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Title:
REDUCING INSTALLATION SPACE IN A HEAD-UP DISPLAY BY MEANS OF A TRANSMITTING CONCAVE MIRROR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/072484
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compact projection unit for a visual-field display device for use in a vehicle, comprising: - an imaging unit designed to generate a light beam having a desired display content; - a fold mirror arranged in the beam path of the generated light beam; and - a concave mirror which is designed and arranged in the beam path of the light beam reflected by the fold mirror in such a way that the light beam leaves the projection unit in a predetermined shape and direction in order subsequently to be reflected by a reflective pane, which is partially transparent and is arranged in the visual field of a user, to the eyebox of the user and to thus present to the user the display content in the form of a virtual image behind the reflective pane; - wherein the concave mirror is arranged in the beam path between the imaging unit and the fold mirror and at least partially transmits the light beam which emerges from the imaging unit and is incident on the rear face of the concave mirror.

Inventors:
JANZER MICHAEL ARTHUR (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/076247
Publication Date:
May 04, 2023
Filing Date:
September 21, 2022
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
G02B27/01
Foreign References:
US20200249480A12020-08-06
JPH08197981A1996-08-06
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Claims:
Ansprüche Kompakte Projektionseinheit (5) für eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2) zum Einsatz in einem Fahrzeug (1 ), umfassend: eine zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels (L; Lp) mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit (6); einen im Strahlengang des erzeugten Lichtstrahlenbündels (L; Lp) angeordneten Faltspiegel (7); sowie einen im Strahlengang des vom Faltspiegel (7) reflektierten Lichtstrahlenbündels (L; Ls) derart angeordneten und ausgebildeten Konkavspiegel (8), dass das Lichtstrahlenbündel (L; Ls) die Projektionseinheit (5) in einer vorbestimmten Form und Richtung verlässt, um anschließend von einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten teiltransparenten Reflexionsscheibe zu seiner Eyebox (E) reflektiert zu werden und dem Benutzer dadurch den Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darzustellen; wobei der Konkavspiegel (8) im Strahlengang zwischen der bildgebenden Einheit (6) und dem Faltspiegel (7) angeordnet ist und das von der bildgebenden Einheit (6) ausgehende Lichtstrahlenbündel (L; Lp), das auf seine Rückseite einfällt, zumindest teilweise transmittiert. Projektionseinheit (5) nach Anspruch 1 , wobei der Konkavspiegel (8) auf seiner dem Faltspiegel (7) zugewandten konkav gekrümmten Vorderseite eine 50% R- Beschichtung (9) aufweist, derart dass er rückseitig etwa 50% des von der bildgebenden Einheit (6) einfallenden Lichts (L) transmittiert und vorderseitig etwa 50% des vom Faltspiegel (7) reflektierten Lichts (L) reflektiert. seinheit (5) nach Anspruch 1 , wobei die bildgebende Einheit (6) zur Erzeugung p-polarisierten Lichts (Lp) ausgebildet ist; der Konkavspiegel (8) auf seiner dem Faltspiegel (7) zugewandten konkav gekrümmten Vorderseite eine Beschichtung (10) mit einem etwa 100%- Reflexionskoeffizienten für s-polarisiertes Licht aufweist, derart dass er rückseitig das von der bildgebenden Einheit (6) einfallende Licht (Lp) nahezu verlustfrei transmittiert; und der Faltspiegel (7) auf seiner dem Konkavspiegel (8) zugewandten Spiegelseite eine A/4-Schicht (11 ) aufweist, sodass der Konkavspiegel (8) vorderseitig das vom Faltspiegel (7) einfallende Licht (Ls) nahezu verlustfrei reflektiert. seinheit (5) nach Anspruch 1 , wobei die bildgebende Einheit (6) zur Erzeugung s-polarisierten Lichts ausgebildet ist; der Konkavspiegel (8) auf seiner dem Faltspiegel (7) zugewandten konkav gekrümmten Vorderseite eine Beschichtung mit einem etwa 100%-Reflexionskoeffizienten für p-polarisiertes Licht aufweist, derart dass er rückseitig das von der bildgebenden Einheit (6) einfallende Licht nahezu verlustfrei transmittiert; und der Faltspiegel (7) eine A/4-Schicht (11 ) aufweist, sodass der Konkavspiegel (8) vorderseitig das vom Faltspiegel (7) einfallende Licht nahezu verlustfrei reflektiert. 15 Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konkavspiegel (8) auf seiner der bildgebenden Einheit (6) zugewandten Rückseite eine Antireflexbeschichtung aufweist. Blickfeldanzeigevorrichtung (2) zum Einsatz in einem Fahrzeug (1 ), umfassend: eine Projektionseinheit (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit (5) ausgegebenen Lichtstrahlenbündels (L; Ls) angeordnete, zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe; wobei die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld eines Benutzers angeordnet und ausgebildet ist, dass sie das Lichtstrahlenbündel (L; Ls) zu einer für den Benutzer vorbestimmten Eyebox (E) reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds in einer virtuellen Bildebene hinter der Reflexionsscheibe darstellbar ist. Fahrzeug (1 ), insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen eines fahrzeugeigenen kartesischen Koordinatensystems, umfassend: eine Frontscheibe (3) und eine darunter angeordnete Instrumententafel (4); sowie eine Blickfeldanzeigevorrichtung (2) nach Anspruch 6, deren Projektionseinheit (5) im Inneren der Instrumententafel (4) oder auf deren Oberseite angeordnet ist und deren Reflexionsscheibe als ein Abschnitt der Frontscheibe (3) oder als eine fahrzeuginnenseitig davor angeordnete

