WO2024061891A1 - Anzeigevorrichtung mit ir-kamera für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2024061891A1
WO2024061891A1 PCT/EP2023/075779 EP2023075779W WO2024061891A1 WO 2024061891 A1 WO2024061891 A1 WO 2024061891A1 EP 2023075779 W EP2023075779 W EP 2023075779W WO 2024061891 A1 WO2024061891 A1 WO 2024061891A1
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light
display
film
polarization
light guide
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PCT/EP2023/075779
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Inventor
Tuomas SIEKKINEN
Hanna Kankkunen
Original Assignee
Behr-Hella Thermocontrol Gmbh
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/11—Function characteristic involving infrared radiation

Definitions

  • the invention relates to a display device with an IR camera for a vehicle and in particular to a display device in which the IR camera is arranged behind the display surface of the display or, in other words, behind that surface of the display device which is surrounded by a frame that typically surrounds the display. is included.
  • the cameras used for this should be part of display devices installed in the instrument panel.
  • the frame that typically surrounds the display device is generally suitable for accommodating the cameras in such display devices.
  • the trend is increasingly towards making these frames as narrow as possible, so that there is no longer the necessary space in this area to accommodate the camera.
  • the same also applies to the edge area of the display itself, which is typically colored black on the display surface.
  • a head-up display in which a projection unit is provided, the projection light of which passes through a reflection polarization film before reaching the windshield.
  • the object of the invention is to provide a display device with an IR camera for a vehicle in which the structure and arrangement of the individual optical and opto-electronic and lighting layers are the same for both the area of the display surface and for the IR camera.
  • the invention proposes a display device with an IR camera for a vehicle, the display device being provided with a display, in particular an LCD display, which has a front with a display surface and a back, a backlighting unit with backlighting light sources and with a light guide , which has a light exit side, a back facing away from it and a circumferential edge side connecting the front with the back, the backlighting light sources radiating visible light into at least a partial area of the edge side, the space between the back of the display and the light exit side of the light guide being free of optical light diffusion elements, a reflection film arranged on the back of the light guide or opposite it for reflecting backlighting light and for transmitting IR light, the reflection film having a back facing away from the light guide,
  • IR light sources and an IR photodiode array all of which are arranged facing the back of the reflection film, and a first mirror reflection polarization film arranged on the back of the display or opposite it for reflecting visible backlighting light, the polarization of which deviates from the polarization direction of the rear polarization filter of the display, with backlighting light reflected by the mirror reflection polarization film from the reflection film changing its polarization direction in Direction to the mirror reflection polarization film can be reflected back, with IR light from the IR light sources passing through the reflection film, the light guide, the first mirror reflection polarization film and the display and thus reaching an area in front of the display surface and on one in this area IR light reflected from the IR light sources potentially located on the object passes through the display, the first mirror reflection polarization film, the light guide and the reflection film and thus reaches the IR photodiode array.
  • the display device which can also have an operating function if necessary, has a display that is typically designed using LCD technology and has a front with a display area and a back. Behind the display is the backlighting unit with a light guide that has a light exit side, a back facing away from it and a circumferential edge that connects the front with the back.
  • the backlighting light sources of the backlighting unit feed their visible backlighting light into the light guide at the edge (edge lit).
  • the light guide itself is typically designed as a plate or thin film. There are no optical light diffuser elements in the space between the back of the display and the light exit side of the light guide.
  • a reflection film Facing the back of the light guide there is a reflection film for reflecting backlighting light and for transmitting IR radiation (hereinafter also referred to as IR light), whereby this IR-permeable reflection film can also be part of the back of the light guide.
  • the reflection film has a back that faces away from the light guide.
  • Light-reflecting material is described, for example, in US 5,233,465 A.
  • IR radiation sources hereinafter also referred to as IR light sources
  • an IR photodiode array as an IR camera
  • the IR light from the IR light sources passes through the reflection film, the light guide and the display and thus reaches an area in front of the display surface. There it is reflected by an object, such as a hand or a person (driver observation) and thus passes through the display, the light guide and the IR-transparent reflection film to the IR photodiode array.
  • the display device has a first mirror reflection polarization film arranged on the back of the display or opposite it for reflecting visible backlighting light, the polarization of which deviates from the polarization direction of the rear polarization filter of the display, with backlight light reflected by the mirror reflection polarization film can be reflected back from the reflection film by changing its polarization direction towards the mirror reflection polarization film.
  • This (first) mirror reflection polarization film reflects backlight light whose polarization direction does not correspond to the direction specified by the rear polarization filter for the display. Such backlighting light is reflected and reaches the IR-transparent reflection film, where it is reflected back again while changing its polarization direction.
  • the concept of the display device according to the invention has the advantage that there is no space in the frame or edge area to accommodate the IR camera the display device is needed, so the size of the display area can be maximized, with the backlighting light intensity of the display being affected, although the entire display device, ie the display and the backlighting unit, must be transparent for IR light.
  • a thin light guide film with a prism structure of minimal size is particularly suitable as the light guide for the backlighting unit.
  • Such light guide films are sold, for example, by the Finnish company Nanocomp Oy (http://www.nanocomD.fi/wD-content/uDloads/2022/04/nanocomp directional light guide film lowres 4-2022.pdf).
  • This light guide film results in optimal homogenization of the backlighting light without the need for additional light diffusion elements, which are typically arranged between the backlighting unit and the display.
