WO2017186806A1 - Heads-up display device with a holographically optical element for a motor vehicle - Google Patents

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holographic optical
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Definitions

  • the invention relates to a head-up display device for a motor vehicle with a holographic optical element.
  • head-up display devices are increasingly being installed.
  • a head-up display device is also referred to as a "head-up display” (“HUD”), and is a display device in which the user can maintain his head posture because his information is from an on-board system of the motor vehicle Field of view is projected.
  • the head-up display device may also be referred to as a "head-up display device”.
  • the head-up display device is positioned in a cockpit in front of the driver in a space.
  • the switchboard has for this purpose an opening in the area of a combination hatch, which is closed after mounting the head-up display device with a panel.
  • the so-called "eyebox" can be tracked in the vehicle, whereby the eyebox is the area or viewing area in which the user's eye point lies, that is to say the area in
  • a first primary mirror is generally rotated about an axis along a transverse axis of the motor vehicle, the so-called Y-axis.
  • DE 10 2014 200 377 A1 describes a visual field display for a vehicle for displaying image information in two independent images for a viewer.
  • a device for deflecting a projection of the first image and / or a projection of the second image is positioned spatially separated from a reflector in a beam path.
  • a customization of the field of view is not provided by this document.
  • DE 10 201 1 075 884 A1 describes the use of a holographic optical element in a field of view display as a projection display. This holographic projection display is arranged in the area of the lens root and the holographic optical element is used as a projection surface which displays a real image that is visible to the user. Again, this document does not address the issue of adapting a field of view.
  • DE 10 2012 200 867 A1 proposes to pivot a combiner with a holographic reflection layer.
  • the look-down angle is an angle between the horizon to a selected image and the angle to the road surface resulting from an user's eye position, so changing the look-down angle will change a position of the virtual image to include information displayed is shifted in an augmented reality, so that, for example, in the representation of a navigation arrow from the perspective of the user is no longer on the road.
  • An object underlying the invention is the improved adaptation of a user-specific altitude of the eyebox.
  • the invention is based on the idea of arranging a rotatably mounted holographic optical element in a housing of a head-up display device.
  • This holographic optical element may preferably be placed in place of a rotatable main mirror.
  • the head-up display device according to the invention for a motor vehicle has a housing, a projection device arranged in the housing for projecting a virtual image onto a projection surface located outside the housing and a deflection device arranged in the housing for deflecting a light emitted by the projection device.
  • a projection device is an optical device or an optical device component, with which or with which a virtual image can be projected onto the projection surface, for example a windshield or a combination lens, lying outside the housing.
  • the projection device can be designed, for example, as a projector or other imager.
  • the deflection device is a device or a component that can deflect a light beam.
  • the deflection device comprises a housing which is rotatably mounted in the housing and has a holographic optical element which is aligned such that it deflects the light of the projection device within the housing onto the projection surface.
  • the deflection device may additionally comprise a mirror or have only the holographic optical element.
  • a holographic optical element is a component or a component whose holographic properties are used for the optics of devices.
  • the holographic optical element may comprise, for example, a Fresnel zone plate.
  • the head-up display device makes possible an expanded reality with a constant altitude of the virtual image when adapting a field of view to user-specific needs. This improves the presentation of augmented reality, especially for very large users or very small users.
  • a main mirror of the head-up display device can be replaced.
  • the look-down angle does not change or only slightly changes as a function of a rotational mounting of the holographic optical element.
  • the holographic optical element may have a rotational position-dependent reflection properties with respect to the light and thereby act on the light as a virtual mirror surface, wherein a virtual linear displacement along a propagation direction of the light by means of the rotational position of holographic optical element is adjustable.
  • the linear displacement favors the above-mentioned aspect, according to which a position of the virtual image on the projection surface does not change or changes only slightly. Also, the disadvantages of the prior art described above are eliminated or alleviated.
  • the holographic optical element can be arranged in the housing in such a way that an axis of rotation of the holographic optical element extends perpendicular to a beam path plane, that of the projecting device coming portion of a beam path of the light and a deflected by the holographic optical element portion of the beam path the light is formed.
  • the axis of rotation runs in a vehicle transverse direction when the head-up display device is installed in the motor vehicle. As a result, a vote of head-up display device and projection surface is achieved.
  • the holographic optical element is designed to deflect the light into a deflection angle that corresponds to an angle of incidence of the light on the holographic optical element and / or the virtual mirror surface of the holographic optical element.
  • the change of the look-down angle when rotating the holographic optical element is then particularly low.
  • the holographic optical element is arranged to redirect only a limited number of predetermined wavelengths of a light beam applied to the holographic optical element, the images which combine to form the hologram can be provided.
  • the holographic optical element is mounted continuously rotatable. This allows a high variability of different layers of a light field.
  • the latter can detect a sensor device for detecting an eye position of the user, as well as a control device which is adapted to rotate the holographic optical element in dependence on a signal of the sensor device.
  • the control device can be set up in dependence on the signal of the Sensor device to change a rotational position of the holographic optical element.
  • the sensor device is a component or a device component which has a sensor. Such a sensor can be configured, for example, as a camera.
  • the above object is also achieved by a method for adjusting a beam path of a head-up display device according to one of the embodiments described above to an eye position of the user.
  • the controller may then receive a control signal describing a desired height offset of a field of view about the user's eye position and causing the holographic optical element to rotate about the axis of rotation in response to the control signal.
  • the control signal can be generated, for example, by an operating device of a motor vehicle or by the sensor device.
  • control device can generate the control signal as a function of a signal of a sensor device. This allows automatic adjustment of the Eyebox.
  • a motor vehicle which may be preferably designed as a motor vehicle, for example as a passenger car, wherein the motor vehicle has a head-up display device according to one of the embodiments described above.
  • FIG. 4 shows a schematic sketch of an embodiment of a head-up display device according to the invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a first embodiment of a head-up display device 10 according to the invention for a motor vehicle 20.
  • the motor vehicle 20 may preferably be designed as a motor vehicle, preferably as a passenger car.
  • the motor vehicle 20 has a windscreen which serves as a projection surface 12.
  • the head-up display device 10 has a housing 14, which can be arranged, for example, in a combination hat of the motor vehicle 20.
  • a projection device 16 is arranged, for example, a projector or other, designed as an imager device.
  • the head-up display device 10 likewise has a deflection device 18 arranged in the housing 14.
  • the deflection device 18 may, for example, not only have a holographic optical element 22, but additionally a deflection mirror 24.
  • the deflecting device 18 may also comprise only one holographic optical element 22.
  • the deflection device 18 also comprises a deflection mirror 24 in addition to the holographic optical element 22, the deflection mirror 24 is preferably a secondary mirror and the holographic optical element is preferably arranged instead of a main mirror.
  • Deflection mirror 24 can be used a deflection mirror 24 known to those skilled in the art.
  • the holographic optical element 22 is rotatably mounted in the housing 14.
  • the holographic optical element 22 may, for example, be connected to a carrier plate (not shown in FIG. 1), which is arranged in the housing 14 via a rotary bearing.
  • a corresponding mechanism of a rotary bearing or radial bearing is known to the skilled person from the prior art.
