DE102014000487A1

DE102014000487A1 - Anzeigevorrichtung, Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102014000487A1
Application number: DE102014000487.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Brandt; Heiko Charle
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Es wird eine Anzeigevorrichtung angegeben, die zumindest einen ersten Hohlspiegel und einen zweiten Hohlspiegel aufweist, wobei der zweite Hohlspiegel zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die beiden Hohlspiegel ist ein konvexer Hohlraum aufgespannt. In dem Hohlraum ist ein diffraktives optisches Element mit einer Anzahl von optischen Phasenmodulationszellen angeordnet, wobei das diffraktive optische Element ein Hologramm bereitstellt. Die Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus ein transparentes Touchpad auf, das die zumindest eine Öffnung abdeckt und eine Eingabe von Daten ermöglicht. Die Anzeigevorrichtung weist ferner zumindest eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elements auf, wobei das diffraktive optische Element derart in dem Hohlraum angeordnet ist, dass von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Strahlung durch die Phasenmodulationszellen moduliert wird, durch das transparente Touchpad auf der Öffnung hindurch tritt und oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs ein holografisches Bild wiedergibt.

Description

Es wird eine Anzeigevorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, beschrieben. Weiter werden ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt beschrieben.
Aus der EP 1 956 413 A2 ist ein holografisches Informationsdisplay für ein Kraftfahrzeug zum Projizieren eines virtuellen Anzeigebildes bekannt.
Derartige Head-up-Displays werden zunehmend eingesetzt, um dem Fahrer optische Informationen in einer Weise anzeigen zu können, die es ihm erlaubt, die Fahrbahn jederzeit im Blick zu behalten.
Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung ist es, Anzeigevorrichtungen, insbesondere in einem Fahrzeug, im Hinblick auf eine flexible, benutzerbezogene Nutzung weiterzubilden, und eine Interaktion zwischen Fahrer, Anzeigevorrichtung und Fahrzeug zu ermöglichen. Es soll insbesondere eine Anzeigevorrichtung angegeben werden, die in einem Fahrzeug flexibel eingesetzt werden kann. Ferner ist es Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung, ein Fahrzeug mit einer derartigen Anzeigevorrichtung und ein Computerprogrammprodukt anzugeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung angegeben, die zumindest einen ersten Hohlspiegel und einen zweiten Hohlspiegel aufweist, wobei der zweite Hohlspiegel zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die beiden Hohlspiegel ist ein konvexer Hohlraum aufgespannt. In dem Hohlraum ist ein diffraktives optisches Element mit einer Anzahl von optischen Phasenmodulationszellen angeordnet, wobei das diffraktive optische Element ein Hologramm bereitstellt. Die Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus ein transparentes Touchpad auf, das die zumindest eine Öffnung abdeckt und eine Eingabe von Daten ermöglicht. Die Anzeigevorrichtung weist ferner zumindest eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elements auf, wobei das diffraktive optische Element derart in dem Hohlraum angeordnet ist, dass von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Strahlung durch die Phasenmodulationszellen moduliert wird innerhalb eines definierten Sichtbereichs ein holografisches Bild wiedergibt.
Das diffraktive optische Element (DOE) wird durch die, insbesondere kohärente, Strahlung der Lichtquelle zur Wiedergabe des holografischen Bildes beleuchtet. Dabei können als Lichtquellen insbesondere Leuchtdioden (engl. light emitting diodes, LEDs) oder Laserdioden zum Einsatz kommen.
Die Anzeigevorrichtung erlaubt die Darstellung von Informationen als holografisches Bild oberhalb des transparenten Touchpads auf der Öffnung im zweiten Hohlspiegel. Dabei tritt das holografische Bild in einem Volumenbereich sichtbar in Erscheinung, der hier als ”Sichtbereich des holografischen Bildes” oder auch als ”Bereich des holografischen Bildes” bezeichnet wird. Der Sichtbereich des holografischen Bildes kann insbesondere sphärisch sein und einen Teilbereich der Innenfläche einer Windschutzscheibe der Fahrzeugs ausleuchten, so dass die Informationen des holografischen Bildes dem Fahrer zur Verfügung stehen, ohne dass seine Aufmerksamkeit für den Straßenverkehr beeinträchtigt ist.
