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DE102014217180A1 - An image forming apparatus for a head-up display, head-up display, and method for generating an image for a head-up display - Google Patents

An image forming apparatus for a head-up display, head-up display, and method for generating an image for a head-up display Download PDF

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DE102014217180A1
DE102014217180A1 DE102014217180.6A DE102014217180A DE102014217180A1 DE 102014217180 A1 DE102014217180 A1 DE 102014217180A1 DE 102014217180 A DE102014217180 A DE 102014217180A DE 102014217180 A1 DE102014217180 A1 DE 102014217180A1
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DE
Germany
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light
image
display
head
modulation device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102014217180.6A
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German (de)
Inventor
Reinhold Fiess
Tobias Werner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to CN201510533457.3A priority patent/CN105388613A/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung (106) für ein Head-up-Display (102). Die Bilderzeugungsvorrichtung (106) umfasst zumindest eine Lichtquelle (108) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (114), zumindest ein Aufweitungselement (110), das in einem Strahlengang des Lichtstrahls (114) angeordnet ist, um den Lichtstrahl (114) aufzuweiten, sowie zumindest eine Lichtmodulationseinrichtung (112), die in einem Strahlengang eines von dem Aufweitungselement (110) aufgeweiteten Lichtstrahls (116) angeordnet ist, um von dem aufgeweiteten Lichtstrahl (116) aus mehreren Winkeln gleichzeitig beleuchtet zu werden, und die ausgebildet ist, um aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl (116) einen ein Bild (108) repräsentierenden Bildstrahl (122) zu erzeugen.The invention relates to an image generation device (106) for a head-up display (102). The image forming device (106) comprises at least one light source (108) for generating a light beam (114), at least one expansion element (110) arranged in a beam path of the light beam (114) to expand the light beam (114) and at least one A light modulator (112) disposed in an optical path of a light beam (116) flared by said expander member (110) for being illuminated simultaneously by said flare beam (116) at multiple angles and adapted to emerge from said flared light beam (116) to generate an image beam (122) representing an image (108).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bilderzeugungsvorrichtung für ein Head-up-Display, auf ein Head-up-Display, auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Bilds für ein Head-up-Display, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to an image generation apparatus for a head-up display, to a head-up display, to a method for generating an image for a head-up display, to a corresponding control device and to a corresponding computer program.

Aktuelle Head-up-Displays können ein von einer Bildgebereinheit erzeugtes Bild, englisch picture generating unit (PGU), mithilfe einer Optik auf eine virtuelle, vor dem Fahrzeug befindliche Leinwand abbilden.Current head-up displays can image an image generated by an image generator unit, English picture generating unit (PGU), using an optical system on a virtual, located in front of the vehicle screen.

Ein derart projiziertes virtuelles Bild kann von einem Fahrer wahrgenommen werden. Dabei kann das Bild mit einer Fahrszene überlagert sein und in einem definierten Abstand von einer Frontscheibe auf der virtuellen Leinwand angezeigt werden.Such a projected virtual image can be perceived by a driver. In this case, the image can be superimposed with a driving scene and displayed at a defined distance from a windshield on the virtual screen.

Als bildgebende Elemente in der Bildgebereinheit können beispielsweise LCD-Module verwendet werden.For example, LCD modules can be used as imaging elements in the imaging unit.

Es sind ferner autostereoskopische Head-up-Displays bekannt, die mit separaten Teilbildern für linkes und rechtes Auge arbeiten. Dadurch kann ein 3-D-Effekt erzeugt werden. Dabei können die beiden Teilbilder bereits durch die Bildgebereinheit erzeugt werden. Die Teilbilder können über eine Optik des Head-up-Displays einem jeweiligen Auge in einem entsprechenden Augenbewegungsbereich, auch Eyebox genannt, zur Verfügung gestellt werden.Autostereoscopic head-up displays are also known, which work with separate partial images for left and right eye. This can produce a 3-D effect. In this case, the two partial images can already be generated by the imaging unit. The partial images can be made available to a respective eye in a corresponding eye movement region, also called an eyebox, via an optic of the head-up display.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Bilderzeugungsvorrichtung für ein Head-up-Display, ein Head-up-Display, ein Verfahren zum Erzeugen eines Bilds für ein Head-up-Display, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, an image generation device for a head-up display, a head-up display, a method for generating an image for a head-up display, furthermore a control device that uses this method, as well finally presented a corresponding computer program according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft eine Bilderzeugungsvorrichtung für ein Head-up-Display, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls;
zumindest ein Aufweitungselement, das in einem Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet ist, um den Lichtstrahl aufzuweiten; und
zumindest eine Lichtmodulationseinrichtung, die in einem Strahlengang eines von dem Aufweitungselement aufgeweiteten Lichtstrahls angeordnet ist, um von dem aufgeweiteten Lichtstrahl aus mehreren Winkeln gleichzeitig beleuchtet zu werden, und die ausgebildet ist, um aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl einen ein Bild repräsentierenden Bildstrahl zu erzeugen.
The approach proposed herein provides an image forming apparatus for a head-up display, the image forming apparatus comprising:
at least one light source for generating a light beam;
at least one expansion element disposed in a beam path of the light beam to expand the light beam; and
at least one light modulation device arranged in a beam path of a light beam expanded by the expansion element to be illuminated simultaneously by the expanded light beam from a plurality of angles and adapted to generate an image beam representing the image from the expanded light beam.

Unter einem Head-up-Display kann ein Blickfeldanzeigegerät zum Projizieren eines Bilds in ein Blickfeld eines Betrachters verstanden werden. Dabei kann das Bild beispielsweise in einen einem jeweiligen Auge des Betrachters zugeordneten Augenbewegungsbereich projiziert werden. Das Head-up-Display kann in einem Fahrzeug eingebaut sein, um das Bild mittels einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs in das Blickfeld eines Fahrers projizieren. Unter einer Bilderzeugungsvorrichtung kann eine Komponente des Head-up-Displays verstanden werden, die ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl zu erzeugen und dem Lichtstrahl einen anzuzeigenden Bildinhalt aufzuprägen. Eine Lichtquelle kann beispielsweise eine Laser- oder LED-Quelle sein. Unter einem Aufweitungselement kann ein optisches Element zum Verändern eines Lichtkegels des Lichtstrahls, genauer eines Öffnungswinkels des Lichtkegels, verstanden werden. Das Aufweitungselement kann beispielsweise als Streufläche, Linse oder Mikrolinsenarray realisiert sein. Unter einer Lichtmodulationseinrichtung kann ein Flächenlichtmodulator, englisch spatial light modulator, wie etwa ein LCoS-Display oder ein Mikrospiegelarray, insbesondere ein DLP-Chip (digital light processing), verstanden werden. Unter einem Bild kann eine grafische Information, etwa ein Navigationspfeil oder eine Geschwindigkeitsanzeige, verstanden werden.A head-up display can be understood as a visual field display device for projecting an image into a field of view of a viewer. In this case, the image can be projected, for example, into an eye movement area assigned to a respective eye of the observer. The head-up display may be installed in a vehicle to project the image into the field of vision of a driver by means of a windshield of the vehicle. An imaging device may be understood to mean a component of the head-up display which is designed to generate a light beam and to impose an image content to be displayed on the light beam. A light source may be, for example, a laser or LED source. An expansion element can be understood to mean an optical element for changing a light cone of the light beam, more precisely an opening angle of the light cone. The expansion element can be realized, for example, as a scattering surface, lens or microlens array. A light modulation device may be understood to mean a surface light modulator, such as an LCoS display or a micromirror array, in particular a DLP chip (digital light processing). An image may be understood to mean graphic information, such as a navigation arrow or a speed indicator.

Der vorliegende Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, einen von einer Bildgebereinheit eines Head-up-Displays mittels eines Flächenlichtmodulators erzeugten Lichtstrahl direkt auf einen Spiegel des Head-up-Displays zu lenken, ohne den Lichtstrahl mittels einer zwischen dem Flächenlichtmodulator und dem Spiegel angeordneten Streufläche zusätzlich zu formen. Dies erreicht der vorliegende Ansatz dadurch, dass eine derartige Streufläche oder ein anderes zur Formung des Lichtstrahls geeignetes optisches Element in die Bildgebereinheit integriert wird und dabei zwischen dem Flächenlichtmodulator und einer Beleuchtungsquelle zum Beleuchten des Flächenlichtmodulators angeordnet wird. Durch eine solche Anordnung der Streufläche zwischen dem Flächenlichtmodulator und der Beleuchtungsquelle kann die Darstellungsqualität des Head-up-Displays gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessert werden.The present approach is based on the finding that it is possible to direct a light beam generated by an imager unit of a head-up display by means of a surface light modulator directly on a mirror of the head-up display, without the light beam by means of a between the surface light modulator and the Mirror arranged scattered surface in addition to shape. This is achieved by the present approach in that such a scattering surface or another optical element suitable for shaping the light beam is integrated into the imaging unit and is arranged between the area light modulator and an illumination source for illuminating the area light modulator. Such an arrangement of the scattering surface between the surface light modulator and the illumination source, the display quality of the head-up display over conventional solutions can be significantly improved.

Ein durch ein Head-up-Display dargestelltes virtuelles Bild ist eine vergrößerte Abbildung eines Displays einer Bildgebereinheit. Dazu weist eine Optik des Head-up-Displays eine bestimmte Vergrößerung auf. Die notwendige Vergrößerung nimmt mit einem Abstand der virtuellen Leinwand zu, da das von der Bildgebereinheit erzeugte Bild stärker vergrößert werden muss, um in größerem Abstand ein gewünschtes Sichtfeld des Fahrers einzunehmen. Der Abstand der virtuellen Leinwand liegt bei aktuellen Head-up-Displays bei etwa 15 m.A virtual image represented by a head-up display is an enlarged image of a display of an imager unit. For this purpose, an optic of the head-up display has a certain magnification. The necessary magnification increases with a distance of the virtual screen, since the image generated by the imager unit must be increased more to take a desired field of view of the driver at a greater distance. The distance of the virtual screen is at current head-up displays at about 15 m.

Im umgekehrten Lichtweg kann die Vergrößerung der Head-up-Display-Optik bei Einstrahlung von Sonnenlicht zu einer Fokussierung des Sonnenlichts auf den Bildgeber führen. Dieser wird dadurch aufgeheizt und erreicht Temperaturen, die den Bildgeber zerstören können. Vor allem bei auf LCD-Modulen basierenden Systemen kann eine Temperaturerhöhung kritisch sein, da die LCD-Module bereits bei einer Temperatur von ca. 100 °C permanenten Schaden nehmen können. Ab ca. 95 °C kann es zu einer Delamination der Polfilter, ab ca. 105 °C zu einem isotropen Flüssigkristall und ab ca. 125°C zu einem permanenten Flüssigkristallschaden kommen.In the reverse light path, enlarging the head-up display optics when exposed to sunlight can cause the sunlight to focus on the imager. This is then heated up and reaches temperatures that can destroy the imager. Temperature increases can be critical, especially for systems based on LCD modules, since the LCD modules can be permanently damaged even at a temperature of approx. 100 ° C. From about 95 ° C can lead to a delamination of the polarizing filter, from about 105 ° C to an isotropic liquid crystal and from about 125 ° C to a permanent liquid crystal damage.