  • the head-up display device 10 may, for example, have a control device 26, which may be designed, for example, as a microchip or control board.
  • the control device 26 can then adjust, for example, a rotational position of the holographic optical element 22.
  • a sensor device 28 may be provided in the motor vehicle 20 that can detect and / or determine, for example, an eye level or an eye point of a user.
  • the sensor device 28 can be designed as a camera, which can be arranged on a headliner of the motor vehicle 20, and configured to detect a spatial position of an eye 30 of the user.
  • the sensor signal can then be transmitted to the control device 26.
  • the control device 26 can then rotate the holographic optical element 22 into a suitable position as a function of the sensor signal, that is, as a function of the position of the eye 30.
  • the controller 26 may receive a control signal from an operator (not shown in FIG. 1) describing a desired height offset of the field of view about the user's eye position.
  • the user can enter an adjustment of the field of view, for example by means of an operating device of a combination instrument or an infotainment system.
  • a holographic optical element 22 is an element whose holographic properties are used for optics in devices. As a result, conventional lenses, mirrors and prisms can be replaced with holograms.
  • the holographic optical element 22 may, for example on a side facing a light beam 34, comprise a Fresnel zone plate (zone lens) and / or a prior art person skilled in the art. knew film foil to provide a hologram.
  • a diffractive structure of the holographic optical element 22 may be made of a reflective material or a specially developed photographic layer.
  • film foils which can divide a light beam 34 into its spectral color, but only those light beams which are incident within a certain wavelength range are diffracted. Preferably, it is possible to reflect that light which lies in the visible range.
  • the holographic optical element 22 may be designed as a planar mirror, a concave mirror or a diffuser so that the light is reflected so that an angle of incidence of the light beam 34 corresponds to an angle of incidence of the light beam 34.
  • the rotation of the holographic optical element 22 can take place about an axis of rotation, which can preferably run in a vehicle head-mounted direction in a built-in head-up display device 10. In the case of FIG. 1, the axis of rotation then runs perpendicular to the image plane of FIG. 1. Due to the rotatable mounting of the holographic optical element within the housing, a mirror plane for the virtual image is linearly displaced as the pivot bearing is changed, without the virtual image changing significantly in its position on the projection surface.
  • the reflection properties of the holographic optical element 22 with respect to the light beam 34 depend on a rotational position of the holographic optical element 22 in such a way that it also acts on the light beam 34 like a virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"'.
  • FIG. 1 shows, by way of example, the respective position of a virtual mirror surface 36 ', 36 “, 36"', which can result at different rotational positions of the holographic optical element 22.
  • various Eyeboxlagen 38 ', 38 ", 38"' are shown in FIG. 1 by way of example.
  • the holographic optical element 22 may, for example, be mounted in a first position, in which the corresponding virtual mirror surface 36' may be located at a small distance from the surface of the holographic optical element 22.
  • the holographic optical element 22 may be rotated, for example, such that the corresponding virtual mirror surface 36" lies farther away from the surface of the holographic optical element 22 as the previously described virtual mirror surface 36 '.
  • This virtual mirror surface 36 " can direct the thus deflected light beam 34 'to a point 40' of the projection surface 12 so that the virtual image plane 42 'appears in the same position or almost the same position as in the previously described example
  • the virtual image planes 42 ' are shown slightly shifted In a third example, it may be intended to set a very high-lying eyebox 38 "'.
  • the corresponding virtual mirror surface 36 "' can deflect the light beam 34 (34') such that it is directed to a point 40"', the virtual image plane 42' again being at the same or near same position as in the previous examples.
  • FIG. 1 thus illustrates a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36,”' on a displacement vector 44 as a function of the rotational position of the holographic optical element 22.
  • the rotation of the holographic optical element results 22 a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"'.
  • a constant or nearly constant position of a virtual image plane 42 'of the reflected virtual image results in a height shift of the position of the eyebox 38', 38 ", 38" '.
  • FIGS. 2, 3 and 4 again illustrate details of a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"', whereby the "virtual mirror surface” can also be referred to as "mirror plane".
  • the holographic optical element 22 the optional deflection mirror 24 and the light beam 34, as well as the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"' are shown in FIGS. 2, 3 and 4.
  • a corresponding head-up display device 10 may be, for example, a head-up display device 10 of FIG. 1.
  • the light beam 34 can in each case be directed by the projection device 16 onto the optional deflection mirror 24 and deflected by the latter onto the holographic optical element 22.
  • FIG. 2 shows the holographic optical element 22 in a zero position or initial position.
  • a corresponding mirror plane 36 ' can lie on the holographic optical element 22.
  • the holographic optical element 22 may be rotated clockwise and in a second position 22 '.
  • the zero position 22 is shown in FIG. 3 for comparison purposes. If the holographic optical element 22 is in this rotated position 22 ', then a corresponding mirror plane 36 "may lie in front of the holographic optical element 22' with respect to the light beam 34.
  • FIG. 4 shows a holographic optical element 22 "which may be positioned counterclockwise in comparison to the holographic optical element 22 in the null position of FIG. 2.
  • the virtual mirror surface 36" may then be placed behind the holographic optical element 22 ". lie.
  • the above-mentioned embodiments illustrate the principle of the head-up display device 10 according to the invention to form a main mirror by a special holographic optical element 22.
  • This holographic optical element 22 is placed in place of the rotatable main mirror and is also rotatably mounted.
  • the holographic optical element 22 may have the property of reflecting light of a specific wavelength. Another property of the holographic optical element may be to respond upon rotation of the holographic optical element 22 about an axis of rotation with a linear displacement of the mirror plane 36 ', 36 ", 36"'. Another possibility is to design the holographic optical element 22 such that upon rotation about the axis of rotation the mirror plane 36 ', 36 ", 36"' can be freely displaced or rotated.
  • augmented reality head-up display devices can be provided with a constant elevation of the virtual image.

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Abstract

The invention relates to a heads-up display device (10) for a motor vehicle (20), having a housing (14), a projection device (16) arranged in the housing (14) for projecting a virtual image onto a projection surface (12) lying outside of the housing (14), and a deflecting device (18) arranged in the housing (14) for deflecting a light (34) emitted from the projection device (16). The deflecting device (18) comprises a holographically optical element (22) which is rotatably mounted in the housing (14) and which is designed to deflect the light (34) of the projection device (16) within the housing (14) towards the projection surface (12). The holographically optical element (22) can have reflective properties with respect to the light (34) based on a rotational position and in this manner can act on the light (34) as a virtual reflective surface (36', 36'', 36'''), wherein a virtual linear movement (44) along a direction of propagation of the light (34) can be adjusted by means of the rotational position of the holographically optical element (22).