Combinerscheibe ausgebildet ist.

Description:
Beschreibung

Bauraumreduktion im Head-up-Display durch transmittierenden Konkavspiegel

Die Erfindung betrifft Blickfeldanzeigevorrichtungen für ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, die auch unter der Bezeichnung Head-up-Display (HUD) bekannt sind. Derartige Vorrichtungen sind ausgebildet zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen Bilds über Reflexion an einer teiltransparenten Reflexionsscheibe, wie beispielsweise einer Front-, Heck- oder Seitenscheibe des Fahrzeugs, oder an einer eigens hierzu vorgesehenen Combinerscheibe, die im Blickfeld des Benutzers angeordnet ist. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf eine Projektionseinheit, die zum Ausgeben eines geeigneten Lichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildet ist, sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug.

Mit einem Head-up-Display werden in einem Kraftfahrzeug beispielsweise Geschwindigkeitsangaben und andere nützliche Navigations- und Fahrzeugbedienungshinweise oder auch Entertainment-Inhalte in Form eines virtuellen Bilds dem vom Fahrer oder einem anderen Insassen beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert. Wie in Fig. 1 schematisch skizziert, umfasst hierzu eine Blickfeldanzeigevorrichtung (HUD) 200 in klassischer Spiegel-Bauweise eine unterhalb einer Oberseite der Instrumententafel 4 eines Fahrzeugs 1 untergebrachte Projektionseinheit 500. Diese enthält eine bildgebende Einheit 600, beispielsweise ein Display, zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels L mit dem gewünschten Anzeigeinhalt. Ferner umfasst die Projektionseinheit 500 eine Abbildungs- und Projektionsoptik, um das Lichtstrahlenbündel L in geeigneter Form und Richtung auf die Frontscheibe 3 des Fahrzeugs 1 zu werfen, damit das virtuelle Bild (nicht dargestellt) in einer gewünschten Größe, Entfernung und Qualität aus einem für die Benutzeraugen bestimmten Raumbereich, der Eyebox E, im Fahrzeug 1 gesehen werden kann.

