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DE102004031311A1 - Information representing device for e.g. aircraft, has optical system representing pupil of user of image sensor, and common optical system over which image is projected on projection surface and pupil of user is imageable - Google Patents

Information representing device for e.g. aircraft, has optical system representing pupil of user of image sensor, and common optical system over which image is projected on projection surface and pupil of user is imageable Download PDF

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DE102004031311A1
DE102004031311A1 DE102004031311A DE102004031311A DE102004031311A1 DE 102004031311 A1 DE102004031311 A1 DE 102004031311A1 DE 102004031311 A DE102004031311 A DE 102004031311A DE 102004031311 A DE102004031311 A DE 102004031311A DE 102004031311 A1 DE102004031311 A1 DE 102004031311A1
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DE
Germany
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image
optical system
user
image sensor
pupil
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102004031311A
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Herzog
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

The device has an image sensor, and an optical system for representing a pupil (15) of the user of the image sensor. A common optical system is provided over which an image is projected on a projection surface and the pupil of the user of the image sensor is imageable. The image sensor consists of several silicon light detectors. An image source comprises of a TFT-display, transmissive display and an image provider. An independent claim is also included for a method for controlling the position of representation of information.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Darstellung von Informationen auf einer Projektionsfläche, insbesondere auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit einem optischen System, über das ein von einer Bildquelle erzeugbares Bild an veränderbaren Positionen auf die Anzeigefläche projizierbar ist, wobei zur blickrichtungsabhängigen Positionierung des Bildes eine Einrichtung zur Blickrichtungserkennung eines Benutzers vorgesehen ist, die einen Bildsensor und ein optisches System zum Abbilden der Pupille eines Benutzers auf den Bildsensor umfasst.The The present invention relates to a device for display of information on a projection screen, especially on the windshield a motor vehicle, with an optical system, via the an image producible from an image source at changeable positions on the image display area is projectable, wherein the direction of view-dependent positioning of the image a device for viewing direction recognition of a user provided which is an image sensor and an optical system for imaging the pupil of a user on the image sensor includes.

Derartige Vorrichtungen zur Projektion von Informationen sind insbesondere bei Luftfahrzeugen und bei Kraftfahrzeugen als sogenannte Head-up-Displays allgemein bekannt. Obwohl sie darüber hinaus bei beliebigen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei Wasserfahrzeugen oder bei verschiedenen Steuerständen zum Einsatz kommen kann, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik im Folgenden am Beispiel eines Head-up-Displays für Kraftfahrzuge beschrieben.such Devices for the projection of information are in particular in aircraft and in motor vehicles as so-called head-up displays well known. In addition, although they are in any application, for example at watercraft or at different tax booths for Use can be, the present invention and the her underlying problem in the following example of a head-up display for motor vehicles described.

Bei einem Head-up-Display für Kraftfahrzeuge werden beliebige von einer Bildquelle erzeugte Informationen, beispielsweise die Anzeige einer gefahrenen Geschwindigkeit oder Fahrtrichtungshinweise eines Navigationssystems auf die vor dem Fahrer liegende und als Projektionsfläche dienende Windschutzscheibe projiziert. Hierdurch wird der außerhalb des Kraftfahrzeugs vor der Windschutzscheibe befindlichen Landschaft ein virtuelles Bild der Bildquelle visuell überlagert. Die Head-up-Display-Vorrichtung umfasst einen Projektor, der das von der Bildquelle ausgehende Licht unmittelbar oder üblicherweise über ein optisches System gegen die Windschutzscheibe lenkt. Im allgemeinen werden als Bildquellen TFT-Displays verwendet. Die Windschutzscheibe dient dabei als Kombinator, der das projizierte Licht reflektiert und damit ein für den Fahrer sichtbares virtuelles Bild vor der Windschutzscheibe bereitstellt.at a head-up display for Motor vehicles are any information generated by an image source, For example, the display of a driven speed or Driving directions of a navigation system on the front of the Driver lying and serving as a screen windshield projected. As a result, the outside of the vehicle landscape in front of the windshield a virtual Image of the image source visually overlaid. The head-up display device includes a projector that supports the light emanating from the image source directly or usually via a optical system deflects against the windshield. In general are used as image sources TFT displays. The windshield serves as a combiner that reflects the projected light and thus one for the driver visible virtual image in front of the windshield provides.

Diese eingespiegelten Informationen können an unterschiedlichen Positionen dargestellt werden. So ist beispielsweise aus der DE 198 13 300 A1 eine Anzeigevorrichtung bekannt, bei der eine dynamische Veränderung und Anpassung der Position des virtuellen Bildes einer Head-up-Display-Darstellung erfolgt. Dabei können die virtuellen Bilder in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern wie Fahrgeschwindigkeit oder Lenkwinkel an verschiedenen für einen Fahrer zweckmäßigen Stellen der Windschutzscheibe positioniert werden.This mirrored information can be displayed in different positions. For example, from the DE 198 13 300 A1 a display device is known in which there is a dynamic change and adjustment of the position of the virtual image of a head-up display display. In this case, the virtual images can be positioned depending on driving state parameters such as driving speed or steering angle at various locations of the windshield suitable for a driver.

Während die Einblendung hierbei an Positionen erfolgt, die allein vom Fahrzustand des Fahrzeugs und nicht vom Fahrer abhängen, sind auch Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Position des virtuellen Bildes in Abhängigkeit von der Blickrichtung des Fahrers bzw. von der Position seiner Pupille, und somit in Abhängigkeit vom Fahrer variierbar ist (Eye-Tacking). Die DE 199 51 001 A1 offenbart hierzu beispielsweise eine Head-up-Display-Vorrichtung, bei der Mittel zur Blickrichtungserkennung des Fahrers vorgesehen sind, um die Informationszuführung auf die Fahrertätigkeit abzustimmen zu können. Dabei bestimmt die Blickrichtung des Fahrers, wo die anzuzeigenden Informationen dargestellt werden. Der Fahrer muss daher zur Aufnahme der Informationen seinen Blick nicht mehr auf speziell angeordnete Anzeigemittel richten, sondern die Informationen können dort eingeblendet werden, wo der Fahrer momentan hinblickt, wodurch die Sicherheit des Fahrers und anderer Verkehrsteilnehmer wesentlich erhöht wird.While the insertion takes place here at positions that depend solely on the driving condition of the vehicle and not the driver, devices of the type mentioned are also known in which the position of the virtual image depending on the direction of the driver or from the position of his pupil , and thus is variable depending on the driver (eye-tacking). The DE 199 51 001 A1 discloses for this purpose, for example, a head-up display device, are provided in the means for detecting the direction of the driver's direction, in order to be able to tune the information supply to the driver's activity. The direction of the driver's direction determines where the information to be displayed is displayed. The driver therefore no longer needs to focus his attention on specially arranged display means to receive the information, but the information can be displayed where the driver is currently looking, thereby significantly increasing the safety of the driver and other road users.