Description

Head-up-Anzeigevorrichtung mit einem holographisch optischen Element für ein Kraftfahrzeug  Head-up display device with a holographic optical element for a motor vehicle
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft eine Head-up-Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem holographisch optischen Element. In modernen Kraftfahrzeugen werden immer häufiger Head-up-Anzeigevorrichtungen verbaut. Eine Head- up-Anzeigevorrichtung wird auch als„Head-up-Display" („HUD") bezeichnet, und ist ein Anzeigegerät, bei dem der Benutzer seine Kopfhaltung beziehungsweise seine Blickrichtung beibehalten kann, weil eine Information von einem Bordsystem des Kraftfahrzeugs in sein Sichtfeld projiziert wird. Alternativ kann die Head-up-Anzeigevorrichtung auch als „Kopf-oben- Anzeigevorrichtung" bezeichnet werden. The invention relates to a head-up display device for a motor vehicle with a holographic optical element. In modern motor vehicles, head-up display devices are increasingly being installed. A head-up display device is also referred to as a "head-up display" ("HUD"), and is a display device in which the user can maintain his head posture because his information is from an on-board system of the motor vehicle Field of view is projected. Alternatively, the head-up display device may also be referred to as a "head-up display device".
Im Allgemeinen wird die Head-up-Anzeigevorrichtung in einem Cockpit vor dem Fahrer in einem Bauraum positioniert. Die Schalttafel besitzt dafür eine Öffnung im Bereich einer Kombihutze, die nach der Montage der Head-up- Anzeigevorrichtung mit einer Blende verschlossen wird. Um dem Fahrer je nach Sitzposition eine optimale Sicht auf das virtuelle Bild zu ermöglichen, kann die sogenannte„Eyebox" im Fahrzeug nachgeführt werden. Die Eyebox ist dabei derjenige Bereich oder Sichtbereich, in dem der Augpunkt des Benutzers liegt, das heißt derjenige Bereich, in dem der Benutzer die angezeigten Informationen sehen kann. Zum Nachführen der Eyebox wird im Allge- meinen ein erster Hauptspiegel rotatorisch um eine Achse entlang einer Querachse des Kraftfahrzeugs, die sogenannte Y-Achse, gedreht. In general, the head-up display device is positioned in a cockpit in front of the driver in a space. The switchboard has for this purpose an opening in the area of a combination hatch, which is closed after mounting the head-up display device with a panel. In order to allow the driver an optimal view of the virtual image, depending on the seating position, the so-called "eyebox" can be tracked in the vehicle, whereby the eyebox is the area or viewing area in which the user's eye point lies, that is to say the area in For tracking the eyebox, a first primary mirror is generally rotated about an axis along a transverse axis of the motor vehicle, the so-called Y-axis.
Die DE 10 2014 200 377 A1 beschreibt eine Blickfeldanzeige für ein Fahrzeug zum Darstellen von Bildinformationen in zwei unabhängigen Bildern für einen Betrachter. Eine Einrichtung zum Umlenken einer Projektion des ersten Bildes und/oder einer Projektion des zweiten Bildes ist dabei in einem Strahlengang von einem Reflektor räumlich getrennt positioniert. Eine benutzerspezifische Anpassung des Sichtfelds ist durch diese Druckschrift jedoch nicht vorgesehen. Die DE 10 201 1 075 884 A1 beschreibt die Verwendung eines holographisch optischen Elements in einer Blickfeldanzeige als Projektionsanzeige. Diese holographische Projektionsanzeige ist im Bereich der Scheibenwurzel ange- ordnet und das holographisch optische Element wird dabei als Projektionsfläche genutzt, die ein für den Benutzer sichtbares reelles Bild anzeigt. Auch dieses Dokument geht nicht auf die Problematik ein, ein Sichtfeld anzupassen. Zum Anpassen eines Projektionsstrahls wird von der DE 10 2012 200 867 A1 vorgeschlagen, einen Kombinierer mit einer holographischen Reflexionsschicht zu verschwenken. DE 10 2014 200 377 A1 describes a visual field display for a vehicle for displaying image information in two independent images for a viewer. A device for deflecting a projection of the first image and / or a projection of the second image is positioned spatially separated from a reflector in a beam path. However, a customization of the field of view is not provided by this document. DE 10 201 1 075 884 A1 describes the use of a holographic optical element in a field of view display as a projection display. This holographic projection display is arranged in the area of the lens root and the holographic optical element is used as a projection surface which displays a real image that is visible to the user. Again, this document does not address the issue of adapting a field of view. To adapt a projection beam, DE 10 2012 200 867 A1 proposes to pivot a combiner with a holographic reflection layer.
Bei den Anzeigevorrichtungen aus dem Stand der Technik ergibt sich der Nachteil, dass durch eine Rotation eines Hauptspiegels der Head-up- Anzeigevorrichtung sich eine Z-Lage des virtuellen Bildes stark verändert, sich also eine große Änderung des sogenannten„Lookdown-Winkels" ergibt. Der Lookdown-Winkel ist ein Winkel zwischen Horizont zu einem markierten Bild beziehungsweise der Winkel zur Straßenoberfläche, der aus einer Aug- position des Benutzers resultiert. Bei einer solchen Veränderung des Lookdown-Winkels wird also eine Lage des virtuellen Bildes geändert, sodass eine dargestellte Information bei einer erweiterten Realität („Augmented Rea- lity") verschoben wird, sodass beispielsweise bei der Darstellung eines Navigationspfeils dieser aus Sicht des Benutzers nicht mehr auf der Straße liegt. In the display devices of the prior art, there is the disadvantage that a rotation of a main mirror of the head-up display device, a Z-position of the virtual image changes greatly, thus resulting in a large change in the so-called "look-down angle". The look-down angle is an angle between the horizon to a selected image and the angle to the road surface resulting from an user's eye position, so changing the look-down angle will change a position of the virtual image to include information displayed is shifted in an augmented reality, so that, for example, in the representation of a navigation arrow from the perspective of the user is no longer on the road.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist das verbesserte Anpassen einer benutzerspezifischen Höhenlage der Eyebox. An object underlying the invention is the improved adaptation of a user-specific altitude of the eyebox.
Die Aufgabe wird von den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und dem erfin- dungsgemäßen Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. The object is achieved by the devices according to the invention and the method according to the invention according to the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are given by the dependent claims.
Die Erfindung basiert auf der Idee, in einem Gehäuse einer Head-up- Anzeigevorrichtung ein drehbar gelagertes holographisch optisches Element anzuordnen. Dieses holographisch optische Element kann vorzugsweise anstelle eines drehbaren Hauptspiegels platziert werden. Die erfindungsgemäße Head-up-Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist ein Gehäuse auf, eine in dem Gehäuse angeordnete Projektionseinrichtung zum Projizieren eines virtuellen Bildes auf eine außerhalb des Gehäuses liegende Projektionsfläche und eine in dem Gehäuse angeordnete Umlenkeinrichtung zum Umlenken eines von der Projektionseinrichtung ausgegebenen Lichts. Eine Projektionseinrichtung ist dabei ein optisches Gerät oder eine optische Gerätekomponente, mit dem oder mit der ein virtuelles Bild auf der außerhalb des Gehäuses liegende Projektionsfläche, zum Beispiel einer Windschutzscheibe oder einer Kombinierscheibe, projiziert wer- den kann. Die Projektionseinrichtung kann dabei beispielsweise als Projektor oder anderer Bildgeber ausgestaltet sein. Die Umlenkeinrichtung ist ein Gerät oder ein Bauteil, das einen Lichtstrahl umlenken kann. The invention is based on the idea of arranging a rotatably mounted holographic optical element in a housing of a head-up display device. This holographic optical element may preferably be placed in place of a rotatable main mirror. The head-up display device according to the invention for a motor vehicle has a housing, a projection device arranged in the housing for projecting a virtual image onto a projection surface located outside the housing and a deflection device arranged in the housing for deflecting a light emitted by the projection device. In this case, a projection device is an optical device or an optical device component, with which or with which a virtual image can be projected onto the projection surface, for example a windshield or a combination lens, lying outside the housing. The projection device can be designed, for example, as a projector or other imager. The deflection device is a device or a component that can deflect a light beam.
