WO2019238895A1 - Vorrichtung zum anzeigen eines virtuellen bildes - Google Patents

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WO2019238895A1
WO2019238895A1 PCT/EP2019/065621 EP2019065621W WO2019238895A1 WO 2019238895 A1 WO2019238895 A1 WO 2019238895A1 EP 2019065621 W EP2019065621 W EP 2019065621W WO 2019238895 A1 WO2019238895 A1 WO 2019238895A1
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optical waveguide
virtual image
light
displaying
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PCT/EP2019/065621
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Arne Jachens
Thorsten Alexander Kern
Markus Schöpper
Kai Habermehl
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for displaying a virtual image and a means of transportation using such a device.
  • Transparent displays in glasses or panes are designed as classic displays today. Displays that are in the glass surface have one
  • a larger viewing distance can be achieved by reflection on the glass surface, as is known, for example, from head-up displays.
  • this requires a suitably inclined disc.
  • this approach requires a spatial separation of the projector and the screen, so that construction space must be kept at a suitable location. With such a solution, it must also be excluded that the viewer can position himself in the beam path between the projector and the reflecting pane.
  • the display device includes an optical fiber that causes light coming from an imaging unit that is incident through a first light incident surface to be repeatedly subjected to internal reflection to move in a first direction away from the first light incident surface.
  • the optical waveguide also causes part of the light guided in the optical waveguide to pass through areas of a first one
  • the display device further comprises a first light incidence side Diffraction grating that diffracts incident light to cause the diffracted light to enter the optical fiber and a first light-emitting one
  • Diffraction grating that diffracts light from the optical fiber.
  • a device for displaying a virtual image has:
  • an imaging unit for generating an image
  • optical waveguide is designed as an element protecting against environmental influences or is integrated into one.
  • Partitioning surfaces can be realized, the viewing distance of which is significantly greater than the distance of the viewer from the parting surface, without the disadvantages described above occurring.
  • a flat optical waveguide is essentially a transparent surface which is impermeable to air and water, among other things, it is used according to the invention as a transparent limiting element which protects against environmental influences.
  • additional information can be faded in when looking through this interface and is therefore visible to the viewer.
  • optical fiber has significant advantages compared to alternative technical solutions.
  • the viewing distance This type of display can be set so that the information displayed appears at a desired spatial distance.
  • the optical waveguide is provided at least on one side with a protective pane which is spaced from the optical waveguide by means of spacers.
  • the protective pane is, for example, a dimensionally stable glass or plexiglass layer. In vehicles, it is preferably arranged on the side of the optical waveguide facing away from the viewer in the interior, where it offers protection from rain, wind or particles. In a display case or similar applications, the protective layer is attached to the side of the optical waveguide facing the viewer. It also protects the viewer from influences such as touching the fingers.
  • the spacers ensure that the total internal inside the optical fiber
  • Reflection is not affected by the protective screen.
  • the optical waveguide is embedded in a recess in a protective pane. This is particularly advantageous if only part of the protective pane is to offer the possibility of displaying a virtual image at the same time. By inserting the optical waveguide into a corresponding recess, a seamless appearance of the protective pane is achieved even in such a case.
  • the imaging unit has three light sources for generating light in three elementary colors.
  • the device can be used to display multicolored virtual images.
  • the light sources can produce the colors red, green and blue, with which full-color images can be displayed. Further color combinations are known to the person skilled in the art, with which full-color images can be realized.
  • the optical waveguide has three
  • Partial light waveguide each of which is assigned to one of the three light sources. This enables each of the partial light waveguides to be targeted for the to optimize each assigned color. However, two colors can also be transported combined in a partial light waveguide.
  • the device has a control unit for setting a viewing distance for the virtual image.
  • the control unit makes it possible to set the viewing distance to a desired distance, so that e.g. the virtual image is displayed complementary to an object arranged behind the transparent dividing surfaces.
  • the device has a user interface that enables a user to influence the displayed virtual image.
  • the user interface for example, can be the desired one
  • Viewing distance can be specified.
  • Another possible adaptation of the displayed content is a shift to match the eye position of the
  • Beholder This can also be done using an eye tracking system. It is also possible that the content of the virtual image is determined via the user interface, e.g. by specifying content to be displayed or by navigating within a structure of content.
  • a means of transportation has a
  • the optical waveguide is preferably part of a windshield for the means of transportation.
  • Means of transportation can be, for example, a motor vehicle or an aircraft.
