Beschreibung Head-up-Display Die Erfindung betrifft ein Head-up Display für ein Kraftfahrzeug. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in Fahrzeugen Head-up Displays mit einer elektrooptischen Bilderzeugungs ^¬ einheit, die eine erste Vielzahl von einzelnen Bildpunkten aufweist und wobei von den einzelnen Bildpunkten Lichtstrah- len aussendbar sind und die Lichtstrahlen von einer in einem Fahrzeug befestigten transparenten Scheibe reflektierbar und die von der transparenten Scheibe reflektierten Lichtstrahlen von einem Beobachter als virtuelles Bild wahrnehmbar sind, zu verwenden. Hierdurch können Informationen auf einer Scheibe, insbesondere der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges darge ^¬ stellt und so dem Kraftfahrer des Kraftfahrzeuges die Infor ^¬ mationen ermittelt werden, ohne dass er seinen Blick von der vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Fahrbahn abwenden muss. Im Stand der Technik sind zum einen Head-up Displays bekannt, bei denen die Lichtstrahlen eines elektrooptischen Displays über einen oder mehrere Spiegel wider die Windschutzscheibe geleitet werden und von der Windschutzscheibe zu dem Kraft ^¬ fahrer reflektiert werden. So kann der Kraftfahrer die auf dem elektrooptischen Display dargestellte Information im Ab- stand von ihm ausgesehen hinter der Windschutzscheibe als virtuelles Bild wahrnehmen. Hierbei entspricht der Abstand des virtuellen Bildes von der Windschutzscheibe der Länge des Strahlengangs von dem elektrooptischen Display bis zu der Windschutzscheibe, wobei die optisch wirksame Länge des Strahlengangs durch eine entsprechende Vergrößerungswirkung des oder der Spiegel vergrößert werden kann. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung des Head-up Displays ist es, dass das Head-up Display einen relativ großen Bauraum benötigt, der in der dafür benötigten Einbaulage innerhalb des Armaturenbret- tes des Kraftfahrzeuges nur schwierig und aufwändig bereitzu ^¬ stellen ist. Weiterhin sind Head-up Displays bekannt, bei de ^¬ nen die Strahlen eines elektrooptischen Displays ohne Zwi- schenschaltung sonstiger optischer Bauelemente wider eine Scheibe, insbesondere die Windschutzscheibe direkt gesandt werden und von der transparenten Scheibe bzw. Windschutzscheibe zum Kraftfahrer reflektiert werden. Diese Ausgestal- tung benötigt nur einen geringen Bauraum und kann beispielsweise auch auf der Oberseite des Armaturenbrettes angeordnet werden, ohne dass Bauraum innerhalb des Armaturenbrettes be ^¬ nötigt wird. Nachteilig hierbei ist es aber, dass die optisch wirksame Länge des Strahlengangs nur kurz ist und so der Ab- stand des imaginären Bildes hinter der Scheibe bzw. Wind ^¬ schutzscheibe zu klein ist. So kann der Kraftfahrer die Information zwar im Sichtfeld auf die Fahrbahn wahrnehmen, diese Information ist aber so nah an seinem Auge, dass er entweder das reale Geschehen auf der Fahrbahn oder das virtuelle Bild scharf wahrnehmen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Head-up Display be ^¬ reitzustellen, welches die Nachteile von großem Bauraum und geringer Länge des Strahlengangs vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Head-up Display mit den kenn ^¬ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das Mik- rolinsenarray kann direkt an die elektrooptische Bilderzeu ^¬ gungseinheit angrenzen, es kann aber auch zwischen diesen beiden Bauteilen ein Abstand von bis zu 2 cm vorhanden sein. Durch die Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays ist es möglich, Lichtstrahlen des elektrooptischen Displays in unterschiedliche Richtungen zu senden und so ein Lichtfeld aufzubauen. Hierbei können die beiden Augen des Kraftfahrers jeweils un- terschiedliche Bilder wahrnehmen, so dass ein räumlicher Eindruck entsteht, obwohl das Bild zunächst in der zweidimensio ^¬ nalen Displayebene generiert wird und dann je nach den be ^¬ nutzten Bildpunkten des elektrooptischen Displays die Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen gestrahlt werden. Wenn der Kraftfahrer direkt auf das Mikrolinsenarray schauen wür ^¬ de, würde er je nach Richtung der Lichtstrahlen das von dem elektrooptischen Display und dem Mikrolinsenarray generierten Bild entweder in der Ebene des Mikrolinsenarrays , vor dem Mikrolinsenarray oder als virtuelles Bild hinter dem Mikro- linsenarray wahrnehmen können. Wenn die Lichtstrahlen vom Mikrolinsenarray ausgehend in Richtung des Kraftfahrers di- vergieren und sich ihre gedachten Verlängerungen vom Kraftfahrer ausgesehen hinter dem elektrooptischen Display in einem Punkt treffen, würde der Kraftfahrer einen virtuellen Bildpunkt an diesem Punkt wahrnehmen können. Wenn jetzt mehrere virtuelle Bildpunkte generiert werden entsteht ein ent- sprechendes virtuelles Bild. Je weniger die Lichtstrahlen in Richtung des Kraftfahrers divergieren und dennoch in der gedachten Verlängerung hinter dem elektrooptischen Display in einem Punkt zusammentreffen, desto weiter ist dieser virtuelle Punkt hinter dem elektrooptischen Display wahrnehmbar.

