WO2019238869A1

WO2019238869A1 - Gerät zum generieren eines virtuellen bildes

Info

Publication number: WO2019238869A1
Application number: PCT/EP2019/065581
Authority: WO
Inventors: Markus Schöpper; Björn Pablo RICHTER; Willi SCHEFFLER-JUSCHTSCHENKO; Wolff VON SPIEGEL
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes. Das Gerät hat eine Lichtquelle (14), die mindestens zwei schaltbare Lichtquellen (14R, 14G, 14B) zum Erzeugen von Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufweist. Das Gerät hat zudem ein Anzeigeelement (11) zum Erzeugen eines Bildes und einen Lichtwellenleiter zum Aufweiten einer Austrittspupille. Der Lichtwellenleiter weist mindestens zwei synchron mit den schaltbaren Lichtquellen (14R, 14G, 14B) schaltbare und auf unterschiedliche Wellenlängen optimierte Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) auf.

Description

Beschreibung

Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes.

Unter einem Head-Up-Display, auch als HUD bezeichnet, wird ein Anzeigesystem verstanden, bei dem der Betrachter seine Blickrichtung beibehalten kann, da die darzustellenden Inhalte in sein Sichtfeld eingeblendet werden. Während derartige Systeme aufgrund ihrer Komplexität und Kosten ursprünglich vorwiegend im Bereich der Luftfahrt Verwendung fanden, werden sie inzwischen auch im Automobilbereich in Großserie verbaut.

Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einem Bildgene rator, einer Optikeinheit und einer Spiegeleinheit. Der Bildgenerator erzeugt das Bild. Die Optikeinheit leitet das Bild auf die Spiegeleinheit. Der Bildgenerator wird oft auch als bildgebende Einheit oder PGU (Picture Generating Unit) be zeichnet. Die Spiegeleinheit ist eine teilweise spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Betrachter sieht also die vom Bildgenerator dargestellten Inhalte als virtuelles Bild und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. Als Spie geleinheit dient im Automobilbereich oftmals die Windschutz scheibe, deren gekrümmte Form bei der Darstellung berücksichtigt werden muss. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit und Spiegeleinheit ist das virtuelle Bild eine vergrößerte Dar stellung des vom Bildgenerator erzeugten Bildes.

Der Betrachter kann das virtuelle Bild nur aus der Position der sogenannten Eyebox betrachten. Als Eyebox wird ein Bereich bezeichnet, dessen Höhe und Breite einem theoretischen Sichtfenster entspricht. So lange sich ein Auge des Betrachters innerhalb der Eyebox befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge sichtbar. Befindet sich das Auge hingegen außerhalb der Eyebox, so ist das virtuelle Bild für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter somit bei der Wahl seiner Sitzposition.

Die Größe der Eyebox herkömmlicher Head-Up-Displays wird durch die Größe der Optikeinheit begrenzt. Ein Ansatz zur Vergrößerung der Eyebox besteht darin, das von der bildgebenden Einheit kommende Licht in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln. Das in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht wird an dessen Grenzflächen totalreflektiert und wird somit innerhalb des Lichtwellenleiters geleitet. Zusätzlich wird an einer Vielzahl von Positionen entlang der Ausbreitungsrichtung jeweils ein Teil des Lichts ausgekoppelt. Durch den Lichtwellenleiter erfolgt auf diese Weise eine Aufweitung der Austrittspupille. Die effektive Austrittspupille setzt sich hier aus Bildern der Apertur des Bilderzeugungssystems zusammen.