Dabei ist der Bauraum für ein Head-Up-Display 200 und dessen Projektionseinheit 500 an Bord eines Fahrzeugs 1 sehr kostbar. Deshalb wird bei den bekannten HUD-Konstruktionen versucht, durch geschickte Faltung des optischen Strahlengangs ein möglichst kompaktes System zu erzeugen. Hierzu umfasst die Abbildungs- und Projektionsoptik im Strahlengang des Lichtstrahlenbündels L typischerweise einen Faltspiegel 700 zu einer raumsparenden Faltung des Strahlengangs und weiterhin einen Konkavspiegel 800, der beispielsweise einer Bildvergrößerung und/oder Kompensation einer Frontscheibenkrümmung dient. Wie in Fig. 1 gezeigt, muss allerdings jegliche Faltung des Strahlengangs immer dem Konkavspiegel 800 ausweichen, um keinen Bildbeschnitt zu erhalten. Damit erreicht man jedoch nie das kleinstmögliche Bauraumvolumen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative oder im Hinblick auf den Bauraum, die Bildqualität und/oder andere Gesichtspunkte verbesserte Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung anzugeben, die sich insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug eignet.

Diese Aufgabe wird durch eine kompakte Projektionseinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch eine diese enthaltende Blickfeldanzeigevorrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Projektionseinheit genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Blickfeldanzeigevorrichtung und das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine kompakte, d. h. im Hinblick auf den Bauraum optimierte Projektionseinheit für eine Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung kann beispielsweise als ein Head-up-Display (HUD) ausgebildet sein. Beim Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, aber auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.

Die Projektionseinheit besitzt zunächst eine zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit (Picture Generating Unit, PGU), die beispielsweise als ein Flüssigkristallbildschirm (LCD, liquid crystal display) oder ein andersartiges Display oder vieles mehr ausgebildet sein kann.

Im Strahlengang des von der bildgebenden Einheit erzeugten Lichtstrahlenbündels ist zu seiner Faltung ein Faltspiegel angeordnet, der im einfachsten Fall als ein Planspiegel ausgeführt sein kann. Der Faltspiegel kann aber auch gekrümmt, d. h. im Allgemeinen ein Freiformspiegel mit einer konvexen oder konkaven Spiegelfläche sein, um zusätzliche Bildkorrektur- und/oder Strahlformungsfunktionen zu erfüllen.

Im Strahlengang des vom Faltspiegel reflektierten Lichtstrahlenbündels umfasst die Projektionseinheit weiterhin einen derart angeordneten und ausgebildeten Konkavspiegel, dass das Lichtstrahlenbündel die Projektionseinheit danach in einer vorbestimmten Form und Richtung verlässt, um anschließend von einer im Blickfeld eines Benutzers angeordneten zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe zu seiner Eyebox reflektiert zu werden und dem Benutzer dadurch den Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darzustellen. Die Reflexionsscheibe kann beispielsweise durch einen Abschnitt einer Frontscheibe des Fahrzeugs oder durch eine extra davor angeordnete Combinerscheibe gebildet sein. Sie ist also Bestandteil der weiter unten angegebenen Blickfeldanzeigevorrichtung, jedoch nicht zwingend auch Bestandteil der Projektionseinheit, die beispielsweise bei der Nutzung der Fahrzeugfrontscheibe als Reflexionsscheibe auch ohne diese hergestellt und vertrieben werden kann. Im Fall einer extra vorgesehenen Combinerscheibe kann diese jedoch in bekannter Weise auch in der Projektionseinheit integriert sein. Als Eyebox der Blickfeldanzeigevorrichtung wird wie üblich ein zwei- oder dreidimensionaler Raumbereich verstanden, aus dem das virtuelle Bild uneingeschränkt sichtbar ist.

Dabei ist der Konkavspiegel im Strahlengang zwischen der bildgebenden Einheit und dem Faltspiegel angeordnet und für das von der bildgebenden Einheit ausgehende Lichtstrahlenbündel, das auf seine Rückseite trifft, zumindest teilweise transmittierend ausgebildet. Mit anderen Worten passiert das Lichtstrahlenbündel auf seinem Weg von der bildgebenden Einheit zu dem Faltspiegel den Konkavspiegel durch dessen Rückseite hindurch.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den Konkavspiegel für das rückseitig einfallende Licht, das von der bildgebenden Einheit ausgeht, transmittierend zu gestalten. Dadurch ist es ermöglicht, die bildgebende Einheit hinter den Konkavspiegel zu positionieren und auf diese Weise den verfügbaren Bauraum für einen gefalteten Strahlengang optimal, nämlich doppelt, auszunutzen, ohne das Lichtstrahlenbündel im Querschnitt zu beschneiden.

