WO2023165787A1

WO2023165787A1 - Subjektive kontrastverbesserung im hud eines fahrzeugs

Info

Publication number: WO2023165787A1
Application number: PCT/EP2023/052923
Authority: WO
Inventors: Michael Arthur Janzer; Guy BERG
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-09-07
Also published as: DE102022104833A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: - eine zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit; und - eine Maskierung, die innerhalb der bildgebenden Einheit oder im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels in einem vorbestimmten Randbereich seines insgesamt ausleuchtbaren Querschnitts angeordnet ist und eine vorbestimmte, von innen nach außen graduell abfallende Transmission aufweist; - wobei die Projektionseinheit ausgebildet ist zum Ausgeben des Projektionslichtstrahlenbündels in Richtung einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten teiltransparenten Reflexionsscheibe, damit es von dieser zu seinen Augen reflektiert wird und ihm dadurch der Anzeigeinhalt als ein hinter der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird; und - wobei die Maskierung ein Weichzeichnen eines entsprechenden Randbereichs eines mit der Projektionseinheit insgesamt ausleuchtbaren virtuellen Anzeigebereichs bewirkt.

Description

Beschreibung

Subjektive Kontrastverbesserunq im HUD eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft Blickfeldanzeigevorrichtungen, die in Kraftfahrzeugen oder anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen einsetzbar sind und auch unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind. Derartige Vorrichtungen dienen zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen Bilds über Reflexion an einer zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe, wie einer Front-, Heck- oder Seitenscheibe eines Fahrzeugs oder einer eigens hierzu vorgesehenen Combinerscheibe, die im Blickfeld des Benutzers angeordnet ist. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Projektionseinheit, die zum Ausgeben eines hierzu geeigneten Projektionslichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildet ist, sowie auf ein damit ausgestattetes Fahrzeug.

Mit einem Head-up-Display werden in einem Kraftfahrzeug beispielsweise Geschwindigkeitsangaben und andere nützliche Navigations-, Warn- und Fahrzeugbedienungshinweise oder auch Entertainment-Inhalte in Form eines virtuellen Bilds dem vom Fahrer oder einem anderen Insassen beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert. Hierzu umfasst beispielsweise eine solche Blickfeldanzeigevorrichtung für den Fahrer in klassischer Bauweise eine in der Instrumententafel untergebrachte Projektionseinheit, die ein Projektionslichtstrahlenbündel mit gewünschtem Anzeigeinhalt erzeugt und es in Form eines divergierenden Strahlenbündels an die Frontscheibe des Fahrzeugs oder an eine davor angeordnete Combinerscheibe wirft, von der es zu den Augen des Fahrers bzw. zu seiner Eyebox reflektiert wird. Dabei ergibt sich die Entfernung, Größe und räumliche Orientierung eines virtuellen Anzeigebereichs, in welchem virtuelle Bilder mit dem Head-Up- Display darstellbar sind, aus dem optischen Zusammenspiel der Reflexionsscheibe (wie Frontscheibe oder Combinerscheibe) und der zur Lichtstrahlerzeugung, -Formung und -Lenkung vorgesehenen Bestandteile der Projektionseinheit wie einer bildgebenden Einheit (etwa in Form eines Displays) und gegebenenfalls vorhandener weiterer Optikelemente, wie eines strahlumlenkenden, bildvergrößernden und/oder -korrigierenden Konkavspiegels etc.

Sowohl bisherige als auch in naher und mittlerer Zukunft erhältliche Bildgeber (auch bildgebende Einheit oder englisch PGU, picture generating unit, genannt) für Head-Up-Displays werden Kontraste (Full On / Full Off), d. h. ein Helligkeitsverhältnis von maximal hell und dunkel geschalteten Pixeln, im Bereich (1000-1500): 1 aufweisen. Diese Kontrastwerte sind nicht hoch genug, um bei Nachtfahrten die Sichtbarkeit der dunkel geschalteten Pixel zu verhindern. Somit sieht der Fahrer nicht nur die eigentlichen Anzeigeinhalte, sondern das gesamte Display als leicht leuchtende Fläche, die sogenannte „Postkarte“. Gerade bei Nachtfahrten kann dies zu Irritationen führen und mindert auch die wahrgenommene Qualität der eigentlichen Anzeige.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative und/oder verbesserte Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung anzugeben, die insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann und gegenüber bekannten Vorrichtungen beispielsweise im Hinblick auf die Kosten, den Kontrast, die Sichtbarkeit, die Bildqualität und/oder andere Gesichtspunkte, die vor allem bei Dunkelheit wichtig sein können, eine Verbesserung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Projektionseinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch eine diese enthaltende Blickfeldanzeigevorrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Projektionseinheit genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Blickfeldanzeigevorrichtung und das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgelegt sein kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann beispielsweise als ein Head-up-Display (HUD) ausgebildet sein. Beim Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.