  • the first mirror reflection polarization film also reflects IR light, the polarization of which deviates from the polarization direction of the rear polarization filter of the display, with an IR reflection film below the IR light sources for the reflection of by changing the direction of polarization IR light reflected by the first mirror reflection polarization film is arranged.
  • the mirror reflection polarizing film can also be used to increase the utilization of IR light.
  • a second mirror reflection polarization film for reflecting IR light is arranged on the back of the IR-transparent reflection film or opposite it, the polarization of which depends on the polarization direction of the rear polarization filter of the display deviates, an IR reflection film being arranged below the IR light sources for the reflection of IR light reflected by the second mirror reflection polarization film while changing the direction of polarization.
  • the second mirror reflection polarization film therefore serves to improve the IR light yield.
  • the IR light sources emit NIR light, with the IR photodiode array being accordingly an NIR photodiode array.
  • the photodiode array can basically be designed in one or two dimensions.
  • the display area of the display can also be used for entering commands by touching the display area if a touch sensor system is integrated, such as can be achieved using a touch panel.
  • an optical lens for IR radiation can be arranged between the IR-transparent reflection film and the IR photodiode array.
  • the diffuser layer for scattering the backlighting light, which allows the IR light from the IR light sources to pass through without scattering.
  • the diffuser layer which is neutral for IR light, is arranged between the light guide and the mirror reflection polarization film or between the mirror reflection polarization film and the display.
  • the advantage of the IR light-neutral diffuser layer is that the backlight light is scattered, but the IR light is not scattered. The latter is particularly advantageous for IR light recording by the IR camera.
  • the invention is therefore characterized by the special features of the backlighting light unit, which ensures that the display is sufficiently bright and therefore backlit with the required light intensity and homogeneity, while at the same time IR light reaches the camera through the display without this light results in a fuzzy, blurry image. Rather, the IR image is sufficiently sharp to be able to extract the necessary information from the IR image through editing or processing.
  • the IR light can reach the IR photodiode array as, for example, scattered light, it is expedient to optically seal off the IR photodiode array from the IR light sources or the previously described I-light guide.
  • Such a light wavelength-dependent diffuser is arranged in the space between the light exit side of the light guide and the back of the display, which scatters the backlighting light and allows the IR light from the IR light sources to pass through without scattering.
  • This diffuser which is “neutral” for IR light, can be arranged between the mirror reflection polarization film and either the display or the light guide if the mirror reflection polarization film is present.
  • Fig. 2 shows a first example of the optical layer stack of the display device (highly schematic)
  • Fig. 3 shows a second example of the optical layer stack of the display device (highly schematic).
  • Fig. 1 shows an application example for the display device 10 according to the invention with an IR camera 12 arranged behind it.
  • both are arranged in the instrument panel 14 of a vehicle, with the IR camera 12 directed at the driver 16.
  • the information that is extracted from the camera image is application-specific and fundamentally known, which is why it does not need to be discussed in more detail within the scope of this invention.
  • FIG. 2 shows, in a highly schematic manner, a first exemplary embodiment of the individual optical and opto-electronic layers of the display device 10, with neither the thickness of the individual layers nor their spacing being true to scale.
  • the display device 10 has, for example, an LCD display 18 with a touch sensor system 20, which are arranged behind a cover glass 22.
  • the display device 10 is also used to enter commands by touching the display surface 24.
  • the backlighting unit 26 for backlighting the display 18 with visible light.
  • the backlighting unit 26 has a light guide 28, which has a light exit side 30 facing the display 18 and a back side 32 facing away from this. Both sides or main surfaces of the light guide 28 are through one circumferential edge side 34 connected to each other.
  • the backlighting light 36 is irradiated into a partial area of this edge side 34, which is realized with several backlighting light sources 38 in the form of, for example, LEDs.
  • IR-transparent reflection film 42 which also belongs to the backlighting unit 26. This reflection film ensures that backlight light is reflected towards the display 18.
  • IR light sources 46 Facing the back 44 of the IR-transparent reflection film 42 are IR light sources 46 in the form of, for example, LEDs. Furthermore, the IR camera 12 in the form of, for example, an IR photodiode array 48 is also located facing the back 44 of the IR-transparent reflection film 42.
  • a diffuser layer 59 that is neutral for IR light between the light guide 28 and the (first) mirror reflection polarization film 50 or between this and the display 18, which scatters the backlight light, but without the IR light allows scattering to pass through.
  • the backlighting of the display 18 is homogenized without either the IR light arriving in the area in front of the display 18 or in front of its cover glass 22 or the IR light potentially reflected from there being scattered, which is advantageous with regard to the IR recording the IR camera 48 is.
  • a (first) mirror reflection polarization film 50 which emits backlighting light with a polarization direction that differs from that determined by the rear polarization film 52 (for the sake of clarity, the front polarization film of the display 18 is not shown ) of the display 18 deviates from the predetermined polarization direction, reflected, specifically in the direction of the IR-transparent reflection film 42, where the backlight light is reflected back again while changing its polarization direction. This is indicated by arrows 54, 56 and 58. This measure ensures that almost the entire proportion of backlight light from the backlight light sources 38 can also be used for the backlighting of the display 18.
  • the (first) mirror reflection polarization film 50 can also be used to reflect back the IR light from the IR light sources 46 whose polarization direction deviates from the direction specified by the rear polarization film 52 of the display. However, this requires a reflection film for IR light, which is not yet shown in Fig. 2.
  • laser diodes can also be used as IR light sources, which only emit light with a polarization direction corresponding to that of the rear polarization film 52 of the display 18.