Vor diesem Hintergrund beschreibt die US 2016/0124223 Al eine Anzeigevorrichtung für virtuelle Bilder. Die Anzeigevorrichtung umfasst einen Lichtwellenleiter, der bewirkt, dass von einer bildgebenden Einheit kommendes Licht, das durch eine erste Lichteinfallsfläche einfällt, wiederholt einer internen Re flexion unterzogen wird, um sich in einer ersten Richtung von der ersten Lichteinfallsfläche weg zu bewegen. Der Lichtwellenleiter bewirkt zudem, dass ein Teil des im Lichtwellenleiter geführten Lichts durch Bereiche einer ersten Lichtaustrittsfläche, die sich in der ersten Richtung erstreckt, nach außen austritt. Die Anzeigevorrichtung umfasst weiterhin ein erstes lichtein fallseitiges Beugungsgitter, das auftreffendes Licht beugt, um zu bewirken, dass das gebeugte Licht in den Lichtwellenleiter eintritt, und ein erstes lichtausfallendes Beugungsgitter, das vom Lichtwellenleiter einfallendes Licht beugt.

Ein herkömmliches Vollfar- ben-Lichtwellenleiter-Head-Up-Display, auch als Full-Color-Waveguide-Head-Up-Display bezeichnet, besteht aus drei übereinander liegenden monochromen Lichtwellenleitern, jeweils einer für die Farbe Rot, Grün, und Blau. Jeder Lichtwellenleiter besteh aus einem Glassubstrat, einer dünnen Hologrammschicht und einem weiteren Glassubstrat als Deck schicht. Je Lichtwellenleiter sind drei Hologramme vorgesehen, nämlich ein Einkoppelhologramm, ein Falthologramm und ein Auskoppelhologramm. Durch die Auskoppelung und Überlagerung der drei Farben ergibt sich ein Bild in der gewünschten Farbe. Die Bilderzeugung geschieht durch eine bildgebende Einheit, deren Licht über das Einkoppelhologramm in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Dabei kann es zu einem Übersprechen oder Crosstalk kommen, d.h. einer ungewollten Überlagerungen der drei Farben Rot, Grün und Blau. Hierdurch wird unter anderem der Kontrast vermindert und die Bildqualität reduziert. Es können auch sogenannte Geisterbilder entstehen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes vorzuschlagen, bei dem die Bildqualität erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes auf: - eine Lichtquelle, wobei die Lichtquelle mindestens zwei schaltbare Lichtquellen zum Erzeugen von Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufweist;

- ein Anzeigeelement zum Erzeugen eines Bildes;

- einen Lichtwellenleiter zum Aufweiten einer Austrittspupille, wobei der Lichtwellenleiter mindestens zwei auf unterschiedliche Wellenlängen optimierte Lichtwellenleiter mit jeweils einem schaltbaren Element aufweist; und

- eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die schaltbaren Lichtquellen synchron mit den schaltbaren Elementen anzusteuern, sodass in die Lichtwellenleiter nur Lichtpakete derjenigen Wellenlängen eingekoppelt werden, auf die der jeweilige Lichtwellenleiter optimiert ist.

Bei der Bilddarstellung des Lichtwellenleiters kommt es zu einem geringen Kontrast aufgrund von Übersprechen, dem sogenannten Crosstalk. Hierbei werden die einzelnen Farben, z.B. Rot, Grün und Blau, nicht nur in dem jeweils vorgesehenen Lichtwellenleiter weitergeleitet, sondern auch in die für andere Wellenlägen ausgelegten beziehungsweise optimierten Lichtwellenleiter eingekoppelt. Um das Übersprechen der einzelnen Kanäle zu unterbinden, werden erfindungsgemäß die verschiedenen Farben nacheinander geschaltet. Dazu werden die einzelnen Farben der Lichtquelle versetzt geschaltet, vorzugsweise derart, dass zu jeder Zeit immer nur eine Lichtquelle eingeschaltet ist. Die Einkopplung in die Lichtwellenleiter wird entsprechend synchronisiert. Da keine Einkopplung in die nicht geschalteten Wellenleiter erfolgen kann, wird das Übersprechen effektiv unterbunden. Im Ergebnis wird ein größerer Kontrast und somit eine höhere Bildqualität erzielt. Zusätzlich ergeben sich die Vorteile, dass eine höhere Gesamthelligkeit erreicht wird und auch Geisterbilder verhindert werden. Als schaltbares Element ist beispielsweise ein schaltbares Einkoppelhologramm eines Lichtwellenleiters vorgesehen, ein schaltbares Gitter oder ein schaltbarer Spiegel.