Die Projektionseinheit ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung ein Projektionslichtstrahlenbündel mit einem darzustellenden Anzeigeinhalt zu erzeugen und in geeigneter Form und Richtung auf eine im Blickfeld eines Benutzers angeordnete, benutzerseitig reflektierende und rückseitig zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe zu werfen, von der es zu seinen Augen (bzw. seiner Eyebox) reflektiert wird und ihm dadurch der Anzeigeinhalt als ein hinter der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird. Als Eyebox der Blickfeldanzeigevorrichtung wird wie üblich ein Raumbereich verstanden, aus dem das virtuelle Bild für den Benutzer uneingeschränkt sichtbar ist. Die Reflexionsscheibe kann insbesondere als Teilabschnitt einer Frontscheibe oder einer anderen Fahrzeugscheibe ausgebildet sein, oder aber eine eigens hierzu vorgesehene Combinerscheibe sein. Sie ist außerhalb der Projektionseinheit angeordnet, sodass die Projektionseinheit insbesondere auch separat von der Reflexionsscheibe hergestellt und vertrieben werden kann.

Die Projektionseinheit weist eine bildgebende Einheit auf, die zur Erzeugung des Projektionslichtstrahlenbündels mit dem jeweils gewünschten Anzeigeinhalt ausgebildet ist. Die bildgebende Einheit kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD, liquid crystal display) oder eine andersartige transmissive Displayanzeigeschicht mit einer zu deren Hinterleuchtung ausgebildeten Backlight-Einheit umfassen. Die Backlight-Einheit kann hierzu eine oder mehrere Projektionslichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), und gegebenenfalls auch einen geeigneten Diffusor zur Strahlhomogenisierung umfassen. Alternativ kann die bildgebende Einheit beispielsweise auch als ein DLP-Projektor (DLP, Digital Light Processing, eingetragene Marke) ausgebildet sein und hierzu ein zweidimensionales Array von einzeln ansteuerbaren Mikrospiegeln und eine oder mehrere Projektionslichtquellen sowie bei Bedarf einen geeigneten Diffusor, auf dem durch die Mikrospiegel das gewünschte Bild erzeugt wird, umfassen.

Grundsätzlich kann es sich bei der bildgebenden Einheit vorliegend um eine beliebige bilderzeugende Vorrichtung handeln, die durch ein unbeabsichtigtes, konstruktionsbedingtes Schimmern oder Restleuchten dunkel oder schwarz geschalteter Pixel einen begrenzten Kontrast bei der Bilddarstellung aufweist. Bei Benutzung der Blickfeldanzeigevorrichtung in dunkler Umgebung, etwa bei Nacht, kann dies ohne weitere Maßnahmen zu einem eingangs erwähnten „Postkarteneffekt“ führen, bei dem die gesamte Display- bzw. Mikrospiegelarray-Fläche der bildgebenden Einheit über Reflexion des Projektionslichtstrahlenbündels an der Reflexionsscheibe als eine leicht leuchtende Fläche (die sogenannte „Postkarte“) vor einem dunklen Hintergrund sichtbar ist. Ein wahrnehmbares Leuchten/Schimmern dunkel oder schwarz geschalteter Pixel könnte den Benutzer irritieren und die Darstellungsqualität der Anzeige herabsetzen.

Zur Lösung dieses Problems ist im Inneren der Projektionseinheit eine Maskierung vorgesehen, die innerhalb der bildgebenden Einheit oder im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels innerhalb der Projektionseinheit angeordnet ist. Die Maskierung erstreckt sich transversal, beispielsweise in etwa orthogonal (d. h. senkrecht), zur Hauptausbreitungsrichtung des Projektionslichtstrahlenbündels und deckt dabei einen vorbestimmten Randbereich seines Querschnitts, der mit der bildgebenden Einheit insgesamt ausleuchtbar ist, ab. Dabei weist die Maskierung in dem genannten Randbereich eine vorbestimmte Transmission fürs Projektionslicht auf, die von innen nach außen (d. h. von einem der Querschnittsmitte zugewandten Innenrand der Maskierung zum Rand des Lichtstrahlenbündels hin) graduell abfällt, um einen entsprechenden Randbereich eines von der Blickfeldanzeigevorrichtung insgesamt abdeckbaren virtuellen Anzeigebereichs weichzuzeichnen.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den störenden „Postkarteneffekt“ durch dieses Weichzeichnen eines geeigneten Randbereichs der „Postkarte“ zu vermindern oder sogar zu beheben, da hierdurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der Postkarte reduziert oder sogar eliminiert wird. Denn es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass ohne einen scharfen Rand die gesamte „Postkarte“ (d. h. das unerwünschte leichte Leuchten dunkel geschalteter Pixel vor einem dunklen Projektionshintergrund) fürs menschliche Auge deutlich weniger bis gar nicht wahrnehmbar wird. Das Weichzeichen des Postkartenrands wird durch eine Maskierung mit nach außen abfallender Transmission bewirkt, die im Projektionslichtstrahlenbündel oder direkt auf dem Display angebracht ist.

