DE102020130084A1 - Compact adjustable projection display device for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung zur Befestigung im Bereich einer Dach- oder Deckenstruktur in einem übergeordneten System, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend:- ein kompaktes Projektorsystem mit zwei Projektoreinheiten, die symmetrisch um eine vertikale Mittenebene des Projektorsystems angeordnet und jeweils zum Erzeugen eines nur für ein Nutzerauge bestimmten Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt ausgebildet sind;- eine am Projektorsystem befestigte Combinerscheibe, die so ausgebildet und in einer bezüglich des Projektorsystems definierten Betriebsstellung unterhalb von diesem fixierbar ist, dass die Projektionslichtstrahlenbündel von der Combinerscheibe zu den zugehörigen für die Nutzeraugen bestimmten zweidimensionalen Eyeboxbereichen zu reflektiert werden, sodass hinter der Combinerscheibe ein virtuelles Anzeigebild im Blickfeld des Nutzers entsteht; sowie- eine Befestigungseinrichtung, die zur ortsfesten Befestigung und verstellbaren Positionierung des Projektorsystems im übergeordneten System ausgebildet ist und hierzu eine in oder entlang der Dach- oder Deckenstruktur befestigte Schiene und einen Arm umfasst, der über ein in der Schiene verfahrbares erstes Drehgelenk mit der Schiene und über ein zweites Drehgelenk mit dem Projektorsystem verbunden ist.The invention relates to a projection display device for attachment in the area of a roof or ceiling structure in a higher-level system, in particular in a motor vehicle, comprising:- a compact projector system with two projector units which are arranged symmetrically around a vertical center plane of the projector system and each for generating a a projection light beam bundle intended for a user's eye are designed with a display content;- a combiner disk fastened to the projector system, which is designed and can be fixed in an operating position below the projector system defined in such a way that the projection light beam bundles from the combiner disk to the associated two-dimensional eyebox areas intended for the user's eyes are reflected so that a virtual display image is created in the user's field of vision behind the combiner pane; and- a fastening device which is designed for stationary fastening and adjustable positioning of the projector system in the higher-level system and for this purpose comprises a rail fastened in or along the roof or ceiling structure and an arm which is connected to the rail and via a first swivel joint which can be moved in the rail is connected to the projector system via a second swivel joint.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft Projektionsanzeigevorrichtungen zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Nutzers eingeblendeten virtuellen Anzeigebilds, die zu einer ortsfesten Befestigung in einem übergeordneten System, insbesondere einem Kraftfahrzeug, ausgebildet sind.The invention relates to projection display devices for generating a virtual display image that is superimposed on the user's field of vision, which are designed for fixed attachment in a higher-level system, in particular a motor vehicle.

Technischer HintergrundTechnical background

Herkömmliche Infotainment-Anzeigesysteme in einem Kraftfahrzeug sind in der Regel entweder über Flachbildschirme (Flat-Panel-Displays), wie etwa beim Kombiinstrument, dem Zentraldisplay oder Rear-Seat-Entertainment-Displays, oder über als Head-Up-Displays (HUD) bekannte Projektionsanzeigevorrichtungen realisiert. Dabei nutzen die Letzteren eine Projektion mittels eines typischerweise in der Instrumententafel des Fahrzeugs integrierten Projektionsoptiksystems über Reflexion and der Windschutzscheibe oder einer davor angeordneten Combinerscheibe, um beispielsweise für den Fahrer einen unterstützender Anzeigeinhalt, wie eine Angabe über eine aktuelle Geschwindigkeitsbegrenzung und dergleichen, als ein virtuelles Anzeigebild dem realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug zu überlagern oder einen Entertainment-Inhalt ins Blickfeld eines Fahrzeuginsassen einzublenden.Conventional infotainment display systems in a motor vehicle are typically known as either flat panel displays, such as the instrument cluster, center display, or rear seat entertainment displays, or as head-up displays (HUD). Realized projection display devices. The latter use a projection by means of a projection optical system typically integrated in the instrument panel of the vehicle via reflection on the windshield or a combiner pane arranged in front of it, for example to provide the driver with supporting display content, such as information about a current speed limit and the like, as a virtual display image to overlay the real image of the surroundings in front of the vehicle or to show entertainment content in the field of vision of a vehicle occupant.

Allerdings ist die Realisierung einer großflächigen Anzeige mit diesen bekannten Technologien schwierig: Die Integration großflächiger Flachbildschirme in einem Kraftfahrzeug ist meist aufgrund des beengten Bauraums problematisch. Auch für den Nutzer wirken sich größere Flat-Panel-Displays im Kraftfahrzeug meist zu Lasten des Raumgefühls aus. Eine Vergrößerung einer von konventionellen HUDs erzeugten virtuellen Anzeigebildfläche ergibt typischerweise ein entsprechend vergrößertes Volumen des in der Instrumententafel integrierten Projektors und damit verbundene Probleme bei der Integration.However, the realization of a large-area display with these known technologies is difficult: the integration of large-area flat screens in a motor vehicle is usually problematic because of the cramped installation space. For the user, too, larger flat-panel displays in motor vehicles usually have a detrimental effect on the sense of space. Increasing the size of a virtual display screen created by conventional HUDs typically results in a correspondingly increased volume of the dashboard's integrated projector and associated integration problems.

Weiterhin sind beispielsweise aus DE 10 2017 208 028 A1 am Fahrzeugsitz des Nutzers oder an dessen Kopfstütze befestigte Anzeigesysteme bekannt, bei denen eine Anzeigefläche zwischen einer Gebrauchsstellung vor dem Gesicht des Nutzers und einer davon verschiedenen, am oder im Sitz verstauten Parkstellung verstellbar ist. Die genannte Anzeigefläche kann insbesondere bei einer transparenten Ausbildung auch als Reflexionsfläche für ein Projektionsbild verwendet werden, so dass die Realumgebung überlagernde visuelle Informationen dargestellt werden können (Augmented Reality). Hierzu können geeignete Projektionseinrichtungen im Sitz oder an einem die Anzeigefläche ausbildenden Anzeigeelement angebracht sein. Mit dieser Befestigung des Anzeigesystems am Nutzersitz ist es möglich, nahezu das gesamte Blickfeld des Nutzers mit der Anzeigefläche abzudecken, allerdings kann das auch gewisse Einschränkungen für den verfügbaren Bauraum oder die erreichbaren Abstände zum Nutzerkopf mit sich bringen.Furthermore, for example, from DE 10 2017 208 028 A1 Display systems attached to the user's vehicle seat or to his headrest are known, in which a display surface can be adjusted between a usage position in front of the user's face and a parking position that is different therefrom and stowed on or in the seat. The named display surface can also be used as a reflection surface for a projected image, particularly in the case of a transparent design, so that visual information superimposed on the real environment can be displayed (augmented reality). For this purpose, suitable projection devices can be fitted in the seat or on a display element forming the display surface. With this attachment of the display system to the user's seat, it is possible to cover almost the entire field of vision of the user with the display surface, but this can also entail certain restrictions on the available installation space or the achievable distances from the user's head.

Weiterhin ist beispielsweise aus DE 10 2017 214 627 A1 ein als mobile Vorrichtung ausgebildetes Head-Up-System für Fahrzeuge bekannt, das eine bilderzeugende Anzeige und einen Combinerspiegel umfasst, die entsprechend der Kopfpose eines Nutzers, insbesondere eines Fahrers, nachgeführt werden. Hierzu weist das System eine durch Ansteuerung bewegbare Haltevorrichtung auf, die die Anzeige und den Combinerspiegel hält. Das System ist dazu eingerichtet, fortlaufend eine Kopfpose des Nutzers zu erfassen und den Combinerspiegel und die Anzeige mittels Ansteuerung der Haltevorrichtung in eine derart bestimmte Head-Up-Pose zu verbringen, dass dem Nutzer ein das Umfeld überlagerndes Bild angezeigt wird. Spezifisch umfasst die Haltevorrichtung ein Gestell, an dem der Combinerspiegel und die Anzeige starr, d. h. immer in derselben Konstellation, aneinander gekoppelt sind. Auch dieses System kann platzraubend sein und damit eine Integration in einem Fahrzeug erschweren.Furthermore, for example, off DE 10 2017 214 627 A1 a head-up system designed as a mobile device for vehicles is known, which comprises an image-generating display and a combiner mirror, which are tracked according to the head pose of a user, in particular a driver. For this purpose, the system has a holding device that can be moved by activation and holds the display and the combiner mirror. The system is set up to continuously detect a head pose of the user and to bring the combiner mirror and the display into a specific head-up pose by controlling the holding device such that the user is shown an image overlaying the surroundings. Specifically, the holding device comprises a frame on which the combiner mirror and the display are rigidly coupled to one another, ie always in the same constellation. This system can also be space-consuming and thus make integration in a vehicle more difficult.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative oder verbesserte Projektionsanzeigevorrichtung anzugeben, die gegenüber diesem Stand der Technik insbesondere im Hinblick auf den benötigten Bauraum und/oder einen Nutzerkomfort, wie eine Blickrichtungsunabhängigkeit der Darstellung oder eine Veränderung des Raums um den Nutzer herum in einem übergeordneten System, wie z. B. einem Kraftfahrzeug, verbessert sein kann.It is the object of the present invention to provide an alternative or improved projection display device which, compared to this prior art, is superior in terms of the required installation space and/or user comfort, such as viewing direction independence of the display or a change in the space around the user in a superordinate system, such as B. a motor vehicle can be improved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Diese Aufgabe wird durch eine Projektionsanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Projektionsanzeigevorrichtung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.This object is achieved by a projection display device according to claim 1 and a vehicle equipped therewith according to the independent claim. Further developments are specified in the dependent claims. All further features and effects mentioned in the claims and the following description for the projection display device also apply in relation to the vehicle, and vice versa.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionsanzeigevorrichtung vorgesehen, die zu einer ortsfesten Befestigung in einem übergeordneten System im Bereich von dessen Dach- oder Deckenstruktur, beispielsweise an einem Dachhimmel eines Kraftfahrzeugs oder eines beliebigen anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugs, ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Projektionsanzeigevorrichtung in deren im übergeordneten System eingebundenem, z. B. darin integriertem oder nachträglich montiertem, Zustand frei von mechanischen Verbindungen zu einem Nutzer, wie z. B. einem Insassen des Fahrzeugs.According to a first aspect, a projection display device is provided which is designed for fixed attachment in a higher-level system in the area of its roof or ceiling structure, for example on a roof liner of a motor vehicle or any other land, air or water vehicle. With In other words, the projection display device is integrated into its higher-level system, e.g. B. therein integrated or retrofitted, state free of mechanical connections to a user such. B. an occupant of the vehicle.

Die Projektionsanzeigevorrichtung ist dabei zum Einblenden eines virtuellen Anzeigebilds ins Blickfeld des Nutzers ausgebildet und umfasst hierzu erstens ein räumlich kompaktes Projektorsystem mit zwei Projektoreinheiten, die symmetrisch um eine vertikale Mittenebene des Projektorsystems angeordnet und jeweils zum Erzeugen eines nur für das linke bzw. nur für das rechte Nutzerauge bestimmten Projektionslichtstrahlenbündels mit einem im virtuellen Anzeigebild darzustellenden Anzeigeinhalt ausgebildet sind. Die genannte vertikale Mittenebene des Projektorsystems kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug in etwa parallel zu einer durch die Fahrzeughochrichtung Z und die Fahrzeuglängsrichtung X des üblichen kartesischen Fahrzeugkoordinatensystems (X, Y, Z) aufgespannte Ebene X-Z ausgerichtet sein. In diesem Fall entspricht eine zur vertikalen Mittenebene des Projektorsystems senkrechte Y-Richtung einer Fahrzeugquerrichtung Y.The projection display device is designed to show a virtual display image in the user's field of vision and for this purpose firstly comprises a spatially compact projector system with two projector units which are arranged symmetrically around a vertical center plane of the projector system and each for generating one only for the left and only for the right User eye specific projection light beam are formed with a display content to be displayed in the virtual display image. Said vertical center plane of the projector system can be aligned, for example in a motor vehicle, approximately parallel to a plane X-Z spanned by the vehicle vertical direction Z and the vehicle longitudinal direction X of the usual Cartesian vehicle coordinate system (X, Y, Z). In this case, a Y direction perpendicular to the vertical center plane of the projector system corresponds to a vehicle transverse direction Y.

Ferner umfasst die Projektionsanzeigevorrichtung eine am Projektorsystem bewegbar befestigte, Nutzerseitig reflektierende und rückseitig insbesondere zumindest teilweise im sichtbaren Spektralbereich transparente Combinerscheibe (hierin auch als „Visor“ bezeichnet). Die Combinerscheibe ist dabei derart ausgebildet und in einer bezüglich des Projektorsystems definierten Betriebsstellung unterhalb von diesem in einem vorbestimmten horizontalen Abstand vor zwei jeweils nur für ein Nutzerauge bestimmten zweidimensionalen Eyeboxbereichen fixiert oder fixierbar, dass jedes der genannten zwei Projektionslichtstrahlenbündel von der Combinerscheibe zu dem zugehörigen Eyeboxbereich reflektiert wird, sodass das gewünschte virtuelle Anzeigebild ins Blickfeld des Nutzers hinter der Combinerscheibe eingeblendet wird. Die räumliche Lage, d. h. Position/Ort und Ausrichtung, der beiden Eyeboxbereiche in Bezug auf das Projektorsystem ergibt sich dabei durch den optischen Aufbau und den dadurch definierten Strahlengang einer gesamten „Visoreinheit“ der hierin dargelegten Art, die das Projektorsystem und die Combinerscheibe umfasst. Der genannte horizontale Abstand kann dabei insbesondere zwischen 180 mm und 380 mm, spezifischer zwischen 230 mm und 330 mm, liegen und beispielsweise etwa 280 mm betragen (vgl. 1 und 2).Furthermore, the projection display device comprises a combiner screen (herein also referred to as “visor”) that is movably attached to the projector system, reflects on the user side and is transparent on the back, in particular at least partially in the visible spectral range. The combiner disk is designed and fixed or can be fixed in an operating position defined with respect to the projector system below it at a predetermined horizontal distance in front of two two-dimensional eyebox areas, each intended for only one user eye, such that each of the two projection light beams mentioned reflects from the combiner disk to the associated eyebox area so that the desired virtual display image is displayed in the user's field of vision behind the combiner pane. The spatial location, ie position/location and alignment, of the two eyebox areas in relation to the projector system results from the optical structure and the beam path defined thereby of an entire "visor unit" of the type presented here, which includes the projector system and the combiner disk. The said horizontal distance can in particular be between 180 mm and 380 mm, more specifically between 230 mm and 330 mm, and can be about 280 mm, for example (cf. 1 and 2 ).

Um eine möglichst kompakte Projektoranordnung zu erreichen, kann dabei die Größe der beiden Eyeboxbereiche, die hierin als zweidimensionale Flächen senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung des jeweiligen Projektionslichtstrahlenbündels definiert sind, aus weiter unten näher dargelegten Gründen bewusst auf eine beispielsweise gerade mal etwa 38mm mal 25mm große elliptische Fläche um das jeweilige Nutzerauge begrenzt werden (vgl. 3). Die beiden Projektoreinheiten erzeugen also idealerweise jeweils nur einen relativ kleinen und scharf begrenzten Bereich, aus dem das virtuelle Anzeigebild mit dem jeweiligen Nutzerauge unbeschnitten gesehen werden kann (die jeweilige Eyebox, charakterisiert durch den genannten zweidimensionalen Eyeboxbereich). Die Größe des jeweiligen Eyeboxbereichs kann beispielsweise primär durch den Durchmesser eines in der zugehörigen Projektoreinheit eingesetzten Linsensystems bestimmt sein (vgl. 3).In order to achieve a projector arrangement that is as compact as possible, the size of the two eyebox areas, which are defined here as two-dimensional areas perpendicular to the direction of propagation of the respective projection light beam bundle, can be deliberately changed to an elliptical area of just about 38mm by 25mm in size, for example, for reasons explained in more detail below the respective user's eye can be limited (cf. 3 ). The two projector units therefore ideally each produce only a relatively small and sharply delimited area from which the virtual display image can be seen uncropped with the respective user eye (the respective eyebox, characterized by the mentioned two-dimensional eyebox area). The size of the respective eyebox area can, for example, be determined primarily by the diameter of a lens system used in the associated projector unit (cf. 3 ).

Mit dieser Anordnung lässt sich beispielsweise ein 35°x20° großes virtuelles Anzeigebild in einer Projektionsentfernung von etwa 2,5 m von den Augen des Nutzers aus einem Projektorsystem mit einem Volumen im Bereich von ungefähr 2,5 L erzeugen. Die resultierende Bildgröße kann dabei insbesondere einem 65-70-Zoll-Bildschirm in 2,5 m Entfernung bei einer Auflösung beispielsweise in der Größenordnung von 4000 Pixeln in horizontaler und/oder vertikaler Richtung (4k-Auflösung), entsprechen, d. h. beispielsweise wie bei einem TV-Flachbildschirm dieser Größe. (vgl. 12).With this arrangement, for example, a 35°×20° virtual display image can be generated at a projection distance of approximately 2.5 m from the user's eyes from a projector system with a volume in the range of approximately 2.5 L. The resulting image size can correspond in particular to a 65-70 inch screen at a distance of 2.5 m with a resolution, for example, of the order of 4000 pixels in the horizontal and/or vertical direction (4k resolution), ie for example like a TV flat screen of this size. (see. 12 ).

Die Projektionsanzeigevorrichtung umfasst ferner eine Befestigungseinrichtung, die zur ortsfesten Befestigung und verstellbaren Positionierung des Projektorsystems und damit der gesamten Visoreinheit im übergeordneten System ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Befestigungseinrichtung eine in oder entlang der Dach- oder Deckenstruktur des übergeordneten Systems befestigbare bzw. befestigte Schiene und einen nach unten schwenkbaren Arm, der einerseits über ein in der Schiene verfahrbares erstes Drehgelenk mit der Schiene verbunden ist und andererseits über ein zweites Drehgelenk mit dem Projektorsystem verbunden ist.The projection display device also includes a fastening device, which is designed for stationary fastening and adjustable positioning of the projector system and thus the entire visor unit in the superordinate system. For this purpose, the fastening device comprises a rail that can be fastened or fastened in or along the roof or ceiling structure of the higher-level system and a downwardly pivoting arm, which is connected to the rail on the one hand via a first swivel joint that can be moved in the rail and on the other hand via a second swivel joint connected to the projector system.

