Wavequide-Displayanordnunq für eine 3D-Blickfeldanzeiqevorrichtunq in einem

Fahrzeug und Verfahren zu deren Betrieb

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Waveguide-Displayanordnung für eine autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug oder einem andersartigen Fahrzeug zum Einsatz kommen kann. Die Blickfeldanzeigevorrichtung ist zur Erzeugung eines ins Blickfeld eines Benutzers eingeblendeten virtuellen 3D-Bilds über Reflexion an einer zumindest teilweise transparenten Reflexionsscheibe, insbesondere einer Frontscheibe des Fahrzeugs, ausgebildet. Die Displayanordnung basiert dabei auf einem Waveguide, um bei einem kleinen Bauraum ein verhältnismäßig großes virtuelles 3D-Bild zu erzeugen. Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb der Waveguide-Displayanordnung sowie auf die Blickfeldanzeigevorrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug.

Technischer Hintergrund

Blickfeldanzeigevorrichtungen sind insbesondere unter der Bezeichnung Head- up-Display (HUD) bekannt. Beispielsweise in einem Kraftfahrzeug kann damit ein gewünschter Anzeigeinhalt, etwa eine Angabe über eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder andere nützliche Navigations- und Fahrzeugbedienungshinweise oder auch Entertainment-Inhalte, in Form eines virtuellen Bilds dem vom Fahrer oder einem anderen Insassen beobachteten realen Umgebungsbild vor dem Fahrzeug überlagert werden. Hierzu umfasst eine Blickfeldanzeigevorrichtung in klassischer Bauweise ein unterhalb einer Oberseite der Instrumententafel untergebrachtes Display mit einer geeigneten Abbildungs- und Projektionsoptik, um ein Projektionslichtstrahlenbündel mit gewünschtem Anzeigeinhalt zu erzeugen und so auf eine zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, wie die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs oder eine extra davor vorgesehene Combinerscheibe, zu werfen, dass es von dieser zum Betrachter hin reflektiert wird, um das virtuelle Bild in sein Blickfeld vor oder hinter der Reflexionsscheibe zu projizieren.

Alternativ zu der klassischen HUD-Bauweise, deren Abbildungs- und Projektionsoptik im Strahlengang nach dem Display typischerweise einen abbildenden und/oder vergrößernden Konkavspiegel umfasst, dessen Größe linear mit dem HUD-Bild skaliert, ist insbesondere für AR-Anwendungen (Augmented Reality, erweiterte Realität) eine HUD-Bauweise mit einem Waveguide-Display bekannt. Durch den Einsatz eines planaren Waveguides (optischen Wellenleiters) kann der für den HUD benötigte Bauraum in Relation zu der Größe des virtuellen Bilds im Vergleich zu der klassischen Bauweise erheblich reduziert werden.

Ein autostereoskopisches 3D-HUD erzeugt dabei ein virtuelles Bild mit einer 3D- oder Tiefenwirkung, ohne dass der Benutzer (d. h. der Betrachter des virtuellen Bilds) Wearables wie 3D-Brillen und dergleichen benötigt. Hierzu wird bekanntermaßen für jedes Auge des Benutzers ein eigenes 2D-Bild generiert, das eine jeweils etwas andere Perspektive des darzustellenden 3D-Bilds zeigt. Eine solche Blickfeldanzeigevorrichtung besitzt somit in der Regel separate Eyeboxen, die einen jeweils nur für ein Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich definieren, aus dem er das für dieses Auge bestimmte 2D-Bild sehen kann. Durch die Anpassung der für verschiedene Augen des Benutzers bestimmten Bildinhalte und deren Position relativ zueinander lässt sich ein 3D- Eindruck über die Ausnutzung des Parallaxeneffekts erzeugen. In diesem Zusammenhang offenbart beispielsweise EP 2 842 003 B1 ein holografisches Weitwinkeldisplay, umfassend einen Eingangsabbildungsknoten, der ausgebildet ist, mindestens erste und zweite abbildungsmodulierte Lichter bereitzustellen, sowie eine holografische Wellenleiter-Einrichtung, die ausgebildet ist, mindestens eines der ersten und zweiten abbildungsmodulierten Lichter in mindestens eine erste Richtung zu übertragen. Dabei umfasst die holografische Wellenleiter-Einrichtung verteilte Vielzahlen von schaltbaren Bragg-Gitterelementen, wobei jede Vielzahl von schaltbaren Bragg-Gitterelementen eine Bragg-Gittergeometrie aufweist, die einem einzigen Sichtfeldbereich entspricht, und wobei die ersten und zweiten abbildungsmodulierten Lichter jeweils mit ersten Sichtfeld- Abbildungsinformationen und zweiten Sichtfeld-Abbildungsinformationen moduliert sind. Dabei ist die erste Vielzahl von schaltbaren Bragg- Gitterelementen ausgebildet, mittels Beugung das erste abbildungsmodulierte Licht in eine erste Vielzahl von Ausgabestrahlen abzulenken, die einen ersten Sichtfeldbereich bilden, und die zweite Vielzahl von schaltbaren Bragg- Gitterelementen ist ausgebildet, mittels Beugung das zweite abbildungsmodulierte Licht in eine zweite Vielzahl von Ausgabestrahlen abzulenken, die einen zweiten Sichtfeldbereich bilden. Spezifisch kann die Vorrichtung gemäß EP 2 842 003 B1 Teil eines stereoskopischen Displays sein, in welchem das erste und zweite abbildungsmodulierte Licht Ansichten aus der linken und rechten Augenperspektive bereitstellt. Sie kann ferner auch Teil eines HUDs sein.