Dieser Aufbau der Projektionseinheit ermöglicht eine deutliche Bauraumreduktion gegenüber dem herkömmlichen Spiegel-HUD der Fig. 1 durch eine kompaktere Bauweise der Projektionseinheit, die eine Volumenreduktion von ca. 25-35% erlaubt. Der Konkavspiegel dient dabei zudem (insbesondere durch seine jeweilige Beschichtung gemäß den nachfolgend angegebenen Ausführungsformen) gleichzeitig als eine Wärmeschutzmaßnahme für die bildgebende Einheit (beispielsweise Display), da dadurch in jeweiliger Ausführungsform 50% des einfallenden Sonnenlichts nicht auf das Display gelangen können. Die Integration von HUDs mit größeren Bildern wird damit insgesamt erheblich vereinfacht.

Es gibt unzählige Möglichkeiten, dieses optische System durch eine spezifische Wahl der Reflexionseigenschaften am Konkavspiegel und/oder am Faltspiegel, beispielsweise mittels geeigneter optischer Beschichtungen, besonders einfach und/oder besonders effizient zu gestalten. Nachfolgend werden rein beispielhaft zwei verschiedene Varianten dafür angegeben, von denen die erstere besonders einfach in der Realisierung und die zweite besonders effizient im Hinblick auf die Leistungsaufnahme der Blickfeldanzeigevorrichtung ist:

Gemäß einer ersten Ausführungsform weist der Konkavspiegel auf seiner konkav gekrümmten Vorderseite eine 50%R-Beschichtung auf, derart dass er rückseitig etwa 50% des von der bildgebenden Einheit einfallenden Lichts transmittiert und vorderseitig etwa 50% des vom Faltspiegel reflektierten Lichts reflektiert. Damit ergibt sich nach Durchlaufen des optischen Systems eine Gesamteffizienz von etwa 0,5*0,5=0,25, was 25% entspricht.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die bildgebende Einheit zur Erzeugung linear p-polarisierten (oder s-polarisierten) Lichts ausgebildet, während der Konkavspiegel auf seiner konkav gekrümmten Vorderseite mit einer Beschichtung versehen ist, die einen etwa 100%-Reflexionskoeffizienten für s-polarisiertes (oder p-polarisiertes) Licht, d. h. eine 100%Rs-Beschichtung (oder 100%Rp-Beschichtung) besitzt. Damit lässt sich erzielen, dass der Konkavspiegel rückseitig das von der bildgebenden Einheit einfallende Licht nahezu verlustfrei transmittiert.

Bei dieser Variante muss der Faltspiegel jedoch ebenfalls eine optisch aktive Beschichtung erhalten, damit das Licht am Konkavspiegel auch möglichst effektiv reflektiert wird. Die Beschichtung des Faltspiegels ist demnach eine A/4- Schicht, die insbesondere sowohl im Winkel- als auch im Wellenlängenspektrum möglichst breitbandig gestaltet sein kann. Das Licht wird also beim Durchlaufen dieser Beschichtung um 2*0,25A=0,5A verzögert, d. h. linear polarisiertes Licht wird von p auf s (oder s auf p) gedreht. Damit ist nun die lineare Polarisation des Lichts so eingestellt, dass die oben genannte vorderseitige Beschichtung auf dem Konkavspiegel diese möglichst effizient reflektiert. Somit kann sich bei dieser Ausführungsform eine Gesamteffizienz des optischen Systems von über 80% erreichen. Diese Effizienz lässt sich durch eine Antireflexbeschichtung auf der (beispielsweise konvexen) Rückseite des Konkavspiegels noch weiter steigern.

Da der Einfallswinkel des auf die Frontscheibe von Kraftfahrzeugen projizierten Lichts bei gängigen HUD-Konfigurationen nahe des Brewster-Winkels liegt, wird an der Grenzfläche von Luft zur Frontscheibe aus Glas oder Kunststoff überwiegend s-polarisiertes Licht reflektiert (d. h. linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur typischerweise vertikalen Einfallsebene der Frontscheibe liegt, also parallel zur Frontscheibe und in der Regel horizontal ist). Aus diesem Grund werden die Projektionseinheiten vieler bekannter Blickfeldanzeigevorrichtungen auch zur bevorzugten Abstrahlung s- polarisierten Lichts konstruiert.