Es sind Ansätze bekannt, wonach DLP- oder LCoS-Projektoren (liquid crystal on silicon) als Grundlage für projektionsbasierte Head-up-Displays verwendet werden können. Dabei wird innerhalb des Projektors ein Imager, beispielsweise ein LCoS- oder DLP-Chip, mit kollimiertem Licht beleuchtet. Ein LCoS-Chip dreht beispielsweise bei aktiven Pixeln die Polarisation des Lichts und reflektiert. Dadurch kann das Licht der aktiven Pixel durch einen vor dem LCoS-Chip befindlichen Strahlteiler umgelenkt werden, während das Licht inaktiver Pixel mit unveränderter Polarisationsrichtung in die Lichtquelle zurückreflektiert wird.There are known approaches according to which DLP or LCoS (liquid crystal on silicon) projectors can be used as a basis for projection-based head-up displays. In the process, an imager, for example an LCoS or DLP chip, is illuminated within the projector with collimated light. An LCoS chip, for example, rotates the polarization of the light with active pixels and reflects. As a result, the light of the active pixels can be deflected by a beam splitter located in front of the LCoS chip, while the light of inactive pixels with unchanged polarization direction is reflected back into the light source.

In der Regel wird der durch den Imager erzeugte Bildinhalt mithilfe eines Objektivs auf eine Streufläche abgebildet. Auf der Streufläche wird also ein reelles, vergrößertes Bild des Imagers erzeugt. Durch die nahezu kollimierte Beleuchtung des Imagers ist der Winkel, unter dem sich die Strahlen eines Bildpunkts im Fokus auf der Streufläche schneiden, sehr gering. Um den Bildpunkt trotzdem aus verschiedenen Winkeln betrachten zu können, werden die Lichtstrahlen dieses Bildpunkts durch die Streufläche in einen größeren Raumbereich aufgefächert.Typically, the image content created by the imager is imaged onto a scatter surface using a lens. On the scattering surface, therefore, a real, enlarged image of the imager is generated. Due to the almost collimated illumination of the imager, the angle at which the rays of a pixel intersect in focus on the scattering surface is very small. Nevertheless, in order to be able to view the pixel from different angles, the light rays of this pixel are fanned out by the scattered surface into a larger spatial area.

Durch die Abbildungsoptik des Head-up-Displays werden die Strahlen über die Eyebox verteilt, wodurch der Bildpunkt aus der ganzen Eyebox betrachtet werden kann. Dabei scheinen alle Strahlen aus einem virtuellen Punkt hinter der Windschutzscheibe zu kommen. Es wird also der Eindruck erzeugt, als ob sich das komplette Bild in virtueller Leinwanddistanz vor dem Fahrzeug befände.The imaging optics of the head-up display, the rays are distributed over the eyebox, whereby the pixel can be viewed from the entire eyebox. All rays seem to come from a virtual point behind the windshield. It creates the impression as if the entire image was in virtual screen distance in front of the vehicle.

Ein DLP-Projektor funktioniert ähnlich einem LCoS-Projektor, mit dem Unterschied, dass der DLP-Projektor nicht auf einem polarisationsabhängigen Element, sondern auf kleinen, klappbaren Spiegeln basiert. Dabei kann das Licht einer Beleuchtungseinheit durch ein TIR-Prisma (TIR = total internal reflection; „Totalreflexion“) geleitet werden. Treffen die Strahlen auf eine Mikrospiegelmatrix des DLP-Chips, werden die aktiven Pixel derart geschaltet, dass der reflektierte Strahl innerhalb des Prismas eine Totalreflexion erfährt. Dadurch werden die Strahlen der aktiven Pixel zum Objektiv hingeleitet. Durch eine Spiegelstellung für nicht aktive Pixel können Strahlen zurück zur Lichtquelle geleitet werden.A DLP projector works in a similar way to an LCoS projector, except that the DLP projector is not based on a polarization-dependent element but on small, hinged mirrors. In this case, the light of a lighting unit can be conducted through a TIR prism (total internal reflection). When the beams hit a micromirror array of the DLP chip, the active pixels are switched so that the reflected beam within the prism undergoes total internal reflection. As a result, the rays of the active pixels are guided to the objective. By mirroring non-active pixels, rays can be directed back to the light source.

Mittels des vorliegenden Ansatzes kann nun ein Displaysystem mit einem kleinen Imager als Bildgeber und ohne Streufläche im Abbildungsweg realisiert werden. Dadurch können durch Streuflächen verursachte Beeinträchtigungen wie beispielsweise Kontrastverminderung, Granulation im Bild, Effizienzverringerung und Erzeugung von Störlicht durch Streuung in unerwünschte Richtungen vermieden werden. Insbesondere kann dadurch auch die Problematik von rückwärtig eingestrahltem Sonnenlicht entschärft werden.By means of the present approach, a display system with a small imager can now be realized as an imager and without a scattering surface in the imaging path. As a result, impairments caused by scattering surfaces such as contrast reduction, granulation in the image, efficiency reduction and generation of stray light by scattering in undesired directions can be avoided. In particular, thereby the problem of backward irradiated sunlight can be defused.

Hierzu ist der Imager mit einer speziellen Hinterleuchtung vorgesehen, durch die benötigte Abstrahlkegel am Chip erzeugt werden können. Dies hat den Vorteil, dass auf ein Objektiv, wie es beispielsweise in einem Projektor benötigt wird, verzichtet werden kann, indem die Funktion des Objektivs und der Abbildung auf die virtuelle Leinwand von der Optik des Head-up-Displays selbst übernommen werden kann.For this purpose, the imager is provided with a special backlight, can be generated by the required Abstrahlkegel on the chip. This has the advantage that it is possible to dispense with a lens, as is required, for example, in a projector, in that the function of the objective and the image on the virtual screen can be taken over by the optics of the head-up display itself.

Zur Realisierung eines stereoskopischen Head-up-Displays kann optional eine Trennung der Bildinformationen für linkes und rechtes Auge in separate Eyeboxes vorgesehen sein. Zur Erzeugung der beiden Eyeboxes können beispielsweise dieselben Spiegel verwendet werden. Durch unterschiedliche Abstrahlrichtungen der beiden Teilbilder am Display können die beiden Eyeboxen unabhängig voneinander bedient werden. For the realization of a stereoscopic head-up display optionally a separation of the image information for left and right eye can be provided in separate eyeboxes. For example, the same mirrors can be used to produce the two eyeboxes. Due to the different emission directions of the two partial images on the display, the two eyeboxes can be operated independently of each other.

Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Bildgenerierung für beide Augen mittels nur eines Imagers erfolgen, indem zwischen den jeweiligen Teilbildern zeitsequenziell umgeschaltet wird.According to one embodiment of the approach presented here, the image generation for both eyes can take place by means of only one imager, by switching over between the respective sub-images in a time-sequential manner.

Die Bilderzeugungsvorrichtung kann mit zumindest einem Lichtstrahlfokussierelement vorgesehen sein, das im Strahlengang des aufgeweiteten Lichtstrahls zwischen dem Aufweitungselement und der Lichtmodulationseinrichtung angeordnet ist, um den aufgeweiteten Lichtstrahl auf die Lichtmodulationseinrichtung zu fokussieren. Ein Lichtstrahlfokussierelement kann eine Linse sein. Durch das Lichtstrahlfokussierelement kann der aufgeweitete Lichtstrahl präzise auf die Lichtmodulationseinheit gelenkt werden.The image forming apparatus may be provided with at least one light beam focusing element disposed in the beam path of the expanded light beam between the expanding element and the light modulating device to focus the expanded light beam onto the light modulating device. A Lichtstrahlfokussierelement may be a lens. By the Lichtstrahlfokussierelement the expanded light beam can be precisely directed to the light modulation unit.

Es ist vorteilhaft, wenn die Lichtmodulationseinrichtung als LCoS-Display ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtmodulationseinrichtung als Mikrospiegelarray ausgeführt sein. Ein solches LCoS-Display bzw. Mikrospiegelarray kann relativ kostengünstig bereitgestellt werden und ermöglicht eine variable Umlenkung des Bildstrahls in mehrere Richtungen.It is advantageous if the light modulation device is designed as LCoS display. Alternatively or additionally, the light modulation device can be designed as a micromirror array. Such an LCoS display or micromirror array can be provided relatively inexpensively and enables a variable deflection of the image beam in several directions.

Optional kann das Aufweitungselement als Streufläche ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Aufweitungselement auch als Mikrolinsenarray ausgeführt sein. Unter einer Streufläche kann eine reflektierende oder transmittierende Fläche verstanden werden, die ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl in einen größeren Raumbereich aufzufächern. Unter einem Mikrolinsenarray kann ein Chip mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen verstanden werden, durch die der Lichtstrahl aufgeweitet werden kann. Auch durch diese Ausführungsform lässt sich die zum Hinterleuchten der Lichtmodulationseinrichtung erforderliche Strahlformung des Lichtstrahls mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand realisieren.Optionally, the expansion element can be designed as a scattering surface. Alternatively or additionally, the expansion element can also be designed as a microlens array. A scattering surface can be understood as a reflective or transmitting surface which is designed to fan out a light beam into a larger spatial area. A microlens array can be understood to mean a chip having a plurality of microlenses, by means of which the light beam can be widened. By means of this embodiment too, the beam shaping of the light beam required for backlighting of the light modulation device can be realized at relatively low cost.

Die Bilderzeugungsvorrichtung kann zudem mit zumindest einer Lichtfalle vorgesehen sein. Dabei kann die Lichtmodulationseinrichtung ausgebildet sein, um den Bildstrahl und, alternativ oder zusätzlich, einen auf die Lichtmodulationseinrichtung auftreffenden Lichtstrahl in die Lichtfalle zu lenken. Unter einer Lichtfalle kann ein Element zur Absorption eines Lichtstrahls verstanden werden. Dadurch kann der Lichtstrahl abgeblendet werden. Ferner kann die Lichtquelle vor Beschädigungen durch einen auf die Lichtmodulationseinrichtung auftreffenden Lichtstrahl geschützt werden, indem der Lichtstrahl mittels der Lichtmodulationseinrichtung in die Lichtfalle statt zurück zur Lichtquelle geleitet wird.The image forming device may also be provided with at least one light trap. In this case, the light modulation device can be designed to direct the image beam and, alternatively or additionally, a light beam incident on the light modulation device into the light trap. A light trap may be understood to mean an element for absorbing a light beam. As a result, the light beam can be dimmed. Furthermore, the light source can be protected against damage by a light beam impinging on the light modulating device by passing the light beam by means of the light modulating device into the light trap instead of back to the light source.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Lichtquelle, die Lichtmodulationseinrichtung oder das Aufweitungselement drehbar oder verschiebbar ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine Abstrahlrichtung des Bildstrahls verändert werden, beispielsweise um den Bildstrahl einer Augenbewegung nachzuführen.It is also advantageous if the light source, the light modulation device or the expansion element is rotatable or displaceable. As a result, a radiation direction of the image beam can be changed in a simple manner, for example in order to track the image beam of an eye movement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Faseroptik versehen sein, die einen in einem Strahlengang des Bildstrahls angeordneten Lichteingang aufweist, auch Fasereingang genannt, und ausgebildet ist, um aus dem Bildstrahl einen eine Vergrößerung des Bilds repräsentierenden Vergrößerungsstrahl zu erzeugen. Unter einer Faseroptik kann eine optische Komponente mit einer Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Glasfasern als Lichtleiter verstanden werden. Die Faseroptik kann beispielsweise die Form eines Trichters aufweisen. Dabei kann der Lichteingang einer kleineren Öffnung zweier gegenüberliegender Öffnungen des Trichters entsprechen. Auf diese Weise kann das durch den Bildstrahl repräsentierte Bild vergrößert dargestellt werden, ohne die Darstellungsqualität des Bildes zu verschlechtern.According to a further embodiment, the imaging device may be provided with a fiber optic having a light input arranged in a beam path of the image beam, also called a fiber input, and designed to generate from the image beam a magnification beam representing an enlargement of the image. A fiber optic may be understood to mean an optical component having a plurality of glass fibers arranged parallel to one another as light guide. The fiber optic may, for example, have the shape of a funnel. In this case, the light entrance of a smaller opening correspond to two opposite openings of the funnel. In this way, the image represented by the image beam can be magnified without deteriorating the display quality of the image.