Durch diese Maskierung wird der Postkartenrand zu einem Übergangsbereich mit graduell sinkender Helligkeit zwischen einem für die Anzeige nutzbaren Innenbereich der „Postkarte“ und einem die „Postkarte“ umgebenden und mit der Blickfeldanzeigevorrichtung nicht ausleuchtbaren Außenbereich der virtuellen Bildebene. Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, diesen Übergangsbereich so breit wie möglich zu gestalten, um den Gradienten des Helligkeitsverlaufs darin möglichst gering zu halten und damit die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ möglichst wirksam zu reduzieren. Dabei ist je nach spezifischen Anforderungen eines Anwendungsfalls ein geeigneter Kompromiss zu treffen zwischen einem möglichst breiten Übergangsbereich und einem ausreichenden übrigbleibenden Innenbereich, der zur Darstellung der gewünschten Anzeigeinhalte nutzbar ist.

Durch die hierin vorgestellte randseitige Maskierung kann die Wahrnehmbarkeit der Postkarte für den Benutzer wirksam reduziert werden, was eine höhere Zufriedenheit und mehr Comfort für den Benutzer bedeutet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung aber auch zu einer Kostenreduktion eingesetzt werden, indem man ein Display mit geringerem Kontrastwert nutzt und dabei mittels der Maskierung eine Verschlechterung im Sinne der Wahrnehmbarkeit der Postkarte vermeidet.

Der hierin genannte vorbestimmte Randbereich des Displays bzw. des Projektionsstrahlquerschnitts kann, muss jedoch nicht zwingend ein geschlossener oder umlaufender Randbereich sein. Er kann ferner, muss aber wiederum nicht zwingend symmetrisch oder mit einer konstanten Randbreite ausgebildet sein. Beispielsweise kann es je nach Anwendung (insbesondere je nach der Lage und Erstreckung des virtuellen Anzeigebereichs im Blickfeld des Benutzers) zielführend sein, nur einen besonders auffälligen Teil des Postkartenrands (beispielsweise nur den oberen Rand oder nur oben und seitlich) weichzuzeichnen, indem die Maskierung in einem entsprechenden unsymmetrischen oder abschnittsweisen Randbereich des insgesamt verfügbaren Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels angebracht wird.

Es kommt bei Head-up-Displays häufig vor, dass in der bildgebenden Einheit nur ein im Voraus festgelegter Teil der gesamten zur Bilderzeugung verfügbaren Fläche (wie der gesamten Displayfläche oder des gesamten Mikrospiegelarrays) tatsächlich zur virtuellen Anzeigeerzeugung genutzt wird. Dies kann beispielsweise aus Anforderungen an die Form und Abbildungsqualität des virtuellen Anzeigebereichs bei vorgegebenen Gegebenheiten des optischen Strahlengans, etwa bei der Verwendung einer gekrümmten Frontscheibe als Reflexionsscheibe etc., resultieren. In solchen Fällen kann es vorliegend sinnvoll sein, die Maskierung im gesamten dazu komplementären Teil der Bilderzeugungsfläche (bzw. des Strahlquerschnitts) auszubilden.

In diesen und anderen Fällen kann die Maskierung insbesondere so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie sich um einen vorbestimmten, für die virtuelle Bilddarstellung tatsächlich genutzten inneren Querschnittsbereich des Projektionslichtstrahlenbündels herum entlang seines gesamten Randumfangs erstreckt. Mit anderen Worten weist die Maskierung in diesem Fall eine mittige Maskierungsöffnung auf, die das Projektionslicht verlustfrei passiert. Diese Maskierungsöffnung kann beispielswiese als eine Durchgangsöffnung oder als ein vollständig transparenter Bereich ausgebildet sein, die/der von der Maskierung umgeben ist. Einige konstruktive Beispiele hierfür sind weiter unten angegeben.

Die Projektionseinheit kann ferner im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels zu seiner Formung und Lenkung weitere optische Elemente, wie beispielsweise einen strahlumlenkenden, bildvergrößernden und/oder -korrigierenden Konkavspiegel etc., aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform fällt die Transmission der Maskierung im genannten Randbereich von innen nach außen kontinuierlich von vollständig lichttransmittierend (am Innenrand der Maskierung) auf vollständig lichtblockierend (am äußeren Rand des Projektionslichtstrahlenbündels) mit einem vorbestimmten Transmissionsgradienten ab. Ein solch kontinuierlicher Verlauf der lokalen Transmission in der Maskierung kann die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam reduzieren und/oder auch besonders einfach herzustellen sein. Alternativ dazu kann die Maskierung mit einem stufenweisen Transmissionsabfall von innen nach außen ausgebildet sein. Je nach Herstellungsmethode für die Maskierung kann es im Hinblick auf eine besonders einfache Herstellung günstig sein, die Maskierung beispielsweise mit einem linearen Transmissionsverlauf (d. h. mit einem konstanten Transmissionsgradienten) auszubilden. Um die Wahrnehmbarkeit der dunkel geschalteten Pixel durch den Benutzer zu reduzieren, hat sich insbesondere ein exponentieller Transmissionsverlauf (und damit ein exponentieller Gradient) als besonders wirksam erwiesen:

