DE102015215106A1 - Bildgebereinheit für ein Head-up-Display, Head-up-Display und Verfahren zum Erzeugen stereoskopsicher Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit - Google Patents

Bildgebereinheit für ein Head-up-Display, Head-up-Display und Verfahren zum Erzeugen stereoskopsicher Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bildgebereinheit (100) für ein Head-up-Display. Die Bildgebereinheit (100) umfasst eine Anzeigeeinheit (106) mit einem ersten Anzeigebereich (102) und einem außerhalb des ersten Anzeigenbereichs (102) angeordneten zweiten Anzeigebereich (104), zumindest eine Lichtquelle (108) zum Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs (102) mit einem ersten Lichtfeld (110) und des zweiten Anzeigebereichs (104) mit einem zweiten Lichtfeld (112) sowie einen zwischen dem ersten Anzeigebereich (102) und dem zweiten Anzeigebereich (104) angeordneten Strahlteiler (118), der ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld (110) zu einer von dem zweiten Anzeigebereich (104) abgewandten Seite des Strahlteilers (118) umzulenken und das zweite Lichtfeld (112) zu der von dem zweiten Anzeigebereich (104) abgewandten Seite des Strahlteilers (118) durchzulassen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
  • Die WO 2003102666 A1 beschreibt eine Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors und einer zumindest teilspiegelnden Fläche virtuelle Bilder erzeugt. Der Projektor weist eine optische Einrichtung auf, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt. Die Anzeigevorrichtung eignet sich bevorzugt für Anzeigevorrichtungen in Kraftfahrzeugen, bei denen der Fahrer eingespiegelte virtuelle Bilder außerhalb des Fahrzeugs vor der Windschutzscheibe sieht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Bildgebereinheit für ein Head-up-Display, ein Head-up-Display, ein Verfahren zum Erzeugen stereoskopsicher Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Es wird eine Bildgebereinheit für ein Head-up-Display vorgestellt, wobei die Bildgebereinheit folgende Merkmale aufweist:
    eine Anzeigeeinheit mit einem ersten Anzeigebereich und einem außerhalb des ersten Anzeigenbereichs angeordneten zweiten Anzeigebereich;
    zumindest eine Lichtquelleneinheit zum Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs mit einem ersten Lichtfeld und des zweiten Anzeigebereichs mit einem zweiten Lichtfeld; und
    einen auf der der zumindest einen Lichtquelleneinheit gegenüberliegenden Seite der Anzeigeeinheit angeordneten Strahlteiler, der ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld umzulenken und das zweite Lichtfeld durchzulassen.
  • Unter einer Bildgebereinheit kann eine Einheit zum Erzeugen autostereoskopischer, d. h. dreidimensional wahrnehmbarer Bilder verstanden werden. Die Bildgebereinheit kann als Projektor zum Anzeigen virtueller Bilder realisiert sein. Unter einer Anzeigeeinheit kann ein Display, insbesondere beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, kurz LCD, verstanden werden. Die Anzeigeeinheit kann in zwei Anzeigebereiche unterteilt sein. Unter einem Anzeigebereich kann ein Abschnitt einer aktiven Fläche der Anzeigeeinheit verstanden werden, der zum Anzeigen eines Bildinhalts durch Hinterleuchten des Anzeigebereichs mit einem Lichtstrahl dient. Insbesondere können die Anzeigebereiche im Wesentlichen gleich groß sein und identische Formate, etwa ein rechteckiges Format, aufweisen. Die Anzeigebereiche können aneinander angrenzen oder beabstandet zueinander angeordnet sein. Das erste Lichtfeld und das zweite Lichtfeld können jeweils ein Halbbild des autostereoskopischen Bilds repräsentieren. Unter einer Lichtquelleneinheit kann ein lichtemittierendes Element wie etwa eine Leuchtdiode, Laserdiode oder organische Leuchtdiode oder eine Anordnung aus mehreren solcher lichtemittierenden Elemente verstanden werden. Unter einem Strahlteiler kann ein optisches Element zum Teilen eines Lichtfelds in zwei Teillichtfelder, etwa einem Reflexionslichtfeld und einem Transmissionslichtfeld, verstanden werden. Beispielsweise kann der Strahlteiler als polarisierender Strahlteiler oder Prisma realisiert sein. Der Strahlteiler kann etwa auf einer Höhe zwischen dem ersten und dem zweiten Anzeigebereich an der Anzeigeeinheit, insbesondere auf einer der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der Anzeigeeinheit, angebracht sein. Der Strahlteiler kann ausgebildet oder angeordnet sein, um einen umgelenkten Anteil des ersten Lichtfelds und einen durchgelassenen Anteil des zweiten Lichtfelds auf einer gleichen Seite des Strahlteilers ausgegeben oder abzustrahlen. Der Strahlteiler kann auch an die Anzeigeeinheit, den ersten Anzeigebereich und/oder den zweiten Anzeigebereich angrenzen oder diese berühren. Beispielsweise kann der Strahlteiler auf einer Höhe angeordnet sein, die zwischen dem ersten und dem zweiten Anzeigebereich, insbesondere auf der der Lichtquelleneinheit abgewandten Seite liegt.
  • Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es durch die Verwendung einer Anzeigeeinheit in Kombination mit einem Strahlteiler möglich ist, Halbbilder in einem autostereoskopischen Head-up-Display zu erzeugen. Durch die Verwendung lediglich einer Anzeigeeinheit, etwa einer Flüssigkristallanzeige, zum Erzeugen eines Halbbildpaares für den autostereoskopischen Betrieb können die Herstellungskosten eines entsprechenden Bildgebers des Head-up-Displays annähernd halbiert werden. Dies führt nicht nur zu einer Reduktion der Kosten für den Bildgeber, sondern durch den Wegfall zusätzlicher Elektronik zur Ansteuerung einer zusätzlichen Anzeigeeinheit auch zur Reduktion des Bauraums, da die beiden Teilflächen der Anzeigeeinheit, die jeweils zum Erzeugen eines Halbbilds des Halbbildpaares dienen, sehr kompakt aufgebaut werden können. Ferner können dadurch die Einbautoleranzen reduziert werden, da lediglich eine Anzeigeeinheit ausgerichtet werden muss.
