DE10224016A1

DE10224016A1 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE10224016A1
Application number: DE2002124016
Authority: DE
Inventors: Juergen Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-18
Also published as: WO2003102666A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors und einer zumindest teilspiegelnden Fläche virtuelle Bilder erzeugt. Der Projektor weist eine optische Einrichtung (100) auf, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt. Die Anzeigevorrichtung eignet sich bevorzugt für Kfz-Anzeigevorrichtungen, bei denen dem Fahrer außerhalb des Kfz vor der Windschutzscheibe virtuelle Bilder eingespielt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, insbesondere eine Kfz-Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors und einer zumindest teilspiegelnden Fläche virtuelle Bilder erzeugt.

Eine derartige Anzeigevorrichtung ist beispielsweise in der Presseinformation "Für die Fach- und Wirtschaftspresse" Frankfurt/Main vom 11. September 2001, Information SV 200 109.001d, herausgegeben von Siemens VDO Automotive AG, beschrieben.

Hierin ist eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der unter einer schräg gestellten teilspiegelnden, transparenten Fläche (auch kurz Kombiner genannt), ein Projektor angeordnet ist. Der Projektor weist eine Lichtquelle, ein durchleuchtbares Display und eine den Strahlengang formende optischen Linse auf und erzeugt im Auge des Betrachters ein fixes virtuelles Bild im Fahrzeugfrontbereich.

Es handelt sich dabei um ein frei programmierbares Farbdisplay. Zwischen der Lichtquelle und einem Display, welches als ein Thin-Film-Transistor (TFT)-Display zur Farbbilderzeugung ausgeführt sein kann, ist ein Reflektor geschaltet sein. Auf dem Weg zur Windschutzscheibe werden die Lichtstrahlen, danach über mehrere Spiegel gelenkt, die dazu dienen, die Krümmung der Windschutzscheibe auszugleichen. Einer dieser Spiegel ist drehbar, wodurch die Einblendung in der Frontscheibe an die Fahrersitzposition angepaßt werden kann. Der Fahrer sieht das Bild nicht an der Glasoberfläche, sondern in etwa zwei Meter Abstand frei schwebend über der Motorhaube. Die Lichtquelle ist sehr lichtstark und wird über einen Helligkeitssensor gesteuert. Größe und Umfang der dargestellten Informationen sind frei wählbar.

Dazu wird eine Anzahl von Reflektoren und Spiegeln benötigt, die notwendigerweise aufeinander abgestimmt werden müssen, was sehr aufwändig ist.

Aus der Internetseite http:/ / www.conceptsecurite.renault.fr/demain/dinxc6.htm ist mit Stand 07.05.2002 ein Head-Up Display bekannt, welches einem Autofahrer mehr Informationen bei unbeeinträchtigter Aufmerksamkeit bereitstellt. Dieses System ist der Flugzeugtechnik entlehnt und soll die Verkehrssicherheit erhöhen. Es werden Informationen an eine dynamische Anzeigevorrichtung wie beispielsweise einen Videobildschirm oder einen Flüssigkristallbildschirm übertragen, die sich im Armaturenbrett befindet. Das Bildschirmbild wird dann auf die Windschutzscheibe in Augenhöhe des Fahrers projiziert. Die Windschutzscheibe kann mit einer halbreflektierenden Schicht überzogen sein.

Diese Anordnungen erzeugen lediglich ein zweidimensionales Bild, wodurch allein die Darstellung von ebenen Flächen, Strichen und Buchstaben ermöglicht wird.

Bekannt ist weiterhin die Möglichkeit der Erzeugung einer dreidimensionalen Abbildung mittels einer sogenannten Shutterbrille. Die Brille versorgt das linke und das rechte Auge abwechselnd mit Bildsequenzen.

Weiterhin ist aus Bild der Wissenschaft 4/2001, Seiten 104 und 105 ein Autostereoskopie-Verfahren für Film und Fernsehen bekannt, bei dem ein Filter auf dem Flachbildschirm Bildpunkten vorschreibt, in welcher Richtung die Lichtwellen sich ausbreiten sollen. Das rechte Auge sieht eine andere Perspektive als das linke - ein dreidimensionales Bild entsteht.