Durch die Anordnung des DOE und gegebenenfalls auch der Lichtquellen in dem durch die beiden Hohlspiegel gebildeten Hohlraum wird eine sehr kompakte Anzeigevorrichtung geschaffen, wobei ein virtuelles Anzeigebild oberhalb des transparenten Touchpads auf der Öffnung das Hologramm oder direkt auf dem Touchpad dargestellt wird. Im letzteren Fall ist eine weitere, entfernte Projektionsfläche nicht erforderlich. Die Anzeigevorrichtung lässt sich demnach auch als in sich abgeschlossenes Modul in eine Umgebung einbauen, die weitere Anzeigevorrichtungen aufweisen kann, beispielsweise in das Armaturenbrett eines Fahrzeugs. Mit dem transparenten Touchpad auf der Öffnung ist der Vorteil verbunden, dass für den Fahrer eine Interkommunikation ermöglicht wird, indem eine Eingabe von Daten, Anfragen oder Befehlen eine entsprechende Reaktion auslösen kann. Dazu kann eine international verständliche Symbolik wie Ikons auf dem Touchpad vorgesehen werden, mit der Navigationsfunktionen, Heckansichten, Frontbilder oder andere fahrtechnische Hilfen eines Fahrerassistenzsystems aufgerufen oder aktiviert werden können.
Die menümäßig aufrufbare Symbolik des transparenten Touchpads ist optisch und farblich auf die holographische Projektion derart abgestimmt und/oder daran angepasst, dass das virtuelle holographische Bild nicht gravierend beeinträchtigt wird. Die für die Eingabe erforderlichen elektrisch leitenden strukturierten Flächen und Leiterbahnen des Touchpads sind vorzugsweise aus elektrisch leitenden optisch transparenten und entsprechend selektiv strukturierten Indiumzinnoxidschichten aufgebaut.
Als transparentes Touchpad kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein kapazitives transparentes Touchpad vorgesehen werden, das beispielsweise eine mit der transparenten selektiv strukturierten Indiumzinnoxidschicht beschichtete durchsichtige Folie als Sensorfolie aufweist, die auf eine Glas- oder Acrylplatte auflaminiert ist. Eine in den Ecken der Sensorfolie an die elektrisch leitende selektiv strukturierte Indiumzinnoxidschicht angelegte Wechselspannung erzeugt ein gleichmäßiges elektrisches Feld, so dass bei kapazitiv wirkender Berührung bzw. Eingabe ein geringer Ladungstransport entsteht, der in Form eines Stroms an den Ecken gemessen wird, wobei die resultierenden Ströme an den Ecken im direkten Verhältnis zu der Touchposition stehen. Da die kapazitive Eingabe auch durch die Glas- oder Acrylplatte hindurch auf eine auflaminierte Sensorfolie einwirkt, kann die Sensorfolie auf einer Rückseite der Glas- oder Acrylplatte angeordnet sein, was für den robusten Einsatz in einem KFZ von Vorteil ist, da die gegenüber mechanischen Beschädigungen empfindliche Sensorfolie vor einem Verkratzen von beispielweise Fingernägeln durch die Glas- oder Acrylplatte geschützt ist.
Alternativ ist es auch möglich, ein resistives transparentes Touchpad einzusetzen, bei dem sich ein Widerstandswert in der Touchposition beispielsweise zwischen einer transparenten Folie und einer Glas- oder Acrylplatte mit jeweils einander zugewandten elektrisch leitenden transparenten Indiumzinnoxidschichten bei Berührung der leitenden Schichten ändert. Dazu sind die leitenden Beschichtungen durch Mikro-Abstandhalter punktweise voneinander beabstandet, und zwischen gegenüberliegenden Rändern einer ersten leitenden Schicht fällt eine Gleichspannung ab. An der Touchposition ist die Spannung beider Schichten gleich, weil sie sich dort durch die Eingabe einander berühren. Die zweite leitfähige Schicht bildet an dieser Stelle die Verbindung nach außen, so dass zwischen dem Rand der zweiten leitenden Schicht und den beiden Rändern der ersten leitenden Schicht zwei Spannungen messbar sind. Sind die Spannungen gleich, liegt die Touchposition in der Mitte. Je höher die Spannungsdifferenz ist, umso näher liegt die Touchposition zu einem der Ränder der ersten leitenden Schicht. Nach Umkehr der Funktionen durch Anlegen der Gleichspannung an die zweite leitende Schicht und Abgreifen der Spannungen an den Rändern der ersten leitenden Schicht kann die Touchposition beispielsweise eines Ikons exakt in X und Y Richtung ohne Vorsehen einer selektiven Strukturierung der leitenden Schichten erfasst werden. Da beim Einsatz eines resistiven transparenten Touchpads eine minimale Verformung einer äußeren Folie erforderlich wird, ist die mechanische Robustheit bei Eingabe von Daten gegenüber einem kapazitiven transparenten Touchpad mit außenliegender Glas- oder Acrylplatte geringer.