  • the light guide film 40 and the (first) mirror reflection polarization film 50 are optional; both layers could therefore be omitted.
  • the light from the IR light sources 46 passes through the backlighting unit 26 and further through the display, the touch sensor system and the cover glass into the area in front of the display device 10, in which it is reflected on objects to be monitored or detected that are potentially located there ultimately to be recorded as a reflection image by the IR camera 12. It is also optional, but advantageous, to provide a diffuser layer 59 that is neutral for IR light and which scatters the backlight light, the IR light, between the light guide 28 and the (first) mirror reflection polarization film 50 or between this and the display 18 but allows it to pass through without scattering.
  • the backlighting of the display 18 is homogenized without either the IR light arriving in the area in front of the display 18 or in front of its cover glass 22 or the IR light potentially reflected from there being scattered, which is advantageous with regard to the IR recording the IR camera 48 is.
  • FIG. 3 graphically shows the case already mentioned above, in which the optical stack of the display device 10 has layers which ensure the reflection of IR light which has a polarization direction that differs from that through the rear polarization film 52 of the display 18 deviates from the specified direction in order to increase the IR light output.
  • Those layers and elements of FIG. 3 that are the same as those of FIG. 2 are provided with the same reference numerals in FIG. 3 as in FIG. 2.
  • the light from the IR light sources 46 is reflected on a second mirror reflection polarization film 60 when the polarization direction does not match the rear polarization film 52 and reaches an IR reflection film 62, which is arranged, for example, below the IR light sources 46.
  • IR light reflected from there, changing its polarization direction reaches the second mirror reflection polarization film 60 again and, if the polarization direction is correct, passes through it (the above is indicated in FIG. 3 by the arrows 64, 66 and 68) and into the Area in front of the display device 10, where it is reflected back by an object to be observed or detected in order to be recorded by the IR camera 12.

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Abstract

Die Anzeigevorrichtung (10) mit IR-Kamera für ein Fahrzeug ist versehen mit einem Display (18), das eine Vorderseite mit einer Anzeigefläche (24) und eine Rückseite aufweist, und einer Hinterleuchtungseinheit (26) mit Hinterleuchtungslichtquellen (38) und mit einem Lichtleiter (28), der eine Lichtaustrittsseite (30), eine dieser abgewandte Rückseite (32) und eine umlaufende, die Vorderseite mit der Rückseite (32) verbindende Randseite (34) aufweist, wobei die Hinterleuchtungslichtquellen (38) in zumindest einen Teilbereich der Randseite (34) sichtbares Licht einstrahlen. Der Zwischenraum zwischen der Rückseite des Displays (18) und der Lichtaustrittsseite (30) des Lichtleiters (28) ist frei von optischen Lichtdiffusionselementen. Die Anzeigevorrichtung (10) ist ferner versehen mit einem an der Rückseite des Lichtleiters (28) oder dieser gegenüberliegend angeordneten Reflektionsfilm zur Reflektion von Hinterleuchtungslicht (36) und zum Durchlassen von IR-Licht, wobei der Reflektionsfilm eine dem Lichtleiter (28) abgewandte Rückseite aufweist, und IR-Lichtquellen (46) und einem IR-Fotodiodenarray (48), die sämtlich der Rückseite des Reflektionsfilms zugewandt angeordnet sind. IR-Licht der IR-Lichtquellen (46) passiert den Reflektionsfilm, den Lichtleiter (28) und das Display (18) und gelangen in einen Bereich vor der Anzeigefläche (24) und an einem in diesem Bereich sich potenziell befindenden Objekt reflektiertes IR-Licht der IR-Lichtquellen (46) passiert das Display (18), den Lichtleiter (28) und den Reflektionsfilm sowie gelangt bis zum IR-Fotodiodenarray (48).

Description

Anzeigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug und insbesondere eine Anzeigevorrichtung, bei der die IR-Kamera hinter der Anzeigefläche des Displays oder anders ausgedrückt hinter derjenigen Fläche der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, die von einem Rahmen, der das Display typischerweise umgibt, eingeschlossen ist.
Zur Erhöhung der Sicherheit bei Fahrzeugen ist es schon seit längerem bekannt, den Fahrzeuginnenraum hinsichtlich möglicher Sicherheitsrisiken zu überwachen. Insbesondere ist es bekannt, das Gesicht des Fahrers zu erfassen, um beispielsweise anhand seiner Augenlidbewegung frühzeitig eine mögliche Ermüdung des Fahrers zu erkennen, um dann ein entsprechendes Alarmsignal ausgeben zu können.
Die hierfür eingesetzten Kameras sollten aus verschiedenen Gründen Bestandteil von in der Instrumententafel verbauten Anzeigevorrichtungen sein. Für die Unterbringung der Kameras in derartigen Anzeigevorrichtungen bietet sich grundsätzlich der Rahmen an, der typischerweise die Anzeigevorrichtung umgibt. Allerdings geht aus optischen Gründen der Trend mehr und mehr dahin, diese Rahmen so schmal wie möglich auszuführen, so dass in diesem Bereich nicht mehr der nötige Platz zur Verfügung steht, um die Kamera unterzubringen. Selbiges gilt auch für den Randbereich des Displays selbst, der typischerweise an der Anzeigefläche schwarz eingefärbt ist.
