WO2015131899A2 - Head-up display und darstellungsverfahren - Google Patents

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WO2015131899A2
WO2015131899A2 PCT/DE2015/200124 DE2015200124W WO2015131899A2 WO 2015131899 A2 WO2015131899 A2 WO 2015131899A2 DE 2015200124 W DE2015200124 W DE 2015200124W WO 2015131899 A2 WO2015131899 A2 WO 2015131899A2
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light
eye
head
light emitter
image
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WO2015131899A3 (de
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Jean-Michel Asfour
Malte Hagemann
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Dioptic Gmbh
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Publication date
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    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type

Definitions

  • the invention relates to a head-up display and a method for displaying images.
  • Head-up displays have been known for several years and are used in both vehicles and aircraft as well as in data or video glasses.
  • a head-up display (hereinafter also abbreviated to 'HUD') always comprises an image generator whose image information transmitted by light is deflected by means of optics and made available to a person. This person then usually sees the image as a projection floating in space.
  • HUDs of the prior art include the limited visibility of the image only within a small spatial area, namely the viewing plane, the so-called eyebox, a relatively high power consumption of the HUD and the only
  • the object of the present invention was to overcome or mitigate the disadvantages of the prior art and to provide an improved head-up display and an improved display method. This task is performed by a head-up display and a
  • the inventive head-up display comprises a system for backlighting, an imaging system, a control system, and a
  • a sensor system for detecting the eye position of viewers comprising at least two separately switchable light emitting elements (light emitters) whose light emission can be individually controlled by the control system and a condenser between the backlighting system and the imaging system and / or collimator optics.
  • the presentation method according to the invention makes use of such a head-up display and is based on the steps:
  • both eyes of the at least one observer are measured and, in particular, additionally the respective image contents are calculated to the corresponding backlight, so that the light of the
  • each of the two eyes reaches an individualized picture.
  • the image content becomes the calculated with appropriate backlight, so that the light through the imaging system alternately reaches one and the other eye of the observer (alternately of light emitters A and B), wherein at the temporally subsequent turn on the light emitter A and B on
  • the backlight system comprises at least two elements which are spatially separated and intended to emit light (hereinafter referred to as 'light emitter').
  • Preferred light emitters include lamps or LEDs. Even if the arrangement of the light emitter is initially arbitrary, it is preferred if the elements lie on a common plane or at least groups of light emitters each lie on a common plane, wherein at least one of the planes (preferably all planes) parallel to the image plane of the system Imaging are aligned.
  • the light emitters lie in a field consisting of rows and columns or offset from one another in a system of staggered rows and columns.
  • the size of the light emitter is preferably chosen so that its light, after passing through the downstream collimator or condenser optics, only falls on one of the two eyes of a viewer.
  • the system for backlighting preferably comprises at least 4 light emitters, preferably at least 8 light emitters, this number being present in particular per eye.
  • the light emitters are particular
  • the system for backlighting comprises at least 2 lines, preferably at least 4 lines, and / or 2 columns, preferably at least 4 columns, with light emitters.
  • the system is for
  • collimator or the collimation optics designed so that in the
  • Light emitter is illuminated. Two or more may also be preferred.
  • adjacent light emitter are driven to better illuminate transition areas between two light emitters.
  • the viewing plane is the plane in which the observer should see the image when the HUD is used as intended.
  • the system includes backlighting
  • the light emitters are arranged in even rows and columns. If individual light emitters are supplied with power by selective control of column and row, the
  • Projection direction are selected horizontally and vertically according to the eye positions. This achieves a particularly favorable light yield, and thus a particularly low energy consumption.
  • the light emitters are arranged offset to one another.
  • Angle difference of the horizontal projection direction is significantly reduced compared to simple arranged in columns light emitters.
  • Each light element has a lighting area. Since a light intensity often decreases continuously, the limitation of this
  • Illumination range determined by the fact that the maximum intensity through the relevant light emitter in the area beyond this limit is less than 10%.
  • the collimating or condenser optics are designed such that light from each light emitter or a simultaneously driven group of light emitters in the viewing plane has an illumination area whose extension, at least with respect to the line from eye to eye of the observer, is no greater than 6 cm , preferably not larger than 4 cm. In this way it is prevented that both eyes of the observer see an image that is illuminated by the same light emitter. Therefore, in this regard, extensions of at most 3 cm are preferred, at least with respect to the line from eye to eye.
  • the size of the light emitter and the associated condenser or collimator optics should be designed so that the emitted light of these components in the
  • this is designed so that it (in relation to the beam path) in several
  • the light emitters preferably comprise light-generating elements (for example LEDs) which emit light of different colors, one of them emitting light
  • the entire viewing plane in the vertical direction can be illuminated with a single light emitter.
  • three light emitters of different colors are vertically arranged so that they overlap in the viewing plane to a white color impression.
  • Backlight has light emitters that are designed to emit light beams in different directions so as to detect both eyes separately. During a movement of the head, the light beams are switched over to produce correspondingly adapted light bundles.
  • the surfaces of the Kondensor concerned. Collimation optics calculated as complex free-form surfaces to allow a more homogeneous illumination of the viewing plane and better collimation.
  • the imaging system serves to provide an image that can be illuminated by the light of the backlight.
  • Such systems are known to the person skilled in the art and are used, for example, in flat screens, image projectors (beamers) and mobile telephones.
  • Preferred imaging systems include at least one imager comprising at least one LCD module and / or at least one DLP module.
  • the control system controls the light emission of the individual backlight emitters and the imaging system.
  • the control system preferably comprises at least one of the following
  • processor and / or microcontroller and additionally in particular a memory module and / or network access.
  • Other interfaces for data transmission are also preferred.
  • control system is designed such that it can switch on and off each individual light emitter or at least one group of light emitters independently of other light emitters or the brightness of the individual light emitters or groups of light emitters can regulate continuously.
  • a group of light emitters are controlled in parallel by the control system, they are preferably arranged in a contiguous area, in particular in the form of chains one behind the other.
  • the control system preferably calculates the image contents for the left and right eyes separately.
  • the calculation of the image contents relates for example to image distortions which can change rapidly and continuously or to a lateral offset of image sections or individual symbols or the overall image.
  • a lateral offset can be used specifically to control the perceived removal of the image contents or sections thereof (stereoscopic vision). Due to the possibility of different calculation of the images for each individual eye, the parallax can be compensated, which has a disturbing effect on images that are visually closer to the viewer than the background.
  • the control of the imaging system with the corresponding image content is synchronized with the activation of the corresponding light emitter or the corresponding light emitter, so that each eye of the observer perceives a different image.
  • the head-up display additionally has an optical system between the image generator and the viewer.
  • This optics serves to image the image generator on the retina of the eye or to optimize the beam path and in particular comprises refractive or reflective elements.
