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Die Erfindung betrifft eine Vereinigungsoptik eines Headup-Displays sowie ein Headup-Display.
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Für Fahrzeuge sind so genannte Headup-Displays bekannt. Headup-Displays zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass Licht einer Lichtquelle, beispielsweise einer Leuchtdiode, auf eine Bilderzeugungseinheit gelenkt wird. Die Bilderzeugungseinheit kann beispielsweise ein Flüssigkristall-Display sein. Das derart erzeugte Bild wird über ein optisches System auf eine Vereinigungsoptik, beispielsweise die Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, gelenkt, die das von ihr erzeugte Spiegelbild dem Bild der Umgebung überlagert. Der Fahrer des Fahrzeugs nimmt das Bild auf der Windschutzscheibe wahr als in die vor der Windschutzscheibe liegende Umgebung eingebettet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vereinigungsoptik eines Headup-Displays und ein Headup-Display zu schaffen, mittels denen in einfacher Weise ein Doppelbild unterdrückt werden kann, und damit gute Abbildungseigenschaften der Vereinigungsoptik beziehungsweise des Headup-Displays ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß eines ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vereinigungsoptik eines Headup-Displays, wobei die Vereinigungsoptik aufweist eine transparente Scheibenanordnung, eine mit der transparenten Scheibenanordnung gekoppelte erste optisch aktive Folie und eine mit der transparenten Scheibenanordnung gekoppelte zweite optisch aktive Folie. Die erste optisch aktive Folie ist ausgebildet zur Intensitätsreduktion einer Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen und die zweite optisch aktive Folie ist ausgebildet zum Drehen der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen um einen Winkel zwischen 75° und 105°.
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Das Headup-Display ist insbesondere für eine Anordnung in einem Fahrzeug vorgesehen. Die Anzeigeeinheit ist bezüglich einer regulären Gesichtsposition eines Fahrzeugführers derart angeordnet, dass die erste optisch aktive Folie näher zu der Gesichtsposition ist als die zweite optisch aktive Folie.
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Ein Vorteil einer derartigen Vereinigungsoptik besteht darin, dass eine besonders effektive Unterdrückung eines Doppelbildes möglich ist. Insbesondere kann das Doppelbild sowohl bei kleinen als auch sehr großen Einfallswinkeln sehr gut unterdrückt werden. Damit können Nutzer des Headup-Displays mittels der Vereinigungsoptik unabhängig von ihrer Körpergröße eine Abbildung ohne störende Doppelbilder erhalten. Des Weiteren können große Abmessungen des Anzeigefelds erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die transparente Scheibenanordnung auf ein erstes Scheibenelement und ein zweites Scheibenelement, das von dem ersten Scheibenelement beabstandet ist. Die erste optisch aktive Folie und die zweite optisch aktive Folie sind zwischen dem ersten Scheibenelement und dem zweiten Scheibenelement angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein guter Schutz der ersten optisch aktiven Folie und der zweiten optisch aktiven Folie vor mechanischen und chemischen Einflüssen gegeben ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bilden die erste optisch aktive Folie und die zweite optisch aktive Folie eine Sandwichstruktur. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache und sichere Ausbildung der Vereinigungsoptik erreicht werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erste optisch aktive Folie eine Polarisationseffizienz von maximal 40% auf. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere auch bei großen Einfallswinkeln der Lichtstrahlen eine gute Unterdrückung des Doppelbildes erreicht werden kann. Zum anderen ist ein hoher Transmissionsgrad von Licht, das durch die Vereinigungsoptik hindurch tritt, möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite optisch aktive Folie ausgebildet für eine Drehung der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen um 90° wenigstens in einem Wellenlängenbereich zwischen 430 nm und 680 nm. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr gute Unterdrückung des Doppelbildes im gesamten Bereich des sichtbaren Lichts erreicht werden kann.