Allerdings hat ein solcher Ansatz zur autostereoskopischen 3D-Bilderzeugung über ein Waveguide-Display zur Folge, dass in der bildgebenden Einheit (picture generating unit, PGU), die das in den Waveguide einzukoppelnde Bild erzeugt, anders als bei einem herkömmlichen Waveguide-Display, der keine separat schaltbaren Bragg-Gitterelemente umfasst und stattdessen Licht für jeden Bildpunkt aus seiner gesamten Lichtauskopplungsfläche auskoppelt, eine zusätzliche Maßnahme zur Homogenisierung des Bildes eingebaut werden muss. Dies ist dadurch bedingt, dass die Beugungseffizienz des holografischen Materials bei einem normalen Waveguide-Display einen Gradienten entlang der Expansionsachse(n), in deren Richtung das Licht im Waveguide propagiert, aufweist, um ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild in der gesamten Eyebox anzuzeigen. Diesen Gradienten könnte man bei der Methode gemäß EP 2 842 003 B1 nicht mehr einsetzen, da in dieser Druckschrift zu jedem Zeitpunkt nur noch räumlich begrenzt an einzelnen Bragg-Gitterelementen aus dem Waveguide ausgekoppelt wird und somit der Gradient in der Auskoppeleffizienz zu einem Gradienten in der Bildausleuchtung führen würde. Darüber hinaus würde das System mit einem solchen Gradienten sehr ineffizient für diejenigen Bildteile werden, die über Bragg-Gitterelemente nahe an der Einkoppelstelle ausgekoppelt werden würden. Die Auskoppeleffizienz müsste also im Gegensatz zu einem herkömmlichen Waveguide-Display räumlich konstant sein. Damit würde sich aber ein Helligkeitsgradient im dargestellten Bild ergeben, und keine einfachen Gegenmaßnahmen liegen auf der Hand.

Ein herkömmliches Waveguide-Display, bei dem Licht für jeden Bildpunkt stets aus seiner gesamten Lichtauskopplungsfläche ausgekoppelt wird, ist allerdings nicht für eine autostereoskopische 3D-Bilddarstellung ausgelegt, denn beide Augen des Benutzers würden stets von beiden 2D-Bildern erreicht werden. Zur autostereoskopischen 3D-Bilddarstellung darf aber das für ein Auge vorbestimmte 2D-Bild nicht in den für das jeweils andere Auge vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) gelangen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevomchtung anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik insbesondere im Hinblick auf die Abbildungsqualität verbessert ist. Insbesondere kann dadurch deren Eignung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug zu den eingangs genannten Zwecken verstärkt sein. Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Waveguide-Displayanordnung für eine autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevomchtung gemäß Anspruch 1 , eine entsprechende autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung, ein entsprechendes Betriebsverfahren und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der nachfolgen Beschreibung für die Waveguide-Displayanordnung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf deren Betriebsverfahren, die Blickfeldanzeigevorrichtung sowie auf das Fahrzeug, wie auch umgekehrt.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Waveguide-Displayanordnung für eine autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung (nachfolgend auch einfach „Blickfeldanzeigevorrichtung“ genannt) vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder einem beliebigen anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet sein kann. Es kann sich bei der Blickfeldanzeigevorrichtung insbesondere um ein Head-up-Display (HUD) handeln.