  • the optics are particularly advantageous if the beam path can not run in a straight line due to structural specifications and if real or virtual images are to be generated in the room. This is e.g. when installed in vehicles and aircraft, in augmented reality goggles, or as a replacement for screens.
  • Preferred elements for these optics are elements of the group of lenses (e.g., (concave lenses, convex lenses), mirrors (e.g., concave mirrors, convex mirrors), glass sheets (e.g., windshields, optical filters), and prisms.
  • lenses e.g., (concave lenses, convex lenses
  • mirrors e.g., concave mirrors, convex mirrors
  • glass sheets e.g., windshields, optical filters
  • prisms e.g., prisms.
  • Control system designed in a single imager of the imaging system in temporal succession, the image for the one and
  • one and the same imager can be used to give the left and right eyes an individual image, for example, adapted to a change in the perceived distance of the image the real distance of the visible through the windshield environment or a 3D representation of the image contents or individual image excerpts with only one imager allows.
  • one and the same imager can also be used for image distortion caused by the reflection at the
  • Beam paths to the two eyes are realized solely by selecting the appropriate light emitter from the backlight system, so no mechanical elements are needed to adjust the on both eyes
  • the light emitter are therefore not mechanically moved but only selectively switched on and off.
  • Eye tracking devices are generally known to those skilled in the art. However, an embodiment is preferred in which in the beam path between the imaging system and the viewer, a cold mirror, a warm light mirror, a partially transmissive mirror or a partial
  • a transparent mirror or a transparent optical element e.g., a lens or a plate whose transmitted or reflected image of the viewer is captured by a camera system.
  • the eyes of the observer can be recorded and the position of the eyes can be derived from the images using known methods.
  • the measured eye position is used in particular to calculate the appropriate control of the illumination array in order to specifically illuminate exclusively the left or the right eye.
  • it is possible in this way to recognize other parts of the body (eg hands or fingers) or objects (eg pointing devices or pens) on the images and assign them to a computer-readable object.
  • it is possible to identify the body parts or objects and parallax-free assign a unique location within the projected image and to consider this location the HUD control system, for example as an input command comparable to a computer mouse in the control software.
  • Another inventive head-up display which also achieves the object, includes a system for backlighting, a system for imaging, a control system, and a sensor system for detecting the eye position of viewers, the head-up display further being a camera system and one comprising a cold mirror, a warm light mirror, a partially transparent mirror, a partially transmissive mirror, or a transparent optical element (eg, a lens or a plate), said mirror or element disposed in the beam path between the imaging system and the viewer and whose transmitted or reflected image of the observer is captured by the camera system.
  • a system for backlighting a system for imaging, a control system, and a sensor system for detecting the eye position of viewers
  • the head-up display further being a camera system and one comprising a cold mirror, a warm light mirror, a partially transparent mirror, a partially transmissive mirror, or a transparent optical element (eg, a lens or a plate), said mirror or element disposed in the beam path between the imaging system and the viewer and whose
  • the backlighting system comprises at least two separately switchable elements for emitting light
  • Light emitter whose light emission can be controlled individually by the control system, and between the backlight system and the imaging system in particular a condenser and / or
  • Collimator optics is located.
  • Embodiments are also preferred features and embodiments of this HUD with the camera system and the mirror.
  • a transparent, fixed plane eg a glass or plastic plate
  • a transparent, fixed plane which is aligned in particular orthogonal to the beam path, or at least the surface normal in an angle of less than 45 ° to the beam path is.
  • this fixed plane is touched with a body part (for example a finger) or an object while the position of the observer's eyes is known, a nearly parallax-free determination of the position of the body part / object can be carried out.
  • the tracking system can be used simultaneously for gesture control. In particular, touching the plate (e.g., via a touch screen), reaching certain positions, or another gesture may be used as the triggering signal.
  • a virtual input field which has been projected into the observer's eyes via HUD and which is perceived by the latter in the area of the fixed level, can be operated in this way, without a neighboring party being able to recognize which key on the virtual control panel has been pressed ,
  • the HUD has a
  • Suitable adjustment units are known to the person skilled in the art and include in particular electric motors, hydraulics or pneumatics.
  • the control unit is additionally designed to control this tilting of the HUD or the mirror according to the eyes detected by the tracking system, so that they are always located in a previously set area of the camera image. Since a tilting of the mirror causes a change in the eye position in the camera image, the correct tilt by feedback can be achieved in a short time. In particular, as soon as after a head movement through
  • Tilting the mirror the position of the eyes is centered in the camera image, also adjusted the illumination of each eye. This can be done without also having to adjust the backlight or by controlling the corresponding light emitter.
  • the windshield cutout made in the corrected image formation can lead to a distortion which can be compensated for each eye and for each projection angle according to the methods described above.
  • the determined eye position can thus be used as a control signal to tilt the HUD in two axes such that always both eyes are centered in the center of the image and thus optimally illuminated, using exactly one light emitter per eye.
  • An actively readjusting projection direction also allows illumination of a much larger viewing area than the prior art.
  • An above-described mechanical readjustment of the projection axis can continue to be used to with a second camera with significantly longer focal length and a picture detail of the size of an eye to perform an iris recognition, which then eg for a
  • Orientation of the projection axis is also the required for the iris detection directional infrared lighting, which is known in the art, aligned.
  • the head-up display is designed to be integrated in a motor vehicle. This includes the HUD in
  • Frame of the aforementioned optics prefers a concave curved mirror and the windshield of the vehicle.
  • the head-up display is designed to be integrated in a pair of glasses. This includes the HUD in
  • Frame of the aforementioned optics prefers a concave curved mirror and the lenses.
  • the head-up display is designed as a replacement for a screen.
  • the display has the aforementioned tracking device, since in this way also
  • Objects or body parts, which are located in the area of the beam path of the HUD can be recorded and their position can be determined. This way of tracking makes it possible, with gestures, inputs on a virtual, through the HUD pictured,
  • Input unit without an outside could match the virtual pictures with the gestures. Examples of preferred embodiments of the head-up display are shown in the figures.
  • Figure 1 shows schematically a preferred embodiment.
  • FIG. 2 shows schematically a further preferred embodiment.
  • FIG. 3 schematically shows a further preferred embodiment.
  • Figure 4 shows schematically a preferred system for backlighting.
  • Figure 5 shows schematically a preferred system for backlighting.
  • FIG. 6 shows schematically the principle of a preferred condenser optic.
  • FIG. 1 schematically shows a preferred embodiment in which the right eye 1 and the left eye 2 of an observer, who is otherwise not shown, see the image of a HUD (ray paths).
  • the picture is by a
  • Imager 5 generated and directed by a concave mirror 4 and reflection on the windshield 3 to the viewer.
  • the imager 5 is illuminated by a condenser lens 6 from the light of a backlight system 7, and not all of them
  • Light emitters of the backlight system 7 at the same time but only by individual light emitters or groups of light emitters.