  • Beispielsweise kann eine einzelne Flüssigkristallanzeige als Anzeigeeinheit zur zeitlich simultanen Erzeugung zweier separater Bildinhalte zur Realisierung einer stereoskopischen Darstellung verwendet werden. Dazu kann die Flüssigkristallanzeige in zwei Teilbereiche aufgeteilt sein, wobei jeder Teilbereich den Bildinhalt für jeweils ein Auge generieren kann. Die beiden Teilbilder können hierauf mittels eines geeigneten Strahlteilers überlagert werden. Hierbei kann das Head-up-Display eine speziell auf eine derartige Bildgeberanordnung angepasste Abbildungsoptik aufweisen. Durch die Verwendung nur einer Flüssigkristallanzeige mit passender Hinterleuchtung kann ein kompakter und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Bildgebereinheit eine im ersten Anzeigebereich angeordnete erste Polarisationsschicht zum Polarisieren des ersten Lichtfelds in eine erste Polarisationsrichtung und, zusätzlich oder alternativ, eine im zweiten Anzeigebereich angeordnete zweite Polarisationsschicht zum Polarisieren des zweiten Lichtfelds in eine von der ersten Polarisationsrichtung abweichende zweite Polarisationsrichtung auf. Insbesondere können die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.
  • Unter einer ersten und einer zweiten Polarisationsschicht kann eine Schicht verstanden werden, die ausgebildet ist, um ein auf den ersten oder zweiten Anzeigebereich auftreffendes Lichtfeld linear oder zirkular zu polarisieren. Die vorgegebenen Polarisationsrichtungen der beiden Polarisationsschichten können beispielsweise senkrecht aufeinander stehen. Eine solche Ausrichtung der beiden Polarisationsrichtungen lässt sich einfach und mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand durch die Verwendung entsprechender Polarisationsschichten realisieren.
  • Ein nicht polarisationsabhängiger Strahlteiler erfordert beispielsweise keine verschiedenen Polarisationsrichtungen der beiden Lichtfelder. Je nach Ausführungsform kann die Bildgebereinheit mit gekreuzten oder zumindest voneinander abweichenden Polarisationen realisiert sein.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Strahlteiler als polarisierender Strahlteiler und/oder als Prisma realisiert ist. Durch diese Ausführungsform können die beiden Lichtstrahlen mit hoher Effizienz reflektiert bzw. transmittiert werden. Ferner können dadurch Doppelbilder reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Hauptstreckungsebene des Strahlteilers im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Anzeigebereichs und/oder des zweiten Anzeigebereichs ausgerichtet sein. Beispielsweise kann der Strahlteiler hierbei plattenförmig ausgestaltet sein und mittig an der Anzeigeeinheit befestigt sein, sodass sich eine T-förmige Anordnung ergibt. Der Strahlteiler kann somit als optische Trennwand zwischen dem ersten und dem zweiten Anzeigebereich fungieren. Eine derartige Anordnung ist besonders platzsparend und lässt sich einfach und kostengünstig realisieren.
  • Die Bildgebereinheit kann des Weiteren eine in einem Strahlengang des ersten Lichtfelds und/oder des zweiten Lichtfelds zwischen der Lichtquelle und der Anzeigeeinheit angeordnete optische Einrichtung zum Umlenken und/oder Fokussieren des ersten Lichtfelds und/oder des zweiten Lichtfelds aufweisen. Insbesondere kann die optische Einrichtung ausgebildet sein, um das erste Lichtfeld in eine einem ersten Auge eines Betrachters des Head-up-Displays zugeordnete erste Richtung und das zweite Lichtfeld in eine einem zweiten Auge des Betrachters zugeordnete zweite Richtung umzulenken. Beispielsweise ist es mittels der optischen Einrichtung möglich, die beiden Lichtstrahlen in einen Strahlengang zu einer sogenannten Eyebox zu lenken, d. h. in einen Bereich, innerhalb dessen sich die Augen des Betrachters befinden. Durch diese Ausführungsform können die beiden Lichtfelder entsprechend den gegebenen Raum- und Abbildungsverhältnissen geformt werden. Durch die Trennung der beiden Lichtfelder in separate Eyeboxen kann eine stereoskopische Funktionalität erzielt werden und dadurch die Darstellungsqualität der Bildgebereinheit deutlich verbessert werden.
  • Es ist ferner von Vorteil, wenn die optische Einrichtung zumindest einen Mikrolinsenarray aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Einrichtung je nach Ausführungsform zumindest eine Linse, einen Spiegel oder einen polarisierenden Strahlteiler aufweisen. Unter einem Mikrolinsenarray kann eine Anordnung aus einer Mehrzahl von Linsen in miniaturisierter Form, etwa von Zylinderlinsen, verstanden werden. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, die beiden Lichtfelder, auch bei der Verwendung nur einer Lichtquelle, durch einfache und kostengünstig bereitzustellende Mittel in unterschiedliche Abstrahlrichtungen auszusenden.
  • Hierbei kann die Linse als Fresnel-Linse realisiert sein. Unter einer Fresnel-Linse kann eine in ringförmige Bereiche aufgeteilte Stufenlinse verstanden werden.
  • Dadurch können die Lichtstrahlen effizient auf die Anzeigeeinheit umgelenkt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bildgebereinheit eine im Strahlengang des ersten Lichtfelds angeordnete oder anordenbare erste Linse zum Umlenken des ersten Lichtfelds, eine im Strahlengang des zweiten Lichtfelds angeordnete zweite Linse zum Umlenken des zweiten Lichtfelds, einen ersten Mikrolinsenarray zum Fokussieren eines durch die erste Linse und/oder die zweite Linse umgelenkten Lichtfelds in einer ersten Fokussierrichtung und einen zweiten Mikrolinsenarray zum Fokussieren des durch die erste Linse und/oder die zweite Linse umgelenkten Lichtfelds in einer zweiten Fokussierrichtung aufweisen. Durch diese Ausführungsform können die jeweiligen Öffnungswinkel der Abstrahlkegel der beiden Lichtfelder getrennt voneinander eingestellt werden.
  • Optional können die Bildgebereinheit und, zusätzlich oder alternativ, die Lichtquelle um zumindest eine Achse bewegbar sein. Dadurch können die Lichtstrahlen den Kopf- oder Augenbewegungen des Betrachters nachgeführt werden.