Solche Verfahren sind für mehrere Betrachter konzipiert, die von einer beliebigen Position aus auf einen Bildschirm schauen und dabei den 3-D Effekt wahrnehmen. Dies wird durch die Bereitstellung einer ausreichenden Anzahl von Kameraperspektiven gewährleistet, was allerdings technisch sehr aufwändig ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit der auf technisch möglichst einfache Weise dreidimensionale virtuelle Bilder erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Zusätzliche Merkmale von Weiterbildungen, bevorzugten Anwendungen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 angegeben.

Die Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Projektor mit einer optischen Einrichtung auf, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt. Bei einer autostereoskopischen Strahllenkung wird die Ausbreitung des Lichtes unterschiedlicher Bildinhalte getrennt und räumlich versetzt weitergeleitet. Dieser Vorgang erfolgt vorliegend vorzugsweise durch eine entsprechende optische Einheit, die zwischen einer bildgebenden Einrichtung (Display) und einer strahlformenden Linse angeordnet ist. Mit Hilfe der stereoskopischen Strahllenkung wird für den Beobachter ein dreidimensionales Bild erzeugt.

Vorzugsweise ist innerhalb der optischen Einrichtung eine bevorzugt durchstrahlbare bildgebende Einrichtung vorgesehen, die Bildinformationen z. B. alternierend, bevorzugt zeilenweise oder spaltenweise alternierend darstellt. Die bildgebende Einrichtung (5) kann als Digital-Mirror-Device (DMD), als Flüssigkristallanzeige, als Thin-Film-Transistor-display, als Plasma Display, als FED (Separat ansteuerbare Elektronenkanonen-Anordnung), als ELD (Elektrolumineszenzdisplay) oder als OLED-Display ausgebildet sein. Das Display erzeugt dabei Bildinformationen für das linke und das rechte Auge.

Zudem weist die optische Einrichtung im weiteren Strahlenverlauf bevorzugt eine Filtermaske und ein Prismenglas auf, wobei die Filtermaske derart ausgebildet ist, dass die Bildinformationen für das rechte und linke Auge eines Beobachters getrennt versetzt das Prismenglas erreichen. D. h. die Filtermaske sorgt für eine klare Trennung der Bildinformationen für das linke und das rechte Auge und bereitet damit die Strahlen für das Prismenglas derart vor, dass insbesondere kein Übersprechen bzw. Überzeichnen entsteht. Das Prismenglas formt den Stahlengang derart, dass ein dem Augenabstand des Beobachters entsprechender Spreizwinkel zwischen Lichtstrahlen der getrennten Bildinformationen entsteht. Ein Beispiel für eine geeignete Filtermaske ist in Verbindung mit Fig. 1 mit der Maske 6 angegeben. Eine Maske 6 kann dabei solche Spalten als auch Zeilen voneinander abgrenzen. Die Prismengeometrien sind der jeweiligen Anzeigenaufgabe anzupassen. Demnach können auch Mikrolinsen bzw. Mikroprismen Verwendung finden. Zur Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander können auch optische Berechnungen durchgeführt werden.

Das Prismenglas kann auf einer als trennendes Element dienenden Maske aufgebracht sein. Die Maske selber grenzt an einer als Träger dienenden Glasscheibe an. Dieses Glas kann optische Korrekturschichten - z. B. in Form von Folien - aufweisen und kann damit optische Verzeichnungen entzerren.

Der optischen Einrichtung ist in Strahlungsausbreitungsrichtung vorzugsweise eine Bildprojektionsoptik nachgeordnet, die eine Größenänderung der Bildinformation bewirkt.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist als Kombiner ein zumindest teilspiegelndes Medium, beispielsweise eine Glasscheibe vorgesehen, das Lichtstrahlen der Bildinformationen in ein Sichtfeld eines Betrachters lenkt.

Um den Abstand zwischen den virtuellen Bildern und dem Betrachter variabel zu gestalten, ist bei der Anzeigevorrichtung vorzugsweise der Abstand zwischen der optischen Einrichtung und der Bildprojektionsoptik oder die Brennweite der Bildprojektionsoptik verstellbar.