Um trotz des pulsierenden Betriebs der Lichtquellen eine konstante Helligkeit des virtuellen Bildes zu erreichen, ist die Leistung der Lichtquelle vorzugsweise umso stärker, je kürzer die Zeitabschnitte sind, in der die Lichtquelle angesteuert wird. Dies lässt sich vorteilhaft mittels gepulster Laser erzielen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter schaltbare Einkoppelhologramme auf. Schaltbare Einkoppelhologramme sind zwar relativ aufwändig in der Herstellung, zeichnen sich aber durch kurze Schaltzeiten und einen sehr großen Freiraum bei der Gestaltung der diffraktiven Eigenschaften aus. Sie lassen sich daher sehr gut an den jeweiligen optischen Aufbau anpassen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter schaltbare Gitter auf. Schaltbare Gitter können auf vielfältige Weise realisiert werden. Dem Fachmann steht somit eine Reihe von bewährten Konzepten zur Verfügung, auf die bei der Entwicklung des optischen Aufbaus zurückgegriffen werden kann. Unter anderem kann ein schaltbares Gitter auch in Form eines schaltbaren Hologramms realisiert werden .

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter schaltbare Spiegel auf. Schaltbare Spiegel, insbesondere Spiegel mit schaltbarer Reflektivität , haben den Vorteil, dass sie sehr kurze Schaltzeiten ermöglichen und somit auch für hohe Bildwiederholraten geeignet sind. Zudem lassen sie sich kostengünstig realisieren. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gerät eine Steu ereinheit auf, die mit dem Anzeigeelement verbunden ist und eingerichtet ist dieses derart anzusteuern, dass das zur Wellenlänge der jeweils eingeschalteten Lichtquelle passende Bild anzeigt wird. Durch die Synchronisation der Lichtquellen und des Anzeigeelements wird sichergestellt, dass es bei der Darstellung des virtuellen Bildes nicht zu Farbfehlern kommt. Farbfehler, insbesondere unerwünschte Mischfarben, könnten auftreten, wenn das Licht einer Wellenlänge gerade dann auf das Anzeigeelement trifft, wenn diese gerade das Bild für eine andere Wellenlänge anzeigt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Gerät drei Lichtquellen zum Erzeugen von Licht in drei Elementarfarben aufweist. Mit Hilfe von drei Elementarfarben, z.B. Rot, Grün und Blau, kann durch geeignete Mischung ein großer Anteil des vom Menschen wahrnehmbaren Farbraums dargestellt werden. Somit kann eine Vollfarb-Darstellung realisiert werden. Dem Fachmann sind auch andere Farben bekannt, die für eine Vollfarb-Darstellung geeignet sind. Auch diese sind im Rahmen der Erfindung sinnvoll einsetzbar .

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter durch einen Luftspalt getrennt. Der Luftspalt sorgt dafür, dass an den Begrenzungsflächen der Lichtwellenleiter eine Totalreflexion des eingekoppelten Lichts erfolgt. Alternativ kann anstelle des Luftspalts zwischen den Lichtwellenleitern eine Schicht aus einem Material angeordnet sein, dessen Brechungsindex möglichst nahe an dem von Luft liegt. Dies gewährleistet sowohl die Totalreflexion an der Begrenzungsfläche als auch eine stabile Anordnung der Lichtwellenleiter . Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Gerät ein Head-Up-Display . Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich besonders vorteilhaft in Head-Up-Displays nutzen, die Lichtwellenleiter verwenden. Bei derartigen Geräten besteht ein relativ hohes Risiko, dass es zu einem Übersprechen zwischen den verschiedenen Farbkanälen kommt.

Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Gerät in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, eingesetzt.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

Figurenübersicht

Fig. 1 zeigt schematisch ein Head-Up-Display gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug;

Fig. 2 zeigt einen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler

Vergrößerung;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Licht wellenleiter;

Fig. 4 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Licht wellenleiter in einem Kraftfahrzeug;

Fig. 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Gerät zum

Generieren eines virtuellen Bildes;

Fig. 6 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines schaltbaren Gitters; und Fig. 7 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer schaltbaren Gitteranordnung für drei Wellenlängen.