Mittels einer solchen Faseroptik lässt sich beispielsweise eine Vorvergrößerung eines LCoS-Displays realisieren. Die Vorvergrößerung ermöglicht es einer Optik des Head-up-Displays, den LCoS-Chip direkt zu vergrößern und auf die virtuelle Leinwand abzubilden.By means of such a fiber optic, for example, a pre-enlargement of an LCoS display can be realized. The pre-enlargement allows optics of the head-up display to directly enlarge the LCoS chip and image it on the virtual screen.

Eine wesentliche Hürde bei der Verwendung kleiner Imager, die direkt abgebildet werden sollen, ist die entsprechend hohe Vergrößerung, die dabei durch die Head-up-Display-Optik erreicht werden sollte. Dies kann einen hohen optischen Aufwand erfordern und die Toleranzanforderungen verschärfen. Aktuelle LCoS-Chips sind in relativ kleinen Chipgrößen wie beispielsweise 0,88" verfügbar. Zusätzlich sind kleinere Chips kostengünstiger als größere Varianten.A major hurdle in the use of small imagers to be imaged directly is the correspondingly high magnification, which should be achieved by the head-up display optics. This can require a high optical effort and tighten the tolerance requirements. Current LCoS chips are available in relatively small chip sizes, such as 0.88 ", and smaller chips are more cost effective than larger variants.

Durch den Einsatz einer Faseroptik wird der LCoS-Chip vergrößert abgebildet, ohne dass der LCoS-Chip auf eine außerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung befindliche Streufläche projiziert werden muss. Vielmehr kann die Faseroptik das vergrößerte Bild einer nachfolgenden Head-up-Display direkt zur Verfügung stellen. Durch die vergrößernde Faseroptik kann also auf kleinere und somit kostengünstigere LCoS-Chips zurückgegriffen werden, wodurch die Herstellungskosten der Bilderzeugungsvorrichtung gesenkt werden können. By using fiber optics, the LCoS chip is enlarged in size without having to project the LCoS chip onto a scattering surface located outside the imaging device. Rather, the fiber optic can provide the enlarged image directly to a subsequent head-up display. As a result of the enlarging fiber optics, smaller and therefore more cost-effective LCoS chips can be used, whereby the production costs of the image forming apparatus can be reduced.

Mithilfe dieser Elemente kann ein Mikrodisplay mit sehr geringem Qualitätsverlust vergrößert werden. Bei konventionellem Einsatz kann die Faseroptik direkt auf dem Mikrodisplay angebracht werden. Dabei kann der LCoS-Chip entsprechend hinterleuchtet werden, wie weiter unten genauer beschrieben.These elements can be used to enlarge a microdisplay with very little loss of quality. For conventional use, the fiber optic can be mounted directly on the microdisplay. In this case, the LCoS chip can be backlit accordingly, as described in more detail below.

Um den aufgeweiteten Lichtstrahl gezielt auf die Lichtmodulationseinrichtung zu lenken, kann die Bilderzeugungsvorrichtung mit zumindest einem entsprechenden Lichtleitelement vorgesehen sein. Ein Lichtleitelement kann beispielsweise ein Strahlteilerwürfel oder eine Lichtleiterplatte sein. Das Lichtleitelement kann ausgebildet sein, um alternativ oder zusätzlich den Bildstrahl in den Lichteingang der Faseroptik zu leiten. Mittels des Lichtleitelements kann eine unerwünschte Streuung des Lichtstrahls bzw. des Bildstrahls vermieden werden.In order to specifically direct the expanded light beam onto the light modulation device, the image generation device can be provided with at least one corresponding light guide element. A light-guiding element can be, for example, a beam splitter cube or a light guide plate. The light-guiding element can be designed to alternatively or additionally guide the image beam into the light input of the fiber optic. By means of the light-guiding element, an undesired scattering of the light beam or of the image beam can be avoided.

Die Bilderzeugungsvorrichtung kann zudem zumindest ein Bildstrahlfokussierelement aufweisen, das im Strahlengang des Bildstrahls zwischen der Lichtmodulationseinrichtung und der Faseroptik angeordnet ist, um den Bildstrahl auf den Lichteingang zu fokussieren. Das Bildstrahlfokussierelement kann eine Linse sein. Dadurch ist eine genaue und scharfe Abbildung der Lichtmodulationseinrichtung auf den Lichteingang sichergestellt.The image generation device may further comprise at least one image beam focusing element which is arranged in the beam path of the image beam between the light modulation device and the fiber optics in order to focus the image beam on the light input. The image-beam focusing element may be a lens. This ensures an accurate and sharp image of the light modulation device on the light entrance.

Weiterhin kann die Bilderzeugungsvorrichtung mit zumindest einer weiteren Lichtquelle zum Erzeugen eines weiteren Lichtstrahls und zumindest einem weiteren Aufweitungselement vorgesehen sein. Das weitere Aufweitungselement kann in einem Strahlengang des weiteren Lichtstrahls angeordnet sein, um den weiteren Lichtstrahl aufzuweiten. Dabei kann die Lichtmodulationseinrichtung ferner in einem Strahlengang eines von dem weiteren Aufweitungselement aufgeweiteten weiteren Lichtstrahls angeordnet sein, um aus dem aufgeweiteten weiteren Lichtstrahl einen ein weiteres Bild repräsentierenden weiteren Bildstrahl zu erzeugen. Insbesondere können das weitere Bild und das Bild je ein stereoskopisches Halbbild repräsentieren. Unter einem stereoskopischen Halbbild kann ein Halbbild eines Stereobildpaars verstanden werden, bei dessen Betrachtung ein räumlicher Eindruck von Tiefe entsteht. Dabei kann je ein Halbbild je einem Auge eines Betrachters zugeordnet sein. Eine solche Bilderzeugungsvorrichtung ermöglicht die Realisierung eines stereoskopischen Head-up-Displays.Furthermore, the image generating device can be provided with at least one further light source for generating a further light beam and at least one further expansion element. The further expansion element can be arranged in a beam path of the further light beam in order to widen the further light beam. In this case, the light modulation device can furthermore be arranged in a beam path of a further light beam which is widened by the further expansion element in order to generate from the expanded further light beam a further image beam representing a further image. In particular, the further image and the image may each represent a stereoscopic field. A stereoscopic field can be understood as a field of a stereo image pair, which creates a spatial impression of depth when viewed. In this case, one field may each be assigned to one eye of a viewer. Such an image forming apparatus enables realization of a stereoscopic head-up display.

Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft zudem ein Head-up-Display mit einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen.The approach proposed here also provides a head-up display with an imaging device according to one of the embodiments described herein.

Dabei kann der Imager, auch Lichtmodulationseinrichtung genannt, ein LCoS- oder DLP-Chip sein, der geeignet beleuchtet und durch die Head-up-Display-Optik direkt vergrößert abgebildet wird, womit auf die Verwendung einer Streufläche verzichtet werden kann. Mittels einer geeigneten Hinterleuchtung des Imagers kann ein Display mit stereoskopischer Funktionsweise realisiert werden.In this case, the imager, also called a light modulation device, can be an LCoS or DLP chip which is suitably illuminated and imaged directly enlarged by the head-up display optics, whereby the use of a scattering surface can be dispensed with. By means of a suitable backlighting of the imager, a display with stereoscopic functionality can be realized.

Dies bietet folgende Vorteile:

  • – Durch den Verzicht einer Streufläche werden Auflösungsverluste durch eine Projektion vermieden.
  • – Durch die Beschränkung auf Spiegeloptiken beim Aufbau des Head-up-Displays werden Verluste der Bildqualität durch chromatische Aberration vermieden.
  • – Die Verwendung eines schnellen DLP-Chips erlaubt einen zeitsequenziellen Bildaufbau der verschiedenen Farben. Das Bild kann ohne Farbfilter erzeugt werden und erreicht somit eine hohe Effizienz.
  • – Eine Stereofunktionalität kann unter Verwendung nur eines Imagers erreicht werden, wodurch beispielsweise unerwünschte Doppelbilder, wie sie bei einer Bildüberlagerung mittels eines Strahlteilers auftreten können, vermieden werden.
  • – Die hohe Schaltgeschwindigkeit des DLP-Chips ermöglicht zusätzlich zum zeitsequenziellen Umschalten für den Farbbildaufbau ein weiteres zeitsequenzielles Umschalten zwischen den beiden Bildinhalten für linkes und rechtes Auge. Ein Bildaufbau kann beispielsweise mit einer Frequenz von 120 Hz erfolgen.
  • – Durch die Verwendung weniger kleiner Komponenten lässt sich das Head-up-Display gut miniaturisieren und die Nachführung von Kopfbewegungen vereinfachen.
  • – Durch die Verwendung von MEMS-Komponenten (MEMS = microelectromechanical systems) kann das System sehr robust gegenüber rückwärtiger Sonneneinstrahlung ausgeführt werden.
  • – Durch die Verwendung eines DLP-Chips ist auch bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen die volle Funktionalität des Head-up-Displays gewährleistet, da ein solcher DLP-Chip in einem weiten Temperaturbereich arbeiten kann.
This offers the following advantages:
  • - By eliminating a scattered surface resolution losses are avoided by a projection.
  • - The limitation to mirror optics in the construction of the head-up display avoids losses of image quality due to chromatic aberration.
  • The use of a fast DLP chip allows a time-sequential image build-up of the different colors. The image can be generated without color filter and thus achieves high efficiency.
  • Stereo functionality can be achieved using only one imager, thus avoiding, for example, unwanted double images, such as can occur in image superimposition by means of a beam splitter.
  • The high switching speed of the DLP chip allows, in addition to the time-sequential switching for the color image structure, a further time-sequential switching between the two image contents for left and right eye. An image structure can be done, for example, with a frequency of 120 Hz.
  • - By using fewer small components, the head-up display can be well miniaturized and the tracking of head movements easier.
  • - By using MEMS components (MEMS = microelectromechanical systems), the system can be made very robust against rearward solar radiation.
  • - By using a DLP chip, the full functionality of the head-up display is guaranteed even at very low and very high temperatures, since such a DLP chip can operate in a wide temperature range.