Die Waveguide-Displayanordnung umfasst dabei einen flächigen, insbesondere planaren, Waveguide (optischen Wellenleiter) mit einer in dessen Flächenseite zur ein- oder zweidimensionalen Eyebox-Erweiterung entsprechend großflächig ausgebildeten Lichtauskopplungsfläche für Licht, das seitlich, insbesondere an einer Stirnseite des Waveguides, in diesen beim Betrieb der Displayanordnung eingekoppelt wird. Im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts ist ferner eine Durchlassfilterschicht vorgesehen, die die Lichtauskopplungsfläche vollständig überdeckt und in diesem Überdeckungsbereich, d. h. im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts, in mehrere unabhängig voneinander auf Lichtdurchlass schaltbare Flächensegmente unterteilt ist. Weiterhin umfasst die Waveguide-Displayanordnung eine Bilderzeugungseinheit, die ausgebildet ist zur Erzeugung von zwei verschiedenen 2D-Bildern, die jeweils nur für ein Auge eines Benutzers zur autostereoskopischen 3D-Darstellung bestimmt sind, und zu deren Einkopplung in den Waveguide in Form kollimierter Lichtstrahlenbündel, deren Ausbreitungsrichtungen den einzelnen Bildpunkten entsprechen.

Ferner weist die Waveguide-Displayanordnung eine Steuerungseinheit auf, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bilderzeugungseinheit und die Durchlassfilterschicht so anzusteuern, dass jeweils nur eines der Flächensegmente oder nur eine Teilmenge der Flächensegmente auf Lichtdurchlass geschaltet sind und die Bilderzeugungseinheit synchron hierzu nur ein solches bzw. nur solche Bildflächensegment(e) des für ein Auge des Benutzers bestimmten 2D-Bilds erzeugt, dass die von der Durchlassfilterschicht durchgelassenen Lichtstrahlenbündel nicht einen für das jeweils andere Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) erreichen können, sondern nur in einen für das passende Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) gelangen. Das für ein Auge des Benutzers bestimmte 2D-Bild wird im Betrieb zeitlich sequenziell aus solchen Bildflächensegmenten aufgebaut.

Durch einen zeitsequenziellen Aufbau des für ein Auge des Benutzers bestimmten 2D-Bildes und eine wie beschrieben mit dem zeitsequenziellen Bildaufbau synchronisierte räumliche Begrenzung des aus dem Waveguide ausgekoppelten Lichts durch die Durchlassfilterschicht lässt sich vorliegend eine Trennung der Bildinhalte für linkes und rechtes Auge erreichen. Damit ist die Voraussetzung für die Anzeige von 3D-lnhalten erfüllt, ohne dass das Auskoppelelement des Waveguides selbst entlang seiner Lichtauskoppelfläche in schaltbare Bragg-Gittersegmente unterteilt werden muss, wie beim eingangs erwähnten Stand der Technik mit damit verbundenen Nachteilen für die Bildqualität. Stattdessen kann vorliegend ein herkömmlicher Waveguide zum Einsatz kommen, bei dem Licht stets über seine gesamte Lichtauskopplungsfläche ausgekoppelt wird. Eine Idee der vorliegenden Waveguide-Displayanordnung für eine 3D- Blickfeldanzeigevorrichtung besteht somit darin, die hierfür erforderliche Eyebox-Trennung für beide Augen des Benutzers über schaltbare Flächensegmente einer extra hierzu vorgesehenen Durchlassfilterschicht zu realisieren. Daher sind auch in der Bilderzeugungseinheit keine zusätzlichen Maßnahmen zur Bildhomogenisierung gegenüber einer herkömmlichen 2D- Bilderzeugung erforderlich, da die in der Regel ohnehin vorgesehene bildhomogenisierende Wirkung eines herkömmlichen Waveguides vorliegend ihre Wirkung behält.

Hierzu kann die Lichtauskopplungsfläche beispielsweise in an sich bekannter Weise in deren Längsrichtung, in der Licht im Waveguide propagiert und die einer Horizontalrichtung der für die Augen des Benutzers vorbestimmten Raumbereiche entspricht, einen Lichtauskopplungseffizienz-Gradienten aufweisen, so dass ein gleichmäßig ausgeleuchtetes 2D-Bild in der gesamten zugehörigen Eyebox erzeugt wird.