  • Die Lichtquelleneinheit kann ferner zumindest eine Lichtquelle aufweisen. Hierbei kann die Lichtquelleneinheit ausgebildet sein, um den ersten Anzeigebereich mit dem ersten Lichtstrahl zu hinterleuchten. Entsprechend kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um den zweiten Anzeigebereich mit dem zweiten Lichtstrahl zu hinterleuchten. Insbesondere kann die Lichtquelleneinheit angeordnet sein, um das erste Lichtfeld in die dem ersten Auge des Betrachters zugeordnete erste Richtung auszusenden, und die Lichtquelle angeordnet sein, um das zweite Lichtfeld in die dem zweiten Auge des Betrachters zugeordnete zweite Richtung auszusenden. Durch diese Ausführungsform können die beiden Anzeigebereich unabhängig voneinander hinterleuchtet werden.
  • Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Head-up-Display mit einer Bildgebereinheit gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Unter einem Head-up-Display kann ein Anzeigesystem zum Projizieren von Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs verstanden werden. Insbesondere kann sich das Head-up-Display zum Anzeigen dreidimensionaler virtueller Bilder eignen.
  • Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Erzeugen stereoskopsicher Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
    Ansteuern der Anzeigeeinheit und/oder der Lichtquelleneinheit, um durch Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs mit einem ersten Lichtfeld ein erstes stereoskopisches Halbbild zu erzeugen und durch Hinterleuchten des zweiten Anzeigebereichs mit einem zweiten Lichtfeld ein zweites stereoskopisches Halbbild zu erzeugen.
  • Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
  • Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 7 ein Diagramm zur Darstellung einer Lichtleistung hinter einer Anzeigeeinheit gemäß einen Ausführungsbeispiel;
  • 8 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 9 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 10 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 11 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit drehbarer Bildgebereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 12 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit mit einer optischen Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bildgebereinheit 100 weist eine in einen ersten Anzeigebereich 102 und einen zweiten Anzeigebereich 104 unterteilte Anzeigeeinheit 106 auf, etwa ein LCD-Display. In 1 befindet sich der zweite Anzeigebereich 104 beispielhaft unterhalb des ersten Anzeigebereichs 102. Eine Lichtquelleneinheit (hier in der Form einer Lichtquelle 108) ist ausgebildet, um den ersten Anzeigebereich 102 mit einem ersten Lichtfeld 110 und den zweiten Anzeigebereich 104 mit einem zweiten Lichtfeld 112 zu hinterleuchten. Die beiden Lichtfelder 110, 112 treten in je einer anderen Polarisationsrichtung aus einer von der Lichtquelle 108 abgewandten Seite der Anzeigeeinheit 106 aus.
  • Um diesen Effekt zu erzielen, weist der erste Anzeigebereich 102 eine erste Polarisationsschicht 114 und der zweite Anzeigebereich 104 eine zweite Polarisationsschicht 116 auf, wobei die erste Polarisationsschicht 114 ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld 110 in eine erste Polarisationsrichtung zu polarisieren, und die zweite Polarisationsschicht 116 ausgebildet ist, um das zweite Lichtfeld 112 in eine zweite Polarisationsrichtung zu polarisieren. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Polarisationsschichten 114, 116 derart ausgelegt, dass die entsprechenden Polarisationsrichtungen aufeinander senkrecht stehen.
  • Die Bildgebereinheit 100 weist ferner einen Strahlteiler 118 auf, hier einen plattenförmigen polarisierenden Strahlteiler, der dazu dient, das aus dem ersten Anzeigebereich 102 austretende erste Lichtfeld 110 zu einer von dem zweiten Anzeigebereich 104 abgewandten Seite des Strahlteiles 118 zu reflektieren. In 1 weist das erste Lichtfeld 110 beispielhaft einen Ein- und Austrittswinkel von 45 Grad zum Strahlteiler 118 auf. Zudem ist der Strahlteiler 118 ausgebildet, um das aus dem zweiten Anzeigebereich 104 austretende zweite Lichtfeld 112 zu der von dem zweiten Anzeigebereich 104 abgewandten Seite des Strahlteilers 118 durchzulassen, wobei der Austrittswinkel des zweiten Lichtfelds 112 ebenfalls beispielhaft 45 Grad zum Strahlteiler 118 beträgt. In 1 werden die beiden Lichtfelder 110, 112 mittels des Strahlteilers 118 in die jeweilige Richtung zur Formung der jeweiligen Eyebox gelenkt.
  • Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Strahlteiler 118 an einer Stelle der Anzeigeeinheit 106 befestigt, an dem die beiden Anzeigebereiche 102, 104 aneinandergrenzen. In 1 entspricht diese Stelle beispielhaft einer Mitte der Anzeigeeinheit 106. Hierbei weist der Strahlteiler 118 einen Winkel von 90 Grad zur Anzeigeeinheit 106 auf, sodass sich eine T-förmige Anordnung ergibt.
  • Ein Steuergerät 120 ist ausgebildet, um ein Steuersignal 122 zum Ansteuern der beiden Lichtfelder 110, 112 sowie der Anzeigeeinheit 106 bereitzustellen und an die Lichtquelle 108 bzw. die Anzeigeeinheit 106 auszugeben. Die Lichtquelle 108 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Steuersignals 122 die beiden Lichtfelder 110, 112 auszusenden. Die beiden Lichtfelder 110, 112 dienen zur Hinterleuchtung der beiden Anzeigebereiche 102, 104, die mittels des Steuersignals 122 so angesteuert werden, dass beim Hinterleuchten mit dem jeweiligen Lichtfeld durch je einen Anzeigebereich ein Halbbild eines stereoskopischen Bildes erzeugt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 120 ausgebildet, um die Lichtquelle 108 zur Nachführung auf zumindest einer beweglichen Achse und zur Intensitätsregelung anzusteuern, wobei die wesentliche Funktion des Steuergeräts 120 in der Steuerung der Anzeigeeinheit 106 zur Erzeugung der beiden Halbbilder besteht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die beiden als Anzeigebereiche 102, 104 fungierenden Hälften der Anzeigeeinheit 106, etwa einer Flüssigkristallanzeige, mit zwei Polarisationsschichten 114, 116 versehen, deren Polarisationen senkrecht zueinander stehen. Der Strahlteiler 118 in Form eines Polarisationsstrahlteilers überlagert die beiden Anzeigebereiche 102, 104 derart, dass ein von dem zweiten Anzeigebereich 102 erzeugtes virtuelles Bild auf einer dem ersten Anzeigebereich 104 zugewandten Seite des Strahlteilers 118 liegt. Hierbei werden die beiden Anzeigebereiche 102, 104 von der Lichtquelle 108 separat beleuchtet.