Von Nachteil ist hierbei jedoch, dass das Eye-Tracking zur Nachführung des virtuellen Bildes mit einem erheblichen konstruktiven und steuerungstechnischem Aufwand verbunden ist. So erfordert die Erfassung der Pupillenposition des Benutzers neben einem Bildsensor zusätzliche optische Systeme, über die die jeweiligen Positionen der Pupille auf den Bildsensor bzw. auf eine Kamera abgebildet werden. Hiermit ist zugleich auch zusätzlicher Raumbedarf sowie zusätzliches Gewicht verbunden, was gerade im Kraftfahrzeugbereich ein entscheidender Nachteil ist. Die Auswertung der zur Pupillenposition erfassten Signale bedingt außerdem eine aufwendige Steuerung, was ebenso wie die zuvor genannten zusätzlich erforderlichen Komponenten in nachteiliger Weise zu sehr hohen Kosten führt.From The disadvantage here is that the eye tracking for tracking the virtual image with a considerable constructive and control engineering Effort is connected. So requires the detection of the pupil position the user next to an image sensor additional optical systems, over the the respective positions of the pupil on the image sensor or on a camera will be displayed. This is also additional Space requirement as well as additional Weight connected, which is a decisive factor in the automotive sector Disadvantage is. The evaluation of the pupil position recorded Signals conditional as well an elaborate control, which as well as the previously mentioned additionally required Components disadvantageously leads to very high costs.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 weist gegenüber den bekannten Ausführungsformen den Vorteil auf, dass nicht mehr zwei von einander verschiedene optische Systeme benötigt werden, um die Projektion des darzustellenden Bildes und die Abbildung der Pupille für die Blickrichtungserkennung zu bewerkstelligen. Hierdurch fallen die Kosten bei der Herstellung und der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich geringer aus. Von Vorteil ist es weiterhin, dass durch die Einsparung eines optischen Systems Bauraumbedarf und Gewicht deutlich reduziert werden.The inventive device according to claim 1 faces the known embodiments the advantage on that is no longer two different from each other optical systems needed be to the projection of the image to be displayed and the picture the pupil for to accomplish the viewing direction recognition. As a result, fall Costs in the manufacture and assembly of the device according to the invention considerably lower. It is also advantageous that through the saving of an optical system space requirement and weight be significantly reduced.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass ein gemeinsames optisches System vorgesehen ist, welches zugleich für die Projektion des virtuellen Bildes sowie für die Abbildung der Pupille des Benutzers zur Ermittlung seiner Blickrichtung eingesetzt wird.The The idea underlying the present invention is that that a common optical system is provided, which at the same time for the Projection of the virtual image as well as for the image of the pupil the user is used to determine his line of sight.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Further developments and improvements of the display device according to the invention result from the dependent ones Claims.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn das gemeinsame optische System Mittel zur vergrößernden Abbildung des von der Bildquelle erzeugten Bildes umfasst. Hierdurch wird der Einsatz relativ kleinbauender Bildquellen möglich, was eine erhebliche Kosteneinsparung bedeutet. Die Mittel zur Vergrößerung können dabei in an sich bekannter Weise insbesondere durch Hohlspiegel und/oder durch Linsen gebildet sein. Bei Einsatz geeigneter Optiken kann ein Mikrodisplay mit sehr geringen Abmessungen als hochauflösende Bildquelle dienen, deren Bild nach dem Lupenprinzip entsprechend stark vergrößert dargestellt wird.So It is particularly advantageous if the common optical system Means for magnifying picture of the image generated by the image source. This will The use of relatively small-sized image sources possible, which is a considerable Cost saving means. The means for enlargement can be known per se Way in particular by concave mirrors and / or formed by lenses be. When using suitable optics, a microdisplay with very small dimensions serve as a high-resolution image source whose Picture according to the magnifying glass principle shown enlarged accordingly becomes.