Für eine möglichst hohe Reflexionseffizienz am Faltspiegel ist die A/4-Schicht idealerweise in einem der bildgebenden Einheit entsprechenden Spektralbereich, beispielsweise bei einer breitbandigen Lichtquelle in einem breiten Wellenlängenbereich von etwa 380-780 nm, möglichst breitbandig gestaltet. Das Gleiche gilt entsprechend für den relevanten Einfallswinkelbereich des Lichtstrahlenbündels am Faltspiegel.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Blickfeldanzeigevorrichtung zum Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehen. Die Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst neben der Projektionseinheit der hierin dargelegten Art auch eine im Strahlengang des von der Projektionseinheit ausgegebenen Lichtstrahlenbündels angeordnete, zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, die insbesondere als Teilflächenabschnitt einer Frontscheibe des Fahrzeugs oder eine extra davor vorgesehene Combinerscheibe ausgebildet sein kann. Dabei ist die Reflexionsscheibe derart im Blickfeld eines Benutzers angeordnet und ausgebildet, dass sie das Lichtstrahlenbündel zu einer für den Benutzer vorbestimmten Eyebox reflektiert, wodurch ihm der Anzeigeinhalt in Form eines virtuellen Bilds hinter der Reflexionsscheibe darstellbar ist und im Betrieb der Blickfeldanzeigevorrichtung auch dargestellt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug vorgesehen. Die hierin verwendeten räumlichen Orientierungsbegriffe wie „oberhalb“, „unterhalb“, „vor“, „seitlich“, „horizontal“, „vertikal“ etc. beziehen sich dabei auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Längs-, Quer- und Höhenachsen des Fahrzeugs.

Das Fahrzeug ist mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art ausgestattet, deren Projektionseinheit beispielsweise direkt unterhalb einer Oberseite einer Instrumententafel des Fahrzeugs verbaut sein kann, derart dass das Lichtstrahlenbündel von der Projektionseinheit auf eine über der Instrumententafel angeordnete Frontscheibe oder eine im Blickfeld des Fahrers oder eines anderen Insassen positionierte Combinerscheibe geworfen wird.

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als rein schematische Illustrationen des grundsätzlichen optischen Aufbauprinzips, d. h. nicht als maßstabsgetreu, zu verstehen. Es zeigen, jeweils in einem vertikalen Längsschnitt:

Figur 1 ein herkömmliches Spiegel-HUD in einem Kraftfahrzeug mit einem mittels eines Faltspiegels und eines Konkavspiegels gefalteten Strahlengang nach Stand der Technik;

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art in einem Kraftfahrzeug mit einem teiltransparenten Konkavspiegel im Strahlengang zwischen der bildgebenden Einheit und dem Faltspiegel;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 2 mit einer 50%R-Beschichtung auf der konkav gekrümmten Vorderseite des Konkavspiegels; und Figur 4 ein zu Fig. 3 alternatives Ausführungsbeispiel der Blickfeldanzeigevorrichtung der Fig. 2 mit einer 100%Rs- Beschichtung auf der konkav gekrümmten Vorderseite des Konkavspiegels.

Während Fig. 1 , die eingangs ausführlich beschrieben wurde, zum Vergleich eine herkömmliche Blickfeldanzeigevorrichtung 200 in Form eines sogenannten Spiegel-HUDs in einem Fahrzeug 1 (in diesem Beispiel einem Kraftfahrzeug) zeigt, ist in Fig. 2 in einer zu Fig. 1 analogen stark vereinfachten schematischen Längsschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der hierin dargelegten Art dargestellt.