Es ist bekannt, beispielsweise IR-Kameras hinter dem Display und hinter dessen Hinterleuchtungseinheit anzuordnen. Ein Beispiel für ein derartiges Konzept ist in EP-A-3 608 147 beschrieben. Allerdings werden bei diesem bekannten System für die IR-Kamera einerseits und die eigentliche Anzeigefläche andererseits zwei unterschiedliche Stapel von "optischen Filmen" verwendet, was unerwünscht sein kann.
Aus US-A-2010/0073584 ist eine Anzeigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug bekannt, bei der sich hinter dem Display kein für das das Display hinterleuchtende Hinterleuchtungslicht vorgesehener Reflektionspolarisations- filter angeordnet ist.
In DE-A-10 2009 002 184 ist ein Head-up Display bekannt, bei dem eine Projektionseinheit vorgesehen ist, deren Projektionslicht vor Erreichen der Windschutzscheibe einen Reflektionspolarisationsfilm passiert.
Weitere Anzeigevorrichtungen sind in DE-A-10 2019 001 333 und DE-A-10 2016 224 246 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der der Aufbau und die Anordnung der einzelnen optischen und opto-elektronischen sowie Beleuchtungsschichten sowohl für den Bereich der Anzeigefläche als auch für die IR-Kamera gleich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Anzeigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Anzeigevorrichtung versehen ist mit einem insbesondere LCD-Display, das eine Vorderseite mit einer Anzeigefläche und eine Rückseite aufweist, einer Hinterleuchtungseinheit mit Hinterleuchtungslichtquellen und mit einem Lichtleiter, der eine Lichtaustrittsseite, eine dieser abgewandte Rückseite und eine umlaufende, die Vorderseite mit der Rückseite verbindende Randseite aufweist, wobei die Hinterleuchtungslichtquellen in zumindest einen Teilbereich der Randseite sichtbares Licht einstrahlen, wobei der Zwischenraum zwischen der Rückseite des Displays und der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters frei von optischen Lichtdiffusionselementen ist, einem an der Rückseite des Lichtleiters oder dieser gegenüberliegend angeordneten Reflektionsfilm zur Reflektion von Hinterleuchtungslicht und zum Durchlässen von IR-Licht, wobei der Reflektionsfilm eine dem Lichtleiter abgewandte Rückseite aufweist,
IR-Lichtquellen und einem IR-Fotodiodenarray, die sämtlich der Rückseite des Reflektionsfilms zugewandt angeordnet sind, und einem an der Rückseite des Displays oder dieser gegenüberliegend angeordneten ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm zur Reflek- tion von sichtbarem Hinterleuchtungslicht, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays abweicht, wobei von dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm reflektiertes Hinterleuchtungslicht von dem Reflektionsfilm unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung in Richtung zum Spiegelreflek- tions-Polarisationsfilm zurück reflektierbar ist, wobei IR-Licht der IR-Lichtquellen den Reflektionsfilm, den Lichtleiter, den ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm und das Display passiert und somit in einen Bereich vor der Anzeigefläche gelangt und an einem in diesem Bereich sich potenziell befindenden Objekt reflektiertes IR-Licht der IR-Lichtquellen das Display, den ersten Spiegelreflek- tions-Polarisationsfilm, den Lichtleiter und den Reflektionsfilm passiert und somit bis zum IR-Fotodiodenarray gelangt.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung, die im Bedarfsfälle auch Bedienfunktion aufweisen kann, weist ein typischerweise in LCD-Technologie ausgeführtes Display auf, das eine Vorderseite mit einer Anzeigefläche und eine Rückseite aufweist. Hinter dem Display befindet sich die Hinterleuchtungsein- heit mit einem Lichtleiter, der eine Lichtaustrittsseite, eine dieser abgewandte Rückseite und eine umlaufende Randseite aufweist, die die Vorderseite mit der Rückseite verbindet. Die Hinterleuchtungslichtquellen der Hinterleuchtungsein- heit speisen ihr sichtbares Hinterleuchtungslicht randseitig in den Lichtleiter ein (edge lit). Der Lichtleiter selbst ist typischerweise als Platte oder dünne Folie ausgebildet. Im Zwischenraum zwischen der Rückseite des Displays und der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters befinden sich keinerlei optische Lichtdiffusorelemente.
Der Rückseite des Lichtleiters zugewandt befindet sich ein Reflektionsfilm zur Reflektion von Hinterleuchtungslicht und zum Durchlässen von IR-Strahlung (nachfolgend auch mit IR-Licht bezeichnet), wobei dieser IR-durchlässige Reflektionsfilm auch Bestandteil der Rückseite des Lichtleiters sein kann. Der Reflektionsfilm weist eine Rückseite auf, die dem Lichtleiter abgewandt ist. Ein Beispiel für ein für IR-Strahlung transparentes und ansonsten für (sichtbares)
Licht reflektives Material ist z.B. in US 5 233 465 A beschrieben.