Durch die Anpassung der Position des virtuellen Bildes an die Blickrichtung bzw. an die Position der Pupille des Benutzers über das gemeinsame optische Systems kann außerdem das bei der Betrachtung von Mikrodisplays über Lupenoptiken generell bestehende Problem, dass mit wachsender Vergrößerung der mögliche Bewegungsbe reich der Augen zunehmend eingeschränkt wird, gelöst werden. Die Reduzierung der Einschränkung des möglichen Bewegungsbereichs der Augen (Augenellipse) stellt einen weiteren wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar.By the adaptation of the position of the virtual image to the viewing direction or to the position of the pupil of the user via the common optical Systems can also the generally existing when viewing microdisplays on magnifying glasses Problem that with increasing magnification of the possible Bewegungsbe rich the eyes increasingly restricted will be solved become. The reduction of the restriction of the possible range of motion of the Eyes (eye ellipse) provides another significant advantage of the present invention.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Bildquelle einen Silizium-Bildgeber umfasst. Ein Silizium-Bildgeber kann als lichtemittierendes Bauelement mit einer geringen zusätzlichen Beleuchtung oder sogar ohne separate Zusatzlichtquelle zum Einsatz kommen. Dabei lässt sich mit einem Bildgeber auf Silizium-Halbleiter-Basis das gesamte Lichtspektrum von Ultraviolett bis Infrarot erzeugen. Durch den Einsatz eines Silizium-Chips können so besonders kostengünstige und sehr kleinbauende Bildquellen realisiert werden.According to one particularly preferred embodiment The invention further provides for the image source to comprise a silicon imager includes. A silicon imager can be used as a light emitting device with a little extra Lighting or even without a separate additional light source used come. Leave it With a silicon-based imager, the entire light spectrum from ultraviolet to infrared. By using a Silicon chips can so particularly inexpensive and very small-sized image sources can be realized.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Silizium-Bildgeber als lichtemittierende Bildmatrix mit mehreren gruppenweise oder einzeln ansteuerbaren Silizium-Licht-Emittern ausgeführt ist. In der einfachsten Anordnung kann die Bildmatrix auch nur eindimensional als Zeile ausgeführt sein. Dabei sind sowohl monochrome als auch mehrfarbige Anordnungen eines hochauflösenden Mikrodisplays möglich. Vorzugsweise wird für eine mehrfarbige Matrix die Kombination von Emittern der drei Grundfarben rot, grün und blau auf einem Silizium-Chip vorgeschlagen. Die Erzeugung verschiedener Farben der einzelnen Licht-Emitter (Dots) kann dabei entweder durch eine entsprechende Dotierung der Einzelelemente erfolgen, so dass der Silizium-Chip unmittelbar Licht der gewünschten Wellenlänge emittiert, oder durch eine Strahlungsemission in einer anderen Wellenlänge, beispielsweise ultraviolett, und anschließende Umwandlung in sichtbares Licht der für den jeweiligen Dot gewünschten Wellenlänge durch einen geeigneten Konverter, beispielsweise in analoger Weise zu Lampenphosphor bei einer Leuchtstofflampe. Ein Silizium-Chip mit einer derartigen Matrix stellt somit ein Mikrodisplay dar, das für virtuelle bzw. für Projektions-Displays gerade in Kraftfahrzeugen besonders geeignet ist. Vorzugsweise kann die Ansteuerschaltung der einzelnen Silizium-Dots dabei in dem selben Silizium-Chip integriert sein, analog zu Displays auf Basis organischer Leuchtdioden (Aktiv-Matrix-OLED-Display), jedoch mit dem Unterschied, dass die Lichterzeugung bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform direkt im dotierten Silizium-Halbleiter erfolgt.Especially It is advantageous if the silicon imager as light-emitting Image matrix with several groupwise or individually controllable silicon light emitters is executed. In the simplest arrangement, the image matrix can only be one-dimensional executed as a line be. There are both monochrome and multi-colored arrangements a high-resolution Microdisplays possible. Preferably is for a multicolor matrix the combination of emitters of the three primary colors red, green and blue on a silicon chip suggested. The generation of different Colors of each light emitter (dots) can either by a corresponding doping of the individual elements take place, so that the silicon chip directly emits light of the desired wavelength, or by a radiation emission in a different wavelength, for example ultraviolet, and subsequent Conversion to visible light of the desired for each dot wavelength by a suitable converter, for example in an analogous manner to lamp phosphor in a fluorescent lamp. A silicon chip with such a matrix thus constitutes a microdisplay, the for virtual or for Projection displays particularly suitable in motor vehicles is. Preferably, the drive circuit of the individual silicon dots to be integrated in the same silicon chip, analogous to displays based on organic light emitting diodes (active matrix OLED display), but with the difference that the light generation in the embodiment according to the invention takes place directly in the doped silicon semiconductor.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bildsensor mehrere Silizium-Licht-Detektoren umfasst, die als Sensormatrix in die Bildmatrix integriert sind. Das Einfügen von lichtdetektierenden Siliziumelementen zwischen den lichtemittierenden Siliziumelementen liefert so einen kombinierten Display-Sensor-Chip, der die Display-Funktionalität und die Kamera-Funktionalität für das Eye-Tracking in ein und demselben Halbleiter vereint. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine besonders kleinbauende und mit wenigen Bestandteilen leicht zu montierende Vorrichtung erreicht werden. Vorzugsweise kann dabei auch die Schaltung zur Auswertung der detektierten Signale in den kombinierten Silizium-Chip integriert werden. Die Auswertung kann bei einem derartigen Display-Sensor-Chip besonders einfach und somit kostengünstig realisiert werden, da bei einer mechanischen Verstellung des kombinierten Chips zur Anpassung an die jeweilige Blickrichtung des Benutzers die Abbildung der Augenpupille stets nur in der selben zentralen Position des kombinierten Chips gehalten zu werden braucht.According to one Another particularly preferred embodiment of the invention provided that the image sensor has multiple silicon light detectors includes, which are integrated as a sensor matrix in the image matrix. The insertion of light-detecting silicon elements between the light-emitting silicon elements So provides a combined display sensor chip, the display functionality and the Camera functionality for eye tracking united in one and the same semiconductor. This can be advantageous Way a particularly small-sized and with few components easy to install device can be achieved. Preferably can also be the circuit for the evaluation of the detected signals be integrated into the combined silicon chip. The evaluation can be particularly simple with such a display sensor chip and thus cost-effective be realized because at a mechanical adjustment of the combined Chips for adaptation to the respective viewing direction of the user Illustration of the eye pupil only in the same central position of the combined chip needs to be kept.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Bildquelle ein TFT-Display oder ein hinterleuchtetes transmissives Display, insbesondere eine Flüssigkristallanzeige (LC-Display) umfassen, wobei das gemeinsame optische System einen Strahlenteiler, vorzugsweise einen Polarisationsstrahlenteiler aufweist, durch den die von der Bildquelle ausgehenden Strahlen zur Anzeigefläche und die die Pupille des Benutzers abbildenden Strahlen auf den Bildsensor lenkbar sind. Der Bildsensor kann dabei beispielsweise durch einen CMOS-Bildsensor oder durch einen CCD-Bildsensor bzw. ein Fotodiodenarray gebildet sein. Er wird so in der Abbildungsebene der Vergrößerungsoptik platziert, dass das Bild der Augenpartie des Benutzers auf dem Bildsensor erscheint. Als Strahlenteiler, der vorzugsweise zwischen der Vergrößerungsoptik und der Bildquelle angeordnet ist, kann insbesondere ein sogenannter „Polarizing Beam Splitter" eingesetzt werden, der das vom Display abgestrahlte Licht fast vollständig passieren lässt und dennoch das von außen einfallende Licht zu ca. 50% seitlich wegreflektiert.According to an alternative embodiment of the invention, the image source may comprise a TFT display or a backlit transmissive display, in particular a liquid crystal display (LC display), the common optical system comprising a beam splitter, preferably a polarization beam splitter, through which the beams emanating from the image source to the display surface and the user's pupil imaging beams are steerable on the image sensor. The image sensor can be formed, for example, by a CMOS image sensor or by a CCD image sensor or a photodiode array. It is placed in the imaging plane of the magnifying optic such that the image of the user's eye area appears on the image sensor. As a beam splitter, which is preferably arranged between the magnifying optics and the image source, in particular a so-called "polarizing beam splitter" are used, which allows the light emitted from the display almost completely pass through and yet reflects the incident light from outside to about 50% laterally away.

Als weitere Alternative kann die Bildquelle auch ein Laser-Scanner-Display mit einer reflektierenden oder transmissiven Streufläche umfassen, wobei das gemeinsame optische System auch in diesem Fall einen Strahlenteiler, vorzugsweise einen Polarisationsstrahlenteiler aufweist, durch den die von der Bildquelle ausgehenden Strahlen zur Projektionsfläche und die die Pupille des Benutzers abbildenden Strahlen auf den Bildsensor lenkbar sind. Bei dieser Ausführungsart wird auf der reflektierenden oder transmissiven Streufläche des Displays das zu projizierende Bild von einem bewegten Laserstrahl erzeugt.When Another alternative, the image source can also be a laser scanner display comprising a reflective or transmissive scattering surface, wherein the common optical system also in this case a beam splitter, preferably comprises a polarization beam splitter through which the rays emanating from the image source to the projection surface and the rays reflecting the pupil of the user on the image sensor are steerable. In this embodiment is on the reflective or transmissive scattering surface of the Displays the projected image of a moving laser beam generated.

Vorteilhafterweise wird die Augenpartie des Benutzers mit Infrarotlicht beleuchtet, so dass insbesondere auch bei Nacht ein ausreichendes Bildsignal auf dem Bildsensor zu erhalten. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn eine gepulste Infrarot-Lichtquelle zur Beleuchtung eines Auges des Benutzers vorgesehen ist, wobei die Infrarot-Lichtquelle mit der halben Abtastfrequenz des Bildsensors gepulst ist. Auf diese Weise kann die Bildschärfe für das Eye-Tracking deutlich verbessert werden, da die Auswertung der Bilddaten jeweils für die Differenz der empfangenen Bilder mit bzw. ohne Infrarotbeleuchtung erfolgt, wodurch der Fremdlichtanteil und somit auch das vom sichtbaren Licht erzeugte unscharfe Bild des Auges des Benutzers unterdrückt wird.advantageously, the user's eye area is illuminated with infrared light, so that in particular at night a sufficient image signal to get the image sensor. It is particularly advantageous if a pulsed infrared light source to illuminate an eye the user is provided, with the infrared light source with half the sampling frequency of the image sensor is pulsed. To this Way, the picture sharpness for eye tracking be significantly improved since the evaluation of the image data respectively for the Difference of received images with or without infrared illumination takes place, whereby the amount of extraneous light and thus also of the visible Light generated blurred image of the user's eye is suppressed.