Wie weiter unten ausführlicher dargelegt, lassen sich mit dieser Ausgestaltung der Befestigungseinrichtung beispielsweise folgende Randbedingungen, Anforderungen und Wünsche bei der Integration der Visoreinheit in einem übergeordneten System, z. B. einem Kraftfahrzeug, erfüllen:

  • - Die Sichtbarkeit des Visorbilds, d. h. des mit der Projektionsanzeigevorrichtung erzeugbaren virtuellen Anzeigebilds, für den Nutzer darf mit der hierin vorgeschlagenen optischen Anordnung auf einen relativ kleinen Eyeboxbereich in den genannten Y- und Z-Richtungen und in einem Abstand von beispielsweise ca. 3 cm in der X-Richtung von der Combinerscheibe beschränkt sein (siehe 3).
  • - Die Sitzpositionen beispielsweise in der zweiten Sitzreihe eines Fahrzeugs können für unterschiedliche Nutzergrößen und Neigungseinstellungen der Sitzlehnen einen für ein modernes Personenkraftfahrzeug typischen räumlichen Einstellungsbereich wie in 4 dargestellt abdecken. Dieses Beispiel zeigt, dass die Augenpositionen der Nutzer in Z-Richtung beispielsweise um etwa 150 mm variieren können. Wird die zweite Sitzreihe zudem in X-Richtung verfahren und sitzt der Nutzer durch das Verstellen der Lehnenneigung nach hinten zurückgelehnt, so ergibt sich in diesem Beispiel zusätzlich ein X-Verstellbereich von etwa 250 mm und zusätzlich eine durch die Lehnenneigung um bis zu etwa 13° nach oben geschwenkte Blickachse des Nutzers.
  • - Dabei ist es möglich zu gewährleisten, dass der Nutzer das virtuelle Anzeigebild stets unter einem ergonomischen, entspannten und ermüdungsfreien Blickwinkel betrachtet. In der Literatur findet sich beispielsweise als Richtwert für den entspannten Blickwinkel im Sitzen ein Wert von -15° unterhalb der Horizontalen (siehe z.B. Bernard C. Kress; Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets; SPIE Press 2020, S.31). Dieser Blickwinkel kann mit dem hierin vorgeschlagenen Aufbau für alle Sitzpositionen einstellbar sein. Darüber hinaus kann bei Bedarf eine zusätzliche Einstellbarkeit des vertikalen Blickwinkels auf die persönliche Wohlfühlposition durch den Nutzer implementiert sein.
  • - Wird die Visoreinheit nicht genutzt, so kann bzw. soll sie in eine Storage-Position außerhalb der Nutzerposition, insbesondere seiner Kopfumgebung, gebracht werden.
  • - Dabei lässt sich insbesondere auch berücksichtigen, dass bei einem Frontalcrash der Nutzer nach vorne geschleudert wird und eine Kollision zwischen seinem Kopf und der Visoreinheit ausgeschlossen werden muss. Eine hiermit realisierbare Lösung für die Nutzereinstellung kann bzw. sollte es also ermöglichen, die gesamte Visoreinheit im Crashfall aus dem Kopfbereich bzw. der Trajektorie des Kopfes verschwinden zu lassen.
As explained in more detail below, with this configuration of the fastening device, for example, the following boundary conditions, requirements and wishes can be met when integrating the visor unit in a higher-level system, e.g. B. a motor vehicle, meet:
  • - The visibility of the visor image, i.e. the virtual display image that can be generated with the projection display device, for the user may, with the optical arrangement proposed here, be limited to a relatively small eyebox area in the Y and Z directions mentioned and at a distance of, for example, approx. 3 cm in the X-direction be limited by the combiner disk (see 3 ).
  • - The seat positions, for example in the second row of seats in a vehicle, can have a spatial adjustment range that is typical for a modern passenger car for different user sizes and inclination settings of the seat backs, as shown in 4 cover shown. This example shows that the user's eye positions can vary by about 150 mm in the Z-direction, for example. If the second row of seats is also moved in the X direction and the user sits leaning backwards by adjusting the backrest angle, this results in an additional X adjustment range of around 250 mm and an additional one of up to around 13° due to the backrest angle upward swiveled line of sight of the user.
  • - It is possible to ensure that the user always looks at the virtual display image from an ergonomic, relaxed and fatigue-free perspective. In the literature, for example, a value of -15° below the horizontal can be found as a guide value for the relaxed viewing angle when sitting (see e.g. Bernard C. Kress; Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets; SPIE Press 2020, p.31). With the structure proposed herein, this viewing angle can be adjustable for all seating positions. In addition, if necessary, an additional adjustability of the vertical viewing angle to the personal feel-good position can be implemented by the user.
  • - If the visor unit is not used, it can or should be brought into a storage position outside the user's position, in particular around his head.
  • - In particular, it can also be taken into account that in the event of a frontal crash, the user is thrown forward and a collision between his head and the visor unit must be ruled out. A solution that can be implemented here for the user setting can or should make it possible for the entire visor unit to disappear from the head area or the trajectory of the head in the event of a crash.

Insbesondere können bei der vorliegenden Projektionsanzeigevorrichtung

  • - die Schiene als eine Linearschiene, d. h. zum geradlinigen Verstellen des ersten Drehgelenks, ausgebildet sein und dadurch eine erste, beispielsweise in etwa horizontale, Positionierrichtung (beispielsweise, jedoch nicht zwingend die hierin genannte X-Richtung) des Projektorsystems vom Nutzer weg (d. h. „nach vorn“) und auf den Nutzer zu (d. h. „nach hinten“) definieren. Der Arm kann dabei zum Verstellen des Projektorsystems in einer hierzu transversalen zweiten, insbesondere vertikalen, Positionierrichtung (beispielsweise, jedoch nicht zwingend die hierin genannte Z-Richtung) dienen; und/oder
  • - das erste Drehgelenk und das zweite Drehgelenk zueinander parallele Drehachsen senkrecht zu der vertikalen Mittenebene des Projektorsystems besitzen; und/oder
  • - das erste Drehgelenk an einem Ende und das zweite Drehgelenk an dem anderen Ende des länglich ausgebildeten Arms angeordnet sein; und/oder
  • - der Arm geradlinig ausgebildet sein; und/oder
  • - die Befestigungseinrichtung ferner zum Verstellen des Projektorsystems in einer dritten Positionierrichtung (beispielsweise, jedoch nicht zwingend in der hierin genannten Y-Richtung) ausgebildet sein, die transversal, insbesondere senkrecht, zu der ersten und der zweiten Positionierrichtung ist.
In particular, in the present projection display device
  • - the rail can be designed as a linear rail, ie for adjusting the first rotary joint in a straight line, and thereby a first, for example approximately horizontal, positioning direction (for example, but not necessarily the X-direction mentioned here) of the projector system away from the user (ie "after forward") and towards the user (ie "to the rear"). The arm can serve to adjust the projector system in a second, in particular vertical, positioning direction transverse thereto (for example, but not necessarily the Z-direction mentioned herein); and or
  • - the first pivot and the second pivot have mutually parallel pivot axes perpendicular to the vertical median plane of the projector system; and or
  • - Be arranged the first pivot at one end and the second pivot at the other end of the elongated arm; and or
  • - the arm be straight; and or
  • - the fastening device also be designed for adjusting the projector system in a third positioning direction (for example, but not necessarily in the Y-direction mentioned herein), which is transversal, in particular perpendicular, to the first and the second positioning direction.

Eine Grundidee der hierin beschriebenen Befestigungseinrichtung besteht somit in einer „Schiene+Arm“-Kinematik, die insbesondere zur Erfüllung der zuvor genannten Anforderungen für die Integration der Projektionsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, in ihren Grundzügen in 5 skizziert ist und weiter unten ausführlich beschrieben wird. Dieses Schiene-Arm-Befestigungskonzept bietet unter anderem gute Voraussetzungen für die Vermeidung von Kopfkollisionen im Fall eines (Frontal-)Crashs des Fahrzeugs, in dessen Dachhimmelbereich die Schiene befestigt ist. In diesem Fall können aufgrund der hierin beschriebenen Befestigungsart bereits die am Projektorsystem angreifenden (Trägheits-)Kräfte dafür sorgen, dass sich das Projektorsystem in X-Richtung über die Schiene nach vorne in Richtung einer Storage-Position bewegt und damit aus dem Kopfbereich des Nutzers gebracht wird. Wird der Arm für alle Nutzerpositionen nur bis maximal 90° nach unten rotiert - der Arm steht also nie in X-Richtung nach hinten in Richtung des Nutzers, - dann kann zusätzlich im Crashfall ausgenutzt werden, dass der Arm das Projektorsystem in Z-Richtung nach oben bewegt. Diese automatische Bewegung könnte beispielsweise auch durch eine Feder zusätzlich unterstützt werden.A basic idea of the fastening device described here is therefore a "rail + arm" kinematics, which can be designed in particular to meet the aforementioned requirements for the integration of the projection device in a motor vehicle, in its basic features 5 is outlined and described in detail below. This rail-arm fastening concept offers, among other things, good conditions for avoiding head collisions in the event of a (frontal) crash of the vehicle in whose headliner area the rail is fastened. In this case, due to the type of attachment described here, the (inertial) forces acting on the projector system can already ensure that the projector system moves forward in the X-direction over the rail in the direction of a storage position and thus out of the user's head area will. If the arm is only rotated downwards by a maximum of 90° for all user positions - i.e. the arm never stands backwards in the X direction in the direction of the user - then in the event of a crash it can also be used that the arm moves the projector system in the Z direction moves above. This automatic movement could also be additionally supported by a spring, for example.

Insbesondere kann die gesamte Visoreinheit, die das Projektorsystem und die Combinerscheibe umfasst, mittels der Befestigungseinrichtung manuell und/oder elektrisch verstellbar sein zwischen

  • - einer Storage-Position, in der die gesamte Visoreinheit außerhalb, insbesondere oberhalb, eines für den Kopf des Nutzers vorgesehenen Raumbereichs im übergeordneten System angeordnet ist; und
  • - einer oder mehreren verschiedenen Nutzerpositionen, in denen die Position und Ausrichtung des Projektorsystems und der Combinerscheibe für die Erzeugung des virtuellen Anzeigebilds im Blickfeld des jeweiligen Nutzers ausgelegt sind.
In particular, the entire visor unit, which includes the projector system and the combiner disk, can be adjusted manually and/or electrically by means of the fastening device
  • - A storage position in which the entire visor unit outside, in particular above, one provided for the user's head Room area is arranged in the higher-level system; and
  • - one or more different user positions in which the position and orientation of the projector system and the combiner disk are designed for the generation of the virtual display image in the respective user's field of vision.

Insbesondere kann bei der Storage-Position die Visoreinheit vertikal in deren obersten Position, insbesondere direkt an oder in der Dach- oder Deckenstruktur des übergeordneten Systems, angeordnet sein durch eine maximal angelehnte, entlanggestreckte oder parallele Stellung des Arms bezüglich der Schiene. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Storage-Position die Visoreinheit horizontal in deren weitesten Entfernung nach vorn (d. h. vom Nutzer weg) von den beiden Eyeboxbereichen angeordnet sein durch eine vorderste Position des ersten Drehgelenks in der Schiene und eine maximal entlanggestreckte oder parallele Stellung des Arms an der Schiene nach vorn. Alternativ oder zusätzlich kann bei der einen oder den mehreren Nutzerpositionen die Position und Ausrichtung des Projektorsystems und der Combinerscheibe jeweils so ausgelegt sein, dass die Blickrichtung von den Eyeboxbereichen auf das virtuelle Anzeigebild für den jeweiligen Nutzer einen vorbestimmten vertikalen oder Look-Down-Winkel von vorzugsweise etwa 15° unter einer horizontalen Blickrichtung ergibt.In particular, in the storage position, the visor unit can be arranged vertically in its uppermost position, in particular directly on or in the roof or ceiling structure of the superordinate system, by a maximum leaning, stretched out or parallel position of the arm with respect to the rail. Alternatively or additionally, in the storage position, the visor unit can be arranged horizontally at its furthest distance forward (i.e. away from the user) from the two eyebox areas by a foremost position of the first pivot joint in the rail and a maximum straightened or parallel position of the arm the rail forward. Alternatively or additionally, in the one or more user positions, the position and orientation of the projector system and the combiner disk can be designed in such a way that the viewing direction from the eyebox areas onto the virtual display image has a predetermined vertical or look-down angle for the respective user approximately 15° below a horizontal line of sight.

Die Ausführung der hierin beschriebenen Bewegung der Befestigungseinrichtung zur Einstellung der Projektionseinrichtung auf die Storage- bzw. auf die jeweils geeignete Nutzerposition kann auf mehrere Arten und Weisen implementiert sein, wie beispielsweise:

  • - Rein manuell: Der Nutzer kann das Projektorsystem greifen und aus der Storage-Position heraus manuell in X-Richtung nach hinten (d. h. zu sich) ziehen und über den drehbaren Arm auf die gewünschte Position in Z-Richtung ziehen.
  • - Gemischt elektrisch und manuell: Die Visoreinheit (d. h. Projektorsystem+Combinerscheibe) kann einen Teil des Weges von der Storage- in die Nutzer-Position rein elektrisch in X- und Z-Richtung über Schiene und Arm verfahren werden, etwa bis eine günstige Position für die manuelle Übernahme erreicht ist. Die Einstellung auf die individuelle Position kann der Nutzer dann rein manuell ausführen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der Nutzer die Visoreinheit zunächst nur grob auf seine Sitzposition manuell einstellt, und eine Feinabstimmung der Lage der Eyeboxbereiche dann über eine elektronische Regelung erfolgt, beispielsweise unter Einsatz der weiter unten beschriebenen Eyebox-Tracking-Einrichtung. Ein solcher Mischbetrieb beispielsweise deshalb von Vorteil sein, weil der Nutzer die grobe Einstellung auf die eigene Kopfposition selbst in der Hand hat und nicht nur auf die korrekte Funktion einer elektronischen Regelung vertrauen muss.
  • - Rein elektrisch: Über die Ortung der Kopfposition des Nutzers mit einem geeigneten Kamerasystem kann grundsätzlich auch die Einstellung von Schienenposition und Armkippung vollständig über eine elektronische Regelung erfolgen.
The execution of the movement of the fastening device described herein for setting the projection device to the storage position or to the appropriate user position can be implemented in several ways, such as:
  • - Purely manual: The user can grab the projector system from the storage position and manually pull it back in the X direction (ie towards you) and use the rotatable arm to pull it to the desired position in the Z direction.
  • - Mixed electric and manual: The visor unit (ie projector system + combiner screen) can be moved part of the way from the storage to the user position purely electrically in the X and Z direction via rail and arm, approximately to a favorable position for the manual transfer is reached. The user can then adjust the individual position purely manually. Alternatively or additionally, it is also possible for the user to manually adjust the visor unit initially only roughly to their seating position, and then to fine-tune the position of the eyebox areas using an electronic control system, for example using the eyebox tracking device described below. Such mixed operation can be advantageous, for example, because the user has the rough adjustment to his own head position in his own hands and does not just have to rely on the correct functioning of an electronic control system.
  • - Purely electric: By locating the position of the user's head with a suitable camera system, the rail position and arm tilt can also be adjusted completely via electronic control.

Zur hierin an verschiedenen Stellen erwähnten elektronischen Verstellbarkeit kann die Projektionsanzeigevorrichtung eine entsprechend eingerichtete Steuerungseinheit und von dieser ansteuerbare Stellmotoren aufweisen.For the electronic adjustability mentioned here at various points, the projection display device can have a correspondingly set up control unit and servomotors that can be controlled by this.

Zur vereinfachten Einstellbarkeit einer jeweils am besten geeigneten Nutzerposition der Visoreinheit können die Bewegungsfreiheitsgrade des ersten und des zweiten Drehgelenks eingeschränkt sind durch

  • - eine solche Kopplung beider Drehgelenke, dass die Rotation des Arms um das erste Drehgelenk und die Rotation des Projektorsystems um das zweite Drehgelenk stets in entgegengesetzte Drehrichtungen und um einen betragsgleichen Drehwinkel erfolgen (vgl. 8). Für die Realisierung der Kopplung der beiden Freiheitsgrade gibt es mehrere Möglichkeiten, wie beispielswese mechanische Kopplung, Kopplung über eine elektronische Steuerung und Motoren in den Rotationsgelenken. Eine einfache Lösung ist auch die Ausführung des Arms als ein Viergelenk (vgl. 9). Durch die genannte Kopplung kann für die Blickrichtung des Nutzers aus den Eyeboxbereichen auf das virtuelle Anzeigebild ein vorbestimmter Look-Down-Winkel von beispielsweise etwa 15° unter der horizontalen Blickrichtung gewährleistet werden; und/oder
  • - eine zur Kompensation einer Sitzlehnenneigung vordefinierte Kopplung der Position des ersten Drehgelenks entlang der Schiene an die Drehpositionen des ersten und des zweiten Drehgelenks, so dass die Blickrichtung von den Eyeboxbereichen auf das virtuelle Anzeigebild für den Nutzer einen vorbestimmten von der Sitzlehnenneigung abhängigen Look-Down-Winkel unter der horizontalen Blickrichtung ergibt; und/oder
  • - eine zur separaten Höheneinstellung des virtuellen Bilds derart ausgelegte Kopplung der Bewegungen des ersten Drehgelenks und des zweiten Drehgelenks, dass sich das Projektorsystem dabei auf einer Kreisbahn um eine gleich bleibende Höhe der Eyeboxbereiche bewegt (vgl. 10); und/oder
  • - eine zur separaten Höheneinstellung der Eyeboxbereiche derart ausgelegte Kopplung der Bewegungen des ersten Drehgelenks und des zweiten Drehgelenks, dass sich die Lage der Eyeboxbereiche dabei auf einer Kreisbahn um eine gleich bleibende Höhe der Combinerscheibe in deren Betriebsstellung bewegt (vgl. 11 a-b).
The degrees of freedom of movement of the first and second rotary joints can be restricted by
  • - such a coupling of both swivel joints that the rotation of the arm around the first swivel joint and the rotation of the projector system around the second swivel joint always take place in opposite directions and at an angle of rotation of the same amount (cf. 8th ). There are several options for realizing the coupling of the two degrees of freedom, such as mechanical coupling, coupling via an electronic controller and motors in the rotary joints. A simple solution is to design the arm as a four-bar linkage (cf. 9 ). Through said coupling, a predetermined look-down angle of, for example, approximately 15° below the horizontal viewing direction can be guaranteed for the viewing direction of the user from the eyebox areas onto the virtual display image; and or
  • - A coupling of the position of the first pivot joint along the rail to the rotational positions of the first and second pivot joint, predefined to compensate for a seat back inclination, so that the viewing direction from the eyebox areas onto the virtual display image for the user has a predetermined look-down dependent on the seat back inclination angle below the horizontal line of sight; and or
  • - A coupling of the movements of the first rotary joint and the second rotary joint designed for the separate height adjustment of the virtual image in such a way that the projector system is on a circular path around a constant height of the eyebox areas moved (cf. 10 ); and or
  • - a coupling of the movements of the first swivel joint and the second swivel joint designed for the separate height adjustment of the eyebox areas in such a way that the position of the eyebox areas moves on a circular path around a constant height of the combiner disc in its operating position (cf. 11 off ).