Der Transmissionsgradient weist bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform einen exponentiellen Verlauf auf. Da solch ein Verlauf für das menschliche Auge aufgrund seines logarithmischen Helligkeitsempfindens linear erscheint, kann dadurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam reduziert werden.

Bei einer ersten spezifischen Ausgestaltung ist die Maskierung in einem eigenständigen, im Strahlengang des Projektionslichts angeordneten Bauteil ausgebildet. Dies kann auf verschiedene Weisen realisiert sein:

Bei einer ersten Variante umfasst dieses Bauteil eine fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparente Trägerplatte oder -Schicht, die den gesamten Querschnitt des Projektionslichtstrahlenbündels vollständig überdeckt und in dem genannten Randbereich eingelassene lichtblockierende (beispielsweise lichtabsorbierende) Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission aufweist. Es kann sich bei der transparenten Trägerplatte oder -Schicht beispielsweise um eine Kunststoff-Trägerplatte oder Lack-Trägerschicht handeln.

Bei einer hierzu alternativen zweiten Variante umfasst das Bauteil im genannten Randbereich ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke (d. h. Stärke) in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit. Dabei nimmt die Dicke dieses Materials im genannten Randbereich von innen nach außen entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission zu. Grundsätzlich ist hierzu jedes dunkle (möglichst schwarze) opake Material geeignet, beispielsweise dunkles Glas oder homogen dunkel gefärbter Kunststoff wie Polycarbonat und vieles mehr. Die Lichtabsorption dieses Materials sollte dabei idealerweise so gewählt oder eingestellt sein, dass bei einer Materialstärke von 1-3 mm bereits mehr als 99% des einfallenden Projektionslichts absorbiert werden.

Um Probleme wie Störreflexe durch Sonneneinstrahlung etc. an dem Bauteil zu umgehen, kann es insbesondere zwischen der Backlight-Einheit und der transmissiven Displayanzeigeschicht bzw. zwischen dem Mikrospiegelarray und dem Diffusor im Strahlengang des Projektionslichts angeordnet sein. Bei einer zweiten spezifischen Ausgestaltung, die zu der obigen ersten spezifischen Ausgestaltung alternativ ist, ist die bildgebende Einheit als eine transmissive Displayanzeigeschicht mit einer zugehörigen Backlight-Einheit, beispielsweise als ein LCD, ausgebildet und die Maskierung ist direkt auf der Displayfläche oder auf deren Rückseite aufgebracht. Mit anderen Worten ist die Maskierung mittels einer vorderseitigen (d. h. von der Backlight-Einheit abgewandten) oder einer rückseitigen (d. h. von der Backlight-Einheit beleuchteten) Beschichtung oder Bedruckung der transmissiven Displayanzeigeschicht ausgebildet. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausgestaltung die gesamte Displayfläche dem hierin an anderen Stellen erwähnten insgesamt ausleuchtbaren Querschnitt des Projektionslichtstrahlenbündels entspricht. Ähnlich zu der obigen ersten Ausgestaltung gibt es auch hier zwei prinzipiell verschiedene Realisierungsvarianten:

Bei einer ersten Variante ist die Maskierung in einer fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparenten Trägerschicht, die die Displayfläche bzw. deren Rückseite vollständig abdeckt, ausgebildet. Hierzu sind im genannten Randbereich dieser Trägerschicht lichtblockierende Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission eingelassen. Es kann sich bei der transparenten Trägerschicht beispielsweise um eine Kunststoff- oder Lackschicht, unter anderem in Form einer nachträglich aufbringbaren Folie, handeln.

Bei einer hierzu alternativen zweiten Variante ist die Maskierung dadurch ausgebildet, dass auf die Displayfläche oder deren Rückseite im genannten Randbereich ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit aufgebracht ist. Dabei nimmt die Dicke dieses Materials im genannten Randbereich von innen nach außen entsprechend der gewünschten graduell abfallenden Transmission zu. Das Material kann beispielsweise lichtabsorbierende (schwarze) Farbe sein, die mit einer lokal variierenden Dicke auf die transmissive Displayanzeigeschicht vorderseitig oder rückseitig aufgedruckt ist.