Der Rückseite dieses IR-durchlässigen Reflektionsfilms zugewandt befinden sich IR-Strahlungsquellen (nachfolgend auch mit IR-Lichtquellen bezeichnet) sowie ein IR-Fotodiodenarray (als IR-Kamera). Das IR-Licht der IR-Lichtquellen passiert den Reflektionsfilm, den Lichtleiter und das Display und gelangt somit in einen Bereich vor der Anzeigefläche. Dort wird es von einem Objekt, wie beispielsweise einer Hand oder einer Person (Fahrerbeobachtung) reflektiert und gelangt somit durch das Display, den Lichtleiter und den IR- transparenten Reflektionsfilm zum IR-Fotodiodenarray.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung einen an der Rückseite des Displays oder dieser gegenüberliegend angeordneten ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm zur Reflektion von sichtbarem Hinterleuchtungslicht auf, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays abweicht, wobei von dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm reflektiertes Hinterleuchtungslicht von dem Reflektionsfilm unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung in Richtung zum Spiegelreflektions-Polarisationsfilm zurück reflektierbar ist. Dieser (erste) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm reflektiert Hinterleuchtungslicht, dessen Polarisationsrichtung nicht mit der durch den rückseitigen Polarisationsfilter für das Display vorgegebenen Richtung übereinstimmt. Derartiges Hinterleuchtungslicht wird also reflektiert und gelangt zum IR-transparenten Reflektionsfilm, wo es unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung wieder zurück reflektiert wird. Damit wird erreicht, dass ansonsten vom rückseitigen Polarisationsfilter absorbiertes Licht genutzt werden kann, um das Display zu hinterleuchten. Ein Spiegelreflektions-Polarisatonsfilm, der im Rahmen dieser und der im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung eingesetzt werden kann, wird von der US-Firma 3M unter 3M APF angeboten (3m- automotive-reflective- 320-tech-data-sheet.Ddf .
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Das erfindungsgemäße Konzept der Anzeigevorrichtung hat den Vorteil, dass für die Unterbringung der IR-Kamera kein Platz im Rahmen- bzw. Randbereich der Anzeigevorrichtung benötigt wird, die Größe der Anzeigefläche also maximiert werden kann, wobei die Hinterleuchtungslichtstärke des Displays beeinträchtigt wird, obwohl die gesamte Anzeigevorrichtung, d.h. das Display und die Hinterleuchtungseinheit für I R-Licht transparent sein muss.
Als Lichtleiter der Hinterleuchtungseinheit eignet sich insbesondere ein dünner Lichtleiterfilm mit Prismenstruktur minimaler Größe. Derartige Lichtleiterfilme werden beispielsweise von dem finnischen Unternehmen Nanocomp Oy vertrieben (httDs://www.nanocomD.fi/wD- content/uDloads/2022/04/nanocomp directional light guide film lowres 4- 2022.pdf).
Es ist aber auch möglich, dass ein derartiger Lichtleiterfilm auf einem konventionellen Lichtleiter, dessen Lichtaustrittsseite keinerlei Struktur aufweist, durch optical bonding angeordnet ist.
Durch diesen Lichtleiterfilm kommt es zu einer optimalen Homogenisierung des Hinterleuchtungslichts, ohne dass es zusätzlicher Lichtdiffusionselemente bedarf, die typischerweise zwischen der Hinterleuchtungseinheit und dem Display angeordnet sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung reflektiert der erste Spie- gelreflektions-Polarisationsfilm auch IR-Licht, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays abweicht, wobei unterhalb der IR-Lichtquellen ein IR-Reflektionsfilm zur unter Veränderung der Polarisationsrichtung erfolgender Reflektion von von dem ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm reflektierten IR-Licht angeordnet ist. Auf diese Weise kann also der Spiegelreflektions-Polarisationsfilm auch zur Erhöhung der Nutzung des IR-Lichts eingesetzt werden.
Zweckmäßig kann es sein, wenn an der Rückseite des IR-transparenten Re- flektionsfilms oder diesem gegenüberliegend ein zweiter Spiegelreflektions-Po- larisationsfilm zur Reflektion von IR-Licht angeordnet ist, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays abweicht, wobei unterhalb der IR-Lichtquellen ein IR-Reflektionsfilm zur unter Veränderung der Polarisationsrichtung erfolgenden Reflektion von von dem zweiten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm reflektierten IR-Licht angeordnet ist. Der zweite Spiegelreflektions-Polarisationsfilm dient also in diesem Ausführungsbeispiel der verbesserten IR-Lichtausbeute.
Typischerweise senden die IR-Lichtquellen NIR-Licht aus, wobei das IR- Fotodiodenarray dementsprechend ein NIR-Fotodiodenarray ist. Das Fotodiodenarray kann grundsätzlich ein- oder zweidimensional ausgebildet sein.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Anzeigefläche des Displays auch für die Eingabe von Befehlen durch Berührung der Anzeigefläche genutzt werden, wenn dementsprechend eine Berührungssensorik integriert ist, wie beispielsweise durch ein Touch-Panel realisierbar.
Schließlich kann zwischen dem IR-transparenten Reflektionsfilm und dem IR- Fotodiodenarray eine optische Linse für IR-Strahlung angeordnet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich in dem Zwischenraum zwischen der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters und der Rückseite des Displays eine Diffusorschicht zur Streuung des Hin- terleuchtungslicht befindet, die das IR-Licht der IR-Lichtquellen ohne Streuung hindurchlässt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die für IR-Licht neutrale Diffusorschicht zwischen dem Lichtleiter und dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm oder zwischen dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm und dem Display angeordnet ist. Der Vorteil der IR-Licht neutralen Diffusorschicht ist, dass zwar das Hinterleuch- tungslicht gestreut, das IR-Licht aber nicht gestreut wird. Letzteres ist insbesondere von Vorteil für die IR-Licht-Aufnahme durch die IR-Kamera.