  • the relevant light emitters are determined by a control system from the data of a tracking system so that only those light emitters (possibly groups of light emitters) are turned on, the rays reach one of the eyes of the beholder.
  • the light emitters whose rays reach the right and left eyes are successively switched on and off
  • Imager 5 so that he always fits the picture information for the relevant Eye, when the light emitter is turned on, a 3D impression can be mediated by means of only a single imager.
  • FIG 2 corresponds to the embodiment of Figure 1 with the difference that the individual light emitter or groups of light emitters of the backlight system 7 is equipped with its own condenser lens 6, wherein the amount of condenser lenses gives the condenser optics.
  • Figure 3 corresponds to the embodiment of Figure 1 with the difference that here is a partially transparent mirror 8 in the beam path of the HUD, e.g. a cold mirror to keep the infrared portion of sunlight falling in the car interior away from the sensitive imager.
  • This mirror transmits a part of the image of the observer to a camera 9 which can be used by means of suitable processing of its image data, the eye positions or even the pupil positions of the camera
  • the light emitters of the backlight system can then capture the viewer and make that data accessible to the HUD.
  • FIGs 4 and 5 show preferred embodiments of the system for backlighting.
  • the individual light emitters are shown there as white squares, which are connected to each other in groups via power lines (black lines 10).
  • FIG. 6 schematically shows the principle of a preferred condenser optic 6. This consists of at least one lens, each of the respective lenses covering an area in which one or more light emitters emit a red light beam 11, a blue light beam 12 and a green light beam 13 , In the area in which the three light bundles overlap (shown on the right), the color white is obtained.
  • Figure 6 shows schematically the principle of a preferred embodiment
  • Condenser optics 6 consisting of at least one lens, wherein each of the respective lenses covers an area in which emitted from one or more light emitters light beams in different directions to detect the two eyes separately, for example, the light beam 11 for the one eye, light beam 12th for the other eye.
  • the light beams are switched over to produce correspondingly adapted light bundles, for example light bundles 12 for one and light bundles 13 for the other eye.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-Up-Display umfassend ein System zur Hintergrundbeleuchtung, ein System zur Bildgebung, ein Steuersystem, und ein Sensorsystem zur Feststellung der Augenposition von Betrachtern, wobei das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens zwei getrennt schaltbare Elemente zur Emission von Licht (Lichtemitter) umfasst, deren Lichtemission vom Steuersystem individuell gesteuert werden kann, und sich zwischen dem System zur Hintergrundbeleuchtung und dem System zur Bildgebung eine Kondensor- und/oder Kollimatoroptik befindet. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein diesbezügliches Darstellungsverfahren.

Description

Head-Up-Display und Darstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Head-Up-Display und ein Verfahren zum Darstellen von Bildern.
Head-Up-Displays sind bereits seit mehreren Jahren bekannt und werden sowohl in Fahr- oder Flugzeugen als auch in Daten- oder Videobrillen verwendet. Ein Head-Up-Display (im Folgenden auch mit 'HUD' abgekürzt) umfasst dabei stets einen Bilderzeuger, dessen durch Licht übertragene Bildinformationen mittels einer Optik umgelenkt und einer Person zur Verfügung gestellt wird. Diese Person sieht dann das Bild in der Regel als eine im Raum schwebende Projektion.
Nachteile der HUDs des Standes der Technik sind unter Anderem die eingeschränkte Sichtbarkeit des Bildes nur innerhalb eines kleinen räumlichen Bereichs, nämlich der Betrachtungsebene, der sogenannten Eyebox, eine verhältnismäßig hohe Leistungsaufnahme des HUD und der nur
unzureichenden Realisierbarkeit einer verzerrungsfreien Darstellung
gleichzeitig für beide Augen, sofern die Windschutzscheibe als optisches Element in die Bildgebung mit einbezogen wird.
Zudem werden bei vielen HUD viele Funktionen und Einstellungen mechanisch durchgeführt, was die Fehleranfälligkeit erhöht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder abzumildern und ein verbessertes Head-Up- Display und ein verbessertes Darstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird von einem Head-Up-Display und einem
Darstellungsverfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Das erfindungsgemäße Head-Up-Display umfasst ein System zur Hintergrundbeleuchtung, ein System zur Bildgebung, ein Steuersystem, und ein
Sensorsystem zur Feststellung der Augenposition von Betrachtern, wobei das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens zwei getrennt schaltbare Elemente zur Emission von Licht (Lichtemitter) umfasst, deren Lichtemission vom Steuersystem individuell gesteuert werden kann, und sich zwischen dem System zur Hintergrundbeleuchtung und dem System zur Bildgebung eine Kondensor- und/oder Kollimatoroptik befindet.
Das erfindungsgemäße Darstellungsverfahren bedient sich eines solchen Head-Up-Displays und basiert auf den Schritten:
- Messung der Position der Augen mindestens eines Betrachters,
- Berechnung desjenigen Lichtemitters des System zur Hintergrundbeleuchtung, dessen Licht durch das System zur Bildgebung das eine Auge des Betrachters erreichen würde (Lichtemitter A),
- Berechnung desjenigen Lichtemitters des System zur Hintergrundbeleuchtung, dessen Licht durch das System zur Bildgebung das andere Auge des Betrachters erreichen würde (Lichtemitter B),
- Anschalten der Lichtemitter A und B gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend.
Bevorzugt werden beide Augen des mindestens einen Betrachters gemessen und insbesondere zusätzlich die jeweiligen Bildinhalte zu der dazu passenden Hintergrundbeleuchtung berechnet, so dass zu dem Licht der
Hintergrundbeleuchtung jedes der beiden Augen ein individuelles Bild erreicht. Dazu wird zusätzlich zur Berechnung des Lichtemitters der Bildinhalt zu der dazu passenden Hintergrundbeleuchtung berechnet, so dass das Licht durch das System zur Bildgebung abwechselnd das eine und das andere Auge des Betrachters erreicht (jeweils abwechselnd von Lichtemittern A und B), wobei zu dem zeitlich nachfolgenden Anschalten der Lichtemitter A und B ein
synchronisiertes Umschalten der dazugehörigen Bildinhalte erfolgt.
Das System zur Hintergrundbeleuchtung umfasst mindestens zwei Elemente, welche räumlich voneinander getrennt sind und zur Emission von Licht vorgesehen sind (Im folgenden als 'Lichtemitter' bezeichnet). Bevorzugte Lichtemitter umfassen Lampen oder LEDs. Auch wenn die Anordnung der Lichtemitter zunächst beliebig ist, ist es bevorzugt, wenn die Elemente auf einer gemeinsamen Ebene liegen oder zumindest Gruppen von Lichtemittern jeweils auf einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei mindestens eine der Ebenen (vorzugsweise alle Ebenen) parallel zur Bildebene des Systems zur Bildgebung ausgerichtet sind.