Um Probleme wie Störreflexe durch Sonneneinstrahlung etc. zu umgehen, kann es ähnlich zu der obigen ersten Ausgestaltung auch hier sinnvoll sein, die Maskierung auf der Rückseite der transmissiven Displayanzeigeschicht vorzusehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz (d. h. Einbau) in einem Fahrzeug ausgelegt sein kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst neben der Projektionseinheit der hierin dargelegten Art auch eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels angeordnete, benutzerseitig reflektierende und rückseitig zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, die insbesondere als Teilabschnitt einer Frontscheibe eines Fahrzeugs oder eine extra davor vorgesehene Combinerscheibe ausgebildet sein kann. Dabei ist die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld eines Benutzers angeordnet und ausgebildet, dass sie das Projektionslichtstrahlenbündel zu einer für den Benutzer bestimmten Eyebox reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darstellbar ist und im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung auch dargestellt wird.

Dabei ist ein mit der Blickfeldanzeigevorrichtung insgesamt abdeckbarer virtueller Anzeigebereich in seinem Randbereich, der sich aus dem genannten Randbereich des Projektionslichtstrahlenbündels ergibt, durch eine von innen nach außen graduell zunehmende Helligkeitsunterdrückung des Projektionslichts durch die Maskierung weichgezeichnet.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug vorgesehen. Die hierin verwendeten räumlichen Orientierungsbegriffe wie „oberer“, „unterer“, „seitlich“, „horizontal“, „vertikal“ etc. beziehen sich in diesem Fall auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen des Fahrzeugs.

Das Fahrzeug ist mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art ausgestattet, deren Projektionseinheit beispielsweise direkt unterhalb einer Oberseite einer Instrumententafel des Fahrzeugs verbaut sein kann, derart dass das Projektionslichtstrahlenbündel von der Projektionseinheit auf eine Frontscheibe oder eine direkt davor im Blickfeld des Fahrers oder eines anderen Insassen angeordnete Combinerscheibe geworfen wird, die als Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung dient. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann aber auch an jedem anderen geeigneten Einbauort im Fahrzeug integriert sein, wobei auch andere Fahrzeugscheiben oder im Insassenraum an anderen Stellen angeordnete Combinerscheiben als Reflexionsscheiben dienen können.

Insbesondere kann die Blickfeldanzeigevorrichtung und deren einzelne Bestandteile derart untereinander und bezüglich des fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sein, dass ein von dem weichgezeichneten Randbereich begrenzter Teil des virtuellen Anzeigebereichs die Form eines Rechtecks besitzt, dessen Seiten horizontal und vertikal, mit anderen Worten entlang der fahrzeugeigenen Quer- und Höhenachse, ausgerichtet sind. Durch eine solche Ausrichtung des für die eigentliche Anzeige nutzbaren (d. h. nicht weichgezeichneten) Innenbereichs des virtuellen Anzeigebereichs kann die Unterdrückung seiner subjektiven Wahrnehmbarkeit als „Postkarte“ besonders wirksam sein, weil dem Benutzer eine nur schwach leuchtende Fläche mit horizontalen und vertikalen Seiten gegenüber der gesamten Fahrzeugumgebung weniger auffallen mag als wenn sie eine weniger natürliche schräge oder kurvig oder unregelmäßig geformte Kontur hätte.

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als rein schematische Illustrationen des grundsätzlichen optischen Aufbauprinzips, d. h. nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug, in deren Projektionseinheit auf einer zur Bilderzeugung dienenden transmissiven Displayanzeigeschicht rückseitig eine Maskierung zum Weichzeichnen des "Postkartenrands“ aufgebracht ist;

Figur 2 eine Displayfläche der transmissiven Displayanzeigeschicht in der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 1 mit einem tatsächlich für die Anzeige genutzten Displaybereich und einem diesen umgebenden ungenutzten Randbereich, in dem die Maskierung ausgebildet ist; und

Figur 3 ein möglicher Transmissionsverlauf in der Maskierung entlang einer in Fig. 2 eingezeichneten Richtung X entlang der Displayfläche.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Längsschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 mit einer integrierten Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der hierin dargelegten Art. Das Fahrzeug 1 ist in diesem Beispiel ein Kraftfahrzeug, das in Fig. 1 nur durch seine Frontscheibe 3 angedeutet ist, die als Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 dient. Darunter ist in einer nicht näher dargestellten Instrumententafel 4 eine Projektionseinheit 5 der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 angeordnet. Es handelt sich rein beispielhaft um ein Head-up-Display (HUD).