Die Erfindung zeichnet sich also durch die Besonderheiten der Hinterleuch- tungslichteinheit aus, die dafür sorgt, dass das Display ausreichend hell und damit mit der geforderten Lichtintensität und Homogenität hinterleuchtet wird, wobei gleichzeitig durch das Display IR-Licht zur Kamera gelangt, ohne dass dieses Licht zu einem unscharfen, verschwommenen Bild führt. Vielmehr ist das IR-Bild ausreichend scharf, um die notwendigen Informationen aus dem IR-Bild durch Be- bzw. Verarbeitung extrahieren zu können.
Genauso wie für die Hinterleuchtung des Displays mit sichtbarem Licht ein Edge-Lit-Konzept genutzt wird, kann dies auch für die Einspeisung des IR- Lichts der Fall sein. Hinter dem IR-transparenten Reflektionsfilm befindet sich ein seitlich mit IR-Licht beaufschlagter Lichtleiter, der das IR-Licht umlenkt und von hinten auf den IR-transparenten Reflektionsfilm wirft.
Damit das IR-Licht als beispielsweise Streulicht zum IR-Fotodiodenarray gelangen kann, ist es zweckmäßig, das IR-Fotodiodenarray gegenüber den IR- Lichtquellen bzw. dem zuvor beschriebenen I -Lichtleiter optisch abzuschotten.
Bei der bisher beschriebenen Variante der Erfindung befindet sich in dem Zwischenraum zwischen der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters und der Rückseite des Displays kein lichtstreuender Diffusor. Ein solcher Diffusor wäre aber vorteilhaft, wenn er ausschließlich das Hinterleuchtungslicht streuen würde. Im Stand der Technik sind Diffusorfilme bekannt, die in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts dieses streuen bzw. ohne Streuung hindurchlassen. In diesem Zusammenhang sei verwiesen auf httDs://onlinelibrarv.wilev.com/doi/full/10.1002/adma.202105868.
Von Vorteil ist es nun, wenn in dem Zwischenraum zwischen der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters und der Rückseite des Displays ein derartiger Lichtwellenlängen abhängig arbeitender Diffusor angeordnet ist, der das Hinterleuchtungslicht streut und das IR-Licht der IR-Lichtquellen ohne Streuung hindurchlässt. Dieser insoweit für IR-Licht "neutrale" Diffusor kann bei Vorhandensein des Spiegelreflektions-Polarisationsfilms zwischen diesem und entweder dem Display oder dem Lichtleiter angeordnet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels für die oben beschriebene erste Variante der Erfindung und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei: Fig. 1 ein Beispiel für die Applikation der Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein erstes Beispiel für den optischen Schichtenstapel der Anzeigevorrichtung (stark schematisiert) und
Fig. 3 ein zweites Beispiel für den optischen Schichtenstapel der Anzeigevorrichtung (stark schematisiert).
Fig. 1 zeigt ein Applikationsbeispiel für die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 10 mit hinter dieser angeordneter IR-Kamera 12. Beides ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Instrumententafel 14 eines Fahrzeugs angeordnet, wobei die IR-Kamera 12 auf den Fahrer 16 gerichtet ist. Die Informationen, die aus dem Kamerabild extrahiert werden, sind anwendungsspezifisch und grundsätzlich bekannt, weshalb darauf im Rahmen dieser Erfindung nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Fig. 2 zeigt stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel der einzelnen optischen und opto-elektronischen Schichten der Anzeigevorrichtung 10, wobei weder die Dicke der einzelnen Schichten noch deren Abstände maßstabsgerecht sind.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weist die Anzeigevorrichtung 10 ein beispielsweise LCD-Display 18 mit einer Berührungssensorik 20 auf, die hinter einem Abdeckglas 22 angeordnet sind. Die Anzeigevorrichtung 10 dient also in diesem Ausführungsbeispiel auch der Eingabe von Befehlen durch Berührung der Anzeigefläche 24.
Hinter dem Display 18 befindet sich eine Hinterleuchtungseinheit 26 zur Hin- terleuchtung des Displays 18 mit sichtbarem Licht. Die Hinterleuchtungseinheit 26 weist zu diesem Zweck einen Lichtleiter 28 auf, der eine dem Display 18 zugewandte Lichtaustrittsseite 30 und eine dieser abgewandten Rückseite 32 aufweist. Beide Seiten bzw. Hauptflächen des Lichtleiters 28 sind durch eine umlaufende Randseite 34 miteinander verbunden. In einen Teilbereich dieser Randseite 34 wird das Hinterleuchtungslicht 36 eingestrahlt, was mit mehreren Hinterleuchtungslichtquellen 38 in Form beispielsweise von LEDs realisiert wird. An der Lichtaustrittsseite 30 befindet sich ein zusätzlicher Lichtleiterfilm 40, der eine Lichtprismenstruktur minimaler Größe aufweist. Dieser Lichtleiterfilm 40 wird beispielsweise von dem finnischen Unternehmen Nanocomp Oy angeboten.
Zwischen der Hinterleuchtungseinheit 26 und dem Display 18 befinden sich erfindungsgemäß keinerlei Lichtdiffusorfilme o.dgl. -elemente, da derartige Elemente nachteilig für das IR-Licht wären, auf das weiter unten noch eingegangen werden wird.
Unterhalb des Lichtleiters 28, nämlich dessen Rückseite 32 zugewandt, befindet sich ein IR-transparenter Reflektionsfilm 42, der ebenfalls zur Hinterleuchtungseinheit 26 gehört. Dieser Reflektionsfilm sorgt für die Reflektion von Hinterleuchtungslicht in Richtung auf das Display 18.