  • the optical waveguide serves as a real windshield, including the atmospheric delimitation, and as a representative element.
  • an optical waveguide as a transparent pane, which is only partial in some embodiments
  • Head-up displays for vehicles or cabins are shown, the panes of which have unsuitable angles of attack in order to serve as a reflector for classic head-up display projection. This is the case, for example, in trucks, buses, in rail technology and in public transport, for cranes and construction machinery, ships,
  • a device according to the invention is used in a shop window, in a transparent door or partition or in a display case.
  • the transparent door or partition can be elements of a shower cabin, for example.
  • the possibility according to the invention is suitable due to the possibility of adjusting the viewing distance
  • Device e.g. ideal for showcases to display objects or for
  • the viewing distance is preferably set such that the information displayed appears to be complementary to the objects under consideration at the same spatial distance.
  • an object can be provided with explanations as an exhibit in a display case.
  • FIG. 4 schematically shows an inventive device for displaying a virtual image
  • 5 shows a vehicle in which a device according to the invention is integrated
  • FIG. 6 shows a display case in which a device according to the invention is integrated. figure description
  • Fig. 1 shows a schematic spatial representation of an optical fiber 5 with two-dimensional magnification.
  • a coupling hologram 53 can be seen, by means of which light L1 coming from an imaging unit (not shown) is coupled into the optical waveguide 5. In it, it spreads to the top right in the drawing, according to arrow L2.
  • a folding hologram 51 which acts similarly to many partially transparent mirrors arranged one behind the other, and generates a light beam that is widened in the Y direction and spreads out in the X direction. This is indicated by three arrows L3.
  • Partial light waveguides 5R, 5G, 5B which are arranged one above the other and each stand for one elementary color red, green and blue.
  • the holograms 51, 52, 53 present in the optical waveguide 5 are wavelength-dependent, so that one optical waveguide 5R, 5G, 5B is used for one of the elementary colors.
  • An image generator 1 and an optical unit 2 are shown above the optical waveguide 5.
  • the optics unit 2 has a mirror 20, by means of which the light generated by the image generator 1 and shaped by the optics unit 2 is deflected in the direction of the respective coupling hologram 53.
  • the image generator 1 has three light sources 14R, 14G, 14B for the three elementary colors. It can be seen that the entire unit shown has a low overall height compared to its light-emitting surface.
  • Fig. 3 illustrates in a spatial representation the display of a virtual image VB by an optical waveguide 5.
  • image generator 1 which generates a light beam L1 in the form of a parallel beam, which is generated by means of a coupling element 523, e.g. a mirror into which optical fiber 5 is coupled.
  • the optics unit is not shown for the sake of simplicity.
  • decoupling elements 522 e.g. Mirrors each reflect part of the light incident on them in the direction of the eyes 61
  • the viewer sees a virtual image VB at a certain distance behind the optical waveguide 5.
  • the viewer can only view the virtual image from the position of the so-called eyebox.
  • An area is called an eyebox, the height and width of which correspond to a theoretical viewing window.
  • an eye 61 of the viewer is inside the eyebox, all elements of the virtual image VB are visible to the eye 61. If, on the other hand, the eye 61 is outside the eyebox, the virtual image VB is only partially or not at all visible to the viewer. The larger the eyebox, the less restricted the viewer is in choosing his position.
  • FIG. 4 schematically shows a device 70 according to the invention for displaying a virtual image VB.
  • the optical waveguide 5 multiplies the coupled light bundle L1 in the x and y directions and guides it in the direction of the eye 61 of a viewer 60.
  • the viewer then sees a virtual image VB, which is on the other side of the optical waveguide 5 viewed from him in a desired manner Distance.
  • the virtual image VB is shown here near an object 76 and reproduces additional information about this object 76. This is its volume here, 1 m3.
  • the optical waveguide 5 is arranged on a glass plate which serves as an element 71 which protects against environmental influences.
  • the element 71 and the optical waveguide 5 are by means of
  • Spacers 72 spaced apart. Here the viewer 60 sees the object 76 with additional information in the virtual image VB through the
  • Optical waveguide 5 as a delimiting surface.
  • FIG. 5 shows a vehicle 73 in which a device 70 according to the invention is integrated.
  • This is a construction site vehicle with an almost vertical windshield 31.