Die Anordnung des DOE in einem Hohlraum zwischen zwei Hohlspiegeln besitzt den Vorteil, dass die Hohlspiegel gleichzeitig ein Gehäuse bilden und eine geeignete Strahlführung ermöglichen. Die Strahlführung im Hohlraum zwischen den beiden Hohlspiegeln erlaubt eine sehr kompakte Bauweise der Anzeigevorrichtung. Das DOE kann entweder unmittelbar am ersten Hohlspiegel oder auch in einem zentralen Bereich des Hohlraums angeordnet sein.
In einer Ausführungsform wird das DOE transmissiv verwendet. Dabei wird unter einer transmissiven Verwendung des DOE verstanden, dass das mittels der zumindest einen Lichtquelle bereitgestellte Licht auf einer ersten Oberfläche des DOE auf dieses auftrifft und in dieses einfällt und das Licht, welches zur Erzeugung des holografischen Bildes dient, auf einer von der ersten Oberfläche verschiedenen zweiten Oberfläche des DOE aus diesem austritt. In einer weiteren Ausführungsform wird das DOE reflektiv verwendet. Dabei wird unter einer reflektiven Verwendung des DOE verstanden, dass das mittels der zumindest einen Lichtquelle bereitgestellte Licht auf einer ersten Oberfläche des DOE auf dieses auftrifft und das Licht, welches zur Erzeugung des holografischen Bildes dient, an dieser ersten Oberfläche aus dem DOE austritt.
Es wird damit eine Anzeigevorrichtung geschaffen, die auch für die selektive Anzeige komplexer Informationen geeignet ist. Dies ist insbesondere ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Head-up-Displays, weil diese typischerweise nicht überfrachtet oder zu extensiv genutzt werden.
In einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element dynamisch ansteuerbare Phasenmodulationszellen auf. Es handelt sich demnach um ein sogenanntes dynamisches DOE.
Unter einem dynamischen DOE wird hier und im Folgenden ein frei programmierbares, dynamisch ansteuerbares optisches Element verstanden, das einen Lichtstrahl durch Beugung an optischen Gitterstrukturen formt. Ein dynamisches DOE weist dynamisch ansteuerbare Phasenmodulationszellen, auch als räumliche Lichtmodulatoren (engl. spatial light modulators, SLMs) bezeichnet, auf, die beispielsweise als Flüssigkristallelemente oder als mikromechanisch bewegbare Spiegelelemente ausgebildet sein können. Dabei kann das DOE je nach Ausgestaltung der Phasenmodulationszellen in Reflexion oder Transmission betrieben werden.
Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die dynamisch ansteuerbaren Phasenmodulationszellen die flexible Darstellung komplexer Informationen und auch bewegter Bilder ermöglichen. Es wird damit ein frei programmierbares, flexibel einsetzbares Display geschaffen.
In einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element als Phasenmodulationszellen ansteuerbare Flüssigkristallelemente auf. Die Verwendung von Flüssigkristallelementen (engl. liquid crystal, LC) besitzt den Vorteil, dass diese Technologie zur Darstellung von dynamischen Hologrammen in Echtzeit bereits weit entwickelt ist, so dass auch sehr komplexe Hologramme in guter Qualität dargestellt werden können.
Es sind beispielsweise auch dynamische DOE mit mikromechanisch ansteuerbaren Spiegelelementen einsetzbar, bei denen die Phasenverzögerung dadurch eingestellt wird, dass die Spiegel in der Richtung des Lichteinfalls verschoben werden.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine Lichtquelle innerhalb des Hohlraums angeordnet. Das hat den Vorteil, dass sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt, die einen leichten Einbau der Anzeigevorrichtung ermöglicht. Zudem ist es nicht notwendig, weitere Öffnungen in den Spiegeln vorzusehen, um Strahlung von außen in den Hohlraum zu bringen.
Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Lichtquelle jedoch auch außerhalb des Hohlraums angeordnet sein. Das hat den Vorteil einer größeren Freiheit bei der Anordnung der einzelnen Bestandteile der Anzeigevorrichtung, insbesondere bei der Anordnung von Lichtquellen und DOE zueinander.
Als Lichtquelle kann demnach auch durch die Öffnung auf das DOE einfallendes Tages- bzw. Umgebungslicht verwendet werden.
In einer Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung zumindest zwei Lichtquellen auf, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge abgeben. Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass mehrfarbige Hologramme dargestellt werden können.