Die Projektionseinheit 5 enthält eine zur Erzeugung eines gewünschten Anzeigeinhalts ausgebildete transmissive Displayanzeigeschicht 6 (in diesem Beispiel ein LCD) mit einer zu deren Hinterleuchtung vorgesehenen Backlight- Einheit 7, die eine oder mehrere Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), aufweist. Das von der Displayanzeigeschicht 6 ausgehende Projektionslichtstrahlenbündel L, das den Anzeigeinhalt zu einer Eyebox 8 eines Benutzers (beispielsweise Fahrers, nicht dargestellt) im Fahrzeug 1 transportiert, ist vereinfacht durch seinen Mittenstrahl angedeutet, der etwa aus einer Mitte der Displayanzeigeschicht 6 in eine Mitte der Eyebox 8 führt. Die transmissive Displayanzeigeschicht 6 und deren Backlight-Einheit 7 ergeben also eine hierin an anderen Stellen erwähnte bildgebende Einheit 9.

Rein beispielhaft ist in Fig. 1 ist die transmissive Displayanzeigeschicht 6 in an sich bekannter Weise um einen Anstellwinkel von etwa 20° bezüglich der Backlight-Einheit 7 verkippt angeordnet, um störende Rückreflexe zu unterdrücken. Wiederum rein beispielhaft ist im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels L ein Konkavspiegel 10 derart angeordnet und ausgebildet, dass das Projektionslichtstrahlenbündel L die Projektionseinheit 5 in einer geeigneten Form und Richtung verlässt, um anschließend von der zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe (hier Frontscheibe 3) zur Eyebox 8 reflektiert zu werden und dem Benutzer dadurch den Anzeigeinhalt in einem vor dem Fahrzeug 1 liegenden virtuellen Anzeigebereich V darzustellen.

Wie eingangs erwähnt, sind Kontrastwerte (Full On / Full Off), die mit verfügbaren und zukünftigen Bildgebern wie der bildgebenden Einheit 9 für Head-up-Displays erreichbar sind, nicht hoch genug, um bei Nachtfahrten die Sichtbarkeit der dunkel geschalteten Pixel zu verhindern. Somit sieht der Fahrer nicht nur die eigentlichen Anzeigeinhalte, sondern die gesamte Displayfläche der bildgebenden Einheit 9 als eine leicht leuchtende Fläche, die sogenannte „Postkarte“. Mit anderen Worten ist der gesamte mit der Vorrichtung 2 abdeckbare virtuelle Anzeigebereich V (d. h. auch in Bereichen dunkel geschalteter Pixel) für den Benutzer in solchen Situationen als leicht leuchtend zu sehen. Gerade bei Nachtfahrten kann dies zu Irritationen führen und mindert die wahrgenommene Qualität der eigentlichen Anzeige.

Dieses Problem wird vorliegend durch ein Weichzeichnen W eines Randbereichs B des virtuellen Anzeigebereichs V verbessert, da hierdurch die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ reduziert wird. Das Weichzeichnen W des Postkartenrands B erfolgt durch eine Maskierung M mit nach außen abfallender Transmission, die in diesem Beispiel im Querschnitt/Strahlengang des Projektionslichts direkt auf der Rückseite der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 aufgebracht ist, die von der Backlight-Einheit 7 beleuchtet wird. Um den Gradienten des Helligkeitsverlaufs möglichst gering zu halten und damit die Wahrnehmbarkeit möglichst zu reduzieren, kann es vorteilhaft sein, den Übergangsbereich B so breit wie möglich zu gestalten.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Displayfläche der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 in der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der Fig. 1. Aufgrund der Reflexion an einer vorgegebenen Freiformfläche der Frontscheibe 3 wird zur Erzeugung der Anzeigeinhalte in diesem Beispiel nicht die gesamte Displayfläche benutzt, sondern nur deren entsprechend fix vorgegebener Innenbereich 6A, der nach der Reflexion an der Frontscheibe 3 einen horizontal und vertikal bzgl. des üblichen fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems ausgerichteten rechteckigen Innenbereich A des virtuellen Anzeigebereichs V ergibt.

Der Innenbereich 6A der Displayfläche ist von einem zur Anzeigeerzeugung nicht aktiv benutzten Randbereich 6B umgeben, in dem sinnvollerweise daher die Maskierung M ausgebildet ist. Dabei kann es aus obigen Gründen zur Erzeugung eines möglichst breiten Übergangsbereichs B besonders vorteilhaft sein, wenn die Form der Apertur der Maskierung M (d. h. die Form von deren Innenrand) dem tatsächlich genutzten Innenbereich 6A des Displays möglichst nahekommt. Dadurch stellt man zudem sicher, dass die Form der Postkarte im virtuellen Anzeigebereich V rechteckig und nicht verzerrt erscheint, wodurch sie dem Benutzer ebenfalls weniger auffällt.