Dieser Effekt ist auch dann wahrnehmbar, wenn dieses von dem elektrooptischen Display und dem Linsenarray generierte vir ^¬ tuelle Bild von der Windschutzscheibe oder einer anderen im Kraftfahrzeug befestigten transparenten Scheibe zu dem Kraft- fahrer reflektiert wird, so dass er den oder die virtuellen Bildpunkte hinter der Windschutzscheibe oder anderen im Kraftfahrzeug befestigten transparenten Scheibe wahrnehmen kann. Durch eine fast parallele Gestaltung der Lichtstrahlen sind sehr weit von der transparenten Scheibe entfernte virtu- eile Bildpunkte generierbar. Dadurch, dass das von dem Beob ^¬ achter wahrnehmbare Bild bei einer direkten Aufsicht auf das Mikrolinsenarray als virtuelles Bild hinter der Displayebene zu liegen scheint kann der Strahlengang derart verlängert werden, dass die Entfernung zwischen der Displayebene und dem virtuellen Punkt als Verlängerung des Strahlengangs von der Displayebene bis zu der transparenten Scheibe wirkt. Somit können auch sehr weit von der transparenten Scheibe befindlicher virtuelle Bilder erzeugt werden, so dass der Kraftfahrer beim Betrachten dieser virtuellen Bilder seine Augen nicht auf diese virtuellen Bilder separat scharf stellen muss und so gleichzeitig das Verkehrsgeschehen vor dem Kraftfahrzeug und das virtuelle Bild in voller Schärfe wahrnehmen kann. Durch ein Generieren von virtuellen Bildpunkten in unterschiedlichen Abständen zu der Displayebene kann auch eine dreidimensionale Darstellung des virtuellen Bildes realisiert werden .

Die einzelnen Linsen des Mikrolinsenarrays müssen nicht unbe ^¬ dingt jeweils als vollständige Linse ausgestaltet sein. Sie können auch als Fresnel-Linsen oder fragmentierte Linsen mit einzelnen Linsenfragmenten ausgestaltet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass nur die Teile der Linsen vorhanden sind, die auch optisch wirksam sind, indem sie die Lichtstrahlen der einzelnen Bildpunkte der elektrooptischen Bilderzeugungseinrichtung in verschiedene Richtungen umleiten. Diese Linsenfragmente können beispielsweise auch als Mikroprismen ausges- taltet sein, wobei jedem Bildpunkt der elektrooptischen Bilderzeugungseinheit ein Mikroprisma zugeordnet sein kann.

Insbesondere wenn die Linsenfragmente in ihrer Oberfläche ge ^¬ wölbt sind, können auch mehrere Bildpunkte der elektroopti- sehen Bilderzeugungseinheit einem Linsenfragment zugeordnet werden, da je nach Lage des Bildpunkts zu dem Linsenfragment die Richtung des erzeugten Lichtstrahles geändert wird.

Wenn die transparente Scheibe als Windschutzscheibe des Fahr- zeuges ausgestaltet ist, wird kein zusätzliches Bauteil für die transparente Scheibe benötigt . Weiterhin wird dadurch weiterer ansonsten erforderlicher Bauraum eingespart .

Schließlich kann dadurch die Information an einer für den Kraftfahrer optimalen Position angezeigt werden.

