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EP3837577A2 - Verfahren zum betreiben einer blickfeldanzeigevorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer blickfeldanzeigevorrichtung für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number
EP3837577A2
EP3837577A2 EP19752115.6A EP19752115A EP3837577A2 EP 3837577 A2 EP3837577 A2 EP 3837577A2 EP 19752115 A EP19752115 A EP 19752115A EP 3837577 A2 EP3837577 A2 EP 3837577A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
user
display device
motor vehicle
pixel arrangement
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19752115.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang-Andreas Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3837577A2 publication Critical patent/EP3837577A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a field of view display device, in particular a head-up display for a motor vehicle, and a corresponding control device and a motor vehicle equipped therewith.
  • the field of view display device comprises an autostereoscopic flat pixel arrangement, which can be designed in particular as one or more autoste reoscopic flat screens.
  • a field of view display device typically comprises a projection unit, which generates a projection light beam with the desired display unit through a display accommodated below an upper side of the dashboard with suitable projection optics and projects it onto a partially transparent projection screen, for example the front screen of the motor vehicle, from which it is reflected toward the driver.
  • a projection unit which generates a projection light beam with the desired display unit through a display accommodated below an upper side of the dashboard with suitable projection optics and projects it onto a partially transparent projection screen, for example the front screen of the motor vehicle, from which it is reflected toward the driver.
  • the HUD has a relatively small field-of-view, which usually only reaches the horizon, and that Distance of the virtual display image is determined by the optical structure of the projection unit.
  • the limited space within the dashboard prevents the field of view from being enlarged.
  • the known projection optics take up a lot of space in the vertical direction. The driver looks into a telescope, so to speak, so that a nearby display image generated on the display inside the HUD appears in the distance in front of the motor vehicle.
  • an "opening of the telescope” only limited spatial angles can be displayed, in which the HUD display image can be superimposed on the view through the front screen.
  • Contact-analog overlays as known for example from augmented reality, are not possible outside of this limited solid angle.
  • a head-up display for stereoscopic information display in a motor vehicle is known from DE 10 2009 054 232 A1, for example, which has imaging means for generating two different individual images intended for the two eyes of an occupant and a display unit on which luminous dots can be generated, whose light rays are visible to the occupants by reflection on the windshield of the motor vehicle.
  • deflection means such as. B. a matrix-like arrangement of small lenses is provided, which deflect light rays of different light points in different radiation directions.
  • pixel assignment means ensure such an assignment of pixels of the individual images to luminous points of the display unit that the single image intended for the left eye of the occupant and the single image intended for the right eye of the occupant are visible.
  • An autostereoscopic display of this type can be particularly favorable for a contact-analogous display of the content.
  • a cover plate which closes the projection unit to the outside, is geometrically anti-reflective (so-called glazing retrap). Antireflection techniques known from this are, however, not suitable for a display arranged directly opposite the windshield.
  • a method for operating a field of view display device in particular for a motor vehicle, which has an au stereoscopic flat pixel arrangement for generating a projection light beam with a display content.
  • the field of view display device is designed to project the generated projection light beam onto a partially transparent reflective projection screen, in particular a front screen of the motor vehicle, in such a way that behind it a field of view of a user (e.g. the driver or another occupant of the motor vehicle) is faded in virtual display image is created.
  • the process includes the following steps:
  • the at least one stereoscopic operating mode also called 3D display
  • the at least one monocular operating mode ie with a display only visible to one eye of the user
  • a monoscopic operating mode also called 2D display
  • a monocular operating mode ie with a display only visible to one eye of the user
  • planar means very generally that the pixel arrangement extends in the form of a two-dimensional pixel matrix over a surface that can be flat or at least partially curved or curved or arched.
  • the flat pixel arrangement can, if necessary, be curved
  • the top of the dashboard of a motor vehicle can be adapted, for example, by being layered or nested from several smaller partial areas, such as, for. B. flat displays.
  • the terms "qualitatively different” and “qualitative change” mean in particular a not purely quantitative difference of various operating parameters, but rather such a change in operation that fundamentally changes the perceptibility and / or visibility of the virtual display image for the user.
  • the switching of the flat pixel arrangement between the qualitatively different operating modes can be realized in particular by a suitable, different type of electrical control of the pixel matrix, for example in relation to the assignment of individual pixels to the display content to be generated. In particular, this involves a transition from a 3D to a 2D or to a monocular representation, or vice versa.
  • the autostereoscopic flat pixel arrangement can be designed for 3D display in a manner known per se, for example according to DE 10 2009 054 232 A1. That is, Such a flat pixel arrangement can be controlled by an image-generating unit and / or a control unit in such a way that two different 2D images reach the left and right eyes of the user in order to give him a spatial impression of the virtual display image displayed, without tools such as z. B. 3D glasses directly in front of his eyes, In this way, for example, the driver of a motor vehicle can see three-dimensional representations at any distance between about 1 m and up to an infinite distance from his eyes. Basically, all convergence levels can be implemented simultaneously, which enables immersion in a virtual 3D world.
  • the angle of convergence is an angle formed by the visual axes of the right and left eye, and accommodation is the focus of the eye lens at a distance from the object being viewed. In normal vision (ie without a 3D display), the angle of convergence and the accommodation distance correlate accordingly a closed triangle. If the 3D distance caused by the stereoscopic image generation is in particular less than or equal to the distance of real background objects in the environment, the displayed virtual display image can be viewed relaxed and largely in focus, ie the eyes automatically set the correct 3D convergence for this (cf. 10a-10c).
  • the provision of at least one environment parameter can include the detection of a current environment behind the projection screen, in particular an environment in front of the motor vehicle.
  • the flat pixel arrangement is switched at least in some areas from a 3D to a monocular operating mode if the spatial depth cannot be determined in a predetermined manner in the background of the virtual display image for a corresponding area of the captured environment.
  • the provision of at least one user parameter can include the detection and / or input by the user of the age and / or poor eyesight of the user.
  • the flat pixel arrangement is switched at least in some areas from a 3D to a 2D and / or monocular operating mode if, for a corresponding area of the virtual display image, the detected and / or entered user parameters for its age and / or poor eyesight are not predetermined requirements for the 3D representation is sufficient.
  • the user can also be given a direct choice between the above-mentioned operating modes via a suitable user interface.
  • presentation packages can be implemented, which can also be automatic and / or selectable by the user or driver himself ,
  • the display packages of this type can additionally implement an individual adjustment of the size of virtual fonts and / or symbols by the user.
  • the provision of at least one user parameter can include the detection of a viewing direction and the convergence angle of the user in relation to an object of the virtual display image shown in 3D.
  • a region of the planar pixel arrangement corresponding to this object is switched over from a 3D to a 2D and / or monocular operating mode if the detected convergence angle deviates in a predetermined manner from a convergence angle corresponding to the 3D representation.
  • special can be switched back to the 3D operating mode as soon as the user's gaze leaves this object.
  • the angle of convergence can be implemented, for example, by detecting the viewing direction of both eyes of the user by eye tracking or other suitable means.
  • This design of the method can, for example, additionally support and / or control the adjustment of the user's eyes to a suitable convergence angle (as set out here in other places) in the 3D operating mode. For example, if the detected convergence angle mistakenly goes too close for some reason (e.g. corresponding to the distance of the planar pixel arrangement, such as 1.2 m for typical ones
  • the flat pixel arrangement can e.g. B. can be automatically switched to a monocular representation of this object so that it is also clearly and comfortably seen by the user.
  • the monocular display can in particular be maintained until the user turns his gaze away from this displayed object and can then be switched back to the 3D display.
  • the user can again be given the opportunity to see it as intended in 3D, in that a convergence angle selected again by his brain-eye system matches the 3D object that is hidden.
  • a monocular operating mode when switching on an area of the flat pixel arrangement in a monocular operating mode can be provided to subdivide this area into partial areas for which specific monocular operating modes are activated for different eyes of the user.
  • some image contents are only imported for the left eye and other image contents only for the right eye of the user.
  • this can contribute to the user not noticing the transition to monocular vision because he continues to use both eyes for the object in question.
  • a monocular operating mode in particular a mixed operation with a 3D operating mode can be switched on for the relevant area of the planar pixel arrangement, in which in particular large-area virtual objects (such as lane markings) continue in 3D and smaller and / or finer ones (such as an arrow in front of a tunnel wall) are presented monocularly.
  • large-area virtual objects such as lane markings
  • smaller and / or finer ones such as an arrow in front of a tunnel wall
  • the provision of at least one environment and / or user parameter comprises the detection of an acceleration and / or a position or movement disturbance of the user and / or an acceleration and / or an
  • Position or movement disturbance of a moving higher-level system in particular of the motor vehicle in which the field display device is mounted, and / or of a current environment behind the projection screen, in particular of a surrounding area of the motor vehicle.
  • a virtual display image generated by the field of view display device is stabilized in such a way that it is also able to perform rapid head and / or system movements from the user's point of view is stable in position with respect to the environment behind the projection screen.
  • Position or movement disorders can in particular deviate from the display-relevant position or movement parameters of the user and / or the over- orderly system from the normal operation of the field of view display device, for example if an implemented eye tracking unit loses the eye position of the user.
  • This embodiment of the method can be applied, for example, to a contact-analogous 3D, 2D or monocular representation of a virtual display image, so that disruptions caused by rapid movements of the user relative to the environment behind the projection screen do not affect the contact-analog fade-in.
  • a contact-analogous 3D, 2D or monocular representation of a virtual display image so that disruptions caused by rapid movements of the user relative to the environment behind the projection screen do not affect the contact-analog fade-in.
  • the motor vehicle and its occupant who uses the field of view display device form an overall system which is subject to the following faults:
  • the user's own head movements can also represent malfunctions.
  • This process design can, for. B.
  • a PID controller in particular, an algorithm can be implemented in a control unit which determines a transmission characteristic of the overall system from the individual motor vehicle and the occupant, and in particular the D characteristic (ie the differential component that is due to changes in the interference signal reacts) so optimized that an expected change in the eye position is predicted when the motor vehicle is deflected and the display image is stabilized on the basis of this.
  • a transmission characteristic of the individual overall system can in particular in advance, for. B. be determined before or at the start of a journey,
  • Deflections, ie accelerations of the motor vehicle can z. B. detected by a suitable acceleration sensor of a known type which is rigidly connected to the motor vehicle.
  • a suitable acceleration sensor of a known type which is rigidly connected to the motor vehicle.
  • navigation data available on board the motor vehicle and a vehicle orientation determined in a known manner can also be interpreted and extrapolated therefrom.
  • the expected eye position can take into account, for example, typical head shifts during driving maneuvers such as cornering, acceleration, braking, etc., as well as typical head movements during bumps on the road.
  • the conversion into suitable correction signals, in particular the predicted eye position can be done e.g. B. for typical vehicle movements by means of artificial intelligence, ie with a suitable self-learning algorithm.
  • a predetermined interference threshold is exceeded by the detected acceleration and / or position or movement disturbance of the user and / or the higher-level system, the flat pixel arrangement is switched off for the duration of such a disturbance.
  • a suitable interference threshold z. B be stored in the control unit.
  • the flat pixel arrangement or the entire field of view display device is deactivated for a short time, in particular for the duration of the exceeding of the predetermined interference threshold or until image stabilization has taken place, in order to avoid irritation of the user through a virtual display image that is not correctly displayed in a contact-analogous manner.
  • an object of the virtual display image to be represented in 3D can be equipped with striking vertical structures at a distance from one another which is dependent on the predetermined convergence angle in order to support the setting of a suitable predetermined convergence angle of the user's eyes (see further above) .
  • the user's brain-eye system can be assisted in setting a suitable predetermined convergence angle, for example, by the control unit depending on the detected environment in the background, for example, its spatial depth or distance an implemented algorithm can be determined.
  • the reason for this is that the brain is usually trained to interpret closely spaced vertical lines in single images that reach the left and right eyes as a single real object and thus adjust the angle of convergence of the eyes so that both vertical lines collapse on a single line in the 3D image composed by the brain.
  • the field of view display device comprises a reflection-suppressing deflection arrangement which is arranged on the flat pixel arrangement (which can in particular be designed as one or more flat screens) and which has one or more planar reflection surfaces which extend along the flat pixel arrangement at a predetermined acute angle thereto and parallel to one another (n) for projecting the generated projection light beam onto the projection screen.
  • the rear side (s) of the one or more reflection surfaces are / are designed to be light-absorbing to suppress interference interference.
  • a field of view display device In contrast to the conventional HUD type mentioned at the outset, with a projection optic housed inside the dashboard of a motor vehicle, a field of view display device according to this embodiment has a significantly flatter design and can be installed, for example, with only a few cm installation depth in an upper side of the dashboard or subsequently mounted thereon his.
  • This enables a significant expansion of the field-of-view of the field of view display device, for example also vertically well beyond the horizon, which is particularly suitable for contact-analogous representations for the driver and other occupants to support navigation or in autonomous driving.
  • a real contact-analog 3D effect stereo augmented reality
  • the contact-analog representation being able to be both binocular and monocular.
  • the plurality of mutually parallel reflection surfaces of the reflection-suppressing deflection arrangement can be of identical design to one another or can differ from one another in their shape or size. Depending on Ren shape and size of their distance from each other in a direction perpendicular to their direction of extension can be selected such that an almost complete suppression of interference and an essentially loss-free and shape-preserving deflection of the projection light beam are guaranteed. Some examples of this are given below.
  • any known sunlight-absorbing coating is suitable for the back of the reflection surfaces, for example a mate black layer.
  • At least one of the reflection surfaces of the reflection-suppressing deflection arrangement is formed by a lateral surface side of a prism arranged on the flat pixel arrangement.
  • the prism can, for example, have a triangular, quadrangular, in particular trapezoidal, or pentagonal cross-sectional area.) This can give the respective reflecting surface, in particular, high mechanical stability.
  • the prism can be made of any transparent material for the projection light used, in particular glass or plastic. In the case of an air layer between the reflection surface and its light-absorbing rear side, the reflection can be caused by total reflection on the lateral surface side of the prism, otherwise a reflective layer, for example made of metal, can be placed thereon and a light-absorbing layer applied to it
  • a light exit plane which binds an upper edge of one reflection surface and the lower edge of the rear side of the next reflection surface, is oriented substantially perpendicular to the projection screen during operation of the field of view display device for two adjacent reflection surfaces. In particular, this can lead to complete interference suppression for ambient light from any direction.