Zur Überwachung der korrekten optischen Funktion kann die Projektionsanzeigevorrichtung ferner eine Detektionseinrichtung umfassen, die einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen eines die Eyeboxbereiche enthaltenden Raumbereichs aufweist und zum Ermitteln aktueller Nutzeraugenpositionen aus einem von diesen Sensoren erfassten Nutzerbild sowie zum Ermitteln von Abweichungen der aktuellen Nutzeraugenpositionen von den zugehörigen Eyeboxbereichen ausgebildet ist.To monitor the correct optical function, the projection display device can also include a detection device, which has one or more sensors for detecting a spatial region containing the eyebox regions and for determining current user eye positions from a user image captured by these sensors and for determining deviations of the current user eye positions from the associated ones Eyebox areas is formed.

Insbesondere kann die Projektionsanzeigevorrichtung bei dieser Ausführungsform ferner eine oben erwähnte Eyebox-Tracking-Einrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine räumliche Lage der beiden Eyeboxbereiche den jeweils aktuellen Nutzeraugenpositionen in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen nachzuführen, indem die gesamte Visoreinheit, die das Projektorsystem und die Combinerscheibe umfasst, in einer, zwei oder allen drei Raumdimensionen im übergeordneten System bewegt wird und/oder indem die Projektoreinheiten zusammen und/oder relativ zueinander im Projektorsystem bewegt werden und/oder indem die Combinerscheibe relativ zum Projektorsystem bewegt wird, d. h. deren Betriebsstellung verstellt wird.In particular, the projection display device in this embodiment can also have an eyebox tracking device mentioned above, which is designed and set up to track a spatial position of the two eyebox areas to the current user eye positions depending on the deviations determined, in that the entire visor unit that comprises the projector system and the combiner disk, is moved in one, two or all three spatial dimensions in the superordinate system and/or by the projector units being moved together and/or relative to one another in the projector system and/or by the combiner disk being moved relative to the projector system, d. H. whose operating position is changed.

Ferner kann die Projektionsanzeigevorrichtung bei dieser Ausführungsform ferner eine oder mehrere Markierungslichtquellen, insbesondere LEDs, aufweisen, die derart ausgebildet und in den Projektoreinheiten angeordnet sind, dass deren Markierungslicht-Strahlenbündel durch die Optik der Visoreinheit in die Eyeboxbereiche, vorzugsweise in deren jeweiligen Randbereich, zur Markierung der Eyeboxbereiche in dem von den Sensoren erfassten Nutzerbild gerichtet, insbesondere fokussiert, werden. Dabei kann die die Detektionseinrichtung zusätzlich zum Ermitteln einer jeweils aktuellen Lage der beiden Eyeboxbereiche anhand dieser Markierung und zur Verwendung des Ergebnisses bei der Ermittlung der Abweichungen der Nutzeraugenpositionen von den Eyeboxbereichen ausgebildet sein. Bei den Markierungslichtquellen kann es sich insbesondere um Infrarotlichtquellen handeln, während einer oder mehrere der Sensoren im entsprechenden Spektralbereich empfindliche Infrarotlicht-Sensoren sein können. Furthermore, in this embodiment, the projection display device can also have one or more marking light sources, in particular LEDs, which are designed and arranged in the projector units in such a way that their marking light beams pass through the optics of the visor unit into the eyebox areas, preferably in their respective edge areas, for marking of the eyebox areas in the user image captured by the sensors are directed, in particular focused. The detection device can also be designed to determine a current position of the two eyebox areas based on this marking and to use the result to determine the deviations of the user's eye positions from the eyebox areas. The marking light sources can in particular be infrared light sources, while one or more of the sensors can be infrared light sensors that are sensitive in the corresponding spectral range.

Bei einer spezifischen Ausgestaltung der Projektionsanzeigevorrichtung ist eine nutzerseitige Reflexionsfläche der Combinerscheibe in deren Betriebsstellung als ein um die vertikale Mittenebene des Projektorsystems symmetrischer, insbesondere parabolischer, Konkavspiegel ausgebildet, der zum zumindest teilweisen Kollimieren beider Projektionslichtstrahlenbündel ausgebildet und angeordnet ist. Ferner beträgt dabei in der Betriebsstellung der Combinerscheibe die optische Weglänge des jeweiligen Projektionslichtstrahlenbündels zwischen einem optischen Ausgang der zugehörigen Projektoreinheit (der beispielswiese durch die optische Apertur eines im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels letzten optischen Elements, etwa einer Linse, definiert sein kann) und dem Konkavspiegel und/oder zwischen dem Konkavspiegel und dem zugehörigen Eyeboxbereich jeweils ungefähr eine doppelte Brennweite des Konkavspiegels.In a specific configuration of the projection display device, a user-side reflection surface of the combiner disk in its operating position is designed as a concave mirror that is symmetrical, in particular parabolic, about the vertical center plane of the projector system and is designed and arranged to at least partially collimate the two projection light beams. Furthermore, in the operating position of the combiner disk, the optical path length of the respective projection light beam between an optical output of the associated projector unit (which can be defined, for example, by the optical aperture of the last optical element in the beam path of the projection light beam, for example a lens) and the concave mirror and/or or approximately twice the focal length of the concave mirror between the concave mirror and the associated eyebox area.

In diesem Fall erfüllt also die Optik der Visoreinheit die Bedingung für eine 2f- oder 1:1-Abbildung, wenn man sich z. B. eine Abbildung der Apertur der finalen Projektorlinse am optischen Ausgang der jeweiligen Projektoreinheit in den zugehörigen Eyeboxbereich durch den Konkavspiegel der Combinerscheibe vorstellt (vgl. 1 und 2). Dabei können beispielsweise die oben genannten Markierungslichtquellen derart am genannten optischen Ausgang der jeweiligen Projektoreinheit angeordnet sein, dass sie durch die genannte 1:1-Abbildung in einen Randbereich des zugehörigen Eyeboxbereichs zu dessen Markierung abgebildet werden.In this case, the optics of the visor unit fulfill the condition for a 2f or 1:1 image if you look at e.g. B. presents an image of the aperture of the final projector lens at the optical output of the respective projector unit in the associated eyebox area through the concave mirror of the combiner disk (cf. 1 and 2 ). For example, the above-mentioned marking light sources can be arranged at the mentioned optical output of the respective projector unit in such a way that they are imaged by the mentioned 1:1 mapping in an edge area of the associated eyebox area for its marking.

Bei einer spezifischen Ausgestaltung der Projektionsanzeigevorrichtung umfasst jede Projektoreinheit ein Display zur Erzeugung des vom zugehörigen Projektionslichtstrahlenbündel zu transportierenden Anzeigeinhalts sowie ein optisches Abbildungssystem, das zum Abbilden dieses Anzeigeinhalts in ein reales Zwischenbild im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels zwischen dem Projektorsystem und der Combinerscheibe in deren Betriebsstellung ausgebildet ist.In a specific configuration of the projection display device, each projector unit comprises a display for generating the display content to be transported by the associated projection light beam and an optical imaging system which is designed to map this display content into a real intermediate image in the beam path of the projection light beam between the projector system and the combiner disk in its operating position.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Projektionsanzeigevorrichtung ferner ein faltbares Gehäuse, in dem das Projektorsystem untergebracht ist, wobei das Gehäuse in dessen geschlossenem Zustand räumlich kompakt ist und das Projektorsystem umgibt, insbesondere von allen Seiten (vgl. 6a). Dabei liegt die Combinerscheibe im geschlossenen Zustand des Gehäuses mit ihrer gesamten Fläche an dessen Bodenseite an oder bildet einen Teil dieser und ist von der Bodenseite zu einem vorbestimmten Anstellwinkel aufklappbar, der der Betriebsstellung der Combinerscheibe entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse eine zu einem vorbestimmten Spiegelabstand von dem Projektorsystem im Strahlengang der zwei Projektionslichtstrahlenbündel ausfahrbare Spiegelwand mit einem dem Projektorsystem zugewandten Umlenkspiegel aufweisen, wobei die zwei Projektionslichtstrahlenbündel durch den Umlenkspiegel in dessen durch den vorbestimmten Spiegelabstand definierter Betriebsstellung auf eine Reflexionsfläche der Combinerscheibe gelenkt werden, um das genannte virtuelle Anzeigebild dahinter zu erzeugen (vgl. 12).In one embodiment, the projection display device further comprises a foldable housing in which the projector system is accommodated, the housing being spatially compact in its closed state and enclosing the projector system, in particular from all sides (cf. 6a) . When the housing is closed, the combiner disk rests with its entire surface on its bottom side or forms part of it and can be swung open from the bottom side to a predetermined angle that corresponds to the operating position of the combiner disk. As an alternative or in addition, the housing can have a mirror at a predetermined distance from the projector system in the beam path of the two pro projection light beams have an extendable mirror wall with a deflection mirror facing the projector system, with the two projection light beams being directed by the deflection mirror in its operating position, which is defined by the predetermined mirror distance, onto a reflection surface of the combiner disk in order to generate the named virtual display image behind it (cf. 12 ).

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft-, oder Wasserfahrzeug, vorgesehen, das Folgendes umfasst:

  • - einen Insassenraum, der nach oben zumindest teilweise von einem dem Insassenraum zugewandten Dachhimmel begrenzt ist; und eine Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art, insbesondere gemäß der obigen Ausführungsform, die am Dachhimmel, insbesondere mit einer von der Bodenseite abgewandten Dachseite des faltbaren Gehäuses, befestigt ist.
According to a further aspect, a vehicle, in particular a motor vehicle or any other land, air or water vehicle, is provided, which comprises the following:
  • - a passenger compartment which is at least partially delimited at the top by a roof lining facing the passenger compartment; and a projection display device of the type set out herein, in particular according to the above embodiment, which is fastened to the headliner, in particular with a roof side of the foldable housing facing away from the bottom side.

Insbesondere ist dabei

  • - der Insassenraum seitlich durch einen Seitenrahmen der Karosserie mit einer darin angeordneten Seitentür begrenzt, und die Schiene ist in einem Übergangsbereich zwischen dem Dachhimmel und der Seitentür angeordnet, insbesondere an dem Seitenrahmen befestigt; und/oder der Dachhimmel des Fahrzeugs mittig oder in einem mittleren Bereich in Bezug auf eine Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) mit einer festen Dachstruktur, insbesondere einem in Fahrzeuglängsrichtung (X) oder in Fahrzeugquerrichtung (Y) verlaufenden Dachspriegel, versehen, und die Schiene ist in oder an dieser Dachstruktur angebracht.
In particular there is
  • - The passenger compartment is delimited laterally by a side frame of the body with a side door arranged therein, and the rail is arranged in a transition area between the headliner and the side door, in particular fastened to the side frame; and/or the roof liner of the vehicle is provided with a fixed roof structure, in particular a roof bow running in the vehicle longitudinal direction (X) or in the vehicle transverse direction (Y), in the center or in a central area in relation to a vehicle transverse direction (Y-direction), and the rail is mounted in or on this roof structure.

Insbesondere kann sich die Schiene im Wesentlichen in einer Fahrzeuglängsrichtung (X) erstrecken, die auch die oben erwähnte erste Positionierrichtung der Visoreinheit durch die Verfahrbarkeit des ersten Drehgelenks in der Schiene ergibt. Dabei kann der Arm insbesondere im Wesentlichen in einer durch die Fahrzeuglängsrichtung (X) und durch eine Fahrzeughöhenrichtung (Z) aufgespannten Ebene (X-Z) schwenkbar sein und dabei beispielsweise stets zumindest teilweise in Fahrzeuglängsrichtung (X) nach vorn, d. h. vom Nutzer weg oder mit anderen Worten in Richtung der Windschutzscheibe, gerichtet sein.In particular, the rail can essentially extend in a vehicle longitudinal direction (X), which also results in the above-mentioned first positioning direction of the visor unit due to the mobility of the first pivot joint in the rail. In particular, the arm can essentially be swiveled in a plane (X-Z) spanned by the longitudinal direction (X) of the vehicle and by a vertical direction (Z) of the vehicle and, for example, can always be at least partially forward in the longitudinal direction (X) of the vehicle, i. H. away from the user, or in other words towards the windshield.

Figurenlistecharacter list

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind aus Gründen anschaulicher Darstellung zumindest teilweise rein schematisch gehalten: Sie können zwar, müssen aber generell nicht als maßstabsgetreu verstanden werden. Identische oder funktionsgleiche Elemente werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die deshalb nicht in jeder Figur wiederholt oder beschrieben werden. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Seitenansicht des prinzipiellen optischen Aufbaus einer Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art schräg von oben im Betrieb, wobei in beiden Projektoreinheiten aus Darstellungsgründen jeweils nur ein aus einem Displaymittenpunkt ausgehendes Teil-Strahlenbündel angedeutet ist;
  • 2 eine perspektivische Seitenansicht der Projektionsanzeigevorrichtung der 1, wobei in beiden Projektoreinheiten jeweils das gesamte Projektionslichtstrahlenbündel angedeutet ist;
  • 3 eine Eyeboxebene der Projektionsanzeigevorrichtung der 1 mit für beide Nutzeraugen vorgesehenen Eyeboxbereichen;
  • 4 eine Seitenansicht eines Insassenraums eines Fahrzeugs mit den vier äußersten Kopfpositionen eines Nutzers in X-Z-Richtung;
  • 5 in einer perspektivischen Seitenansicht der Projektionsanzeigevorrichtung der 1 bis 3 einen grundlegenden kinematischen Aufbau von deren Befestigungseinrichtung;
  • 6a-6e in schematischen Seitenansichten die Projektionsanzeigevorrichtung der 1 bis 5 in deren mittels der Befestigungseinrichtung ermöglichten Storage-Position sowie in einzelnen für den Betrieb ausgelegten Nutzerpositionen für die vier äußersten Kopfpositionen eines Nutzers gemäß 4;
  • 7a-7c einige Varianten für die Fahrzeug-Integration der Projektionsanzeigevorrichtung der 1 bis 6, jeweils in einem Schnitt durch die YZ-Ebene des Fahrzeugs vor der zweiten Sitzreihe;
  • 8-11 b einige Konzepte für die Eyebox-Nutzereinstellung und hierzu hilfreiche Kopplung von Freiheitsgraden der Befestigungseinrichtung in der Projektionsanzeigevorrichtung der 1 bis 7c;
  • 12 ein Kraftfahrzeug mit einer in dessen Insassenraum angeordneten Projektionsanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art.
The above aspects of the invention and their embodiments and specific configurations are explained in more detail below with reference to the examples shown in the attached drawings. For reasons of clarity, the drawings are at least partially purely schematic: they can, but generally do not have to be understood as being true to scale. Elements that are identical or have the same function are denoted by the same reference symbols, which are therefore not repeated or described in each figure. Show it:
  • 1 a perspective side view of the basic optical structure of a projection display device of the type presented here obliquely from above in operation, only one partial beam of rays emanating from a center point of the display being indicated in both projector units for reasons of illustration;
  • 2 FIG. 12 is a side perspective view of the projection display device of FIG 1 , the entire projection light beam bundle being indicated in each of the two projector units;
  • 3 an eyebox plane of the projection display device of FIG 1 with eyebox areas intended for both user eyes;
  • 4 a side view of a passenger compartment of a vehicle with the four extreme head positions of a user in the XZ direction;
  • 5 in a perspective side view of the projection display device of FIG 1 until 3 a basic kinematic structure of their attachment means;
  • 6a-6e in schematic side views the projection display device of FIG 1 until 5 in their storage position made possible by the fastening device and in individual user positions designed for operation for the four outermost head positions of a user 4 ;
  • 7a-7c some variants for the vehicle integration of the projection display device 1 until 6 , each in a section through the YZ plane of the vehicle in front of the second row of seats;
  • 8-11 b some concepts for the eyebox user setting and this helpful coupling of degrees of freedom of the attachment device in the projection display device of 1 until 7c ;
  • 12 a motor vehicle with a projection display device of the type set out herein arranged in its passenger compartment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments

Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Projektionsanzeigevorrichtung und des Fahrzeugs gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können bei den in den 1 bis 12 gezeigten Beispielen implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in den 1-12 gezeigt sind.All the various embodiments, variants and specific design features of the projection display device and the vehicle according to the above aspects of the invention mentioned above in the description and in the following claims can be 1 until 12 be implemented in the examples shown. They will therefore not all be repeated again below. The same applies accordingly to the definitions of terms and effects already given above in relation to individual characteristics 1-12 are shown.

1 zeigt in einer vereinfachten schematischen perspektivischen Seitenansicht ein Beispiel des prinzipiellen optischen Aufbaus einer Projektionsanzeigevorrichtung 1 gemäß dem obigen ersten Aspekt der Erfindung schräg von oben im Betrieb und in einer geeigneten Position und Orientierung relativ zu einem Nutzer 3, dessen Augenposition dabei vorbestimmt ist und beispielsweise jeweils mittig in einem zugehörigen Eyeboxbereich Ea und Eb der Projektionsanzeigevorrichtung 1 liegt. 2 bis 12 zeigen weitere Ansichten und/oder Details der Projektionsanzeigevorrichtung 1 gemäß der 1. 1 shows in a simplified schematic perspective side view an example of the basic optical structure of a projection display device 1 according to the above first aspect of the invention, obliquely from above during operation and in a suitable position and orientation relative to a user 3, whose eye position is predetermined and, for example, in the middle located in an associated eyebox area Ea and Eb of the projection display device 1 . 2 until 12 show further views and/or details of the projection display device 1 according to FIG 1 .

1 bis 12 können dabei einerseits als reine Prinzipskizzen des optischen und mechanischen Aufbaus der hierin dargelegten Art, also rein schematisch und nicht maßstabsgetreu verstanden werden, denn auch abweichende Abstandsverhältnisse können grundsätzlich zu den hierin geschilderten Ergebnissen führen. Allerdings können die 1-11 auch als maßstabsgetreu als Beispiel einer gut implementierbaren und wie hierin beschrieben optimierten Anordnung verstanden werden. Zu diesem Zweck können insbesondere die jeweils unten eingezeichneten Maß-Skalen in diesen Figuren genutzt werden. 1 until 12 can be understood on the one hand as pure basic sketches of the optical and mechanical structure of the type presented here, ie purely schematic and not true to scale, because deviating distance relationships can also lead to the results described here. However, they can 1-11 also be understood as being drawn to scale as an example of a well implementable and optimized arrangement as described herein. For this purpose, the measurement scales drawn below in these figures can be used in particular.

Wie in 12 schematisch angedeutet, ist die Projektionsanzeigevorrichtung 1 zu einer festen Einbindung in einem übergeordneten System, wie z. B. einem Kraft- oder Luftfahrzeug oder aber einem Gebäude, ohne mechanische Verbindungen zum Nutzer 3 und damit in einer für diesen als praktisch störfrei empfundenen Bauweise vorgesehen. Wie am Beispiel gemäß der 12 veranschaulicht, kann die Projektionsanzeigevorrichtung 1 insbesondere zum nachträglichen Anbringen an einem Dachhimmel 16 eines Kraftfahrzeugs 14 ausgebildet sein und hierzu, wie in 12 nur schematisch angedeutet, eine Befestigungseinrichtung 17 und ein faltbares Gehäuse 2 der hierin beschriebenen Art aufweisen, wobei das Gehäuse 2 und/oder die Befestigungseinrichtung 17 in den übrigen 1-11 stellenweise aus Darstellungsgründen weggelassen wurden.As in 12 indicated schematically, the projection display device 1 is a permanent integration in a higher-level system such. B. a motor vehicle or aircraft or a building, provided without mechanical connections to the user 3 and thus in a construction that is perceived as practically interference-free for this purpose. As in the example according to the 12 illustrated, the projection display device 1 can be designed in particular for subsequent attachment to a roof liner 16 of a motor vehicle 14 and for this purpose, as in 12 only indicated schematically, have a fastening device 17 and a foldable housing 2 of the type described herein, the housing 2 and / or the fastening device 17 in the rest 1-11 have been omitted in places for reasons of clarity.