Der Rückseite 44 des IR-transparenten Reflektionsfilms 42 zugewandt befinden sich IR-Lichtquellen 46 in Form von beispielsweise LEDs. Ferner befindet sich der Rückseite 44 des IR-transparenten Reflektionsfilms 42 zugewandt auch die IR-Kamera 12 in Form beispielsweise eines IR-Fotodiodenarrays 48.
Ebenso optional, jedoch mit Vorteil ist es, zwischen dem Lichtleiter 28 und dem (ersten) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 50 oder zwischen diesem und dem Display 18 eine für IR-Licht neutrale Diffusorschicht 59 vorzusehen, die das Hinterleuchtungslicht streut, das IR-Licht jedoch ohne Streuung hindurchlässt. Hierdurch wird die Hinterleuchtung des Displays 18 homogenisiert, ohne dass weder das in dem Bereich vor dem Display 18 bzw. vor dessen Abdeckglas 22 gelangende IR-Licht noch das von dort potenziell reflektierte IR-Licht gestreut wird, was vorteilhaft hinsichtlich der IR-Aufnahme durch die IR- Kamera 48 ist. Zwischen der Hinterleuchtungseinheit 26 und der Rückseite des Displays 18 befindet sich ein (erster) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 50, der Hinter- leuchtungslicht mit einer Polarisationsrichtung, die von der durch den rückseitigen Polarisationsfilm 52 (der Übersichtlichkeit halber ist der vorderseitige Polarisationsfilm des Displays 18 nicht eingezeichnet) des Displays 18 vorgegebenen Polarisationsrichtung abweicht, reflektiert, und zwar in Richtung auf den IR-transparenten Reflektionsfilm 42, wo das Hinterleuchtungslicht unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung wieder zurück reflektiert wird. Dies ist durch die Pfeile 54, 56 und 58 angedeutet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass nahezu der gesamte Anteil an Hinterleuchtungslicht der Hinter- leuchtungslichtquellen 38 auch für die Hinterleuchtung des Displays 18 genutzt werden kann.
Der (erste) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 50 kann auch dazu genutzt werden, um dasjenige IR-Licht der IR-Lichtquellen 46 zurück zu reflektieren, dessen Polarisationsrichtung von der des rückseitigen Polarisationsfilms 52 des Displays vorgegebenen Richtung abweicht. Hierzu bedarf es dann allerdings noch eines Reflektionsfilms für IR-Licht, der in Fig. 2 noch nicht eingezeichnet ist.
Alternativ kann man aber auch als IR-Lichtquellen Laserdioden einsetzen, die ausschließlich Licht mit einer Polarisationsrichtung entsprechend derjenigen des rückseitigen Polarisationsfilms 52 des Displays 18 aussenden.
Im Ausführungsbeispiel des "optischen Stapels" der Fig. 2 sind der Lichtleiterfilm 40 und der (erste) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 50 optional; beide Schichten könnten also auch wegfallen.
Das Licht der IR-Lichtquellen 46 gelangt durch die Hinterleuchtungseinheit 26 hindurch und weiter durch das Display, die Berührungssensorik und das Abdeckglas in den Bereich vor der Anzeigevorrichtung 10, in dem es an potenziell dort befindlichen zu überwachenden bzw. zu delektierenden Objekten reflektiert wird, um letztendlich als Reflektionsbild von der IR-Kamera 12 aufgenommen zu werden. Ebenso optional, jedoch mit Vorteil ist es, zwischen dem Lichtleiter 28 und dem (ersten) Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 50 oder zwischen diesem und dem Display 18 eine für I R-Licht neutrale Diffusorschicht 59 vorzusehen, die das Hinterleuchtungslicht streut, das I R-Licht jedoch ohne Streuung hindurchlässt. Hierdurch wird die Hinterleuchtung des Displays 18 homogenisiert, ohne dass weder das in dem Bereich vor dem Display 18 bzw. vor dessen Abdeckglas 22 gelangende IR-Licht noch das von dort potenziell reflektierte IR-Licht gestreut wird, was vorteilhaft hinsichtlich der IR-Aufnahme durch die IR- Kamera 48 ist.
In Fig. 3 ist der bereits zuvor angesprochene Fall grafisch dargestellt, in dem der optische Stapel der Anzeigevorrichtung 10 Schichten aufweist, die für die Reflektion von IR-Licht sorgen, das eine Polarisationsrichtung aufweist, die von der durch den rückseitigen Polarisationsfilm 52 des Displays 18 vorgegebenen Richtung abweicht, um nämlich die IR-Lichtausbeute zu erhöhen. Diejenigen Schichten und Elemente der Fig. 3, die gleich denen der Fig. 2 sind, sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen.