Insbesondere liegen die Lichtemitter, zumindest einer Gruppe, in einem Feld bestehend aus Zeilen und Spalten oder versetzt zueinander in einem System aus zueinander versetzten Zeilen und Spalten.
Die Größe der Lichtemitter ist vorzugsweise dermaßen gewählt, dass ihr Licht, nach Durchlaufen der nachgeschalteten Kollimations- bzw. Kondensoroptik, nur auf eines der beiden Augen eines Betrachters fällt.
Vorzugsweise umfasst das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens 4 Lichtemitter, vorzugsweise mindestens 8 Lichtemitter, wobei diese Anzahl insbesondere pro Auge vorliegt. Die Lichtemitter sind insbesondere
solchermaßen angeordnet, dass das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens 2 Zeilen, vorzugsweise mindestens 4 Zeilen, und/oder 2 Spalten, vorzugsweise mindestens 4 Spalten, mit Lichtemittern umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das System zur
Hintergrundbeleuchtung dermaßen mit Lichtemittern bestückt und die
Kollimator, bzw. die Kollimationsoptik so gestaltet, dass in der
Betrachtungsebene ein zusammenhängender, homogen ausgeleuchteter und/oder lückenloser Bereich von der Gesamtheit der angesteuerten
Lichtemitter beleuchtet wird. Bevorzugt können auch zwei oder mehr
benachbarte Lichtemitter angesteuert werden, um Übergangsbereiche zwischen zwei Lichtemittern besser auszuleuchten.
Die Betrachtungsebene ist diejenige Ebene, in welcher der Beobachter bei bestimmungsgemäßer Verwendung des HUD das Bild sehen soll. Bezüglich der Betrachtungsebene umfasst das System zur Hintergrundbeleuchtung
mindestens drei Zeilen und mindestens vier Spalten von Lichtemittern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Lichtemitter in geraden Zeilen und Spalten geordnet vor. Sofern einzelne Lichtemitter durch gezielte Ansteuerung von Spalte und Zeile mit Strom versorgt werden, kann die
Projektionsrichtung horizontal und vertikal entsprechend der Augenpositionen gewählt werden. Hierbei erreicht man eine besonders günstigste Lichtausbeute, und damit einhergehend einen besonders geringen Energiebedarf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtemitter versetzt zueinander angeordnet.
Schaltet man nacheinander zwei benachbarte Lichtemitter zur Ausleuchtung eines Auges ein, so ergibt sich bei zueinander versetzten Lichtemittern eine günstigere Homogenität der Ausleuchtung. und die kleinste realisierbare
Winkeldifferenz der horizontalen Projektionsrichtung reduziert sich deutlich gegenüber einfachen in Spalten angeordneten Lichtemittern. Jeder Lichtem itter weist einen Beleuchtungsbereich auf. Da eine Lichtintensität oftmals kontinuierlich abnimmt, wird die Begrenzung dieses
Beleuchtungsbereichs dadurch bestimmt, dass die maximale Intensität durch den betreffenden Lichtemitter in dem Bereich jenseits dieser Begrenzung weniger als 10% beträgt.
Die Kollimations- oder Kondensoroptik ist insbesondere so gestaltet, dass Licht eines jeden Lichtemitters oder einer gleichzeitig angesteuerten Gruppe von Lichtemittern in der Betrachtungsebene einen Beleuchtungsbereich aufweist, dessen Ausdehnung zumindest im Hinblick auf die Linie von Auge zu Auge des Beobachters, nicht größer als 6 cm ist, vorzugsweise nicht größer als 4 cm ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass beide Augen des Betrachters ein Bild sehen, das von dem gleichen Lichtemitter ausgeleuchtet wird. Daher sind auch diesbezügliche Ausdehnungen von maximal 3 cm zumindest im Hinblick auf die Linie von Auge zu Auge bevorzugt. Generell sollte die Größe der Lichtemitter und die dazugehörige Kondensor- bzw. Kollimatoroptik dermaßen gestaltet sein, dass das ausgesandte Licht dieser Komponenten in der
Betrachtungsebene ausschließlich ein einziges Auge ausleuchtet, das Licht desjenigen Lichtemitters, der eines der Augen ausleuchtet, also nicht von dem anderen Auge gesehen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassend eine Kondensoroptik ist diese so gestaltet, dass sie (relativ zum Strahlengang) in mehrere
nebeneinander angeordnete Sammellinsen unterteilt ist, von denen jede dieser Sammellinsen einen Lichtemitter oder eine Gruppe von Lichtemittern überdeckt. Die Lichtemitter umfassen dabei bevorzugt lichterzeugende Elemente (z.B. LEDs), welche Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen, wobei eine
Überlagerung dieser Farben Weiß ergibt, wobei die Linsen der Kondensoroptik dermaßen angeordnet sind, dass sich im Strahlengang einer jeden dieser Linsen die Farbe Weiß ergibt, zumindest in einem Bereich des Strahlengangs.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kollimations- bzw
Kondensoroptik in den beiden Achsen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung unterschiedlich starke Brennweiten und damit unterschiedliche
Kollimationswinkel auf. Damit kann die gesamte Betrachtungsebene in vertikaler Richtung mit einem einzelnen Lichtemitter ausgeleuchtet werden. Insbesondere sind bei Verwendung einer derartigen Optik drei Lichtemitter unterschiedlicher Farben vertikal dermaßen angeordnet, sodass sich diese in der Betrachtungsebene zu einem weißen Farbeindruck überlagern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System zur
Hintergrundbeleuchtung Lichtemitter auf, die so gestaltet sind, dass Lichtbündel in unterschiedliche Richtungen emittiert werden, um beide Augen separat zu erfassen. Bei einer Bewegung des Kopfes werden die Lichtbündel umgeschaltet um entsprechend angepasste Lichtbündel zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Oberflächen der Kondensorbzw. Kollimationsoptik als komplexe Freiformflächen berechnet um eine homogenere Ausleuchtung der Betrachtungsebene sowie bessere Kollimation zu ermöglichen.
Das System zur Bildgebung dient dazu, ein Bild zur Verfügung zu stellen, welches mittels des Lichtes der Hintergrundbeleuchtung ausgeleuchtet werden kann. Solche Systeme sind dem Fachmann bekannt und werden beispielsweise in Flachbildschirmen, Bildprojektoren (Beamern) und Mobiltelefonen verwendet. Bevorzugte Systeme zur Bildgebung enthalten mindestens einen Bildgeber umfassend mindestens ein LCD-Modul und/oder mindestens ein DLP-Modul. Das Steuersystem steuert die Lichtemission der einzelnen Lichtemitter des Systems zur Hintergrundbeleuchtung und das System zur Bildgebung. Das Steuersystem umfasst vorzugsweise mindestens eines der folgenden
Elemente: Prozessor und/oder MikroController und zusätzlich insbesondere einen Speicherbaustein und/oder einen Netzwerkzugang. Weitere Schnittstellen zur Datenübermittlung sind ebenfalls bevorzugt.