Alternativ oder zusätzlich zu einer derartig gepulsten bzw. getakteten Infrarot-Lichtquelle kann zur Erhöhung der Bildschärfe auch eine Infrarotbeleuchtung der Augen des Benutzers und eine Maskierung der Silizium-Licht-Detektoren mit einem nur für Infrarot-Licht durchlässigen Filter (VIS-Sperrfilter) vorgesehen werden. Dabei ist der VIS-Sperrfilter nur auf den Sensor-Dots und nicht auf den lichtemittierenden Dots anzuordnen.alternative or additionally to such a pulsed or clocked infrared light source can for increase the picture sharpness also an infrared illumination of the user's eyes and a masking the silicon light detectors with a filter that is only permeable to infrared light (VIS blocking filter) are provided. Here is the VIS blocking filter only on the sensor dots and not on the light emitting dots to arrange.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das gemeinsame optische System einen gekrümmten Spiegel mit einer dichroitisch verspiegelten Vorderfläche umfasst, der für Infrarotlicht eine andere Brennweite hat als für Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich. Hierdurch kann erreicht werden, dass das gemeinsame optische System die Augen des Benutzers auf den kombinierten Sensor-Display-Chip abbildet, d.h. dass der Chip auf der Brennweite des Spiegels für Infrarotlicht liegt, während gleichzeitig derselbe Chip noch innerhalb der Brennweite für das sichtbare Licht liegt und somit nach dem Prinzip der Lupe vergrößert dargestellt bzw. sichtbar wird. Auf diese Weise arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zuverlässig.Especially It is also advantageous if the common optical system has a curved mirror with a dichroic mirrored front surface that covers infrared light has a different focal length than for Light with one wavelength in the visible range. This can be achieved that the common optical system the user's eyes on the combined Sensor display chip maps, i. that the chip on the focal length of the mirror for Infrared light lies while at the same time the same chip still within the focal length for the visible Light is located and thus enlarged according to the principle of magnifying glass or becomes visible. In this way, the device according to the invention operates especially reliable.

Eine insbesondere bei einfarbigen Bildquellen anwendbare, besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung unterschiedlicher Brennweiten besteht in der Verwendung einer Linse aus transparentem Material, beispielsweise aus PMMA oder aus Glas, das eine sehr hohe Dispersion aufweist. Um jedoch auch im sichtbaren Bereich für unterschiedliche abzubildende Farben eine einheitliche wirksame Brennweite zu erzielen, wird vorzugsweise vorgeschlagen, einen gekrümmten Spiegel zu verwenden, der aus transparentem Material besteht und dessen Rückseite in herkömmlicher Weise mit einer metallischen Reflexionsschicht versehen ist. Die Vorderseite des Spiegels wird mit einer dichroitischen Beschichtung versehen, die vorzugsweise noch von einer transparenten Beschichtung mechanisch geschützt ist. Dabei weist die vorderseitige dichroitische Spiegelfläche eine von der Krümmung der Rückseite abweichende Krümmung und somit eine von der Brennweite der rückseitigen Reflexionsschicht abweichende Brennweite auf. Je nach Ausführung der dichroitischen Spiegelfläche wird dabei entweder das Infrarotlicht an der Vorderfläche und das sichtbare Licht an der Rückfläche oder entsprechend umgekehrt das sichtbare Licht an der Vorderfläche und das Infrarotlicht an der Rückfläche reflektiert.A especially for monochrome image sources applicable, particularly simple possibility To produce different focal lengths is in use a lens made of transparent material, such as PMMA or glass, which has a very high dispersion. However also in the visible range for different colors to be painted a uniform effective Focal length is preferably proposed, a curved mirror to use, which consists of transparent material and whose back in conventional Way is provided with a metallic reflection layer. The Front of the mirror comes with a dichroic coating provided, preferably still of a transparent coating mechanically protected is. In this case, the front dichroic mirror surface has a from the curvature the back deviating curvature and thus one of the focal length of the back reflection layer different focal length. Depending on the version of the dichroic mirror surface is either the infrared light on the front surface and the visible light on the back surface or correspondingly reversed the visible light on the front surface and the infrared light reflects on the back surface.

Aufgrund der eingeschränkten Augenellipse bei großer Vergrößerung der Lupenoptik kann bei stärkeren Augen- oder Kopfbewegungen des Benutzers eine Anpassung der Position der Projektionsfläche erforderlich werden (Eye-Tracking). Hierzu können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mechanische Stellmittel zum translatorischen und/oder rotatorischen Verstellen der Position von Elementen des gemeinsamen optischen Systems und/oder zum Verstellen der Position der Bildquelle, insbesondere in Verbindung mit einer Verstellung der Position des Bildsensors, vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Display zusammen mit dem Bildsensor als die verstellbaren Elemente vermittels entsprechender Aktoren so verschoben werden, dass der Benutzer auch bei einer Kopfbewegung noch dieselbe Bildinformation sieht. Diese Verstellmöglichkeiten ermöglichen die Verwendung von kleinbauenden Mikrodisplays.by virtue of the restricted Eye ellipse at large Magnification of the Magnifying optics can be stronger Eye or head movements of the user adjusting the position the projection surface required (eye-tracking). For this purpose, according to a preferred embodiment the invention mechanical adjusting means for translational and / or rotational adjustment of the position of elements of the common optical system and / or to adjust the position of the image source, in particular in connection with an adjustment of the position of the Image sensor, be provided. For example, the display may be together with the image sensor as the adjustable elements by means of appropriate Actuators are shifted so that the user is still at a head movement sees the same picture information. This adjustment options allow the use of small-scale microdisplays.

Alternativ oder zusätzlich zu einer derartigen mechanischen Verstellung kann auch vorgesehen sein, dass vermittels der Steuerung der Bildquelle die Bildinformationen auf der Bildquelle elektronisch verschoben werden. Dabei kann auf mechanische Verstellmittel verzichtet werden, jedoch ist ein Display erforderlich, dessen Format größer ist, als es das anzuzeigende Bild erfordert.alternative or additionally to such a mechanical adjustment can also be provided that by means of the control of the image source, the image information be moved electronically on the image source. It can be up mechanical adjustment are dispensed with, but is a display required, whose format is larger, as it requires the image to be displayed.