  • upper edges of the several mutually parallel reflection surfaces of the reflection-suppressing deflection From the point of view of the user essentially on a line, for example to hide the reflection surfaces against a direct view of the user.
  • this can be adjusted manually or at least partially automatically, for example by eye tracking, by means of a suitable lifting / tilting device for the reflex-suppressing deflection arrangement or the planar pixel arrangement.
  • the method can include the following additional steps:
  • a control unit for a field of view display device is provided, the control unit being designed for at least partially automated implementation of a method of the type set out herein.
  • a computer program is provided which, when executed in a control unit, is set up to carry out a method of the type set out herein.
  • a motor vehicle comprising:
  • a field of view display device arranged on, in or under the top of the instrument panel, which has an autostereoscopic, flat pixel arrangement for generating a projection light beam with a display content and is designed to project this onto the windshield of the motor vehicle in such a way that behind it a field of vision of the driver and / or additional occupants display a virtual display image;
  • the field of view display device can be designed according to the above embodiment and either its autostereoscopic flat pixel arrangement or the reflection-suppressing deflection arrangement arranged thereon can be arranged essentially flush with the upper side of the instrument panel of the motor vehicle.
  • Figure 1 is a schematic side cross-sectional view of a field of view display device according to the above embodiment of the inven tion;
  • Figure 2a is a perspective view of a possible extension of a
  • FIGS. 2b and 2d each show a perspective view of a projection area in the front window of the motor vehicle that can be used with the field of view display device of FIG. 2a;
  • FIG. 2c shows a perspective view of a projection area in the front window of the motor vehicle that can be used with the field of view display device from FIG. 2a;
  • Figures 3a to 3c perspective views of a model example of a field of view display device according to the above embodiment Explanation of the deflection effect of its reflex-suppressing deflection arrangement with several prisms;
  • FIGS. 4a and 4b are perspective views of a further model example of a field of view display device according to the above embodiment to explain the formation of visible and invisible strips in a surface containing the planar pixel arrangement;
  • Figure 5a is a perspective view of a possible arrangement of a
  • FIG. 5b shows a perspective view of a projection area in the front window of the motor vehicle that can be used with the field display device of FIG. 5a, from the driver's point of view with a virtual turn arrow faded in in a contact-analogous manner;
  • Figure 6 is a schematic side cross-sectional view of a field of view display device according to the above embodiment with control components for their planar pixel arrangement for carrying out the method of the type set out herein;
  • FIG. 7 shows a perspective front window view from the driver's perspective with a virtual marking of a third-party vehicle faded in with the field of view display device of FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a further perspective front window view from the driver's perspective with a virtual marking of a lane faded in contact-analogously with the field-of-view display device of FIG. 6 and a further virtual display content faded in statically by means of an additional conventional projection unit;
  • Figures 9a and 9b schematic side cross-sectional views of other
  • FIGS. 10a to 10c each have a look through a projection screen with a virtual marker arrow that is displayed in a contact-analogous manner in the 3D operating mode of the planar pixel arrangement and which appears sharply and as a real 3D object to a user of the field of view display device at three very different distances of the background objects.
  • FIGS. 1 to 10c Field of view display device according to the first aspect of the invention, in particular various design features of the relevant field of view display device according to the above embodiment, can be implemented in the examples shown in FIGS. 1 to 10c. Conversely, the specific examples shown in FIGS. 1 to 10c are only to be understood as a simplified, exemplary illustration of the features more generally defined in the description and the claims.
  • Fig. 1 shows a highly simplified schematic vertical cross-sectional view of a field of view display device 1 according to the above embodiment of the invention in a motor vehicle (not shown in Fig. 1, see Figs. 2a-2d and 5a-5b), in particular a head-up display.
  • the field of view display device 1 comprises an electrically controllable autosteoscopic planar pixel arrangement 2, which generates a projection light beam L with a desired display content during operation. Furthermore, the field of view display device 1 comprises a surface area arranged on the flat pixel arrangement 2.
  • the predetermined acute angle of attack of the reflection surfaces 4 can be determined in an application-specific manner, for example from the mutual geometric arrangement of the flat pixel arrangement 2, the front screen 5 and the user 6.
  • the reflective surfaces 4 on their rear sides 11 are designed to be light-absorbing over the entire surface to suppress interference reflections.
  • the field of view display device 1 can be mounted, for example, in or on an upper side 7 of an instrument panel 8 (not shown in FIG. 1, cf. FIGS. 2a-2d and 5a) of the motor vehicle between the front screen 5 and the instrument panel 8 or a steering wheel.
  • the flat pixel arrangement 2 or the reflection-suppressing deflection arrangement 3 can be arranged, at least in sections, for example essentially flush with the upper side 7 of the instrument panel 8, which can be particularly inconspicuous, protect the optical components or the user 6 and / or save space.
  • all reflection surfaces 4 of the reflection-suppressing deflection arrangement 3 are formed by lateral surface sides of glass or plastic prisms 9 resting on the flat pixel arrangement 2. This can result in a particularly robust construction of the field of view display device 1 and protect both the flat pixel arrangement 2 and the reflection surfaces 4 from damage and also the user 6 from injuries on free-standing edges.
  • the free-standing, upper prism men edges 10 additionally rounded or chamfered and in particular also be designed to be light-absorbing, for example in a manner similar to the back of the reflection surfaces and for the same purpose,
  • the respective prism 9 in FIG. 1 has a triangular cross-sectional area A, so that its other, lower lateral surface side 9a rests on the flat pixel arrangement 2, while its third lateral surface side serves as a light exit surface 13a for the redirected projection light bundle L.
  • the light exit surfaces 13a can in particular be provided with a suitable anti-reflective coating from the outside, in FIG. 1 the lateral surface sides 9a of the prisms 9 resting on the flat pixel arrangement 2 directly adjoin one another purely by way of example.
  • their light-absorbing rear sides 11 in particular can be used to almost completely suppress interference reflections of the ambient light 12 from any direction from outside and inside the motor vehicle, as symbolically in FIG. 1 by an area free of interference reflections 6a indicated around the user 6.
  • light exit planes 13, which connect an upper edge of one reflection surface and the lower edge of the rear side 11 of the next reflection surface for two adjacent reflection surfaces 4 and in which, in this example, the light exit surfaces 13a of the prisms 9 lie are essentially perpendicular be aligned with the front screen 5.
  • the reflection surfaces 4 and their light-absorbing rear sides 11 lie with their lower edges directly on the flat pixel arrangement 2, which can also include a protective cover layer, etc. if required.
  • a front reflection surface 4 closest to the user 6 is covered by a darkened or light-absorbing cover surface 14 in the viewing direction of the user 6 to prevent glare to the user.
  • the cover surface 14 covers a lateral surface side of the front prism 9 facing the user 6.
  • the same coating is particularly suitable for the cover surface 14, for example a black matt coating, as in the case of the light-absorbing rear sides 11 of the reflection surfaces 4.
  • a separate cover surface 4 arranged in the direction of the user in front of the front reflection surface 4 can also be provided for the same purpose , so that said reflection surface 4 can be used to deflect the projection light.
  • FIG. 2a schematically shows a perspective view of a possible extension of a field of view display device 1 according to the above embodiment of the invention, in particular according to FIG. 1, in an upper side 7 of an instrument panel 8 of a motor vehicle 15.
  • An overall height of the field of view display device 1 in a flat pixel arrangement 2 vertical direction can in particular only a few cm, for example between 0.5 and 10 cm, in particular between 1 and 7 cm, z. B. be about 2, 3, 4, 5 or 6 cm.
  • a light exit opening 16 and its edge 16a are indicated in FIG. 2a in a conventional projection unit of an HUD mentioned at the beginning with projection optics (not shown) accommodated below the top side 7 of the instrument panel 8.
  • 2b and 2d each schematically show a perspective view of a projection area 17 of the front screen 5 of the motor vehicle 15 that can be used with the field of view display device 1 of FIG. 2a, the limitation 17a of which corresponds to the contour 1a of the field of view display device 1.
  • the projection area 19 corresponding to the light exit opening 16 of a conventional projection unit and its boundary 19a indicated.
  • the projection area 17 that can be used with the field of view display device 1 can be seen to extend clearly above the horizon, and can also cover a large part of the side of the road area to be surveyed by the driver in front of the windscreen 5.
  • Fig. 2c schematically shows a perspective view of a usable with the field of view display device 1 of Fig. 2a projection area 18 of the front window 5 of the motor vehicle 15 from the passenger's perspective, the boundary 18a of the contour 1 a of the field of view display device 1 corresponds.
  • the effects of the field of view display device 1 mentioned above for the driver can also be used just as well for the front passenger.
  • the field of view display device 1 If the content is to be seen by only one user, the pixel matrix of the planar pixel arrangement 2 is to be controlled by evaluating eye tracking for all users to be considered so that the image can only be seen by the user in question.
  • Figures 3a to 3c show, each in perspective view, a greatly simplified model example for a field of view display device 1 according to the above embodiment (for example, according to FIG. 1) to explain the deflecting effect of its anti-reflective deflection arrangement 3, the reflection surfaces 4 in this model rear lateral surface sides of two prisms 9 with triangular cross-sectional areas A facing away from the viewer or user are formed.
  • the flat pixel arrangement 2 is designed as a flat screen which generates a desired display content, in this example the two-dimensional image of a butterfly shown in FIG. 3a, which bundles L of projection light rays emanating from the flat screen (see FIG. 1). is transported.
  • the reflection-suppressing deflection arrangement 3 arranged on the flat pixel arrangement 2 the projection light beam L is deflected on the reflection surfaces 4 of the rear lateral surface sides of the prisms 9 in order, for example, as in FIG. 1 on the front screen 5 of the motor vehicle and reflected by it to reach the eyes of the user 6.
  • the projection light beam L coupled in through the lower lateral surface sides 9a of the prisms 9 emerges from their light exit surfaces 13a, while the rear sides 11 of the reflection surfaces 4 are formed to absorb interference reflection for the ambient light.
  • the projection light beam L coupled into the reflex-suppressing steering arrangement 3 leaves the light exit surfaces 13a of the prisms 9 essentially without loss of sanctity and with a suitable control of the flat pixel arrangement 2, as in FIG. 3a, also without loss of shape.
  • FIGS. 4a and 4b each show a perspective view of another greatly simplified model example of a field of view display device 1 according to the above embodiment (for example according to FIG. 1) to explain the formation of visible and invisible stripes in an area containing the flat pixel arrangement 2.
  • the flat pixel arrangement 2 is also designed here as a flat screen which contains a desired display. in this example, the two-dimensional image of a butterfly shown in FIG. 4a.
  • the reflection-suppressing deflection arrangement 3 arranged on the flat pixel arrangement 2 is formed by prisms 9 lying on the flat screen and adjoining one another with their long sides, of which only two of possible more than two are also here for the sake of simplicity Prisms are shown.
  • Fig. 4a and 4b extend in the pixel area to the reflection surfaces 4 of the prisms 9 parallel strips 21, which by deflecting the projection light on the reflection surfaces 4 from here up to five identical prisms 9 visible to the user Biickfeldan Adjustevorrich- tion 1 can be made. In between are strips 22 invisible to the user of the field of view display device 1.
  • the invisible strips 22 can therefore be left black in the pixel arrangement or can be used for other functions, for example as an air outlet for a windscreen heater or interior ventilation, as an opening for a sound source, as a light source for diffuse interior lighting or as an overlap area for boxes or steps Adjacent sub-areas of a composite flat pixel arrangement.
  • a prism 9 with this and / or other reflection surfaces 4 (and not only in this example) prism edges, which lie opposite the respective reflection surfaces 4, in an area corresponding to the invisible strips 22, which is not passed by the projection light beam bundle L, be cut off.
  • the invisible strips 22 can, for example, be used for other purposes, and / or the weight and material consumption of the reflex-suppressing outer arrangement can be reduced.
  • FIG. 5a shows a perspective view of a possible arrangement of a field of view display device 1 according to the above embodiment (for example according to FIG. 1) in a top side 7 of an instrument panel 8 of a motor vehicle 15. Because of its flat construction, the field of view display device 1 can extend along the top side 7 of the instrument panel 8 extend clearly beyond the edge 16a of a light exit opening 16 of a projection unit of the conventional HUD type described at the outset, which is indicated for comparison in FIG. 5a. As described above for FIG. 2a, the field of view display device 1 can take up to the entire area of the upper side 7 of the instrument panel 8. In FIG.
  • a flat pixel arrangement 2 of the field of view display device 1 takes up a partial area of the top side 7 of the instrument panel 8 of the motor vehicle 15 in front of the front window 5, which is delimited purely by way of example by a square contour 1 a.
  • the flat pixel arrangement 2 can in particular be designed as one or more 2D or 3D flat screens arranged next to one another in a flat or nested or stepped manner. In the direction of the front screen 5, the flat pixel arrangement 2 is covered by a reflection-suppressing Umlenkanord voltage 3, the plurality of mutually parallel reflection surfaces 4 and the light-absorbing rear sides 11 are indicated by parallel lines.
  • FIG. 5 b shows the projection area 17 in the front screen 5 that can be used with the field of view display device 1 of FIG. 5 a, the boundary 17 a of which corresponds to the contour 1 a of the field of view display device 1.
  • the projection area 17 extends upwards clearly beyond the horizon and also covers laterally several lanes of the road area in front of the motor vehicle 15 to be surveyed by the driver. Because of the correspondingly large solid angle or field-of-view of the field of view display device 1, it is particularly well suited for contact-analogous insertion of virtual auxiliary content into the driver's field of view depending on the real environment 20 in front of the motor vehicle 15.
  • the field of view display device 1 Real contact analogue 3D effect (stereo augmented reality) possible:
  • Fig. 6 shows a schematic side cross-sectional view of a field of view display device 1 according to Fig. 1 and Fig. 2a or 5a, the autostereoscopic flat pixel arrangement 2, for example, a bright display 2a, z. B. a liquid crystal screen or any other standard display that can also be used with the conventional HUD, as well as a microlens array 2b or other deflecting means according to DE 10 2009 054 232 A1, which deflect light rays of different luminous points of the display 2a into different radiation directions, having.
  • a control unit 24 for the display 2a and the microlens array 2b is also provided in a manner known per se for controlling the flat pixel arrangement 2 to generate a contact-analog 3D effect for the user 6.