In einer Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung zumindest eine erste Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_r mit 650 nm ≤ λ_r ≤ 750 nm, eine zweite Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_g mit 490 nm ≤ λ_g ≤ 575 nm und eine dritte Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_b mit 420 nm ≤ λ_b ≤ 490 nm auf.
Bei dieser Ausführungsform können RGB(rot-grün-blau)-Lasersysteme oder RGB-LEDs zum Einsatz kommen, die beliebige Farben durch additive Mischung der von drei Lichtquellen (rot, grün, blau) erzeugten Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge erzielen.
Die einzelnen Lichtquellen können jeweils zu einem Modul zusammengefasst sein, wobei eine Farbmischung innerhalb des Moduls erfolgt. Dies ermöglicht die nahezu beliebige Mischung einer Farbe für die holografische Darstellung.
Die Verwendung verschiedenfarbiger Lichtquellen ermöglicht zudem die Darstellung mehrfarbiger holografischer Bilder in einem Zeitmultiplexverfahren. Dazu sind die Lichtquellen unabhängig voneinander ansteuerbar und es erfolgt jeweils für einen ersten Zeitraum die Beleuchtung des ein Teilbild des holografischen Bildes codierenden DOE in einer ersten Farbe, bevor für einen zweiten Zeitraum das ein anderes Teilbild codierende DOE in einer zweiten Farbe beleuchtet wird. Auf diese Weise wird ein mehrfarbiges holografisches Bild aus mindestens zwei Teilbildern unterschiedlicher Farbe dargestellt. Die Zeiträume werden jeweils so kurz gewählt, dass der Aufbau aus einzelnen Teilbildern für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist und sich für den Betrachter in einem gemittelten Zeitraum der Eindruck eines einzigen, mehrfarbigen Bildes ergibt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele angegeben. Die Anzeigevorrichtung kann insbesondere im Bereich eines Armaturenbretts, einer Mittelkonsole oder eines Lenkrads eingebaut sein. Sie kann nicht nur als Anzeige, sondern auch als Ausgabe- und/oder Eingabegerät über das transparente Touchpad auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels dienen. Das hat den Vorteil, dass die Anzeigevorrichtung zum Bedien- oder Betätigungselement weitergebildet wird, indem beispielsweise Eingaben eines Benutzers durch ”Berühren” bestimmter Bereiche des transparenten Touchpads auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels erfasst werden können. Dabei kann insbesondere das transparente Touchpad auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels international verständlichen Ikons aufweisen, die semitransparent sind und in Farbgebung und Teiltransparenz der holographischen Abbildung angepasst sind. Auch kann das transparente Touchpad mit einer Auswerteeinheit und einer Betätigungseinheit zusammenwirken. Beispielsweise kann das transparente Touchpad der Anzeigevorrichtung von der Auswerteeinheit und der Betätigungseinheit für Fahrzeugkomponenten auch baulich getrennt sein. In diesem Fall weist die Anzeigevorrichtung entsprechende Schnittstellen auf. Das transparente Touchpad kann vorzugsweise zum Steuern und Aktivieren einer Infotainmenteinheit, einer Klimaanlage, aber auch mechanischer Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise verstellbarer Sitze usw. unter Einsatz der Betätigungseinheit dienen. Wenn das transparente Touchpad kapazitiv eine Eingabe durch einen Benutzer erfasst, kann durch eine Auswertung auf die Art der Eingabe geschlossen werden.
Andererseits ist es auch möglich die Darstellung von zwei- oder dreidimensionaler Betätigungselementen als holografisches Bild zu erzeugen und/oder mit dem transparenten Touchpad zu koppeln, womit der Vorteil verbunden ist, dass die holographische Anzeigevorrichtung flexibel ist und bei Bedarf an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst werden kann. Es werden beispielweise frei programmierbare Betätigungselemente holographisch bereitgestellt, was über die Möglichkeiten des transparenten, kapazitiv betätigbaren Touchpads der Anzeigevorrichtung weit hinaus geht. Je nach Zustand des Fahrzeugs oder je nach Fahrsituation kann ein anderes Betätigungselement holographisch dargestellt werden. Zudem ist ein als holografisches Bild abgebildetes Betätigungselement verschleißfrei. Auch kann zum Beispiel ermittelt werden, ob ein Drehschalter im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn betätigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Fahrzeugs ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein Verfahren durchzuführen, das folgende Schritte aufweist:

– Beleuchtung eines in einem Hohlraum zwischen einem ersten Hohlspiegel und einem zweiten Hohlspiegel angeordneten diffraktiven optischen Elementes, das ein Hologramm bereitstellt, mittels zumindest einer Lichtquelle;
– Leitung der von der zumindest einen Lichtquelle ausgehenden und von Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elementes modulierten Strahlung durch ein auf einer Öffnung des zweiten Hohlspiegels angeordneten transparenten Touchpad hindurch tritt unter Wiedergabe eines holografischen Bilds oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs.