Bei einer weiterhin besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Anzeigevorrichtung nur eine einzige Lichtquelle, vorzugsweise eine Leuchtdiode oder eine Leuchtdiodenmatrix, und eine einzige bildgebende Einrichtung. Dadurch können vorteilhafterweise der technische Aufwand und die Herstellungskosten gering gehalten werden.

Bevorzugt eignet sich die Anzeigevorrichtung als Kfz-Anzeigevorrichtung die viruelle Abbildungen erzeugt, die für den Betrachter außerhalb des Fahrzeugs vor der Windschutzscheibe erscheinen. Der Fahrer braucht dann, um die Abbildungen zu betrachten, vorteilhafterweise seinen Blick nicht von der Fahrtrichtung abzuwenden. Vorzugsweise wird bei einer solchen Anzeigevorrichtung als das zumindest teilspiegelnde Medium ein Teilbereich der Windschutzscheibe des Kfz verwendet.

Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung ergeben sich aus dem im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Projektors des Ausführungsbeispieles und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anwendung des Ausführungsbeispieles als Kfz-Anzeigevorrichtung.
Fig. 3 eine Übersicht über einschlägige Displaytechnologien mit denen eine Anzeige bzw. ein Display als Bild gebende Einrichtung realisiert werden kann.
Der in Fig. 1 gezeigte Projektor hat am Anfang seines Projektionsstrahlenganges eine Leuchtdioden(LED)-Lichtquelle 2, die eine einzige LED oder eine LED-Matrix aufweist und die mittels eines Kühlers 1 auf Betriebstemperatur gehalten wird.
Der LED-Lichtquelle 2 ist ein Diffusor 3 nachgeordnet, der für eine homogene Mischung und Verteilung des Lichtes sorgt. Nach dem Diffusor folgt im Strahlengang ein Kollimator 4, der dafür sorgt, dass das gemischte und verteilte Licht annähernd parallel auf ein nachgeordnetes transmissives Display 5 geworfen wird.
Das Display stellt die aus mindestens zwei Bildteilen bestehende optische Information eines Bildes spaltenförmig 7 alternierend dar. Eine Maske 6 grenzt die Spalten voneinander ab, so dass die Bildinformationen für das rechte und linke Auge getrennt versetzt ein der Maske 6 nachgeordnetes Prismenglas 8 erreichen.
Das Prismenglas 8 formt den Strahlengang 9 so, dass ein dem Augenabstand eines Betrachters entsprechender Spreizwinkel α zwischen dem Lichtstrahl der beiden Displaybilder entsteht. Eine Linsenoptik 10, die im Strahlengang auf das Prismenglas 8 folgt, projiziert das Bild und gleicht chromatische und optisch geometrische Verzerrungen aus. Alle vorgenannten Komponenten 1 bis 10 werden von einem Komponententräger 11 stoß- und verzugssicher gehalten.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Kfz-Anzeigevorrichtung treffen die räumlich gespreizten Lichtstrahlen beider Bildteile nach Verlassen eines Projektors gemäß Fig. 1 auf die Windschutzscheibe, die hier als Kombiner 13 fungiert. Von dort aus werden die Lichtstrahlen in die Augen eines Betrachters 14, beispielsweise des Fahrzeuglenkers gelenkt. Der Betrachter sieht dann ein dreidimensionales virtuelles Bild 15 in definierter Entfernung beispielsweise außerhalb des Kfz über dessen Motorhaube.
Die Einstellung der Entfernung des virtuellen Bildes vom Betrachter erfolgt durch eine manuelle oder motorische Verstellung des Abstandes zwischen dem Prismenglas 8 und der Linsenoptik 10, oder durch die Variation der Brennweite der Linsenoptik 10.
Gemäß Fig. 3 kann die bildgebende Einrichtung (5) als Digital-Mirror-Device (DMD), als Flüssigkristallanzeige, als Thin-Film-Transistor-display, als Plasma-Display, als FED (Separat ansteuerbare Elektronenkanonen), als ELD (Elektrolumineszenz-Display), als OLED-Display verwirklicht werden. Die Auswahl kann entsprechend der geforderten Sehaufgabe erfolgen.
Es können ein- oder mehrfarbige Bilder erzeugt werden. Beispielsweise ist eine Lichtquelle mit einem TFT-Display kombiniert, wobei durch die Lichtquelle eine Lichtstärke von bis zu 500.000 Candela erzeugt wird. Die Lichtstärke kann beispielsweise mittels eines Lichtsensors überwacht werden.
Die Beschreibung der Erfindung an Hand des Ausführungsbeispieles ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf dieses zu verstehen. Eine Anzeigevorrichtung macht vielmehr bereits von der erfindungsgemäßen technischen Lehre Gebrauch, sobald darin eine autostereoskopische Strahllenkung zur Erzeugung von virtuellen Bildern verwendet ist.