  • the control unit 24 can, for example, receive display content to be displayed as a virtual display image from an image generation unit 23.
  • the image generation unit 23 can in particular be designed to calculate a suitable stereoscopic display of environment objects to be displayed for the user 6 and for this purpose, for example, from an environment of the acquisition unit 26 current environment 20 of the motor vehicle 15 and / or from an eye tracking unit 25 which, for. B. can include one or more cameras, get a current eye position of the user 6.
  • the respective signal lines are indicated by arrows in FIG. 6.
  • the control unit 24 is designed in cooperation with the image generation unit 23 to carry out the method of the type set out herein in all of its configurations set out herein. That is, it is designed for switching the autostereoscopic flat pixel arrangement 2 between qualitatively different operating modes, in particular for the transition from a 3D to a 2D or to a monocular representation of a virtual object and vice versa.
  • the environment and / or user parameters required for this are provided in this example by the environment detection unit 26, the eye tracking unit 25 and other suitable sensors and systems known per se on board the motor vehicle 15.
  • 10a-10c show a typical example of how the eyes of a user automatically set a correct convergence angle (see above) for a 3D object which is displayed in a contact-analogous manner with an autostereoscopic flat pixel arrangement of a field of view display device (not shown), here a marking arrow 32.
  • the 3D distance of the faded-in object is adapted to the distance of the background. This helps the eyes to automatically set the intended and correct angle of convergence.
  • 10a-10c each show a view through a projection screen 33 inclined from the vertical, the virtual marking arrow 32 generated in a 3D operating mode of the flat pixel arrangement at three very different distances of the background objects from the eyes of the user - in FIG. 10a a concrete pillar 34 at a distance of 2 m; in Fig. 10b a forest 35 1000 m away; in Fig. 10c a house 36 at a distance of 70 m - appears equally sharp to the user and appears as a real 3D object.
  • a single eye has a large depth of field: the superimposed object (marker arrow 32) and the distant background object (concrete pillar 34, forest 35 or house 36) are seen in sharp focus in each of these three cases, although in all three cases the convergence angle is not the actual one Distance of the arrow from the eye to the pixel matrix (approx. 1.2 meters) corresponds.
  • FIGS. 5b, 7 and 8 Further developments of the method of the type set out herein for operating a field of view display device 1 according to FIG. 6 are described with reference to FIGS. 5b, 7 and 8. (The contents 29, 30 and 31 shown in FIGS. 7 and 8 as virtual display images have no border lines, rather the indicated border lines only serve to clarify the reader.)
  • the environment detection unit 26 detects an environment 20 of the motor vehicle 15 that is currently located behind the windshield 5.
  • information such as virtual object images and / or object markings are provided in the field of vision of the user 6, in particular the driver of the motor vehicle 15, to support the user 6 when navigating during independent or assisted driving or to visualize / clarify one of the Motor vehicle 15 detected driving situation and its driving intent during highly or fully automated driving (HAF / VAF) is faded in.
  • a virtual turning arrow 27 is faded in into the correct turning point of the road ahead in FIG Darkness detected third-party vehicle 28 in front of one's own motor vehicle 15 with a colored, for example red circle 29 virtually visibly marked, and in Fig. 8 on a road without lane markings a correct lane in front of one's own Motor vehicle 15 visualized by a continuous colored, for example yellow, virtual lane marking 30 in the form of the entire lane to be driven.
  • the field of view display device 1 also comprises, in addition to the flat pixel arrangement 2 and the reflection-suppressing deflection arrangement 3, a conventional projection unit of the type mentioned at the beginning (not shown) for generating a further virtual display image 31 that is shown in a field of view of a user 6.
  • the light exit opening 16 of the projection unit - at which it is shown in FIG. 5 a for its conventional position - can be arranged closer to the root of the front pane 5 and adjacent to the lower contour side of the flat pixel arrangement 2 in FIG. 5 a and in a horizontal direction 5a so as to be used to display the further virtual display image 31 deeper below the horizon, for example directly below the contact-analog virtual display image generated by the flat pixel arrangement 2.
  • This conventional projection unit comprises in its interior both an imaging unit for generating a further projection light beam with the display content of the further virtual display image 31 and a projection lens arranged opposite the imaging unit for projecting the generated further projection light beam onto a partial surface of the front screen 5 conventional HUD technology can be combined with the above in order to simultaneously or depending on the situation to be used alternately.
  • the method can in particular include the further steps:
  • the predetermined static information can be, for example, warning messages in the event of a critical charge state of an energy store or a critical fill state of a fuel tank on board or an emerging storm, or an indication of a current speed limit or its exceeding, etc.,
  • FIGS. 9a-9b each show in a schematic vertical cross-sectional view further specific configurations of the field of view display device 1 according to the above embodiment.
  • the reflection-suppressing deflection arrangement 3 of FIGS. 9a-9b differs from that of FIGS. 1 and 6 in that it only has a single large reflection surface 40 (FIG. 9a) or a plurality of reflection surfaces 4 with mutually varying heights perpendicular to the flat pixel arrangement 2 (FIG 9b).
  • the field of view display device 1 shown in FIG. 9a with a single large, for example approximately 6 cm (in the direction perpendicular to the planar pixel arrangement 2) high reflection surface 40, a field-of-view can already be achieved which is comparable in the vertical direction to that mentioned at the beginning conventional HUD in today's motor vehicles.
  • the field of view display device 1 of FIG. 9a can be designed to be significantly wider than the conventional HUD in the horizontal direction due to its flat structure be, which overall can result in a correspondingly larger field-of-view.
  • the reflection surface 40 it is possible, but not absolutely necessary, for the reflection surface 40 to be formed by a side surface of a prism 9.
  • the reflection surface 40 can also simply be an inclined mirror with a thickness required for its stability and the freedom from injury of a user, because this thickness has no influence on the virtual display image generated. This also applies to the reflection surface 4 closest to the front pane 5 in FIGS. 1 and 6. As in FIGS. 1 and 6, in FIG. 9a, compared to the reflection surface 40 for suppressing interference reflection, a dummy with a user 6 is shown facing light-absorbing cover surface 14 and a light-absorbing back 11 parallel to the reflection surface 40.
  • FIG. 9b the same can apply to the first from the left reflection surface 4, which is arranged, for example, in a motor vehicle closest to the front window 5 thereof, as for the reflection surface 40 of FIG. 9a.
  • a further field-of-view of the field of view display device 1, which is even larger than that of FIG. 9a, can be achieved by means of further reflection surfaces 4, which are successively reduced in height and, as shown in FIG. 9b, by prisms 9 of different heights.
  • Instrument panel 7 of the motor vehicle be aligned.
  • a flat pixel arrangement 2 which in addition to an autostereoscopic one additionally has a 2D image stream, can provide a virtual display image at a fixed distance of slightly below or above one Meters, for typical motor vehicle dimensions about 1, 2 m, generated by the user 6. Without eye tracking Tet must be z.
  • B as a replacement for a conventional instrument cluster display, information such as the condition of the vehicle is permanently displayed. In principle, however, it can also be used to display all other types of information, in particular contact-analog overlays in the detected environment behind the projection screen, which were mentioned here in relation to a 3D display.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldanzeigevorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die eine autostereoskopische flächige Pixelanordnung zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt aufweist und dazu ausgebildet ist, dieses auf eine teilweise transparente reflektierende Projektionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe des Kraftfahrzeugs, derart zu projizieren, dass dahinter ein in ein Blickfeld eines Benutzers eingeblendetes virtuelles Anzeigebild entsteht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen mindestens eines Umfeld- und/oder Benutzerparameters und - Umschalten zwischen mindestens zwei qualitativ unterschiedlichen 3D- und/oder 2D- und/oder monokularen Betriebsmodi der flächigen Pixelanordnung abhängig von dem/den bereitgestellten Umfeld- und/oder Benutzerparameterin) zur Anpassung des virtuellen Anzeigebilds an qualitative Betriebsänderungen in Bezug auf das Umfeld und/oder den Benutzer der Blickfeldanzeigevorrichtung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldanzeiqevorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldanzeigevor richtung, insbesondere eines Head-Up- Displays für ein Kraftfahrzeug, sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst dabei eine autostereoskopi- sche flächige Pixelanordnung, die insbesondere als ein oder mehrere autoste reoskopische Flachbildschirme ausgebildet sein kann.
Technischer Hintergrund
Blickfeldanzeigevorrichtungen in einem Kraftfahrzeug sind insbesondere unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt. Damit wird ein Anzeigein halt, wie eine Angabe über eine Geschwindigkeitsbegrenzung, als ein virtuelles Anzeigebild in das Blickfeld des Fahrers vor dem Kraftfahrzeug eingeblendet, sodass er seinen Blick nicht von der Straße abwenden muss. Hierzu umfasst eine Blickfeldanzeigevorrichtung typischerweise eine Projektionseinheit, die durch ein unterhalb einer Armaturenbrettoberseite untergebrachtes Display mit einer geeigneten Projektionsoptik ein Projektionslichtstrahlenbündel mit gewünschtem Anzeigeinhait erzeugt und auf eine teilweise transparente Projektionsscheibe, beispielsweise die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs, projiziert, von der es zum Fahrer hin reflektiert wird.
Bei dieser herkömmlichen Bauart weist das HUD ein relativ kleines Field-of- View auf, welches in der Regel nur bis knapp an den Horizont reicht, und die Entfernung des virtuellen Anzeigebilds ist durch den optischen Aufbau der Projektionseinheit festgelegt. Einer Vergrößerung des Field-of-View steht der begrenzte Bauraum innerhalb des Armaturenbretts entgegen. Insbesondere nimmt die bekannte Projektionsoptik viel Platz in vertikaler Richtung ein. Der Fahrer blickt dabei gleichsam in ein Fernrohr, sodass für ihn ein nahes, am Dis play im HUD-lnneren erzeugtes Anzeigebild in der Ferne vor dem Kraftfahrzeug erscheint. Damit sind entsprechend einer "Öffnung des Fernrohrs" nur begrenz te Raumwinkel darstellbar, in denen das HUD-Anzeigebild dem Blick durch die Frontscheibe überlagert werden kann. Kontaktanaloge Einblendungen, wie bei spielsweise aus Augmented- Reality bekannt, sind außerhalb dieses begrenzten Raumwinkels nicht möglich.
Andererseits ist beispielsweise aus DE 10 2009 054 232 A1 ein Head-up- Display zur stereoskopischen Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug bekannt, das Bilderzeugungsmittel zur Erzeugung zweier unterschiedlicher, für die beiden Augen eines Insassen bestimmter Einzelbilder und eine Anzeigeeinheit aufweist, auf welcher Leuchtpunkte erzeugbar sind, deren Lichtstrahlen durch Spiegelung an der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs für den Insassen sichtbar sind. Ferner sind im Strahlengang zwischen der Anzeigeeinheit und der Windschutzscheibe Ablenkmittel, wie z. B. eine matrixartige Anordnung kleiner Linsen, vorgesehen, die Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte in unterschiedliche Abstrahlrichtungen ablenken. Zudem sorgen Bildpunktzuordnungs mittel für eine derartige Zuordnung von Bildpunkten der Einzelbilder zu Leucht punkten der Anzeigeeinheit, dass für das linke Auge des Insassen das dafür bestimmte Einzelbild und für das rechte Auge des Insassen das dafür bestimmte Einzelbild sichtbar ist. Eine autostereoskopische Displayanzeige dieser Art kann für eine kontaktanaloge Darstellung der Inhalte besonders günstig sein.
Bei Blickfeldanzeigevorrichtungen sind in der Regel zusätzliche Maßnahmen vorgesehen, die Störreflexionen von Umgebungslicht an deren Bauteilen, die zu einer Blendung des Benutzers führen könnten, unterbinden. Hierzu wird bei einem herkömmlichen HUD beispielsweise eine Deckscheibe, die die Projektionseinheit nach außen verschließt, geometrisch entspiegelt (sogenannte Gla- retrap). Daraus bekannte Entspiegelungstechniken eignen sich allerdings nicht für ein direkt gegenüber der Windschutzscheibe angeordnetes Display.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders im Hinblick auf die Sichtbarkeit des virtuellen Anzeigebilds oder den Komfort des Benutzers ver bessertes Betriebsverfahren für eine Blickfeldanzeigevorrichtung mit einem au tostereoskopischen Display, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldanzeige vorrichtung gemäß Anspruch 1 , eine entsprechende Steuerungseinheit, ein Computerprogramm sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten An sprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für das Verfahren genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Blickfeldanzeigevorrichtung, die Steuerungseinheit, das Computerprogramm oder das Kraftfahrzeug, wie auch umgekehrt.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Blickfeldan zeigevorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen, die eine au tostereoskopische flächige Pixelanordnung zur Erzeugung eines Projektions lichtstrahlenbündels mit einem Anzeige Inhalt aufweist. Die Blickfeldanzeigevor richtung ist dazu ausgebildet, das erzeugte Projektionslichtstrahlenbündel auf eine teilweise transparente reflektierende Projektionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe des Kraftfahrzeugs, derart zu projizieren, dass dahinter ein in ein Blickfeld eines Benutzers (z. B. des Fahrers oder eines anderen Insassen des Kraftfahrzeugs) eingeblendetes virtuelles Anzeigebild entsteht. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Bereitstellen mindestens eines Umfeld- und/oder Benutzerparameters und
- Umschalten zwischen mindestens zwei qualitativ unterschiedlichen Betriebsmodi der flächigen Pixelanordnung, die mindestens einen stereoskopi schen Betriebsmodus (auch 3D-Darstellung genannt) und/oder mindestens einen monoskopischen Betriebsmodus (auch 2D-Darstellung genannt) und/oder mindestens einen monokularen Betriebsmodus (d. h. mit jeweils nur für ein Auge des Benutzers sichtbarer Darstellung) umfassen, abhängig von dem/den bereitgestellten Umfeld- und/oder Benutzerparameter(n), um das virtuelle Anzeigebild an qualitative Betriebsänderungen in Bezug auf das Umfeld und/oder den Benutzer anzupassen.