Das Verfahren, das durch das Computerprogramm ausgeführt wird, besitzt den Vorteil, dass es ein flexibel nutzbares holografisches Display mit einem transparenten Touchpad bereitstellt.
In einer Ausführungsform wird in einem Zeitmultiplexverfahren ein ebenes und/oder dreidimensionales holografisches Bild aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut.
Für eine dreidimensionale Darstellung können die holografischen Teilbilder jeweils in einer Ebene wiedergegeben werden, wobei die Ebenen der holografischen Teilbilder voneinander beabstandet sind. Dazu kann das dreidimensionale Bild aus einzelnen, beispielsweise parallel zueinander angeordneten Schichten (Layern) aufgebaut werden, die jeweils einen bestimmten Abstand voneinander und damit auch von dem DOE haben. Durch eine entsprechende Ansteuerung und Beleuchtung des DOE werden die einzelnen Teilbilder jeweils für einen kurzen Zeitraum erzeugt, wobei das menschliche Auge im Mittel das dreidimensionale Bild wahrnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, auch mit einer relativ einfachen Optik und mit begrenztem Rechenaufwand dreidimensionale Strukturen, beispielsweise dreidimensionale Betätigungselemente, darzustellen. Der Einsatz eines Zeitmultiplexverfahrens zur Erzeugung dreidimensionaler holografischer Bilder ist in der US 7,936,489 B2 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.
In einer Ausführungsform wird das diffraktive optische Element in einem Zeitmultiplexverfahren mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet und ein mehrfarbiges holografisches Bild aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut, wobei die holografischen Teilbilder unterschiedliche Farben aufweisen. Ein solches mehrfarbiges holografisches Bild kann zwei- oder dreidimensional sein.
Dazu kann insbesondere ein RGB-Laser oder RGB-Dioden verwendet werden. Das Farbmultiplexing erlaubt die Darstellung eines farbigen holografischen Bildes. Die Mischung der verschiedenfarbigen Komponenten erfolgt zeitlich, indem in verschiedenen Zeiträumen holografische Teilbilder in verschiedenen Farben erzeugt werden.
In einer Ausführungsform wird als holografisches Bild eine animierte Darstellung zur Erläuterung von Fahrzeugfunktionen wiedergegeben. Beispielsweise kann ein sogenannter Avatar, d. h. eine virtuelle Person, dargestellt werden, der Fahrzeugfunktionen erläutert bzw. ihre Nutzung demonstriert. Ferner kann auch ein animiertes Bild des Fahrzeugs selber dargestellt werden, um Fahrzeugfunktionen zu erläutern. Dabei kann auch eine akustische Unterstützung der Darstellung vorgesehen sein. Das hat den Vorteil, dass dem Benutzer Fahrzeugfunktionen betreffende Informationen in einer eingängigen, ansprechenden Weise präsentiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium angegeben, auf dem ein Computerprogrammprodukt gemäß einem der genannten Ausführungsbeispiele gespeichert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Wiedergabe eines holografischen Bildes angegeben, aufweisend

– Mittel zur Beleuchtung eines in einem Hohlraum zwischen einem ersten Hohlspiegel und einem zweiten Hohlspiegel angeordneten diffraktiven optischen Elementes, das ein Hologramm bereitstellt, mittels zumindest einer Lichtquelle;
– Mittel zur Leitung der von der zumindest einen Lichtquelle ausgehenden und von Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elementes modulierten Strahlung durch ein auf einer Öffnung des zweiten Hohlspiegels angeordnetes transparentes Touchpad hindurch unter Wiedergabe eines holografischen Bilds oberhalb des transparenten Touchpads innerhalb eines definierten Sichtbereichs.