Da die Windschutzscheibe des Fahrzeuges meist eine Wölbung aufweist ist es von Vorteil, wenn das von der elektroopti ^¬ schen Bilderzeugungseinheit und dem Mikrolinsenarray gene ^¬ rierte Bild derart vorverzerrbar ist, dass die von der Wind- schutzscheibe hervorgerufene Verzerrung ausgleichbar ist und das für den Beobachter dargestellte virtuelle Bild unverzerrt wahrnehmbar ist. Dadurch, dass die elektrooptische Bilderzeugungseinheit als Flüssigkristalldisplay ausgestaltet ist, ist ein im Fahrzeug ^¬ bau bewährtes System verwendbar. Das Flüssigkristalldisplay ist vorteilhafter Weise beleuchtbar. Insbesondere wenn eine Durchleuchtung des Flüssigkristalldisplay realisiert ist, die vorteilhafter Weise mittels Leuchtdioden realisiert ist. Es ist aber auch möglich, das Flüssigkristalldisplay in Aufsicht zu beleuchten.

Besonders vorteilhaft ist es, die elektrooptische Bilderzeu ^¬ gungseinheit als organisches Leuchtdioden-Display (OLED) aus ^¬ zugestalten. Hierdurch kann auf eine zusätzliche Beleuchtung der elektrooptischen Bilderzeugungseinheit verzichtet werden.

Durch das Abdecken des Mikrolinsenarrays mit einer transpa ^¬ renten Scheibe wird das Mikrolinsenarray vorteilhafter Weise vor Schmutz geschützt. Weiterhin ist diese transparente Scheibe einfacher zu reinigen, da sich in dem Mikrolinsenar- ray ohne Abdeckung Schmutzpartikel festsetzen könnten, nicht so einfach zu entfernen wären.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Head-up Displays im Prinzip Darstellung für zwei die Teilaufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrolinsenarrays ,

Figur 2 Die Teilaufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrolinsenarrays 2,

Figur 3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer

Linse eines erfindungsgemäßen Mikrolinsenarrays, Figur 4 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Fresnel-Linse eines erfindungsgemäßen Mikrolinsen- arrays ,

Figur 5 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer fragmentierten Linse eines erfindungsgemäßen Mikro- linsenarrays ,

Figur 6 die Funktionsweise des erfindungsgemäßen elektroop ^¬ tischen Displays mit dem erfindungsgemäßen Mikro- linsenarray und

Figur 7 die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Head-up Displays .

In Figur 1 erkennt man eine transparente Scheibe 1, ein elektrooptisches Display 2, ein Mikrolinsenarray 3, eine transparente Abdeckung 4, Augen El, E2 eines Beobachters bzw. Kraftfahrers, virtuelle Punkte PI, P2 und Lichtstrahlen Li - L8. Einzelne in Figur 1 nicht dargestellte Bildpunkte des elektrooptischen Displays 2 durchscheinen das Mikrolinsenarray 3 derart, dass virtuelle Bildpunkte PI, P2 erzeugt wer ^¬ den, die der Kraftfahrer mit seinen Augen El, E2 als virtuelle Bildpunkte PI', P2 ' hinter der transparenten Scheibel wahrnehmen kann.

In Figur 2 erkennt man in einer Teilaufsicht auf das Mikro ^¬ linsenarray 3 eine Vielzahl von Mikrolinsen, wovon eine mit der Bezugsziffer 3a gekennzeichnet ist. Das Mikrolinsenarray 3 ist im Ausführungsbeispiel mit einem Rahmen 3R umgeben. Das Mikrolinsenarray 3 kann aber auch ohne Rahmen ausgestaltet sein .

In Figur 3 erkennt man einen Schnitt durch die Mikrolinse 3a und Bildpunkte 2a bis 2n der elektrooptischen Bilderzeugungs ^¬ einheit 2. Die Bildpunkte 2a - 2n der elektrooptischen Bilderzeugungseinheit 2 senden ihre Lichtstrahlen Li - Ln durch die Mikrolinse 3a, die entsprechend ihres Auftreffens auf die Grenzschicht zwischen der Oberfläche der Mikrolinse und der Umgebung der Mikrolinse gebrochen werden und so in ihrer Richtung geändert werden. So können je nach Verwendung der einzelnen Bildpunkte 2a - 2n Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen generiert werden. Der Lichtstrahl 2f, dessen Verlängerung durch den Brennpunkt der Mikrolinse 3a geht wird nicht gebrochen. Entsprechend werden die Lichtstrahlen 2a - 2n in den Figuren 4 und 5 gebrochen, wobei anstelle der Mikrolinse 3a eine Fresnel-Linse 3b oder eine fragmentierte Linse 3c verwendet wird. Die fragmentierte Linse 3c weist eine Vielzahl von Lin ^¬ senfragmenten 3cl - 3cn auf.