Die Umlenkeinrichtung umfasst ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes, ho- lographisch optisches Element, das derart ausgerichtet ist, dass es das Licht der Projektionseinrichtung innerhalb des Gehäuses auf die Projektionsfläche umlenkt. Die Umlenkeinrichtung kann dabei zusätzlich einen Spiegel umfassen oder nur das holographisch optische Element aufweisen. Ein holographisch optisches Element ist dabei ein Bauteil oder eine Komponente, deren holographische Eigenschaften für die Optik von Geräten verwendet wird. Das holographisch optische Element kann dabei zum Beispiel eine Fresnelsche Zonenplatte umfassen. The deflection device comprises a housing which is rotatably mounted in the housing and has a holographic optical element which is aligned such that it deflects the light of the projection device within the housing onto the projection surface. The deflection device may additionally comprise a mirror or have only the holographic optical element. A holographic optical element is a component or a component whose holographic properties are used for the optics of devices. The holographic optical element may comprise, for example, a Fresnel zone plate.
Durch die erfindungsgemäße Head-up-Anzeigevorrichtung wird eine erwei- terte Realität mit gleichbleibender Höhenlage des virtuellen Bildes beim Anpassen eines Sichtfeldes an benutzerspezifische Bedürfnisse ermöglicht. Hiermit wird die Darstellung der erweiterten Realität vor allem für beispielsweise sehr große Benutzer oder sehr kleine Benutzer verbessert. Außerdem kann so ein Hauptspiegel der Head-up-Anzeigevorrichtung ersetzt werden. Mit anderen Worten ergibt sich vorteilhaft, dass der Lookdown-Winkel sich in Abhängigkeit von einer Drehlagerung des holographisch optischen Elements nicht oder nur geringfügig ändert. The head-up display device according to the invention makes possible an expanded reality with a constant altitude of the virtual image when adapting a field of view to user-specific needs. This improves the presentation of augmented reality, especially for very large users or very small users. In addition, such a main mirror of the head-up display device can be replaced. In other words, it is advantageous that the look-down angle does not change or only slightly changes as a function of a rotational mounting of the holographic optical element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Head- up-Anzeigevorrichtung kann das holographisch optische Element von einer Drehlage abhängige Reflexionseigenschaften bezüglich des Lichts aufweisen und hierdurch auf das Licht wie einen virtuelle Spiegelfläche wirken, bei welcher eine virtuelle Linearverschiebung entlang einer Ausbreitungsrichtung des Lichts mittels der Drehlage des holographisch optischen Elements ein- stellbar ist. Durch die Linearverschiebung wird der bereits oben angesprochene Aspekt begünstigt, wonach sich eine Lage des virtuellen Bilds auf der Projektionsfläche nicht oder nur geringfügig ändert. Es werden ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik behoben oder verrin- gert. According to a preferred embodiment of the head-up display device according to the invention, the holographic optical element may have a rotational position-dependent reflection properties with respect to the light and thereby act on the light as a virtual mirror surface, wherein a virtual linear displacement along a propagation direction of the light by means of the rotational position of holographic optical element is adjustable. The linear displacement favors the above-mentioned aspect, according to which a position of the virtual image on the projection surface does not change or changes only slightly. Also, the disadvantages of the prior art described above are eliminated or alleviated.
Das holographisch optische Element kann in dem Gehäuse derart angeordnet sein, dass eine Rotationsachse des holographisch optischen Elements senkrecht zu einer Strahlengangebene verläuft, die von dem von der Projek- tionseinrichtung kommenden Anteil eines Strahlengangs des Lichts und einem von dem holographisch optischen Element umgelenkten Anteil des Strahlengangs des Lichts gebildet wird. Vorzugsweise verläuft die Rotationsachse dabei in einer Fahrzeugquerrichtung, wenn die Head-up- Anzeigevorrichtung in dem Kraftfahrzeug verbaut ist. Hierdurch wird eine Abstimmung von Head-up-Anzeigevorrichtung und Projektionsfläche erreicht. The holographic optical element can be arranged in the housing in such a way that an axis of rotation of the holographic optical element extends perpendicular to a beam path plane, that of the projecting device coming portion of a beam path of the light and a deflected by the holographic optical element portion of the beam path the light is formed. Preferably, the axis of rotation runs in a vehicle transverse direction when the head-up display device is installed in the motor vehicle. As a result, a vote of head-up display device and projection surface is achieved.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn das holographisch optische Element dazu ausgestaltet ist, das Licht in einen Ausfallswinkel umzulenken, der einem Einfallswinkel des Lichts auf das hologra- phisch optische Element und/oder der virtuellen Spiegelfläche des holographisch optischen Elements entspricht. Die Änderung des Lookdown-Winkels beim Drehen des holographisch optischen Elements ist dann besonders gering. Ist das holographisch optische Element dazu eingerichtet, nur eine begrenzte Anzahl an vorbestimmten Wellenlängen eines das holographisch optische Elemente beaufschlagenden Lichtstrahls umzulenken, können so die Bilder, die sich zu dem Hologramm zusammenfügen, bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das holographisch optische Element stufenlos drehbar gelagert. Hierdurch wird eine hohe Variabilität verschiedener Lagen eines Lichtfelds ermöglicht. It has proven to be particularly advantageous if the holographic optical element is designed to deflect the light into a deflection angle that corresponds to an angle of incidence of the light on the holographic optical element and / or the virtual mirror surface of the holographic optical element. The change of the look-down angle when rotating the holographic optical element is then particularly low. Thus, if the holographic optical element is arranged to redirect only a limited number of predetermined wavelengths of a light beam applied to the holographic optical element, the images which combine to form the hologram can be provided. Preferably, the holographic optical element is mounted continuously rotatable. This allows a high variability of different layers of a light field.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Head-up- Anzeigevorrichtung kann diese eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Augposition des Benutzers erfassen, sowie eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung das holographisch optische Element zu drehen. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem Signal der Sensoreinrichtung eine Drehlage des holographisch optische Elements zu verändern. Die Sensoreinrichtung ist dabei ein Bauteil oder eine Gerätekomponente, die einen Sensor aufweist. Ein solcher Sensor kann beispielsweise als Kamera ausgestaltet sein. According to a further embodiment of the head-up display device according to the invention, the latter can detect a sensor device for detecting an eye position of the user, as well as a control device which is adapted to rotate the holographic optical element in dependence on a signal of the sensor device. In other words, the control device can be set up in dependence on the signal of the Sensor device to change a rotational position of the holographic optical element. The sensor device is a component or a device component which has a sensor. Such a sensor can be configured, for example, as a camera.
Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Verfahren zum Anpassen eines Strahlenganges einer Head-up-Anzeigevorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen an eine Augposition des Benutzers. Die Steuereinrichtung kann dann ein Steuersignal empfangen, das einen erwünschten Höhenversatz eines Sichtbereichs um die Augposition des Benutzers beschreibt und in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein Drehen des holographisch optischen Elements um die Rotationsachse veranlassen. Das Steuersignal kann dabei beispielsweise von einer Bedienvorrichtung eines Kraftfahrzeugs oder von der Sensoreinrichtung erzeugt wer- den. The above object is also achieved by a method for adjusting a beam path of a head-up display device according to one of the embodiments described above to an eye position of the user. The controller may then receive a control signal describing a desired height offset of a field of view about the user's eye position and causing the holographic optical element to rotate about the axis of rotation in response to the control signal. The control signal can be generated, for example, by an operating device of a motor vehicle or by the sensor device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Steuereinrichtung das Steuersignal in Abhängigkeit von einem Signal einer Sensoreinrichtung erzeugen. Hierdurch wird eine automatische An- passung der Eyebox ermöglicht. According to a further embodiment of the method according to the invention, the control device can generate the control signal as a function of a signal of a sensor device. This allows automatic adjustment of the Eyebox.
Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Kraftfahrzeug, das vorzugsweise als Kraftwagen, zum Beispiel als Personenkraftwagen, ausgestaltet sein kann, wobei das Kraftfahrzeug eine Head-up- Anzeigevorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist. The above object is also achieved by a motor vehicle, which may be preferably designed as a motor vehicle, for example as a passenger car, wherein the motor vehicle has a head-up display device according to one of the embodiments described above.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung noch einmal durch konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert. Bei den im Folgenden erläu- terten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. Funktionsgleiche Elemente weisen in den Figuren dieselben Bezugszeichen auf. Es zeigt: eine schematische Skizze zu einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung und einen einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, sowie zu einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; eine schematische Skizze zu einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung; eine schematische Skizze zu einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung; und Fig. 4 eine schematische Skizze zu einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung. The invention will be explained in more detail by means of concrete embodiments with reference to the accompanying drawings. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the embodiments, however, the described components of the embodiments each represent individual, independently of each other to be considered features of the invention, which each further independently develop the invention and thus individually or in any other than the combination shown to be considered part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described. Functionally identical elements have the same reference numerals in the figures. It shows: a schematic diagram of a first embodiment of a head-up display device according to the invention and a first embodiment of a motor vehicle according to the invention, and to a first embodiment of a method according to the invention; a schematic diagram of an embodiment of a head-up display device according to the invention; a schematic diagram of a further embodiment of a head-up display device according to the invention; and FIG. 4 shows a schematic sketch of an embodiment of a head-up display device according to the invention.
Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug 20. Das Kraftfahrzeug 20 kann vorzugsweise als Kraftwagen ausgestaltet sein, vorzugsweise als Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 20 weist eine Windschutzscheibe auf, die als Projektionsfläche 12 dient. 1 schematically illustrates a first embodiment of a head-up display device 10 according to the invention for a motor vehicle 20. The motor vehicle 20 may preferably be designed as a motor vehicle, preferably as a passenger car. The motor vehicle 20 has a windscreen which serves as a projection surface 12.
Die Head-up-Anzeigevorrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, das bei- spielsweise in einer Kombihutze des Kraftfahrzeugs 20 angeordnet sein kann. In dem Gehäuse 14 ist eine Projektionseinrichtung 16 angeordnet, beispielsweise ein Projektor oder eine andere, als Bildgeber ausgestaltete Vorrichtung. Die Head-up-Anzeigevorrichtung 10 weist ebenfalls eine in dem Gehäuse 14 angeordnete Umlenkeinrichtung 18 auf. Im Beispiel der Fig. 1 kann die Umlenkeinrichtung 18 zum Beispiel nicht nur ein holographisch optisches Element 22, sondern zusätzlich einen Umlenkspiegel 24 aufweisen. Alternativ kann die Umlenkeinrichtung 18 auch nur ein holographisch optisches Ele- ment 22 umfassen. Umfasst die Umlenkeinrichtung 18 neben dem holographisch optischen Element 22 auch einen Umlenkspiegel 24, so ist der Umlenkspiegel 24 vorzugsweise ein Nebenspiegel und das holographisch optische Element vorzugsweise anstelle eines Hauptspiegels angeordnet. Als Umlenkspiegel 24 kann dabei ein dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannter Umlenkspiegel 24 verwendet werden. The head-up display device 10 has a housing 14, which can be arranged, for example, in a combination hat of the motor vehicle 20. In the housing 14, a projection device 16 is arranged, for example, a projector or other, designed as an imager device. The head-up display device 10 likewise has a deflection device 18 arranged in the housing 14. In the example of FIG. 1, the deflection device 18 may, for example, not only have a holographic optical element 22, but additionally a deflection mirror 24. Alternatively, the deflecting device 18 may also comprise only one holographic optical element 22. If the deflection device 18 also comprises a deflection mirror 24 in addition to the holographic optical element 22, the deflection mirror 24 is preferably a secondary mirror and the holographic optical element is preferably arranged instead of a main mirror. When Deflection mirror 24 can be used a deflection mirror 24 known to those skilled in the art.
Das holographisch optische Element 22 ist in dem Gehäuse 14 drehbar ge- lagert. Hierzu kann das holographisch optische Element 22 zum Beispiel mit einer Trägerplatte (in der Fig. 1 nicht gezeigt) verbunden sein, die in dem Gehäuse 14 über ein Drehlager angeordnet ist. Eine entsprechende Mechanik eines Drehlagers oder Radiallagers ist dem Fachmann hierzu aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Drehen des holographisch optischen Ele- ments 22 kann die Head-up-Anzeigevorrichtung 10 zum Beispiel eine Steuereinrichtung 26 aufweisen, die beispielsweise als Mikrochip oder Steuerplatine ausgestaltet sein kann. Über eine entsprechende Elektronik (in der Fig. 1 nicht gezeigt) kann die Steuereinrichtung 26 dann zum Beispiel eine Drehlage des holographisch optischen Elements 22 einstellen. The holographic optical element 22 is rotatably mounted in the housing 14. For this purpose, the holographic optical element 22 may, for example, be connected to a carrier plate (not shown in FIG. 1), which is arranged in the housing 14 via a rotary bearing. A corresponding mechanism of a rotary bearing or radial bearing is known to the skilled person from the prior art. To rotate the holographic optical element 22, the head-up display device 10 may, for example, have a control device 26, which may be designed, for example, as a microchip or control board. By way of corresponding electronics (not shown in FIG. 1), the control device 26 can then adjust, for example, a rotational position of the holographic optical element 22.