Schließlich schafft der hier beschriebene Ansatz ein Verfahren zum Erzeugen eines Bilds für ein Head-up-Display, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ausstrahlen eines aufgeweiteten Lichtstrahls auf eine Lichtmodulationseinrichtung, um die Lichtmodulationseinrichtung aus mehreren Winkeln gleichzeitig zu beleuchten; und
Erzeugen eines ein Bild repräsentierenden Bildstrahls aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl durch die Lichtmodulationseinrichtung.
Finally, the approach described herein provides a method for generating an image for a head-up display, the method comprising the steps of:
Irradiating an expanded light beam to a light modulation device to illuminate the light modulation device from multiple angles simultaneously; and
Generating an image beam representing an image from the expanded light beam through the light modulation device.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a control unit which is designed to execute, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a vehicle with a head-up display according to an embodiment of the present invention;

2 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display mit einem DLP-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a simulation of a beam path in a head-up display with a DLP chip according to an embodiment of the present invention;

3a, 3b, 3c Diagramme zur Berechnung von Spotgrößen aus verschiedenen Positionen innerhalb einer Eyebox; 3a . 3b . 3c Charts for calculating spot sizes from different positions within an eyebox;

4 eine schematische Darstellung einer beleuchteten Lichtmodulationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic representation of an illuminated light modulation device according to an embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic representation of a vehicle with a head-up display according to an embodiment of the present invention;

6 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display mit einem LCoS-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a simulation of a beam path in a head-up display with a LCoS chip according to an embodiment of the present invention;

7 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem in ein Fahrzeug integrierten Head-up-Display mit einem LCoS-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a simulation of a beam path in a vehicle-integrated head-up display with a LCoS chip according to an embodiment of the present invention;

8 eine schematische Darstellung eines Bauraums für ein Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 8th a schematic representation of a space for a head-up display according to an embodiment of the present invention;

9 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem stereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 9 a schematic representation of a vehicle with a stereoscopic head-up display according to an embodiment of the present invention;

10a, 10b schematische Darstellungen einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 10a . 10b schematic illustrations of an image forming apparatus according to various embodiments of the present invention;

11 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 11 a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display according to an embodiment of the present invention;

12 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 12 a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display according to an embodiment of the present invention;

13 ein Diagramm zur Darstellung einer Bildgenerierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 13 a diagram illustrating an image generation according to an embodiment of the present invention;

14 eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 14 a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display according to an embodiment of the present invention;

15a, 15b Simulationen eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 15a . 15b Simulations of a ray trajectory in a stereoscopic head-up display according to an embodiment of the present invention;

16 eine schematische Darstellung eines stereoskopischen Head-up-Displays mit einem LCoS-Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 16 a schematic representation of a stereoscopic head-up display with a LCoS chip according to an embodiment of the present invention;

17 eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Faseroptik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 17 a schematic representation of an image forming apparatus with a fiber optic according to an embodiment of the present invention;

18 eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Faseroptik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 18 a schematic representation of an image forming apparatus with a fiber optic according to an embodiment of the present invention;

19 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Bilds für ein Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 19 a flowchart of a method for generating an image for a head-up display according to an embodiment of the present invention; and

20 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 20 a block diagram of a controller for performing a method according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Head-up-Display 102 umfasst eine Bilderzeugungsvorrichtung 104, auch Bildgebereinheit genannt. In einem Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 106 sind eine Lichtquelle 108, ein Aufweitungselement 110 und eine Lichtmodulationseinrichtung 112 angeordnet. Die Lichtquelle 108 ist ausgebildet, um einen Lichtstrahl 114 zu erzeugen und auf das in einem Strahlengang des Lichtstrahls 114 befindliche Aufweitungselement 110 zu lenken. Dabei ist das Aufweitungselement 110 zwischen der Lichtquelle 108 und der Lichtmodulationseinrichtung 112 angeordnet. Beispielhaft ist die Lichtquelle 108 als LED-Beleuchtung mit je einer oder mehrerer LEDs für blaues, rotes und grünes Licht realisiert. Das Aufweitungselement 110 ist ausgebildet, um aus dem Lichtstrahl 114 einen aufgeweiteten Lichtstrahl 116 mit einem vergrößerten Öffnungswinkel zu erzeugen. Die Lichtmodulationseinrichtung 112 ist derart in einem Strahlengang des aufgeweiteten Lichtstrahls 116 angeordnet, dass sie von dem aufgeweiteten Lichtstrahl 116 aus mehreren Winkeln gleichzeitig beleuchtet wird. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a head-up display 102 according to an embodiment of the present invention. The head-up display 102 comprises an image forming device 104 , also called an imaging unit. In a housing of the image forming apparatus 106 are a source of light 108 , an expansion element 110 and a light modulation device 112 arranged. The light source 108 is designed to receive a beam of light 114 to generate and on in a beam path of the light beam 114 located expansion element 110 to steer. Here is the expansion element 110 between the light source 108 and the light modulation device 112 arranged. Exemplary is the light source 108 realized as LED lighting with one or more LEDs for blue, red and green light. The expansion element 110 is trained to get out of the light beam 114 an expanded light beam 116 to produce with an enlarged opening angle. The light modulation device 112 is so in a beam path of the expanded light beam 116 arranged them from the expanded light beam 116 illuminated from several angles simultaneously.

Die Lichtmodulationseinrichtung 112, hier ein DLP-Chip, auch DLP-Imager genannt, ist ausgebildet, um aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl 116 einen ein virtuelles Bild 120 repräsentierenden Bildstrahl 122 zu erzeugen. In 1 reflektiert die Lichtmodulationseinrichtung 112 den Bildstrahl 122 direkt auf einen Spiegel 124 einer Head-up-Display-Optik. Bei dem Spiegel 124 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um einen gekrümmten Hauptspiegel des Head-up-Displays 102. Der Spiegel 124 ist ausgebildet, um den Bildstrahl 122 auf eine Windschutzscheibe 126 des Fahrzeugs 100 zu projizieren. Mittels der Windschutzscheibe 126 wird der Bildstrahl 122 weiter in eine Eyebox 128 eines Fahrers 130 gelenkt, der das virtuelle Bild 120 hinter der Windschutzscheibe 126 auf einer virtuellen Leinwand in einem Abstand VID zwischen der virtuellen Leinwand und der Eyebox 128, auch virtuelle Leinwanddistanz genannt, wahrnimmt.The light modulation device 112 , here a DLP chip, also called DLP imager, is trained to get out of the widened light beam 116 one a virtual picture 120 representing image beam 122 to create. In 1 reflects the light modulation device 112 the picture beam 122 directly on a mirror 124 a head-up display optics. At the mirror 124 it is according to this embodiment, a curved main mirror of the head-up display 102 , The mirror 124 is trained to image the picture 122 on a windshield 126 of the vehicle 100 to project. By means of the windshield 126 becomes the image beam 122 further into an eyebox 128 a driver 130 directed the virtual picture 120 behind the Windshield 126 on a virtual screen at a distance VID between the virtual screen and the eyebox 128 , also called virtual screen distance, perceives.

Optional ist im Strahlengang des aufgeweiteten Lichtstrahls 116 zwischen der Lichtmodulationseinrichtung 112 und dem Aufweitungselement 110 ein Lichtstrahlfokussierelement 132 angeordnet, das hier als Linse dargestellt ist. Das Lichtstrahlfokussierelement 132 ist ausgebildet, um den aufgeweiteten Lichtstrahl 116 auf die aktive Fläche der Lichtmodulationseinrichtung 112 zu fokussieren und somit eine homogene Ausleuchtung der aktiven Fläche zu gewährleisten.Optionally, in the beam path of the expanded light beam 116 between the light modulation device 112 and the expansion element 110 a Lichtstrahlfokussierelement 132 arranged, which is shown here as a lens. The light beam focusing element 132 is formed to the expanded light beam 116 on the active surface of the light modulation device 112 to focus and thus to ensure a homogeneous illumination of the active surface.

Zusätzlich ist die in 1 gezeigte Bilderzeugungsvorrichtung 106 mit einer Lichtfalle 134 vorgesehen. Dabei ist die Lichtmodulationseinrichtung 112 ausgebildet, um einen Abstrahlwinkel des Bildstrahls 122 derart zu variieren, dass der Bildstrahl 122 entweder auf den Spiegel 124 trifft oder in die Lichtfalle 134 fällt.In addition, the in 1 shown image forming apparatus 106 with a light trap 134 intended. In this case, the light modulation device 112 formed to a radiation angle of the image beam 122 to vary such that the image beam 122 either on the mirror 124 meets or in the light trap 134 falls.

Mittels der Lichtfalle 134 kann ferner verhindert werden, dass ein von der Windschutzscheibe 126 über den Spiegel 124 auf die Lichtmodulationseinrichtung 112 projizierter Lichtstrahl, insbesondere Sonnenstrahlen, weiter auf die Lichtquelle 108 reflektiert wird, indem die Lichtmodulationseinrichtung 112 diesen Lichtstrahl in die Lichtfalle 134 ablenkt. Dadurch kann eine Überhitzung der Lichtquelle 108 vermieden werden.By means of the light trap 134 can also prevent one from the windshield 126 over the mirror 124 on the light modulation device 112 projected light beam, in particular sun rays, on the light source 108 is reflected by the light modulation device 112 this ray of light into the light trap 134 distracting. This can cause overheating of the light source 108 be avoided.

2 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display 102 aus 1 mit einem DLP-Chip 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Simulation des Displaysystems 102 ist im Optiksimulationsprogramm Zemax durchgeführt. Das Head-up-Display 102 ist ausgebildet, um einen kleinen Imager in Form des DLP-Chips 112 direkt abzubilden. Dazu weist das Head-up-Display 102 beispielhaft vier Freiformspiegel 202 auf. Der Lichtweg ist ausgehend vom virtuellen Bild simuliert. Die Verwendung einer Lichtmodulationseinrichtung in Form des kleinen Imagers 112 mit hoher Vergrößerung auf die virtuelle Leinwand stellt hohe Anforderungen an die Abbildungsoptik. Durch die hohe Anzahl an Freiformelementen, in 2 die vier Freiformspiegel 202, kann dieser Anspruch erfüllt werden. 2 shows a simulation of a beam path in a head-up display 102 out 1 with a DLP chip 112 according to an embodiment of the present invention. The simulation of the display system 102 is performed in the optics simulation program Zemax. The head-up display 102 is trained to be a small imager in the form of the DLP chip 112 directly represent. This is indicated by the head-up display 102 four free-form mirrors, for example 202 on. The light path is simulated starting from the virtual image. The use of a light modulator in the form of the small imager 112 with high magnification on the virtual screen places high demands on the imaging optics. Due to the high number of freeform elements, in 2 the four freeform mirrors 202 , this claim can be fulfilled.

Um die Abbildungsqualität zu verbessern, kann auch auf andere Elemente wie Freiformlinsen oder zusätzliche asphärische Linsen zurückgegriffen werden. Bei dem in 2 gezeigten optischen Design wurde auf diese Elemente bewusst verzichtet, um chromatischen Aberrationen und Rückreflexen an nicht vollständig entspiegelten Oberflächen zu vermeiden.In order to improve the image quality, other elements such as free-form lenses or additional aspherical lenses can also be used. At the in 2 The optical design shown has been deliberately omitted on these elements to avoid chromatic aberrations and back reflections on non-fully anti-reflective surfaces.

Das Design basiert beispielhaft auf den folgenden Parametern: Virtuelle Leinwanddistanz 5 m Field of view 9° mal 4,5° Eyeboxgröße 120 mm mal 60 mm DLP-Chip-Größe 1" The design is based on the following parameters by way of example: Virtual screen distance 5 m Field of view 9 ° by 4.5 ° Eyeboxgröße 120 mm by 60 mm DLP chip size 1"

Diese Werte eignen sich insbesondere als Vorgaben für ein autostereoskopisches Head-up-Display. Das in 2 gezeigte Design kann jedoch auch für andere Leinwanddistanzen, etwa von 3 m, verwendet werden.These values are particularly suitable as presets for an autostereoscopic head-up display. This in 2 However, the design shown can also be used for other screen distances of about 3 m.

Das Design erreicht bei einer Apertur von beispielsweise 8 mm eine durchschnittliche Spotgröße von 9,45 µm. Die Apertur ist der Durchmesser eines Betrachterauges aus der Eyebox. Die Spotgröße wird am Ort des Displays, d. h. des Mikrospiegelarrays in Form des DLP-Chips 112, bestimmt. Es sollte möglichst eine Spotgröße in der Größenordnung der Pixel des Displays, bei einem DLP-Chip beispielsweise 10 µm, erreicht werden.The design achieves an average spot size of 9.45 μm with an aperture of 8 mm, for example. The aperture is the diameter of a viewer's eye from the eyebox. The spot size is at the location of the display, ie the micromirror array in the form of the DLP chip 112 , certainly. It should as far as possible a spot size in the order of pixels of the display, in a DLP chip, for example 10 microns, can be achieved.