Der Begriff "flächig" bedeutet dabei ganz allgemein, dass sich die Pixelanordnung in Form einer zweidimensionalen Pixelmatrix über eine Fläche erstreckt, die zumindest bereichsweise eben oder aber gekrümmt oder gewölbt sein kann. Insbesondere kann die flächige Pixelanordnung bei Bedarf einer Wölbung der
Oberseite der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs angepasst sein, bei spielsweise indem sie gestuft oder geschachtelt aus mehreren kleineren Teilflä chen, wie z. B. ebenen Displays, aufgebaut ist. Die Begriffe "qualitativ unterschiedlich" und "qualitative Änderung" bedeuten insbesondere einen nicht rein quantitativen Unterschied diverser Betriebsparameter, sondern eine solche Än derung des Betriebs, die eine Wahrnehmbarkeit und/oder Sichtbarkeit des vir tuellen Anzeigebilds für den Benutzer grundlegend verändert.
Das Umschaiten der flächigen Pixelanordnung zwischen den qualitativ unter schiedlichen Betriebsmodi kann insbesondere durch eine geeignete, jeweils andersartige elektrische Ansteuerung der Pixelmatrix, beispielsweise in Bezug auf die Zuordnung einzelner Pixel zu dem zu erzeugenden Anzeigeinhalt, realisiert sein. Es handelt sich dabei insbesondere um einen Übergang von einer 3D- zu einer 2D- oder zu einer monokularen Darstellung, oder umgekehrt.
Die autostereoskopische flächige Pixelanordnung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise gemäß DE 10 2009 054 232 A1 , zur 3D-Darstellung ausgebildet sein. D. h. eine solche flächige Pixelanordnung kann von einer bilderzeugenden Einheit und/oder einer Steuerungseinheit derart angesteuert werden, dass zwei verschiedene 2D- Bilder das linke und das rechte Auge des Benutzers erreichen, um bei ihm einen räumlichen Eindruck des dargestellten virtuellen Anzeigebilds zu bewirken, ohne Hilfsmittel wie z. B. 3D-Brillen direkt vor seinen Augen, Auf diese Weise können beispielsweise für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs als dreidimensional wahrgenommene Darstellungen in beliebigen Entfernungen zwischen ungefähr 1 m und bis hin zu unendlich weit von seinen Augen erzeugt werden. Dabei sind grundsätzlich alle Konvergenzebe nen simultan realisierbar, was eine Immersion in eine virtuelle 3D-Welt ermög licht.
Für den geschilderten 3D-Betriebsmodus hat sich vorliegend experimentell di rekt nachweisbar herausgestellt, dass zumindest für typische Fahrzeuggeomet rien mit beispielsweise ca 120 cm Abstand der flächigen Pixelanordnung von den Äugen des Fahrers die Augen bei einer Akkommodation auf fern bis unendlich von sich aus imstande sind, die als virtuelles Anzeigebild eingeblendeten Strukturen, wie z. B. Linien, im Wesentlichen scharf zu sehen, bei Tag und bei Nacht. Mit anderen Worten besteht hier zwar ein Mismatch von Konvergenz- und Akkommodationsentfernung, dieser wird jedoch nicht als störend wahrgenommen:
Dabei ist Konvergenzwinkel ein Winkel, den die Blickachsen von rechtem und linkem Auge bilden, und Akkommodation ist die Scharfstellung der Augenlinse auf eine Entfernung des betrachteten Objekts Beim normalen Sehen (d. h. oh ne 3D-Display) korrelieren der Konvergenzwinkel und die Akkom modationsent- fernung gemäß einem geschlossenen Dreieck. Sofern vorliegend die durch die stereoskopische Bilderzeugung bedingte 3D-Entfernung insbesondere kleiner oder gleich der Entfernung realer Hintergrundobjekte in der Umgebung ist, kann das eingeblendete virtuelle Anzeigebild entspannt und weitgehend scharf betrachtet werden, d. h. die Augen stellen dafür automatisch die richtige 3D- Konvergenz ein (vgl. Fig. 10a- 10c). (Der Begriff "im Wesentlichen" kann hierin insbesondere eine hersteliungs- oder konstruktionsbedingte mögliche Abwei chung im Rahmen des dargelegten Funktionsprinzips bedeuten, die beispielsweise nicht mehr als etwa 10% von betreffenden geeigneten Messgrößen be tragen kann.) Insbesondere kann das Bereitstellen mindestens eines Umfeldparameters das Erfassen eines aktuellen Umfelds hinter der Projektionsscheibe, insbesondere eines vorausliegenden Umfelds des Kraftfahrzeugs, umfassen. Dabei wird die flächige Pixelanordnung zumindest bereichsweise von einem 3D- zu einem monokularen Betriebsmodus umgeschaltet, wenn für einen entsprechenden Bereich des erfassten Umfelds im Hintergrund des virtuellen Anzeigebilds die räumliche Tiefe in einer vorbestimmten Weise nicht ermittelbar ist. Beispiels weise kann es bei einer Durchfahrt des Kraftfahrzeugs durch einen Tunnel, über eine Brücke und/oder hinter einem vorausfahrenden LKW nicht in einer für die 3D-Darstellung eines virtuellen Symbols erforderlichen Weise für das System und/oder den Benutzer klar oder eindeutig sein, wie tief der Raum vor dem Kraftfahrzeug hinter dem Symbol ist. Durch das Umschaiten eines entspre chenden Bereichs der flächigen Pixelanordnung in den monokularen Betriebs modus kann eine aktuelle kontaktanaloge Position des Symbols beibehaiten werden; das Symbol ist dann nur von einem Auge des Benutzers sichtbar und bedarf daher keiner Tiefenerkennung bzw. Einstellung des Konvergenzwinkels. Geeignete Mittel, z. B. optische Kameras oder Radar/Lidar-Systeme, zur Erfas- sung des Umfelds bei dieser und anderen Verfahrensausgestaltungen sind dem Fachmann bekannt und an Bord des Kraftfahrzeugs oft ohnehin vorgesehen.
Insbesondere kann das Bereitstellen mindestens eines Benutzerparameters das Erfassen und/oder benutzerseitige Eingeben des Alters und/oder einer Sehschwache des Benutzers umfassen. Die flächige Pixelanordnung wird dabei zumindest bereichsweise von einem 3D- zu einem 2D- und/oder monokularen Betriebsmodus umgeschaltet, wenn für einen entsprechenden Bereich des virtuellen Anzeigebilds die erfassten und/oder eingegebenen Benutzerparameter zu seinem Alter und/oder seiner Sehschwache nicht vorbestimmten Anforderungen für die 3D-Darstellung genügen. Alternativ oder zusätzlich kann für den Benutzer auch eine direkte Wahlmöglichkeit zwischen den genannten Betriebsmodi über eine geeignete Benutzerschnittstelle bereitgestellt sein.
Durch diese Verfahrensausgestaltung kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass alte Fahrer gegebenenfalls eine Gieitsichtbrilie tragen, was möglich- erweise im Gegensatz zu jungen Fahrern zu einem Mismatch oben genannter Konvergenz- und Akkommodationsentfernungen führen kann. In diesem Fall können virtuelle Objekte, die scharf gesehen werden müssen, wie z. B. sicherheitsrelevante Zahlenangaben oder Schrift, z. B. in einem 2D-Betriebsmodus in einem geeigneten Bereich der flächigen Pixelanordnung und damit der Front scheibe angezeigt werden, sodass die Konvergenz- und Akkommodationsentfernungen übereinstimmen. Andererseits können dabei virtuelle Objekte, bei denen ein derartiger Mismatch wenig stört, wie z. B. großflächige Markierungen von Fahrspuren, weiterhin im 3D-Betriebsmodus dargestelit werden.
Hingegen können dabei junge Fahrer, die normalerweise keine permanente
Weitsichtigkeit haben und für die daher der genannte Mismatch eine geringere Rolle spielt, auch virtuelle 3D-Anzeigen mit feinen Strukturen, wie z. B. Schrift, als in einer wahrgenommenen 3D-Entfernung eingeblendet bekommen, die größer als die Entfernung der flächigen Pixelanordnung von deren Augen (wie z. B. etwa 1 ,2 m für typische Fahrzeuggeometrien) ist, für die also die Konver genz- und Akkommodationsentfernungen nicht übereinstimmen.
Zwischen den beiden Extremen "junger Fahrer" und "alter Fahrer" können dabei (müssen aber nicht) auch beliebig viele weitere geeignet abgestufte Betriebs modus- und damit Darsteliungspakete implementiert sein, die ebenfalls automa tisch und/oder vom Benutzer oder Fahrer selbst auswählbar sein können. Ins besondere kann in derartigen Darstellungspaketen zusätzlich eine individuelle Einsteilbarkeit einer Größe von virtuellen Schriften und/oder Symbolen durch den Benutzer implementiert sein.
Insbesondere kann das Bereitstellen mindestens eines Benutzerparameters das Erfassen einer Blickrichtung und des Konvergenzwinkels des Benutzers in Bezug auf ein in 3D dargestelltes Objekt des virtuellen Anzeigebilds umfassen. Dabei wird ein diesem Objekt entsprechender Bereich der flächigen Pixelan ordnung von einem 3D- zu einem 2D- und/oder monokularen Betriebsmodus umgeschaltet, falls der erfasste Konvergenzwinkel in vorbestimmter Weise von einem der 3D-Darstellung entsprechenden Konvergenzwinkel abweicht. Insbe- sondere kann dabei in den 3D-Betriebsmodus zurückgeschaltet werden, sobald der Blick des Benutzers dieses Objekt wieder verlässt. Der Konvergenzwinkel kann beispielsweise durch die Erfassung der Blickrichtung beider Augen des Benutzers durch Eye-Tracking oder andere geeignete Mittel implementiert sein.
Durch diese Verfahrensausgestaltung kann beispielsweise die Einstellung der Augen des Benutzers auf einen (wie z. B. hierin an anderen Stellen dargelegt) geeigneten Konvergenzwinkel im 3D-Betriebsmodus zusätzlich unterstützt und/oder kontrolliert werden. Falls der erfasste Konvergenzwinkel beispielswei se aus irgendeinem Grund fälschlicherweise auf zu nah geht (z. B. der Entfernung der flächigen Pixelanordnung entsprechend, wie etwa 1 ,2 m bei typischen
Fahrzeuggeometrien), obwohl das virtuelle 3D-Objekt in einer größeren Entfer nung gesehen werden soll, dann kann die flächige Pixelanordnung z. B. auto matisiert auf eine monokulare Darstellung dieses Objekts umgeschaltet werden, damit es vom Benutzer ebenfalls scharf und komfortabel gesehen wird. Die monokulare Darstellung kann insbesondere gerade solange beibehalten werden, bis der Benutzer seinen Blick von diesem eingeblendeten Objekt abwen det, und alsbald wieder zur 3D-Darstellung umgeschaltet werden. Dadurch kann dem Benutzer beim nächsten Betrachten desselben Objekts erneut die Möglichkeit bereitgestefit werden, es wie vorgesehen in 3D zu sehen, indem ein von seinem Gehirn-Auge-System erneut gewählter Konvergenzwinkel zum ein geblendeten 3D-Qbjekt passt. In der Regel wird die erwähnte falsche Nahfo kussierung nur in den seltenen Fällen möglich sein, in denen der Benutzer sei nen Blick direkt von einer Displayanzeige eines Kombi-Instruments im Inneren des Kraftfahrzeugs gezielt zu einer virtuellen Anzeige wechselt, um diese abzu lesen, noch bevor er seinen Blick wieder auf die Fahrbahn richtet. in Fällen des Verfahrens, in denen ein Bereich der flächigen Pixelanordnung von einem 3D- zu einem monokularen Betriebsmodus umgeschaltet wird, kann insbesondere eine Helligkeit pro Pixel für diesen Bereich erhöht, beispielsweise in etwa verdoppelt werden, um einen Intensitätsverlust durch den Wegfall des für das zweite Auge bestimmten Lichtanteils zumindest teilweise zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann es beim Einschalten eines Bereichs der flä- chigen Pixelanordnung in einen monokularen Betriebsmodus vorgesehen sein, diesen Bereich in Teilbereiche zu unterteilen, für die jeweils für verschiedene Augen des Benutzers bestimmte monokulare Betriebsmodi aktiviert werden. Mit anderen Worten werden dabei manche Bildinhalte nur für das linke, und andere Bildinhalte nur für das rechte Auge des Benutzers eingespielt. Dies kann insbe sondere dazu beitragen, dass der Benutzer den Übergang zum monokularen Sehen nicht bemerkt, weil er für das betreffende Objekt weiterhin beide Augen benutzt. Alternativ oder zusätzlich kann in den obigen Fällen eines monokularen Betriebsmodus insbesondere auch ein Misch betrieb mit einem 3D- Betriebsmodus für den betreffenden Bereich der flächigen Pixelanordnung ein geschaltet werden, bei dem insbesondere großflächige virtuelle Objekte (wie z. B. Fahrspurmarkierungen) weiterhin in 3D und kleinere und/oder feinere (wie z. B. ein Pfeil vor einer Tunnelwand) monokular dargesteilt werden. Dies kann zu einem weiter erhöhten Komfort des Benutzers beitragen da großflächige Objekte im Hinblick auf einen passenden Konvergenzwinkei vergleichsweise unkritisch sind und der Benutzer sie dann mit beiden Augen sieht.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung des Verfahrens der hierin dargelegten Art umfasst das Bereitsteilen mindestens eines Umfeld- und/oder Benutzerparame ters das Erfassen einer Beschleunigung und/oder einer Positions- oder Bewe gungsstörung des Benutzers und/oder einer Beschleunigung und/oder einer
Positions- oder Bewegungsstörung eines sich bewegenden übergeordneten Systems, insbesondere des Kraftfahrzeugs, in dem die Biickfeldanzeigevorrich- tung montiert ist, und/oder eines aktuellen Umfelds hinter der Projektionsschei- be, insbesondere eines vorausliegenden Umfelds des Kraftfahrzeugs. Anhand der erfassten Beschleunigung und/oder Positions- oder Bewegungsstörung des Benutzers und/oder des sich bewegenden übergeordneten Systems und/oder des erfassten aktuellen Umfelds wird ein von der Blickfeldanzeigevorrichtung erzeugtes virtuelles Anzeigebild derart stabilisiert, dass es auch bei schnellen Kopf- und/oder Systembewegungen aus Sicht des Benutzers positionsstabil gegenüber dem Umfeld hinter der Projektionsscheibe steht. Positions- oder Bewegungsstörungen können insbesondere Abweichungen darstellungsrelevanter Positions- oder Bewegu ngsparam eter des Benutzers und/ oder des über- geordneten Systems vom Normalbetrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung umfassen, beispielsweise wenn eine implementierte Eye-Tracking-Einheit die Augenposition des Benutzers verliert.