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Gemäß eines zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Headup-Display mit einer Bilderzeugungsvorrichtung, und einer Vereinigungsoptik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist zur Emission von Lichtstrahlen und zur Projektion der Lichtstrahlen auf die Vereinigungsoptik.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Fahrzeugs mit einer Vereinigungsoptik,
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2 eine detaillierte schematische Schnittansicht der Vereinigungsoptik, und
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3 ein Verlauf eines Verhältnisses der Intensität des Bildes zu der Intensität des Doppelbildes der Vereinigungsoptik abhängig von dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen an der Vereinigungsoptik für eine Standardscheibenanordnung, und
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4 ein Verlauf eines Verhältnisses der Intensität des Bildes zu der Intensität des Doppelbildes der Vereinigungsoptik abhängig von dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen an der Vereinigungsoptik für eine Scheibenanordnung mit optisch aktiven Folien.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist ein Teil eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
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In dem Fahrzeug ist ein Headup-Display 10 angeordnet. Das Fahrzeug hat eine als Windschutzscheibe ausgebildete transparente Scheibenanordnung 12. Das Headup-Display 10 umfasst eine Lichtquelle 14. Die Lichtquelle 14 ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Leuchtdiode (LED) oder Leuchtdiodenfeld ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle 14 auch in anderweitig geeigneter Form ausgebildet sein. Das Headup-Display 10 umfasst weiter eine Projektionsvorrichtung 16. Die Lichtquelle 14 und die Projektionsvorrichtung 16 bilden eine Bilderzeugungsvorrichtung 15 (2). Die Lichtquelle 14 und die Projektionsvorrichtung 16 sind vorzugsweise in einer Verkleidung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs untergebracht. Die Projektionsvorrichtung 16 ist zwischen der Lichtquelle 14 und der als Windschutzscheibe ausgebildeten transparenten Scheibenanordnung 12 angeordnet.
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Lichtstrahlen L, die von der Lichtquelle 14 emittiert werden, werden mittels der Projektionsvorrichtung 16 auf die transparente Scheibenanordnung 12 gelenkt. Die Lichtstrahlen werden an der als Windschutzscheibe ausgebildeten transparenten Scheibenanordnung 12 reflektiert und gelangen anschließend in ein Auge 20 des Betrachters. Mindestens ein Teil der transparenten Scheibenanordnung 12 fungiert dabei als eine Vereinigungsoptik 18 des Headup-Displays 10. Der Betrachter nimmt das Bild der Bilderzeugungsvorrichtung 15 mittels des Auges 20 als virtuelles Bild integriert in das Bild der umgebenden Landschaft wahr.
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In 2 ist eine detaillierte Ansicht der Vereinigungsoptik 18 mit den entsprechenden Strahlengängen der Lichtstrahlen gezeigt. Die Vereinigungsoptik 18 hat ein erstes Scheibenelement 22 und ein zweites Scheibenelement 24. Das erste Scheibenelement 22 und das zweite Scheibenelement 24 sind Bestandteile der transparenten Scheibenanordnung 12. Zwischen dem ersten Scheibenelement 22 und dem zweiten Scheibenelement 24 sind in einem Zwischenraum 26 eine erste optisch aktive Folie 30 und eine zweite optisch aktive Folie 32 angeordnet.
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Die erste optisch aktive Folie 30 und die zweite optisch aktive Folie 32 können einen Polarisationszustand von Lichtstrahlen L' beeinflussen, die die jeweiligen Folien 30, 32 transmittieren.
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Die erste optisch aktive Folie 30 reduziert die Intensität einer Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen L'. Vorzugsweise weist die erste optisch aktive Folie 30 eine Polarisationseffizienz von maximal 40% auf, wobei die Polarisationseffizienz ein Maß für die Abschwächung der Lichtstrahlen L' ist. Besonders bevorzugt ist, wenn die erste optisch aktive Folie eine Polarisationseffizienz von 40% aufweist.
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Die zweite optisch aktive Folie 32 dreht die Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen L' um einen Winkel zwischen 75° und 105°, vorzugsweise circa 90°. Die zweite optisch aktive Folie 32 ist vorzugsweise als Breitbandverzögerer ausgebildet. Vorzugsweise erzeugt die zweite optisch aktive Folie 32 in einem Wellenlängenbereich von 430 nm bis 680 nm eine konstante Verzögerung von λ/2 und dreht damit die Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen L' um circa 90°. Damit kann eine gute Unterdrückung des Doppelbildes erreicht werden, ohne dass es zu einer Schwächung des Transmissionsgrads von Licht kommt, das durch die transparente Scheibenanordnung 12 und damit die Vereinigungsoptik 18 hindurch tritt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vereinigungsoptik 18 anhand eines in s-Richtung polarisierten Lichtstrahls L dargestellt:
Wie in 2 gezeigt ist, trifft ein in s-Richtung polarisierter Lichtstrahl aus der Bilderzeugungsvorrichtung 15 unter einem Einfallswinkel Θ auf das erste Scheibenelement 22, wird dort reflektiert und erzeugt im Auge 20 des Betrachters ein Bild. Eine Komponente des Lichtstrahls, die in das erste Scheibenelement 22 eindringt, wird von der ersten optisch aktiven Folie 30 abgeschwächt, und von der zweiten optisch aktiven Folie 32, die die Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtstrahls L' um circa 90° bewirkt, in p-Richtung gedreht und über die Außenseite des zweiten Scheibenelements 24 großteils transmittiert. Der reflektierte Teil des Lichts wird auf seinem Rückweg durch die zweite Folie 32 in s-Richtung gedreht, trifft auf die erste Folie 30, wird geschwächt und gelangt über das erste Scheibenelement 22 stark abgeschwächt in das Auge 20 des Betrachters, so dass dieses nur ein schwaches Doppelbild erreicht.