Die 3a bis 3c zeigen Diagramme zur Berechnung von Spotgrößen aus verschiedenen Positionen innerhalb einer Eyebox aus 1. Dabei ist auf einer y-Achse eine Position in y-Richtung und auf einer x-Achse eine Position in x-Richtung gezeigt. Wie zu erkennen, liegen die Spotgrößen in allen Eyeboxpositionen im oben definierten Zielbereich.The 3a to 3c show diagrams for calculating spot sizes from different positions within an eyebox 1 , In this case, a position in the y-direction is shown on a y-axis and a position in the x-direction on an x-axis. As can be seen, the spot sizes in all eyebox positions are within the target range defined above.

Die gezeigten Auswertungsergebnisse bezüglich der Spotgröße sind mithilfe des Global Unified Tools von Bosch Car Multimedia ermittelt. Der in 3a gezeigte Plot beschreibt die Berechnung aus der Augenposition am linken Rand der Eyebox, 3b die Berechnung aus der Mitte der Eyebox und 3c die Berechnung am rechten Rand der Eyebox. Die Bildkoordinaten entsprechen den Koordinaten des virtuellen Bilds. Eine Skala gibt jeweils eine RMS-Spotgröße in Mikrometern am Display an. Display bezeichnet hier die Lichtmodulationseinrichtung.The spot size evaluation results shown are determined using the Global Unified Tool from Bosch Car Multimedia. The in 3a plot shown describes the calculation from the eye position on the left edge of the eyebox, 3b the calculation from the middle of the eyebox and 3c the calculation on the right edge of the eyebox. The image coordinates correspond to the coordinates of the virtual image. Each scale indicates an RMS spot size in microns on the display. Display here refers to the light modulation device.

Die Simulation erfolgt rückwärts vom virtuellen Bild aus. Das heißt, es werden Strahlen ausgehend von einem Punkt des virtuellen Bilds simuliert (Koordinaten im Plot). Diese werden auf das Display fokussiert (Spotgröße aus dem Plot). Ein von der virtuellen Leinwand aus betrachteter Punkt aus der Mitte der Leinwand (Zentrum der Plots), betrachtet aus dem Zentrum der Eyebox (mittlerer Plot), erreicht dabei eine Spotgröße von etwa 6 µm am Display. Erfahrungsgemäß ist dann die im eigentlichen Head-up-Display erreichte Qualität der Abbildung vom Display auf das virtuelle Bild ausreichend, weil die simulierte Spotgröße unter der Abmessung eines Pixels des Displays liegt.The simulation takes place backwards from the virtual image. That is, rays are simulated starting from a point of the virtual image (coordinates in the plot). These are focused on the display (spot size from the plot). A point viewed from the virtual screen from the center of the screen (center of the plots), viewed from the center of the eyebox (middle plot), reaches a spot size of about 6 μm on the display. Experience shows that the quality of the image from the display to the virtual image achieved in the actual head-up display is sufficient because the simulated spot size is below the dimension of a pixel of the display.

Aktuelle DLP-Chips sind bis zu einer Größe von 0,95" erhältlich und weisen einen Kippwinkel von +/–12° auf. Zukünftige DLP-Chips können Kippwinkel von +/–16° und Kipprichtungen über verschiedene Achsen des Chips aufweisen. Es ist zu erwarten, dass High-Resolution-Anwendungen in Anbetracht der minimal erreichbaren Mikrospiegelgrößen auf den Chips zur Verfügbarkeit größerer DLP-Chips führen werden.Current DLP chips are available in sizes up to 0.95 "and have a tilt angle of +/- 12 °, and future DLP chips can have tilt angles of +/- 16 ° and tilt directions across different axes of the chip It is to be expected that high-resolution applications will lead to the availability of larger DLP chips in view of the minimum attainable micromirror sizes on the chips.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer beleuchteten Lichtmodulationseinrichtung 112 aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Lichtquelle 108 ist hier ausgebildet, um den DLP-Chip 112 außermittig (off axis) zu beleuchten. Der DLP-Chip 112 ist ausgebildet, um die von der Lichtquelle 108 ausgesendeten Lichtstrahlen um einen Kippwinkel von +/–12°, d. h. um insgesamt 24°, zu kippen. Dadurch ergibt sich für einen von dem DLP-Chip 112 reflektierten Strahl eine maximale Winkeländerung von 48°. Mithilfe dieser Winkeländerung können die Lichtstrahlen entweder als Nutzlicht auf den Head-up-Display-Spiegel 124 oder als Abblendlicht in die Lichtfalle 134 gelenkt werden. 4 shows a schematic representation of an illuminated light modulation device 112 out 1 according to an embodiment of the present invention. The light source 108 here is trained to the DLP chip 112 to illuminate off-axis. The DLP chip 112 is designed to be that of the light source 108 emitted light rays to tilt by a tilt angle of +/- 12 °, ie by a total of 24 °. This results in one of the DLP chip 112 reflected beam a maximum angle change of 48 °. Using this angle change, the light beams can either be used as useful light on the head-up display mirror 124 or as low beam in the light trap 134 be steered.

Eine Berechnung der Lagrange-Invariante unter Verwendung der oben genannten Parameter ergibt einen vollen Öffnungswinkel von 54,1° in Displayquerrichtung und 22,5° in Displaylängsrichtung. Ein vom Chip 112 ausgehender Lichtkegel kann mit diesen Winkeln über den kleinen Winkel hinweg um den von den Mikrospiegeln realisierten Winkel von 48° umgelenkt werden. Dadurch wird der volle Kegel aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt und in die Lichtfalle 134 geleitet. Bei aktuellen DLP-Chips mit diagonaler Klapprichtung liegt der umzuklappende Winkelbereich zwischen den beiden Werten von 54,1° und 22,5°.A calculation of the Lagrangian invariant using the above-mentioned parameters gives a full opening angle of 54.1 ° in the display transverse direction and 22.5 ° in the display longitudinal direction. One from the chip 112 outgoing light cone can be deflected with these angles over the small angle around the realized by the micromirrors angle of 48 °. This will deflect the full cone out of its original direction and into the light trap 134 directed. For current DLP chips with diagonal folding direction, the angle range to be folded is between the two values of 54.1 ° and 22.5 °.

5 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Head-up-Display 102 aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 1 weist das in 5 gezeigte Head-up-Display 102 einen LCoS-Chip statt eines DLP-Chips als Lichtmodulationseinrichtung 112 auf. 5 shows a vehicle 100 with a head-up display 102 out 1 according to an embodiment of the present invention. In contrast to 1 has the in 5 shown head-up display 102 an LCoS chip instead of a DLP chip as a light modulation device 112 on.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Bildgebereinheit 106 drei LEDs in den Grundfarben Rot, Grün und Blau auf. Die Bildgebereinheit 106 ist ausgebildet, um die drei Grundfarben zu überlagern. Danach wird das Licht durch ein optisches Element 110 aufgeweitet. Ein solches aufweitendes Element 110 ist beispielsweise als Streufläche, refraktiv arbeitendes Mikrolinsenarray oder Hologramm realisiert. Da die Streufläche 110 hier nur zur Formung der Hinterleuchtung dient und der eigentliche Bildinhalt erst am Imager, d. h. am LCoS-Chip 112, aufgebaut wird, geht die Verwendung der Streufläche 112 nicht mit einer Verschlechterung der Bildqualität einher, wie dies beispielsweise bei projektionsbasierten Lösungen der Fall sein kann.According to this embodiment, the imager unit 106 three LEDs in the primary colors red, green and blue. The imager unit 106 is designed to overlay the three primary colors. After that, the light is transmitted through an optical element 110 widened. Such an expanding element 110 is realized for example as a scattering surface, refractive microlens array or hologram. Because the scattered area 110 Here only serves to form the backlight and the actual image content only at the imager, ie on the LCoS chip 112 , is built, the use of the scattering surface goes 112 is not associated with a deterioration in image quality, as may be the case with projection-based solutions, for example.

Nach der Aufweitung des Lichts wird die Fläche 110 mittels einer Optik 132 auf den eigentlichen Imager 112 abgebildet. Dadurch wird der Imager 112 anders als bei gängigen Projektoren mit verschiedenen Winkeln gleichzeitig beleuchtet. Durch die Abbildung des aufweitenden Elements 110 werden quasi Punktlichtquellen auf den LCoS-Chip 112 abgebildet. Durch diese Anordnung kann trotz der nicht streuenden Eigenschaft des Imagers 112 ein Abstrahlverhalten in verschiedene Richtungen für jeden Bildpunkt erzeugt werden. Dadurch ist der Imager 112 direkt als Display betrachtbar und kann durch eine nachfolgende Head-up-Display-Optik, hier durch den Spiegel 124, abgebildet werden.After the expansion of the light, the area becomes 110 by means of an optic 132 to the actual imager 112 displayed. This will be the imager 112 unlike common projectors with different angles illuminated simultaneously. Through the illustration of the expanding element 110 become point light sources on the LCoS chip 112 displayed. By this arrangement, despite the non-scattering property of the imager 112 a radiation behavior in different directions for each pixel are generated. This is the imager 112 directly viewable as a display and can by a subsequent head-up display optics, here by the mirror 124 to be imaged.

6 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem Head-up-Display 102 aus 5 mit einem LCoS-Chip 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Simulation wird in der in 6 gezeigten Simulation ein LCoS-Chip statt eines DLP-Chips als Lichtmodulationseinrichtung 112 verwendet. 6 shows a simulation of a beam path in a head-up display 102 out 5 with an LCoS chip 112 according to an embodiment of the present invention. Unlike the in 2 shown simulation is in the in 6 Simulation shown an LCoS chip instead of a DLP chip as light modulation device 112 used.

7 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem in ein Fahrzeug 100 integrierten Head-up-Display 102 mit einem LCoS-Chip 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich um das in 5 gezeigte Fahrzeug handeln. Im Unterschied zu 6 ist das Head-up-Display 102 hier mit der zusätzlichen Beleuchtungsoptik 132 für den LCoS-Chip 112 gezeigt. 7 shows a simulation of a beam path in a vehicle 100 integrated head-up display 102 with an LCoS chip 112 according to an embodiment of the present invention. In the vehicle 100 it can be in the 5 shown vehicle act. In contrast to 6 is the head-up display 102 here with the additional lighting optics 132 for the LCoS chip 112 shown.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauraums für ein Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 8 ist ein im CAD-Programm Rhino angefitteter Bauraum für das Konzept aus 7 dargestellt. Das gefittete Bauvolumen beträgt beispielsweise 9,6 l. Somit können durch dieses Konzept Bauräume von unter 10 l erreicht werden. Dabei wird der Chip über vier Freiformspiegel und die Windschutzscheibe auf die virtuelle Leinwand abgebildet. Die Kennwerte des Head-up-Display-Designs entsprechen den weiter oben genannten Parametern, mit dem Unterschied, dass die Größe des LCoS-Chips 0,88“ beträgt. Dabei ergibt sich eine durchschnittliche Spotgröße von 16,4 µm. 8th shows a schematic representation of a space for a head-up display 102 according to an embodiment of the present invention. In 8th is a fitting in the CAD program Rhino space for the concept 7 shown. The fitted construction volume is for example 9.6 l. Thus, by this concept, installation spaces of less than 10 l can be achieved. The chip is displayed on four free-form mirrors and the windshield on the virtual screen. The characteristics of the head-up display design correspond to the parameters mentioned above, with the difference that the size of the LCoS chip is 0.88 ". This results in an average spot size of 16.4 μm.