Diese Verfahrensausgestaltung kann beispielsweise auf eine kontaktanaloge 3D-, 2D- oder monokulare Darstellung eines virtuellen Anzeigebilds angewandt werden, damit Störungen durch relativ zum Umfeld hinter der Projektionsschei be rasche Bewegungen des Benutzers sich nicht auf die kontaktanaloge Ein blendung auswirken. Rein beispielhaft bilden im Falle eines Kraftfahrzeugs (wie sinngemäß eines beliebigen anderen übergeordneten Systems) das Kraftfahrzeug und sein Insasse, der die Blickfeldanzeigevorrichtung benutzt, ein Gesamtsystem, das folgenden Störungen unterworfen ist:
- von außen: schlechte Fahrbahn führt zu Fahrzeugvibrationen und zu sätzlich zu Vibrationen der Kopfposition relativ dazu;
- von innen: eigene Kopfbewegungen des Benutzers können auch Störun gen darstellen.
Diese Verfahrensausgestaltung kann z. B. mittels eines PID-Reglers implemen tiert sein insbesondere kann dabei in einer Steuerungseinheit ein Algorithmus implementiert sein, der eine Übertragungscharakteristik des Gesamtsystems aus individuellem Kraftfahrzeug und Insassen ermittelt und dafür insbesondere die D-Charakteristik (d. h. den differenzielien Anteil, der auf Änderungen im Störsignal reagiert) so optimiert, dass bei Auslenkungen des Kraftfahrzeugs eine zu erwartende Änderung der Augenposition prognostiziert wird und das Anzeigebild anhand dessen stabilisiert wird. Eine solche Übertragungscharakteristik des individuellen Gesamtsystems kann insbesondere vorab, z. B. vor oder zu Beginn einer Fahrt, ermittelt werden,
Auslenkungen, d. h. Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs können hierzu z. B. von einem geeigneten Beschleunigungssensor bekannter Art erfasst werden, der starr mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist. insbesondere können dabei auch an Bord des Kraftfahrzeugs verfügbare Navigationsdaten und eine in be kannter Weise ermittelte Fahrzeugorientierung interpretiert und daraus extrapo- liert werden, wie die Anzeigebildeinspielung korrigiert werden kann, um bei einer resultierenden zu erwartenden Augenposition weiterhin kontaktanalog zu erscheinen. Die zu erwartende Augenposition kann dabei beispielsweise typi sche Kopfverschiebungen bei Fahrmanövern wie Kurvenfahrt, Beschleunigung, Bremsen etc. wie auch typische Kopfbewegungen bei Fahrbahnunebenheiten berücksichtigen. Die Umrechnung in geeignete Korrektursignale, insbesondere die prognostizierte Augenposition, kann dabei z. B. für typische Fahrzeugbewe gungen mittels künstlicher Intelligenz, d. h. mit einem geeigneten selbstlernen den Algorithmus, trainiert werden.
Bei einer Weiterbildung der obigen Verf ah rensausgestaitu ng wird bei Überschreiten einer vorbestimmten Störschwelle durch die erfasste Beschleunigung und/oder Positions- oder Bewegungsstörung des Benutzers und/oder des übergeordneten Systems die flächige Pixelanordnung für die Dauer einer derartigen Störung ausgeschaltet. Mit dieser Weiterbildung kann insbesondere für sehr massive Störungen, auf welche die dargelegte Bildstabilisierung nicht schnell genug reagieren kann (wie z. B, beim Durchfahren eines großen Schlaglochs oder eines Kopfsteinpflasters), eine geeignete Störschwelle z. B. in der Steuerungseinheit hinterlegt sein Dabei wird die flächige Pixelanordnung oder die ganze Blickfeldanzeigevorrichtung kurzzeitig, insbesondere für die Dauer der Überschreitung der vorbestimmten Störschwelle oder bis zu einer erfolgten Bildstabilisierung, deaktiviert, um Irritationen des Benutzers durch nicht korrekt kontaktanalog dargestelltes virtuelles Anzeigebild zu vermeiden.
Insbesondere kann beim Verfahren der hierin dargelegten Art ein in 3D darzu- stellendes Objekt des virtuellen Anzeigebilds zur Unterstützung der Einstellung eines geeigneten vorbestimmten Konvergenzwinkels der Augen des Benutzers (siehe weiter oben) mit markanten vertikalen Strukturen in einem von dem vorbestimmten Konvergenzwinkel abhängigen Abstand voneinander ausgestattet werden. Dadurch kann das Gehirn-Auge-System des Benutzers bei der Einstel lung auf einen passenden vorbestimmten Konvergenzwinkel unterstützt wer den, der beispielsweise von der Steuerungseinheit abhängig von dem erfassten Umfeld im Hintergrund, z, B, seiner räumlichen Tiefe oder Entfernung, durch einen implementierten Algorithmus ermittelt werden kann. Dahinter steht, dass das Gehirn in der Regel darauf trainiert ist, nahe beieinanderliegende vertikale Linien in Einzelbildern, die das linke und das rechte Auge erreichen, als ein einzelnes reales Objekt zu interpretieren und damit den Konvergenzwinkel der Au gen so einzustellen, dass beide vertikale Linien im vom Gehirn zusammenge setzten 3D-Bild auf eine einzige Linie zusammenfallen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung eine auf der flächigen Pixeianordnung (die insbesondere als ein oder mehrere Flachbild schirme ausgebildet sein kann) angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung, die eine oder mehrere sich entlang der flächigen Pixelanordnung in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu und parallel zueinander erstrecken de ebene Reflexionsfläche(n) zum Projizieren des erzeugten Projektionslicht strahlenbündels auf die Projektionsscheibe umfasst. Dabei ist/sind die Rücksei te^) der einen oder der mehreren Reflexionsfiäche(n) zu einer Störreflexunter drückung lichtabsorbierend ausgebildet.
Im Gegensatz zu der eingangs erwähnten herkömmlichen HUD-Bauart mit einer im Inneren der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs untergebrachten Projektionsoptik hat eine Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß dieser Ausführungs form einen deutlich flacheren Aufbau und kann beispielsweise mit nur wenigen cm Einbautiefe in einer Oberseite der Instrumententafel eingebaut oder nach träglich darauf montiert sein. Dies macht eine signifikante Erweiterung des Field-of-View der Blickfeldanzeigevorrichtung, beispielsweise auch vertikal deutlich über den Horizont hinaus, möglich, was sich insbesondere für kontaktanaloge Darstellungen für den Fahrer und andere Insassen zur Unterstützung der Navigation oder beim autonomen Fahren eignet. Insbesondere ist damit ein echt kontaktanaloger 3D-Effekt (Stereo-Augmented-Reality) möglich, wobei die kontaktanaloge Darstellung sowohl binokular als auch monokular sein kann.
Die mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung können untereinander gleich ausgebildet sein oder aber sich in deren Form oder Größe voneinander unterscheiden. Abhängig von de- ren Form und Größe kann deren Abstand voneinander in einer zu deren Erstreckungsrichtung senkrechten Richtung derart gewählt sein, dass eine nahezu vollständige Störreflexunterdrückung und eine im Wesentlichen verlustfreie und formerhaltende Umlenkung des Projektionslichtstrahlenbündels gewährleistet sind. Einige Beispiele hierfür sind weiter unten angegeben. Für die Rückseiten der Reflexionsflächen ist grundsätzlich jede an sich bekannte sonnenlichtabsorbierende Beschichtung geeignet, beispielsweise eine mate schwarze Schicht.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist mindestens eine der Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung durch eine Mantelflächenseite eines auf der flächigen Pixelanordnung angeordneten Pris mas gebildet. {Das Prisma kann beispielsweise eine dreieckige, viereckige, ins besondere trapezförmige, oder fünfeckige Querschnittsfläche haben.) Dies kann der jeweiligen Reflexionsfläche insbesondere eine hohe mechanische Stabilität verleihen. Das Prisma kann aus jedem für das verwendete Projekti onslicht transparenten Material, insbesondere Glas oder Kunststoff, gefertigt sein. Bei einer Luftschicht zwischen der Reflexionsfläche und deren lichtabsorbierender Rückseite kann die Reflexion durch Totalreflexion an der genannten Mantelflächenseite des Prismas zustande kommen, andernfalls können darauf eine reflektierende Schicht, beispielsweise aus Metall, und auf dieser eine licht absorbierende Schicht aufgebracht setn
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist für jeweils zwei benachbarte Reflexionsflächen eine Lichtaustrittsebene, die eine obere Kante der einen Reflexions- fläche und die untere Kante der Rückseite der nächsten Reflexionsfläche ver bindet, im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Projektionsscheibe ausgerichtet. Dies kann insbesondere zu einer vollständigen Störreflexunterdrückung für Umgebungslicht aus beliebigen Richtungen führen.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung liegen obere Kanten der mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanord- nung aus der Sicht des Benutzers im Wesentlichen auf einer Linie, um beispielsweise die Reflexionsflächen gegen einen direkten Blick des Benutzers darauf zu verdecken. Dies kann insbesondere mittels einer geeigneten Hub- /Kipp-Einrichtung für die reflexunterdrückende Umlenkanordnung oder die flä chige Pixelanordnung manuell oder zumindest teilweise automatisiert, bei spielsweise durch das Eye-Tracking, einstellbar sein. Hierzu kann das Verfahren insbesondere folgende zusätzliche Schritte umfassen:
- Bereitstellen einer aktuellen Position, insbesondere einer Augenposition o- der einer Blickrichtung, des Benutzers und
- das genannte Ausrichten oberer Kanten der mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung abhängig von der bereitgestellten aktuellen Benutzerposition.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuerungseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, wobei die Steuerungseinheit zum zumindest teilweise automatisierten Durchführen eines Verfahrens der hierin dargelegten Art ausgebildet ist. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vor gesehen, welches, wenn es in einer Steuerungseinheit ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, ein Verfahren der hierin dargelegten Art auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- eine sich zwischen einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs und einer Instru mententafel erstreckende Oberseite der Instrumententafel;
- eine auf, in oder unter der Oberseite der Instrumententafel angeordnete Blickfeldanzeigevorrichtung, die eine autostereoskopische flächige Pixelanordnung zur Erzeugung eines Projektionslichtstrahlenbündels mit einem Anzeigeinhalt aufweist und dazu ausgebildet ist, dieses auf die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs derart zu projizieren, dass dahinter ein in ein Blickfeld des Fahrers und/oder weiterer Insassen eingeblendetes virtuelles Anzeige- btld entsteht; und
- eine Steuerungseinheit der hierin dargelegten Art.
Insbesondere kann dabei die Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform ausgebildet sein und entweder deren autostereoskopische flächige Pixeianordnung oder die darauf angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung kann im Wesentlichen bündig zu der Oberseite der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifi sche Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematisch, sie sind insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Ähnliche oder einander entsprechende Elemente sind darin mit den gleichen Be zugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische seitliche Querschnittsansicht einer Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform der Erfin dung;
Figur 2a eine perspektivische Ansicht einer möglichen Erstreckung einer
Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform in einer Oberseite einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs;
Figuren 2b und 2d jeweils eine perspektivische Ansicht eines mit der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 2a nutzbaren Projektionsbereichs in der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs aus Fahrersicht;
Figur 2c eine perspektivische Ansicht eines mit der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 2a nutzbaren Projektionsbereichs in der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs aus Beifahrersicht;
Figuren 3a bis 3c perspektivische Ansichten eines Modellbeispiels einer Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform zur Erläuterung der Umlenkwirkung von deren reflexunterdrückender Umlenkanordnung mit mehreren Prismen;
Figuren 4a und 4b perspektivische Ansichten eines weiteren Modellbeispiels einer Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungs form zur Erläuterung der Entstehung sichtbarer und unsichtbarer Streifen in einer die flächige Pixelanordnung enthaltenden Fläche;
Figur 5a eine perspektivische Ansicht einer möglichen Anordnung einer
Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform in einer Oberseite einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs;
Figur 5b eine perspektivische Ansicht eines mit der B I ickfeldanze igevorrtch- tung der Fig. 5a nutzbaren Projektionsbereichs in der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs aus Fahrersicht mit einem kontaktanalog eingeblendeten virtuellen Abbiegepfeil;
Figur 6 eine schematische seitliche Querschnittsansicht einer Blickfeldan zeigevorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform mit Ansteue rungskomponenten für deren flächige Pixelanordnung zur Durch führung des Verfahrens der hierin dargelegten Art;
Figur 7 eine perspektivische Frontscheibenansicht aus Fahrersicht mit einer mit der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 6 kontaktanalog eingeblendeten virtuellen Markierung eines Fremdfahrzeugs;
Figur 8 eine weitere perspektivische Frontscheibenansicht aus Fahrersicht mit einer mit der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 6 kontaktanalog eingeblendeten virtuellen Markierung einer Fahrspur und einem mittels einer zusätzlichen herkömmlichen Projektionseinheit statisch eingeblendeten weiteren virtuellen Anzeigeinhalt; Figuren 9a und 9b schematische seitliche Querschnittsansichten weiterer
Blickfeldanzeigevorrichtungen gemäß der obigen Ausführungsform; und
Figuren 10a bis 10c jeweils einen Blick durch eine Projektionsscheibe mit einem im 3D-Betriebsmodus der flächigen Pixelanordnung kontaktanalog eingeblendeten virtuellen Markierungspfeil, der bei drei stark verschiedenen Entfernungen der Hintergrundobjekte einem Benutzer der Blickfeldanzeigevorrichtung scharf und als echtes 3D-Objekt erscheint.
Beschreibung von Ausführungsformen
Alle weiter oben und nachfolgend in der Beschreibung und den Ansprüchen genannten spezifischen Details und Varianten des Betriebsverfahrens für eine
Blickfeldanzeigevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, insbe sondere verschiedene Ausgestaltungsmerkmale der betreffenden Blickfeldan zeigevorrichtung gemä ß der obigen Ausführungsform, können bei den in den Figuren 1 bis 10c gezeigten Beispielen implementiert sein. Umgekehrt sind die in Fig. 1 bis 10c gezeigten konkreten Beispiele nur als eine vereinfachte, bei spielhafte Illustration der in der Beschreibung und den Ansprüchen allgemeiner definierter Merkmale zu verstehen.
Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen vertikalen Querschnittsansicht eine Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausfüh rungsform der Erfindung in einem Kraftfahrzeug (in Fig. 1 nicht dargestellt, vgl. Fig. 2a-2d und 5a-5b), insbesondere ein Head-up-Display.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 umfasst eine elektrisch ansteuerbare autoste reoskopische flächige Pixelanordnung 2, die im Betrieb ein Projektionslicht strahlenbündel L mit einem gewünschten Anzeigeinhalt erzeugt. Ferner umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 eine auf der flächigen Pixelanordnung 2 an- geordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung 3, die in diesem Beispiel mehrere (rein beispielhaft fünf) sich entlang der flächigen Pixelanordnung 2 in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu und parallel zueinander erstrecken de ebene Reflexionsflächen 4 aufweist Durch das Umlenken des Projektions lichtstrahlenbündels L an den Reflexionsflächen 4 wird es auf eine Frontscheibe 5 des Kraftfahrzeugs projiziert und von dieser zu den Augen eines Benutzers 6, insbesondere des Fahrers oder Beifahrers, reflektiert (durch Pfeile angedeutet). Dadurch entsteht hinter der Frontscheibe 5 ein in ein Blickfeld des Benutzers 6 eingeblendetes virtuelles Anzeigebild (vgl. Fig. 5b, 7 und 8), das sich für den Benutzer 6 mit einem durch die Frontscheibe 5 beobachteten realen Umfeld vor dem Kraftfahrzeug überlagert. Der vorbestimmte spitze Anstellwinkel der Refle- xionsfiächen 4 kann hierzu anwendungsspezifisch beispielsweise aus der ge genseitigen geometrischen Anordnung der flächigen Pixelanordnung 2, der Frontscheibe 5 und des Benutzers 6 festgelegt sein. Dabei sind die Reflexionsflächen 4 auf deren Rückseiten 11 zu einer Störreflexunterdrückung vollflächig lichtabsorbierend ausgebildet.
Die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 kann beispielsweise in oder auf einer Oberseite 7 einer Instrumententafel 8 (in Fig. 1 nicht dargestelit, vgl. Fig. 2a-2d und 5a) des Kraftfahrzeugs zwischen der Frontscheibe 5 und der Instrumententafel 8 bzw. einem Lenkrad montiert sein. Dabei kann die flächige Pixelanordnung 2 oder die reflexunterdrückende Umlenkanordnung 3 zumindest abschnittweise beispielsweise im Wesentlichen bündig zu der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 angeordnet sein, was besonders unauffällig, schützend für die optischen Bauteile oder den Benutzer 6 und/oder platzsparend sein kann.
In Fig. 1 sind rein beispielhaft alle Reflexionsflächen 4 der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 3 durch Mantelflächenseiten von auf der flächigen Pi xelanordnung 2 aufliegenden Prismen 9 aus Glas oder Kunststoff gebildet. Dies kann einen besonders robusten Aufbau der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 erge ben und sowohl die flächige Pixelanordnung 2 und die Reflexionsflächen 4 vor Beschädigungen als auch den Benutzer 6 vor Verletzungen an freistehenden Kanten schützen. Insbesondere können hierzu die freistehenden, oberen Pris- men kanten 10 zusätzlich abgerundet oder abgefast und insbesondere ebenfalls lichtabsorbierend ausgebildet sein, beispielsweise in ähnlicher Weise wie die Rückseiten der Reflexionsflächen und zu demselben Zweck,
Insbesondere hat das jeweilige Prisma 9 in Fig. 1 eine dreieckige Querschnitts fläche A, sodass dessen andere, untere Mantelflächenseite 9a auf der flächigen Pixelanordnung 2 aufliegt, während dessen dritte Mantelflächenseite als Licht- austrittsfläche 13a für das umgeienkte Projektionslichtstrahlenbündel L dient. Die Lichiaustrittsfiächen 13a können insbesondere von außen mit einer geeig neten Antireflex-Beschichtung versehen sein, in Fig. 1 schließen die auf der flächigen Pixelanordnung 2 aufliegenden Mantelflächenseiten 9a der Prismen 9 rein beispielhaft direkt aneinander an.
Bei der in Fig. 1 gezeigten geometrischen Anordnung der Reflexionsflächen 4 kann durch deren lichtabsorbierende Rückseiten 11 insbesondere eine nahezu vollständige Unterdrückung von Störreflexen des Umgebungslichts 12 aus beliebigen Richtungen von außerhalb und innerhalb des Kraftfahrzeugs erreicht werden, wie in Fig. 1 symbolisch durch einen störreflexfreien Bereich 6a um den Benutzer 6 herum angedeutet. Hierzu können beispielsweise Lichtaustritts- ebenen 13, die für jeweils zwei benachbarte Reflexionsflächen 4 eine obere Kante der einen Reflexionsfläche und die untere Kante der Rückseite 11 der nächsten Reflexionsfläche verbinden und in denen in diesem Beispiel die Licht austrittsflächen 13a der Prismen 9 liegen, im Wesentlichen senkrecht zu der Frontscheibe 5 ausgerichtet sein. Insbesondere liegen in diesem Beispiel die Reflexionsflächen 4 und deren lichtabsorbierende Rückseiten 11 mit deren unteren Kanten unmittelbar auf der flächigen Pixelanordnung 2 auf, die bei Bedarf auch eine schützende Deckschicht etc. umfassen kann.
Ferner ist in Fig. 1 eine vordere, am nächsten an dem Benutzer 6 liegende Reflexionsfläche 4 zur Vorbeugung einer Blendung des Benutzers daran durch eine abgedunkelte oder lichtabsorbierende Abdeckfläche 14 in Blickrichtung des Benutzers 6 abgedeckt. Die Abdeckfläche 14 bedeckt in diesem Beispiel eine dem Benutzer 6 zugewandte Mantelflächenseite des vorderen Prismas 9. Für die Abdeckfläche 14 eignet sich insbesondere die gleiche Beschichtung, beispielsweise eine schwarze matte Beschichtung, wie bei den lichtabsorbierenden Rückseiten 11 der Reflexionsflächen 4. Alternativ kann zum selben Zweck auch eine separate, in Richtung des Benutzers vor der vorderen Reflext onsfläche 4 angeordnete Abdeckfläche vorgesehen sein, sodass die genannte Reflexionsfläche 4 zur Umlenkung des Projektionslichts nutzbar ist.
Des Wetteren liegen in Fig. 1 obere Kanten der Reflexionsflächen 4 rein bei spielhaft im Wesentlichen auf einer Linie K aus der Sicht des Benutzers 6 der
Blickfeldanzeigevorrichtung 1.
Fig. 2a zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer möglichen Erstre ckung einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausführungsform der Erfindung, insbesondere gemäß Fig. 1 , in einer Oberseite 7 einer Instrumententafel 8 eines Kraftfahrzeugs 15. Eine Gesamthöhe der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 in einer zu der flächigen Pixelanordnung 2 senkrechten Richtung kann insbesondere nur wenige cm, beispielsweise zwischen 0,5 und 10 cm, insbesondere zwischen 1 und 7 cm, z. B. etwa 2, 3, 4, 5 oder 6 cm betragen. Aufgrund einer entsprechend geringen Einbautiefe der Blickfeldanzeigevorrich tung 1 kann sie grundsätzlich eine gesamte Fläche der Oberseite 7 der Instru mententafel 8 des Kraftfahrzeugs 15 vor der Frontscheibe 5 einnehmen, wie in Fig. 2a durch deren mögliche Kontur 1a angedeutet. Zum Vergleich ist in Fig. 2a eine Lichtaustrittsöffnung 16 und deren Rand 16a bei einer eingangs erwähnten herkömmlichen Projektionseinheit eines HUDs mit unterhalb der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 untergebrachter Projektionsoptik (nicht gezeigt) angedeutet.
Fig. 2b und 2d zeigen jeweils schematisch eine perspektivische Ansicht eines mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der Fig. 2a nutzbaren Projektionsbereichs 17 der Frontscheibe 5 des Kraftfahrzeugs 15 aus Fahrersicht, dessen Begren zung 17a der Kontur 1a der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 entspricht. Wiederum sind zum Vergleich ein der Lichtaustrittsöffnung 16 einer herkömmlichen Projektionseinheit entsprechender Projektionsbereich 19 und dessen Begrenzung 19a angedeutet. Im Gegensatz dazu kann der mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 nutzbare Projektionsbereich 17 nach oben erkennbar deutlich über den Horizont hinaus reichen, und auch seitlich einen Großteil des vom Fahrer zu überblickenden Straßenbereichs vor der Frontscheibe 5 abdecken.
Fig. 2c zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der Fig. 2a nutzbaren Projektionsbereichs 18 der Front scheibe 5 des Kraftfahrzeugs 15 aus Beifahrersicht, dessen Begrenzung 18a der Kontur 1 a der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 entspricht. Wie daraus leicht zu erkennen ist, sind die vorstehend für den Fahrer genannten Wirkungen der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 genauso gut auch für den Beifahrer nutzbar Ähnliches gilt entsprechend auch für weitere Insassen des Kraftfahrzeugs 15, bei spielsweise aus Loungeposition im Fond. Insgesamt ist mit der Blickfeldanzei gevorrichtung 1 daher eine Multi-User-Nutzung möglich. Sofern die Inhalte je nur von einem User gesehen werden sollen, ist über die Auswertung eines Eye- Tracking für alle zu berücksichtigenden User die Pixelmatrix der flächigen Pi xelanordnung 2 so anzusteuern, dass das Bild nur von dem betreffenden User gesehen werden kann.
Figuren 3a bis 3c zeigen, jeweils in perspektivischer Ansicht, ein stark verein fachtes Modellbeispiel für eine Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausführungsform (beispielsweise gemäß der Fig. 1 ) zur Erläuterung der Um lenkwirkung von deren reflexunterdrückender Umlenkanordnung 3, deren Reflexionsflächen 4 in diesem Modell durch vom Betrachter oder Benutzer abge- wandte hintere Mantelflächenseiten zweier Prismen 9 mit dreieckigen Querschnittsflächen A gebildet sind.
Die flächige Pixelanordnung 2 ist in diesem Modellbeispiel als ein Flachbildschirm ausgebildet, der einen gewünschten Anzeigeinhalt, in diesem Beispiel das in Fig. 3a gezeigte zweidimensionale Bild eines Schmetterlings, erzeugt, welches von dem vom Flachbildschirm ausgehenden Projektionslichtstrahlen bündel L (vgl. Fig. 1 ) transportiert wird. Beim Passieren der auf der flächigen Pixelanordnung 2 angeordneten reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 3 wird das Projektionslichtstrahlenbündel L an den Reflexionsflächen 4 der hinteren Mantelflächenseiten der Prismen 9 umgelenkt, um beispielsweise wie in fig. 1 auf die Frontscheibe 5 des Kraftfahrzeugs und von dieser reflektiert zu den Augen des Benutzers 6 zu gelangen.
Wie in Fig. 3b zu sehen ist, tritt das durch die unteren Mantelflächenseiten 9a der Prismen 9 eingekoppelte Projektionslichtstrahlenbündel L aus deren Licht austrittsflächen 13a aus, während die Rückseiten 1 1 der Reflexionsflächen 4 zur Störreflexunterdrückung für das Umgebungslicht lichtabsorbierend ausge bildet sind. Wie Fig. 3c zeigt, verlässt das in die reflexunterdrückende Um lenkanordnung 3 eingekoppelte Projektionslichtstrahlenbündel L die Lichtaustrittsflächen 13a der Prismen 9 im Wesentlichen ohne Heiligkeitsverlust und bei einer geeigneten Ansteuerung der flächigen Pixelanordnung 2 wie in Fig. 3a auch ohne Formverlust.
Fig. 4a und 4b zeigen jeweils in perspektivischer Ansicht ein weiteres stark ver einfachtes Modellbeispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausführungsform (beispielsweise gemäß der Fig. 1 ) zur Erläuterung der Entstehung sichtbarer und unsichtbarer Streifen in einer die flächige Pixelanordnung 2 enthaltenden Fläche. Ähnlich wie in Fig. 3a-3c ist auch hier die flächige Pixela nordnung 2 als ein Flachbildschirm ausgebildet, der einen gewünschten Anzei geinhalt. in diesem Beispiel das in Fig. 4a gezeigte zweidimensionale Bild eines Schmetterlings, erzeugt. Auch die auf der flächigen Pixelanordnung 2 angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung 3 ist in diesem Modellbeispiel analog zu Fig. 3b-3c durch auf dem Flachbildschirm aufliegende, mit ihren langen Seiten aneinander anschließende Prismen 9 gebildet, von denen auch hier einfachheitshalber nur zwei von möglichen mehr als zwei Prismen gezeigt sind.
Wie in Fig. 4a und 4b extra angedeutet, erstrecken sich in der Pixelfläche zu den Reflexionsflächen 4 der Prismen 9 parallele Streifen 21 , die durch die Um lenkung des Projektionslichts an den Reflexionsflächen 4 von hier bis zu fünf identischen Prismen 9 sichtbar für den Benutzer der Biickfeldanzeigevorrich- tung 1 gemacht werden können. Dazwischen liegen für den Benutzer der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 unsichtbare Streifen 22.
Die unsichtbaren Streifen 22 können daher in der Pixelanordnung schwarz ge lassen werden oder aber für anderweitige Funktionen genutzt werden, bei spielsweise als Luftauslass für eine Frontscheibenheizung oder Innenraumbe lüftung, als Öffnung für eine Soundquelle, als Lichtquelle diffuser Innenraumbe leuchtung oder als Überlappbereich beim Schachteln oder Stufen benachbarter Teilflächen einer zusammengesetzten flächigen Pixelanordnung.
Insbesondere kann hierzu beispielsweise in Fig. 1 eine erste, am weitesten vom Benutzer 6 entfernte Reflexionsfläche 4 auch ohne ein Prisma direkt unter eine Scheibenwurzel der Frontscheibe 5 des Kraftfahrzeugs gesetzt und damit an ders als bei frei stehenden Reflexionsflächen sowohl mechanisch als auch ge gen mögliche Benutzerverletzungen geschützt sein. Alternativ zum Weglassen eines Prismas 9 können bei dieser und/oder anderen Reflexionsflächen 4 (und nicht nur in diesem Beispiel) Prismenkanten, die den jeweiligen Reflexionsflä chen 4 gegenüberliegen, in einem den unsichtbaren Streifen 22 entsprechenden Bereich, der nicht vom Projektionslichtstrahienbündei L passiert wird, ab geschnitten werden. Dadurch können beispielsweise die unsichtbaren Streifen 22 wie erwähnt anderweitig genutzt werden und/oder das Gewicht und der Ma terialverbrauch der reflexunterdrückenden Umienkanordnung reduziert werden.