Im Hinblick auf die Lichtemission der einzelnen Lichtemitter ist es besonders bevorzugt, wenn das Steuersystem so ausgestaltet ist, dass es jeden einzelnen Lichtemitter oder zumindest eine Gruppe von Lichtemittern unabhängig von anderen Lichtemittern an- und abschalten kann oder die Helligkeit der einzelnen Lichtemitter oder Gruppen von Lichtemittern stufenlos regulieren kann.
In dem Falle, dass eine Gruppe von Lichtemittern von dem Steuersystem parallel gesteuert wird, sind diese vorzugsweise in einem zusammenhängenden Bereich, insbesondere in Form von Ketten hintereinander angeordnet.
Das Steuersystem berechnet die Bildinhalte bevorzugt für das linke und das rechte Auge in getrennter weise. Die Berechnung der Bildinhalte bezieht sich beispielsweise auf Bildverzerrungen die sich schnell und kontinuierlich verändern können oder auf einen lateralen Versatz von Bildausschnitten oder einzelnen Symbolen oder dem Gesamtbild. Ein lateraler Versatz kann gezielt dafür verwendet werden um die wahrgenommene Entfernung der Bildinhalte oder Ausschnitte daraus zu steuern (Stereoskopisches Sehen). Durch die Möglichkeit der unterschiedlichen Berechnung der Bilder für jedes einzelne Auge kann auch die Parallaxe kompensiert werden, die sich auf Bilder störend auswirkt, die sich optisch näher am Betrachter befinden als der Hintergrund. Insbesondere geschieht die Ansteuerung des bildgebenden Systems mit dem entsprechenden Bildinhalt synchron zu der Ansteuerung der entsprechenden Lichtemitter oder des entsprechenden Lichtemitters, so dass jedes Auge des Betrachters ein anderes Bild wahrnimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Head-Up-Display zusätzlich eine Optik zwischen dem Bilderzeuger und dem Betrachter auf. Diese Optik dient der Abbildung des Bilderzeugers auf der Netzhaut des Auges bzw. der Optimierung des Strahlenganges und umfasst insbesondere refraktive oder reflektierende Elemente. Die Optik ist insbesondere von Vorteil wenn der Strahlengang aufgrund baulicher Vorgaben nicht geradlinig verlaufen kann und wenn reelle oder virtuelle Bilder im Raum erzeugt werden sollen. Dies ist z.B. beim Einbau in Fahrzeugen und Flugzeugen, in Augmented-Reality-Brillen oder bei Anwendungen als Ersatz für Bildschirme der Fall.
Bevorzugte Elemente für diese Optiken sind Elemente der Gruppe Linsen (z.B. (Konkavlinsen, Konvexlinsen), Spiegel (z.B. Konkavspiegel, Konvexspiegel), Glasscheiben (z.B. Windschutzscheiben, optische Filter) und Prismen.
In einer bevorzugten Ausführungsform, welche einen besonders geringen Energieverbrauch aufweist und wenige Komponenten benötigt, ist das
Steuersystem dazu ausgelegt, in einem einzigen Bildgeber des Systems zur Bildgebung in zeitlich sukzessiver Abfolge das Bild für das eine und
darauffolgend das Bild für das andere Auge zu erzeugen und gleichzeitig denjenigen Lichtemitter anzuschalten, dessen Licht (insbesondere
ausschließlich) das betreffende Auge ausleuchtet. Auf diese Weise kann ein und derselbe Bildgeber dazu verwendet werden, um dem linken und dem rechten Auge ein individuelles Bild zukommen zu lassen, was beispielsweise eine Veränderung der wahrgenommenen Entfernung des Bildes angepasst an die reale Entfernung der durch die Windschutzscheibe sichtbaren Umgebung oder eine 3D-Darstellung der Bildhinhalte oder einzelner Bildausschnitte mit nur einem Bildgeber ermöglicht. Ein und derselbe Bildgeber kann aber auch dafür verwendet werden, Bildverzerrungen die durch die Reflexion an der
typischerweise freiformartig gekrümmten Windschutzscheibe eines Fahrzeugs entstehen, für jedes Auge unabhängig voneinander zu kompensieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die unterschiedlichen
Strahlengänge zu den beiden Augen alleine durch die Auswahl der geeigneten Lichtemitter aus dem System zur Hintergrundbeleuchtung realisiert, so dass keine mechanischen Elemente zur Justage der auf die beiden Augen
passenden Ausleuchtung benötigt werden, die Lichtemitter werden also nicht mechanisch bewegt sondern lediglich gezielt ein- und ausgeschaltet.
Vorrichtungen zum Tracking von Augen sind dem Fachmann generell bekannt. Es wird jedoch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der im Strahlengang zwischen dem bildgebenden System und dem Betrachter ein Kaltlichtspiegel, ein Warmlichtspiegel, ein teildurchlässiger Spiegel oder ein teilweise
durchlässiger Spiegel oder ein durchsichtiges optisches Element (z.B. eine Linse oder eine Platte) angeordnet ist, dessen transmittiertes oder reflektiertes Bild des Betrachters von einem Kamerasystem aufgenommen wird.
Auf diese Weise lassen sich die Augen des Betrachters aufnehmen und die Position der Augen mit bekannten Verfahren aus den Bildern ableiten lassen. Die gemessene Augenposition wird insbesondere dazu verwendet, um die passende Ansteuerung des Beleuchtungsarrays zu berechnen, um gezielt ausschließlich das linke oder das rechte Auge auszuleuchten. Zudem ist es auf diese Weise möglich, auch andere Körperteile (z.B. Hände oder Finger) oder Gegenstände (z.B. Zeigegeräte oder Stifte) auf den Bildern zu erkennen und einem computerverständlichen Objekt zuzuordnen. Auf diese Weise ist es möglich, die Körperteile oder Gegenstände zu erkennen und parallaxenfrei einem eindeutigen Ort innerhalb des projizierten Bildes zuzuordnen und diesen Ort dem HUD Steuersystem z.B. als Eingabebefehl vergleichbar einer Computermaus in der Ansteuersoftware zu berücksichtigen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Head-Up-Display, welches ebenfalls die Aufgabe löst, umfasst ein System zur Hintergrundbeleuchtung, ein System zur Bildgebung, ein Steuersystem, und ein Sensorsystem zur Feststellung der Augenposition von Betrachtern, wobei das Head-Up-Display des Weiteren ein Kamerasystem und einen einen Kaltlichtspiegel, einen Warmlichtspiegel, einen teildurchlässigen Spiegel, einen teilweise durchlässigen Spiegel oder ein durchsichtiges optisches Element (z.B. eine Linse oder eine Platte) umfasst, wobei dieser Spiegel, bzw. dieses Element im Strahlengang zwischen dem bildgebenden System und dem Betrachter angeordnet ist, und dessen transmittiertes oder reflektiertes Bild des Betrachters von dem Kamerasystem aufgenommen wird.