Das Licht der IR-Lichtquellen 46 wird bei zum rückseitigen Polarisationsfilm 52 nicht passender Polarisationsrichtung an einem zweiten Spiegelreflektions-Po- larisationsfilm 60 reflektiert und gelangt zu einem IR-Reflektionsfilm 62, der beispielsweise unterhalb der IR-Lichtquellen 46 angeordnet ist. Von dort reflektiertes IR-Licht gelangt unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung wieder in Richtung auf den zweiten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm 60 und, bei richtiger Polarisationsrichtung, durch diesen hindurch (Vorstehendes ist in Fig. 3 durch die Pfeile 64, 66 und 68 angedeutet) und in den Bereich vor der Anzeigevorrichtung 10, wo es durch ein zu beobachtendes oder zu delektierendes Objekt zurück reflektiert wird, um von der IR-Kamera 12 aufgenommen zu werden. BEZUGSZEICHENLISTE
Anzeigevorrichtung
IR- Kamera
Instrumententafel
Fahrer
Display
Berührungssensorik
Abdeckglas
Anzeigefläche
Hinterleuchtungseinheit
Lichtleiter
Lichtaustrittsseite
Rückseite des Lichtleiters
Randseite des Lichtleiters
Hinterleuchtungslicht
Hinterleuchtungslichtquelle
Lichtleiterfilm
IR-transparenter Reflektionsfilm
Rückseite des IR-transparenten Reflektionsfilms
IR-Lichtquellen
IR-Fotodiodenarray erster Spiegelreflektions- Polarisationsfi Im rückseitiger Polarisationsfilm des Displays
Pfeil
Pfeil
Pfeil
IR-Licht neutrale Diffusorschicht für Hinterleuchtungslicht zweiter Spiegelreflektions-Polarisationsfilm
IR-Reflektionsfilm
Pfeil
Pfeil
Pfeil

Claims

ANSPRÜCHE eigevorrichtung mit IR-Kamera für ein Fahrzeug, mit einem Display (18), das eine Vorderseite mit einer Anzeigefläche (24) und eine Rückseite aufweist, einer Hinterleuchtungseinheit (26) mit Hinterleuchtungslichtquellen (38) und mit einem Lichtleiter (28), der eine Lichtaustrittsseite (30), eine dieser abgewandte Rückseite (32) und eine umlaufende, die Vorderseite mit der Rückseite (32) verbindende Randseite (34) aufweist, wobei die Hinterleuchtungslichtquellen (38) in zumindest einen Teilbereich der Randseite (34) sichtbares Licht einstrahlen, wobei der Zwischenraum zwischen der Rückseite des Displays (18) und der Lichtaustrittsseite (30) des Lichtleiters (28) frei von optischen Lichtdiffusionselementen ist, einem an der Rückseite des Lichtleiters (28) oder dieser gegenüberliegend angeordneten Reflektionsfilm (42) zur Reflektion von Hinter- leuchtungslicht (36) und zum Durchlässen von IR-Licht, wobei der Reflektionsfilm (42) eine dem Lichtleiter (28) abgewandte Rückseite aufweist,
IR-Lichtquellen (46) und einem IR-Fotodiodenarray (48), die sämtlich der Rückseite des Reflektionsfilms (42) zugewandt angeordnet sind, und einem an der Rückseite des Displays (18) oder dieser gegenüberliegend angeordneten ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) zur Reflektion von sichtbarem Hinterleuchtungslicht (36), dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays (18) abweicht, wobei von dem Spiegelreflek- tions-Polarisationsfilm (50) reflektiertes Hinterleuchtungslicht (36) von dem Reflektionsfilm (42) unter Veränderung seiner Polarisationsrichtung in Richtung zum Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) zurück reflektierbar ist, wobei IR-Licht der IR-Lichtquellen (46) den Reflektionsfilm (42), den Lichtleiter (28), den ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) und das Display (18) passiert und somit in einen Bereich vor der An- zeigefläche (24) gelangt und an einem in diesem Bereich sich potenziell befindenden Objekt reflektiertes I R-Licht der IR-Lichtquellen (46) das Display (18), den ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50), den Lichtleiter (28) und den Reflektionsfilm (42) passiert und somit bis zum IR-Fotodiodenarray (48) gelangt. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (28) als ein Lichtleiterfilm (40) ausgebildet ist. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (28) einen Lichtleiterfilm (40) und eine Lichtleiter-Platte aufweist, die durch eine optische Klebeschicht miteinander verbündet sind. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) auch IR- Licht reflektiert, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays (18) abweicht, und dass unterhalb der IR-Lichtquellen (46) ein IR-Reflektionsfilm (62) zur unter Veränderung der Polarisationsrichtung erfolgenden Reflektion von von dem ersten Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) reflektiertem IR-Licht angeordnet ist. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen an der Rückseite des Reflektionsfilms (42) oder diesem gegenüberliegend angeordneten zweiten Spiegelreflektions-Polarisations- film (60) zur Reflektion von IR-Licht, dessen Polarisation von der Polarisationsrichtung des rückseitigen Polarisationsfilters des Displays (18) abweicht, und einem unterhalb der IR-Lichtquellen (46) angeordneten IR- Reflektionsfilm (62) zur unter Veränderung der Polarisationsrichtung erfolgenden Reflektion von von dem zweiten Spiegelreflektions-Polarisa- tionsfilm (60) reflektiertem IR-Licht. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Lichtquellen (46) NIR-Licht aussenden und dass das IR- Fotodiodenarray ein NIR-Fotodiodenarray ist. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das IR-Fotodiodenarray (48) zweidimensional ist. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Touch-Panel zur manuellen Eingabe von Befehlen durch Berührung der Anzeigefläche (24) des Displays (18). Anzeigevorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens eine zwischen dem Reflektionsfilm (42) und dem IR- Fotodiodenarray (48) angeordneten optischen Linse. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Zwischenraum zwischen der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters (28) und der Rückseite des Displays (18) eine Diffusorschicht (59) zur Streuung des Hinterleuchtungslicht befindet, die das IR- Licht der IR-Lichtquellen (46) ohne Streuung hindurchlässt. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die für IR-Licht neutrale Diffusorschicht (59) zwischen dem Lichtleiter (28) und dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) oder zwischen dem Spiegelreflektions-Polarisationsfilm (50) und dem Display (18) angeordnet ist.
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