Das Kraftfahrzeug ist in Fig. 2 nur durch seine Frontscheibe 3 angedeutet. Darunter ist in einer nicht näher dargestellten Instrumententafel 4 eine Projektionseinheit 5 der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 angeordnet. Es handelt sich rein beispielhaft um ein Head-up-Display (HUD). Die Frontscheibe 3 dient in diesem Beispiel als eine teiltransparente Reflexionsscheibe der Blickfeldanzeigevorrichtung 2, damit ein virtuelles Bild (nicht dargestellt) für einen Fahrer oder anderen Insassen fahrzeugaußenseitig vor der Frontscheibe 3 dargestellt wird.

Die Projektionseinheit 5 enthält eine zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels L (verkürzt einfach „Licht“ genannt) mit gewünschtem Anzeigeinhalt ausgebildete bildgebende Einheit 6 (auch Picture Generating Unit, PGU genannt, in diesem Beispiel ein LCD). Das von der bildgebenden Einheit 6 ausgehende Lichtstrahlenbündel L, das den Anzeigeinhalt zu einer im Kraftfahrzeug an einer vorbestimmten Position gegenüber der Frontscheibe 3 liegenden Eyebox E eines Benutzers (hier Fahrer, nicht dargestellt) transportiert, ist vereinfacht durch seinen Mittenstrahl angedeutet, der etwa aus einer Mitte der bildgebende Einheit 6 in eine Mitte der Eyebox E führt. Ähnlich zu Fig. 1 ist auch in Fig. 2 im Strahlengang des erzeugten Lichtstrahlenbündels L ein Faltspiegel 7 und diesem gegenüber ein Konkavspiegel 8 angeordnet. Die konkav gekrümmte Vorderseite des Konkavspiegels 8, die dem Faltspiegel 7 zugewandt ist, ist dabei auch hier derart ausgebildet, dass das Lichtstrahlenbündel L durch Reflexion daran die Projektionseinheit 5 in einer geeigneten Form und Richtung verlässt, um anschließend von der Frontscheibe 3 zur Eyebox E reflektiert zu werden.

Im Gegensatz zu Fig. 1 ist aber in Fig. 2 der Konkavspiegel 8 für das von der bildgebenden Einheit 6 erzeugte Licht L zumindest teilweise transmittierend gestaltet. Damit kann man, wie in Fig. 2 skizziert, die bildgebende Einheit 6 hinter den Konkavspiegel 8 positionieren, sodass der verfügbare Bauraum für den Strahlengang an dieser Stelle doppelt, und damit optimal ausgenutzt wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das in Fig. 2 skizzierte optische System durch eine spezifische Wahl der Reflexionseigenschaften am Konkavspiegel 8 und/oder am Faltspiegel 7, beispielsweise mittels geeigneter optischer Beschichtungen, besonders einfach und/oder besonders effizient zu gestalten. Nachfolgend werden anhand von Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Beispiele dafür angegeben, von denen das erste besonders einfach in der Realisierung und das zweite besonders effizient im Hinblick auf die Leistungsaufnahme der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 sein kann:

So zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der Fig. 2 gemäß der weiter oben genannten ersten Ausführungsform der Erfindung. Hier weist der Konkavspiegel 8 auf seiner konkav gekrümmten Vorderseite eine 50%R-Beschichtung 9 auf, derart dass er rückseitig etwa 50% des von der bildgebenden Einheit 6 einfallenden Lichts L transmittiert und vorderseitig etwa 50% des vom Faltspiegel 7 reflektierten Lichts L reflektiert. Damit ergibt sich nach Durchlaufen des optischen Systems eine Gesamteffizienz von etwa 0,5*0,5=0,25, was 25% entspricht. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung der Fig. 2 verwiesen. Fig. 4 zeigt ein zu Fig. 3 alternatives Ausführungsbeispiel der Blickfeldanzeigevorrichtung 2 der Fig. 2 gemäß der weiter oben genannten zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hier ist die bildgebende Einheit 6 zur Erzeugung p-polarisierten Lichts Lp ausgebildet, während der Konkavspiegel 8 auf seiner konkav gekrümmten Vorderseite mit einer Beschichtung versehen ist, die einen etwa 100%-Reflexionskoeffizienten für s-polarisiertes Licht, d. h. eine 100%Rs-Beschichtung 10 besitzt. Das Licht Lp der bildgebenden Einheit 6 kann daher (abgesehen von etwaigen Fresnel-Verlusten, die beispielsweise durch geeignet gewählte rückseitige Geometrie und/oder Antireflexbeschichtungen des Konkavspiegels 8 reduziert oder sogar eliminiert werden können) ohne Abschwächung durch den Konkavspiegel 8 treten und zum Faltspiegel 7 gelangen.