In dem Kraftfahrzeug 20 kann optional eine Sensoreinrichtung 28 vorgesehen sein, die zum Beispiel eine Augenhöhe oder einen Augpunkt eines Benutzers erfassen und/oder ermitteln kann. Beispielhaft kann die Sensoreinrichtung 28 als Kamera, die an einem Dachhimmel des Kraftfahrzeugs 20 angeordnet sein kann, ausgestaltet und dazu eingerichtet sein, eine räumliche Lage eines Auges 30 des Benutzers zu erfassen. Über eine drahtlose oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung 32 kann das Sensorsignal dann an die Steuereinrichtung 26 übertragen werden. Die Steuereinrichtung 26 kann dann in Abhängigkeit von dem Sensorsignal, also in Ab- hängigkeit von der Lage des Auges 30, das holographisch optische Element 22 in eine geeignete Position drehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung 26 ein Steuersignal von einer Bedieneinrichtung (in der Fig. 1 nicht gezeigt) empfangen, die einen gewünschten Höhenversatz des Sichtbereichs um die Augposition des Benutzers beschreibt. Hierzu kann der Benutzer beispielsweise mithilfe einer Bedieneinrichtung eines Kombiinstruments oder eines Infotainmentsystems eine Verstellung des Sichtbereiches eingeben. Optionally, a sensor device 28 may be provided in the motor vehicle 20 that can detect and / or determine, for example, an eye level or an eye point of a user. By way of example, the sensor device 28 can be designed as a camera, which can be arranged on a headliner of the motor vehicle 20, and configured to detect a spatial position of an eye 30 of the user. Via a wireless or wired data communication connection 32, the sensor signal can then be transmitted to the control device 26. The control device 26 can then rotate the holographic optical element 22 into a suitable position as a function of the sensor signal, that is, as a function of the position of the eye 30. Additionally or alternatively, the controller 26 may receive a control signal from an operator (not shown in FIG. 1) describing a desired height offset of the field of view about the user's eye position. For this purpose, the user can enter an adjustment of the field of view, for example by means of an operating device of a combination instrument or an infotainment system.
Ein holographisch optisches Element 22 ist ein Element, dessen holographische Eigenschaften für die Optik in Geräten verwendet werden. Hierdurch lassen sich mit Hologrammen herkömmliche Linsen, Spiegel und Prismen ersetzen. Das holographisch optische Element 22 kann beispielsweise auf einer einem Lichtstrahl 34 zugewandten Seite eine Fresnelsche Zonenplatte (Zonenlinse) und/oder eine dem Fachmann aus dem Stand der Technik be- kannte Filmfolie zum Bereitstellen eines Hologramms aufweisen. Eine Beugungsstruktur des holographisch optischen Elements 22 kann beispielsweise aus einem reflektierenden Material oder speziell entwickelten fotografischen Schicht bestehen. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik eben- falls Filmfolien bekannt, die einen Lichtstrahl 34 in seine Spektralfarbe zerlegen können, wobei jedoch nur diejenigen Lichtstrahlen gebeugt werden, die innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs einfallen. Vorzugsweise kann dabei dasjenige Licht reflektiert werden, das im sichtbaren Bereich liegt. A holographic optical element 22 is an element whose holographic properties are used for optics in devices. As a result, conventional lenses, mirrors and prisms can be replaced with holograms. The holographic optical element 22 may, for example on a side facing a light beam 34, comprise a Fresnel zone plate (zone lens) and / or a prior art person skilled in the art. knew film foil to provide a hologram. For example, a diffractive structure of the holographic optical element 22 may be made of a reflective material or a specially developed photographic layer. The person skilled in the art also knows film foils which can divide a light beam 34 into its spectral color, but only those light beams which are incident within a certain wavelength range are diffracted. Preferably, it is possible to reflect that light which lies in the visible range.
Vorteilhaft kann das holographisch optische Element 22 als planarer Spiegel, Hohlspiegel oder als Streuscheibe derart ausgebildet sein, dass das Licht so reflektiert wird, dass ein Ausfallswinkel des Lichtstrahls 34 einem Einfallswinkel des Lichtstrahls 34 entspricht. Advantageously, the holographic optical element 22 may be designed as a planar mirror, a concave mirror or a diffuser so that the light is reflected so that an angle of incidence of the light beam 34 corresponds to an angle of incidence of the light beam 34.
Das Drehen des holographisch optischen Elements 22 kann um eine Rotationsachse erfolgen, die vorzugsweise bei einer eingebauten Head-up- Anzeigevorrichtung 10 in einer Fahrzeugquerrichtung verlaufen kann. Im Falle der Fig. 1 verläuft die Rotationsachse dann senkrecht zu der Bildebene der Fig. 1 . Durch die drehbare Lagerung des holographisch optischen Elements innerhalb des Gehäuses wird eine Spiegelebene für das virtuelle Bild bei Änderung der Drehlagerung linear verschoben, ohne dass sich das virtuelle Bild in seiner Lage auf der Projektionsfläche signifikant ändert. Die Reflexionseigenschaften des holographisch optischen Elements 22 bezüglich des Lichtstrahls 34 hängen derart von einer Drehlage des holographisch optischen Elements 22 ab, dass dieses auch den Lichtstrahl 34 wie eine virtuelle Spiegelfläche 36', 36", 36"' wirkt. The rotation of the holographic optical element 22 can take place about an axis of rotation, which can preferably run in a vehicle head-mounted direction in a built-in head-up display device 10. In the case of FIG. 1, the axis of rotation then runs perpendicular to the image plane of FIG. 1. Due to the rotatable mounting of the holographic optical element within the housing, a mirror plane for the virtual image is linearly displaced as the pivot bearing is changed, without the virtual image changing significantly in its position on the projection surface. The reflection properties of the holographic optical element 22 with respect to the light beam 34 depend on a rotational position of the holographic optical element 22 in such a way that it also acts on the light beam 34 like a virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"'.