Figurenbeschreibung

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Zunächst soll anhand der Figuren 1 bis 4 der Grundgedanke eines Head-Up-Displays mit Lichtwellenleiter dargelegt werden.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug. Das Head-Up-Display weist einen Bildgenerator 1, eine Optikeinheit 2 und eine Spiegeleinheit 3 auf. Von einem Anzeigeelement 11 geht ein Strahlenbündel SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es Richtung Spiegeleinheit 3 reflektiert. Die Spiegeleinheit 3 ist hier als Windschutzscheibe 31 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Von dort gelangt das Strahlenbündel SB2 in Richtung eines Auges 61 eines Betrachters .

Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB, welches sich außerhalb des Kraftfahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Kraftfahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 2 und Spiegeleinheit 3 ist das virtuelle Bild VB eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen dargestellt. So lange sich das Auge 61 innerhalb der durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 62 befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge 61 sichtbar. Befindet sich das Auge 61 außerhalb der Eyebox 62, so ist das virtuelle Bild VB für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox 62 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition .

Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 dient zum einen dazu, den Strahlengang aufzubereiten und somit für ein größeres Bild und eine größere Eyebox 62 zu sorgen. Zum anderen gleicht die Krümmung eine Krümmung der Windschutzscheibe 31 aus, sodass das virtuelle Bild VB einer vergrößerten Wiedergabe des vom Anzeigeelement 11 dargestellten Bildes entspricht. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch ermöglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 62 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 62 an die Position des Auges 61. Der Faltspiegel 21 dient dazu, dass der vom Strahlenbündel SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 2 dennoch kompakt ausfällt. Die Optikeinheit 2 wird durch eine transparente Abdeckung 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 2 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Auf der Abdeckung 23 befindet sich weiterhin eine optische Folie 24 oder eine Beschichtung, die einfallendes Sonnenlicht SL daran hindern soll, über die Spiegel 21, 22 auf das Anzeigeelement 11 zu gelangen. Dieses könnte sonst durch eine dabei auftretende Wärmeentwicklung vorübergehend oder auch dauerhaft geschädigt werden. Um dies zu verhindern, wird beispielsweise ein Infrarotanteil des Sonnenlichts SL mittels der optischen Folie 24 ausgefiltert. Ein Blendschutz 25 dient dazu, von vorne einfallendes Licht abzuschatten, sodass es nicht von der Abdeckung 23 in Richtung Windschutzscheibe 31 reflektiert wird, was eine Blendung des Betrachters hervorrufen könnte. Außer dem Sonnenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 64 auf das Anzeigeelement 11 gelangen.

Fig. 2 zeigt in schematischer räumlicher Darstellung einen Lichtwellenleiter 5 mit zweidimensionaler Vergrößerung. Im unteren linken Bereich erkennt man ein Einkoppelhologramm 53, mittels dessen von einer nicht dargestellten bildgebenden Einheit kommendes Licht LI in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. In diesem breitet es sich in der Zeichnung nach rechts oben aus, entsprechend dem Pfeil L2. In diesem Bereich des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Falthologramm 51, das ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und ein in Y-Richtung verbreitertes, sich in X-Richtung ausbreitendes Lichtbündel erzeugt. Dies ist durch drei Pfeile L3 angedeutet. In dem sich in der Abbildung nach rechts erstreckenden Teil des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Auskoppelhologramm 52, welches ebenfalls ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und durch Pfeile L4 angedeutet Licht in Z-Richtung nach oben aus dem Lichtwellenleiter 5 auskoppelt. Hierbei erfolgt eine Verbreiterung in X-Richtung, sodass das ursprüngliche einfallende Lichtbündel LI als in zwei Dimensionen vergrößertes Lichtbündel L4 den Lichtwellenleiter 5 verlässt.