Bei dieser Variante muss der Faltspiegel 7 jedoch ebenfalls eine optisch aktive Beschichtung erhalten, damit das Lichtstrahlenbündel anschließend am Konkavspiegel 8 auch möglichst effektiv reflektiert wird. Die Beschichtung des Faltspiegels 7 ist demnach eine A/4-Schicht 11 , die insbesondere sowohl im Winkel- als auch im Wellenlängenspektrum möglichst breitbandig gestaltet sein kann. Das Licht Lp wird also beim Durchlaufen dieser A/4-Schicht 11 um 2*0,25A=0,5A verzögert, d. h. linear polarisiertes Licht wird von p auf s gedreht. Damit ist nun die lineare Polarisation des Lichts Ls so eingestellt, dass die vorderseitige 100%Rs-Beschichtung 10 auf dem Konkavspiegel 8 dieses möglichst effizient reflektiert. Somit kann sich bei dieser Ausführungsform eine Gesamteffizienz des optischen Systems von über 80% erreichen. Diese Effizienz lässt sich beispielsweise durch eine oben erwähnte Antireflexbeschichtung auf der in Fig. 4 rein beispielhaft konvexen Rückseite des Konkavspiegels 8 noch weiter steigern. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung der Fig. 2 verwiesen.

Falls der Einfallswinkel des auf die Frontscheibe 3 des Fahrzeugs 1 projizierten Lichts L in Fig. 2 bis 4, wie auch bei gängigen HUD-Konfigurationen gemäß Fig.

1 , nahe des Brewster-Winkels liegt, wird an der Grenzfläche von Luft zur Frontscheibe 3 aus Glas oder Kunststoff überwiegend s-polarisiertes Licht reflektiert (d. h. linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur in den Figuren gezeigten vertikalen Einfallsebene der Frontscheibe 3 liegt, also parallel zur Frontscheibe 3 und in der Regel horizontal ist). Aus diesem Grund kann es besonders vorteilhaft sein, die Projektionseinheit 5 beispielsweise nach dem Prinzip der Fig. 4 zur Abstrahlung s-polarisierten Lichts Ls zu konstruieren. Bei anderen geometrischen Konstellationen im Fahrzeug 1 kann aber auch eine jeweils anders gewählte lineare Polarisation des Lichtstrahlenbündels, d. h. überall p statt s und s statt p, eine gangbare oder sogar besonders günstige Lösung im Rahmen der vorliegenden Erfindung darstellen.

Insgesamt lässt sich in Fig. 2-4 eine deutliche Bauraumreduktion durch kompaktere Bauweise der Projektionseinheit 5 (ca. 25-35% Volumenreduktion) im Vergleich zur herkömmlichen HUD-Bauweise gemäß Fig. 1 erzielen. Der Konkavspiegel 8 dient mit seiner Beschichtung 9 bzw. 10 gleichzeitig als eine Wärmeschutzmaßnahme für die bildgebende Einheit 6, indem etwa 50% des einfallenden Sonnenlichts dadurch nicht auf das Display der bildgebenden Einheit 6 gelangen können. Die Integration von HUDs mit größeren Bildern wird damit vereinfacht.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug

2 Blickfeldanzeigevorrichtung

3 Frontscheibe

4 Instrumententafel

5 Projektionseinheit

6 bildgebende Einheit

7 Faltspiegel

8 Konkavspiegel

9 50%R-Beschichtung

10 100%Rs-Beschichtung

11 A/4-Schicht L Lichtstrahlenbündel, auch kurz „Licht“ genannt Lp Lichtstrahlenbündel mit p-polarisiertem Licht

Ls Lichtstrahlenbündel mit s-polarisiertem Licht E Eyebox