  • Bei einer derartigen separaten Hinterleuchtung der beiden Anzeigebereiche 102, 104 werden separate Bildinformationen für die beiden Augen eines Betrachters eines die Bildgebereinheit 100 aufweisenden Head-up-Displays erzeugt und mittels des Strahlteilers 118 überlagert. Hierbei ist beispielsweise die erste Polarisationsschicht 114 ausgebildet, um linear polarisiertes Licht in einem Winkel von 45 Grad zu transmittieren, während die zweite Polarisationsschicht 116 ausgebildet ist, um linear polarisiertes Licht in einem Winkel von minus 45 Grad zu transmittieren, wobei der Strahlteiler 118 senkrecht zu einer Displayfläche der Anzeigeeinheit 106 an der Anzeigeeinheit 106 angebracht ist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Bildgebereinheit 100 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand von 1 beschriebene Bildgebereinheit. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die optische Einrichtung 200 einen ersten Spiegel 202, einen zweiten Spiegel 204 sowie einen polarisationsabhängigen Strahlteiler 206, der hier zwischen dem ersten Spiegel 202 und der Anzeigeeinheit 106 angeordnet ist. Hierbei können die beiden Spiegel 202, 204 senkrecht zueinander stehen. Je nach Ausführungsform sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich.
  • Der polarisationsabhängige Strahlteiler 206 dient dazu, Licht, das von der hier nicht gezeigten Lichtquelle ausgesandt wird, in das erste Lichtfeld 110 und das zweite Lichtfeld 112 zu teilen. Hierbei trifft das erste Lichtfeld 110 direkt auf den ersten Anzeigebereich 102. Das zweite Lichtfeld 112 wird über die beiden Spiegel 202, 204 auf den zweiten Anzeigebereich 104 reflektiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Spiegel 202, 204 derart angeordnet, dass das zweite Lichtfeld 112 um insgesamt 180 Grad umgelenkt wird. Die beiden Anzeigebereiche 102, 104 werden somit mit senkrecht aufeinander stehenden, polarisierten Lichtstrahlen beleuchtet. Hierzu trennt die optische Einrichtung 200, die auch als Hinterleuchtungseinheit bezeichnet werden kann, das von der Lichtquelle ausgesandte Licht zunächst mittels des polarisierenden Strahlteilers 206 in zwei senkrecht aufeinander stehende Polarisationen auf. Beim Durchgang durch die Anzeigeeinheit 106 werden die beiden Lichtstrahlen 110, 112 durch den Strahlteiler 118 wieder überlagert.
  • Der Vorteil der Verwendung eines polarisationsabhängigen Strahlteilers als Strahlteiler 118 besteht darin, dass das von der Anzeigeeinheit 106 kommende Licht jeweils komplett transmittiert oder komplett reflektiert wird, sofern der Strahlteiler 118 entsprechend positioniert und die beiden Anzeigebereiche 102, 104 mit entsprechenden Polarisatoren versehen sind, sodass sich die Polarisationsrichtungen der beiden Teilbilder gegenseitig überkreuzen.
  • Eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs weist in ihrer Reflexion in der Regel eine starke Vorzugsrichtung auf, da die Lichtstrahlen nahe dem sogenannten Brewster-Winkel auftreffen. Um möglichst gleich starke Reflexionen für die beiden Teilbilder zu erzielen, kann daher das hier beschriebene System auf Polarisationen von plus 45 und minus 45 Grad an der Windschutzscheibe ausgelegt sein, sodass der Lichtverlust an der Windschutzscheibe und nicht innerhalb der Bildgebereinheit 100 auftritt. Das bedeutet, dass innerhalb der Bildgebereinheit weniger Streulicht verursacht wird, wodurch sich die Kontrasteigenschaften verbessern.
  • Bei der Verwendung nicht polarisationsabhängiger Strahlteiler kann das System ebenfalls ausgelegt sein, um Lichtverluste an der Windschutzscheibe zu minimieren. Die beiden Anzeigebereiche 102, 104 können in diesem Fall mit gleichen Polarisationsschichten versehen sein.
  • Durch die Verwendung eines Strahlteilers zur Überlagerung der beiden Teilbilder können ungewollte Doppelbilder durch Mehrfachreflexion innerhalb des Strahlteilers entstehen. Diese Doppelbilder können beispielsweise durch die Verwendung eines geeigneten Strahlteilers mit entspiegelter Rückseite reduziert werden. Alternativ ist es möglich, einen besonders dünnen Strahlteiler zu verwenden, bei dem das Doppelbild sehr nahe am eigentlichen Bild liegt. Beträgt die Verschiebung zwischen den beiden Bildern beispielsweise weniger als ein Pixel auf der Anzeigeeinheit 106, so wird das Doppelbild nicht mehr als eigenständiges Bild wahrgenommen. Ein derartiger Strahlteiler kann beispielsweise durch Bedampfen von Dünnglasfolien mit besonders dünnen Metallschichten, etwa einer 4 nm dicken Aluminiumschicht, oder mit dielektrischen Schichten hergestellt werden.
  • Durch die Verwendung polarisationsabhängiger Strahlteiler kann das Doppelbild ebenfalls reduziert werden, da solche Strahlteiler, beispielsweise durch Einsatz von Wire-Grid-Technologie, eine sehr hohe Reflexions- bzw. Transmissionseffizienz aufweisen.
  • Die durch die spezielle Hinterleuchtung generierten Sichtfelder für das linke und das rechte Auge sollten den Kopfbewegungen des Fahrers nachgeführt werden. Zur Bestimmung der Position der Augen des Fahrers kann etwa ein auf einer oder mehreren Kameras basierendes Head-Tracking-System verwendet werden.
  • Entsprechende Augenpositionsdaten können dann an die Bildgebereinheit 100 weitergegeben werden, die ausgebildet ist, um sich in Abhängigkeit von den Augenpositionen komplett zu drehen und die Sichtfelder an die jeweilige Kopfposition des Fahrers anzupassen. Ein Drehwinkel zum mechanischen Nachführen der Bildgebereinheit 100 beträgt beispielsweise etwa 6 Grad. Alternativ ist auch eine Nachführung der hinter der Anzeigeeinheit 106 befindlichen Lichtquellen denkbar, um die Winkel der Abstrahlkegel an der Anzeigeeinheit 106 entsprechend zu ändern.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 2 umfasst die in 3 gezeigte optische Einrichtung 200 eine Linse 300 in Form einer Fresnel-Linse und ein zwischen der Linse 300 und der Anzeigeeinheit 106 angeordnetes Mikrolinsenarray 302.