Die Fig. 1 zeigt beispielhaft die jeweilige Lage von einer virtuellen Spiegelflä- che 36', 36", 36"', die sich bei verschiedenen Drehlagen des holographisch optischen Elements 22 ergeben können. Zusätzlich sind in der Fig. 1 beispielhaft verschiedene Eyeboxlagen 38', 38", 38"' gezeigt. Für eine Eyeboxlage 38' kann das holographisch optische Element 22 beispielsweise in einer ersten Position gelagert sein, in dem die entsprechende virtuelle Spiegelfläche 36' in einem geringen Abstand mit der Oberfläche des holographisch optischen Elements 22 liegen kann. Der hierdurch abgelenkte Lichtstrahl 34' trifft an einem Punkt 40' auf die Projektionsfläche 12 und kann ein virtuelles Bild erzeugen, dessen virtuelle Bildebene 42' vor der Projektionsfläche 12 des Kraftfahrzeugs 20 liegen kann. Liegt die gewünschte Eyebox 38" zum Beispiel in einer höheren Position als die vorhergehend beschriebene Eyebox 38', so kann das holographisch optische Element 22 zum Beispiel derart gedreht werden, dass die entsprechende virtuelle Spiegelfläche 36" weiter weg von der Oberfläche des holographisch optischen Ele- ments 22 liegt als die zuvor beschriebene virtuelle Spiegelfläche 36'. Diese virtuelle Spiegelfläche 36" kann den derart umgelenkten Lichtstrahl 34' auf einen Punkt 40' der Projektionsfläche 12 lenken, sodass die virtuelle Bildebene 42' auf der gleichen Position oder nahezu auf der gleichen Position erscheint wie im zuvor beschriebenen Beispiel. In der Fig. 1 sind, der besse- ren Übersichtlichkeit wegen, die virtuellen Bildebenen 42' leicht verschoben gezeigt. In einem dritten Beispiel kann es beabsichtigt sein, eine sehr hoch liegende Eyebox 38"' einzustellen. Bei einem entsprechenden Drehen des holographisch optischen Elements 22 kann die entsprechende virtuelle Spiegelfläche 36"' den Lichtstrahl 34 derart ablenken (34'), dass dieser auf einen Punkt 40"' gelenkt wird, wobei die virtuelle Bildebene 42' wiederum auf der gleichen oder nahezu gleichen Position liegen kann wie in den vorherigen Beispielen. FIG. 1 shows, by way of example, the respective position of a virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"', which can result at different rotational positions of the holographic optical element 22. In addition, various Eyeboxlagen 38 ', 38 ", 38"' are shown in FIG. 1 by way of example. For an eyebox layer 38 ', the holographic optical element 22 may, for example, be mounted in a first position, in which the corresponding virtual mirror surface 36' may be located at a small distance from the surface of the holographic optical element 22. The thus deflected light beam 34 'strikes the projection surface 12 at a point 40' and can produce a virtual image whose virtual image plane 42 'can lie in front of the projection surface 12 of the motor vehicle 20. Is the desired Eyebox 38 ", for example, in a higher position than Eyebox 38 'described above, the holographic optical element 22 may be rotated, for example, such that the corresponding virtual mirror surface 36" lies farther away from the surface of the holographic optical element 22 as the previously described virtual mirror surface 36 '. This virtual mirror surface 36 "can direct the thus deflected light beam 34 'to a point 40' of the projection surface 12 so that the virtual image plane 42 'appears in the same position or almost the same position as in the previously described example For the sake of clarity, the virtual image planes 42 'are shown slightly shifted In a third example, it may be intended to set a very high-lying eyebox 38 "'. With a corresponding rotation of the holographic optical element 22, the corresponding virtual mirror surface 36 "'can deflect the light beam 34 (34') such that it is directed to a point 40"', the virtual image plane 42' again being at the same or near same position as in the previous examples.
Die Fig. 1 veranschaulicht also eine Linearverschiebung der virtuellen Spie- gelfläche 36', 36", 36 ,"' auf einem Verschiebevektor 44 in Abhängigkeit von der Drehlage des holographisch optischen Elements 22. Mit anderen Worten ergibt sich durch das Drehen des holographisch optischen Elements 22 eine Linearverschiebung der virtuellen Spiegelfläche 36', 36", 36"'. Bei einer gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Position einer virtuellen Bildebene 42' des reflektierten virtuellen Bildes ergibt sich eine Höhenverschiebung der Lage der Eyebox 38', 38", 38"'. 1 thus illustrates a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36,"' on a displacement vector 44 as a function of the rotational position of the holographic optical element 22. In other words, the rotation of the holographic optical element results 22 a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"'. At a constant or nearly constant position of a virtual image plane 42 'of the reflected virtual image results in a height shift of the position of the eyebox 38', 38 ", 38" '.
Die Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 veranschaulichen noch einmal Details einer Linearverschiebung der virtuellen Spiegelfläche 36', 36", 36"', wobei die„virtu- eile Spiegelfläche" auch als„Spiegelungsebene" bezeichnet werden kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 nur jeweils das holographisch optische Element 22, der optionale Umlenkspiegel 24 und der Lichtstrahl 34, sowie die virtuelle Spiegelfläche 36', 36", 36"' gezeigt. Bei einer entsprechenden Head-up-Anzeigevorrichtung 10 kann es sich dabei beispielsweise um eine Head-up-Anzeigevorrichtung 10 der Fig. 1 handeln. Der Lichtstrahl 34 kann dabei jeweils von der Projektionseinrichtung 16 auf den optionalen Umlenkspiegel 24 geleitet und von letzterem auf das holographisch optische Element 22 umgelenkt werden. Die Fig. 2 zeigt das holographisch optische Element 22 in einer Nulllage oder Ausgangslage. Eine entsprechende Spiegelungsebene 36' kann dabei auf dem holographisch optischen Element 22 liegen. Im Beispiel der Fig. 3 kann das holographisch optische Element 22 zum Beispiel im Uhrzeigersinn ver- dreht werden und in einer zweiten Position 22' liegen. Die Nulllage 22 ist dabei in der Fig. 3 zu Vergleichszwecken dargestellt. Liegt das holographisch optische Element 22 in dieser verdrehten Position 22', so kann eine entsprechende Spiegelungsebene 36" in Bezug auf den Lichtstrahl 34 vor dem holographisch optischen Element 22' liegen. FIGS. 2, 3 and 4 again illustrate details of a linear displacement of the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"', whereby the "virtual mirror surface" can also be referred to as "mirror plane". For reasons of clarity, only the holographic optical element 22, the optional deflection mirror 24 and the light beam 34, as well as the virtual mirror surface 36 ', 36 ", 36"' are shown in FIGS. 2, 3 and 4. A corresponding head-up display device 10 may be, for example, a head-up display device 10 of FIG. 1. The light beam 34 can in each case be directed by the projection device 16 onto the optional deflection mirror 24 and deflected by the latter onto the holographic optical element 22. Fig. 2 shows the holographic optical element 22 in a zero position or initial position. A corresponding mirror plane 36 'can lie on the holographic optical element 22. In the example of FIG. 3, for example, the holographic optical element 22 may be rotated clockwise and in a second position 22 '. The zero position 22 is shown in FIG. 3 for comparison purposes. If the holographic optical element 22 is in this rotated position 22 ', then a corresponding mirror plane 36 "may lie in front of the holographic optical element 22' with respect to the light beam 34.
Die Fig. 4 zeigt ein holographisch optisches Element 22", das im Vergleich zu dem holographisch optischen Element 22 in der Nulllage der Fig. 2 gegen den Uhrzeiger verdreht positioniert sein kann. Die virtuelle Spiegelungsfläche 36" kann dann hinter dem holographisch optischen Element 22" liegen. 4 shows a holographic optical element 22 "which may be positioned counterclockwise in comparison to the holographic optical element 22 in the null position of FIG. 2. The virtual mirror surface 36" may then be placed behind the holographic optical element 22 ". lie.
Die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele veranschaulichen das Prinzip der erfindungsgemäßen Head-up-Anzeigevorrichtung 10, einen Hauptspiegel durch ein spezielles holographisch optisches Element 22 zu bilden. Dieses holographisch optische Element 22 wird anstelle des drehbaren Hauptspie- gels platziert und ist ebenfalls drehbar gelagert. The above-mentioned embodiments illustrate the principle of the head-up display device 10 according to the invention to form a main mirror by a special holographic optical element 22. This holographic optical element 22 is placed in place of the rotatable main mirror and is also rotatably mounted.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das holographisch optische Element 22 die Eigenschaft besitzen, Licht spezieller Wellenlänge zu reflektieren. Eine weitere Eigenschaft des holographisch optischen Elements kann sein, bei einer Drehung des holographisch optischen Elements 22 um eine Rotationsachse mit einer linearen Verschiebung der Spiegelungsebene 36', 36", 36"' zu antworten. Eine weitere Möglichkeit besteht, das holographisch optische Element 22 so auszulegen, dass bei Drehung um die Rotationsachse die Spiegelungsebene 36', 36", 36"' frei verschoben beziehungs- weise verdreht werden kann. According to another embodiment, the holographic optical element 22 may have the property of reflecting light of a specific wavelength. Another property of the holographic optical element may be to respond upon rotation of the holographic optical element 22 about an axis of rotation with a linear displacement of the mirror plane 36 ', 36 ", 36"'. Another possibility is to design the holographic optical element 22 such that upon rotation about the axis of rotation the mirror plane 36 ', 36 ", 36"' can be freely displaced or rotated.