Fig. 5a zeigt eine perspektivische Ansicht einer möglichen Anordnung einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausführungsform {beispielsweise gemäß der Fig. 1 ) in einer Oberseite 7 einer Instrumententafel 8 eines Kraftfahrzeugs 15. Aufgrund von deren flachem Aufbau kann sich die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 entlang der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 deutlich über den in Fig. 5a zum Vergleich angedeuteten Rand 16a einer Lichtaustrittsöffnung 16 einer Projektionseinheit der eingangs beschriebenen herkömmlichen HUD-Bauart hinaus erstrecken. Wie für Fig. 2a weiter oben beschrieben, kann die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 bis hin zu der Gesamtfläche der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 einnehmen. In Fig. 5a nimmt eine flächige Pixelanordnung 2 der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 eine Teilfläche der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 des Kraftfahrzeugs 15 vor der Frontscheibe 5 ein, die rein beispielhaft durch eine viereckige Kontur 1a begrenzt ist. Die flächige Pixelanordnung 2 kann insbesondere als ein oder mehrere nebeneinander eben oder verschachtelt oder gestuft angeordnete 2D- oder 3D-F!achbildschirme ausgebildet sein. In Richtung der Frontscheibe 5 ist die flächige Pixelanordnung 2 von einer reflexunterdrückenden Umlenkanord nung 3 überdeckt, deren mehrere zueinander parallele Reflexionsflächen 4 bzw. deren lichtabsorbierende Rückseiten 11 durch parallele Striche angedeutet sind.
Fig. 5b zeigt den mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der Fig. 5a nutzbaren Projektionsbereich 17 in der Frontscheibe 5, dessen Begrenzung 17a der Kontur 1a der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 entspricht. Der Projektionsbereich 17 reicht nach oben erkennbar deutlich über den Horizont hinaus und deckt auch seitlich mehrere Spuren des vom Fahrer zu überblickenden Straßenbereichs vor dem Kraftfahrzeug 15 ab. Aufgrund des entsprechend großen Raumwinkels oder Field-of-View der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 eignet sie sich insbesondere sehr gut für kontaktanaloges Einblenden von virtuellen Hilfsinhalten in das Blickfeld des Fahrers abhängig von dem realen Umfeld 20 vor dem Kraftfahr zeug 15. Insbesondere ist mit der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 ein echt kon taktanaloger 3D-Effekt (Stereo Augmented Reality) möglich:
Fig. 6 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der Fig. 1 und Fig. 2a oder 5a, deren autostereosko pische flächige Pixelanordnung 2 beispielswiese ein lichtstarkes Display 2a, z. B. einen Flüssigkristal Ibiidschirm oder ein beliebiges anderes, etwa auch beim herkömmlichem HUD einsetzbares Standard-Display, sowie ein darauf aufgebrachtes Mikrolinsenarray 2b oder andersartige Ablenkmittel gemäß DE 10 2009 054 232 A1 , die Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte des Dis plays 2a in unterschiedliche Abstrahlrichtungen ablenken, aufweist. Zur Ansteuerung der flächigen Pixelanordnung 2 zur Erzeugung eines kontakt analogen 3D-Effekts beim Benutzer 6 ist ferner in an sich bekannter Weise eine Steuerungseinheit 24 für das Display 2a und das Mikrolinsenarray 2b vorgesehen. Die Steuerungseinheit 24 kann beispielsweise von einer Bilderzeugungs einheit 23 einen als virtuelles Anzeigebild darzustellenden Anzeigeinhalt erhal ten. Dabei kann die Bilderzeugungseinheit 23 insbesondere zur Berechnung einer geeigneten stereoskopischen Darstellung darzustellender Umfeldobjekte für den Benutzer 6 ausgebildet sein und hierzu beispielsweise von einer Umfel derfassungseinheit 26 Daten über ein aktuell vorausliegendes Umfeld 20 des Kraftfahrzeugs 15 und/oder von einer Eye-Tracking-Einheit 25, die z. B. eine oder mehr Kameras umfassen kann, eine aktuelle Augenposition des Benutzers 6 erhalten. Die jeweiligen Signalleitungen sind in Fig. 6 durch Pfeile angedeutet.
Die Steuerungseinheit 24 ist in Kooperation mit der Bilderzeugungseinheit 23 zum Durchführen des Verfahrens der hierin dargelegten Art in allen seinen hierin dargelegten Ausgestaltungen ausgebildet. D. h. sie ist zum Umschalten der autostereoskopischen flächigen Pixelanordnung 2 zwischen qualitativ unter schiedlichen Betriebsmodi, insbesondere zum Übergang von einer 3D- zu einer 2D- oder zu einer monokularen Darstellung eines virtuellen Objekts und umgekehrt, eigerichtet. Die hierzu erforderlichen Umfeld- und/oder Benutzerparame ter werden in diesem Beispiel von der Umfelderfassungseinheit 26, der Eye- Tracking-Einheit 25 und weiteren an sich bekannten geeigneten Sensoren und Systemen an Bord des Kraftfahrzeugs 15 bereitgestellt.
Fig. 10a-10c zeigen ein typisches Beispiel dafür, wie die Augen eines Benut zers für ein mit einer autostereoskopischen flächigen Pixelanordnung einer Blickfeldanzeigevorrichtung (nicht gezeigt) kontaktanalog eingeblendetes 3D- Objekt, hier einen Markierungspfeil 32, automatisch einen richtigen Konvergenzwinkel (s. o.) einstellen.
Im gezeigten Fall ist die 3 D- Entfernung des eingeblendeten Objektes auf die Entfernung des Hintergrundes angepaßt. Damit werden die Augen unterstützt, den beabsichtigten und korrekten Konvergenzwinkel automatisch einzustellen. Fig, 10a- 10c zeigen dabei jeweils einen Blick durch eine aus der Vertikalen geneigte Projektionsscheibe 33, wobei der in einem 3D-Betriebsmodus der flächigen Pixelanordnung erzeugte virtuelle Markierungspfeil 32 bei drei stark verschiedenen Entfernungen der Hintergrundobjekte von den Augen des Benut zers - in Fig. 10a einem Betonpfeiler 34 in 2 m Entfernung; in Fig. 10b einem Wald 35 in 1000 m Entfernung; in Fig. 10c einem Haus 36 in 70 m Entfernung - dem Benutzer jeweils gleich scharf und als ein echtes 3D-Objekt erscheint. Ein einzelnes Auge hat eine große Tiefenschärfe: das überlagerte Objekt (Markie rungspfeil 32) und das entfernte Hintergrundobjekt (Betonpfeiler 34, Wald 35 oder Haus 36) werden in jedem dieser drei Fälle gleichzeitig scharf gesehen, obwohl in allen drei Fällen der Konvergenzwinkel nicht dem tatsächlichen Abstand des Pfeiles vom Auge bis zur Pixelmatrix (ca. 1 ,2 Meter) entspricht.
Mit Bezug auf Fig. 5b, 7 und 8 werden Weiterbildungen des Verfahrens der hierin dargelegten Art zum Betreiben einer Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß Fig. 6 beschrieben. (Dabei weisen die in Fig. 7 und 8 als virtuelle Anzeige bilder eingeblendeten Inhalte 29, 30 und 31 keine Randlinien auf, vielmehr die nen die angedeuteten Randlinien nur einer Verdeutlichung für den Leser.)
Bei einer Variante des Verfahrens wird von der Umfelderfassungseinheit 26 ein aktuell hinter der Frontscheibe 5 vorausliegendes Umfeld 20 des Kraftfahrzeugs 15 erfasst. Abhängig von dem erfassten Umfeld 20 werden in das Blickfeld des Benutzers 6, insbesondere des Fahrers des Kraftfahrzeugs 15, kontaktanalog Informationen wie virtuelle Objektbilder und/oder Objektmarkierungen zur Unterstützung des Benutzers 6 bei der Navigation beim selbständigen oder assistierten Fahren oder zur Visualisierung/Verdeutlichung einer vom Kraftfahrzeug 15 erfassten Fahrsituation und seiner Fahrabsicht beim hoch- oder vollautomatisierten Fahren (HAF/VAF) eingeblendet So wird in Fig. 5b in kontaktanaloger Weise ein virtueller Abbiegepfeil 27 in die richtige Abbiegestelle der vorausliegenden Straße eingeblendet, in Fig. 7a ein auf einem Parkplatz bei Dunkelheit erfasstes Fremdfahrzeug 28 vor dem eigenen Kraftfahrzeug 15 mit einem farbi gen, beispielswiese roten Kreis 29 deutlich sichtbar virtuell markiert, und in Fig. 8 auf einer Straße ohne Spurmarkierungen eine korrekte Spur vor dem eigenen Kraftfahrzeug 15 durch eine durchgehende farbige, beispielswiese gelbe, virtuelle Spurmarkierung 30 in Form der gesamten zu befahrenden Spur visualisiert.
Anhand der Fig. 8 wird eine weitere, mit der vorstehenden kombinierbare Vari ante des Verfahrens beschrieben. Hier umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß einem sogenannten "Hybridansatz" neben der flächigen Pixelanordnung 2 und der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 3 ferner eine herkömmliche Projektionseinheit der eingangs genannten Art (nicht gezeigt) zum Erzeugen eines in ein Blickfeld eines Benutzers 6 eingeblendeten weiteren vir tuellen Anzeigebilds 31.
Bei diesem Hybridansatz kann die flächige Pixelanordnung 2 mit der darauf an geordneten reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 3 in der Oberseite 7 der Instrumententafel 8 des Kraftfahrzeugs 15 beispielswiese wie in Fig. 5a angedeutet neben der Lichtaustrittsöffnung 16 der Projektionseinheit, insbesondere unmittelbar an diese anschließend oder um diese herum, angeordnet sein. Ins besondere kann aber die Lichtaustrittsöffnung 16 der Projektionseinheit - an ders als in Fig. 5a für deren herkömmliche Lage gezeigt - näher an der Scheibenwurzel der Frontscheibe 5 und angrenzend an die in Fig. 5a untere Konturseite der flächigen Pixelanordnung 2 angeordnet sein und in horizontaler Rich tung länglicher als in Fig. 5a ausgebildet sein, um so zur Anzeige des weiteren virtuellen Anzeigebilds 31 tiefer unter dem Horizont, beispielsweise unmittelbar unter dem von der flächigen Pixelanordnung 2 erzeugten kontaktanalogen virtuellen Anzeigebild genutzt zu werden.
Diese herkömmliche Projektionseinheit umfasst dabei in ihrem Inneren sowohl eine Bildgebungseinheit zum Erzeugen eines weiteren Projektionslichtstrahlen- bündels mit dem Anzeigeinhalt des weiteren virtuellen Anzeigebilds 31 als auch eine gegenüber der Bildgebungseinheit angeordnete Projektionsoptik zum Projizieren des erzeugten weiteren Projektionslichtstrahlenbündels auf eine Teilfläche der Frontscheibe 5. Dadurch können die herkömmliche HUD-Technologie mit der obigen kombiniert werden, um je nach Situation gleichzeitig oder ab- wechselnd genutzt zu werden. Das Verfahren kann dabei insbesondere die weiteren Schritte umfassen:
- Bereitstellen von Systemzustandsdaten des Kraftfahrzeugs 15 und/oder Be reitstellen von Streckendaten für einen vorausliegenden Streckenabschnitt; und
- statisches, insbesondere von realen Objekten hinter der Frontscheibe 5 in der Darstellung unabhängiges, Einblenden vorbestimmter Informationen in das Blickfeld des Benutzers 6 über die Projektionseinheit und/oder den min destens einen autostereoskopischen Bildschirm und/oder den mindestens einen 2D-Bildschirm der flächigen Pixelanordnung 2 abhängig von den be reitgestellten Systemzustandsdaten und Streckendaten.
Bei den vorbestimmten statischen Informationen kann es sich beispielsweise um Warnmeldungen bei einem kritischen Ladezustand eines Energiespeichers oder einem kritischen Füllzustand eines Kraftstofftanks an Bord oder einem aufkommenden Unwetter oder um eine Anzeige einer aktuell vorliegenden Ge schwindigkeitsbegrenzung oder deren Überschreiten etc. handeln,
Fig. 9a-9b zeigen jeweils in einer schematischen vertikalen Guerschnittsansicht weitere spezifische Ausgestaltungen der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 gemäß der obigen Ausführungsform. Die reflexunterdrückende Umlenkanordnung 3 der Fig. 9a-9b unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 und 6 dadurch, dass sie nur eine einzige große Reflexionsfläche 40 (Fig. 9a) oder mehrere Reflexionsflächen 4 mit untereinander variierenden Höhen senkrecht zur flächigen Pixelanordnung 2 (Fig. 9b) aufweist.
Mit der in Fig. 9a gezeigten Blickfeldanzeigevorrichtung 1 mit einer einzigen großen, beispielsweise etwa 6 cm (in Richtung senkrecht zur flächigen Pixelanordnung 2) hohen Reflexionsfläche 40 kann bereits ein Field-of-View erzielt werden, das in vertikaler Richtung vergleichbar zu dem eingangs erwähnten herkömmlichen HUD in heutigen Kraftfahrzeugen ist. Gleichzeitig kann aber die Blickfeldanzeigevorrichtung 1 der Fig. 9a aufgrund von deren flachem Aufbau deutlich breiter als das herkömmliche HUD in horizontaler Richtung ausgebildet sein, was insgesamt ein entsprechend deutlich größeres Field-of-View ergeben kann. Dabei ist es möglich, jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Reflexionsfläche 40 durch eine Manteiflächenseite eines Prismas 9 gebildet ist. Stattdessen kann es sich bei der Reflexionsfläche 40 auch einfach um einen geneigten Spiegel mit einer zu dessen Stabilität und der Verletzungsfreiheit ei nes Benutzers erforderlichen Dicke handeln, weil diese Dicke keinen Einfluss auf das erzeugte virtuelle Anzeigebild hat. Das gilt genauso für die jeweils am nächsten an die Frontscheibe 5 angeordnete Reflexionsfläche 4 in den Fig. 1 und 6. Wie auch in Fig. 1 und 6, ist in Fig. 9a gegenüber der Reflexionsfläche 40 zur Störreflexunterdrückung eine Attrappe mit einer dem Benutzer 6 zugewandten lichtabsorbierenden Abdeckfläche 14 und einer zur Reflexionsfläche 40 parallelen lichtabsorbierenden Rückseite 11 angeordnet.