Fig. 3 zeigt in einem schematischen Diagramm einen möglichen Transmissionsverlauf in der Maskierung M entlang einer in Fig. 2 eingezeichneten Richtung X, die mittig entlang der Displayfläche verläuft. Die Position entlang der Richtung X ist dabei in willkürlichen Einheiten (arbitrary units, a.u.) angegeben. In diesem Beispiel ist die Maskierung M mit einer von innen nach außen exponentiell von 1 auf 0 abfallenden Transmission fürs Projektionslicht im Randbereich 6B der Displayfläche (und damit auch des Querschnitts des von dieser insgesamt erzeugbaren Projektionslichtstrahlenbündels L) ausgebildet. Solch ein Verlauf erscheint für das menschliche Auge aufgrund seines logarithmischen Helligkeitsempfindens linear, was die subjektive Wahrnehmbarkeit der „Postkarte“ besonders wirksam zu reduzieren hilft.

Wie hierin weiter oben erwähnt, kann die Umsetzung solch einer Maskierung M mit einem Transmissionsgradienten in verschiedenen Ausführungen erfolgen:

Eine erste Möglichkeit ist eine Bedruckung des Displays im ungenutzten Bereich 6B (vgl. Fig. 2) mit einer schwarzen, absorbierenden Farbe, wobei die Absorption des Drucks lokale Variationen aufweist, um den gewünschten Transmissionsgradienten zu erzielen. Der Druck kann sich sowohl auf der Belichtungs- als auch auf der Abbildungsseite der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 befinden, wobei die in Fig. 1 dargestellte Variante auf der Belichtungsseite den Vorteil hat, dass man geringere Anforderungen an die Oberflächenqualität des Drucks hat (Stichwort: Sonneneinstrahlung und Störreflexe).

Eine andere Möglichkeit (nicht dargestellt) zur Herstellung der Maskierung M ist ein eigens hierzu vorgesehenes mechanisches Bauteil aus einem dunklen (möglichst schwarz) opaken Material. Die Absorption im Material sollte zur Vermeidung allzu hoher Materialstärken so eingestellt sein, dass bei einer Materialstärke von 1-3 mm bereits mehr als 99% des einfallenden Projektionslichts absorbiert werden. Den Transmissionsgradienten im ungenutzten Displaybereich 6B (vgl. Fig. 2 und 3) stellt man in diesem Fall über die lokal variierende Materialstärke ein. Im genutzten Displaybereich 6A ist diese Maskierung selbstverständlich ausgeschnitten (Apertur). Aus ähnlichen Gründen wie bei der ersteren Möglichkeit kann es vorteilhaft sein, diese mechanische Maskierung M auf der Belichtungsseite (d. h. Rückseite) der transmissiven Displayanzeigeschicht 6 anzubringen.

Bei beiden Möglichkeiten ist es alternativ auch möglich, zur Erzielung derselben Wirkung die Maskierung M in Form lichtblockierender Farbpigmente oder Partikel mit einer geeigneten, lokal variierenden Konzentration/Dichte in einer im Übrigen transparenten Trägerschicht oder Trägerplatte einzulassen.

Bezugszeichenliste

Fahrzeug

Blickfeldanzeigevorrichtung Frontscheibe Instrumententafel Projektionseinheit transmissive Displayanzeigeschicht für die Anzeige tatsächlich benutzter Innenbereich der Displayfläche bzw. des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels Randbereich der Displayfläche bzw. des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels, der für die Anzeige nicht benutzt wird Backlight-Einheit Eyebox bildgebende Einheit Konkavspiegel Projektionslichtstrahlenbündel insgesamt ausleuchtbarer virtueller Anzeigebereich Maskierung für die Anzeige nicht benutzter Randbereich des virtuellen Anzeigebereichs V, auch Übergangsbereich oder Postkartenrand genannt für die Anzeige benutzter Innenbereich des virtuellen Anzeigebereichs V durch die Maskierung bewirkte Weichzeichnung