9 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 aus 1 mit einem stereoskopischen Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 1 weist die in 9 gezeigte Bilderzeugungsvorrichtung 106 eine von der Lichtquelle 108 getrennte weitere Lichtquelle 902 auf. Die weitere Lichtquelle 902 ist ausgebildet, um einen weiteren Lichtstrahl 904 zu erzeugen. Ein weiteres Aufweitungselement 906 ist ausgebildet, um den weiteren Lichtstrahl 904 aufzuweiten und einen entsprechend aufgeweiteten weiteren Lichtstrahl 908 auf den DLP-Chip 112 zu lenken. Dabei ist der DLP-Chip 112 ausgebildet, um aus dem aufgeweiteten weiteren Lichtstrahl 908 einen ein weiteres virtuelles Bild 910 repräsentierenden weiteren Bildstrahl 912 zu erzeugen. 9 shows a schematic representation of a vehicle 100 out 1 with a stereoscopic head-up display 102 according to an embodiment of the present invention. In contrast to 1 has the in 9 shown image forming apparatus 106 one from the light source 108 separate further light source 902 on. The other light source 902 is designed to receive another beam of light 904 to create. Another expansion element 906 is formed to the other light beam 904 expand and a correspondingly expanded further light beam 908 on the DLP chip 112 to steer. Here is the DLP chip 112 designed to come out of the expanded further light beam 908 another virtual picture 910 representing another image beam 912 to create.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bilderzeugungsvorrichtung 106 ausgebildet, um das weitere Bild 910 und das Bild 120 je als ein stereoskopisches Teilbild zu erzeugen. Dabei ist der DLP-Chip 112 ausgebildet, um mittels des Spiegels 124 und der Windschutzscheibe 126 den weiteren Bildstrahl 912 in eine dem rechten Auge des Fahrers 130 zugeordnete rechte Eyebox 914 und den Bildstrahl 122 in in eine dem linken Auge des Fahrers 130 zugeordnete linke Eyebox 916 zu lenken. Der Fahrer 130 kann somit die beiden Teilbilder 108, 910 als ein einziges dreidimensionales Bild wahrnehmen.According to this embodiment, the image forming apparatus is 106 trained to get the more picture 910 and the picture 120 ever to produce as a stereoscopic partial image. Here is the DLP chip 112 trained to by means of the mirror 124 and the windshield 126 the further image beam 912 in a right eye of the driver 130 assigned right eyebox 914 and the image beam 122 in a driver's left eye 130 assigned left eyebox 916 to steer. The driver 130 can thus the two fields 108 . 910 perceive as a single three-dimensional image.

Um ein stereoskopisches Head-up-Display 102 zu realisieren, können gemäß einem Ausführungsbeispiel zwei getrennte Hinterleuchtungseinheiten genutzt werden. Dadurch können zwei separate Eyeboxes 914, 916 für linkes und rechtes Auge getrennt beleuchtet werden.To a stereoscopic head-up display 102 To realize, according to one embodiment, two separate backlight units can be used. This allows two separate eyeboxes 914 . 916 Illuminated separately for left and right eye.

Um die Lichtstrahlen den Eyeboxes 914, 916 nachzuführen, wie dies beispielsweise bei Kopfbewegungen erforderlich ist, können die Hinterleuchtungseinheiten verschiebbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Nachführung durch ein leichtes Kippen des DLP-Chips 112 realisiert sein.To the rays of light the Eyeboxes 914 . 916 nachzuführen, as required for example in head movements, the backlight units can be displaced. Alternatively or additionally, the tracking can be achieved by slightly tilting the DLP chip 112 be realized.

Beispielsweise werden bei der Realisierung zweier schmaler Eyeboxes 914, 916 an den Augenpositionen zwei den Augenpositionen entsprechende Streifen mit je einer Breite von etwa 20 mm von einer Gesamtbreite von 120 mm genutzt. Dadurch ergibt sich eine realistisch genutzte Breite von etwa 85 mm. Dieser im Vergleich zu einer gesamten Eyebox schmale genutzte Bereich führt zu kleineren Winkelöffnungen der Strahlkegel am Display 112 und erleichtert bei geeigneter Nachführmechanik die Abblendung des Lichts durch den DLP-Chip 112 beim Bildaufbau.For example, in the realization of two narrow eyeboxes 914 . 916 at the eye positions two strips corresponding to the eye positions, each having a width of about 20 mm of a total width of 120 mm used. This results in a realistically used width of about 85 mm. This area, which is narrow compared to an entire Eyebox, leads to smaller angular openings of the beam cone on the display 112 and, with a suitable tracking mechanism, facilitates the dimming of the light by the DLP chip 112 at the picture construction.

Die 10a und 10b zeigen schematische Darstellungen einer Bilderzeugungsvorrichtung 106 aus 9 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In 10a ist die gesamte Bilderzeugungsvorrichtung 106 drehbar. Dadurch wird die Lichtmodulationseinrichtung 112, hier der DLP-Chip, zusammen mit den beiden Beleuchtungseinheiten 108, 902 gedreht. In 10b ist lediglich die Lichtmodulationseinrichtung 112 drehbar ausgeführt. Alternativ kann die Bilderzeugungsvorrichtung 106 bzw. die Lichtmodulationseinrichtung 112 zusätzlich verschiebbar sein.The 10a and 10b show schematic representations of an image forming apparatus 106 out 9 according to various embodiments of the present invention. In 10a is the entire image forming apparatus 106 rotatable. Thereby, the light modulation device becomes 112 , here the DLP chip, together with the two lighting units 108 . 902 turned. In 10b is only the light modulation device 112 rotatable. Alternatively, the image forming apparatus 106 or the light modulation device 112 be additionally displaceable.

Alternativ oder zusätzlich können das Aufweitungselement 110 und das weitere Aufweitungselement 906 verschieb- oder drehbar sein. Die Beleuchtungseinheiten 108, 902 können auch unabhängig voneinander verschieb- oder drehbar in der Bilderzeugungsvorrichtung 106 angeordnet sein.Alternatively or additionally, the expansion element 110 and the further expansion element 906 be slidable or rotatable. The lighting units 108 . 902 may also be independently displaceable or rotatable in the image forming apparatus 106 be arranged.

11 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display 102 aus 9 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Head-up-Display 102 ist hier als autostereoskopisches Head-up-Display mit einem kleinen DLP-Bildgeber 112 ausgeführt. Die Abbildung veranschaulicht, wie das von einer Leuchtfläche ausgestrahlte Licht durch den DLP-Chip 112 abgelenkt und in die Optik geführt werden kann. 11 shows a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display 102 out 9 according to an embodiment of the present invention. The head-up display 102 is here as an autostereoscopic head-up display with a small DLP imager 112 executed. The figure illustrates how the light emitted by a light surface passes through the DLP chip 112 can be distracted and led into the optics.

12 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 12 sind die in 11 gezeigten Komponenten im Detail gezeigt. Die Beleuchtungseinheiten 108, 902, hier als Leuchtflächen dargestellt, beleuchten den DLP-Chip 112 über je einen sphärischen Hohlspiegel 1200. Dabei sind die zwei homogenen Leuchtflächen 108, 902 ausgebildet, um Lichtkegel mit einer durch einen Winkel α definierten Breite und in bestimmte Richtungen erzeugen. Eine solche Leuchtfläche kann mittels eines Mikrolinsenarrays oder einer speziellen Streufläche, etwa einer holografischen Streufläche, erzeugt werden. 12 shows a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display 102 according to an embodiment of the present invention. In 12 are the in 11 shown components shown in detail. The lighting units 108 . 902 , shown here as illuminated areas, illuminate the DLP chip 112 each with a spherical concave mirror 1200 , The two are homogeneous luminous areas 108 . 902 designed to produce light cone with a defined by an angle α width and in certain directions. Such a luminous area can be generated by means of a microlens array or a special scattering surface, such as a holographic scattering surface.

Der DLP-Chip 112 weist je um 12° umgeklappte Mikrospiegel auf, die das Licht in Richtung eines ersten Freiformspiegels 1202 reflektieren. Die Lichtquellen 108, 902 können als LEDs oder Laser in RGB-Farben realisiert sein. Für die Farbdarstellung werden die Lichtquellen 108, 902 zeitsequenziell mit dem DLP-Chip 112 synchronisiert. Die Schaltgeschwindigkeiten sind hierbei schnell genug, um den Bildaufbau und die Umschaltung zwischen den Bildinhalten von linkem und rechtem Auge zu ermöglichen, wie nachfolgend anhand von 13 gezeigt.The DLP chip 112 each has 12 ° folded micromirrors, the light in the direction of a first free-form mirror 1202 reflect. The light sources 108 . 902 can be realized as LEDs or lasers in RGB colors. For the color representation, the light sources 108 . 902 time sequential with the DLP chip 112 synchronized. In this case, the switching speeds are fast enough to allow the image structure and the switching between the image contents of the left and right eye, as described below with reference to FIG 13 shown.

13 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Bildgenerierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Auf einer y-Achse ist ein Betriebszustand einer Lichtquelle dargestellt, wobei 0 einem ausgeschalteten und 1 einem eingeschalteten Zustand der Lichtquelle entspricht. Auf einer x-Achse ist ein zeitlicher Verlauf in Millisekunden dargestellt. Innerhalb eines Zeitintervalls von 8,3 ms (120 Hz) werden die Farben Rot, Grün und Blau der beiden Teilbilder nacheinander angeschaltet. Der DLP-Chip generiert innerhalb der Plateaus jeweils das Teilbild der entsprechenden Farbe für das entsprechende Auge. Dabei ist ein Zeitintervall L einem linken Auge, ein Zeitintervall R einem rechten Auge und ein Zeitintervall G einem gesamten Bildaufbau zugeordnet. 13 shows a diagram illustrating an image generation according to an embodiment of the present invention. On a y-axis, an operating state of a light source is shown, wherein 0 corresponds to an off and 1 a switched-state of the light source. An x-axis shows a time course in milliseconds. Within a time interval of 8.3 ms (120 Hz), the colors red, green and blue of the two partial images are switched on one after the other. Within the plateaus, the DLP chip generates the partial image of the corresponding color for the corresponding eye. In this case, a time interval L is assigned to a left eye, a time interval R to a right eye and a time interval G to an entire image structure.

14 zeigt eine Simulation eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Simulation zeigt zwei Varianten, wie das Licht je nach Kippwinkel der Mikrospiegel auf dem DLP-Chip 112 reflektiert wird. Im Unterschied zu den 11 und 12 ist hier der Fall veranschaulicht, in dem die Mikrospiegel des DLP-Chips 112 auf –12° umklappen, um das Licht in die Lichtfalle 134 zu lenken. Die Simulation zeigt, dass die auf den DLP-Chip 112 auftreffenden Lichtstrahlen sowie die in die Lichtfalle 134 geleiteten abgeblendeten Lichtstrahlen räumlich am ersten Freiformspiegel 1202 vorbeilaufen. Bei einem Kippwinkel von +12° wird das Licht zur Bilderzeugung genutzt und zum ersten Freiformspiegel 1202 geleitet. 14 shows a simulation of a beam path in a stereoscopic head-up display 102 according to an embodiment of the present invention. The simulation shows two variants, such as the light depending on the tilt angle of the micromirrors on the DLP chip 112 is reflected. Unlike the 11 and 12 Here is the case illustrated in which the micromirrors of the DLP chip 112 Fold to -12 ° to put the light in the light trap 134 to steer. The simulation shows that on the DLP chip 112 incident light rays as well as the light trap 134 guided dimmed light beams spatially on the first free-form mirror 1202 pass. At a tilt angle of + 12 °, the light is used for imaging and the first free-form mirror 1202 directed.