Bevorzugt umfasst bei diesem HUD das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens zwei getrennt schaltbare Elemente zur Emission von Licht
(Lichtemitter), deren Lichtemission vom Steuersystem individuell gesteuert werden kann, und sich zwischen dem System zur Hintergrundbeleuchtung und dem System zur Bildgebung insbesondere eine Kondensor- und/oder
Kollimatoroptik befindet.
Die oben und unten aufgeführten bevorzugten Merkmale und
Ausführungsformen sind auch bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen dieses HUD mit dem Kamerasystem und dem Spiegel. In einer bevorzugten Ausführungsform für alle Erfindungsgemäßen HUDs befindet sich im Strahlengang zwischen dem Betrachter und der Optik bzw. dem bildgebenden System eine durchsichtige, feste Ebene (z.B. eine Glasoder Kunststoffplatte), die insbesondere orthogonal zum Strahlengang ausgerichtet ist, oder bei der zumindest die Flächennormale in einem Winkel von kleiner als 45° zum Strahlengang steht.
Auf diese Weise lässt sich bei Berührung dieser festen Ebene mit einem Körperteil (z.B. einem Finger) oder einem Gegenstand bei gleichzeitiger Kenntnis der Position der Augen des Betrachters eine nahezu parallaxenfreie Bestimmung der Position des Körperteils/Gegenstandes durchführen. Auf diese Weise lässt sich das Trackingsystem gleichzeitig zu einer Gestensteuerung nutzen. Als auslösendes Signal kann insbesondere die Berührung der Platte (z.B. über einen Touchscreen) das Erreichen von bestimmten Positionen oder eine weitere Geste verwendet werden.
Beispielsweise kann bei einer Berührung der festen Ebene mit einem Finger genau bestimmt werden, welcher Punkt auf der Platte berührt worden ist. Ein virtuelles Eingabefeld, welches per HUD in die Augen des Betrachters projiziert wurde und welches von diesem im Bereich der festen Ebene wahrgenommen wird, kann auf diese Weise bedient werden, ohne dass ein nebenstehender Dritter erkennen kann, welche Taste auf dem virtuellen Bedienfeld gedrückt worden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das HUD eine
Verstelleinheit auf, mittels der der das HUD oder der Spiegel automatisch in zumindest einer Ebene verkippt werden kann. Geeignete Verstelleinheiten sind dem Fachmann bekannt und umfassen insbesondere Elektromotoren, eine Hydraulik oder eine Pneumatik. Die Steuereinheit ist in dieser bevorzugten Ausführungsform zusätzlich dazu ausgelegt, diese Verkippung des HUD oder des Spiegels gemäß der vom Trackingsystem erkannten Augen zu steuern, so dass sich diese insbesondere stets in einem vorher eingestellten Bereich des Kamerabildes befinden. Da eine Verkippung des Spiegels eine Veränderung der Augenposition im Kamerabild bewirkt, ist die korrekte Verkippung durch Rückkopplung in kurzer Zeit erreichbar. Insbesondere wird, sobald nach einer Kopfbewegung durch
Verkippung des Spiegels die Position der Augen in dem Kamerabild wieder zentriert ist, auch die Ausleuchtung der einzelnen Augen angepasst. Dies kann geschehen, ohne dass auch die Hintergrundbeleuchtung angepasst werden muss oder durch Ansteuerung der entsprechenden Lichtemitter.
Der bei der korrigierten Bildentstehung getroffene Windschutzscheibenausschnitt kann zu einer Verzerrung führen, der für jedes Auge und für jeden Projektionswinkel nach den oben beschriebenen Methoden wieder kompensiert werden kann.
Auf diese Weise können beispielsweise in einem Fahrzeug Betrachter verschiedener Körpergrößen das HUD optimal nutzen ohne dass eine manuelle Nachsteuerung des Systems vonnöten ist.
Die ermittelte Augenposition kann somit als Regelsignal verwendet werden, um das HUD in zwei Achsen derart zu verkippen, dass immer beide Augen in der Bildmitte zentriert liegen und damit optimal ausgeleuchtet werden, unter Verwendung genau eines Lichtemitters je Auge. Eine aktiv nachregelnde Projektionsrichtung ermöglicht zudem eine Ausleuchtung einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich größeren Betrachtungsbereich.
Eine oben beschriebene mechanische Nachregelung der Projektionsachse kann weiterhin dafür verwendet werden, um mit einer zweiten Kamera mit deutlich längerer Brennweite und einem Bildausschnitt von der Größe eines Auges eine Iriserkennung durchzuführen, die dann z.B. für eine
Sicherheitsabfrage verwendet werden kann. Im gleichen Zuge zu der
Ausrichtung der Projektionsachse wird ebenfalls die für die Iriserkennung erforderliche gerichtete Infrarotbeleuchtung, welche dem Fachmann bekannt ist, ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Head-Up-Display dazu ausgelegt, in einem Kraftfahrzeug integriert zu werden. Dazu umfasst das HUD im
Rahmen der vorgenannten Optik bevorzugt einen konkav gebogenen Spiegel und die Windschutzscheibe des Fahrzeugs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Head-Up-Display dazu ausgelegt, in einer Brille integriert zu werden. Dazu umfasst das HUD im
Rahmen der vorgenannten Optik bevorzugt einen konkav gebogenen Spiegel und die Brillengläser.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Head-Up-Display als Ersatz für einen Bildschirm ausgelegt. Dazu wird bevorzugt, dass das Display die vorgenannte Trackingvorrichtung aufweist, da auf diese Weise auch
Gegenstände oder Körperteile, welche sich im Bereich des Strahlengangs des HUD befinden aufgenommen werden können und deren Position bestimmt werden kann. Durch diese Möglichkeit des Trackings wird es ermöglicht, mit Gesten Eingaben auf einer virtuellen, durch das HUD abgebildeten,
Eingabeeinheit durchzuführen, ohne dass ein außenstehender die virtuellen Abbildungen mit den Gesten in Übereinstimmung bringen könnte. Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen des Head-Up-Displays sind in den Abbildungen dargestellt.
Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform.
Figur 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform.
Figur 4 zeigt schematisch ein bevorzugtes System zur Hintergrundbeleuchtung.
Figur 5 zeigt schematisch ein bevorzugtes System zur Hintergrundbeleuchtung.
Figur 6 zeigt schematisch das Prinzip einer bevorzugten Kondensoroptik.
Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das rechte Auge 1 und das linke Auge 2 eines ansonsten nicht dargestellten Betrachters das Bild eines HUD sehen (Strahlengänge). Das Bild wird durch einen
Bildgeber 5 erzeugt und durch einen Hohlspiegel 4 und über Reflexion an der Windschutzscheibe 3 zu dem Betrachter gelenkt.