Fig. 3 zeigt in räumlicher Darstellung ein Head-Up-Display mit drei Lichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, die übereinanderliegend angeordnet sind und für je eine Elementarfarbe Rot, Grün und Blau stehen. Sie bilden gemeinsam den Lichtwellenleiter 5. Die in dem Lichtwellenleiter 5 vorhandenen Hologramme 51, 52, 53 sind wellenlängenabhängig, sodass jeweils ein Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B für eine der Elementarfarben verwendet wird. Oberhalb des Lichtwellenleiters 5 sind ein Bildgenerator 1 und eine Optikeinheit 2 dargestellt. Die Optikeinheit 2 weist einen Spiegel 20 auf, mittels dessen das vom Bildgenerator 1 erzeugte und von der Optikeinheit 2 geformte Licht in Richtung des jeweiligen Einkoppelhologramms 53 umgelenkt wird. Der Bildgenerator 1 weist drei Lichtquellen 14R, 14G, 14B für die drei Elementarfarben auf. Man erkennt, dass die gesamte dargestellte Einheit eine im Vergleich zu ihrer lichtabstrahlenden Fläche geringe Gesamtbauhöhe aufweist.

Fig. 4 zeigt ein Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug ähnlich zu Fig. 1, hier allerdings in räumlicher Darstellung und mit einem Lichtwellenleiter 5. Man erkennt den schematisch angedeuteten Bildgenerator 1, der ein paralleles Strahlenbündel SB1 erzeugt, welches mittels der Spiegelebene 523 in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. Die Optikeinheit ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Mehrere Spiegelebenen 522 reflektieren jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts Richtung Windschutzscheibe 31, der Spiegeleinheit 3. Von dieser wird das Licht Richtung Auge 61 reflektiert. Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB über der Motorhaube bzw. in noch weiterer Entfernung vor dem Kraftfahrzeug.

Fig. 5 zeigt eines erfindungsgemäßes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes in vereinfachter schematischer Darstellung. Die Lichtquelle 14 weist hier nicht speziell dargestellte schaltbare Lichtquellen 14R, 14G, 14B für Licht unterschiedlicher Wellenlänge XR, XG, XB auf, vorzugsweise für die Farben Rot, Grün, und Blau. Diese werden nacheinander an- und wieder ausgeschaltet, sodass aufeinanderfolgende Lichtpakete LPR, LPG, LPB erzeugt werden. Diese passieren das Anzeigeelement 11 und propagieren in Richtung schaltbarer Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B, welche auf jeweils eine der Wellenlängen XR, XG, XB optimiert sind. Die drei übereinander liegenden monochromen Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B bestehen jeweils aus einem Glassubstrat 54, einer dünnen Hologrammschicht 56 und einem weiteren Glassubstrat als Deckschicht 55. Dies ist im unteren rechten Teil der Fig. 5 beispielhaft angedeutet. Die Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B werden j eweils durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Je Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B sind drei Hologramme vorgesehen, nämlich jeweils ein Einkoppelhologramm 53R, 53G, 53B sowie ein in Fig. 5 nicht dargestelltes Falthologramm und ein ebenfalls nicht dargestelltes Auskoppelhologramm. Durch die Auskoppelung und Überlagerung der drei Farben ergibt sich ein Bild in der gewünschten Farbe. Die Bilderzeugung geschieht durch eine bildgebende Einheit 100, deren Licht über die Einkoppelhologramme 53R, 53G, 53B in die Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B eingekoppelt wird.