Die 15a und 15b zeigen Simulationen eines Strahlenverlaufs in einem stereoskopischen Head-up-Display 102 aus 9 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Aktuell erhältliche DLP-Chips weisen typischerweise diagonal umklappbare Mikrospiegel auf. Dadurch ist eine Beleuchtung und Abblendung über die Diagonale notwendig, wie in den 15a und 15b dargestellt. Das gezeigte Design ermöglicht auch hier eine Abblendung und somit den Betrieb mit aktuell erhältlichen 0,95"-DLP-Chips in der Orthogonalstruktur.The 15a and 15b show simulations of a beam path in a stereoscopic head-up display 102 out 9 according to an embodiment of the present invention. Currently available DLP chips typically have diagonal foldable micromirrors. As a result, a lighting and dimming across the diagonal is necessary, as in the 15a and 15b shown. The design shown here also allows dimming and thus the operation with currently available 0.95 "-DLP chips in the orthogonal structure.

15a zeigt die Winkelsituation bei Beleuchtung des DLP-Chips 112 mit einem Klappwinkel über die Chipdiagonale. 15b zeigt die reflektierten Strahlen für den Bildaufbau und die Lichtfalle 134 (ähnlich 7). Die simulierten Strahlen füllen die große Gesamteyebox von 120 mm Breite. Im Stereobetrieb werden nur zwei Abschnitte davon genutzt, die den Eyeboxpositionen für die beiden Augen entsprechen. 15a shows the angle situation when lighting the DLP chip 112 with a folding angle over the chip diagonal. 15b shows the reflected rays for the image structure and the light trap 134 (similar 7 ). The simulated beams fill the large total box of 120 mm width. In stereo, only two sections of it are used, which correspond to the eyebox positions for the two eyes.

Als kleiner Bildgeber kann alternativ ein LCoS-Display oder ein anderes Mikrodisplay verwendet werden. Vorteilhafterweise kann bei der Verwendung eines LCoS-Display auf eine Lichtfalle verzichtet werden.As a small imager alternatively a LCoS display or another microdisplay can be used. Advantageously, can be dispensed with the use of a LCoS display on a light trap.

16 zeigt eine schematische Darstellung eines stereoskopischen Head-up-Displays 102 aus 9 mit einem LCoS-Chip 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei einer genutzten Breite der Gesamteyebox von 85 mm, d. h. zwei Eyeboxes von je 20 mm Breite, angeordnet in einem einem Augenabstand entsprechenden Abstand von 65 mm, ergibt sich nach der Lagrange-Invariante ein halber Öffnungswinkel von 19,2° in Richtung der Breite. Der LCoS-Chip 112 sollte also nach dieser Näherung einen Öffnungskegel von etwa 40° ermöglichen. 16 shows a schematic representation of a stereoscopic head-up display 102 out 9 with an LCoS chip 112 according to an embodiment of the present invention. With a used width of the total box of 85 mm, ie two eyeboxes of 20 mm width each, arranged in a distance corresponding to a distance of 65 mm, results according to the Lagrangian invariant half an opening angle of 19.2 ° in the direction of width. The LCoS chip 112 So should allow for this approximation, an opening cone of about 40 °.

Diese Dimension ist beispielsweise mit einem Polarisationsstrahlteilerwürfel 1600, auch als PolCube bekannt, erreichbar. Zur Nachführung der Eyeboxes kann der LCoS-Chip 112 zusammen mit seiner Beleuchtungseinheit (hier nicht dargestellt) gedreht werden, wodurch die Lichtkegel für die Eyeboxes auf dem ersten Spiegel 124 des Head-up-Displays 102 gescannt werden. Dazu kann die Bilderzeugungsvorrichtung 106 drehbar ausgeführt sein. Dadurch wird der volle Designbereich der Gesamteyebox von 120 mm Breite ausgenutzt.This dimension is for example with a polarization beam splitter cube 1600 Also known as PolCube. To track the eyeboxes, the LCoS chip 112 rotated together with its lighting unit (not shown here), reducing the light cone for the eyeboxes on the first mirror 124 of the head-up display 102 be scanned. For this, the image forming apparatus 106 be made rotatable. This takes advantage of the full design range of the total box of 120 mm width.

Um Farbeffekte und verschiedene Effizienzen für die unterschiedlichen Abstrahlwinkel des LCoS-Chips 112 zu vermeiden, kann beispielsweise ein sogenannter Wire-Grid-Strahlteiler verwendet werden, bei dem die polarisationsabhängige optische Funktion durch kleine Metallstreifen erreicht wird. Diese Technologie hat den Vorteil, weitestgehend winkel- und farbunabhängig zu sein.For color effects and different efficiencies for the different beam angles of the LCoS chip 112 To avoid, for example, a so-called wire-grid beam splitter can be used, in which the polarization-dependent optical function is achieved by small metal strips. This technology has the advantage of being largely independent of angle and color.

17 zeigt eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung 106 aus 5 mit einer Faseroptik 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Abbildung des LCoS-Chips 112 auf einen Fasereingang 1702 der Faseroptik 1700, der auch als Lichteingang bezeichnet werden kann. Auf dem LCoS-Chip 112 ist ein polarisationsabhängiger Strahlteilerwürfel 1704 als Lichtleitelement angeordnet. Der Strahlteilerwürfel 1704 ist ausgebildet, um Licht auf den LCoS-Chip 112 zu leiten. 17 shows a schematic representation of an image forming apparatus 106 out 5 with a fiber optic 1700 according to an embodiment of the present invention. Shown is an illustration of the LCoS chip 112 on a fiber entrance 1702 the fiber optic 1700 which can also be called a light entrance. On the LCoS chip 112 is a polarization-dependent beam splitter cube 1704 arranged as a light-guiding element. The beam splitter cube 1704 is designed to light on the LCoS chip 112 to lead.

Das Licht aktiver Pixel wird dort in seiner Polarisationsrichtung gedreht und reflektiert. Der Bildinhalt wird aufgebaut, indem das Licht schwarzer Pixel nicht gedreht und somit nach der Reflexion am LCoS-Chip 112 wieder in die Lichtquelle (hier nicht gezeigt) rückreflektiert wird. Das reflektierte Nutzlicht passiert den Strahlteilerwürfel 1704 und trifft auf eine Abbildungsoptik 1706, auch Bildstrahlfokussierelement genannt. Die Abbildungsoptik 1706 ist hier als Linse dargestellt. Die Hinterleuchtung erzeugt einen bestimmten Abstrahlwinkel, der über die Abbildungsoptik 1706 abgebildet wird. Die Abbildungsoptik 1706 ist ausgebildet, um den LCoS-Chip 112 auf ein reelles Bild direkt am Fasereingang 1702 abzubilden. Die Faseroptik 1700 ist ausgebildet, um dieses reelle Bild zu vergrößern und an einem dem Fasereingang 1702 gegenüberliegenden Faserausgang 1708 der Head-up-Display-Optik für eine weitere Vergrößerung bereitzustellen.The light of active pixels is rotated there in its polarization direction and reflected. The image content is built up by not turning the light of black pixels and thus after reflection on the LCoS chip 112 is reflected back into the light source (not shown here). The reflected useful light passes through the beam splitter cube 1704 and meets an imaging optics 1706 , also called Bildstrahlfokussierelement. The imaging optics 1706 is shown here as a lens. The backlighting produces a certain beam angle, which is via the imaging optics 1706 is shown. The imaging optics 1706 is designed to handle the LCoS chip 112 on a real picture directly at the fiber entrance 1702 map. The fiber optics 1700 is designed to enlarge this real image and at the fiber entrance 1702 opposite fiber output 1708 to provide the head-up display optics for further magnification.

Da der LCoS-Chip 112 selbst nicht streut, kann er mittels eines Aufweitungselements, etwa in Form einer Streufläche, oder durch eine holografische Hinterleuchtung geeignet hinterleuchtet werden, damit Strahlkegel benötigter Form von ihm ausgehen.Because the LCoS chip 112 itself does not scatter, it can be suitably backlit by means of a widening element, such as in the form of a scattered surface, or by a holographic backlight, so that beam cone of required form emanate from him.

18 zeigt eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung 106 mit einer Faseroptik 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu 18 ist hier zwischen der Lichtmodulationseinrichtung 112 und dem Fasereingang 1702 eine Lichtleiterplatte 1704 als Lichtleitelement angeordnet. Dabei können die Lichtmodulationseinrichtung 112, die Lichtleiterplatte 1704 und die Faseroptik 1700 in einem schichtartigen Verbund miteinander kombiniert sein. 18 shows a schematic representation of an image forming apparatus 106 with a fiber optic 1700 according to an embodiment of the present invention. In contrast to 18 is here between the light modulation device 112 and the fiber entrance 1702 a light guide plate 1704 arranged as a light-guiding element. In this case, the light modulation device 112 , the light guide plate 1704 and the fiber optics 1700 be combined in a layered composite.

Durch die Lichtleiterplatte 1704 wird eine seitlich eingekoppelte LCoS-Hinterleuchtung ermöglicht. Dabei wird die Lichtmodulationseinrichtung in Form des LCoS-Chips 112 seitlich über die flache Lichtleiterplatte 1704 beleuchtet. Das seitlich eingekoppelte Licht ist polarisiert und wird innerhalb der Lichtleiterplatte 1704 geleitet. Das Licht trifft auf den gestaffelten Aufbau kleiner Polspiegel 1800 als Spiegelelemente innerhalb der Lichtleiterplatte 1704. Die Spiegelelemente 1800 sind ausgebildet, um je einen Teil des Lichts nach unten zum LCoS-Chip 112 reflektieren. Dort wird der Bildinhalt generiert, indem das Licht in seiner Polarisation gedreht und gespiegelt wird. Das gespiegelte Licht passiert nun die Spiegelelemente 1800 und wird in die Faseroptik 1700 eingekoppelt.Through the light guide plate 1704 a laterally coupled-in LCoS backlighting is made possible. The light modulation device is in the form of the LCoS chip 112 laterally over the flat light guide plate 1704 illuminated. The laterally coupled-in light is polarized and becomes inside the light guide plate 1704 directed. The light meets the staggered construction of small polar mirrors 1800 as mirror elements within the light guide plate 1704 , The mirror elements 1800 are trained to move a portion of the light down to the LCoS chip 112 reflect. There, the image content is generated by rotating and mirroring the light in its polarization. The mirrored light now passes through the mirror elements 1800 and gets into the fiber optic 1700 coupled.

Durch den dünnen Aufbau einer derartigen Beleuchtungseinheit kann die Faseroptik 1700 sehr nah am LCoS-Chip 112 platziert werden, um diesen zu vergrößern und das vergrößerte Bild am Faserausgang 1708 zur Verfügung zu stellen.Due to the thin structure of such a lighting unit, the fiber optics 1700 very close to the LCoS chip 112 be placed to enlarge it and the enlarged image on the fiber output 1708 to provide.

Die in den 17 und 18 dargestellten Bildgeberkonzepte eignen sich prinzipiell auch zur Realisierung eines autostereoskopisch arbeitenden Head-up-Displays. Dazu kann eine Separierung von Teilbildern für linkes und rechtes Auge vorgesehen sein. Die Schaltgeschwindigkeit des LCoS-Chips 112 ist ausreichend schnell, um die beiden Bildinhalte jeweils farbsequenziell aufzubauen.The in the 17 and 18 illustrated imager concepts are in principle also suitable for the realization of an autostereoscopic head-up display. For this purpose, a separation of partial images for left and right eye can be provided. The switching speed of the LCoS chip 112 is fast enough to build up the two image contents in a color sequential manner.

Eine räumliche Trennung der Lichtstrahlen kann beispielsweise durch eine sequenziell geschaltete Hinterleuchtung realisiert sein, die zwischen zwei leicht unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln umschalten kann.A spatial separation of the light beams can be realized for example by a sequentially connected backlight, which can switch between two slightly different illumination angles.