  • On the inside is the
  • Optical fiber 5 arranged. It can be seen that the virtual image VB, which here specifies the mass of the object 76 as a ton, in one
  • Viewing distance D is arranged, which is large compared to the distance d between the windshield 31 and the optical fiber 5 and the
  • FIG. 6 shows a display case 74, in which a device 70 according to the invention is integrated.
  • a device 70 according to the invention is integrated.
  • the optical fiber 5 which is thin in comparison, is arranged on the inside of a thick protective pane 75. Spacers are not shown here for the sake of clarity.
  • the imaging unit is in a base 741 of the display case
  • a virtual image VB is shown in front of it, which here shows the volume of the object 76 as one
  • Cubic decimeter indicates. This additional information is only visible to the viewer 60 through the protective pane 75 combined with the light guide 5, and only if he is in the area of the associated eyebox. He wants the object

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (70) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes (VB) sowie ein Fortbewegungsmittel (73), das eine solche Vorrichtung (70) verwendet. Die Vorrichtung (70) weist eine bildgebende Einheit (1) zum Erzeugen eines Bildes und einen zweidimensional vervielfachenden flächigen Lichtwellenleiter (5) als Anzeigefläche für das virtuelle Bild (VB) auf. Dabei ist der Lichtwellenleiter (5) als gegen Umwelteinflüsse schützendes Element (71) ausgestaltet oder in ein solches integriert.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes sowie ein Fortbewegungsmittel, das eine solche Vorrichtung verwendet.
Transparente Anzeigen in Gläsern bzw. Scheiben sind heute als klassisches Display ausgeführt. Displays, die in der Glasfläche liegen, haben einen
Betrachtungsabstand, der dem Abstand des Betrachters zur Scheibe entspricht. Insbesondere in Situationen, in denen der Betrachter deutlich näher an der Scheibe ist, als der Punkt des Interesses hinter der Scheibe liegt, sind diese
unterschiedlichen Distanzen unerwünscht.
Bei Bedarf kann ein größerer Betrachtungsabstand mittels Reflexion an der Glasoberfläche erreicht werden, wie es beispielsweise von Head-Up-Displays bekannt ist. Dies erfordert allerdings eine passend geneigte Scheibe. Bei steil angeordneten Scheiben lässt sich eine solche Projektion aus geometrischen Gründen nur schwer realisieren. Zudem erfordert dieser Ansatz eine räumliche Trennung von Projektor und Scheibe, sodass an geeigneter Stelle Bauraum vorgehalten werden muss. Auch muss bei einer solchen Lösung ausgeschlossen sein, dass sich der Betrachter in den Strahlengang zwischen Projektor und reflektierender Scheibe positionieren kann.
Vor diesem Hintergrund beschreibt die US 2016/0124223 A1 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 Reflexion 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 lichteinfallseitiges 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.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes bereitzustellen, die in der Lage ist, einen vergrößerten Betrachtungsabstand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes auf:
- eine bildgebende Einheit zum Erzeugen eines Bildes; und
- einen zweidimensional vervielfachenden flächigen Lichtwellenleiter als
Anzeigefläche für das virtuelle Bild;
wobei der Lichtwellenleiter als gegen Umwelteinflüsse schützendes Element ausgestaltet ist oder in ein solches integriert ist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung können Anzeigen in transparenten
Trennflächen realisiert werden, deren Betrachtungsabstand deutlich größer als die Entfernung des Betrachters zur Trennfläche ist, ohne dass dabei die zuvor geschilderten Nachteile auftreten. Da ein flächiger Lichtwellenleiter von seinen Eigenschaften her im Wesentlichen eine transparente, unter anderem für Luft und Wasser undurchlässige Fläche ist, wird er erfindungsgemäß als transparentes begrenzendes, vor Umwelteinflüssen schützendes Element eingesetzt. Gleichzeitig sind beim Blick durch diese Grenzfläche zusätzliche Information einblendbar und somit für den Betrachter sichtbar. So werden vorteilhafterweise zwei Funktionen in einem Element kombiniert, was zu Bauraumersparnis und einer einfachen