Die Projektionsanzeigevorrichtung 1 umfasst dabei ein räumlich kompaktes Projektorsystem 4, das in 1 und 2 besonders detailliert dargestellt ist. Wie in den 1-12 erkennbar, ist das Projektorsystem 4 zum Anbringen oberhalb von vorbestimmten Nutzeraugenpositionen ausgelegt, die durch Eyeboxbereiche Ea (fürs rechte Auge) und Eb (fürs linke Auge) in einer in 1 angedeuteten Eyeboxebene E definiert sind (wie in 3 gezeigt). Wie in 1 besonders deutlich dargestellt, besteht das Projektorsystem 4 aus zwei getrennten Projektoreinheiten 4a und 4b, die symmetrisch um eine Mittenebene X-Z des Projektorsystems 4 liegen, die in diesem Beispiel rein beispielhaft in etwa parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung X und einer Fahrzeughochrichtung Z gemäß dem üblichen kartesischen Fahrzeugkoordinatensystem (X, Y, Z) ist. Die in diesem Beispiel beschriebene Ausrichtung nach dem fahrzeugeigenen Koordinatensystem ist selbstverständlich keinesfalls zwingend erforderlich für die hierin vorgestellte Funktionalität der Projektionsanzeigevorrichtung 1.The projection display device 1 comprises a spatially compact projector system 4, which in 1 and 2 is shown in great detail. As in the 1-12 As can be seen, the projector system 4 is designed to be mounted above predetermined user eye positions defined by eyebox areas Ea (for the right eye) and Eb (for the left eye) in an in 1 indicated eyebox level E are defined (as in 3 shown). As in 1 shown particularly clearly, the projector system 4 consists of two separate projector units 4a and 4b, which lie symmetrically about a central plane XZ of the projector system 4, which in this example, purely by way of example, is approximately parallel to a vehicle longitudinal direction X and a vehicle vertical direction Z according to the usual Cartesian vehicle coordinate system ( X,Y,Z). The alignment according to the vehicle's own coordinate system, as described in this example, is of course by no means absolutely necessary for the functionality of the projection display device 1 presented here.

Die aus Nutzersicht links liegende Projektoreinheit 4a erzeugt das Bild für sein rechtes Auge in dem zugehörigen Eyeboxbereich Ea, während die rechts liegende Projektoreinheit 4b das Bild für sein linkes Auge in dem zugehörigen Eyeboxbereich Eb erzeugt (vgl. auch 3). Zur Vereinfachung der Darstellung des Strahlengangs ist in 1 in beiden Projektoreinheiten 4a und 4b jeweils nur ein aus einem Displaymittenpunkt des jeweiligen bilderzeugenden Displays 10a bzw. 10b ausgehendes Teil-Strahlenbündel angedeutet, während die entsprechenden vollen/ganzen Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb, die vom Display 10a bzw. 10b der jeweiligen Projektoreinheit 4a und 4b im Betrieb ausgehen, beispielsweise in 2 anhand einiger weiterer Displaypunkte angedeutet sind.The projector unit 4a on the left from the user's point of view generates the image for his right eye in the associated eyebox area Ea, while the projector unit 4b on the right generates the image for his left eye in the associated eyebox area Eb (cf. also 3 ). To simplify the representation of the beam path, 1 In both projector units 4a and 4b, only one partial beam of rays is indicated emanating from a display center point of the respective image-generating display 10a or 10b, while the corresponding full/entire projection light beams La and Lb, which come from the display 10a or 10b of the respective projector unit 4a and 4b go out in the company, for example in 2 are indicated by some other display points.

Ferner weist die Projektionsanzeigevorrichtung 1 eine Combinerscheibe 8 auf, die derart ausgebildet und in einer derartigen Betriebsstellung unterhalb der zwei Projektoreinheiten 4a und 4b und in einem vorbestimmten horizontalen Abstand D (s. 2) von in diesem Beispiel etwa 280 mm vor den Eyeboxbereichen Ea und Eb fixiert oder im Betrieb fixierbar ist, dass die von den Projektoreinheiten 4a und 4b im Betrieb erzeugten zwei Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb auf eine dem Nutzer 3 zugewandte Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 geworfen und von dieser zu seinen Augen zum Erzeugen eines in sein Blickfeld hinter der Combinerscheibe 8 eingeblendeten virtuellen Anzeigebilds V (vgl. 12) reflektiert werden.Furthermore, the projection display device 1 has a combiner disk 8, which is designed in such a way and in such an operating position below the two projector units 4a and 4b and at a predetermined horizontal distance D (see Fig. 2 ) of about 280 mm in front of the eyebox areas Ea and Eb in this example or can be fixed during operation, that the two projection light beams La and Lb generated by the projector units 4a and 4b during operation are thrown onto a reflection surface 9 of the combiner disk 8 facing the user 3 and from this to his eyes to generate a virtual display image V superimposed in his field of vision behind the combiner disk 8 (cf. 12 ) are reflected.

Diese optische Anordnung ermöglicht einen deutlich kompakteren Aufbau als beispielsweise eine herkömmliche in der Instrumententafel eines Fahrzeugs verbaute HUD-Projektionsoptik, die nur einen einzelnen Projektor für die Bilderzeugung für linkes und rechtes Auge nutzt. Zum einen erzeugt im vorliegenden Beispiel jede Projektoreinheit 4a, 4b mit dem zugehörigen Strahlengang nur einen scharf begrenzten Eyeboxbereich Ea, Eb um das jeweilige Auge herum. Zum anderen können in jedem dieser zwei Strahlengänge (hierin auch Kanäle genannt) links-/rechts spiegelsymmetrische Abbildungsfehler der Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 getrennt durch die eigene Optik und eine eigene Vorverzerrung des Displayinhalts ausgeglichen werden. So wird es möglich, eine hoch vergrößernde Optik einzusetzen, was das Volumen des Projektorsystems 4 und die Displaygröße der bildgebenden Displays 10a und 10b bei gleichbleibender Größe des erzeugten virtuellen Anzeigebilds V reduziert.This optical arrangement enables a significantly more compact structure than, for example, a conventional HUD projection optics installed in the instrument panel of a vehicle, which only uses a single projector to generate images for the left and right eyes. On the one hand, in the present example, each projector unit 4a, 4b with the associated beam path generates only a sharply delimited eyebox area Ea, Eb around the respective eye. On the other hand, in each of these two beam paths (herein also referred to as channels), left/right mirror-symmetrical aberrations of the reflection surface 9 of the combiner disk 8 can be compensated for separately by their own optics and their own predistortion of the display content. It is thus possible to use high-magnification optics, which reduces the volume of the projector system 4 and the display size of the imaging displays 10a and 10b while the size of the generated virtual display image V remains the same.

Die einzelnen optischen Elemente der Projektionsanzeigevorrichtung 1 der 1 bis 12 und deren Funktion werden zum Schluss weiter unten im Detail für dieses konkrete Beispiel erläutert.The individual optical elements of the projection display device 1 of 1 until 12 and their function are explained in detail below for this specific example.

Durch die geschilderte kompakte Anordnung der beiden Projektoreinheit 4a, 4b ergibt sich eine in 3 dargestellte Lage der Eyeboxbereiche Ea und Eb für das linke und rechte Auge in einer senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung liegenden Eyeboxebene E. Für die konkrete Auslegung, wie sie in 1 und 2 zu sehen ist, ergibt sich für jedes Auge eine elliptische Eyebox mit einer Größe von gerade einmal 38 mm x 25 mm. Beide Eyeboxbereiche Ea und Eb sind dabei beispielsweise etwa 60 mm voneinander getrennt, was einem mittleren Augenabstand AA für Menschen entspricht.The described compact arrangement of the two projector units 4a, 4b results in an in 3 Illustrated position of the eyebox areas Ea and Eb for the left and right eye in an eyebox plane E perpendicular to the beam propagation direction. For the specific design, as shown in 1 and 2 As can be seen, each eye has an elliptical eyebox with a size of just 38 mm x 25 mm. The two eyebox areas Ea and Eb are separated from one another by about 60 mm, for example, which corresponds to an average interpupillary distance AA for humans.

Damit der Nutzer diese stark eingegrenzten Eyeboxbereiche Ea und Eb bei seinen Bewegungen nicht verlässt, umfasst die Projektionsanzeigevorrichtung 1 in diesem Beispiel ferner eine Detektionseinrichtung 20 zum Ermitteln von Abweichungen aktueller Nutzeraugenpositionen von den zugehörigen Eyeboxbereichen Ea/Eb sowie eine Eyebox-Tracking-Einrichtung 19 (in 1 nur schematisch angedeutet), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine räumliche Lage der beiden Eyeboxbereiche Ea und Eb den jeweils aktuellen Augenpositionen beider Augen des Nutzers 3 nachzuführen.So that the user does not leave these very limited eyebox areas Ea and Eb during his movements, the projection display device 1 in this example also comprises a detection device 20 for determining deviations of current user eye positions from the associated eyebox areas Ea/Eb and an eyebox tracking device 19 (in 1 only indicated schematically), which is designed and set up to track a spatial position of the two eyebox areas Ea and Eb to the respective current eye positions of both eyes of the user 3 .

Die Projektionsanzeigevorrichtung 1 ist ferner durch den Einsatz einer spezifischen Befestigungseinrichtung 17, die nachfolgend mit Bezug auf 5 bis 12 veranschaulicht wird, zur Einhaltung z. B. folgender Randbedingungen und Anforderungen bei der Integration der in 1 bis 3 skizzierten Visoreinheit (umfassend Projektorsystem 4 und Combinerscheibe 8) im übergeordneten System wie Kraftfahrzeug 14 ausgebildet:

  • - Die Sichtbarkeit des mit der Projektionsanzeigevorrichtung 1 erzeugbaren virtuellen Anzeigebilds, für den Nutzer ist bei der dargestellten optischen Anordnung auf relativ kleine Eyeboxbereiche Ea und Eb in einem Abstand von beispielsweise ca. 3 cm in der X-Richtung von der Combinerscheibe beschränkt (siehe 1-3).
  • - Die Sitzpositionen beispielsweise in der zweiten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs 14 können für unterschiedliche Nutzergrößen und Neigungseinstellungen der Sitzlehnen einen für ein modernes Personenkraftfahrzeug typischen räumlichen Einstellungsbereich wie in 4 abdecken. Wie 4 zeigt, können dabei die Augenpositionen der Nutzer in Z-Richtung beispielsweise um etwa ΔZ=150 mm variieren. Wird die zweite Sitzreihe auch in X-Richtung um beispielsweise etwa 60 mm verfahren und sitzt der Nutzer durch das Verstellen der Lehnenneigung nach hinten zurückgelehnt, so ergibt sich in diesem Beispiel zusätzlich insgesamt ein X-Verstellbereich von etwa ΔX=250 mm und zudem eine durch die Lehnenneigung um bis zu etwa 13° nach oben geschwenkte Blickachse des Nutzers 3. 4 zeigt die entsprechenden äußersten Kopfpositionen des Nutzers 3 in X-Z-Richtung, nämlich vorn oben, vorn unten, hinten oben und hinten unten.
  • - Dabei ist es möglich zu gewährleisten, dass der Nutzer 3 das virtuelle Anzeigebild V (vgl. 12) stets unter einem ergonomischen, entspannten und ermüdungsfreien Blickwinkel betrachtet. In der Literatur findet sich beispielsweise als Richtwert für den entspannten Blickwinkel im Sitzen ein Wert von -15° unterhalb der Horizontalen Blickwinkel von 0° (siehe z.B. Bernard C. Kress; Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets; SPIE Press 2020, S.31). Dieser Blickwinkel kann mit dem hierin vorgeschlagenen Aufbau für alle Sitzpositionen einstellbar sein. Darüber hinaus kann bei Bedarf eine zusätzliche Einstellbarkeit des vertikalen Blickwinkels durch den Nutzer 3 auf seine persönliche Wohlfühlposition in einem insgesamt optimalen Sichtbereich OVZ (Optimal Viewing Zone), der beispielsweise zwischen etwa 0° und etwa -30° liegen kann, implementiert sein.
  • - Wird die Visoreinheit nicht genutzt, so kann bzw. soll sie in eine Storage-Position außerhalb des für den Nutzer 3 im Fahrzeug vorgesehenen Raumbereichs, insbesondere seiner Kopfumgebung, gebracht werden.
  • - Dabei lässt sich insbesondere auch berücksichtigen, dass bei einem Frontalcrash der Nutzer 3 im Fahrzeug nach vorne geschleudert wird und eine Kollision zwischen seinem Kopf und der Visoreinheit ausgeschlossen werden muss. Eine hiermit realisierbare Lösung für die Nutzereinstellung kann bzw. sollte es also ermöglichen, die gesamte Visoreinheit im Crashfall aus dem Kopfbereich bzw. der Trajektorie des Kopfes verschwinden zu lassen.
The projection display device 1 is further through the use of a specific attachment means 17, which will be described below with reference to FIG 5 until 12 is illustrated, to comply with z. B. the following boundary conditions and requirements when integrating the in 1 until 3 outlined visor unit (comprising projector system 4 and combiner disk 8) in the higher-level system such as motor vehicle 14:
  • - The visibility of the virtual display image that can be generated with the projection display device 1 for the user is limited to relatively small eyebox areas Ea and Eb in the illustrated optical arrangement at a distance of, for example, approx. 3 cm in the X-direction from the combiner pane (see 1-3 ).
  • - The seat positions, for example in the second row of seats in motor vehicle 14, can have a spatial adjustment range that is typical for a modern passenger vehicle for different user sizes and inclination settings of the seat backs, as shown in FIG 4 cover. As 4 shows, the user's eye positions can vary in the Z-direction by about ΔZ=150 mm, for example. If the second row of seats is also moved in the X-direction by about 60 mm, for example, and the user sits back leaning back by adjusting the backrest angle, then in this example there is also a total X adjustment range of about ΔX=250 mm and also a through the inclination of the backrest by up to about 13° swiveled line of sight of the user 3. 4 12 shows the corresponding extreme head positions of the user 3 in the XZ direction, namely top front, bottom front, top back and bottom back.
  • - It is possible to ensure that the user 3 sees the virtual display image V (cf. 12 ) is always viewed from an ergonomic, relaxed and fatigue-free point of view. In the literature, for example, a value of -15° below the horizontal viewing angle of 0° can be found as a guide value for the relaxed viewing angle when sitting (see e.g. Bernard C. Kress; Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets; SPIE Press 2020, p.31). With the structure proposed here, this viewing angle can be adjustable for all seating positions. If required, the user 3 can additionally adjust the vertical viewing angle to his personal comfortable position in an overall optimal viewing area OVZ (Optimal Viewing Zone), which can be between approximately 0° and approximately -30°, for example.
  • If the visor unit is not used, it can or should be brought into a storage position outside of the spatial area provided for the user 3 in the vehicle, in particular around his head.
  • - It can also be taken into account, in particular, that the user 3 is thrown forward in the vehicle in the event of a frontal crash and a collision between his head and the visor unit must be ruled out. A solution that can be implemented here for the user setting can or should make it possible for the entire visor unit to disappear from the head area or the trajectory of the head in the event of a crash.

5 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht der Projektionsanzeigevorrichtung 1 einen grundlegenden kinematischen Aufbau von deren Befestigungseinrichtung 17, die unter anderem die oben genannten Anforderungen zu erfüllen vermag. Die Befestigungseinrichtung 17 umfasst hierzu eine beispielsweise im Dachhimmel 16 eines Fahrzeugs 14 (vgl. 12) befestigte Schiene 21, über die eine Translation in X-Richtung zwischen der Storage-Position bis zur hintersten Sitzposition ermöglicht wird. An der Schiene 21 ist über ein erstes Drehgelenk 22 ein Arm 23 befestigt, an dessen anderem Ende über ein zweites Drehgelenk 24 das Projektorsystem 4 befestigt ist. Über den Arm 23 kann das Projektorsystem 4 nach unten geschwenkt werden, um die unterschiedlichen Z-Höhen der Sitzpositionen erreichen zu können. Das Projektorsystem 4 ist dabei von allen Seiten durch ein faltbares Gehäuse 2 geschützt, dessen Funktion weiter unten mit Bezug auf 12 erläutert wird. 5 shows a perspective side view of the projection display device 1, a basic kinematic structure of its attachment device 17, which is able to meet the above requirements, among other things. For this purpose, the fastening device 17 comprises a for example in the headliner 16 of a vehicle 14 (cf. 12 ) attached rail 21, via which a translation in the X-direction between the storage position and the rearmost seat position is made possible. An arm 23 is fastened to the rail 21 via a first swivel joint 22 and the projector system 4 is fastened to the other end thereof via a second swivel joint 24 . The projector system 4 can be pivoted downwards via the arm 23 in order to be able to reach the different Z heights of the seating positions. The projector system 4 is protected from all sides by a foldable housing 2, the function of which is explained below with reference to FIG 12 is explained.

6a-6e zeigen in schematischen Seitenansichten die Projektionsanzeigevorrichtung 1 in deren mittels der Befestigungseinrichtung 17 ermöglichten Storage-Position (6a), bei der die Visoreinheit nicht benutzt wird, sowie in deren einzelnen für den Betrieb ausgelegten Nutzerpositionen (6b-6e), die beispielsweise für die in 4 dargestellten verschiedenen Positionen des Nutzers 3 im Fahrzeug geeignet sind. Um in den Abbildungen die Lage der Eyeboxbereiche Ea/Eb (vgl. 3) zu illustrieren, wurde dabei zusätzlich der Sichtstrahl des Projektorsystems 4 bis zu der Eyeboxebene eingezeichnet. 6a-6e show schematic side views of the projection display device 1 in its storage position made possible by the fastening device 17 ( 6a) , in which the visor unit is not used, as well as in their individual user positions designed for operation ( 6b-6e) , which for example for the in 4 illustrated different positions of the user 3 are suitable in the vehicle. In order to show the position of the eyebox areas Ea/Eb in the figures (cf. 3 ) to illustrate, the line of sight of the projector system 4 was also drawn in up to the eyebox level.

In der Storage-Position gemäß der 6a liegt der Arm 23 in seiner obersten Position quasi parallel zum Dachhimmel 16 (rein symbolisch gestrichelt angedeutet) und bringt damit auch das Projektorsystem 4 in eine Position direkt unter dem Dachhimmel, um so das Projektorsystem 4 bestmöglich aus dem Sichtbereich und vor allem dem Kopfbereich des Nutzers 3 zu fahren. Dabei wird über die Schiene 21 die vorderste Position des ersten Drehgelenks 22 in X-Richtung angefahren.In the storage position according to the 6a the arm 23 is in its uppermost position almost parallel to the headliner 16 (indicated purely symbolically by dashed lines) and thus also brings the projector system 4 into a position directly under the headliner, in order to keep the projector system 4 out of the field of vision and especially the head area of the user as best as possible 3 to drive. The foremost position of the first rotary joint 22 in the X-direction is approached via the rail 21 .