Die Vorrichtung stellt somit ein flexibel nutzbares holografisches Display in Zusammenwirken mit einem transparenten Touchpads bereit.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zum Aufbau eines ebenen und/oder dreidimensionalen holografischen Bildes aus mehreren holografischen Teilbildern in einem Zeitmultiplexverfahren auf. Das hat den Vorteil, dass es möglich ist, auch mit einer relativ einfachen Optik und mit begrenztem Rechenaufwand dreidimensionale Strukturen, beispielsweise dreidimensionale Betätigungselemente holographisch darzustellen.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel zur Beleuchtung des diffraktiven optischen Elements in einem Zeitmultiplexverfahren mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge und zum Aufbau eines mehrfarbigen holografischen Bildes aus mehreren holografischen Teilbildern auf, wobei die holografischen Teilbilder unterschiedliche Farben aufweisen. Das hat den Vorteil, dass eine mehrfarbige Darstellung holografischer Bilder auf technisch einfache Weise möglich ist.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel für eine Wiedergabe einer animierten Darstellung zur Erläuterung von Fahrzeugfunktionen als holografisches Bild auf. Das hat den Vorteil, dass dem Benutzer Fahrzeugfunktionen betreffende Informationen in einer eingängigen, ansprechenden Weise präsentiert werden können.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt schematisch eine Anzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
4 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Anzeigevorrichtung 1 weist einen ersten Hohlspiegel 2 mit einer Spiegelfläche 3 und einen zweiten Hohlspiegel 4 mit einer Spiegelfläche 5 auf. Durch die beiden Hohlspiegel 2, 4 ist ein konvexer Hohlraum 6 aufgespannt, der auf allen Seiten von den Hohlspiegeln 2, 4 begrenzt wird. Die Spiegelflächen 3, 5 kleiden den Hohlraum 6 innen aus, so dass der Hohlraum 6 innen nahezu vollständig verspiegelt ist.
Innerhalb des Hohlraums 6 ist ein diffraktives optisches Element (DOE) 7 angeordnet, das im Wesentlichen flach mit einer ersten Hauptoberfläche 8 und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche 9 ausgebildet ist. Die erste Hauptoberfläche 8 ist an der Spiegelfläche 3 des ersten Hohlspiegels 2 angeordnet und die zweite Oberfläche 9 ist zu der Mitte des Hohlraums 6 gerichtet. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist das DOE 7 an der Spiegelfläche 3 des ersten Hohlspiegels 2 gegenüber einer von einem transparenten Touchpad 30 abgedeckten Öffnung 11 und am Rande des Hohlraumes 6 angeordnet.
Das DOE 7 weist eine Vielzahl nicht gezeigter Phasenmodulationszellen (räumlicher Lichtmodulatoren) zur Erzeugung eines Hohlgrammbildes auf. Dazu sind innerhalb des Hohlraums 6 Lichtquellen 10 angeordnet, die insbesondere als LED oder als Laserdioden ausgebildet sein können und die das DOE beleuchten. In 1 sind zwei derartige Lichtquellen 10 gezeigt. Es können jedoch auch mehr oder weniger Lichtquellen 10 vorgesehen sein. Pfeile 17 zeigen schematisch den Strahlengang des von den Lichtquellen 10 ausgehenden Lichts.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das DOE 7 in Reflexion betrieben. Licht der Lichtquellen 10 trifft auf der zweiten Hauptoberfläche 9 auf und verlässt das DOE 7 nach der Beugung auch auf dieser wieder. In diesem bestimmten Beispiel trifft das gebeugte Licht auf der gegenüberliegenden Spiegelfläche 5 auf, wird auf der ersten Spiegelfläche 3 gebeugt und verlässt danach den Hohlraum 6 durch das transparente Touchpad 30 das auf der Öffnung 11 in dem zweiten Hohlspiegel 4 angeordnet ist, wobei das transparente Touchpad 30 in der Art eines Fensters die Öffnung 11 bedeckt. Oberhalb des transparenten Touchpads 30 wird das holografische Bild 13 innerhalb eines definierten, beispielsweise sphärischen Bereichs beispielsweise auf der Innenfläche einer Windschutzscheibe abgebildet.
Die Form und Krümmung der Hohlspiegel 2, 4 werden an den gewünschten Strahlengang angepasst, sie sind insbesondere von der Form und Position des DOE 7, von der Position der Lichtquellen 10 und von der Position der von dem transparenten Touchpad 30 abgedeckten Öffnung 11 abhängig.