Endmontage führt. Im Vergleich zu alternativen technischen Lösungen hat ein Lichtwellenleiter wesentliche Vorteile. Insbesondere ist der Betrachtungsabstand dieser Art Display einstellbar, sodass die angezeigte Information in einer gewünschten räumlichen Distanz erscheint.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Lichtwellenleiter zumindest einseitig mit einer Schutzscheibe versehen, die mittels Abstandshaltern vom Lichtwellenleiter beabstandet ist. Die Schutzscheibe ist beispielsweise eine formstabile Glas- oder Plexiglasschicht. Bei Fahrzeugen ist sie vorzugsweise auf der dem im Innenraum befindlichen Betrachter abgewandten Seite des Lichtwellenleiters angeordnet, wo sie Schutz vor Regen, Wind oder Partikeln bietet. Bei einer Vitrine oder ähnlichen Anwendungen ist die Schutzschicht auf der dem Betrachter zugewandten Seite des Lichtwellenleiters angebracht. Sie schützt diesen dabei auch vor Einflüssen des Betrachters, wie beispielsweise Berührung mit den Fingern. Die Abstandshalter gewährleisten dabei, dass die im Lichtwellenleiter erfolgende totale innere
Reflexion nicht durch die Schutzscheibe beeinträchtigt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Lichtwellenleiter in eine Ausnehmung einer Schutzscheibe eingelassen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur ein Teil der Schutzscheibe zugleich die Möglichkeit bieten soll, ein virtuelles Bild anzuzeigen. Durch das Einlassen des Lichtwellenleiters in eine entsprechende Ausnehmung wird auch in einem solchen Fall eine nahtlose Erscheinung der Schutzscheibe erzielt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die bildgebende Einheit drei Lichtquellen zum Erzeugen von Licht in drei Elementarfarben auf. Auf diese Weise kann die Vorrichtung für die Anzeige mehrfarbiger virtueller Bilder genutzt werden.
Beispielsweise können die Lichtquellen die Farben Rot, Grün und Blau erzeugen, mit denen sich vollfarbige Bilder darstellen lassen. Dem Fachmann sind weitere Farbkombinationen bekannt, mit denen sich vollfarbige Bilder realisieren lassen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Lichtwellenleiter drei
Teillichtwellenleiter auf, von denen jeder jeweils einer der drei Lichtquellen zugeordnet ist. Dies ermöglicht es, jeden der Teillichtwellenleiter gezielt für die jeweils zugeordnete Farbe zu optimieren. Es können aber auch zwei Farben in einem Teillichtwellenleiter kombiniert transportiert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Einstellen eines Betrachtungsabstandes für das virtuelle Bild auf. Die Steuereinheit ermöglicht es, den Betrachtungsabstand auf eine gewünschte Distanz einzustellen, sodass z.B. das virtuelle Bild komplementär zu einem hinter der transparenten Trennflächen angeordneten Objekt dargestellt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung eine Nutzerschnittstelle auf, die es einen Nutzer ermöglicht, das angezeigte virtuelle Bild zu beeinflussen. Über die Nutzerschnittstelle kann dabei beispielsweise der gewünschte
Betrachtungsabstand vorgegeben werden. Eine weitere mögliche Adaption des angezeigten Inhalts ist eine Verschiebung passend zur Augenposition des
Betrachters. Dies kann auch unter Verwendung eines Eye-Tracking-Systems erfolgen. Ebenso ist es möglich, dass über die Nutzerschnittstelle der Inhalt des virtuellen Bildes bestimmt wird, z.B. durch die Vorgabe eines anzuzeigenden Inhalts oder durch die Navigation innerhalb einer Struktur von Inhalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Fortbewegungsmittel eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes für einen Nutzer des Fortbewegungsmittels auf. Vorzugsweise ist der Lichtwellenleiter dabei Teil einer Windschutzscheibe für das Fortbewegungsmittel. Bei dem
Fortbewegungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug oder ein Luftfahrzeug handeln. Der Lichtwellenleiter dient in diesem Beispiel als reale Windschutzscheibe, einschließlich der atmosphärischen Abgrenzung, sowie als darstellendes Element. Durch den, in manchen Ausführungsformen nur partiellen, Einsatz eines Lichtwellenleiters als transparente Scheibe können
Head-Up-Displays für Fahrzeuge oder Kabinen dargestellt werden, deren Scheiben ungeeignete Anstellwinkel haben, um für klassische Head-Up-Display-Projektion als Reflektor zu dienen. Dies ist beispielsweise in Lastkraftwagen, Bussen, in der Bahntechnik und im ÖPNV, bei Kranen und Baumaschinen, Schiffen,
People-Movern, etc. oft anzutreffen. Auch die Seitenscheiben eines Fahrzeugs stehen oft senkrecht oder nahezu senkrecht und können auf diese Weise mit der Zusatzfunktion Head-Up-Display versehen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Schaufenster, in einer transparenten Tür oder Trennwand oder in einer Vitrine verwendet. Bei der transparenten Tür oder Trennwand kann es sich beispielsweise um Elemente einer Duschkabine handeln. Durch die Möglichkeit, den Betrachtungsabstand einzustellen, eignet sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung z.B. ideal für Vitrinen zur Ausstellung von Objekten oder für