Wie in 6b-6e gezeigt, wird das Projektorsystem 4 für die Anpassung an die in 4 gezeigten maximal verschiedenen Nutzerpositionen über die Schiene 21 in X-Richtung nach hinten (d. h. zum Nutzer 3 hin) gefahren und über den Anstellwinkel des Arms 23 in die jeweils gewünschte Z-Position - angepasst an die Lage der Augen des Nutzers 3 - gebracht.As in 6b-6e shown, the projector system 4 is used to adapt to the in 4 shown maximum different user positions over the rail 21 in the X-direction to the rear (ie toward the user 3) down and over the angle of the arm 23 in the desired Z-position - adjusted to the position of the eyes of the user 3 - brought.

Das zweite Drehgelenk 24, das den Arm 23 mit dem Projektorsystem 4 verbindet, ermöglicht eine Rotation des Projektorsystems 4 um die Y-Achse, um seine Rotation beim Herunterschwenken des Arms 23 auszugleichen. Dieser Ausgleich wurde in den 6b bis 6e bereits berücksichtigt. Gezeigt ist jeweils die Visoreinheit nach der vollzogenen Verstellung, so dass sich in den gezeigten Nutzerpositionen jeweils ein vertikaler Blickwinkel bzw. Look-Down-Winkel von etwa -15° für die Nutzer 3 ergibt. Eine sinnvolle Kopplung der Freiheitsgrade des Arms 23 bzw. des ersten Drehgelenks 22 und des zweiten Drehgelenks 24 und eine Erweiterung hin zu einer Einstellbarkeit der vertikalen Bildlage werden weiter unten diskutiert.The second pivot joint 24, which connects the arm 23 to the projector system 4, allows the projector system 4 to be rotated about the Y-axis in order to compensate for its rotation when the arm 23 is pivoted downwards. This compensation was in the 6b until 6e already taken into account. The visor unit is shown in each case after the adjustment has been completed, so that a vertical viewing angle or look-down angle of approximately -15° results for the user 3 in the user positions shown. A meaningful coupling of the degrees of freedom of the arm 23 or the first pivot joint 22 and the second pivot joint 24 and an extension towards an adjustability of the vertical image position are discussed further below.

In dieser Grundvariante ist keine Y-Translation des Projektorsystems 4 vorgesehen. Diese kann aber zusätzlich vorgesehen sein, würde allerdings zusätzliche Komponenten der Befestigungseinrichtung 17 erfordern.No Y translation of the projector system 4 is provided in this basic variant. However, this can also be provided, although it would require additional components of the fastening device 17 .

Die Ausführung der geschilderten Bewegungen kann auf mehrere Arten und Weisen implementiert sein:

  • - Rein manuell: Der Nutzer 3 kann das Projektorsystem 4 greifen und aus der Storage-Position heraus manuell in X-Richtung nach hinten ziehen und über den Arm 23 in Z-Richtung auf die gewünschte Position ziehen.
  • - Gemischt elektrisch / manuell: Das Projektorsystem 4 kann einen Teil des Weges von der Storage- in die Nutzer-Position rein elektrisch in X und Z über Schiene 21 und Arm 23 verfahren werden, etwa bis eine günstige Position für die manuelle Übernahme erreicht ist. Die Einstellung auf die individuelle Position macht der Nutzer 3 dann rein manuell. Ebenfalls möglich ist alternativ oder zusätzlich, dass der Nutzer 3 das Projektorsystem 4 nur grob auf seine Sitzposition einstellt und eine Feinabstimmung der Eyeboxpositionen dann über eine elektronische Regelung erfolgt, beispielsweise unter Mitverwendung der weiter oben beschriebenen Eyebox-Tracking-Einrichtung 19. Ein solcher Mischbetrieb kann von Vorteil sein, da der Nutzer 3 die Einstellung auf die eigene Kopfposition selbst in der Hand hat und nicht vollständig auf die korrekte Funktion einer elektronischen Regelung vertrauen muss.
  • - Rein elektrisch: Über die Ortung der Kopfposition mit einem geeigneten Kamerasystem kann grundsätzlich auch die Einstellung von Schienenposition und Armkippung über eine elektronische Regelung erfolgen.
The execution of the described movements can be implemented in several ways:
  • - Purely manually: The user 3 can grip the projector system 4 and manually pull it backwards from the storage position in the X direction and pull it over the arm 23 in the Z direction to the desired position.
  • - Mixed electrical / manual: The projector system 4 can be moved part of the way from the storage to the user position purely electrically in X and Z via rail 21 and arm 23, for example until a favorable position for manual takeover is reached. The user 3 then makes the adjustment to the individual position purely manually. Alternatively or additionally, it is also possible for the user 3 to adjust the projector system 4 only roughly to his seating position and then to fine-tune the eyebox positions via electronic control, for example using the eyebox tracking device 19 described above. Such a mixed operation can be used This can be advantageous since the user 3 can adjust the position of his own head himself and does not have to rely entirely on the correct functioning of an electronic control system.
  • - Purely electrical: By locating the head position with a suitable camera system, the rail position and arm tilting can also be adjusted via electronic control.

7a-7c zeigen einige mögliche Varianten der Fahrzeug-Integration der Projektionsanzeigevorrichtung 1, jeweils in einem Schnitt durch die YZ-Ebene des Fahrzeugs vor der zweiten Sitzreihe in einem typischen modernen Personenkraftfahrzeug. Für die oben genannten Elemente der Befestigungseinrichtung 17 und deren Anbindung an das Fahrzeug gibt es mehrere Szenarien in Abhängigkeit von der Gestaltung des Fahrzeugs: 7a-7c show some possible variants of the vehicle integration of the projection display device 1, each in a section through the YZ plane of the vehicle in front of the second row of seats in a typical modern passenger vehicle. There are several scenarios for the above-mentioned elements of the fastening device 17 and their connection to the vehicle, depending on the design of the vehicle:

Anbindung außen -External connection -

Dieses Szenario ist in 7a dargestellt. Die Schiene 21 und der Arm 23 sind in Bezug auf den Insassenraum außen in einem Übergangsbereich 27 zwischen einem Dach 25 und einer Seitentür 26 (nur in 12 angedeutet) des Fahrzeugs angeordnet. Durch die Platzierung in dem Übergangsbereich 27 kann insbesondere eine Kollision mit einem eventuell vorhandenen Panoramadach und/oder einem im Seitentürbereich vorgesehenen Curtain-Airbag vermieden werden. Die Schiene 21 kann beispielsweise am Seitenrahmen 28 der Karosserie angebracht werden. Die Anbindung außen kann beispielsweise besonders gut geeignet sein, wenn:

  • - die Sitzpositionen des Nutzers 3 in Y-Richtung relativ weit außen liegen, so dass keine zusätzliche Y-Translation des Projektorsystems 4 zwischen einer Storage-Position und einer Nutzer-Position erforderlich ist; und/oder
  • - bei Vorhandensein eines Panoramadaches, da in diesem Fall kein Karosserieanbindungspunkt in der Y-Mitte des Fahrzeugs genutzt werden kann.
This scenario is in 7a shown. The track 21 and arm 23 are positioned outwardly with respect to the passenger compartment in a transition area 27 between a roof 25 and a side door 26 (only in 12 indicated) of the vehicle arranged. By placing it in the transition area 27, a collision with a panorama roof that may be present and/or a curtain airbag provided in the area of the side door can be avoided in particular. The rail 21 can be attached to the side frame 28 of the body, for example. The external connection can be particularly suitable, for example, if:
  • - The seating positions of the user 3 are relatively far out in the Y direction, so that no additional Y translation of the projector system 4 between a storage position and a user position is required; and or
  • - if there is a panorama roof, since in this case no body connection point in the Y center of the vehicle can be used.

Anbindung innen -Connection inside -

Dieses Szenario ist in 7b dargestellt. Die Anordnung von Schiene 21, Arm 23 und Projektorsystem 4 samt daran befestigter Combinerscheibe 8 wurde in die Mitte des Fahrzeugs in Bezug auf dessen Querrichtung Y gespiegelt. Diese Anordnung kann beispielsweise besonders gut geeignet sein, wenn:

  • - eine Dachstruktur wie ein Dachspriegel 29 in der Mitte des Fahrzeugs vorhanden ist und damit einen Anbindungspunkt für die Befestigungseinrichtung 17 bietet; und/oder
  • - die Sitzpositionen in Y eher zu Fahrzeugmitte liegen, denn in diesem Fall wäre bei einer Anbindung außen ein relativ großer Weg und damit Hebelarm in Y zwischen dem Arm 23 und dem Projektorsystem 4 zu überwinden.
  • - Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist beispielsweise auch, dass in der Storage-Position das Projektorsystem 4 in der Mitte vorn unter dem Dach 25 verortet ist. In dieser Position ist eine Behinderung des Einstiegs für den Nutzer 3 ins Fahrzeug, was bei der Anbindung außen der Falls gegebenenfalls sein könnte, unwahrscheinlich.
This scenario is in 7b shown. The arrangement of rail 21, arm 23 and projector system 4 together with the combiner disk 8 attached to it was reflected in the center of the vehicle in relation to its transverse direction Y. This arrangement can be particularly suitable, for example, if:
  • - A roof structure such as a roof bow 29 is present in the middle of the vehicle and thus offers a connection point for the fastening device 17; and or
  • - The seat positions in Y are closer to the center of the vehicle, because in this case a relatively large distance and thus a lever arm in Y between the arm 23 and the projector system 4 would have to be overcome with a connection on the outside.
  • A further advantage of this arrangement is, for example, that the projector system 4 is located in the front center under the roof 25 in the storage position. In this position, it is unlikely that the user 3 would be prevented from entering the vehicle, which could possibly be the case when the connection is outside the case.

Beidseitige Anbindung -Connection on both sides -

Dieses Szenario ist in 7c dargestellt: Bei Vorhandensein eines Mittenspriegels 29 kann auch eine beidseitige Anbindung des Projektorsystems 4 an jeweils eine Schiene 21 außen und in der Mitte des Fahrzeugs realisiert sein. Dadurch kann sich insbesondere eine deutlich stabilere mechanische Anbindung ergeben, da das Projektorsystem 4 beidseitig durch je eine Befestigungseinrichtung 17 abgestützt werden kann.This scenario is in 7c shown: If a central bow 29 is present, the projector system 4 can also be connected on both sides to a rail 21 on the outside and in the middle of the vehicle. In particular, this can result in a significantly more stable mechanical connection, since the projector system 4 can be supported on both sides by a fastening device 17 each.

Nachfolgend werden mit Bezug auf 8 bis 11 einige mögliche Konzepte für die Eyebox-Nutzereinstellung und hierzu hilfreiche Kopplung von Freiheitsgraden der Befestigungseinrichtung 17 geschildert.The following are with reference to 8th until 11 some possible concepts for the eyebox user setting and for this helpful coupling of degrees of freedom of the fastening device 17 are described.

Das in 5 gezeigte System bestehend aus der Schiene 21, dem ersten Drehgelenk 22, dem Arm 23, dem zweiten Drehgelenk 24 und dem Projektorsystem 4 hat folgende Freiheitsgrade:

  • - Translation in X-Richtung über die Schiene 21;
  • - Rotation des Arms 23 um eine Y-Achse über das obere, erste Drehgelenk 22. Damit wird ein Herunterschwenken des Arms 23 und des Projektorsystems 4 in Z und dabei auch eine leichte Veränderung der X-Lage der Eyeboxbereiche realisiert;
  • - Rotation des Projektorsystems 4 um das untere, zweite Drehgelenk 24 um eine Y-Achse.
This in 5 The system shown consisting of the rail 21, the first swivel joint 22, the arm 23, the second swivel joint 24 and the projector system 4 has the following degrees of freedom:
  • - Translation in the X direction via the rail 21;
  • - Rotation of the arm 23 about a Y-axis via the upper, first swivel joint 22. This allows the arm 23 and the projector system 4 to be swiveled down in the Z and also slightly changes the X-position of the eyebox areas;
  • - Rotation of the projector system 4 about the lower, second swivel joint 24 about a Y-axis.

Für den Fall einer manuellen Einstellung muss der Nutzer 3 nun diese Freiheitsgrade geeignet kombinieren, um die Eyebox in X-Z auf die Position der Augen zu bringen und dabei einen gewünschten vertikalen Blickwinkel auf das virtuelle Anzeigebild V (vgl. 12) zu erhalten.In the case of a manual setting, the user 3 must now combine these degrees of freedom in a suitable way in order to bring the eyebox in XZ to the position of the eyes and thereby achieve a desired vertical viewing angle on the virtual display image V (cf. 12 ) to obtain.

Durch eine sinnvolle Kopplung und/oder Beschränkung der genannten Freiheitsgrade kann die Einstellung für den Nutzer 3 deutlich komfortabler gestaltet werden. Die einzelnen Varianten werden in Folge beschrieben und können auch zum Teil kombiniert werden.The adjustment for the user 3 can be made significantly more comfortable by a sensible coupling and/or restriction of the stated degrees of freedom. The individual variants are described below and can also be combined in some cases.

Variante 1: Freie VerstellungVariant 1: Free adjustment

Die einfachste Variante ist es, alle Freiheitsgrade für die Einstellung frei zu lassen und dem Nutzer 3 und/oder der geeigneten Elektronik+Motorik die Suche nach der richtigen Kombination zu überlassen. Grundsätzlich kann damit mit der Visoreinheit jede Augenposition angefahren werden und auch der vertikale Blickwinkel kann innerhalb der Grenzen, die durch den Bauraum und die Länge von Schiene 21 und Arm 23 gegeben sind, wie gewünscht eingestellt werden.The simplest variant is to leave all degrees of freedom for the setting free and leave the search for the right combination to the user 3 and/or the appropriate electronics+motor system. In principle, any eye position can be approached with the visor unit and the vertical viewing angle can also be within the limits zen, which are given by the space and the length of rail 21 and arm 23, can be adjusted as desired.

Das manuelle Finden der korrekten Kombination der Freiheitsgrade für die eigene Sitzposition und Wunschbildlage ist allerdings für einen Nutzer 3 ohne Kenntnis der Zusammenhänge nicht unbedingt intuitiv, da die Position der Eyebox (bzw. der zwei Eyeboxbereiche für die Benutzeraugen) von mehreren Freiheitsgraden abhängt und insbesondere die Bildlage des virtuellen Anzeigebilds nicht unabhängig von der Eyeboxlage ist. So kann eine Rotation des Projektorsystems um das erste Drehgelenk dazu führen, dass sich die Z-Lage der Eyebox und gleichzeitig auch die vertikale Bildlage ändern.However, manually finding the correct combination of degrees of freedom for one's own seating position and desired image position is not necessarily intuitive for a user 3 without knowledge of the context, since the position of the eyebox (or the two eyebox areas for the user's eyes) depends on several degrees of freedom and in particular the Image position of the virtual display image is not independent of the eyebox position. A rotation of the projector system around the first rotary joint can result in the Z position of the eyebox and at the same time the vertical image position changing.

Variante 2: Kopplung Armrotation und Rotation des ProjektorsystemsVariant 2: Coupling of arm rotation and rotation of the projector system

8 zeigt links und rechts jeweils in einer Seitenansicht eine mögliche Kopplung der Rotation um das erste Drehgelenk 22 und das zweite Drehgelenk 24, die eine Verbesserung der Einstellung des Systems auf eine geeignete Nutzerposition ergibt. Dabei ist die Kopplung so ausgebildet, dass bei einer Rotation des Arms 23 um das erste Drehgelenk 22 um einen Winkel β das Projektorsystem 4 gleichzeitig um den entgegengesetzten Winkel -β um das zweite Drehgelenk 24 rotiert wird. Auf diese Weise bleibt die Rotation des Projektorsystems 4 und des Sichtstrahls um die Y-Achse unverändert gegenüber der Ausgangslage und ist somit unabhängig von der Rotation des Armes 23 bzw. der Z-Position des Projektorsystems 4. 8th shows a possible coupling of the rotation about the first swivel joint 22 and the second swivel joint 24 in a side view on the left and right, which results in an improvement in the adjustment of the system to a suitable user position. The coupling is designed in such a way that when the arm 23 rotates about the first pivot joint 22 by an angle β, the projector system 4 is simultaneously rotated by the opposite angle -β about the second pivot joint 24 . In this way, the rotation of the projector system 4 and the viewing beam around the Y-axis remains unchanged compared to the initial position and is therefore independent of the rotation of the arm 23 or the Z position of the projector system 4.

Die Ausgangslage der Visoreinheit kann nun beispielsweise werkseitig so gewählt sein, dass ein bevorzugter vertikaler Blickwinkel oder Look-Down-Winkel eingestellt ist, beispielsweise der oben erwähnte Look-Down-Winkel von -15°. Der Nutzer muss sich in diesem Fall beispielsweise bei einer manuellen Einstellung nur noch die X-Lage des Projektorsystems 4 mittels der Schiene 21 und die Z-Lage über den Arm 23 einstellen und hat, sobald er die Augen in der Eyebox hat, einen akzeptablen Look-Down-Winkel.The initial position of the visor unit can now, for example, be selected at the factory in such a way that a preferred vertical viewing angle or look-down angle is set, for example the above-mentioned look-down angle of -15°. In this case, the user only has to set the X position of the projector system 4 using the rail 21 and the Z position using the arm 23 with a manual adjustment, for example, and as soon as he has his eyes in the eyebox, he has an acceptable look -Down angle.

Für die Realisierung dieser Kopplung der beiden Freiheitsgrade gibt es mehrere Möglichkeiten, beispielsweise eine mechanische Kopplung und/oder Kopplung über eine elektronische Steuerung und Motoren in den Drehgelenken 22, 24. Eine einfache Lösung ist die Ausführung des Arms 23 als ein Viergelenk 30, wie in 9 für die gleichen Einstellungen wie in der 8 gezeigt.There are several options for realizing this coupling of the two degrees of freedom, for example a mechanical coupling and/or coupling via an electronic controller and motors in the rotary joints 22, 24. A simple solution is to design the arm 23 as a four-bar linkage 30, as in 9 for the same settings as in the 8th shown.

Variante 3: Kopplung Blickwinkel an X-PositionVariant 3: Coupling the viewing angle to the X position

Wie in 6b-6e gezeigt, ist in den hintersten Sitzpositionen auch eine LehnenNeigung von etwa 13° nach hinten zu berücksichtigen. In diesen Positionen ist es daher sinnvoll, den vertikalen Blickwinkel für die hinteren Positionen entsprechend anzupassen und auch um etwa 13° nach oben zu rotieren. Diese Einstellung bzw. der Nutzer 3 kann nun dadurch unterstützt werden, dass der vertikale Blickwinkel über die Rotation des Projektorsystems 4 um das zweite Drehgelenk 24 automatisch in Abhängigkeit von der X-Position des ersten Drehgelenks 22 auf der Schiene 21 angepasst wird.As in 6b-6e shown, a backrest angle of about 13° backwards must also be taken into account in the rearmost seat positions. In these positions, it makes sense to adjust the vertical viewing angle for the rear positions accordingly and rotate it upwards by about 13°. This setting or the user 3 can now be supported in that the vertical viewing angle is automatically adjusted via the rotation of the projector system 4 about the second swivel joint 24 as a function of the X position of the first swivel joint 22 on the rail 21 .