Ein besonders vorteilhaftes und einfach durchzuführendes Verfahren zur Steuerung der Positionierung der Darstellung von Informationen mit einer Vorrichtung der vorangehend beschriebenen Art sieht vor, dass die kombinierte Bild-Sensor-Matrix zunächst so positioniert wird, dass die Pupille des Benutzers bei zentrierter Blickrichtung innerhalb der kombinierten Bild-Sensor-Matrix, vorzugsweise in einem zentralen Bereich der kombinierten Bild-Sensor-Matrix, abgebildet wird. Bei einer anschließenden Veränderung der Blickrichtung des Benutzers und einer damit verbundenen Verschiebung der Position der abgebildeten Pupille auf der kombinierten Bild-Sensor-Matrix wird mindestens ein Element des gemeinsamen optischen Systems und/oder die kombinierte Bild-Sensor-Matrix derart verstellt, dass die Position der abgebildeten Pupille sich zumindest annähernd wieder in dem ursprünglichen Bereich der kombinierten Bild-Sensor-Matrix befindet. Auf diese Weise kann der steuerungstechnische Aufwand gegenüber den bisher bekannten Steuerungsverfahren beim Eye-Tracking deutlich reduziert werden.A particularly beneficial and easy A method for controlling the positioning of the display of information with a device of the type described above provides that the combined image sensor matrix is first positioned in such a way that the user's pupil is centered within the combined image sensor matrix, preferably in a central area of the combined image sensor matrix. In a subsequent change in the viewing direction of the user and an associated shift of the position of the imaged pupil on the combined image sensor matrix at least one element of the common optical system and / or the combined image sensor matrix is adjusted such that the position the imaged pupil is at least approximately back in the original area of the combined image sensor matrix. In this way, the control engineering effort compared to the previously known control method in eye tracking can be significantly reduced.

Zeichnungendrawings

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.In The drawings are exemplary embodiments of the invention shown in the following description be explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1: eine schematische Darstellung einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten erfindungsgemäßen Darstellungsvorrichtung; 1 a schematic representation of a display device according to the invention arranged in a motor vehicle;

2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Darstellungsvorrichtung; 2 a schematic representation of a first embodiment of the display device according to the invention;

3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Darstellungsvorrichtung; 3 a schematic representation of a second embodiment of the display device according to the invention;

4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Silizium-Bildquelle; 4 : a schematic representation of a silicon image source according to the invention;

5: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß kombinierten Silizium-Sensor-Bildquelle der Vorrichtung aus 3. 5 : A schematic representation of a combined invention according to the invention silicon sensor image source of the device 3 ,

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zur Darstellung von Informationen ist als Headup-Display in ein Kraftfahrzeug 2 eingebaut. Ein Display 3 dient als Bildquelle der darzustellenden Informationen, beispielsweise zu momentanen Fahrzuständen oder möglicher Warnhinweise, die über ein optisches System 4 auf die Windschutzscheibe 5 des Fahrzeugs 2 projiziert werden. Die hier als Keilscheibe ausgebildete Windschutzscheibe 5 dient dabei als Projektionsfläche der Vorrichtung 1. Das Display 3 und das optische System 4 sind hier in einer Projektions-Box 6 angeordnet.In the 1 shown device 1 to display information is as a head-up display in a motor vehicle 2 built-in. A display 3 serves as an image source of the information to be displayed, for example on current driving conditions or possible warnings, via an optical system 4 on the windshield 5 of the vehicle 2 be projected. The windscreen designed here as a wedge disk 5 serves as a projection surface of the device 1 , the display 3 and the optical system 4 are here in a projection box 6 arranged.

Der Fahrer 7 nimmt als Benutzers der Vorrichtung 1 das projizierte Bild der vom Display 3 erzeugten graphischen Informationen nicht auf der Glasoberfläche der Windschutzscheibe 5, sondern als außen vor der Windschutzscheibe 5 schwebendes virtuelles Bild 8 wahr, das der davor befindlichen Landschaft überlagert ist. Gegenüber herkömmlichen Anzeigevorrichtungen im Cockpit des Fahrzeugs 2 verringert sich dadurch die Differenz der Entfernung der dargestellten Information zur Landschaft und damit auch die Zeit, die das menschliche Auge benötigt, um nach einem Wechsel des betrachteten Objektes die jeweiligen Gegenstände in unterschiedlicher Entfernung wieder scharf zu sehen.The driver 7 takes as a user of the device 1 the projected image of the display 3 did not generate graphical information on the glass surface of the windshield 5 but as outside in front of the windshield 5 floating virtual picture 8th true, which is superimposed on the landscape in front of it. Compared to conventional display devices in the cockpit of the vehicle 2 This reduces the difference between the distance of the displayed information to the landscape and thus also the time that the human eye needs to see after a change of the observed object, the respective objects at different distances again sharply.

Die so projizierten Informationen können vermittels nicht näher dargestellter Verstellmittel an unterschiedlichen Positionen dargestellt werden. In Abhängigkeit von der Blickrichtung des Fahrers 7 erfolgt innerhalb bestimmter Grenzen nach dem Prinzip des Eye-Trackings eine dynamische Anpassung der Position des virtuellen Bildes 8, das an eine der ermittelten Blickrichtung des Fahrers 7 entsprechenden Stelle projiziert wird.The information projected in this way can be displayed at different positions by means of adjusting means not shown in greater detail. Depending on the direction of the driver 7 takes place within certain limits according to the principle of eye-tracking a dynamic adjustment of the position of the virtual image 8th , in one of the determined direction of the driver 7 corresponding job is projected.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird das transmissive LC-Display 3 von einer zusätzlichen Lichtquelle 9 mit einem zugehörigen Reflektor 10 hinterleuchtet. Die von dem Display 3 ausgehenden Lichtstrahlen 11a, 11b, 11c werden von einem sogenannten Polarizing Beam Splitter 12 reflektiert und auf einen optischen Hohlspiegel 13 umgelenkt. Zur Ausführung einer Lupenfunktion ist der Hohlspiegel 13 entsprechend einer Ellipsoid-Fläche gekrümmt und bewirkt so eine stark vergrößerte Projektion des vom Display 3 erzeugten Bildes auf die Windschutzscheibe 5, die vom Auge 14 des Fahrers 7 als virtuelles Bild erkannt wird.At the in 2 illustrated embodiment of the device according to the invention 1 becomes the transmissive LC display 3 from an additional light source 9 with an associated reflector 10 backlit. The from the display 3 outgoing light rays 11a . 11b . 11c be from a so-called polarizing beam splitter 12 reflected and onto a concave mirror 13 diverted. To perform a magnifying function is the concave mirror 13 curved in accordance with an ellipsoid surface and thus causes a greatly enlarged projection of the display 3 generated image on the windshield 5 that from the eye 14 the driver 7 is recognized as a virtual image.