2 zeigt eine Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten ersten dadurch, dass das DOE 7 in Transmission betrieben ist. Die Lichtquelle 10 ist daher derart angeordnet, dass sie die erste Hauptoberfläche 8 des DOE 7 beleuchtet. In dem in 2 dargestellte Beispiel läuft das Licht der Lichtquelle 10 von der ersten Hauptoberfläche 8 durch das DOE 7 zu der zweiten Hauptoberfläche 9 und wird an der gegenüberliegenden zweiten Spiegelfläche 5 gebeugt, von dort an die erste Spiegelfläche 3 und von der ersten Spiegelfläche 3 durch das transparente Touchpad 30 auf der Öffnung 11 reflektiert. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Lichtquelle 10 zwischen dem ersten Hohlspiegel 2 und dem DOE 7 angeordnet, so dass das Licht direkt auf der ersten Hauptoberfläche 8 auftritt. Die Lichtquelle kann jedoch auch derart angeordnet sein, dass ihr Licht erst nach einer Spiegelung an der Spiegelfläche 3 auf die erste Hauptoberfläche 8 trifft.
Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist das DOE 7 gegenüber der ersten Ausführungsform etwas von der Spiegelfläche 3 des ersten Hohlspiegels 2 in Richtung der Öffnung 11 mit dem transparenten Touchpad 30 versetzt und damit mehr ins Zentrum des Hohlraumes 6 versetzt angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Lichtquelle 10 zwischen der Spiegelfläche 3 und dem DOE 7 anzuordnen.
3 zeigt eine Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Diese unterscheidet sich von den in den 1 und 2 gezeigten dadurch, dass die Lichtquellen 10 außerhalb des Hohlraums 6 angeordnet sind. Einer der Hohlspiegel 2, 4, in diesem Fall der zweite Hohlspiegel 4, weist dann weitere Öffnungen 14 mit lichtdurchlässigen Abdeckungen 15 auf, durch die das Licht in den Hohlraum 6 und auf das DOE 7 gelangt.
4 zeigt schematisch ein Fahrzeug 18 mit einer Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist der Blick ins Cockpit 19 mit einem Armaturenbrett 20 des Fahrzeugs 18. Das Armaturenbrett 20 kann neben den konventionellen Überwachungsinstrumenten wie Geschwindigkeit, Drehzahl, Kühlmitteltemperatur, Tankfüllstand, einen Bildschirm 16 aufweisen, der holographisch wahlweise Aufnahmen einer Heckkamera und oder einer Frontkamera als Einparkhilfen wiedergibt.
Auf einer Mittenkonsole 12 ist im Cockpit 19 eine Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordnet. Zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 1, insbesondere der Lichtquellen und der Phasenmodulationszellen, ist diese über eine Signalleitung 25 mit einer Recheneinheit 21 verbunden, die ihrerseits über eine weitere Signalleitung 29 Daten mit einer Auswerteeinheit 22 austauschen kann.
In dieser Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung 1 auf der Öffnung des zweiten Hohlspiegels ein transparentes Touchpad 30 als kapazitives Eingabeelement auf, über das ein Betätigungselement einer Betätigungseinheit 23 für eine Fahrzeugkomponente 24, beispielsweise für ein Infotainmentsystem, ein Navigationssystem, eine Klimaanlage oder einen verstellbaren Sitz, aktiviert werden kann. Dabei dient das transparente Touchpad 30 der Erfassung von Eingaben eines Benutzers. Das transparente Touchpad 30 ist über eine weitere Signalleitung 26 mit der Auswerteeinheit 22 verbunden, die auch Teil der Recheneinheit 21 sein kann. Die Auswerteeinheit 22 erkennt und wertet die durch das transparente Touchpad 30 erfasste Eingabe durch den Benutzer aus und ordnet ihr eine Betätigung einer Fahrzeugkomponente 24 zu. Die Auswerteeinheit 22 ist zur Veranlassung der Betätigung durch eine Signalleitung 27 mit einer Betätigungseinheit 23 der Fahrzeugkomponente 24 verbunden. Über eine Verbindung 28, die je nach Fahrzeugkomponente 24 eine Signalleitung, eine mechanische Verbindung oder eine andere Art der Verbindung sein kann, veranlasst die Betätigungseinheit 23 die Betätigung der Fahrzeugkomponente 24.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Anzeigevorrichtung
2: erster Hohlspiegel
3: Spiegelfläche
4: zweiter Hohlspiegel
5: Spiegelfläche
6: Hohlraum
7: diffraktives optisches Element (DOE)
8: erste Hauptoberfläche
9: zweite Hauptoberfläche
10: Lichtquelle
11: Öffnung
12: Mittelkonsole
13: holografisches Bild
14: Öffnung
15: Abdeckung
16: holographischer Bildschirm
17: Pfeil
18: Fahrzeug
19: Cockpit
20: Armaturenbrett
21: Recheneinheit
22: Auswerteeinheit
23: Betätigungseinheit
24: Fahrzeugkomponente
25: Signalleitung
26: Signalleitung
27: Signalleitung
28: Verbindung
29: Signalleitung
30: transparentes Touchpad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1956413 A2 [0002]