Insbesondere kann die Durchlassfilterschicht als eine Flüssigkristallschicht mit mindestens einem Polarisationsfilter zum Schalten von deren Flächensegmenten zwischen einem lichtdurchlassenden und einem lichtblockierenden Zustand ausgebildet sein. Insbesondere können dabei zwei Polarisationsfilter mit gekreuzten, beispielsweise zueinander orthogonalen, Polarisationsrichtungen zu beiden Seiten der Flüssigkristallschicht vorgesehen sein. Es kann aber auch ein einziger Polarisationsfilter am Ausgang der Flüssigkristallschicht ausreichen, falls das aus dem Waveguide ausgekoppelte Licht ausreichend polarisiert ist. Bei dieser oder jeder anderen spezifischen Ausgestaltung kann die Durchlassfilterschicht fest mit dem Waveguide verbunden sein. Dies kann insbesondere einen besonders platzsparenden und auch robusten Aufbau der Waveguide-Displayanordnung ergeben. Die Durchlassfilterschicht kann beispielsweise unmittelbar an die Lichtauskopplungsfläche angrenzen. Alternativ kann ein Luftspalt mit einer vorbestimmten Dicke von beispielsweise etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm zwischen der Durchlassfilterschicht und der Lichtauskopplungsfläche eingeschlossen sein.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Durchlassfilterschicht in einer Längsrichtung der Lichtauskopplungsfläche, die einer Horizontalrichtung der für die Augen des Benutzers vorbestimmten Raumbereiche (Eyeboxen) entspricht, in genau drei Flächensegmente unterteilt. Grundsätzlich können aber je nach der Geometrie der Blickfeldanzeigevorrichtung in einer konkreten Anwendung, beispielsweise bei einer bestimmten Fahrzeuggeometrie oder -Größe, auch genau zwei Flächensegmente ausreichend sein. Aus ähnlichen Gründen kann die Durchlassfilterschicht in der Längsrichtung der Lichtauskopplungsfläche auch in vier oder mehr Flächensegmente unterteilt sein. Für eine geeignete Wahl der Anzahl der Flächensegmente in einer spezifischen Anwendung gilt grundsätzlich die Anforderung, dass man die Flächensegmente so wählen muss, dass gewährleistet wird, dass zu keinem Zeitpunkt Bildinhalte, welche für das rechte Auge gedacht sind, das linke Auge erreichen, und umgekehrt.

Werden die 2D-Bilder für beide Augen nacheinander erzeugt und dabei aus nacheinander erzeugten Bildflächensegmenten mittels nacheinander geschalteter Flächensegmente aufgebaut, resultiert daraus eine maximale Schatfrequenz, mit der die einzelnen Schritte der Bildaufbausequenz durchlaufen werden und die nach der folgenden Formel abgeschätzt werden kann: fs=(frame_rate)*2*nB, wobei fs die Frequenz ist, mit der ein einzelnes Flächensegment geschaltet wird, (frame_rate) eine gewünschte Bildwiederholrate für ganze 2D-Bilder ist und nB für die Gesamtanzahl der schaltbaren Flächensegmente steht. Bei frame_rate = 60Hz und nB=3 ergibt sich für die Schaltfrequenz der einzelnen Flächensegmente der Durchlassfilterschicht bereits eine Schatfrequenz von 360Hz. Es kann also sinnvoll sein, nB möglichst klein zu wählen oder, wenn möglich, sich nicht widersprechende Kombinationen von Durchlassfilterflächen- und Bildflächensegmenten gleichzeitig anzuzeigen.

Insbesondere kann eine Länge der einzelnen Flächensegmente der Durchlassfilterschicht in der genannten Längsrichtung der Lichtauskopplungsfläche jeweils zwischen etwa 1 mm und etwa 80 mm, vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 60 mm, besonders bevorzugt zwischen etwa 3 mm und etwa 40 mm liegen; und/oder für alle Flächensegmente im Wesentlichen gleich sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine autostereoskopische 3D- Blickfeldanzeigevorrichtung vorgesehen, die insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet sein kann. Die genannte Blickfeldanzeigevorrichtung umfasst eine Waveguide-Displayanordnung der hierin dargelegten Art sowie eine zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe, insbesondere eine Frontscheibe des Fahrzeugs, die so im Blickfeld des Benutzers angeordnet und zum Reflektieren der von der Waveguide-Displayanordnung erzeugten Lichtstrahlenbündel zu seinen Augen ausgebildet ist, dass ein virtuelles 3D-Bild in seinem Blickfeld vor oder hinter der Reflexionsscheibe entsteht.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Waveguide-Displayanordnung der hierin dargelegten Art vorgesehen, wobei die Bilderzeugungseinheit und die Durchlassfilterschicht von deren Steuerungseinheit so angesteuert werden, dass jeweils nur eines oder eine Teilmenge der genannten