Gleichzeitig wird zur Ausführung der Eye-Tracking-Funktion ein Bild des Auges 14 bzw. der Pupille 15 über die Windschutzscheibe 5 und den Hohlspiegel 13 sowie geradlinig durch den Polarizing Beam Splitter 12 hindurch auf einen dahinter angeordneten und durch eine CCD-Matrix gebildeten Bildsensor 16 abgebildet. Der Spiegel 13 ist somit ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen gemeinsamen optischen Systems 4, über das sowohl das Bild des Displays 3 auf die Windschutzscheibe 5 projiziert als auch die Pupille 15 des Fahrers 7 auf den Bildsensor 16 abgebildet wird. Der Hohlspiegel 13 übt somit zugleich eine Lupenfunktion sowie eine Abbildungsfunktion aus.At the same time, an image of the eye is taken to perform the eye-tracking function 14 or the pupil 15 over the windshield 5 and the concave mirror 13 as well as straight through the Polarizing Beam Splitter 12 through an image sensor arranged behind it and formed by a CCD matrix 16 displayed. The mirror 13 is thus an essential part of the common optical system according to the invention 4 , about which both the image of the display 3 on the windshield 5 projected as well as the pupil 15 the driver 7 on the image sensor 16 is shown. The concave mirror 13 thus exerts at the same time a magnifying glass function and a mapping function.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 wird ein lichtemissives Silizium-Display 17 als Bildquelle eingesetzt. Eine zusätzliche Lichtquelle zur Beleuchtung der Bildquelle 17 ist dabei nicht erforderlich. Das Silizium-Display 17 ist hier als kombinierter Display-Sensor-Chip ausgeführt. So wird von einem einzigen Chip 17 auf Silizium-Halbleiter-Basis sowohl die Display-Funktionalität als auch die für das Eye-Tracking benötigte Kamera-Funktionalität wahrgenommen. Ein Strahlteiler bzw. Polarizing Beam Splitter ist hierbei ebenfalls nicht erforderlich.At the in 3 illustrated embodiment variant of the device 1 becomes a light-emitting silicon display 17 used as image source. An additional light source for illuminating the image source 17 is not required. The silicon display 17 is designed here as a combined display sensor chip. So will from a single chip 17 On the silicon semiconductor basis, both the display functionality and the camera functionality required for the eye tracking were perceived. A beam splitter or polarizing beam splitter is also not required here.

Die von dem Silizium-Display 17 ausgehenden Lichtstrahlen 11a, 11b, 11c werden hier von der Vorderfläche eines optischen Hohlspiegels 18 umgelenkt und als stark vergrößertes Bild auf die Windschutzscheibe 5 projiziert, wo sie wiederum vom Auge 14 des Fahrers 7 als virtuelles Bild wahrgenommen werden. Gleichzeitig wird über die Windschutzscheibe 5 und die Rückfläche des optischen Hohlspiegels 18 zur Ausführung der Eye-Tracking-Funktion ein Bild 19 des Auges 14 bzw. der Pupille 15 auf den kombinierten Silizium-Chip 17 abgebildet. Der Spiegel 18 ist dabei auch hier ein wesentlicher Bestandteil des gemeinsamen optischen Systems 4 zur Projektion des Bildes des Displays 17 auf die Windschutzscheibe 5 und zur Abbildung der Pupille 15 des Auges 14 auf den Silizium-Chip 17.The of the silicon display 17 outgoing light rays 11a . 11b . 11c are here from the front surface of an optical concave mirror 18 redirected and as a greatly magnified image on the windshield 5 projected where they turn from the eye 14 the driver 7 be perceived as a virtual image. At the same time is over the windshield 5 and the back surface of the optical concave mirror 18 an image to perform the eye-tracking function 19 of the eye 14 or the pupil 15 on the combined silicon chip 17 displayed. The mirror 18 is here also an essential part of the common optical system 4 to project the image of the display 17 on the windshield 5 and to image the pupil 15 of the eye 14 on the silicon chip 17 ,

Zur Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit des Auges 14 auf den kombinierten Silizium-Chip 17 wird die Augenpartie des Fahrers 7 hier mit Infrarotlicht beleuchtet. Durch die Ausbildung des Spiegels 18 als dichroitischer Hohlspiegel werden dabei unterschiedliche Brennweiten für das Infrarotlicht zur Abbildung des Auges 14 und für das sichtbare Licht zur Projektion der darzustellenden Informationen erzielt. Dadurch wird erreicht, dass der kombinierte Silizium-Chip 17 bezüglich seiner Sensor-Funktionalität für das Eye-Tracking genau in der Brennweite des Spiegels 18 für das Infrarotlicht liegt, während derselbe Silizium-Chip 17 bezüglich seiner Display-Funktionalität innerhalb der Brennweite des Spiegels 18 für das sichtbare Licht liegt und daher nach dem Lupenprinzip vergrößert sichtbar ist.To improve the imaging accuracy of the eye 14 on the combined silicon chip 17 will be the eye area of the driver 7 illuminated here with infrared light. Through the training of the mirror 18 As a dichroic concave mirror thereby different focal lengths for the infrared light for imaging the eye 14 and for the visible light to project the information to be displayed. This ensures that the combined silicon chip 17 in terms of its sensor functionality for the eye tracking exactly in the focal length of the mirror 18 for the infrared light, while the same silicon chip 17 in terms of its display functionality within the focal length of the mirror 18 for the visible light and therefore magnified by the magnifying glass principle is visible.

Der Hohlspiegel 18 hat einen aus PMMA bestehenden gekrümmten Körper, dessen Rückseite mit einer metallischen Reflexionsschicht 20 und dessen Vorderseite mit einer dichroitischen Spiegelbeschichtung 21 versehen ist. Da die Rückseite eine von der Vorderseite abweichende Krümmung hat, weisen auch die beiden spiegelnden Beschichtungen 20 und 21 unterschiedliche Brennweiten auf. Hier ist die dichroitische Spiegelbeschichtung 21 der Vorderseite des Spiegels 18 so ausgeführt, dass sie die sichtbaren Lichtstrahlen 11a, 11b, 11c mit einer Wellenlänge von bis zu 650 nm reflektiert, wohingegen die Infrarotstrahlen 22a, 22b, 22c mit einer oberhalb von 650 nm liegenden Wellenlänge durch die dichroitische Spiegelbeschichtung 21 hindurchgehen. Sie werden erst von der metallischen Reflexionsschicht 20 der Rückseite des Spiegels 18 reflektiert, um anschließend nochmals durch die dichroitische Spiegelbeschichtung 21 hindurch aus dem Spiegel 18 auszutreten und in der Infrarot-Brennweite des Spiegels 18 ein Abbild 19 der Pupille 15 auf dem Silizium-Chip 17 zu erzeugen.The concave mirror 18 has a curved body made of PMMA, the back with a metallic reflection layer 20 and its front with a dichroic mirror coating 21 is provided. Since the back has a deviating from the front curvature, also have the two reflective coatings 20 and 21 different focal lengths. Here is the dichroic mirror coating 21 the front of the mirror 18 executed so that they see the visible rays of light 11a . 11b . 11c with a wavelength of up to 650 nm, whereas the infrared rays 22a . 22b . 22c with a wavelength above 650 nm through the dichroic mirror coating 21 pass. They are only from the metallic reflection layer 20 the back of the mirror 18 reflected, then again through the dichroic mirror coating 21 out of the mirror 18 exit and in the infrared focal length of the mirror 18 an image 19 the pupil 15 on the silicon chip 17 to create.