Die Einkoppelhologramme 53R, 53G, 53B der schaltbaren Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B sind schaltbar und werden mittels einer Steuereinheit 41 synchron mit dem Einschalten der wellenlängenmäßig zugeordneten Lichtquelle 14R, 14G, 14B so geschaltet, dass sie Licht einkoppeln, sowie synchron mit dem Ausschalten der wellenlängenmäßig zugeordneten Lichtquelle 14R, 14G, 14B so geschaltet, dass sie kein Licht einkoppeln. Die Steuereinheit 41 ist dazu mittels Steuerleitungen 413R, 413G, 413B mit den schaltbaren Einkoppelhologrammen 53R, 53G, 53B verbunden. Weiterhin ist die Steuereinheit 41 mittels Steuerleitungen 414R, 414G, 414B mit den schaltbaren Lichtquellen 14R, 14G, 14B verbunden. Die synchrone Ansteuerung führt dazu, dass in den auf die Wellenlänge XR optimierten Lichtwellenleiter 5R nur Lichtpakete LPR eingekoppelt werden. Entsprechendes gilt für die auf die Wellenlänge XG beziehungsweise XB optimierten Lichtwellenleiter 5G beziehungsweise 5B. Die Steuereinheit 41 ist zudem mittels einer Leitung 411 mit dem Anzeigeelement 11 verbunden und sorgt dafür, dass dieses das zur Wellenlänge der jeweils eingeschalteten Lichtquelle 14R, 14G, 14B passende Bild anzeigt. Die schaltbaren Einkoppelhologramme 53R, 53G, 53B lassen sich beispielsweise als holographische Polymer-dispergierte Flüssigkristalle (H-PDLC: Holographie polymer-dispersed liquid crystals) realisieren. Anstelle der schaltbaren Einkoppelhologramme 53R, 53G, 53B können auch schaltbare Gitter 70, 70R, 70G, 70B verwendet werden, wie dies weiter unten anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben wird. Eine weitere Alternative sind schaltbare Spiegel, insbesondere Spiegel mit einer schaltbaren Reflektivität . Auch diese können auf Basis von Flüssigkristallen realisiert werden und erreichen dabei Schaltzeiten von ca . 10 ms. Schaltbare festkörper-basierte spiegelnde Filme sind ebenfalls verfügbar, erreichen aber derzeit noch nicht die gewünschten Schaltzeiten .

Die oben genannten Farben Rot, Grün und Blau entsprechen den vom menschlichen Auge wahrgenommenen Wellenlängen und sind geeignet, durch geeignete Mischung einen großen Anteil des vom Menschen wahrnehmbaren Farbraums darzustellen. Dem Fachmann sind auch andere Farben bekannt, die geeignet sind, diesen Farbraum zumindest zu einem großen Teil abzudecken. Auch diese sind im Rahmen der Erfindung sinnvoll einsetzbar.

Fig. 6 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines schaltbaren Gitters 70. Das schaltbare Gitter 70 beruht auf einer schaltbaren Flüssigkristallschicht 73, die zwischen zwei Glassubstraten 71 angeordnet ist. Die Flüssigkristallschicht 73 kann beispielsweise eine Reaktive Mono- mer-Flüssigkristall-Mischung (RMLCM: Reactive Monomer Liquid Crystal Mix) nutzen. Die Ansteuerung des Flüssigkristalls erfolgt über optisch durchlässige Kontaktflächen 72, die die gesamte obere und untere Fläche des Flüssigkristalls bedecken. Die Kontaktflachen bestehen aus einem dem Fachmann bekannten Material, beispielsweise aus ITO (ITO: Indium tin oxide, In diumzinnoxid) . Sie sind vorzugsweise aufgedampft bzw. aufge- sputtert. Durch Anlegen einer Spannung an die Kontaktflachen bildet sich in der Flüssigkristallschicht 73 eine Git terstruktur, die zuvor mittels Laser in die Flüssigkristall schicht 73 eingeschrieben wurde. Die Schaltzeit eines solchen schaltbaren Gitters 70 liegt bei unter 1 ms, sodass das schaltbare Gitter 70 auch für hohe Bildwiederholraten geeignet ist .

Fig. 7 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer schaltbaren Gitteranordnung für drei Wellenlängen. Die Git teranordnung umfasst drei geschichtete schaltbare Gitter 70R, 70G, 70B, je eines für jede der beteiligten Wellenlängen bzw.

Farben Rot, Grün und Blau. Der Einfachheit halber ist die Spannungsversorgung der drei Gitter 70R, 70G, 70B nicht dar gestellt. Die drei schaltbaren Gitter 70R, 70G, 70B werden synchron mit den schaltbaren Lichtquellen 14R, 14G, 14B versetzt geschaltet, sodass zu jeder Zeit immer nur eine Lichtquelle 14R, 14G, 14B eingeschaltet ist und entsprechend immer nur das zugehörige Gitter 70R, 70G, 70B aktiv ist.