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In 3 ist ein Verlauf eines Verhältnisses R der Intensität des Bildes zu der Intensität des Doppelbildes der Vereinigungsoptik abhängig von dem Einfallswinkel Θ der Lichtstrahlen an der Vereinigungsoptik für verschiedene Wellenlängen LAMBDA1, LAMBDA2, LAMBDA3 für eine Standardscheibenanordnung dargestellt. Dabei ist eine erste Wellenlänge LAMBDA1 repräsentativ für rotes Licht, eine zweite Wellenlänge LAMBDA2 repräsentativ für grünes Licht und eine dritte Wellenlänge LANBDA3 repräsentativ für blaues Licht. Die Werte für das Verhältnis R im Bereich von Einfallswinkeln Θ zwischen 50° und 70° lassen erkennen, dass das Doppelbild für die drei Wellenlängen LAMBDA1 LAMBDA2, LAMBDA3 jeweils deutlich ausgeprägt ist.
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4 zeigt das Verhältnis R einer Bildintensität zu einer Doppelbildintensität abhängig von dem Einfallswinkel Θ für die verschiedenen Wellenlängen LAMBDA1, LAMBDA2, LAMBDA3 für die Scheibenanordnung 12 mit den optisch aktiven Folien 30, 32.
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Um die Wirkung der zweiten optisch aktiven Folie 32 deutlich zu machen, ist der Verlauf für eine Kombination der ersten optisch aktiven Folie 30 und der zweiten optisch aktiven Folie 32 dargestellt, die dazu ausgebildet ist, die Polarisationsrichtung von Lichtstrahlen L' der ersten Wellenlänge LAMBDA1 zu drehen, während ein Einfluss auf die Polarisationsrichtungen von Lichtstrahlen L' der zweiten Wellenlänge LAMBDA2 und der dritten Wellenlänge LAMBDA3 nur gering ist (so genannter Schmalbandverzögerer). Es wird so erreicht, dass das Doppelbild für die erste Wellenlänge LAMBDA1 insbesondere im Bereich des Einfallswinkels Θ zwischen 50° und 60° stark unterdrückt wird. Dagegen wird für die zweite Wellenlänge LAMBDA2 und die dritte Wellenlänge LAMBDA3 nur eine geringe Unterdrückung des Doppelbilds erreicht. Durch die Ausbildung der zweiten optisch aktiven Folie 32 für eine Drehung der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen L' um 90° in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 430 nm und 680 nm (so genannter Breitbandverzögerer) ist es möglich, in entsprechender Weise zusätzlich eine Unterdrückung des Doppelbilds auch für Lichtstrahlen L' der zweiten Wellenlänge LAMBDA2 und der dritten Wellenlänge LAMBDA3 zu erreichen.
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Mittels der Kombination der linear polarisierenden ersten Folie 30 mit der zweiten Folie 32, die in einem großen Wellenlängenbereich ein Drehen der Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen L' um circa 90° ermöglicht, kann auch bei sehr großen Einfallswinkeln eine gute Unterdrückung des Doppelbilds erreicht werden. Damit ist es möglich, ein sehr großes durch das Headup-Display 10 erzeugtes Bild zu realisieren. Des Weiteren ist es möglich, dass Fahrer unabhängig von ihrer Körpergröße eine doppelbildfreie, von dem Headup-Display 10 erzeugte Abbildung wahrnehmen können.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, so dass auch derartige Anordnungen von der Erfindung umfasst sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Headup-Display
- 12
- Scheibenanordnung (Windschutzscheibe)
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Bilderzeugungsvorrichtung
- 16
- Projektionsvorrichtung
- 18
- Vereinigungsoptik
- 20
- Auge
- 22
- erstes Scheibenelement
- 24
- zweites Scheibenelement
- 26
- Zwischenraum
- 30
- erste Folie
- 32
- zweite Folie
- s
- Polarisationsrichtung
- p
- Polarisationsrichtung
- L, L'
- Lichtstrahlen
- T
- Transmissionsgrad
- LAMBDA
- Wellenlänge
- LAMBDA1
- erste Wellenlänge
- LAMBDA2
- zweite Wellenlänge
- LAMBDA3
- dritte Wellenlänge
- R
- Verhältnis (Bildintensität/Doppelbildintensität)
- Θ
- Einfallswinkel