  • Gezeigt ist eine mögliche Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit 106 zur Formung definierter Abstrahlkegel von bestimmter Breite und in bestimmten Richtungen an der Anzeigeeinheit 106. Die Abstrahlkegel werden beispielsweise auf Basis von Streuflächen erzeugt, die in enge Raumwinkel abstrahlen. Alternativ zur Streufläche kann ein solches Hinterleuchtungskonzept mithilfe des Mikrolinsenarrays 302 hinter der Anzeigeeinheit 106 realisiert sein. Mittels der Fresnel-Linse 300 wird das von der Lichtquelle 108 ausgesandte Licht umgelenkt, um die Richtungen der Zentralstrahlen der Abstrahlkegel zu bestimmen. Das der Linse 300 nachgeschaltete Mikrolinsenarray 302 fokussiert das Licht in der Ebene der Anzeigeeinheit 106. Je nach Aperturgröße und Fokuslänge der Mikrolinsen kann so ein Strahlkegel definierter Breite erzeugt werden, der die Anzeigeeinheit 106 durchstrahlt.
  • Je nach Ausführungsform können beide Hälften der Anzeigeeinheit 106 eine eigene Hinterleuchtung aufweisen, die eine für einen Stereobetrieb eines autostereoskopischen Head-up-Displays benötigte Abstrahlcharakteristik an der Anzeigeeinheit 106 erzeugt.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Bildgebereinheit, weist die Bildgebereinheit 100 gemäß 4 eine im ersten Anzeigebereich 102 auf der Anzeigeeinheit 106 angeordnete erste Linse 400 und eine im zweiten Anzeigebereich 104 auf der Anzeigeeinheit 106 angeordnete zweite Linse 402 auf, wobei die erste Linse 400 ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld 110 auf den ersten Anzeigebereich 102 umzulenken, und die zweite Linse 402 ausgebildet ist, um das zweite Lichtfeld 112 auf den zweiten Anzeigebereich 104 umzulenken. Beispielsweise bilden die Anzeigeeinheit 106 und die beiden Linsen 400, 402 zusammen mit dem Mikrolinsenarray 302 einen Lagenverbund, wobei der Mikrolinsenarray 302 eine zwischen der Anzeigeeinheit 106 und den beiden Linsen 400, 402 befindliche Lage zum Fokussieren der beiden Lichtstrahlen 110, 112 darstellt.
  • Ein weiterer Unterschied zu 3 besteht darin, dass die Bildgebereinheit 100 zusätzlich zur Lichtquelle 108 eine weitere Lichtquelle 404 aufweist, die dazu dient, das zweite Lichtfeld 112 auszusenden. Die beiden Lichtquellen 108, 404 sind in unterschiedliche Richtungen orientiert. Genauer gesagt ist die Lichtquelle 108 angeordnet, um das erste Lichtfeld 110 in einen Strahlengang zu einem rechten Auge des Betrachters, gekennzeichnet durch den Buchstaben R, zu lenken. Die zweite Lichtquelle 404 ist so ausgerichtet, dass das zweite Lichtfeld 112 in einen Strahlengang zu einem linken Auge des Betrachters, gekennzeichnet durch den Buchstaben L, gelenkt wird. Dies geschieht jeweils mithilfe einer im Strahlengang des ersten Lichtstrahls 110 zwischen der ersten Linse 400 und der Lichtquelle 108 angeordneten ersten Zusatzlinse 406 und einer im Strahlengang des zweiten Lichtstrahls 112 zwischen der zweiten Linse 402 und der weiteren Lichtquelle 404 angeordneten zweiten Zusatzlinse 408.
  • In 4 ist das Prinzip zur Überlagerung der beiden Teilbilder, d. h. zur Aufteilung der beiden Teilbilder in ein linkes Teilbild L und ein rechtes Teilbild R dargestellt. Die beiden Teilbilder L, R werden dabei in leicht unterschiedliche Richtungen abgestrahlt, etwa mit einer Differenz von 5 bis 10 Grad. Dadurch gelangen die beiden Lichtfelder 110, 112 in die beiden Sichtfelder, englisch eyeboxes, für linkes und rechtes Auge. Die unterschiedlichen Abstrahlrichtungen werden durch entsprechende Positionierung der Hinterleuchtungselemente in Form der beiden Lichtquellen 108, 404, die etwa als LEDs realisiert sind, erreicht. Je nach Ausführungsform kann die Trennung der beiden Teilbilder L, R derart erfolgen, dass die beiden Teilbilder L, R abhängig von einer nachfolgenden Optik vertikal oder horizontal verschieden sind.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bildgebereinheit 100 entspricht im Wesentlichen der anhand von 4 beschriebenen Bildgebereinheit, mit dem Unterschied, dass der Strahlteiler 118 gemäß 5 als Prisma realisiert ist. Durch den Strahlteiler 118 in Form eines Prismas, das in 5 schraffiert dargestellt ist, können die beiden Displayteilflächen 102, 104 derart überlagert werden, dass die Ausbildung von Doppelbildern effektiv verhindert wird. Ein solches Strahlteilerprisma in Form eines Glaskörpers kann beispielsweise optisch an ein LCD-Modul als Anzeigeeinheit 106 gekoppelt sein. Hierbei können die Glasflächen, an denen die beiden Lichtfelder 110, 112 jeweils aus dem Strahlteiler 118 austreten, an eine jeweilige Strahlrichtung angepasst sein.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das sowohl in der Seitenansicht als auch in perspektivischer Ansicht gezeigte Head-up-Display 600 umfasst beispielsweise eine Bildgebereinheit 100, wie sie vorangehend anhand der 1 bis 5 beschrieben ist, sowie eine Abbildungsoptik aus zwei Displayspiegeln 602, die ausgebildet sind, um von der Bildgebereinheit 100 ausgesandte Lichtstrahlen über eine Frontscheibe 604 in ein Sichtfeld 606 eines Fahrers zu lenken. In der perspektivischen Ansicht sind die beiden Teilsichtfelder für das linke und das rechte Auge des Fahrers zu erkennen, wobei ein oberer Teil der Anzeigeeinheit 106 das linke Auge und ein unterer Teil der Anzeigeeinheit 106 das rechte Auge bedient.