Flächensegmente auf Lichtdurchlass geschaltet sind und die Bilderzeugungseinheit synchron hierzu nur ein solches bzw. nur solche Bildflächensegment(e) des für ein Auge des Benutzers bestimmten 2D-Bilds erzeugt, dass die von der Durchlassfilterschicht durchgelassenen Lichtstrahlenbündel nicht einen für das jeweils andere Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) erreichen können, sondern nur in einen für das passende Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) gelangen, wobei das jeweilige 2D-Bild zeitlich sequenziell aus solchen Bildflächensegmenten aufgebaut wird.

Die für diese Ansteuerung der Waveguide-Displayanordnung erforderlichen Positionsdaten der beiden Augen des Benutzers können beispielsweise über Eyetracking erhalten werden. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten kamerabasierten Überwachungssystems implementiert sein. Daraus können insbesondere die für das jeweilige Auge des Benutzers bestimmten Raumbereiche (Eyeboxen) bestimmt werden.

Insbesondere können dabei die Bilderzeugungseinheit und die Durchlassfilterschicht von der Steuerungseinheit so angesteuert werden, dass zumindest zeitweise mehrere der genannten Flächensegmente der Durchlassfilterschicht gleichzeitig auf Lichtdurchlass geschaltet sind, während in der Bilderzeugungseinheit synchron hierzu nur solche Bildflächensegmente der jeweiligen 2D-Bilder erzeugt werden, dass die von der Durchlassfilterschicht durchgelassenen Lichtstrahlenbündel nicht die für das jeweils andere Auge des Benutzers vorbestimmte Eyebox erreichen können, sondern nur in die für das passende Auge des Benutzers vorbestimmte Eyebox gelangen. Auf diese Weise kann insbesondere die weiter oben genannte Schaltfrequenz der einzelnen Flächensegmente reduziert werden.

Alternativ oder zusätzlich können die Bilderzeugungseinheit und die Durchlassfilterschicht von der Steuerungseinheit so angesteuert werden, dass das fürs linke Auge des Benutzers bestimmte 2D-Bild und das fürs rechte Auge des Benutzers bestimmte 2D-Bild zeitlich abwechselnd, insbesondere durch einen abwechselnden vollständigen Aufbau des jeweiligen 2D-B ilds, erzeugt werden oder zumindest teilweise gleichzeitig, insbesondere durch gleichzeitiges Schalten verschiedener Flächensegmente der Durchlassfilterschicht auf Lichtdurchlass, erzeugt werden.

Auch hierdurch kann insbesondere die weiter oben genannte Schaltfrequenz der einzelnen Flächensegmente reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst eine Frontscheibe und eine darunter angeordnete Instrumententafel. Ferner umfasst das Fahrzeug eine autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung der hierin dargelegten Art, deren Reflexionsscheibe durch die Frontscheibe oder eine fahrzeuginnenseitig davor angeordnete Combinerscheibe gebildet ist und deren Waveguide- Displayanordnung in der Instrumententafel so angeordnet ist, dass die von der Waveguide-Displayanordnung erzeugten Lichtstrahlenbündel auf die Reflexionsscheibe geworfen und von dieser zu den Augen eines Fahrzeuginsassen reflektiert werden, wodurch ein virtuelles 3D-Bild in seinem Blickfeld vor oder hinter der Reflexionsscheibe entsteht. Insbesondere kann dabei die Steuerungseinheit der Waveguide-Displayanordnung zum Durchführen eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind aus Gründen anschaulicher Darstellung zumindest teilweise rein schematisch gehalten: Sie sind daher generell nicht als maßstabsgetreu zu verstehen. Es zeigen:

Figur 1 eine seitliche Schnittansicht einer Waveguide-Displayanordnung der hierin dargelegten Art; Figur 2a die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung gemäß Fig. 1 bei einem ersten Schritt einer dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für ein rechtes Auge eines Benutzers;

Figur 2b die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung gemäß Fig. 1 bei einem zweiten Schritt der dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für das rechte Auge des Benutzers; und

Figur 2c die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung gemäß Fig. 1 bei einem dritten Schritt der dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für das rechte Auge des Benutzers.