Schaufenster. Dabei wird der Betrachtungsabstand vorzugsweise so eingestellt, dass die angezeigte Information in gleicher räumlicher Distanz komplementär zu den betrachteten Objekten erscheint. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Objekt als Exponat in einer Vitrine mit Erläuterungen versehen werden. Bei Anwendungsfällen, bei denen der Betrachter sich im Vergleich zu den betrachteten Objekten sehr nah an der transparenten Trennfläche befindet, bietet die
beschriebene Technologie den Vorteil, dass für die Akkommodation der Augen, wenn der Blick vom Objekt zum virtuellen Bild wechselt, wesentlich geringere Anstrengungen erforderlich sind.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
Figurenübersicht
Fig. 1 zeigt einen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung;
Fig. 2 zeigt einen Lichtwellenleiter mit drei Teillichtwellenleitern;
Fig. 3 illustriert die Anzeige eines virtuellen Bildes durch einen Lichtwellenleiter;
Fig. 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes; Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug, in das eine erfindungsgemäße Vorrichtung integriert ist; und
Fig. 6 zeigt eine Vitrine, in die eine erfindungsgemäße Vorrichtung integriert ist. 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.
Fig. 1 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 L1 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 L1 als in zwei Dimensionen vergrößertes Lichtbündel L4 den Lichtwellenleiter 5 verlässt. Fig. 2 zeigt in räumlicher Darstellung einen Lichtwellenleiter 5 mit drei
Teillichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, die übereinanderliegend angeordnet sind und für je eine Elementarfarbe Rot, Grün und Blau stehen. 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. 3 illustriert in räumlicher Darstellung die Anzeige eines virtuellen Bildes VB durch einen Lichtwellenleiter 5. Man erkennt den schematisch angedeuteten Bildgenerator 1 , der einen Lichtstrahl L1 in Form eines parallelen Strahlenbündels erzeugt, welches mittels eines Einkoppelelements 523, z.B. einem Spiegel, in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. Die Optikeinheit ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Mehrere Auskoppelelemente 522, z.B. Spiegel, reflektieren jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts in Richtung der Augen 61 eines
Betrachters. Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB in einer gewissen Entfernung hinter dem Lichtwellenleiter 5. 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 61 des Betrachters innerhalb der Eyebox befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes VB für das Auge 61 sichtbar. Befindet sich das Auge 61 hingegen außerhalb der Eyebox, so ist das virtuelle Bild VB 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 Position.
Fig. 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zum Anzeigen eines virtuellen Bildes VB. Zu sehen ist der Lichtwellenleiter 5, der ein von der bildgebenden Einheit 1 abgegebenes Lichtbündel L1 einkoppelt. Der Lichtwellenleiter 5 vervielfacht das eingekoppelte Lichtbündel L1 in x- und y-Richtung und leitet es in Richtung Auge 61 eines Betrachters 60. Dieser sieht dann ein virtuelles Bild VB, das sich auf der von ihm aus gesehen anderen Seite des Lichtwellenleiters 5 in einer gewünschten Entfernung. Das virtuelle Bild VB ist hier in der Nähe eines Objekts 76 dargestellt und gibt eine Zusatzinformation zu diesem Objekt 76 wieder. Diese ist hier dessen Volumen, 1 m3. Der Lichtwellenleiter 5 ist auf einer Glasplatte angeordnet, die als gegen Umwelteinflüsse schützendes Element 71 dient. Das Element 71 und der Lichtwellenleiter 5 sind mittels
Abstandshaltern 72 voneinander beabstandet. Hier sieht der Betrachter 60 das Objekt 76 mit ergänzender Information im virtuellen Bild VB durch den
Lichtwellenleiter 5 als begrenzende Fläche hindurch.
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 73, in das eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 integriert ist. Es handelt sich hier um ein Baustellenfahrzeug mit einer nahezu senkrecht stehenden Windschutzscheibe 31 . An deren Innenseite ist der
Lichtwellenleiter 5 angeordnet. Man erkennt, dass das virtuelle Bild VB, welches hier die Masse des Objekts 76 als eine Tonne angibt, in einem
Betrachtungsabstand D angeordnet ist, der groß ist im Vergleich zu der Distanz d zwischen der Windschutzscheibe 31 bzw. dem Lichtwellenleiter 5 und dem
Betrachter 60.