  • Das Head-up-Display 600 ist beispielsweise als autostereoskopisches Head-up-Display mit einem LCD-Display als Anzeigeeinheit 106 realisiert. Mithilfe des Strahlteilers 118 wird das Licht der beiden Teile der Anzeigeeinheit 106 überlagert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Lichtstrahlen nach der Überlagerung am Strahlteiler 118 durch die je nach Ausführungsform einen oder mehrere Spiegel aufweisende Abbildungsoptik geführt, bevor sie schließlich über die Windschutzscheibe 604 zum Betrachter gelangen. Bei dem in 6 gezeigten System, ist die Anzeigeeinheit 106 beispielsweise um 45 Grad zu einer optischen Achse einer LED-Hinterleuchtung geneigt. Das schräge Durchleuchten der Anzeigeeinheit 106 führt zu einer Reduktion der emittierten Leuchtdichte der Anzeige in Richtung der optischen Achse.
  • 7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Lichtleistung hinter einer Anzeigeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das in 7 gezeigte Diagramm bezieht sich beispielsweise auf eine vorangehend anhand von 6 beschriebene Anzeigeeinheit. Gezeigt ist eine Messung der transmittierten Lichtleistung der Anzeigeeinheit in Form eines LCD-Displays mit einer kollimierten LED-Hinterleuchtung in Abhängigkeit von der Verkippung der Anzeigeeinheit zur optischen Achse der Hinterleuchtung. Die normierte Lichtleistung ist somit als Funktion des Verkippungswinkels dargestellt, wobei ein entsprechender Detektor auf einer Linie mit der optischen Achse der LED-Hinterleuchtung steht. Auf einer Ordinate ist die Lichtleistung in Prozent aufgetragen, während auf einer Abszisse die Neigung in Grad aufgetragen ist. Bei einer Verkippung um 45 Grad reduziert sich die Lichtleistung in Richtung der optischen Achse auf einen Wert von etwa 70 Prozent. Dies kann etwa durch die Verwendung einer stärkeren Hinterleuchtung kompensiert werden. Da in einem autostereoskopischen Head-up-Display relativ kleine Sichtfelder für linkes und rechtes Auge vorgesehen sind, ist konzeptbedingt unter Umständen ein geringerer Lichtstrom im Vergleich zu konventionellen Head-up-Displays erforderlich.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 600 aus 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 6 weist die Abbildungsoptik des in 8 gezeigten Head-up-Displays 600 drei statt zwei Displayspiegel 602 auf. Gezeigt sind eine seitliche Ansicht (links) sowie eine vergrößerte Ansicht (rechts) des Head-up-Displays 600.
  • Ein notwendiger Winkel eines Hauptstrahls eines Abstrahlkegels im Zentrum einer LCD-Hälfte der Anzeigeeinheit 106 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel 25 Grad zur Oberflächennormalen der Anzeigeeinheit 106. Insgesamt betrachtet werden die Lichtstrahlen für jede Position innerhalb des gesamten vorgesehenen Eyeboxbereichs von beispielsweise 140 mm mal 50 mm und für alle Stellen der Anzeigeeinheit 106 in Winkeln kleiner 47 Grad abgestrahlt. Das heißt, der steilste notwendige Winkel der Hinterleuchtung beträgt 47 Grad. Durch die im Vergleich zu 6 geringeren Abstrahlwinkel können die Kontrastwerte sowie die Effizienz des Displaysystems erhöht werden. Der Abstrahlkegel am zentralen Displaypunkt benötigt beispielsweise Öffnungswinkel von 2 Grad horizontal bis 3 Grad vertikal.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem vorangehend anhand der 6 und 8 beschriebenen Head-up-Display sind die beiden Anzeigebereiche 102, 104 der Anzeigeeinheit 106 gemäß 9 jeweils durch eine eigene Leuchtdiode in Form der Lichtquelle 108 und der weiteren Lichtquelle 404 separat hinterleuchtet.
  • Ferner befinden sich zusätzliche Mikrolinsen und Linsen als strahlformende Elemente direkt hinter der Anzeigeeinheit 106, wie nachfolgend anhand von 10 näher beschrieben. Über den Strahlteiler 118 werden die beiden von den Anzeigebereichen 102, 104 ausgestrahlten Teilbilder derart überlagert, dass das virtuelle Bild des ersten Anzeigebereichs 102 am Ort des zweiten Anzeigebereichs 104 liegt. Die so überlagerten Anzeigebereiche 102, 104 werden über die einen oder mehrere HUD-Spiegel 602 umfassende Head-up-Display-Spiegeloptik und die Windschutzscheibe 604 abgebildet. Das Licht der beiden Teilbilder wird den Augen in einer Gesamteyebox 606 zur Verfügung gestellt. Innerhalb der Gesamteyebox 606 formen die Lichtstrahlen des jeweiligen Teilbilds eine kleinere Eyebox, in der sich das jeweilige Auge des Fahrers befindet. Die beiden Anzeigebereiche 102, 104 werden über die Head-up-Display-Optik und die Windschutzscheibe 604 virtuell abgebildet.
  • Aus den Daten des Abstands der virtuellen Leinwand, dem Blickfeld und der Größe der Gesamteyebox lässt sich die Helmholtz-Lagrange'sche Invariante des Systems berechnen und damit eine zu erwartende Kegelbreite der Abstrahlkegel an der Anzeigeeinheit 106 bestimmen. So ergibt sich ein halber Öffnungswinkel der Strahlkegel von 9 Grad horizontal und 2,9 Grad vertikal. Der maximal am Display auftretende Winkel eines Lichtstrahls gegenüber der Oberflächennormalen berechnet sich unter Verwendung des halben Öffnungswinkels des Abstrahlkegels zusammen mit der Verkippung des Displays gegenüber der optischen Achse. Der maximale Winkel vertikal beträgt damit 32,9 Grad vertikal und 9 Grad horizontal nach der Helmholtz-Lagrange'schen Invariante. Der nach einer optischen Simulation maximal auftretende Winkel vertikal beträgt beispielsweise 36,9 Grad. Der maximale Winkel eines Lichtstrahls zur Oberflächennormalen beträgt beispielsweise 41,6 Grad laut Simulation. Der Eintreffwinkel dieses Lichtstrahls zur Oberflächennormalen hat dann einen horizontalen und einen vertikalen Anteil.