Durch die lineare Verschiebung 44 der Spiegelungsebene 36', 36", 36"' kann eine Verlagerung der Eyebox 38', 38", 38"' erreicht werden. Gleichzeitig wird eine Spreizung eines Lookdown-Winkels deutlich verkleinert und es besteht die Möglichkeit, das virtuelle Bild bezogen auf die Straße auf gleicher Höhe zu halten. Somit können zum Beispiel Augmented Reality Head-up- Anzeigevorrichtungen mit gleichbleibender Höhenlage des virtuellen Bildes bereitgestellt werden. Due to the linear displacement 44 of the mirror plane 36 ', 36 ", 36"', a displacement of the eyebox 38 ', 38 ", 38"' can be achieved. At the same time, a spread of a look-down angle is significantly reduced and it is possible to keep the virtual image at the same height relative to the road. Thus, for example, augmented reality head-up display devices can be provided with a constant elevation of the virtual image.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Head-up-Anzeigevorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (20), aufweisendA head-up display device (10) for a motor vehicle (20) comprising
- ein Gehäuse (14), a housing (14),
- eine in dem Gehäuse (14) angeordnete Projektionseinrichtung (16) zum Projizieren eines virtuellen Bildes auf eine außerhalb des Gehäuses (14) liegende Projektionsfläche (12), und  a projection device (16) arranged in the housing (14) for projecting a virtual image onto a projection surface (12) lying outside the housing (14), and
- eine in dem Gehäuse (14) angeordnete Umlenkeinrichtung (18) zum Umlenken eines von der Projektionseinrichtung (16) ausgegebenen Lichts (34),  a deflecting device (18) arranged in the housing (14) for deflecting a light (34) emitted by the projection device (16),
wobei die Umlenkeinrichtung (18) ein in dem Gehäuse (14) drehbar gelagertes, holographisch optisches Element (22) umfasst, das derart ausgerichtet ist, dass es das Licht (34) der Projektionseinrichtung (16) innerhalb des Gehäuses (14) auf die Projektionsfläche (12) umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass wherein the deflection device (18) comprises a holographically optical element (22) rotatably mounted in the housing (14), which is oriented so as to direct the light (34) of the projection device (16) within the housing (14) onto the projection surface (12) deflects, characterized in that
das holographisch optische Element (22) als Hohlspiegel ausgestaltet ist und von einer Drehlage abhängige Reflexionseigenschaften bezüglich des Lichts (34) aufweist und hierdurch auf das Licht (34) wie eine virtuelle Spiegelfläche (36', 36", 36"') wirkt, bei welcher eine virtuelle Linearverschiebung (44) entlang einer Ausbreitungsrichtung des Lichts (34) mittels der Drehlage des holographisch optischen Elements (22) einstellbar ist. the holographic optical element (22) is configured as a concave mirror and has reflection properties with respect to the light (34) which are dependent on a rotational position and thereby act on the light (34) like a virtual mirror surface (36 ', 36 ", 36"') which is a virtual linear displacement (44) along a propagation direction of the light (34) by means of the rotational position of the holographic optical element (22) is adjustable.
Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Head-up display device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
eine Rotationsachse des holographisch optischen Elements (22) senkrecht zu einer Strahlengangebene verläuft, die von dem von der Projektionseinrichtung (16) kommenden Anteil eines Strahlengangs des Lichts (34) und einem von dem holographisch optischen Element (22) umgelenkten Anteil des Strahlengangs des Lichts gebildet wird. an axis of rotation of the holographic optical element (22) extends perpendicular to a beam path plane formed by the portion of a beam path of the light (34) coming from the projection device (16) and a portion of the beam path of the light deflected by the holographic optical element (22) becomes.
Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Head-up display device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das holographisch optischen Element (22) dazu ausgestaltet ist, das Licht (34) in einem Ausfallswinkel umzulenken, der einem Einfallswinkel des Lichts (34) auf das holographisch optische Element (22) und/oder eine virtuelle Spiegelfläche (36, 36', 36") des holographisch optischen Elements (22) entspricht. Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass the holographic optical element (22) is adapted to redirect the light (34) at an angle of reflection which corresponds to an angle of incidence of the light (34) on the holographic optical element (22) and / or a virtual mirror surface (36, 36 ', 36 ") of the holographic optical element (22). Head-up display device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das holographisch optische Element (22) dazu eingerichtet ist, nur eine begrenzte Anzahl an vorbestimmten Wellenlängen eines das holographisch optische Element (22) beaufschlagenden Lichtstrahls (34) umzulenken. the holographic optical element (22) is adapted to deflect only a limited number of predetermined wavelengths of a light beam (34) impinging on the holographic optical element (22).
Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Head-up display device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das holographisch optische Element (22) stufenlos drehbar gelagert ist. the holographic optical element (22) is mounted continuously rotatable.
Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Head-up display device (10) according to one of the preceding claims, characterized by
eine Sensoreinrichtung (28) zum Erfassen einer Augposition eines Benutzers (30), und a sensor device (28) for detecting an eye position of a user (30), and
- eine Steuereinrichtung (26), die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung (26) das holographisch optische Element (22) zu drehen.  - A control device (26) which is adapted to rotate in response to a signal of the sensor device (26), the holographic optical element (22).
Verfahren zum Anpassen eines Strahlenganges einer Head-up- Anzeigevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 an eine Augposition eines Benutzers (30), gekennzeichnet durch die von einer Steuereinrichtung (26) des Head-up-Anzeigevorrichtung (10) durchgeführten Schritte: Method for adapting a beam path of a head-up display device (10) according to one of claims 1 to 6 to an eye position of a user (30), characterized by the steps performed by a control device (26) of the head-up display device (10) :
- Empfangen eines Steuersignals, das einen erwünschten Höhenversatz eines Sichtbereichs (38', 38", 38"') um die Augposition des Benutzers (30) beschreibt, und  Receiving a control signal describing a desired height offset of a viewing area (38 ', 38 ", 38"') about the user's eye position (30), and
- in Abhängigkeit von dem Steuersignal Drehen des holographisch optischen Elements (22) um die Rotationsachse.  in response to the control signal, rotating the holographic optical element (22) about the axis of rotation.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass A method according to claim 7, characterized in that
die Steuereinrichtung (26) das Steuersignal in Abhängigkeit von einem Signal einer Sensoreinrichtung (28) einer Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach Anspruch 7 erzeugt. the control device (26) generates the control signal as a function of a signal of a sensor device (28) of a head-up display device (10) according to claim 7.
Kraftfahrzeug (20), aufweisend eine Head-up-Anzeigevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6. Motor vehicle (20), comprising a head-up display device (10) according to one of claims 1 to 6.
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