Beschreibung von Ausführungsformen

Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Waveguide-Displayanordnung, der Blickfeldanzeigevorrichtung, des Verfahrens und des Fahrzeugs gemäß den obigen Aspekten der Erfindung können bei den in den Figuren 1 bis 2c gezeigten Beispielen implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in den Fig. 1 -2c gezeigt sind.

Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen seitlichen Schnittansicht ein Beispiel einer Waveguide-Displayanordnung 1 einer autostereoskopischen 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung 10 der hierin dargelegten Art. Bei der Blickfeldanzeigevorrichtung 10 kann es sich insbesondere um ein Head-up- Display (HUD) zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug handeln.

Die Waveguide-Displayanordnung 1 umfasst einen flächigen, in diesem Beispiel planaren Waveguide 2 mit einer in dessen Flächenseite 3 (die in den Figuren nur symbolisch gekennzeichnet ist und tatsächlich einer Oberfläche des Waveguides entspricht) ausgebildeten Lichtauskopplungsfläche 4 für Licht, das seitlich, in diesem Beispiel an einer linken Stirnseite 8 des Waveguides 2, in den Waveguide 2 beim Betrieb der Waveguide-Displayanordnung 1 eingekoppelt wird. (In Fig. 1 bis 2c ist die Lichtauskopplungsfläche 4 lediglich zu deren besserer Erkennbarkeit als ein schematisch separat eingezeichnetes rechteckiges Lichtauskopplungselement angedeutet.) Ferner umfasst die Waveguide-Displayanordnung 1 eine Durchlassfilterschicht 6, die die Lichtauskopplungsfläche 4 vollständig überdeckt und unmittelbar an die Lichtauskopplungsfläche 4 angrenzen kann.

Die Durchlassfilterschicht 6 ist im Strahlengang des aus der Lichtauskopplungsfläche 4 ausgekoppelten Lichts L in diesem Beispiel in genau drei unabhängig voneinander auf Lichtdurchlass schaltbare Flächensegmente 61 , 62 und 63 unterteilt. Wie weiter oben beschrieben, ist diese Unterteilung in drei Flächensegmente nur als ein Ausführungsbeispiel zu betrachten, das sich für eine typische Kraftfahrzeuggeometrie gut bewährt hat.

Je nach Fahrzeuggeometrie können es mehr oder weniger Flächensegmente als in Fig. 1 und 2a-2c sein. Grundsätzlich gilt nur, dass man die Flächensegmente so wählen muss, dass gewährleistet wird, dass zu keinem Zeitpunkt Bildinhalte, welche zur autostereoskopischen 3D-Bilddarstellung für das rechte Auge A1 eines Benutzers bestimmt sind, sein linkes Auge A2 erreichen, wie auch umgekehrt. Die Durchlassfilterschicht 6 ist in diesem Beispiel als eine Flüssigkristallschicht mit einem Polarisationsfilter zum Schalten von deren Flächensegmenten 61 , 62 und 63 jeweils zwischen einem lichtdurchlassenden und einem lichtblockierenden Zustand ausgebildet. Dabei sind die einzelnen Flächensegmente 61 , 62 und 63 makroskopisch und haben in einer Längsrichtung X der Lichtauskopplungsfläche 4, die einer Horizontalrichtung der für die Augen A1 , A2 des Benutzers vorbestimmten Eyeboxen entspricht, rein beispielhaft ein untereinander gleiche Länge D im Bereich 3mm<D<40mm.

Die Waveguide-Displayanordnung 1 umfasst ferner eine Bilderzeugungseinheit 7, die zur Erzeugung von zwei verschiedenen 2D-Bildern, die jeweils nur für ein Auge des Benutzers zur autostereoskopischen 3D-Darstellung bestimmt sind, ausgebildet ist. Die Bilderzeugungseinheit 7 ist dabei zur Einkopplung dieser 2D-Bilder in den Waveguide 2 in Form kollimierter Lichtstrahlenbündel ausgebildet, deren Ausbreitungsrichtungen den einzelnen Bildpunkten entsprechen.