Der Bildgeber 5 wird mittels einer Kondensorlinse 6 vom Licht eines Systems zur Hintergrundbeleuchtung 7 ausgeleuchtet und zwar nicht von allen
Lichtemittern des Systems zur Hintergrundbeleuchtung 7 gleichzeitig sondern nur von einzelnen Lichtemittern oder Gruppen von Lichtemittern.
Die betreffenden Lichtemitter werden von einem Steuersystem aus den Daten eines Trackingsystems dermaßen ermittelt, dass nur diejenigen Lichtemitter (ggf. Gruppen von Lichtemittern) angeschaltet werden, deren Strahlen eines der Augen des Betrachters erreichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Lichtemitter, deren Strahlen das rechte und das linke Auge erreichen sukzessive folgend an- und
ausgeschaltet, so dass immer abwechselnd ein Lichtbündel das eine und danach das andere Auge trifft. Durch ein passendes Umschalten des
Bildgebers 5, so dass er stets passend die Bildinformation für das betreffende Auge darstellt, wenn der betreffende Lichtemitter angeschaltet ist, kann mittels nur eines einzigen Bildgebers ein 3D-Eindruck vermittelt werden.
Figur 2 entspricht der Ausführungsform nach Figur 1 mit dem Unterschied, dass die einzelnen Lichtemitter oder Gruppen von Lichtemittern des Systems zur Hintergrundbeleuchtung 7 mit einer eigenen Kondensorlinse 6 ausgestattet ist, wobei die Menge der Kondensorlinsen die Kondensoroptik ergibt.
Figur 3 entspricht der Ausführungsform nach Figur 1 mit dem Unterschied, dass sich hier ein teildurchlässiger Spiegel 8 im Strahlengang des HUD befindet, z.B. ein Kaltlichtspiegel um den Infrarotanteil von dem in das Wageninnere fallende Sonnenlicht von dem empfindlichen Bildgeber fernzuhalten. Dieser Spiegel transmittiert einen Teil des Bildes des Betrachters auf eine Kamera 9, welche dazu verwendet werden kann, mittels einer geeigneten Verarbeitung ihrer Bilddaten, die Augenpositionen oder sogar die Pupillenpositionen des
Betrachters zu erfassen und diese Daten dem HUD zugänglich zu machen. Die Lichtemitter des Systems zur Hintergrundbeleuchtung können dann
entsprechend der Augenpositionen an- und abgeschaltet werden.
Figuren 4 und 5 stellen bevorzugte Ausführungsformen des Systems zur Hintergrundbeleuchtung dar. Die einzelnen Lichtemitter sind dort als weiße Quadrate dargestellt, welche über Stromleitungen (schwarze Striche 10) miteinander gruppenweise verbunden sind.
Mittels der unten zu erkennenden freien Leitungen kann eine ganze Spalte von Lichtemittern mit Energie versorgt und damit zum Leuchten angeregt werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, jeden einzelnen der Lichtemitter separat ansteuerbar zu gestalten. In Figur 4 liegen alle Lichtemitter in identischen Reihen vor, in Figur 5 sind die Lichtemitter versetzt zueinander positioniert. Figur 6 zeigt schematisch das Prinzip einer bevorzugten Kondensoroptik 6. Diese besteht aus mindestens einer Linse, wobei jede der betreffenden Linsen einen Bereich überdeckt, in dem von einem oder mehreren Lichtemittern ein rotes Lichtbündel 11 , ein blaues Lichtbündel 12 und ein grünes Lichtbündel 13 ausgesendet wird. In dem Bereich, in dem sich die drei Lichtbündel überlappen (rechts dargestellt) ergibt sich die Farbe Weiß.
Ebenso zeigt Figur 6 schematisch das Prinzip einer bevorzugten
Kondensoroptik 6 bestehend aus mindestens einer Linse, wobei jede der betreffenden Linsen einen Bereich überdeckt, in dem von einem oder mehreren Lichtemittern Lichtbündel in unterschiedliche Richtungen emittiert werden, um die beiden Augen separat zu erfassen, beispielsweise das Lichtbündel 11 für das eine Auge, Lichtbündel 12 für das andere Auge. Bei einer Bewegung des Kopfes werden die Lichtbündel umgeschaltet um entsprechend angepasste Lichtbündel zu erzeugen, beispielsweise Lichtbündel 12 für das eine und Lichtbündel 13 für das andere Auge.
Bezugszeichenliste
1 Rechtes Auge
2 Linkes Auge
3 Windschutzscheibe
4 Hohlspiegel Bildgeber
Kondensorlinse
System zur Hintergrundbeleuchtung Teildurchlässiger Spiegel
Kamera
Stromleitungen
Lichtbündel
Lichtbündel
Lichtbündel

Claims

Ansprüche
1 . Head-Up-Display umfassend ein System zur Hintergrundbeleuchtung, ein System zur Bildgebung, ein Steuersystem, und ein Sensorsystem zur
Feststellung der Augenposition von Betrachtern, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens zwei getrennt schaltbare Elemente zur Emission von Licht (Lichtemitter) umfasst, deren Lichtemission vom Steuersystem individuell gesteuert werden kann, und sich zwischen dem System zur Hintergrundbeleuchtung und dem System zur Bildgebung eine Kondensor- und/oder Kollimatoroptik befindet.
2. Head-Up-Display nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens vier Lichtemitter umfasst, welche in mindestens einem Feld bestehend aus Zeilen und Spalten oder versetzt zueinander in einem System aus zueinander versetzten Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Größe der Lichtemitter vorzugsweise dermaßen gewählt ist, dass ihr Licht, nach Durchlaufen der nachgeschalteten Kollimations- oder Kondensoroptik, nur auf eines der beiden Augen eines Betrachters fällt, und dass das Head-Up-Display vorzugsweise zusätzlich eine Optik zwischen dem Bilderzeuger und dem Betrachter aufweist, welche zu der Abbildung des Bilderzeugers auf der Netzhaut des Auges und/oder der
Optimierung des Strahlenganges dient, und insbesondere refraktive oder reflektierende Elemente umfasst.
3. Head-Up-Display nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem dazu ausgelegt ist, in einem einzigen Bildgeber des Systems zur Bildgebung in zeitlich sukzessiver Abfolge das Bild für das eine und darauffolgend das Bild für das andere Auge zu erzeugen und gleichzeitig denjenigen Lichtemitter anzuschalten, dessen Licht, insbesondere ausschließlich, das betreffende Auge ausleuchtet, wobei bevorzugt die unterschiedlichen Strahlengänge zu den beiden Augen alleine durch die Auswahl der geeigneten Lichtemitter aus dem System zur Hintergrundbeleuchtung realisiert, so dass keine mechanischen Elemente zur Justage der auf die beiden Augen passenden Ausleuchtung benötigt werden, die
Lichtemitter also nicht mechanisch bewegt werden.