Zur Anpassung der Position der Projektion auf die Windschutzscheibe 5 an nickende Kopfbewegungen des Fahrers 7 kann der kombinierte Silizium-Display-Sensor-Chip 17 durch einen nicht näher dargestellten Aktor in einer vertikalen Verstellrichtung 23 auf und ab verschoben werden. In entsprechender Weise ist der Silizium Chip 17 zum Ausgleich seitlicher Schwenkbewegungen des Kopfes des Fahrers 7 über einen ebenfalls nicht dargestellten Aktor in einer senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden horizontalen Verstellrichtung verschiebbar.To adjust the position of the projection on the windshield 5 to nodding head movements of the driver 7 can be the combined silicon display sensor chip 17 by an actuator not shown in a vertical adjustment direction 23 be moved up and down. In a similar way, the silicon chip 17 to compensate for lateral pivoting movements of the driver's head 7 via a likewise not shown actuator displaceable in a direction perpendicular to the drawing plane horizontal adjustment direction.

In 4 ist ein Teilbereich eines erfindungsgemäßen Silizium-Bildgebers 24 gezeigt. Der hier dargestellte Ausschnitt umfasst eine 12×4-Matrix. Mit einzeln ansteuerbaren, lichtemittierenden roten Dots R, grünen Dots G und blauen Dots B ermöglicht der Silizium-Bildgeber 24 eine variable Bilderzeugung in beliebigen Farben. Trotz einer hohen Auflösung ist der Silizium-Bildgeber 24 dabei eine besonders kleinbauende Bildquelle.In 4 is a subregion of a silicon imager according to the invention 24 shown. The section shown here comprises a 12 × 4 matrix. With individually controllable, light-emitting red dots R, green dots G and blue dots B the silicon imager allows 24 a variable image generation in any colors. Despite a high resolution is the silicon imager 24 while a particularly small-sized image source.

Bei der in 5 dargestellten vorteilhaften Weiterbildung sind zusätzlich Siliziumbasierte Sensor-Dots S in die Matrix integriert. Auf diese Weise entsteht der in 3 verwendete kombinierte Silizium-Chip 17, der die Display-Funktionalität und die Kamera-Funktionalität für das Eye-Tracking in ein und demselben Silizium-Halbleiter vereint. Gerade in Kombination mit dem erfindungsgemäßen gemeinsamen optischen System können hiermit die Vorteile einer kompakten Ausführung der Vorrichtung mit weniger einzelnen Bestandteilen, einer einfacheren Montage und somit geringeren Kosten besonders gut zur Wirkung kommen.At the in 5 illustrated advantageous development of silicon-based sensor dots S are also integrated into the matrix. In this way, the in 3 used combined silicon chip 17 , which combines the display functionality and the camera functionality for eye tracking in one and the same silicon semiconductor. Especially in combination with the common optical system according to the invention, the advantages of a compact design of the device with fewer individual components, a simpler installation and thus lower costs can be particularly effective.

Obwohl die vorliegende Erfindung hier lediglich anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern in vielfältiger Weise modifizierbar. Insbesondere sind die Form und die Aufteilung der Matrix nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt, sondern sie können beliebig gestaltet werden.Even though the present invention only by means of preferred embodiments It is not limited to this, but in many ways modifiable. In particular, the shape and layout of the Matrix is not limited to the examples shown, but they can be arbitrary be designed.

Auch wenn in den dargestellten Ausführungsbeispielen das gemeinsame optische System nur einen Hohlspiegel bzw. einen Hohlspiegel und einen Strahlteiler umfasst, so können je nach Anwendungsfall auch andere oder zusätzliche optische Elemente wie beispielsweise Spiegel, Linsen oder Prismen zum Einsatz kommen. Ferner können zusätzlich zu dem gemeinsamen optischen System auch optische Elemente angeordnet werden, die nur für die Display-Funktionalität oder nur für die Eye-Tracking-Funktionalität benötigt werden.Although in the illustrated embodiments, the common optical system comprises only a concave mirror or a concave mirror and a beam splitter, depending on the application, other or additional optical elements such as mirrors, lenses or prisms can be used. Furthermore, in addition to the common optical system and optical elements are arranged, which are needed only for the display functionality or only for the eye-tracking functionality.

Schließlich ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht unbedingt an ein Kraftfahrzeug gebunden, obwohl es sich dabei um einen bevorzugten Anwendung handelt.Finally is the use of the device according to the invention not necessarily tied to a motor vehicle, though it is is a preferred application.

11
Vorrichtungcontraption
22
Kraftfahrzeugmotor vehicle
33
Displaydisplay
44
gemeinsames optisches Systemcommon optical system
55
WindschutzscheibeWindshield
66
Projektions-BoxProjection Box
77
Fahrerdriver
88th
virtuelles Bildvirtual image
99
zusätzliche Lichtquelleadditional light source
1010
Reflektorreflector
11a, 11b, 11c11a, 11b, 11c
Lichtstrahlenlight rays
1212
Polarizing Beam SplitterPolarizing Beam splitter
1313
optischer Hohlspiegeloptical concave mirror
1414
Augeeye
1515
Pupillepupil
1616
Bildsensorimage sensor
1717
kombinierter Silizium-Display-Sensor-Chipcombined Silicon Display sensor chip
1818
optischer Hohlspiegeloptical concave mirror
1919
Bild der Pupilleimage the pupil
2020
metallische Reflexionsschichtmetallic reflective layer
2121
dichroitische Spiegelbeschichtungdichroic mirror coating
22a, 22b, 22c22a, 22b, 22c
Infrarotstrahleninfrared rays
2323
vertikale Verstellrichtungvertical adjustment
2424
Silizium-BildgeberSilicon imager
RR
roter Dotred dot
GG
grüner Dotgreen dot
BB
blauern Dotblauern dot
SS
Sensor-DotSensor Dot

Claims (12)