Nutzt man beispielsweise eine Lösung mit einem Viergelenk 30 wie in Variante 2 beschrieben und in 9 gezeigt, so kann diese Anpassung darüber implementiert sein, dass die Ebene der beiden Rotationsachsen (d.h. Rotationsachse des ersten Drehgelenks 22 und Rotationsachse des zweiten Drehgelenks 24) ab einer bestimmten X-Position auf der Schiene 21 um einen vorbestimmten Winkel -a rotiert wird. Damit würde das Projektorsystem 4 über die Kopplung des Viergelenks 30 um den Winkel a rotiert werden. Dieser Winkel α könnte ab einer bestimmten X-Position diskret geändert werden, um das Projektorsystem 4 an die Lehnenneigung anzupassen. Alternativ könnte auch eine kontinuierliche Anpassung in Abhängigkeit von der X-Position implementiert sein. Zum Beispiel könnte dadurch die Anpassung für die X-Position der vorderen, aufrechten Sitzpositionen a=0° sein und dann kontinuierlich bis zur hintersten X-Lage auf a=13° für die maximale Lehnenneigung angepasst werden.For example, if you use a solution with a four-bar linkage 30 as described in variant 2 and in 9 shown, this adaptation can be implemented by rotating the plane of the two axes of rotation (ie axis of rotation of the first pivot joint 22 and axis of rotation of the second pivot joint 24) from a specific X position on the rail 21 by a predetermined angle -a. The projector system 4 would thus be rotated by the angle a via the coupling of the four-bar linkage 30 . This angle α could be changed discretely from a specific X position in order to adapt the projector system 4 to the inclination of the backrest. Alternatively, a continuous adjustment depending on the X position could also be implemented. For example, the adjustment for the X-position of the front, upright seat positions could be a=0° and then continuously adjusted up to the rearmost X-position to a=13° for the maximum backrest inclination.

Variante 4: Nutzerfreundliche Einstellbarkeit der vertikalen Bildlage (Look-Down-Winkel)Variant 4: User-friendly adjustability of the vertical image position (look-down angle)

Wie in Variante 1 beschrieben, ist eine individuelle Einstellung der vertikalen Bildlage (d.h. eine Höheneinstellung des virtuellen Anzeigebilds V) durch den Nutzer 3 durch die Nutzung der Rotation um das zweite Drehgelenk 24 zwar einfach umzusetzen, aber aufgrund der gleichzeitigen Änderung der Z-Lage der Eyebox wenig intuitiv. Eine Verbesserung oder Erleichterung dieser Nutzereinstellung der Bildlage kann dadurch erreicht werden, dass der Drehpunkt für die Rotation, die eine Änderung der Bildlage erzeugt, so gelegt wird, dass deren Einfluss auf die Eyeboxlage minimal ist.As described in variant 1, an individual adjustment of the vertical image position (i.e. a height adjustment of the virtual display image V) by the user 3 is easy to implement by using the rotation around the second rotary joint 24, but due to the simultaneous change in the Z position of the Eyebox not very intuitive. An improvement or simplification of this user adjustment of the image position can be achieved in that the fulcrum for the rotation, which produces a change in the image position, is placed in such a way that its influence on the eyebox position is minimal.

Wie in 19 in einer Seitenansicht illustriert ist, können die Bildlageeinstellung und die Eyeboxlage entkoppelt werden, wenn der Drehpunkt der Bildlageeinstellung in die Eyeboxmitte gelegt wird. Um den Drehpunkt virtuell in die Eyeboxmitte zu legen, muss das Projektorsystem 4 eine kombinierte Translation in XZ und eine Rotation um Y durchführen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Projektorsystem 4 auf einem Kreisbahnsegment 31, wie in 19 zu sehen ist, geführt wird.As in 19 is illustrated in a side view, the image position adjustment and the eyebox position can be decoupled if the pivot point of the image position adjustment is placed in the center of the eyebox. In order to place the pivot point virtually in the center of the eyebox, the projector system 4 must carry out a combined translation in XZ and a rotation around Y. This can be achieved by having the Projector system 4 on a circular path segment 31, as in 19 can be seen, is guided.

Die Nutzereinstellung würde in diesem Szenario so laufen, dass der Nutzer 3 sich zuerst z. B. über die unter Variante 2 und 3 oben beschriebene Anordnung die Eyebox auf die eigene Augenposition einstellt und die voreingestellte Standard-Bildlage bekommt. Dann könnte der Nutzer 3 über einen weiteren Einstellschritt gemäß 10 die Bildlage durch die Rotation des Projektorsystems 4 um die Eyebox Ea/Eb an seine eigene Wunschlage der Bildhöhe anpassen.In this scenario, the user setting would run in such a way that user 3 first logs in, e.g. B. using the arrangement described under variant 2 and 3 above, the eyebox is set to your own eye position and gets the preset standard image position. Then the user 3 could have a further setting step in accordance with 10 adjust the image position to his own desired position of the image height by rotating the projector system 4 around the eyebox Ea/Eb.

Variante 5: Alternative Einstellung von Bildlage und EyeboxVariant 5: Alternative shot of image position and eyebox

In der vorangegangenen Variante wurde eine Nutzereinstellung in der Reihenfolge 1) Eyebox auf individuelle Augenposition anpassen und dann 2) Anpassung der vertikalen Bildlage des virtuellen Anzeigebilds V an die individuelle Wunschlage durchgeführt.In the previous variant, a user setting was carried out in the order 1) adjusting the eyebox to the individual eye position and then 2) adjusting the vertical image position of the virtual display image V to the individual desired position.

11a-11b zeigt in einer Seitenansicht eine andere mögliche Reihenfolge für die Einstellung, bei welcher der Nutzer 3 nach der Einstellung der X-Position mittels der Schiene 21 sich mittels des Arms 23 die Z-Position des Projektorsystems 4 so einstellt, dass die Z-Lage der Combinerscheibe 8 in Deckung mit der gewünschten vertikalen Lage des Bildes kommt. Dies ist in 11a gezeigt, wobei die gewünschte vertikale Bildlage durch einen Blickrichtungspfeil B angedeutet ist. 11a-11b shows a side view of another possible sequence for the setting, in which the user 3, after setting the X position using the rail 21, uses the arm 23 to set the Z position of the projector system 4 in such a way that the Z position of the combiner disk 8 coincides with the desired vertical position of the image. this is in 11a shown, with the desired vertical image position being indicated by a viewing direction arrow B.

Wie in 11b dargestellt, wird dann abschließend die Z-Lage der Eyebox Ea/Eb eingestellt. Für diesen letzten Schritt ist der Drehpunkt sinnvollerweise in die Mitte der Combinerscheibe 8 gelegt, so dass bei einer Rotation die Lage der Combinerscheibe 8 nicht geändert wird und somit in Deckung mit der gewünschten Bildlage B bleibt. Für die technische Realisierung der Rotation um die Combinerscheibenmitte als virtuellen Drehpunkt bietet sich die in 11b gezeigte Lösung an: Das Projektorsystem 4 macht eine kombinierte Dreh-Translationsbewegung auf einem Kreisbahnsegment 32 um den Visor-Combiner-Mittelpunkt C herum.As in 11b shown, the Z position of the eyebox Ea/Eb is then finally set. For this last step, the pivot point is placed in the middle of the combiner disk 8 so that the position of the combiner disk 8 is not changed during a rotation and thus remains congruent with the desired image position B. The in 11b shown solution: The projector system 4 makes a combined rotation-translation movement on a circular path segment 32 around the visor combiner center C.

Die Bahnkurve 32 kann, wie in 11 a/b schematisch zu sehen ist, in den Bereich des Projektor-Gehäuses 2 (vgl. Beschreibung zur 12) gelegt werden. Eine mögliche Realisierung dieser Bewegung ist beispielsweise über ein in das Projektorsystem 4 integriertes Schienensystem, dass das untere Ende des Arms 23 mit dem Projektorsystem 4 verbindet.The trajectory 32 can, as in 11 a /b can be seen schematically, in the area of the projector housing 2 (see description for 12 ) be placed. A possible implementation of this movement is, for example, via a rail system that is integrated into the projector system 4 and that connects the lower end of the arm 23 to the projector system 4 .

Diese Variante eignet sich sehr gut für eine Teilautomatisierung des Einstellprozesses unter zu Hilfenahme der weiter oben beschriebenen Anordnung mit einer Eyebox-Tracking-Einrichtung 19 (vgl. 1 und die zugehörige Beschreibung). Nach dem sich der Nutzer 3 das Projektorsystem 4 über die Schiene 21 in X-Richtung eingestellt hat und die Combinerscheibe 8 mittels des Arms 23 auf die Wunschbildlage gebracht hat, erfolgt bei dieser Ausgestaltung eine automatische Einstellung der Eyeboxbereiche Ea/b über den oben beschriebenen Freiheitsgrad der Bahnkurve 32. Dabei kann das Projektorsystem 4 beispielsweise motorisch über die Bahnkurve 32 gefahren werden, bis die durch Sensoren der Detektoreinheit 20 detektierte Lage von Eyeboxen und Augen zur Deckung kommen.This variant is very well suited for partial automation of the adjustment process using the arrangement described above with an eyebox tracking device 19 (cf. 1 and the associated description). After the user 3 has adjusted the projector system 4 via the rail 21 in the X-direction and has brought the combiner disk 8 to the desired image position using the arm 23, the eyebox areas Ea/b are automatically adjusted in this embodiment using the degree of freedom described above of the trajectory 32. In this case, the projector system 4 can be driven over the trajectory 32, for example by motor, until the position of eye boxes and eyes detected by sensors of the detector unit 20 coincide.

Nachfolgend werden die einzelnen optischen Elemente der Projektionsanzeigevorrichtung 1 der 1 bis 12 und deren Funktion im Detail beschrieben.The individual optical elements of the projection display device 1 of FIG 1 until 12 and their function is described in detail.

Die Strahlengänge der zwei Projektoreinheiten 4a und 4b kreuzen sich in diesem Beispiel, wie in 1 besonders gut erkennbar ist, vor der Combinerscheibe 8. Deren Reflexionsfläche 9 kann, wie in 1 gezeigt, als ein Konkavspiegel zum Kollimieren der in Richtung des Nutzers 3 reflektierten Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb ausgebildet und in Betriebsstellung der Combinerscheibe 8 angeordnet sein.The beam paths of the two projector units 4a and 4b intersect in this example, as in 1 can be seen particularly well in front of the combiner disk 8. Its reflection surface 9 can, as in 1 shown, configured as a concave mirror for collimating the projection light beam bundles La and Lb reflected in the direction of the user 3 and arranged in the operating position of the combiner disk 8 .

Mit der in diesem Beispiel skizzierten Anordnung lässt sich beispielsweise ein 35°x20° großes virtuelles Anzeigebild V in einer Projektionsentfernung von etwa 2,5 m vor den Augen des Nutzers 3 mithilfe eines Projektorsystems 4 mit einem Volumen von nur etwa 2,5 L erzeugen, was beispielsweise dem Gesamtvolumen des faltbaren Gehäuses 2 der Projektionsanzeigevorrichtung 1 in dessen geschlossenem Zustand entsprechen kann (s. 12 und zugehörige Beschreibung weiter unten). Die resultierende Bildgröße kann dabei insbesondere einem 65-Zoll- bis 70-Zoll-Bildschirm, wie beispielsweise bei einem TV-Flachbildschirm, in 2,5 m Entfernung bei einer vergleichbaren Auflösung entsprechen.With the arrangement outlined in this example, a 35°x20° virtual display image V can be generated at a projection distance of about 2.5 m in front of the eyes of the user 3 using a projector system 4 with a volume of only about 2.5 L, which can correspond, for example, to the total volume of the foldable housing 2 of the projection display device 1 in its closed state (see 12 and related description below). The resulting image size can in particular correspond to a 65-inch to 70-inch screen, such as a flat screen TV, at a distance of 2.5 m with a comparable resolution.

Display: Das in jeder Projektoreinheit 4a/4b vorgesehene Display 10a bzw. 10b zur Erzeugung des vom zugehörigen Projektionslichtstrahlenbündel La/Lb zu transportierenden Anzeigeinhalts kann ein kleines hochauflösendes Display sein, wie es für Smartphones oder AR/VR-Brillen verwendet wird. In der konkret gezeigten Anordnung kann beispielsweise ein 3.5" Display mit >1000ppi zum Einsatz kommen. Als Technologie können neben anderen möglichen Displaytechnologien LCD-Displays oder Micro-Led-Displays besonders geeignet sein, da für eine gute Ablesbarkeit des virtuellen Anzeigebildes V eine hohe Leuchtdichte der Displays 10a/10b erforderlich ist. Das am Display 10a/10b angezeigte Bild kann insbesondere vorverzerrt sein, um etwaige in der weiteren Optik der Projektionsanzeigevorrichtung 1 entstehende Bildverzerrungen zu kompensieren.Display: The display 10a or 10b provided in each projector unit 4a/4b for generating the display content to be transported by the associated projection light beam La/Lb can be a small, high-resolution display such as is used for smartphones or AR/VR glasses. In the arrangement shown, for example, a 3.5" display with >1000ppi can be used. In addition to other possible display technologies, LCD displays or micro-LED displays can be particularly suitable as technology, since good readability of the virtual display image V requires a high luminance of the displays 10a/10b is required. The image displayed on the display 10a/10b can in particular be pre-distorted in order to the additional optics of the projection display device 1 to compensate for image distortions.

Asphärische Projektorlinsen: Das in jeder Projektoreinheit 4a/4b vorgesehene optische Abbildungssystem 12a bzw. 12b umfasst in 1 und 2 jeweils zwei Projektorlinsen, die die Displayanzeige des Displays 10a bzw. 10b auf ein reales Zwischenbild Z in den Bereich des Brennpunkts der Reflexionsfläche 9 der Projektionsscheibe 8 projiziert. Die Projektorlinsen können insbesondere asphärische Oberflächen besitzen, um eine möglichst hohe Bildschärfe zu erreichen. Die für die Projektion erforderliche Brechkraft ist hier auf zwei Projektorlinsen aufgeteilt, um die Bildqualität zu verbessern.Aspherical projector lenses: The optical imaging system 12a or 12b provided in each projector unit 4a/4b includes in 1 and 2 two projector lenses, which project the display of the display 10a or 10b onto a real intermediate image Z in the area of the focal point of the reflection surface 9 of the projection screen 8. In particular, the projector lenses can have aspherical surfaces in order to achieve the highest possible image sharpness. The refractive power required for projection is divided between two projector lenses to improve image quality.

Freiformspiegel: In jeder Projektoreinheit 4a/4b ist im Strahlengang zwischen dem Display 10a/10b und dem optischen Abbildungssystem 12a/12b ein Freiformspiegel 13a/13b vorgesehen. Er verfügt in diesem Beispiel über eine gekrümmte konkave Oberfläche, die zum Ausgleichen der Abbildungsfehler, die später durch die Reflektion an der Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 entstehen können, ausgebildet ist. Alternativ könnte diese Funktion auch durch eine Linse mit Freiformoberflächen realisiert sein.Free-form mirror: A free-form mirror 13a/13b is provided in each projector unit 4a/4b in the beam path between the display 10a/10b and the optical imaging system 12a/12b. In this example, it has a curved, concave surface that is designed to compensate for the aberrations that can later arise as a result of the reflection on the reflective surface 9 of the combiner disk 8 . Alternatively, this function could also be realized by a lens with free-form surfaces.

Umlenkspiegel: Ein im Strahlengang beider Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb zwischen dem Projektorsystem 4 und der Projektionsscheibe 8 geeignet angeordneter Umlenkspiegel 6, der in diesem Beispiel als ein Planspiegel ausgebildet ist, dient der Umlenkung beider Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb aus den oberhalb der Projektionsscheibe 8 angeordneten Projektoreinheiten 4a und 4b in Richtung der Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8. Ohne diesen Umlenkspiegel 6 würde das räumlich kompakte Projektorsystem 4 in den Bereich direkt über dem Kopf des Nutzers wandern.Deflection mirror: A deflection mirror 6 suitably arranged in the beam path of both projection light beams La and Lb between the projector system 4 and the projection screen 8, which in this example is designed as a plane mirror, serves to deflect both projection light beams La and Lb from the projector units 4a arranged above the projection screen 8 and 4b in the direction of the reflection surface 9 of the combiner disk 8. Without this deflection mirror 6, the spatially compact projector system 4 would move into the area directly above the user's head.

Reale Zwischenbilder: Wie insbesondere in 1 gut zu erkennen ist, werden die vom Display 10a/10b ausgehenden Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb durch die Projektoroptik vor die Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 fokussiert. Dort entsteht in diesem Beispiel ein reales Zwischenbild Z, dessen Form und Bildfehler dergestalt sein können, dass die im nächsten Schritt bei der Abbildung durch die Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 entstehenden Fehler gegenkompensieren. Das Bild von linkem und rechtem Kanal sind im vorliegenden Beispiel an dieser Stelle quasi überlagert.Real intermediate images: As in particular in 1 is clearly visible, the projection light beam bundles La and Lb emanating from the display 10a/10b are focused in front of the reflection surface 9 of the combiner disk 8 by the projector optics. In this example, a real intermediate image Z is created there, the shape and image errors of which can be such that the errors occurring in the next step in the imaging through the reflection surface 9 of the combiner disk 8 counter-compensate. The image from the left and right channels are superimposed at this point in the present example.

Visor, d. h. Combinerscheibe 8: Die als ein Visor wirkende Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 ist in diesem Beispiel ein konkav gekrümmter (im Allgemeinen teiltransparenter) Spiegel (Konkavspiegel). Vom Visor werden die nahe seinem Brennpunkt liegenden realen Zwischenbilder Z des linken und rechten Kanals in ein virtuelles Bild V hinter dem Visor abgebildet. Vorteilhaft kann dabei insbesondere eine parabolische Form dieses Konkavspiegels sein. Der Basisradius der parabolischen Reflexionsfläche 9, d. h. deren doppelte Brennweite 2f, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus weiter unten erläuterten Gründen als horizontaler Abstand D der Reflexionsfläche 9 zu den für die Nutzeraugen vorgesehenen Eyeboxbereichen Ea und Eb gewählt.visor, d. H. Combiner disk 8: The reflecting surface 9 of the combiner disk 8 acting as a visor is in this example a concavely curved (generally partially transparent) mirror (concave mirror). The real intermediate images Z of the left and right channels, which are close to its focal point, are mapped by the visor into a virtual image V behind the visor. In particular, a parabolic shape of this concave mirror can be advantageous. The base radius of the parabolic reflecting surface 9, i. H. twice its focal length 2f is selected in the present exemplary embodiment as the horizontal distance D of the reflection surface 9 to the eyebox areas Ea and Eb provided for the user's eyes for reasons explained further below.

