channel (38), an optics (24) for the virtual imaging of an individual image (22) assigned to the respective channel via the reflection into the view of the occupant, so that the individual images extend over part of the view in order to produce the image to be displayed , and so that the channels cover areas of an eye motion box of the projection display.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 1, bei dem die Einzelbilderzeugungseinheit (18) ausgebildet ist, um für jeden Kanal (38) das jeweilige Einzelbild (22) aus dem anzuzeigenden Bild (32) zu kopieren. Projection display according to claim 1, in which the individual image generation unit (18) is designed to copy the respective individual image (22) from the image (32) to be displayed for each channel (38).
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einzelbilderzeugungseinheit ( 18) ausgebildet ist, um für jeden Kanal (38) das jeweilige Einzelbild (22) aus dem anzuzeigenden Bild (32) zu kopieren und Mitten der Einzelbilder 22 Kanal-individuell gegenüber einer zu Mitten optischer Zentren (36) der Optiken (24) kongruenten Lage zu verschieben, so dass trotz einer Krümmung der Einspiegelung in einer Eye-Motion-Box des Projektionsdisplays die Mitten der Einzelbilder derart platziert und die Einzelbilder derart individuell vorverzerrt sind, dass in einem aus den Einzelbildern durch die virtuelle Abbildung derselben entstehenden virtuellen Gesamtbild Bereiche von Anschlüssen der Einzelbilder aneinander nicht sichtbar sind. Projection display according to claim 1 or 2, in which the individual image generation unit (18) is designed to copy the respective individual image (22) from the image (32) to be displayed for each channel (38) and to set the centers of the individual images 22 channel-individually compared to one To shift the centers of optical centers (36) of the optics (24) to a congruent position, so that despite a curvature of the reflection in an eye motion box of the projection display, the centers of the individual images are placed in such a way and the individual images are individually pre-distorted in such a way that in one In the individual images, the virtual overall image areas of connections between the individual images created by the virtual image of the individual images are not visible to one another.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 1. 2 oder 3, bei dem die Mehrkanaloptik so ausgebildet ist, dass jede Optik individuell zur Korrektur einer durch einen dem jeweiligen Kanal zugeordneten Bereich der Einspiegelung in die virtuelle Abbildung des jeweiligen Einzelbildes eingebrachten Aberration entworfen ist. Projection display according to claim 1, 2 or 3, in which the multi-channel optics are designed such that each optics is individually designed to correct an aberration introduced into the virtual image of the respective individual image by an area of the reflection assigned to the respective channel.
Proj ektionsdi splay gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einzelbilderzeugungseinheit (18) ausgebildet ist, die Mehrzahl von Einzelbildern (22) durch lateral variierende Transmission einer Hinterleuchtung zu erzeugen. Projection display according to one of claims 1 to 4, wherein the individual image generation unit (18) is designed to generate the plurality of individual images (22) by laterally varying transmission of backlighting.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 5. bei dem die Einzelbilderzeugungseinheit ( 18) zur Hinterlcuchtung ein Array aus LEDs aufweist. Projection display according to claim 5, in which the individual image generation unit (18) has an array of LEDs for backlighting.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem die Einzelbilderzeugungseinheit ( 18) eine kollimierende Optik zur Kollimierung der Hinterleuchtung aufweist. Projection display according to claim 5 or 6, in which the individual image generation unit (18) has collimating optics for collimating the backlighting.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 7, bei dem die kollimierende Optik ein Feld- linsenarray (44) mit einer Feldlinse pro Kanal aufweist, die ausgebildet ist, für den jeweiligen Kanal eine Köhlersche Beleuchtung zu realisieren. Projection display according to claim 7, in which the collimating optics have a field lens array (44) with one field lens per channel, which is designed to implement Köhler illumination for the respective channel.
Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei die Einzelbilderzeugungseinheit (18) so ausgebildet ist, dass die Einzelbilder (22) zusammen lateral eine Fläche mit einer Ausdehnung von mehr als 40 mm einnehmen. Projection display according to one of the preceding claims, in which the individual image generation unit (18) is designed such that the individual images (22) together laterally occupy an area with an extent of more than 40 mm.
Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mehrkanaloptik (20) so ausgebildet ist, dass die Einzelaperturen (34) der Optiken (24) aller Kanäle (38) flächenmäßig mit weniger als 10% Zwischenraum (42) anei- nandergrenzen. Projection display according to one of the preceding claims, in which the multi-channel optics (20) is designed such that the individual apertures (34) of the optics (24) of all channels (38) border one another in terms of area with less than 10% gap (42).
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 10, bei dem die Mehrkanal optik (20) einstückig gebildet ist. Projection display according to claim 10, in which the multi-channel optics (20) is formed in one piece.
Projektionsdisplay gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , bei dem die Optiken (24) der Kanäle jeweils als Fresnel linse ausgebildet sind. Projection display according to claim 10 or 1 1, in which the optics (24) of the channels are each designed as a Fresnel lens.
Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Sensor (70) zum Erfassen einer Lage der Augen des Insassen aufweist sowie eine Steuerung (30) zur lateralen Dezentrierung und/oder Translation gegenüber der Mehrkanaloptik der Einzelbilder abhängig von der Lage der Augen. Projection display according to one of the preceding claims, which further has a sensor (70) for detecting a position of the occupant's eyes and a control (30) for lateral decentering and / or translation relative to the multi-channel optics of the individual images depending on the position of the eyes.
Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Steuerung (30) zur lateralen Dezentrierung und/oder Translation gegenüber der Mehrkanaloptik abhängig von Benutzereingaben aufweist. Projection display according to one of the preceding claims, further comprising a control (30) for lateral decentering and/or translation relative to the multi-channel optics depending on user input.
Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzelbilderzeugungseinheit (18), die Mehrzahl von Einzelbildern (22) lateral nebenei- nander angeordnet aus dem anzuzeigenden Bild so erzeugt, dass jedes Einzelbild einen gesamten zu übertragenden Bildinhalt enthält. Projection display according to one of the preceding claims, in which the individual image generation unit (18) displays the plurality of individual images (22) laterally next to one another. arranged differently from the image to be displayed so that each individual image contains the entire image content to be transmitted.
16. Pro j ektionsdi splay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ein- zclbilderzeugungseinheit ( 18). die Mehrzahl von Einzelbildern (22) lateral nebeneinander angeordnet aus dem anzuzeigenden Bild so erzeugt, dass ein Auge des Insasse auch nach Bewegung von einem durch einen ersten Kanal abgedeckten Bereich der Eye-Motion-Box in durch zu dem ersten Kanal benachbarte Kanäle abgedeckte Bereiche der Eye-Motion-Box die gleiche Szene sieht, die das Auge aus dem durch den ersten Kanal abgedeckten Bereich sieht. 16. Projection display according to one of the preceding claims, in which the individual image generation unit (18). the plurality of individual images (22) arranged laterally next to one another are generated from the image to be displayed in such a way that an eye of the occupant, even after movement from an area of the eye motion box covered by a first channel, into areas of the eye motion box covered by channels adjacent to the first channel Eye Motion Box sees the same scene that the eye sees from the area covered by the first channel.
17. System mit einem Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und der Einspiegelfläche. 17. System with a projection display according to one of the preceding claims and the single-mirror surface.
18. Fortbewegungsmittel mit einem Projektionsdisplay gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. 18. Means of transport with a projection display according to one of the preceding claims.
19. Fortbewegungsmittel gemäß Anspruch 18, das als Automobil ausgebildet ist, wobei das Projektionsdisplay derart angeordnet ist, dass die Einspiegelung des anzuzeigenden Bildes in die Sicht des Fahrers erfolgt. 19. Means of transport according to claim 18, which is designed as an automobile, wherein the projection display is arranged such that the image to be displayed is reflected into the driver's view.
20. Fortbewegungsmittel gemäß Anspruch 19, bei dem die Einspiegelung durch eine Windschutzscheibe (58) oder einen zusätzlichen Combinerspiegel (60) erfolgt. 20. Means of transport according to claim 19, in which the reflection takes place through a windshield (58) or an additional combiner mirror (60).
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