Vorrichtung (1) zur Darstellung von Informationen auf einer Projektionsfläche (5), insbesondere auf der Windschutzscheibe (5) eines Kraftfahrzeugs (2), mit einem optischen System, über das ein von einer Bildquelle (3, 17, 24) erzeugbares Bild an veränderbaren Positionen auf die Projektionsfläche (5) projizierbar ist (Head-up-Display), wobei zur blickrichtungsabhängigen Positionierung des Bildes eine Einrichtung zur Blickrichtungserkennung eines Benutzers (7) vorgesehen ist, die einen Bildsensor (16, 17) und ein optisches System zum Abbilden der Pupille (15) des Benutzers (7) auf den Bildsensor (16, 17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames optisches System (4) vorgesehen ist, über das sowohl das Bild auf die Projektionsfläche (5) projizierbar als auch die Pupille (15) eines Benutzers (7) auf den Bildsensor (16, 17) abbildbar ist.Contraption ( 1 ) for displaying information on a projection surface ( 5 ), in particular on the windscreen ( 5 ) of a motor vehicle ( 2 ), with an optical system via which one of an image source ( 3 . 17 . 24 ) producible image at variable positions on the projection surface ( 5 ) is projectable (head-up display), wherein the direction of view-dependent positioning of the image means for detecting the direction of a user ( 7 ), which is an image sensor ( 16 . 17 ) and an optical system for imaging the pupil ( 15 ) of the user ( 7 ) on the image sensor ( 16 . 17 ), characterized in that a common optical system ( 4 ) is provided, via which both the image on the projection surface ( 5 ) as well as the pupil ( 15 ) of a user ( 7 ) on the image sensor ( 16 . 17 ) is mapped. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame optische System Mittel (13, 18) zur vergrößernden Abbildung des von der Bildquelle (3, 17, 24) erzeugten Bildes umfasst.Apparatus according to claim 1, characterized in that the common optical system means ( 13 . 18 ) to magnify the image from the image source ( 3 . 17 . 24 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildquelle (17, 24) einen lichtemittierenden Silizium-Bildgeber umfasst, der vorzugsweise als Bildmatrix mit mehreren gruppenweise oder einzeln ansteuerbaren Silizium-Licht-Emittern (R, G, B) ausgeführt ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the image source ( 17 . 24 ) comprises a light emitting silicon imager, which is preferably designed as an image matrix with a plurality of groupwise or individually controllable silicon light emitters (R, G, B). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (17) mehrere Silizium-Licht-Detektoren (S) umfasst, die als Sensormatrix in eine Bildmatrix von Silizium-Licht-Emittern (R, G, B) integriert sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that the image sensor ( 17 ) comprises a plurality of silicon light detectors (S), which are integrated as a sensor matrix in an image matrix of silicon light emitters (R, G, B). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildquelle (3) ein TFT-Display oder ein hinterleuchtetes transmissives Display umfasst, und dass das gemeinsame optische System (4) einen Strahlenteiler (12), vorzugsweise einen Polarisationsstrahlenteiler aufweist, durch den die von der Bildquelle (3) ausgehenden Strahlen (11a, 11b, 11c) zur Projektionsfläche (5) und die die Pupille (15) des Benutzers (7) abbildenden Strahlen auf den Bildsensor (16) lenkbar sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the image source ( 3 ) comprises a TFT display or a backlit transmissive display, and that the common optical system ( 4 ) a beam splitter ( 12 ), preferably a polarization beam splitter, through which the image source ( 3 ) outgoing beams ( 11a . 11b . 11c ) to the projection surface ( 5 ) and the pupil ( 15 ) of the user ( 7 ) imaging rays on the image sensor ( 16 ) are steerable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildquelle (3) ein Laser-Scanner-Display mit einer reflektierenden oder transmissiven Streufläche umfasst, und dass das gemeinsame optische System (4) einen Strahlenteiler (12), vorzugsweise einen Polarisationsstrahlenteiler aufweist, durch den die von der Bildquelle (3) ausgehenden Strahlen (11a, 11b, 11c) zur Projektionsfläche (5) und die die Pupille (15) des Benutzers (7) abbildenden Strahlen auf den Bildsensor (16) lenkbar sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the image source ( 3 ) comprises a laser scanner display with a reflective or transmissive scattering surface, and that the common optical system ( 4 ) a beam splitter ( 12 ), preferably a polarization beam splitter, through which the image source ( 3 ) outgoing beams ( 11a . 11b . 11c ) to the projection surface ( 5 ) and the pupil ( 15 ) of the user ( 7 ) imaging rays on the image sensor ( 16 ) are steerable. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gepulste Infrarot-Lichtquelle zur Beleuchtung eines Auges (14) des Benutzers (7) vorgesehen ist, wobei die Infrarot-Lichtquelle vorzugsweise mit der halben Abtastfrequenz des Bildsensors (16, 17) gepulst ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a pulsed infrared light source for illuminating an eye ( 14 ) of the user ( 7 ), wherein the infrared light source is preferably at half the sampling frequency of the image sensor ( 16 . 17 ) is pulsed. Vorrichtung nach Anspruch 4, insbesondere in Kombination mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Infrarot-Lichtquelle zur Beleuchtung eines Auges (14) des Benutzers (7) vorgesehen ist, wobei die Silizium-Licht-Detektoren (S) mit einem nur für Infrarot-Licht (22a, 22b, 22c) durchlässigen Filter versehen sind.Apparatus according to claim 4, in particular in combination with claim 7, characterized in that an infrared light source for illuminating an eye ( 14 ) of the user ( 7 ), wherein the silicon light detectors (S) with only one infrared light ( 22a . 22b . 22c ) are provided with permeable filter. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame optische System (4) einen gekrümmten Spiegel (13, 18) mit einer dichroitisch verspiegelten Vorderfläche (21) umfasst, der für Infrarotlicht (22a, 22b, 22c) eine andere Brennweite hat als für Licht (11a, 11b, 11c) mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized characterized in that the common optical system ( 4 ) a curved mirror ( 13 . 18 ) with a dichroic mirrored front surface ( 21 ), which is suitable for infrared light ( 22a . 22b . 22c ) has a different focal length than for light ( 11a . 11b . 11c ) with a wavelength in the visible range. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Stellmittel zum Verstellen der Position mindestens eines Elements des gemeinsamen optischen Systems (4) und/oder zum Verstellen (23) der Position der Bildquelle (3, 17, 24) und insbesondere des Bildsensors (16, 17) vorgesehen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that mechanical adjusting means for adjusting the position of at least one element of the common optical system ( 4 ) and / or for adjusting ( 23 ) the position of the image source ( 3 . 17 . 24 ) and in particular of the image sensor ( 16 . 17 ) are provided. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels der Steuerung der Bildquelle (3, 17, 24) die Bildinformationen auf der Bildquelle (3, 17, 24) elektronisch verschiebbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the control of the image source ( 3 . 17 . 24 ) the image information on the image source ( 3 . 17 . 24 ) are electronically displaceable. Verfahren zur Steuerung der Positionierung der Darstellung von Informationen mit einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 10, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – die kombinierte Bild-Sensor-Matrix (17) wird zunächst so positioniert, dass die Pupille (15) des Benutzers (7) bei zentrierter Blickrichtung innerhalb, vorzugsweise in einem zentralen Bereich der kombinierten Bild-Sensor-Matrix (17) abgebildet wird, – bei einer Veränderung der Blickrichtung des Benutzers (7) und einer damit verbundenen Verschiebung der Position der abgebildeten Pupille (19) auf der kombinierten Bild-Sensor-Matrix (17) wird mindestens ein Element des gemeinsamen optischen Systems (4) und/oder die kombinierte Bild-Sensor-Matrix (17) derart verstellt, dass die Position der abgebildeten Pupille (19) sich zumindest annähernd wieder in dem ursprünglichen Bereich der kombinierten Bild-Sensor-Matrix (17) befindet.Method for controlling the positioning of the representation of information with a device ( 1 ) according to claim 4 in combination with claim 10, characterized by the following method steps: - the combined image sensor matrix ( 17 ) is first positioned so that the pupil ( 15 ) of the user ( 7 ) in a centered viewing direction within, preferably in a central region of the combined image sensor matrix ( 17 ) is displayed, - when changing the viewing direction of the user ( 7 ) and an associated displacement of the position of the imaged pupil ( 19 ) on the combined image sensor matrix ( 17 ) at least one element of the common optical system ( 4 ) and / or the combined image sensor matrix ( 17 ) such that the position of the imaged pupil ( 19 ) at least approximately in the original area of the combined image sensor matrix ( 17 ) is located.
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