Fig. 6 zeigt eine Vitrine 74, in die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 integriert ist. Auf der Innenseite einer dicken Schutzscheibe 75 ist der im Vergleich dazu dünne Lichtwellenleiter 5 angeordnet. Abstandshalter sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die bildgebende Einheit ist in einem Sockel 741 der Vitrine
74 angeordnet und daher hier nicht sichtbar. Durch die transparente Schutzscheibe
75 hindurch sieht der Betrachter 60 ein Objekt 76. Vor diesem ist ein virtuelles Bild VB eingeblendet, welches hier das Volumen des Objekts 76 als einen
Kubikdezimeter angibt. Diese Zusatzinformation ist für den Betrachter 60 nur durch die mit dem Lichtleiter 5 kombinierte Schutzscheibe 75 sichtbar, und auch nur, sofern er sich im Bereich der zugehörigen Eyebox befindet. Möchte er das Objekt
76 ohne eingeblendete Zusatzinformation betrachten, so braucht er sich nur aus dem Bereich der Eyebox herauszubewegen, beispielsweise indem er das Objekt 76 durch eine andere Seitenscheibe hindurch betrachtet.
Bezugszeichenliste
1 Bildgenerator/Bildgebende Einheit
14R, 14G Lichtquelle
14B
2 Optikeinheit
20 Spiegel
31 Windschutzscheibe
5, 5R, Lichtwellenleiter
5G, 5B
51 Falthologramm
52 Auskoppelhologramm
522 Auskoppelelement
523 Einkoppelelement
53 Einkoppel holog ramm
60 Betrachter
61 Auge
70 Vorrichtung zum Anzeigen eines virtuellen Bildes
71 Gegen Umwelteiflüsse schützendes Element
72 Abstandshalter
73 Fahrzeug
74 Vitrine
741 Sockel
75 Schutzscheibe
76 Objekt d Abstand zwischen Betrachter und Lichtwellenleiter
D Betrachtungsabstand L1...L4 Licht
VB Virtuelles Bild

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (70) zum Anzeigen eines virtuellen Bildes (VB), mit:
- einer bildgebenden Einheit (1 ) zum Erzeugen eines Bildes; und
- einem zweidimensional vervielfachenden flächigen Lichtwellenleiter (5) als Anzeigefläche für das virtuelle Bild (VB);
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5) als gegen
Umwelteinflüsse schützendes Element (71 ) ausgestaltet ist oder in ein solches integriert ist.
2. Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 1 , wobei der Lichtwellenleiter (5) zumindest einseitig mit einer Schutzscheibe (71 , 75) versehen ist, die mittels
Abstandshaltern (72) vom Lichtwellenleiter (5) beabstandet ist.
3. Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 1 , wobei der Lichtwellenleiter (5) in eine Ausnehmung einer Schutzscheibe (71 , 75) eingelassen ist.
4. Vorrichtung (70) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
bildgebende Einheit (1 ) drei Lichtquellen (14R, 14G, 14B) zum Erzeugen von Licht in drei Elementarfarben aufweist.
5. Vorrichtung (70) gemäß Anspruch 4, wobei der Lichtwellenleiter (5) drei
Teillichtwellenleiter (5R, 5G, 5B) aufweist, von denen jeder jeweils einer der drei Lichtquellen (14R, 14G, 14B) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung (70) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer
Steuereinheit (4) zum Einstellen eines Betrachtungsabstandes für das virtuelle Bild (VB).
7. Vorrichtung (70) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer
Nutzerschnittstelle (41 ), die es einen Nutzer ermöglicht, das angezeigte virtuelle Bild (VB) zu beeinflussen.
8. Fortbeweg ungsmittel (73) mit einer Vorrichtung (70) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 7 zum Anzeigen eines virtuellen Bildes (VB) für einen Nutzer (60) des Fortbewegungsmittels.
9. Fortbewegungsmittel (73) gemäß Anspruch 8, wobei der Lichtwellenleiter (5) Teil einer Windschutzscheibe (31 ) für das Fortbewegungsmittel (73) ist.
10. Verwendung einer Vorrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Schaufenster, in einer transparenten Tür oder Trennwand oder in einer Vitrine (74).
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