19 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1900 zum Erzeugen eines Bilds für ein Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei wird in einem Schritt 1902 ein aufgeweiteter Lichtstrahl auf eine Lichtmodulationseinrichtung ausgestrahlt, um die Lichtmodulationseinrichtung aus mehreren Winkeln gleichzeitig zu beleuchten. In einem Schritt 1904 wird schließlich durch die Lichtmodulationseinrichtung aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl ein ein Bild repräsentierender Bildstrahl erzeugt. 19 shows a flowchart of a method 1900 for generating an image for a head-up display according to an embodiment of the present invention. It is in one step 1902 an expanded light beam is irradiated to a light modulating means to illuminate the light modulating means from plural angles simultaneously. In one step 1904 Finally, an image beam representing the image is generated by the light modulation device from the expanded light beam.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei ein Mikrospiegelarray, beispielsweise ein DLP-Chip, mittels einer Head-up-Display-Optik virtuell abgebildet. Da der DLP-Chip selbst nicht streut, ist eine angepasste Hinterleuchtung zur Strahlformung vorgesehen. Dabei wird eine homogen leuchtende Fläche mittels einer weiteren Optik auf den Mikrospiegelarray abgebildet. Da diese Abbildung der Hinterleuchtung dient, besitzt sie eine hohe Toleranz und kann beispielsweise durch einfache sphärische Spiegel realisiert werden.According to one exemplary embodiment, a micromirror array, for example a DLP chip, is virtually imaged by means of a head-up display optic. Since the DLP chip itself does not scatter, an adapted backlighting for beam shaping is provided. In this case, a homogeneously illuminating surface is imaged onto the micromirror array by means of a further optical system. Since this image serves for backlighting, it has a high tolerance and can be realized, for example, by simple spherical mirrors.

20 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts 2000 zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 2000 weist eine Ausstrahleinheit 2002 auf, die ausgebildet ist, um das Ausstrahlen eines aufgeweiteten Lichtstrahls auf eine Lichtmodulationseinrichtung zu veranlassen, um eine Lichtmodulationseinrichtung aus mehreren Winkeln gleichzeitig zu beleuchten. Dazu kann die Ausstrahleinheit 2002 mit der beispielsweise in den 1 und 5 gezeigten Lichtquelle 108 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausstrahleinheit 2002 mit dem ebenfalls in den 1 und 5 gezeigten Aufweitungselement 110 verbunden sein, insbesondere sofern das Aufweitungselement 110 dreh- oder verschiebbar oder als ansteuerbares Mikrolinsenarray ausgeführt ist. 20 shows a block diagram of a controller 2000 for performing a method according to an embodiment of the present invention. The control unit 2000 has a radiating unit 2002 which is configured to cause the irradiation of an expanded light beam on a light modulation device to illuminate a light modulation device from several angles simultaneously. This can be done by the radiating unit 2002 with the example in the 1 and 5 shown light source 108 be connected. Alternatively or additionally, the Ausstrahleinheit 2002 with the likewise in the 1 and 5 shown expansion element 110 be connected, in particular if the expansion element 110 rotatable or displaceable or designed as a controllable microlens array.

Des Weiteren umfasst das Steuergerät 2000 eine Erzeugungseinheit 2004, die ausgebildet ist, um die Lichtmodulationseinrichtung ansprechend auf das Ausstrahlen des aufgeweiteten Lichtstrahls derart anzusteuern, dass die Lichtmodulationseinrichtung aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl einen ein Bild repräsentierenden Bildstrahl erzeugt. Furthermore, the control unit includes 2000 a generating unit 2004 adapted to drive the light modulation device in response to the emission of the expanded light beam such that the light modulation device generates an image beam representing the image from the expanded light beam.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims (15)

Bilderzeugungsvorrichtung (106) für ein Head-up-Display (102), wobei die Bilderzeugungsvorrichtung (106) folgende Merkmale aufweist: zumindest eine Lichtquelle (108) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (114); zumindest ein Aufweitungselement (110), das in einem Strahlengang des Lichtstrahls (114) angeordnet ist, um den Lichtstrahl (114) aufzuweiten; und zumindest eine Lichtmodulationseinrichtung (112), die in einem Strahlengang eines von dem Aufweitungselement (110) aufgeweiteten Lichtstrahls (116) angeordnet ist, um von dem aufgeweiteten Lichtstrahl (116) aus mehreren Winkeln gleichzeitig beleuchtet zu werden, und die ausgebildet ist, um aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl (116) einen ein Bild (108) repräsentierenden Bildstrahl (122) zu erzeugen.Image forming apparatus ( 106 ) for a head-up display ( 102 ), the image forming apparatus ( 106 ) has the following features: at least one light source ( 108 ) for generating a light beam ( 114 ); at least one expansion element ( 110 ), which in a beam path of the light beam ( 114 ) is arranged to the light beam ( 114 ) expand; and at least one light modulation device ( 112 ) in a beam path of one of the expansion element ( 110 ) expanded light beam ( 116 ) is arranged to move from the expanded light beam ( 116 ) from a plurality of angles to be illuminated simultaneously, and which is adapted to from the expanded light beam ( 116 ) a picture ( 108 ) ( 122 ) to create. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest ein Lichtstrahlfokussierelement (132), das im Strahlengang des aufgeweiteten Lichtstrahls (116) zwischen dem Aufweitungselement (110) und der Lichtmodulationseinrichtung (112) angeordnet ist, um den aufgeweiteten Lichtstrahl (116) auf die Lichtmodulationseinrichtung (112) zu fokussieren.Image forming apparatus ( 106 ) according to claim 1, characterized by at least one Lichtstrahlfokussierelement ( 132 ), which in the beam path of the expanded light beam ( 116 ) between the expansion element ( 110 ) and the light modulation device ( 112 ) is arranged to the expanded light beam ( 116 ) to the light modulation device ( 112 ) to focus. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmodulationseinrichtung (112) als LCoS-Display und/oder als Mikrospiegelarray ausgeführt ist. Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light modulation device ( 112 ) is designed as an LCoS display and / or as a micromirror array. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweitungselement (110) als Streufläche und/oder als Mikrolinsenarray ausgeführt ist.Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion element ( 110 ) is designed as a scattering surface and / or as a microlens array. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Lichtfalle (134), wobei die Lichtmodulationseinrichtung (112) ausgebildet ist, um den Bildstrahl (122) und/oder einen auf die Lichtmodulationseinrichtung (112) auftreffenden Lichtstrahl in die Lichtfalle (134) zu lenken. Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one light trap ( 134 ), wherein the light modulation device ( 112 ) is adapted to the image beam ( 122 ) and / or one on the light modulation device ( 112 ) incident light beam in the light trap ( 134 ) to steer. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (108) und/oder die Lichtmodulationseinrichtung (112) und/oder das Aufweitungselement (110) drehbar und/oder verschiebbar ist, um eine Abstrahlrichtung des Bildstrahls (122) zu verändern. Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 108 ) and / or the light modulation device ( 112 ) and / or the expansion element ( 110 ) is rotatable and / or displaceable to a radiation direction of the image beam ( 122 ) to change. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Faseroptik (1700), die einen in einem Strahlengang des Bildstrahls (122) angeordneten Lichteingang (1702) aufweist und ausgebildet ist, um aus dem Bildstrahl (122) einen eine Vergrößerung des Bilds repräsentierenden Vergrößerungsstrahl zu erzeugen.Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized by a fiber optic ( 1700 ), one in a beam path of the image beam ( 122 ) arranged light entrance ( 1702 ) and is adapted to from the image beam ( 122 ) to generate a magnification beam representing an enlargement of the image. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch zumindest ein Lichtleitelement (1600; 1704), das ausgebildet ist, um den aufgeweiteten Lichtstrahl (116) auf die Lichtmodulationseinrichtung (112) und/oder den Bildstrahl (122) auf den Lichteingang (1702) zu lenken.Image forming apparatus ( 106 ) according to claim 7, characterized by at least one light-guiding element ( 1600 ; 1704 ), which is formed around the expanded light beam ( 116 ) to the light modulation device ( 112 ) and / or the image beam ( 122 ) on the light entrance ( 1702 ) to steer. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch zumindest ein Bildstrahlfokussierelement (1706), das im Strahlengang des Bildstrahls (122) zwischen der Lichtmodulationseinrichtung (112) und der Faseroptik (1700) angeordnet ist, um den Bildstrahl (122) auf den Lichteingang (1702) zu fokussieren. Image forming apparatus ( 106 ) according to claim 7 or 8, characterized by at least one image-beam focusing element ( 1706 ), which in the beam path of the image beam ( 122 ) between the light modulation device ( 112 ) and the fiber optics ( 1700 ) is arranged to the image beam ( 122 ) on the light entrance ( 1702 ) to focus. Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Lichtquelle (902) zum Erzeugen eines weiteren Lichtstrahls (904) und zumindest ein weiteres Aufweitungselement (906), das in einem Strahlengang des weiteren Lichtstrahls (904) angeordnet ist, um den weiteren Lichtstrahl (904) aufzuweiten, wobei die Lichtmodulationseinrichtung (112) ferner in einem Strahlengang eines von dem weiteren Aufweitungselement (906) aufgeweiteten weiteren Lichtstrahls (908) angeordnet ist, um aus dem aufgeweiteten weiteren Lichtstrahl (908) einen ein weiteres Bild (910) repräsentierenden weiteren Bildstrahl (912) zu erzeugen, insbesondere wobei das weitere Bild (910) und das Bild (108) je ein stereoskopisches Halbbild repräsentieren.Image forming apparatus ( 106 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one further light source ( 902 ) for generating a further light beam ( 904 ) and at least one further expansion element ( 906 ), which in a beam path of the further light beam ( 904 ) is arranged to the other light beam ( 904 ), wherein the light modulation device ( 112 ) further in a beam path of one of the further expansion element ( 906 ) expanded further light beam ( 908 ) is arranged to from the expanded further light beam ( 908 ) take another picture ( 910 ) representing another image beam ( 912 ), in particular where the further image ( 910 ) and the picture ( 108 ) each represent a stereoscopic field. Head-up-Display (102) mit einer Bilderzeugungsvorrichtung (106) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Head-Up Display ( 102 ) with an image forming device ( 106 ) according to one of the preceding claims. Verfahren (1900) zum Erzeugen eines Bilds (108) für ein Head-up-Display (102), wobei das Verfahren (1900) folgende Schritte umfasst: Ausstrahlen (1902) eines aufgeweiteten Lichtstrahls (116) auf eine Lichtmodulationseinrichtung (112), um die Lichtmodulationseinrichtung (112) aus mehreren Winkeln gleichzeitig zu beleuchten; und Erzeugen (1904) eines ein Bild (108) repräsentierenden Bildstrahls (122) aus dem aufgeweiteten Lichtstrahl (116) durch die Lichtmodulationseinrichtung (112).Procedure ( 1900 ) for generating an image ( 108 ) for a head-up display ( 102 ), the process ( 1900 ) comprises the following steps: broadcasting ( 1902 ) of an expanded light beam ( 116 ) to a light modulation device ( 112 ) to the light modulation device ( 112 ) from several angles at the same time; and generating ( 1904 ) of a picture ( 108 ) representing the image ( 122 ) from the expanded light beam ( 116 ) by the light modulation device ( 112 ). Steuergerät (2000), das ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (1900) gemäß Anspruch 12 durchzuführen.Control unit ( 2000 ), which is designed to handle all steps of a process ( 1900 ) according to claim 12. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (1900) gemäß Anspruch 12 durchzuführen.Computer program adapted to perform all steps of a procedure ( 1900 ) according to claim 12. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.
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