US 7936489 B2 [0033]

Claims

Anzeigevorrichtung (1), die folgendes aufweist: – zumindest einen ersten Hohlspiegel (2) und einen zweiten Hohlspiegel (4), wobei der zweite Hohlspiegel (4) zumindest eine Öffnung (11) aufweist; – einen durch die beiden Hohlspiegel (2, 4) aufgespannten konvexen Hohlraum (6); – ein in dem Hohlraum (6) angeordnetes diffraktives optisches Element (7) mit einer Anzahl von optischen Phasenmodulationszellen, wobei das diffraktive optische Element (7) ein Hologramm bereitstellt; – zumindest eine Lichtquelle (10) zur Beleuchtung der Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elements (7), und – ein transparentes Touchpad (30), das die zumindest eine Öffnung (11) abdeckt und eine Eingabe von Daten vorsieht, wobei das diffraktive optische Element (7) derart in dem Hohlraum (6) angeordnet ist, dass von der zumindest einen Lichtquelle (10) ausgehende Strahlung durch die Phasenmodulationszellen moduliert wird, durch das transparente Touchpad (30) auf der Öffnung (11) hindurch tritt und oberhalb des transparenten Touchpads (30) innerhalb eines definierten Sichtbereichs ein holografisches Bild (13) wiedergibt.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das transparente Touchpad (30) ein kapazitives transparentes Touchpad (30) ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das transparente Touchpad (30) ein resistives transparentes Touchpad (30) ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der definierte Sichtbereich sphärisch ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das diffraktive optische Element (7) dynamisch ansteuerbare Phasenmodulationszellen aufweist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine Lichtquelle (10) innerhalb des Hohlraums (6) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eine Lichtquelle (10) außerhalb des Hohlraums (6) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anzeigevorrichtung (1) zumindest eine erste Lichtquelle (10) zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_r mit 650 nm ≤ λ_r ≤ 750 nm, eine zweite Lichtquelle (10) zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_g mit 490 nm ≤ λ_g ≤ 575 nm und eine dritte Lichtquelle (10) zur Abgabe von Strahlung mit einer Wellenlänge λ_b mit 420 nm ≤ λ_b ≤ 490 nm aufweist.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Lichtquellen (10) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Fahrzeug (18) mit einer Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Fahrzeug (18) nach Anspruch 10, wobei das Fahrzeug (18) ferner folgendes aufweist: – zumindest ein transparentes Touchpad (30), das die zumindest eine Öffnung (11) abdeckt und eine Eingabe von Daten durch einen Benutzer vorsieht; – eine Auswerteeinheit (22) zur Auswertung der Eingabe und – eine Betätigungseinheit (23) zur Betätigung einer Fahrzeugkomponente (24) abhängig von der Eingabe durch den Benutzer.
Computerprogrammprodukt, das, wenn es auf einer Recheneinheit (21) eines Fahrzeugs (18) ausgeführt wird, die Recheneinheit (21) anleitet, ein Verfahren durchzuführen, das folgende Schritte aufweist: – Beleuchtung eines in einem Hohlraum (6) zwischen einem ersten Hohlspiegel (2) und einem zweiten Hohlspiegel (4) angeordneten diffraktiven optischen Elementes (7), das ein Hologramm bereitstellt, mittels zumindest einer Lichtquelle (10); – Leitung der von der zumindest einen Lichtquelle (10) ausgehenden und von Phasenmodulationszellen des diffraktiven optischen Elementes (7) modulierten Strahlung durch ein auf einer Öffnung (11) des zweiten Hohlspiegels (4) angeordnetes transparentes Touchpad (30) hindurch unter Wiedergabe eines holografischen Bilds (13) oberhalb des transparenten Touchpads (30) innerhalb eines definierten Sichtbereichs.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12, wobei in einem Zeitmultiplexverfahren ein ebenes und/oder dreidimensionales holografisches Bild (13) aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut wird.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, wobei die holografischen Teilbilder jeweils in einer Ebene wiedergegeben werden und wobei die Ebenen der holografischen Teilbilder voneinander beabstandet sind.
Computerprogrammprodukt nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das diffraktive optische Element (7) in einem Zeitmultiplexverfahren mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet und ein mehrfarbiges holografisches Bild (13) aus mehreren holografischen Teilbildern aufgebaut wird, wobei die holografischen Teilbilder unterschiedliche Farben aufweisen.