In Fig. 9b kann für die erste von links Reflexionsfläche 4, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug am nächsten an dessen Frontscheibe 5 angeordnet ist, das Gleiche wie für die Reflexionsfläche 40 der Fig. 9a gelten. Durch weitere, in deren Höhe jeweils sukzessive reduzierte und wie in Fig. 9b gezeigt durch ent sprechend unterschiedlich hohe Prismen 9 gebildete Reflexionsflächen 4 ist ein gegenüber Fig. 9a noch größeres Field-of-View der Blickfeldanzeigevorrichtung 1 erreichbar.
Durch die in Fig. 9a und 9b sukzessive abnehmenden Höhen der Reflexionsflä chen 40, 4 bzw. deren Rückseiten 11 können deren obere Kanten auf eine zu den Augen des Benutzers 6 führende Linie K auch bei beispielsweise gegenüber Fig. 1 stärker zur Frontscheibe 5 geneigtem Abschnitt der Oberseite 7 der
Instrumententafel 7 des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein.
Beim Verfahren der hierin dargelegten Art, insbesondere bei in den Fig. 1 bis 9b gezeigten Blickfeldanzeigevorrichtungen, kann mit einer flächigen Pixelanordnung 2, die neben einem autostereoskopischen zusätzlich einen 2D-Bildschtrm aufweist, ein virtuelles Anzeigebild in einer feststehenden Entfernung von etwas unter oder über einem Meter, bei typischen Kraftfahrzeugabmessungen etwa 1 ,2 m, vom Benutzer 6 erzeugt werden. Ohne dass ein Eye-Tracking ausgewer- tet werden muss, können in diesem Bereich z. B, als Ersatz für eine herkömmliche Kombi- 1 nstrumentenanzeige Informationen beispielsweise zum Fahrzeugzustand permanent angezeigt werden. Es können dadurch aber grundsätzlich auch alle anderen Arten von Informationen, insbesondere kontaktanaloge Ein blendungen in das erfasste Umfeld hinter der Projektionsscheibe, angezeigt werden, die hierin in Bezug auf eine 3D-Dar$teliung erwähnt wurden.
Bezugszeichenliste Biickfeldanzeigevorrichtung
a Kontur der Biickfeldanzeigevorrichtung in einer Oberseite einer Instru mententafel
autostereoskopische flächige Pixelanordnung
a Display
b Mikrolinsenarray
reflexunterdrückende Umlenkanordnung
, 40 zueinander parallele, geneigte Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung
Frontscheibe
Benutzer der Blickfeldanzeigevorrichtung
Oberseite der Instrumententafel
Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs
Prisma
a untere Manteiflächenseite eines Prismas
0 obere Prismenkante
1 lichtabsorbierend ausgebildete Rückseiten der Reflexionsflächen der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung
2 Umgebungslicht
3 Lichtaustrittsebene(n) der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung 3a Lichtaustrittsfläche eines Prismas
4 Abdeckfläche
5 Kraftfahrzeug
6 Lichtaustrittsöffnung einer herkömmlichen HUD-Projektionseinheit6a Rand der Lichtaustrittsöffnung
7 Projektionsbereich der Blickfeldanzeigevorrichtung in der Frontscheibe aus Fahrersicht 17a Begrenzung des Projektionsbereichs aus Fahrersicht
18 Projektionsbereich der Blickfeldanzeigevorrichtung in der Frontscheibe aus Beifahrersicht
18a Begrenzung des Projektionsbereichs aus Beifahrersicht
19 Projektionsbereich einer herkömmlichen HUD-Projektionseinheit
19a Begrenzung des Projektionsbereichs der herkömmlichen HUD- Projektionseinheit
20 vorausliegendes bzw. hinter der Projektionsscheibe liegendes Umfeld
21 sichtbare Streifen
22 nicht sichtbare Streifen
23 Bilderzeugungseinheit
24 Steuerungseinheit
25 Eye-T racking-Einheit
26 Umfelderfassungseinheit
27 kontaktanalog eingeblendeter Abbiegepfeil
28 erfasstes Fremdfahrzeug vor dem eigenen Kraftfahrzeug
29 kontaktanalog eingeblendete Markierung des erfassten Fremdfahrzeugs
30 kontaktanalog eingeblendete Spurmarkierung
31 statisch eingeblendetes weiteres virtuelles Anzeigebild einer zusätzlich vorgesehenen herkömmlichen HUD-Projektionseinheit
32 kontaktanaiog eingeblendeter Markierungspfeil
33 aus der Vertikalen geneigte Projektionsscheibe
34 Betonpfeiler
35 Wald
36 Haus
L Projektionslichtstrahlenbündel
Ä Querschnitsfläche eines Prismas
K Linie aus Benutzersicht, auf der obere Kanten der mehreren Reflexionsflächen liegen

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Biickfeldanzeigevorrichtung (1 ), insbesonde re für ein Kraftfahrzeug (15), die eine autostereoskopische flächige Pixelan ordnung (2) zur Erzeugung eines Projektionsiichtstrahienbündels (L) mit ei nem Anzeigeinhalt aufweist und dazu ausgebildet ist, dieses auf eine teil weise transparente reflektierende Projektionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs (1 5). derart zu projizieren, dass dahin ter ein in ein Blickfeld eines Benutzers (6) eingeblendetes virtuelles Anzei gebild (27, 29, 30, 32) entsteht,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitsteilen mindestens eines Umfeld- und/oder Benutzerparameters und
Umschalten zwischen mindestens zwei qualitativ unterschiedlichen 3D- und/oder 2D- und/oder monokularen Betriebsmodi der flächigen Pixelanordnung (2) abhängig von dem/den bereitgestellten Umfeld- und/oder Benutzerparameter(n) zur Anpassung des virtuellen Anzei gebilds (27, 29, 30, 32) an qualitative Betriebsänderungen in Bezug auf das Umfeld und/oder den Benutzer (8) der Blickfeldanzeigevorrichtung (1 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem
das Bereitstellen mindestens eines Umfeldparameters das Erfassen eines aktuellen Umfelds hinter der Projektionsscheibe, insbesondere eines vorausliegenden Umfelds (20) des Kraftfahrzeugs (15), umfasst und
die flächige Pixelanordnung (2) zumindest bereichsweise von einem 3D- zu einem monokularen Betriebsmodus umgeschaltet wird, wenn für einen entsprechenden Bereich des erfassten Umfelds im Hinter- grund des virtuellen Anzeigebilds (27, 29, 30, 32) die räumliche Tiefe in einer vorbestimmten Weise nicht ermittelbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
das Bereitstellert mindestens eines Benutzerparameters das Erfassen und/oder benutzerseitige Eingeben seines Alters und/oder seiner Sehschwache umfasst und
die flächige Pixelanordnung (2) zumindest bereichsweise von einem 3D- zu einem 2D- und/oder monokularen Betriebsmodus umgeschaltet wird, wenn für einen entsprechenden Bereich des virtuellen Anzeige bilds (27, 29, 30, 32) die erfassten und/oder eingegebenen Benutzerparameter zum Alter und/oder zur Sehschwache nicht vorbestimmten Anforderungen für die 3D-Darstellung genügen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Bereitstellen mindestens eines Benutzerparameters das Erfassen seiner Blickrichtung und seines Konvergenzwinkels in Bezug auf ein in 3D dargestelltes Objekt des virtuellen Anzeigebilds (27, 29, 30, 32) umfasst und
ein diesem Objekt entsprechender Bereich der flächigen Pixelanord nung (2) von einem 3D- zu einem 2D- und/oder monokularen Be triebsmodus umgeschaltet wird, sofern der erfasste Konvergenzwinkel des Benutzers in vorbestimmter Weise von einem der 3D-Darstellung entsprechenden Konvergenzwinkel abweicht, und vorzugsweise in den 3 D- Betriebsmodus zurückgeschaltet wird, sobald die erfasste Blickrichtung dieses Objekt wieder verlässt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Umschalten eines Bereichs der flächigen Pixelanordnung (2) von einem 3D- zu einem monokularen Betriebsmodus eine Helligkeit für diesen Bereich er höht, insbesondere verdoppelt wird und/oder Teilbereiche dieses Bereichs in für verschiedene Augen des Benutzers (6) bestimmte monokulare Betriebsmodi geschaltet werden; wobei vorzugsweise ein Mischbetrieb eines 3D-Betriebsmodu$ mit einem monokularen Betriebsmodus eingeschaltet wird, bei dem insbesondere großflächige virtuelle Objekte in 3D und kleinere und/oder feinere virtuelle Objekte monokular dargestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Bereitstellen mindestens eines Umfeld- und/oder Benutzerpara meters das Erfassen einer Beschleunigung des Benutzers (8) und/oder eines sich bewegenden übergeordneten Systems, insbeson dere des Kraftfahrzeugs (15), in dem die Blickfeldanzeigevorrichtung (1 ) montiert ist, und/oder einer Positions- oder Bewegungsstörung des Benutzers (6) und/oder des übergeordneten Systems und/oder eines aktuellen Umfelds hinter der Projektionsscheibe umfasst und anhand der erfassten Beschleunigung und/oder Positions- oder Be wegungsstörung des Benutzers (6) und/oder des übergeordneten Systems und/oder des erfassten aktuellen Umfelds ein von der Blickfeld anzeigevorrichtung (1 ) erzeugtes virtuelles Anzeigebild (27, 29, 30, 32) derart stabilisiert wird, dass es auch bei schnellen Kopf- und Systembewegungen aus Sicht des Benutzers (6) positionsstabil gegen über dem Umfeld hinter der Projektionsscheibe erzeugt wird, wobei bei Überschreiten einer vorbestimmten Störschwelle durch die erfasste Beschleunigung und/oder Positions- oder Bewegungsstörung des Benutzers (6) und/oder des übergeordneten Systems die flächige Pixelanordnung (2) vorzugsweise für die Dauer einer derartigen Störung ausgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Unterstützung der Einstellung eines geeigneten vorbestimmten Konvergenzwinkels ein in 3D dargestelltes Objekt des virtuellen Anzeigebilds (27, 29, 30, 32) mit markanten vertikalen Strukturen in einem von dem vorbestimmten Konver genzwinkel abhängigen Abstand voneinander erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Blickfeldanzeigevorrichtung (1 ) eine auf der flächigen Pixelanordnung (2), die insbesondere als mindestens ein Flachbildschirm ausgebildet ist, angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung (3) aufweist, die eine oder mehrere steh entlang der flächigen Pixeianordnung (2) in einem vorbestimmten spit zen Winkel dazu und parallel zueinander erstreckende ebene Reflexionsflächein) (4, 40) zum Projizieren des erzeugten Projektionslichtstrahlenbündels (L) auf die Projektionsscheibe umfasst,
wobei die eine oder die mehreren Reflexionsfläehe n) (4, 40) auf de ren Rückseite(n) (1 1 ) zu einer Störreflexunterdrückung lichtabsorbie rend ausgebildet ist/sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei
mindestens eine der Reflexionsflächen (4, 40) der reflexunterdrückenden Umlenkanordnung (3) durch eine Mantelflächenseite eines auf der flächigen Pixelanordnung (2) angeordneten Prismas (9), beispielswei se mit einer dreieckigen, viereckigen, insbesondere trapezförmigen, oder fünfeckigen Querschnittsfläche (A), gebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei
für jeweils zwei benachbarte Reflexionsflächen (4) eine Lichtaustrittsebene (13), die eine obere Kante der einen Reflexionsfläche (4) und die untere Kante der Rückseite (11 ) der nächsten Reflexionsfläche (4) verbindet, im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung (1 ) im Wesentlichen senkrecht zu der Projektionsscheibe ausgerichtet ist.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei obere Kanten der mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen (4) der reflexunterdrü ckenden Umlenkanordnung (3) aus der Sicht des Benutzers (6) im Wesentlichen auf einer Linie (K) liegen, insbesondere durch die Schritte:
Bereitstellen einer aktuellen Position, insbesondere einer Augenpositi on oder einer Blickrichtung, des Benutzers (6) und Ausrichten oberer Kanten der mehreren zueinander parallelen Reflexionsflächen (4) im Wesentlichen in eine zu den Augen des Benutzers (6) führende Linie (K) abhängig von der bereitgestellten aktuellen Benutzerposition.
12. Computerprogramm, welches, wenn es in einer Steuerungseinheit (24) aus geführt wird, dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherge henden Ansprüche auszuführen.
13. Steuerungseinheit (24) für eine Biickfeldanzeigevorrichtung (1), wobei die Steuerungseinheit (24) zum automatischen Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ausgebildet ist.
14. Kraftfahrzeug (15), umfassend:
eine sich zwischen einer Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs (15) und einer Instrumententafel (8) erstreckende Oberseite (7) der Instrumententafel;
eine auf, in oder unter der Oberseite (7) der Instrumententafel (8) an geordnete Blickfeldanzeigevorrichtung (1), die eine autostereoskopische flächige Pixelanordnung (2) zur Erzeugung eines Projektions- iichtstrahlenbündels (L) mit einem Anzeigeinhalt aufweist und dazu ausgebildet ist, dieses auf die Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs (15) derart zu projizieren, dass dahinter ein in ein Blickfeld des Fah rers und/oder weiterer Insassen eingeblendetes virtuelles Anzeigebild (27, 29, 30, 32) entsteht; und
eine Steuerungseinheit (24) gemäß Anspruch 13;
wobei vorzugsweise die flächige Pixelanordnung (2) oder eine darauf angeordnete reflexunterdrückende Umlenkanordnung (3), die zum Projizieren des erzeugten Projektionslichtstrahlenbündels (L) auf die Frontscheibe (5) eine oder mehrere sich entlang der flächigen Pixelanordnung (2) in einem vorbestimmten spitzen Winkel dazu und parallel zueinander erstreckende ebene Reflexionsfläche(n) (4, 40) mit lichtabsorbierend ausgebildeten Rückseite(n) (11 ) aufweist, im Wesentli chen bündig zu der Oberseite (7) der Instrumententafel (8) angeordnet ist.
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