Claims

Ansprüche Projektionseinheit (5) für eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2), insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend: eine zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels (L) mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit (9); und eine Maskierung (M), die innerhalb der bildgebenden Einheit (9) oder im weiteren Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels (L) in einem vorbestimmten Randbereich (6B) seines insgesamt mit der bildgebenden Einheit (9) ausleuchtbaren Querschnitts angeordnet ist und eine vorbestimmte, von innen nach außen graduell abfallende Transmission fürs Projektionslicht aufweist; wobei die Projektionseinheit (5) ausgebildet ist zum Ausgeben des Projektionslichtstrahlenbündels (L) in einer vorbestimmten Form und Richtung, damit es anschließend von einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten teiltransparenten Reflexionsscheibe zu seinen Augen reflektiert wird und ihm dadurch der Anzeigeinhalt als ein hinter der Reflexionsscheibe schwebendes virtuelles Bild dargestellt wird; und wobei die Maskierung (M) ein Weichzeichnen (W) eines entsprechenden Randbereichs (B) eines mit der Projektionseinheit (5) insgesamt ausleuchtbaren virtuellen Anzeigebereichs (V) bewirkt. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 1 , wobei die Maskierung (M) in der Projektionseinheit (5) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie sich um einen vorbestimmten, für die virtuelle Bilddarstellung tatsächlich genutzten Innenbereich (6A) des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels (L) herum entlang seines gesamten Randumfangs erstreckt. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Transmission der Maskierung (M) im genannten Randbereich (6B) von innen nach außen kontinuierlich von vollständig lichttransmittierend auf vollständig lichtblockierend mit einem vorbestimmten Transmissionsgradienten, vorzugsweise exponentiell, abfällt. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bildgebende Einheit (9) eine transmissive Displayanzeigeschicht (6) mit einer zu deren Hinterleuchtung ausgebildeten Backlight-Einheit (7) aufweist und vorzugsweise als eine Flüssigkristallanzeige ausgebildet ist; oder ein elektrisch ansteuerbares Mikrospiegelarray mit einer Projektionslichtquelle zu seiner Ausleuchtung und gegebenenfalls mit einem Diffusor, auf dem durch die Mikrospiegel das gewünschte Bild erzeugt wird, aufweist. Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Maskierung (M) in einem eigenständigen, im Strahlengang des Projektionslichts angeordneten Bauteil ausgebildet ist, indem dieses Bauteil eine fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparente Trägerplatte oder -Schicht aufweist, die den Querschnitt des Projektionslichtstrahlenbündels (L) vollständig abdeckt und in dem genannten Randbereich (6B) eingelassene lichtblockierende Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der vorbestimmten graduell abfallenden Transmission aufweist; oder im genannten Randbereich (6B) ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit aufweist, wobei die Materialdicke im genannten Randbereich (6B) von innen nach außen entsprechend der vorbestimmten graduell abfallenden Transmission zunimmt. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 5, bei der das Bauteil im Strahlengang des Projektionslichts zwischen der Backlight-Einheit (7) und der transmissiven Displayanzeigeschicht (6) bzw. zwischen dem Mikrospiegelarray und dem Diffusor angeordnet ist. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 4, bei der die Maskierung (M) in einer von der Backlight-Einheit (7) abgewandten vorderseitigen oder aber in einer von der Backlight-Einheit (7) beleuchteten rückseitigen Beschichtung der transmissiven Displayanzeigeschicht (6) ausgebildet ist, indem diese Beschichtung eine fürs Projektionslicht im Wesentlichen transparente Trägerschicht umfasst, die eine gesamte Displayfläche der transmissiven Displayanzeigeschicht (6) bzw. deren gesamte Rückseite vollständig abdeckt und in dem genannten Randbereich (6B) eingelassene lichtblockierende Partikel oder Farbpigmente mit einer von innen nach außen zunehmenden Dichte oder Konzentration entsprechend der vorbestimmten graduell abfallenden Transmission aufweist; oder auf die genannte Displayfläche bzw. Rückseite der transmissiven Displayanzeigeschicht (6) im genannten Randbereich (6B) ein homogen ausgebildetes opakes Material mit einer von seiner Dicke in Lichtausbreitungsrichtung abhängigen Lichtundurchlässigkeit aufgebracht ist, wobei die Materialdicke im genannten Randbereich (6B) von innen nach außen entsprechend der vorbestimmten graduell abfallenden Transmission zunimmt. Blickfeldanzeigevorrichtung (2), insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug (1 ), umfassend: eine Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit (5) ausgegebenen Projektionslichtstrahlenbündels (L) angeordnete, benutzerseitig reflektierende und rückseitig zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe (3) des Fahrzeugs (1 ) oder eine extra vorgesehene Combinerscheibe; wobei die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld eines Benutzers angeordnet und ausgebildet ist, dass sie das Projektionslichtstrahlenbündel (L) zu einer für den Benutzer vorbestimmten Eyebox (8) reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darstellbar ist; und wobei ein mit der Blickfeldanzeigevorrichtung (2) maximal abdeckbarer virtueller Anzeigebereich (V) in seinem Randbereich (B), der sich aus dem genannten Randbereich (6B) des Querschnitts des Projektionslichtstrahlenbündels (L) ergibt, durch eine von innen nach außen graduell zunehmende Helligkeitsunterdrückung des Projektionslichts durch die Maskierung (M) weichgezeichnet (W) ist. Fahrzeug (1 ), insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugscheibe und einen teilweise von dieser begrenzten Insassenraum; sowie eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 8, deren Reflexionsscheibe als Teil der Fahrzeugscheibe oder als eine im Insassenraum angeordnete Combinerscheibe ausgebildet ist. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 9, mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen eines fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems, wobei die Blickfeldanzeigevorrichtung (2) und deren einzelne Bestandteile derart untereinander und bezüglich des fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sind, dass ein von dem weichgezeichneten Randbereich (B) begrenzter Innenbereich (A) des virtuellen Anzeigebereichs (V) die Form eines Rechtecks besitzt, dessen Seiten entlang der fahrzeugeigenen Quer- und Höhenachse ausgerichtet sind.