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Bildgebereinheit 100 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand von 9 beschriebene Bildgebereinheit in vergrößerter Darstellung. Zu erkennen sind die strahlformenden optischen Elemente in Form der beiden Linsen 400, 402 direkt hinter der Anzeigeeinheit 106. Das Licht wird von den beiden Lichtquellen 108, 402 kommend durch jeweils eine der beiden Linsen 400, 402 derart umgelenkt, dass die korrekten Abstrahlrichtungen der Zentralstrahlen der Abstrahlkegel an der Anzeigeeinheit 106 erzeugt werden. Dazu sind die beiden Lichtquellen 108, 404 relativ zu den beiden Linsen 400, 402 entsprechend positioniert. Um die Abstrahlkegel an der Anzeigeeinheit 106 zu formen, wird das Licht durch das gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Teilarrays 1000, 1002 umfassende Mikrolinsenarray 302 fokussiert. Die Teilarrays 1000, 1002 sind beispielsweise derart als Zylinderlinsenarrays ausgeführt, dass das erste Teilarray 1000 nur horizontal und das zweite Teilarray 1002 nur vertikal wirkt. Durch die Krümmungsradien der einzelnen Mikrolinsen sind die Öffnungswinkel der Abstrahlkegel an der Anzeigeeinheit 106 getrennt voneinander einstellbar. Nachdem die Abstrahlcharakteristik an den beiden Anzeigebereichen 102, 104 geformt wurde, werden die entstandenen Teilbilder mittels des Strahlteilers 118 überlagert.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 600 mit drehbarer Bildgebereinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 600 umfasst beispielsweise die anhand von 10 beschriebene Bildgebereinheit 100. Eine Drehachse, um die die Bildgebereinheit 100 drehbar ist, ist mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet. Wird beispielsweise die komplette Bildgebereinheit 100 um die Drehachse gedreht, so verschieben sich auch die Eyeboxes für das jeweilige Auge in der Gesamteyebox 606. Dadurch können die in die Gesamteyebox 606 einfallenden Lichtstrahlen Kopfbewegungen des Fahrers nachgeführt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich sind die beiden Lichtquellen 108, 404 um die Drehachse drehbar. Beispielsweise können die beiden Lichtquellen 108, 404 gedreht werden, ohne dass dabei die komplette Bildgebereinheit 100 mitbewegt wird. Denkbar ist auch, dass strahlformende Elemente hinter der Anzeigeeinheit 106 teilweise mitgedreht werden.
  • 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 100 mit einer optischen Einrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bildgebereinheit 100 entspricht beispielsweise einer Kombination von vorangehend anhand der 2, 4 und 10 beschriebenen Ausführungsbeispielen, wonach die beiden Anzeigebereiche 102, 104 von der Lichtquelle 108 gemeinsam hinterleuchtet werden.
  • Hierbei sind die beiden Anzeigebereiche 102, 104 beispielsweise mit Polarisationsschichten versehen, deren Polarisationen senkrecht zueinander stehen. Der auf der Anzeigeeinheit 106 stehende Polarisationsstrahlteiler 118 überlagert dann die Anzeigebereiche 102, 104, die mit jeweils 90 Grad zueinander stehendem, polarisiertem Licht beleuchtet werden. Die optische Einrichtung 200 trennt dabei das Licht zunächst mittels des polarisierenden Strahlteilers 206 in die beiden senkrecht zueinander stehenden Polarisationen auf. Nach dem Durchgang durch die Anzeigeeinheit 106 wird das Licht wiederum durch den Strahlteiler 118 überlagert. Das virtuelle Bild des zweiten Anzeigebereichs 104 liegt dann im ersten Anzeigebereich 102.
  • Gemäß dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel nutzen die beiden Anzeigebereiche 102, 104 das Licht ein- und derselben Lichtquelle 108. Hierzu wird das Licht zunächst mittels des polarisationsabhängigen Strahlteilers 206 in zwei senkrecht zueinander stehende Polarisationsrichtungen aufgespaltet, wobei das Licht der einen Polarisationsrichtung den ersten Anzeigebereich 102 hinterleuchtet. Das senkrecht dazu polarisierte, vom Strahlteiler 206 umgelenkte Licht wird über die zwei Spiegeloptiken 202, 204, die hier einander gegenüberliegend angeordnet sind, auf den zweiten Anzeigebereich 104 umgelenkt. Die Polarisationsschichten transmittieren jeweils senkrecht zueinander polarisiertes Licht, wodurch ebenfalls senkrecht zueinander polarisiertes Licht aus den beiden Anzeigebereichen 102, 104 austritt. Durch die senkrechte Polarisation kann das Licht durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler 118 effizient überlagert werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können auch 50-50-Strahlteiler oder Strahlteiler mit einem davon abweichenden Teilungsverhältnis als Strahlteiler 118 eingesetzt werden.
  • 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1300 zum Erzeugen optischer Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1300 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer vorangehend anhand der 1 bis 12 beschriebenen Bildgebereinheit durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst einen Schritt 1310, in dem die Anzeigeeinheit oder eine oder mehrere Lichtquellen der Bildgebereinheit derart angesteuert werden, dass durch Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs mit einem ersten Lichtfeld ein erstes stereoskopisches Halbbild und durch Hinterleuchten des zweiten Anzeigebereichs mit einem zweiten Lichtfeld ein zweites stereoskopisches Halbbild erzeugt wird.
  • Hierbei dient die Lichtquelle, etwa eine Leuchtdiode, im Wesentlichen der Hinterleuchtung. Der Bildinhalt wird erst durch die Anzeigeeinheit aufgeprägt. Die Lichtquelle wird bezüglich Dimmung und Nachführung angesteuert. Wesentlich ist die Steuerung der Bildinhalte über die Anzeigeeinheit.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2003102666 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Bildgebereinheit (100) für ein Head-up-Display (600), wobei die Bildgebereinheit (100) folgende Merkmale aufweist: eine Anzeigeeinheit (106) mit einem ersten Anzeigebereich (102) und einem außerhalb des ersten Anzeigenbereichs (102) angeordneten zweiten Anzeigebereich (104); zumindest eine Lichtquelleneinheit (108, 404) zum Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs (102) mit einem ersten Lichtfeld (110) und des zweiten Anzeigebereichs (104) mit einem zweiten Lichtfeld (112); und einen auf der der zumindest einen Lichtquelleneinheit (108, 404) gegenüberliegenden Seite der Anzeigeeinheit (106) angeordneten Strahlteiler (118), der ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld (110) umzulenken und das zweite Lichtfeld (112) durchzulassen.