4. Head-Up-Display nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimations- oder Kondensoroptik so gestaltet ist, dass Licht eines jeden Lichtemitters oder einer gleichzeitig angesteuerten Gruppe von Lichtemittern in der Betrachtungsebene einen Beleuchtungsbereich aufweist, dessen Ausdehnung zumindest im Hinblick auf die Linie von Auge zu Auge des Beobachters, nicht größer als 6 cm ist, vorzugsweise nicht größer als 4 cm ist, wobei die Größe der Lichtemitter und die dazugehörige Kondensoroder Kollimatoroptik dermaßen gestaltet ist, dass das ausgesandte Licht dieser Komponenten in der Betrachtungsebene ausschließlich ein einziges Auge ausleuchtet.
5. Head-Up-Display nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimations- bzw Kondensoroptik in den beiden Achsen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung unterschiedlich starke Brennweiten und damit unterschiedliche Kollimationswinkel aufweist, und/oder dass die Kondensoroptik so gestaltet ist, dass sie in mehrere nebeneinander
angeordnete Sammellinsen unterteilt ist, von denen jede dieser Sammellinsen einen Lichtemitter oder eine Gruppe von Lichtemittern überdeckt und die Lichtemitter dabei bevorzugt lichterzeugende Elemente umfassen, welche Licht unterschiedlicher Farbe oder in unterschiedliche Raumrichtungen abstrahlen, wobei die Linsen der Kondensoroptik dermaßen angeordnet sind, dass sich die Strahlen zumindest in einem Bereich des folgenden Strahlengangs überlagern.
6. Head-Up-Display nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem dazu ausgelegt ist, die Bildinhalte für das linke und das rechte Auge in getrennter Weise zu berechnen und den Lichtem itter zur Ausleuchtung eines Auges synchron mit der Darstellung des entsprechenden Bildinhaltes für das betreffende Auge auf dem System zur Bildgebung für jedes Auge abwechselnd zu steuern.
7. Head-Up-Display nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem bildgebenden System und dem Betrachter ein halbdurchlässiger Spiegel oder ein Kaltlichtspiegel angeordnet ist, und das Head-Up-Display zusätzlich ein Kamerasystem umfasst, dass dazu ausgelegt ist, das durch diesen Spiegel transmittierte Bild des Betrachters aufzunehmen, wobei sich vorzugsweise zusätzlich im
Strahlengang zwischen dem Betrachter und der Optik oder dem bildgebenden System eine durchsichtige, feste Ebene befindet, bei der zumindest die
Flächennormale in einem Winkel von kleiner als 45° zum Strahlengang steht.
8. Head-Up-Display nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Head-Up-Display eine Verstelleinheit aufweist, mittels der das HUD oder der Spiegel automatisch in zumindest einer Ebene verkippt werden kann, wobei die Steuereinheit zusätzlich dazu ausgelegt ist, diese Verkippung gemäß der vom Trackingsystem erkannten Augen zu steuern, so dass sich die Augen
insbesondere stets in einem vorher eingestellten Bereich des Kamerabildes befinden.
9. Darstellungsverfahren für ein Head-Up-Display nach einem der
vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Messung der Position der Augen mindestens eines Betrachters,
- Berechnung desjenigen Lichtemitters des System zur Hintergrundbeleuchtung, dessen Licht durch das System zur Bildgebung das eine Auge des Betrachters erreichen würde (Lichtemitter A),
- Berechnung desjenigen Lichtemitters des System zur Hintergrundbeleuchtung, dessen Licht durch das System zur Bildgebung das andere Auge des Betrachters erreichen würde (Lichtemitter B), - Anschalten der Lichtemitter A und B gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend.
10. Darstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Augen des mindestens einen Betrachters gemessen und zusätzlich zur Berechnung des Lichtemitters A und B der Bildinhalt zu der dazu passenden Hintergrundbeleuchtung berechnet wird, so dass das Licht durch das System zur Bildgebung abwechselnd das eine und das andere Auge des Betrachters erreicht, wobei zu dem zeitlich nachfolgenden Anschalten der Lichtemitter A und B ein synchronisiertes Umschalten der dazugehörigen Bildinhalte erfolgt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019133057A (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 京セラ株式会社 ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ用表示装置及び移動体
WO2023093018A1 (zh) * 2021-11-23 2023-06-01 歌尔光学科技有限公司 抬头显示装置及汽车

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016202347A1 (de) * 2016-02-16 2017-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum Überprüfen des Zugverkehrs
EP3306373A1 (de) * 2016-10-06 2018-04-11 Harman Becker Automotive Systems GmbH Verfahren und vorrichtung zum rendering von 3d-inhalt auf einer headup-anzeige
DE102017100676B4 (de) * 2017-01-16 2020-02-06 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Kalibrierung einer Kopf-oben-Anzeige eines Kraftfahrzeugs
FR3069655B1 (fr) * 2017-07-31 2020-06-19 Valeo Comfort And Driving Assistance Unite de generation d'image et afficheur tete haute muni d'une telle unite de generation d'image
DE102017216494A1 (de) * 2017-09-18 2018-11-22 Audi Ag Bilddarstellung für ein jeweiliges Auge bei einem Head-Up-Display
JP2019061128A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置およびヘッドアップ表示装置
DE102018205972A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt
US20200004020A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Apple Inc. Electronic Device With Multi-Element Display Illumination System
TWI788049B (zh) 2021-10-13 2022-12-21 怡利電子工業股份有限公司 具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置
KR20230123200A (ko) 2022-02-16 2023-08-23 현대모비스 주식회사 헤드업 디스플레이 장치 및 그 제어방법
KR20230123198A (ko) 2022-02-16 2023-08-23 현대모비스 주식회사 헤드업 디스플레이 장치 및 그 제어방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69434108T2 (de) 1993-12-01 2006-02-02 Sharp K.K. Display für dreidimensionale Bilder
JP3727078B2 (ja) 1994-12-02 2005-12-14 富士通株式会社 表示装置
DE10016817A1 (de) 2000-04-05 2001-10-18 Mannesmann Vdo Ag Farb-Head-up Display, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102005010250B4 (de) 2005-02-25 2007-02-01 Seereal Technologies Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Nachführen von Sweet-Spots
EP2085961A1 (de) * 2008-01-30 2009-08-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Steuerung einer Anzeige
DE102009043351A1 (de) 2009-09-29 2011-04-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Erzeugen eines Stereobilds durch eine Projektionseinheit für ein Head-Up-Display und Projektionseinheit für ein Head-Up-Display
US9013562B2 (en) 2010-06-18 2015-04-21 Honeywell International Inc. Methods and systems for presenting sequential video frames

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019133057A (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 京セラ株式会社 ヘッドアップディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ用表示装置及び移動体
WO2023093018A1 (zh) * 2021-11-23 2023-06-01 歌尔光学科技有限公司 抬头显示装置及汽车

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014003351B4 (de) 2022-11-03
DE102014003351A1 (de) 2015-09-10
WO2015131899A3 (de) 2015-10-29

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