Für eine korrekte Funktion und eine möglichst kompakte Anordnung der Projektoroptik können insbesondere nachfolgend erläuterte Verhältnisse von geometrischen Abständen in Relation zu dem Radius der als Konkavspiegel ausgebildeten Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 besonders geeignet oder günstig sein. Konkret für die in 2 gezeigte optische Anordnung sind diese Abhängigkeiten folgendermaßen:

  • Abstand Visor zu Eyeboxebene: Dieser Abstand kann als Startpunkt der Überlegungen gewählt werden. Der horizontale Abstand D der Combinerscheibe 8 zu den Augen des Nutzers ergibt sich im vorliegenden Beispiel als ein Kompromiss aus optischen, ergonomischen und Fahrzeugintegrations-Aspekten. Ist die Combinerscheibe 8 nahe an den Augen, wird die benötigte Combinerscheibenfläche kleiner. Allerdings können sich gegebenenfalls Probleme im Falle eines Crashs ergeben, der Nutzer 3 fühlt sich tendenziell beengt durch die Combinerscheibe 8, und die Faltung des optischen Strahlengangs ist schwieriger, um den Kopf des Nutzers 3 herumzuführen. Große Abstände bedingen hingegen eine größere Combinerscheibenfläche, die wiederum beispielsweise schwerer ins Fahrzeug zu integrieren sein kann. Durch Versuche wurde vorliegend ein horizontaler Abstand D von 280 mm als besonders geeignet festgelegt.
For a correct function and an arrangement of the projector optics that is as compact as possible, the ratios of geometric distances explained below in relation to the radius of the reflecting surface 9 of the combiner disk 8 designed as a concave mirror can be particularly suitable or favorable. Specifically for the in 2 In the optical arrangement shown, these dependencies are as follows:
  • Distance visor to eyebox level: This distance can be chosen as the starting point for the considerations. In the present example, the horizontal distance D of the combiner disk 8 to the eyes of the user is a compromise between optical, ergonomic and vehicle integration aspects. If the combiner disk 8 is close to the eyes, the required combiner disk area becomes smaller. However, problems may arise in the event of a crash, the user 3 tends to feel cramped by the combiner disk 8 and the folding of the optical beam path is more difficult to guide around the head of the user 3 . Larger distances, on the other hand, require a larger combiner disk surface, which in turn can be more difficult to integrate into the vehicle, for example. In tests, a horizontal distance D of 280 mm was determined to be particularly suitable.

Visorradius: Der Radius R (oder Brennweite f=R/2) der als sphärischer oder parabolischer Konkavspiegel ausgebildeten Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 wurde in diesem Beispiel aus nachfolgend erläuterten Gründen gleich dem oben festgelegten horizontalen Abstand D der Combinerscheibe 8 zu den Eyeboxbereichen Ea/Eb gesetzt. Vorliegend wurde daher für die konkave Reflexionsfläche 9 eine Brennweite f=140 mm (oder Visorradius R=280mm) gewählt.Visor radius: In this example, the radius R (or focal length f=R/2) of the reflective surface 9 of the combiner disk 8 designed as a spherical or parabolic concave mirror was equal to the above-specified horizontal distance D of the combiner disk 8 to the eyebox areas Ea/Eb for reasons explained below set. In the present case, therefore, a focal length f=140 mm (or visor radius R=280 mm) was selected for the concave reflection surface 9 .

Lage des realen Zwischenbilds: Die Reflexionsfläche 9 ist optisch ein Konkavspiegel. Um das gewünschte virtuelle Anzeigebild V zu erzeugen, müssen die Projektoreinheiten 4a und 4b jeweils ein reales Zwischenbild Z erzeugen, dass in einem Abstand kleiner oder gleich der Brennweite f des Konkavspiegels vor diesem liegt. In der konkreten Auslegung ist f=140mm.Position of the real intermediate image: The reflection surface 9 is optically a concave mirror. In order to generate the desired virtual display image V, the projector units 4a and 4b must each generate a real intermediate image Z that in one Distance is less than or equal to the focal length f of the concave mirror in front of it. In the concrete design f=140mm.

Optimale Lage der Projektoreinheiten: Die Anforderung ein möglichst kompaktes Projektorsystem 4 zu realisieren kann eine besonders geeignete Lage/Position der letzten Projektorlinse (deren Apertur hierin auch als optischer Ausgang der Projektoreinheit 4a/4b genannt wird) wie folgt bestimmen. Als Faustregel für die relativen Abstände in der Projektionsanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art kann gelten: (Abstand Projektorsystem - Visor) = (Abstand Visor - Eyeboxebene)= Radius Visor. In diesem Fall entsprechen die genannten Abstände der doppelten Brennweite 2f der Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8, es liegt also die Bedingung für eine 2f- oder 1:1 Abbildung vor. Dabei kann man sich vorstellen, dass die Apertur der finalen Projektorlinse am Ausgang der jeweiligen Projektoreinheit 4a/4b in den Eyeboxbereich durch die Reflexionsfläche 9 abgebildet wird. Es zeigt sich, dass bei Erfüllung dieser Bedingung alle Strahlen, die benötigt werden, um die gewünschte Eyeboxbereich-Fläche zu erzeugen, am Ort der letzten Projektorlinse überlagert sind, sodass das Strahlenbündel einen minimalen Querschnitt hat. Damit ist das die optimale Position, um mit einer möglichst kleinen Projektorlinsen-Gruppe einen spezifizierten Eyeboxbereich zu erzeugen.Optimum position of the projector units: The requirement to realize a projector system 4 that is as compact as possible can determine a particularly suitable position of the last projector lens (the aperture of which is also referred to herein as the optical output of the projector unit 4a/4b) as follows. As a rule of thumb for the relative distances in the projection display device 1 of the type presented here: (distance projector system - visor) = (distance visor - eyebox plane) = radius visor. In this case, the distances mentioned correspond to twice the focal length 2f of the reflection surface 9 of the combiner disk 8, so the condition for a 2f or 1:1 image is present. One can imagine that the aperture of the final projector lens at the exit of the respective projector unit 4a/4b is imaged in the eyebox area by the reflection surface 9. It turns out that if this condition is met, all the rays that are required to generate the desired eyebox area are superimposed at the location of the last projector lens, so that the ray bundle has a minimal cross-section. This is the optimal position to create a specified eyebox area with the smallest possible group of projector lenses.

12 zeigt schließlich in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug 14 mit einer in dessen Insassenraum 15 angeordneten kompakten Projektionsanzeigevorrichtung 1 der hierin dargelegten Art, deren Projektorsystem 4 in einem faltbaren Gehäuse 2 untergebracht ist. Die Projektionsanzeigevorrichtung 1 kann insbesondere gemäß 1 bis 11 ausgebildet sein. Deren Darstellung in 12 ist nicht als maßstabsgetreu, sondern als schematisch zu verstehen. 12 Finally, in a greatly simplified schematic representation, shows a motor vehicle 14 with a compact projection display device 1 of the type presented here arranged in its passenger compartment 15, the projector system 4 of which is accommodated in a foldable housing 2. The projection display device 1 can, in particular, according to FIG 1 until 11 be trained. Their representation in 12 is not to scale but to be understood as schematic.

Dabei kann die Combinerscheibe 8 in einem geschlossenen Zustand des faltbaren Gehäuses 2 mit ihrer gesamten Fläche an dessen Bodenseite 7 anliegen oder einen Teil dieser bilden und in dessen in 12 gezeigtem geöffneten Zustand von der Bodenseite 7 zu einem vorbestimmten Anstellwinkel aufklappbar sein, der der Betriebsstellung der Combinerscheibe 8 entspricht. Ferner weist das faltbare Gehäuse 2 eine zu einem vorbestimmten Spiegelabstand d von dem Projektorsystem 4 im Strahlengang der zwei Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb ausfahrbare Spiegelwand 5 mit einem dem Projektorsystem 4 zugewandten Umlenkspiegel 6 auf. Die zwei Projektionslichtstrahlenbündel La und Lb werden durch den Umlenkspiegel 6 in dessen durch den vorbestimmten Spiegelabstand d definierter Betriebsstellung gemäß 12 auf die oben genannte Reflexionsfläche 9 der Combinerscheibe 8 gelenkt, um das virtuelle Anzeigebild V dahinter zu erzeugen.When the foldable housing 2 is closed, the combiner disk 8 can rest with its entire surface on its bottom side 7 or form part of it and in its in 12 shown opened state from the bottom side 7 to a predetermined angle of attack which corresponds to the operating position of the combiner disk 8. Furthermore, the foldable housing 2 has a mirror wall 5 that can be extended to a predetermined mirror distance d from the projector system 4 in the beam path of the two projection light beams La and Lb, with a deflection mirror 6 facing the projector system 4 . The two projection light beams La and Lb are guided by the deflection mirror 6 in its operating position, which is defined by the predetermined mirror distance d 12 directed to the above-mentioned reflection surface 9 of the combiner disk 8 to generate the virtual display image V behind.

In seinem beispielsweise in 6a gezeigten geschlossenen Zustand ist das faltbare Gehäuse 2 räumlich kompakt und kann beispielsweise mit einer Ausgestaltung des optischen Systems gemäß 1 bis 11 ein Volumen von etwa 2,5 L haben, wobei die aufklappbare Combinerscheibe 8 mit ihrer Reflexionsfläche 9 an dessen Bodenseite 7 anliegt und die ausfahrbare Spiegelwand 5 mit dem Umlenkspiegel 6 bis nah oder dicht an den vorderen Projektorlinsen der Projektoreinheiten 4a und 4b eingefahren ist. Auf diese Weise können die gesamten optischen Komponenten der Projektionsanzeigevorrichtung 1 zu betriebsfreien Zeiten insbesondere vollständig im Gehäuse 2 versteckt, verdeckt und mechanisch nach außen geschützt sein. Dies ist für die in 6a gezeigte Storage-Position ausgelegt.In his example in 6a shown closed state, the foldable housing 2 is spatially compact and can, for example, with an embodiment of the optical system according to 1 until 11 have a volume of about 2.5 L, with the reflecting surface 9 of the collapsible combiner pane 8 resting against its bottom side 7 and the extendable mirror wall 5 with the deflection mirror 6 being retracted close to or close to the front projector lenses of the projector units 4a and 4b. In this way, all of the optical components of the projection display device 1 can be completely hidden, covered and mechanically protected from the outside in the housing 2 at non-operational times. This is for the in 6a shown storage position.

Wie in 12 rein beispielhaft schematisch angedeutet, ist der Insassenraum 15 des Kraftfahrzeugs 14 nach oben zumindest teilweise von einem dem Insassenraum 15 zugewandten Dachhimmel 16 des Fahrzeugdachs 25 begrenzt. Das Gehäuse 2 der Projektionsanzeigevorrichtung 1 ist mit dessen Dachseite 11 dem Dachhimmel 16 zugewandt und daran durch die weiter oben beschriebene Befestigungseinrichtung 17 befestigt, die in 5-11, nicht jedoch in 12 im Detail dargestellt ist. Ferner kann im Kraftfahrzeug 14 beispielsweise eine hierin erwähnte Steuerungseinheit 18 vorgesehen sein, die zum elektrischen Ansteuern der Projektionsanzeigevorrichtung 1 zum Ausfahren der Spiegelwand 5 und/oder zum Aufklappen der Projektionsscheibe 8 und insbesondere auch zum Ausführen der hierin beschriebenen automatisierten Funktionalität der Befestigungseinrichtung 17, der Eyebox-Tracking-Einrichtung 19 und der Detektionseinrichtung 20 ausgebildet ist.As in 12 indicated schematically purely by way of example, the passenger compartment 15 of the motor vehicle 14 is delimited at the top at least partially by a headliner 16 of the vehicle roof 25 facing the passenger compartment 15 . The housing 2 of the projection display device 1 has its roof side 11 facing the headliner 16 and is fastened thereto by the fastening device 17 described above, which is shown in FIG 5-11 , but not in 12 is shown in detail. Furthermore, a control unit 18, mentioned herein, can be provided in motor vehicle 14, for example, which is used to electrically control projection display device 1 to extend mirror wall 5 and/or to open projection screen 8 and, in particular, also to carry out the automated functionality of fastening device 17, the eyebox, described herein -Tracking device 19 and the detection device 20 is formed.

BezugszeichenlisteReference List

11
kompakte Projektionsanzeigevorrichtungcompact projection display device
22
faltbares Gehäusefoldable case
33
Nutzeruser
44
Projektorsystemprojector system
4a, 4b4a, 4b
Projektoreinheit für das rechte/linke AugeRight/left eye projector unit
55
ausfahrbare Spiegelwandretractable mirror wall
66
Umlenkspiegeldeflection mirror
77
Bodenseitebottom side
88th
Combinerscheibecombiner disc
99
Reflexionsflächereflection surface
10a, 10b10a, 10b
bildgebendes Displayimaging display
1111
Dachseiteroof side
12a, 12b12a, 12b
optisches Abbildungssystem mit Projektorlinse(n)optical imaging system with projector lens(es)
13a, 13b13a, 13b
Freiformspiegelfree-form mirror
1414
Kraftfahrzeugmotor vehicle
1515
Insassenraumpassenger compartment
1616
Dachhimmelheadliner
1717
Befestigungseinrichtungfastening device
1818
Steuerungseinheitcontrol unit
1919
Eyebox-Tracking-EinrichtungEyebox tracking facility
2020
Detektionseinrichtungdetection device
2121
Schienerail
2222
erstes Drehgelenkfirst pivot
2323
Armpoor
2424
zweites Drehgelenksecond pivot
2525
Dachroof
2626
Seitentürside door
2727
Übergangsbereichtransition area
2828
Seitenrahmenside frame
2929
Dachspriegelroof bow
3030
Viergelenkfour-bar linkage
3131
Kreisbahnsegmentorbit segment
3232
Kreisbahnsegmentorbit segment
VV
virtuelles Anzeigebildvirtual display image
EE
Eyeboxebeneeyebox level
Ea, EbEa, Eb
Eyeboxbereiche für das rechte bzw. linke Auge des BenutzersEyebox areas for the user's right and left eyes respectively
ZZ
reales Zwischenbildreal intermediate image
La, Lbla, lb
Projektionslichtstrahlenbündel für das rechte/linke AugeProjection light beams for the right/left eye
DD
horizontaler Abstandhorizontal distance
di.e
vorbestimmter Spiegelabstandpredetermined mirror spacing
ff
Brennweite der konkaven ReflexionsflächeFocal length of the concave reflecting surface
XYZXYZ
fahrzeugübliches kartesisches KoordinatensystemCartesian coordinate system customary in vehicles
X-ZX-Z
Mittenebene des ProjektorsystemsCenter plane of the projector system
AAaa
Abstand der Eyeboxbereiche voneinander bzw. mittlerer AugenabstandDistance of the eyebox areas from each other or average eye distance
BB
gewünschte vertikale Bildlage des virtuellen Anzeigebildsdesired vertical image position of the virtual display image
OVZOVZ
optimaler Sichtbereich (Optimal Viewing Zone)Optimal viewing area (Optimal Viewing Zone)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017208028 A1 [0004]DE 102017208028 A1 [0004]
  • DE 102017214627 A1 [0005]DE 102017214627 A1 [0005]

Claims (13)