  2. Bildgebereinheit (100) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im ersten Anzeigebereich (102) angeordnete erste Polarisationsschicht (114) zum Polarisieren des ersten Lichtfelds (110) in eine erste Polarisationsrichtung und/oder eine im zweiten Anzeigebereich (104) angeordnete zweite Polarisationsschicht (116) zum Polarisieren des zweiten Lichtfelds (112) in eine von der ersten Polarisationsrichtung abweichende zweite Polarisationsrichtung, insbesondere wobei die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.
  3. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (118) als polarisierender Strahlteiler und/oder als Prisma realisiert ist.
  4. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptstreckungsebene des Strahlteilers (118) im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Anzeigebereichs (102) und/oder des zweiten Anzeigebereichs (104) ausgerichtet ist.
  5. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in einem Strahlengang des ersten Lichtfelds (110) und/oder des zweiten Lichtfelds (112) zwischen der Lichtquelle (108) und der Anzeigeeinheit (106) angeordnete optische Einrichtung (200) zum Umlenken und/oder Fokussieren des ersten Lichtstrahls (110) und/oder des zweiten Lichtstrahls (112), insbesondere wobei die optische Einrichtung (200) ausgebildet ist, um das erste Lichtfeld (110) in eine einem ersten Auge eines Betrachters des Head-up-Displays (600) zugeordnete erste Richtung und das zweite Lichtfeld (112) in eine einem zweiten Auge des Betrachters zugeordnete zweite Richtung umzulenken.
  6. Bildgebereinheit (100) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (200) zumindest einen Mikrolinsenarray (302; 1000, 1002) und/oder eine Linse (300; 400, 402, 406, 408) und/oder einen Spiegel (202, 204) und/oder einen polarisierenden Strahlteiler (206) aufweist.
  7. Bildgebereinheit (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (300) als Fresnel-Linse realisiert ist.
  8. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine im Strahlengang des ersten Lichtfelds (110) angeordnete oder anordenbare erste Linse (400) zum Umlenken des ersten Lichtfelds (110), eine im Strahlengang des zweiten Lichtfelds (112) angeordnete zweite Linse (402) zum Umlenken des zweiten Lichtfelds (112), einen ersten Mikrolinsenarray (1000) zum Fokussieren eines durch die erste Linse (400) umgelenkten Lichtfelds in einer ersten Fokussierrichtung und einen zweiten Mikrolinsenarray (1002) zum Fokussieren des durch die zweite Linse (402) umgelenkten Lichtfelds in einer zweiten Fokussierrichtung.
  9. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebereinheit (100) und/oder die Lichtquelleneinheit (108, 404) um zumindest eine Achse bewegbar ist.
  10. Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit (108, 404) zumindest eine Lichtquelle (404) aufweist, wobei die Lichtquelleneinheit (108) ausgebildet ist, um den ersten Anzeigebereich (102) mit dem ersten Lichtfeld (110) zu hinterleuchten, und die Lichtquelle (404) ausgebildet ist, um den zweiten Anzeigebereich (104) mit dem zweiten Lichtfeld (112) zu hinterleuchten, insbesondere wobei die Lichtquelleneinheit (108) angeordnet ist, um das erste Lichtfeld (110) in die dem ersten Auge des Betrachters zugeordnete erste Richtung auszusenden, und die Lichtquelle (404) angeordnet ist, um das zweite Lichtfeld (112) in die dem zweiten Auge des Betrachters zugeordnete zweite Richtung auszusenden.
  11. Head-up-Display (600) mit einer Bildgebereinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
  12. Verfahren (1300) zum Erzeugen stereoskopsicher Halbbilder mittels einer Bildgebereinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren (1300) folgenden Schritt umfasst: Ansteuern (1310) der Anzeigeeinheit (106) und/oder der Lichtquelleneinheit (108, 404), um durch Hinterleuchten des ersten Anzeigebereichs (102) mit einem ersten Lichtfeld (110) ein erstes stereoskopisches Halbbild zu erzeugen und durch Hinterleuchten des zweiten Anzeigebereichs (104) mit einem zweiten Lichtfeld (112) ein zweites stereoskopisches Halbbild zu erzeugen.
  13. Steuergerät (120), das ausgebildet ist, um das Verfahren (1300) gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
  14. Computerprogramm, das ausgebildet ist, um das Verfahren (1300) gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
  15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017104835A1 (de) 2017-03-08 2018-09-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Bilderzeugungseinheit für ein Head-up-Display
CN109963145A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 广东虚拟现实科技有限公司 视觉显示***及方法,以及头戴显示装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69323846T2 (de) * 1992-12-17 1999-08-26 Sharp Kk Autostereoskopisches Wiedergabegerät
WO2003102666A1 (de) 2002-05-29 2003-12-11 Siemens Aktiengesellschaft Autostereoskopische anzeigevorrichtung für kraftfahrzeuge
DE102011082985A1 (de) * 2011-09-19 2013-03-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Projektionseinrichtung und Verfahren zur Projektion

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005070255A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Denso Corp 虚像表示装置
JP2010152248A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Toshiba Mobile Display Co Ltd 表示装置
JP2012078619A (ja) * 2010-10-04 2012-04-19 Panasonic Corp 透過型表示装置
FR2991062B1 (fr) * 2012-05-28 2015-02-27 Commissariat Energie Atomique Viseur tete haute compact a faible consommation d'energie
JP5772841B2 (ja) * 2013-01-23 2015-09-02 株式会社デンソー 車両用表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69323846T2 (de) * 1992-12-17 1999-08-26 Sharp Kk Autostereoskopisches Wiedergabegerät
WO2003102666A1 (de) 2002-05-29 2003-12-11 Siemens Aktiengesellschaft Autostereoskopische anzeigevorrichtung für kraftfahrzeuge
DE102011082985A1 (de) * 2011-09-19 2013-03-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Projektionseinrichtung und Verfahren zur Projektion

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017104835A1 (de) 2017-03-08 2018-09-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Bilderzeugungseinheit für ein Head-up-Display
CN109963145A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 广东虚拟现实科技有限公司 视觉显示***及方法,以及头戴显示装置
CN109963145B (zh) * 2017-12-25 2024-04-26 广东虚拟现实科技有限公司 视觉显示***及方法,以及头戴显示装置

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