Claims

1. Anzeigevorrichtung, insbesondere Kfz-Anzeigevorrichtung, die mittels eines Projektors (12) und einer zumindest teilspiegelnden Fläche (13) virtuelle Bilder (15) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektor eine optische Einrichtung (100) aufweist, in der eine autostereoskopische Strahllenkung erfolgt.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der optischen Einrichtung (100) eine bildgebende Einrichtung (5) vorgesehen ist, die Bildinformationen alternierend darstellt.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Einrichtung (5) die Bildinformationen zeilenförmig oder spaltenförmig alternierend darstellt.

4. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (100) eine Filtermaske (6) und ein Prismenglas (8) aufweist,. wobei die Filtermaske (6) derart ausgebildet ist, dass die Bildinformationen für das rechte und linke Auge eines Beobachters getrennt versetzt das Prismenglas erreichen, und das Prismenglas (8) deren Stahlengang (9) derart formt, dass ein dem Augenabstand des Betrachters (14) entsprechender Spreizwinkel (α) zwischen Lichtstrahlen der getrennten Bildinformationen entsteht.

5. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optischen Einrichtung (100) eine Bildprojektionsoptik (10) nachgeordnet ist.

6. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilspiegelndes Medium (13) vorgesehen ist, das Lichtstrahlen der Bildinformationen in ein Sichtfeld eines Betrachters (14) lenkt.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 unter Rückbezug auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der optischen Einrichtung (100) und der Bildprojektionsoptik (10) derart verstellbar ist, dass dadurch die Entfernung der virtuellen Bilder vom Betrachter (14) variierbar ist.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 unter Rückbezug auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Bildprojektionsoptik (10) derart verstellbar ist, dass dadurch die Entfernung der virtuellen Bilder vom Betrachter (14) variierbar ist.

9. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine einzige Lichtquelle (2) und eine einzige bildgebende Einrichtung (5) umfaßt.

10. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine Leuchtdiode oder eine Leuchtdiodenmatrix ist.

11. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Einrichtung (5) als durchleuchtbares Display ausgebildet ist.

12. Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Einrichtung (5) als Digital-Mirror-Device (DMD), als Flüssigkristallanzeige, als Thin-Film-Transistordisplay, als Plasma Display, als FED (Separat ansteuerbare Elektronenkanonen-Anordnung), als ELD (Elektrolumineszenz- Display) oder als OLED-Display ausgebildet ist.

13. Kfz-Anzeigevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein virtuelles Bild (15) erzeugt, das für den Betrachter (14) außerhalb des Fahrzeugs erscheint.

14. Kfz-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12 unter unmittelbarem oder mittelbarem Rückbezug auf Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest teilspiegelnde Medium (13) ein Teilbereich einer Windschutzscheibe des Kfz verwendet ist.

15. Anzeigevorrichtung, insbesondere Kfz-Anzeigevorrichtung, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein- oder mehrfarbige virtuelle Bilder (15) erzeugt werden.

16. Anzeigevorrichtung, insbesondere Kfz-Anzeigevorrichtung, nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (2) mit einem TFT-Display kombiniert ist, wobei durch die Lichtquelle eine Lichtstärke von bis zu 500.000 Candela erzeugt wird.

17. Anzeigevorrichtung, insbesondere Kfz-Anzeigevorrichtung, nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke mittels eines Lichtsensors überwacht wird.