In Figur 6 erkennt man neben der schematisch dargestellten elektrooptischen Bilderzeugungseinrichtung 2 mit Bildpunkten 2a - 2n und dem schematisch dargestellten Mikrolinsenarray 3 virtuelle Bildpunkte PI, P2, Lichtstrahlen Li - Ln und Augen El, E2 eines Beobachters bzw. Kraftfahrers. Der Bildpunkt 2a erzeugt einen Lichtstrahl Li, der durch eine Mikrolinse des Mikrolinsenarrays 3 gebrochen wird und zum Auge E2 des Beob ^¬ achters gelangt. Entsprechend erzeugen Bildpunkte 2b, 2c, 2d Lichtstrahlen L2, L3, L4 und die Bildpunkte 2e, 2f, 2g, 2h entsprechend Lichtstrahlen L5 - L8. Die Lichtstrahlen L2, L5 und L6 gelangen zum Auge E2 des Beobachters, die Lichtstrah ^¬ len L3, L4, L7 und L8 gelangen zum Auge El des Beobachters. Die jeweiligen Richtungsänderungen, die durch die Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays hervorgerufen werden, sind nur in ihren Auswirkungen auf die Lichtstrahlen Li bis L8 im Bereich zwischen den Mikrolinsenarray 3 und den Augen El, E2 darge ^¬ stellt, ohne die Richtungsänderung im Grenzbereich zwischen der Oberfläche der einzelnen Mikrolinsen und den sie umgebenden Luft darzustellen.

Da die Lichtstrahlen Li - L8 divergieren und sich hinter der elektrooptischen Bilderzeugungseinrichtung in den virtuellen Bildpunkten PI bzw. P2 treffen, kann der Beobachter diese virtuellen Bildpunkte am dargestellten Ort wahrnehmen. Der Beobachter sieht mit seinem Auge El ein Bild bestehend aus den Lichtstrahlen L3, L4, L7 und L8 und mit seinem Auge E2 ein Bild bestehend aus den Lichtstrahlen Li, L2 L5 und L6 und kann so die virtuelle Bildpunkte PI und P2 und ihre Lage hin ^¬ ter der elektrooptischen Bilderzeugungseinrichtung wahrnehmen . In Figur 7 erkennt man die transparente Scheibe 1, die elek- trooptische Bilderzeugungseinrichtung 2 mit Bildpunkten 2a - 2h, das Mikrolinsenarray 3, die Augen El, E2 des Beobachters und Lichtstrahlen Li - L8, die von den Bildpunkten der elektrooptischen Bilderzeugungseinheit 2 durch das Mikrolinsenar- ray 3 zur transparenten Scheibe 1 gelangen und von dort in die Augen El, E2 des Beobachters reflektiert werden. Da die Lichtstrahlen Li - L4 divergieren und sich in ihrem virtuellen Bildpunkt P2 treffen und die Lichtstrahlen L5 - L8 ebenfalls divergieren und sich im virtuellen Bildpunkt PI tref- fen, erscheint es dem Beobachter so, dass er die virtuellen

Bildpunkte PI, P2 als die virtuellen Bildpunkte PI', P2" hin ^¬ ter der transparenten Scheibe 1 an den dargestellten Orten wahrnehmen kann, da die von der elektrooptischen Bilderzeugungseinheit 3 im Zusammenwirken mit dem Mikrolinsenarray 3 generierten Lichtstrahlen Li - L8 von der transparenten Scheibe 1 zu den Augen El bzw. E2 reflektiert werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, das Lichtfeld so zu gestalten, dass die erzeugten Lichtstrahlen entweder parallel aus dem Mikrolinsenarray 3 austreten, oder aber die aus dem Mikrolinsenarray 3 austretenden Lichtstrahlen in einem oder mehreren Bildpunkten zusammentreffen zu lassen. Im erstgenannten Fall würde ein reelles Bild mit einer Lage der Bild ^¬ ebene auf Höhe des Mikrolinsenarrays erzeugt werden, im letztgenannten Fall ein reelles Bild, welches sich bei direk ^¬ ter Aufsicht auf das Mikrolinsenarray zwischen dem Beobachter und dem Mikrolinsenarray befinden würde. Die beiden letztge- nannten Fälle sind jedoch bei einem Head-up Display weniger zu bevorzugen, da dadurch die optisch wirksame Länge des Strahlenganges verkürzt würde und so ein Beobachter des Dis ^¬ plays entweder den Inhalt des Head-up Displays oder das hin- ter dem Head-up Display vorhandene Verkehrsgeschehen scharf wahrnehmen könnte.