Bezugszeichenliste

I Bildgenerator

II Anzeigeelement

14, 14R, Lichtquelle

14G, 14B

2 Optikeinheit

20 Spiegel

21 Faltspiegel

22 Gekrümmter Spiegel

221 Lagerung

23 Transparente Abdeckung

24 Optische Folie

25 Blendschutz

3 Spiegeleinheit

31 Windschutzscheibe

41 Steuereinheit

411 Steuerleitung

413R, 413G, Steuerleitung

413B, 414R,

414G, 414B

5 Lichtwellenleiter

51 Falthologramm

510 Erster Lichtwellenleiter (in Y-Richtung aufweitend)

52 Auskoppelhologramm

520 Zweiter Lichtwellenleiter ( in X-Richtung aufwei- tend)

522 Spiegelebene

523 Spiegelebene

53, 53R, Einkoppelhologramm 53G, 53B

54 Substrat

55 Deckschicht

56 Hologrammschicht

61 Auge

62 Eyebox

63 Betrachtungsebene

64 Störlichtquelle

70, 70R, Schaltbares Gitter

7 OG, 7 OB

71 Glassubstrat

72 Kontaktfläche

73 Schaltbarer Flüssigkristall

LI .. . L4 Licht

LPR, LPG, Lichtpaket

LPB SB1 , SB2 Strahlenbündel

SL Sonnenlicht

VB Virtuelles Bild

XR, XG, XB Wellenlänge

Claims

Patentansprüche

1. Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes (VB) , mit:

einer Lichtquelle (14), wobei die Lichtquelle (14) mindestens zwei schaltbare Lichtquellen (14R, 14G, 14B) zum Erzeugen von Licht unterschiedlicher Wellenlänge (XR, XG, XB) aufweist;

- einem Anzeigeelement (11) zum Erzeugen eines Bildes;

- einem Lichtwellenleiter (5) zum Aufweiten einer Aus trittspupille, wobei der Lichtwellenleiter (5) mindestens zwei auf unterschiedliche Wellenlängen (XR, XG, XB) op timierte Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) mit jeweils einem schaltbaren Element ( 53R, 53G, 53B, 70R,70G,70B) aufweist; und

- einer Steuereinheit (41), die eingerichtet ist, die schaltbaren Lichtquellen ( 14R, 14G, 14B) synchron mit den schaltbaren Elementen ( 53R, 53G, 53B, 70R,70G,70B) anzu steuern, sodass in die Lichtwellenleiter (5R,5G,5B) nur Lichtpakete (LPR, LPG, LPB) derjenigen Wellenlängen (XR, XG, XB) eingekoppelt werden, auf die der jeweilige Lichtwel lenleiter (5R,5G,5B) optimiert ist.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens zwei schaltbaren Lichtquellen (14R, 14G, 14B) versetzt geschaltet werden, sodass zu jeder Zeit immer nur eine Lichtquelle (14R, 14G, 14B) eingeschaltet ist.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) schaltbare

Einkoppelhologramme (53R, 53G, 53B) aufweisen.

4. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) schaltbare Gitter aufweisen .

5. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) schaltbare

Spiegel aufweisen.

6. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gerät eine Steuereinheit (41) aufweist, die mit dem Anzeigeelement (11) verbunden ist und eingerichtet ist dieses derart anzusteuern, dass das zur Wellenlänge der jeweils einge schalteten Lichtquelle (14R, 14G, 14B) passende Bild anzeigt wird .

7. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gerät drei Lichtquellen (14R, 14G, 14B) zum Erzeugen von Licht in drei Elementarfarben aufweist.

8. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens zwei schaltbaren Lichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) durch einen Luftspalt getrennt sind.

9. Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gerät ein Head-Up-Display ist.

10. Fahrzeug mit einem Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Generieren eines virtuellen Bildes (VB) für einen Fahrer des Fahrzeugs.