Projektionsanzeigevorrichtung (1) zur Befestigung im Bereich einer Dach- oder Deckenstruktur in einem übergeordneten System, insbesondere an einem Dachhimmel (16) in einem Kraftfahrzeug (14), umfassend: - ein räumlich kompaktes Projektorsystem (4) mit zwei Projektoreinheiten (4a, 4b), die symmetrisch um eine vertikale Mittenebene (X-Z) des Projektorsystems (4) angeordnet und jeweils zum Erzeugen eines nur für ein Nutzerauge bestimmten Projektionslichtstrahlenbündels (La, Lb) mit einem Anzeigeinhalt ausgebildet sind; - eine am Projektorsystem (4) befestigte Combinerscheibe (8), die derart ausgebildet und in einer bezüglich des Projektorsystems (4) definierten Betriebsstellung unterhalb von diesem fixierbar ist, dass jedes der zwei Projektionslichtstrahlenbündel (La, Lb) von der Combinerscheibe (8) zu einem zugehörigen, nur für das entsprechende Nutzerauge bestimmten zweidimensionalen Eyeboxbereich (Ea, Eb) reflektiert wird, sodass hinter der Combinerscheibe (8) ein virtuelles Anzeigebild (V) im Blickfeld des Nutzers (3) entsteht; sowie - eine Befestigungseinrichtung (17), die zur ortsfesten Befestigung und verstellbaren Positionierung des Projektorsystems (4) im übergeordneten System ausgebildet ist und hierzu eine in oder entlang der Dach- oder Deckenstruktur befestigte Schiene (21) und einen nach unten schwenkbaren Arm (23) umfasst, der über ein in der Schiene (21) verfahrbares erstes Drehgelenk (22) mit der Schiene (21) verbunden ist und über ein zweites Drehgelenk (24) mit dem Projektorsystem (4) verbunden ist. Projection display device (1) for attachment in the area of a roof or ceiling structure in a higher-level system, in particular on a headliner (16) in a motor vehicle (14), comprising: - A spatially compact projector system (4) with two projector units (4a, 4b), which are arranged symmetrically around a vertical center plane (X-Z) of the projector system (4) and each for generating a projection light beam (La, Lb) intended only for a user's eye with a display content are formed; - a combiner disk (8) fastened to the projector system (4), which is designed in such a way and can be fixed in a defined operating position below the projector system (4) that each of the two projection light beams (La, Lb) from the combiner disk (8). an associated two-dimensional eyebox area (Ea, Eb) intended only for the corresponding user eye, so that a virtual display image (V) is created behind the combiner pane (8) in the field of vision of the user (3); such as - A fastening device (17) which is designed for the stationary fastening and adjustable positioning of the projector system (4) in the higher-level system and for this purpose comprises a rail (21) fastened in or along the roof or ceiling structure and an arm (23) which can be pivoted downwards , which is connected to the rail (21) via a first swivel joint (22) that can be moved in the rail (21) and is connected to the projector system (4) via a second swivel joint (24). Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der - die Schiene (21) eine Linearschiene ist, die eine erste, insbesondere horizontale, Positionierrichtung (X) des Projektorsystems (4) von und zu dem Nutzer (3) definiert, während der Arm (23) zum Verstellen des Projektorsystems (4) in einer hierzu transversalen zweiten, insbesondere vertikalen, Positionierrichtung (Z) dient; und/oder - Drehachsen (Y) des ersten Drehgelenks (22) und des zweiten Drehgelenks (24) parallel zueinander und senkrecht zu der vertikalen Mittenebene (X-Z) des Projektorsystems (4) sind; und/oder - das erste Drehgelenk (22) an einem Ende und das zweite Drehgelenk (24) an dem entgegengesetzten Ende des Arms (23) angeordnet sind; und/oder - der Arm (23) geradlinig ausgebildet ist; und/oder - die Befestigungseinrichtung (17) ferner zum Verstellen des Projektorsystems (4) in einer dritten Positionierrichtung (Y) ausgebildet ist, die transversal, insbesondere senkrecht, zu der ersten (X) und der zweiten (Z) Positionierrichtung ist.Projection display device (1) after claim 1 , in which - the rail (21) is a linear rail which defines a first, in particular horizontal, positioning direction (X) of the projector system (4) from and to the user (3), while the arm (23) for adjusting the projector system ( 4) serves in a second, in particular vertical, positioning direction (Z) transverse thereto; and/or - axes of rotation (Y) of the first pivot (22) and of the second pivot (24) are parallel to one another and perpendicular to the vertical median plane (XZ) of the projector system (4); and/or - the first pivot (22) being arranged at one end and the second pivot (24) at the opposite end of the arm (23); and/or - the arm (23) is straight; and/or - the fastening device (17) is also designed for adjusting the projector system (4) in a third positioning direction (Y) which is transverse, in particular perpendicular, to the first (X) and the second (Z) positioning direction. Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine gesamte Visoreinheit, die das Projektorsystem (4) und die Combinerscheibe (8) umfasst, mittels der Befestigungseinrichtung (17) manuell und/oder elektrisch verstellbar ist zwischen - einer Storage-Position, in der die gesamte Visoreinheit außerhalb, insbesondere oberhalb, eines für den Kopf des Nutzers (3) vorgesehenen Raumbereichs im übergeordneten System angeordnet ist; und - einer oder mehreren verschiedenen Nutzerpositionen, in denen die Position und Ausrichtung des Projektorsystems (4) und der Combinerscheibe (8) für die Erzeugung des virtuellen Anzeigebilds (V) im Blickfeld des jeweiligen Nutzers (3) ausgelegt sind.Projection display device (1) after claim 1 or 2 , in which an entire visor unit, which includes the projector system (4) and the combiner panel (8), can be manually and/or electrically adjusted by means of the fastening device (17) between - a storage position in which the entire visor unit is outside, in particular above , a spatial area provided for the head of the user (3) is arranged in the superordinate system; and - one or more different user positions in which the position and alignment of the projector system (4) and the combiner disk (8) are designed for the generation of the virtual display image (V) in the field of view of the respective user (3). Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der - in der Storage-Position die Visoreinheit vertikal (Z) in deren obersten Position, insbesondere direkt an oder in der Dach- oder Deckenstruktur des übergeordneten Systems, angeordnet ist durch eine maximal angelehnte, entlanggestreckte und/oder parallele Stellung des Arms (23) bezüglich der Schiene (21); und/oder - in der Storage-Position die Visoreinheit horizontal (X) in deren weitesten Entfernung nach vorn von den beiden Eyeboxbereichen (Ea, Eb) angeordnet ist durch eine vorderste Position des ersten Drehgelenks (22) in der Schiene (21) und eine maximal entlanggestreckte und/oder parallele Stellung des Arms (23) an der Schiene (21) nach vorn; und/oder - in der einen oder den mehreren Nutzerpositionen die Position und Ausrichtung des Projektorsystems (4) und der Combinerscheibe (8) jeweils so ausgelegt sind, dass die Blickrichtung von den Eyeboxbereichen (Ea, Eb) auf das virtuelle Anzeigebild (V) für den jeweiligen Nutzer (3) einen vorbestimmten Look-Down-Winkel von vorzugsweise etwa 15° unter einer horizontalen Blickrichtung ergibt.Projection display device (1) after claim 3 , in which - in the storage position, the visor unit is arranged vertically (Z) in its uppermost position, in particular directly on or in the roof or ceiling structure of the superordinate system, by a maximum leaning, stretched along and/or parallel position of the arm ( 23) relative to the rail (21); and/or - in the storage position, the visor unit is arranged horizontally (X) at its furthest forward distance from the two eyebox areas (Ea, Eb) by a foremost position of the first pivot joint (22) in the rail (21) and a maximally extended and/or parallel position of the arm (23) on the rail (21) forward; and/or - in the one or more user positions, the position and orientation of the projector system (4) and the combiner disc (8) are designed in such a way that the viewing direction from the eyebox areas (Ea, Eb) onto the virtual display image (V) for gives the respective user (3) a predetermined look-down angle of preferably about 15° under a horizontal viewing direction. Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bewegungsfreiheitsgrade des ersten und des zweiten Drehgelenks zur vereinfachten Einstellbarkeit einer jeweils am besten geeigneten Nutzerposition des Projektorsystems (4) und der Combinerscheibe (8) eingeschränkt sind durch - eine derartige Kopplung beider Drehgelenke (22, 24), dass die Rotationen des Arms (23) um das erste Drehgelenk (22) und des Projektorsystems (4) um das zweite Drehgelenk (24) stets in entgegengesetzte Drehrichtungen und um einen betragsgleichen Drehwinkel erfolgen; und/oder - eine zur Kompensation einer Sitzlehnenneigung definierte Kopplung der Position des ersten Drehgelenks (22) entlang der Schiene (21) an die Drehpositionen des ersten und des zweiten Drehgelenks, so dass die Blickrichtung von den Eyeboxbereichen (Ea, Eb) auf das virtuelle Anzeigebild (V) für den Nutzer (3) einen vorbestimmten von der Sitzlehnenneigung abhängigen Look-Down-Winkel unter der horizontalen Blickrichtung ergibt; und/oder - eine zur separaten Höheneinstellung des virtuellen Anzeigebilds (V) derart ausgelegte Kopplung der Bewegungen des ersten Drehgelenks (22) und des zweiten Drehgelenks (24), dass sich das Projektorsystem (4) dabei auf einem Kreisbahnsegment (31) um eine gleich bleibende Höhe der Eyeboxbereiche (Ea, Eb) bewegt; und/oder - eine zur separaten Höheneinstellung der Eyeboxbereiche (Ea, Eb) derart ausgelegte Kopplung der Bewegungen des ersten Drehgelenks und des zweiten Drehgelenks, dass sich die Lage der Eyeboxbereiche (Ea, Eb) dabei auf einem Kreisbahnsegment (32) um eine gleich bleibende Höhe der Combinerscheibe (8) in deren Betriebsstellung bewegt.Projection display device (1) according to one of the preceding claims, in which the degrees of freedom of movement of the first and of the second rotary joint are restricted for simplified adjustability of a respectively most suitable user position of the projector system (4) and the combiner disk (8) by - such a coupling of both rotary joints ( 22, 24) that the rotations of the arm (23) around the first swivel joint (22) and of the projector system (4) around the second swivel joint (24) always take place in opposite directions of rotation and at an angle of rotation of the same absolute value; and/or - a coupling of the position of the first pivot joint (22) along the rail (21) to the pivot positions of the first and second pivot joint, defined to compensate for a seat back inclination, so that the line of sight from the eyebox areas (Ea, Eb) on the virtual display image (V) for the user (3) results in a predetermined look-down angle dependent on the inclination of the seat back under the horizontal viewing direction; and/or - a coupling of the movements of the first rotary joint (22) and the second rotary joint (24) designed for separate height adjustment of the virtual display image (V) in such a way that the projector system (4) moves on a circular path segment (31) by an equal fixed height of eyebox areas (Ea, Eb) moved; and/or - a coupling of the movements of the first rotary joint and the second rotary joint designed for separate height adjustment of the eyebox areas (Ea, Eb) in such a way that the position of the eyebox areas (Ea, Eb) on a circular path segment (32) changes by a constant Height of the combiner disc (8) moved to its operating position. Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - eine Detektionseinrichtung (20), die einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen eines die Eyeboxbereiche (Ea, Eb) enthaltenden Raumbereichs aufweist und zum Ermitteln aktueller Nutzeraugenpositionen aus einem von diesen Sensoren erfassten Nutzerbild sowie zum Ermitteln von Abweichungen der aktuellen Nutzeraugenpositionen von den zugehörigen Eyeboxbereichen (Ea, Eb) ausgebildet ist; - und vorzugsweise ferner eine Eyebox-Tracking-Einrichtung (19), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine räumliche Lage der beiden Eyeboxbereiche (Ea, Eb) den jeweils aktuellen Nutzeraugenpositionen in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen nachzuführen, indem eine gesamte Visoreinheit, die das Projektorsystem (4) und die Combinerscheibe (8) umfasst, in einer, zwei oder allen drei Raumdimensionen im übergeordneten System bewegt wird und/oder indem die Projektoreinheiten (4a, 4b) zusammen und/oder relativ zueinander im Projektorsystem (4) bewegt werden und/oder indem die Combinerscheibe (8) relativ zum Projektorsystem (4) bewegt wird.Projection display device (1) according to any one of the preceding claims, further comprising: - a detection device (20), which has one or more sensors for detecting a spatial region containing the eyebox regions (Ea, Eb) and for determining current user eye positions from a user image detected by these sensors and for determining deviations of the current user eye positions from the associated eyebox regions ( Ea, Eb) is formed; - and preferably also an eyebox tracking device (19), which is designed and set up to track a spatial position of the two eyebox areas (Ea, Eb) to the respective current user eye positions depending on the deviations determined by an entire visor unit, the the projector system (4) and the combiner disk (8), is moved in one, two or all three spatial dimensions in the higher-level system and/or by the projector units (4a, 4b) being moved together and/or relative to one another in the projector system (4). and/or by moving the combiner disk (8) relative to the projector system (4). Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend: - eine oder mehrere Markierungslichtquellen, insbesondere LEDs, die derart ausgebildet und in den Projektoreinheiten (4a, 4b) angeordnet sind, dass deren Markierungslicht-Strahlenbündel durch die Optik der Visoreinheit in die Eyeboxbereiche (Ea, Eb), vorzugsweise in deren jeweiligen Randbereich, zur Markierung der Eyeboxbereiche (Ea, Eb) in dem von den Sensoren erfassten Nutzerbild gerichtet, insbesondere fokussiert, werden; und - die Detektionseinrichtung (20) zusätzlich zum Ermitteln einer jeweils aktuellen Lage der beiden Eyeboxbereiche anhand dieser Markierung und zur Verwendung des Ergebnisses bei der Ermittlung der Abweichungen der Nutzeraugenpositionen von den Eyeboxbereichen (Ea, Eb) ausgebildet ist.Projection display device (1) after claim 6 , further comprising: - one or more marking light sources, in particular LEDs, which are designed and arranged in the projector units (4a, 4b) in such a way that their marking light beams are projected through the optics of the visor unit into the eyebox areas (Ea, Eb), preferably in their respective edge area, for marking the eyebox areas (Ea, Eb) in the user image detected by the sensors, in particular focused; and - the detection device (20) is additionally designed to determine a current position of the two eyebox areas based on this marking and to use the result to determine the deviations of the user's eye positions from the eyebox areas (Ea, Eb). Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - eine Nutzerseitige Reflexionsfläche (9) der Combinerscheibe (8) in deren Betriebsstellung einen um die vertikale Mittenebene (X-Z) symmetrischen, insbesondere parabolischen, Konkavspiegel darstellt, der zum zumindest teilweisen Kollimieren beider Projektionslichtstrahlenbündel (La, Lb) ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Combinerscheibe (8) für das rückseitig einfallende Umgebungslicht insbesondere zumindest teilweise transparent ist; und - in der Betriebsstellung der Combinerscheibe (8) die optische Weglänge des jeweiligen Projektionslichtstrahlenbündels (La, Lb) zwischen einem optischen Ausgang der zugehörigen Projektoreinheit (4a, 4b) und dem Konkavspiegel und/oder zwischen dem Konkavspiegel und dem zugehörigen Eyeboxbereich (Ea, Eb) jeweils etwa eine doppelte Brennweite (f) des Konkavspiegels beträgt.Projection display device (1) according to any one of the preceding claims, wherein - a user-side reflection surface (9) of the combiner disk (8) in its operating position represents a concave mirror that is symmetrical about the vertical center plane (X-Z), in particular parabolic, which is designed and arranged for at least partially collimating the two projection light beams (La, Lb), the combiner pane (8) is in particular at least partially transparent for the ambient light incident on the rear; and - In the operating position of the combiner disk (8), the optical path length of the respective projection light beam (La, Lb) between an optical output of the associated projector unit (4a, 4b) and the concave mirror and/or between the concave mirror and the associated eyebox area (Ea, Eb) is approximately twice the focal length (f) of the concave mirror. Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Projektoreinheit (4a, 4b) ein Display (10a, 10b) zur Erzeugung des vom zugehörigen Projektionslichtstrahlenbündel (La, Lb) zu transportierenden Anzeigeinhalts sowie ein optisches Abbildungssystem (12a, 12b) aufweist, das zum Abbilden dieses Anzeigeinhalts in ein reales Zwischenbild (Z), das im Strahlengang des Projektionslichtstrahlenbündels (La, Lb) zwischen dem Projektorsystem (4) und der Combinerscheibe (8) in deren Betriebsstellung erzeugt wird, ausgebildet ist.Projection display device (1) according to one of the preceding claims, in which each projector unit (4a, 4b) has a display (10a, 10b) for generating the display content to be transported by the associated projection light beam (La, Lb) and an optical imaging system (12a, 12b). that is designed to map this display content into a real intermediate image (Z) that is generated in the beam path of the projection light beam (La, Lb) between the projector system (4) and the combiner disk (8) in its operating position. Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - ein faltbares Gehäuse (2), in dem das Projektorsystem (4) untergebracht ist, wobei das Gehäuse (2) in dessen geschlossenem Zustand räumlich kompakt ist und das Projektorsystem (4) umgibt, insbesondere von allen Seiten umschließend, wobei - die Combinerscheibe (8) im geschlossenen Zustand des Gehäuses (2) mit ihrer gesamten Fläche an dessen Bodenseite (7) anliegt oder einen Teil dieser bildet und von der Bodenseite (7) zu einem vorbestimmten Anstellwinkel aufklappbar ist, der der Betriebsstellung der Combinerscheibe (8) entspricht, und/oder - das Gehäuse (2) eine zu einem vorbestimmten Spiegelabstand (d) von dem Projektorsystem (4) im Strahlengang der zwei Projektionslichtstrahlenbündel (La, Lb) ausfahrbare Spiegelwand (5) mit einem dem Projektorsystem (4) zugewandten Umlenkspiegel (6) aufweist, wobei die zwei Projektionslichtstrahlenbündel (La, Lb) durch den Umlenkspiegel (6) in dessen durch den vorbestimmten Spiegelabstand (d) definierter Betriebsstellung auf eine Reflexionsfläche (9) der Combinerscheibe (8) gelenkt werden, um das genannte virtuelle Anzeigebild (V) dahinter zu erzeugen.Projection display device (1) according to one of the preceding claims, further comprising: - a foldable housing (2) in which the projector system (4) is accommodated, the housing (2) being spatially compact in its closed state and the projector system (4) surrounds, in particular enclosing from all sides, whereby - when the housing (2) is in the closed state, the combiner disk (8) rests with its entire surface on its bottom side (7) or forms part of it and from the bottom side (7) at a predetermined angle of attack which corresponds to the operating position of the combiner disc (8), and/or - the housing (2) has a mirror wall (5 ) having a deflection mirror (6) facing the projector system (4), the two projection light beams (La, Lb) passing through the deflection mirror (6) in the latter the predetermined mirror distance (d) defined operating position a reflecting surface (9) of the combiner disc (8) to generate said virtual display image (V) behind it. Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug (14), umfassend: - einen Insassenraum (15), der nach oben zumindest teilweise von einem dem Insassenraum (15) zugewandten Dachhimmel (16) begrenzt ist; und - eine Projektionsanzeigevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, die am Dachhimmel (16), insbesondere mit einer von der Bodenseite (7) abgewandten Dachseite (11) des faltbaren Gehäuses (2), befestigt ist.Vehicle, in particular a motor vehicle (14), comprising: - a passenger compartment (15) which is delimited at the top at least partially by a roof liner (16) facing the passenger compartment (15); and - a projection display device (1) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 10 which is attached to the headliner (16), in particular with a roof side (11) of the foldable housing (2) facing away from the bottom side (7). Fahrzeug nach Anspruch 11, bei dem - der Insassenraum (15) seitlich durch einen Seitenrahmen (28) der Karosserie mit einer daran befestigten Seitentür (26) begrenzt ist, und die Schiene (21) in einem Übergangsbereich (27) zwischen dem Dachhimmel (16) und der Seitentür (26) angeordnet, insbesondere an dem Seitenrahmen (28) befestigt, ist; und/oder - das Dach (25) des Fahrzeugs mittig oder in einem mittleren Bereich in Bezug auf eine Fahrzeugquerrichtung (Y) eine feste Dachstruktur, insbesondere einen in Fahrzeuglängsrichtung (X) oder in Fahrzeugquerrichtung (Y) verlaufenden Dachspriegel (29), aufweist, und die Schiene (21) in oder an dieser Dachstruktur befestigt ist.vehicle after claim 11 , in which - the passenger compartment (15) is delimited laterally by a side frame (28) of the body with a side door (26) attached thereto, and the rail (21) in a transition region (27) between the headliner (16) and the side door (26) arranged, in particular attached to the side frame (28); and/or - the roof (25) of the vehicle has a fixed roof structure, in particular a roof bow (29) running in the vehicle longitudinal direction (X) or in the vehicle transverse direction (Y), in the center or in a central area with respect to a vehicle transverse direction (Y), and the rail (21) is fixed in or on said roof structure. Fahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, bei dem - die Schiene (21) sich im Wesentlichen in einer Fahrzeuglängsrichtung (X) erstreckt; und - der Arm (23) im Wesentlichen in einer durch die Fahrzeuglängsrichtung (X) und durch eine Fahrzeughochrichtung (Z) aufgespannten Ebene (X-Z) schwenkbar ist und dabei vorzugsweise stets zumindest teilweise in Fahrzeuglängsrichtung (X) nach vorn gerichtet ist.vehicle after claim 11 or 12 , in which - the rail (21) extends essentially in a vehicle longitudinal direction (X); and - the arm (23) can be pivoted essentially in a plane (XZ) spanned by the vehicle longitudinal direction (X) and by a vehicle vertical direction (Z) and is preferably always at least partially forward in the vehicle longitudinal direction (X).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022126801A1 (en) 2022-10-13 2024-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Motor vehicle with a display unit
DE102022127890A1 (en) 2022-10-21 2024-05-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System for displaying information in a vehicle using LED elements integrated in a glass surface

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160062117A1 (en) 2013-04-01 2016-03-03 Pioneer Corporation Virtual image display device
DE102017208028A1 (en) 2017-05-12 2018-11-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Display system for a motor vehicle
DE102017214627A1 (en) 2017-08-22 2019-02-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Head-up display system for vehicles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160062117A1 (en) 2013-04-01 2016-03-03 Pioneer Corporation Virtual image display device
DE102017208028A1 (en) 2017-05-12 2018-11-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Display system for a motor vehicle
DE102017214627A1 (en) 2017-08-22 2019-02-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Head-up display system for vehicles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022126801A1 (en) 2022-10-13 2024-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Motor vehicle with a display unit
DE102022127890A1 (en) 2022-10-21 2024-05-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System for displaying information in a vehicle using LED elements integrated in a glass surface

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