Des Weiteren umfasst die Waveguide-Displayanordnung 1 eine Steuerungseinheit 9, die dazu eingerichtet ist, die Bilderzeugungseinheit 7 und die Durchlassfilterschicht 6 so anzusteuern, dass jeweils nur eines oder eine Teilmenge der Flächensegmente 61 , 62, 63 auf Lichtdurchlass geschaltet sind und die Bilderzeugungseinheit 7 synchron hierzu nur ein solches bzw. solche Bildflächensegment(e) des für ein Auge des Benutzers bestimmten 2D-Bilds erzeugt, dass die von der Durchlassfilterschicht 6 durchgelassenen Lichtstrahlenbündel nicht einen für das jeweils andere Auge des Benutzers vorbestimmten Raumbereich (Eyebox) erreichen können.

Ein entsprechendes Beispiel für ein Betriebsverfahren der hierin dargelegten Art, das in der Waveguide-Displayanordnung 1 gemäß Fig. 1 von deren Steuerungseinheit 9 ausgeführt werden kann, wird nachfolgend anhand der Figuren 2a bis 2c beschrieben. Dabei sind nur die weiter oben erwähnten Flächensegmente 61 , 62, 63 der Durchlassfilterschicht 6 eingezeichnet und für den vorliegenden Kontext relevant, die im Strahlengang des über die Lichtauskopplungsfläche 4 des Waveguides 2 ausgekoppelten Lichts L angeordnet sind und diese dadurch überdecken. Die autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung 10 der hierin dargelegten Art umfasst zusätzlich zu der Waveguide-Displayanordnung 1 eine in Fig. 1 aus Darstellungsgründen nicht eingezeichnete, zumindest teilweise transparente Reflexionsscheibe. Diese ist im Strahlengang des von der Waveguide-Displayanordnung 1 erzeugten Lichts L im Blickfeld des Benutzers so anzuordnen, dass es zu den Augen A1 bzw. A2 des Benutzers reflektiert wird, so dass ein virtuelles 3D-Bild (nicht dargestellt) in seinem Blickfeld vor oder hinter der Reflexionsscheibe entsteht. Die genannte Reflexionsscheibe kann beispielsweise durch eine Frontscheibe des Fahrzeugs gebildet sein.

Figur 2a zeigt die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung gemäß Fig. 1 bei einem ersten Schritt einer dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für ein rechtes Auge A1 eines Benutzers. Bei diesem ersten Schritt ist nur das erste (in Fig. 2a rechte) Flächensegment 61 der Durchlassfilterschicht 6 auf Lichtdurchlass geschaltet, während die beiden übrigen Flächensegmente 62 und 63 in deren lichtblockierendem Zustand (schraffiert dargestellt) sind und das in dem dahinter liegenden Teil der Lichtauskopplungsfläche 4 ausgekoppelte Licht nicht durchlassen. Synchron dazu beschränkt sich der Bildinhalt, der in der Bilderzeugungseinheit 7 erzeugt wird, nur auf das rechte äußere Drittel des 2D-Bildes für das rechte Auge A1 des Benutzers. Als Ergebnis erreichen nur diejenigen Lichtstrahlenbündel L das rechte Auge A1 , die über das erste Flächensegment 61 hindurchtreten. Diese Lichtstrahlenbündel können dabei nicht zu dem linken Auge A2 des Benutzers gelangen. Der für diese Bedingung kritische Strahl L1 (gestrichelt dargestellt) am Rand des in Fig. 2a erzeugten Bildflächensegments wird am linken Rand des aktiven Flächensegments 61 durchgelassen.

Figur 2b zeigt die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung 1 gemäß Fig. 1 bei einem auf den ersten Schritt der Fig. 2a folgenden zweiten Schritt der dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für das rechte Auge A1 des Benutzers. Nun ist allein das mittlere Flächensegment 62 der Durchlassfilterschicht 6 auf Lichtdurchlass geschaltet, während die beiden übrigen Flächensegmente 61 und 63 in deren lichtblockierendem Zustand (schraffiert dargestellt) sind und das in dem dahinter liegenden Teil der Lichtauskopplungsfläche 4 ausgekoppelte Licht nicht durchlassen. Synchron dazu beschränkt sich der Bildinhalt, der in der Bilderzeugungseinheit 7 erzeugt wird, nun nur auf ein mittleres Drittel des 2D-Bildes für das rechte Auge A1 des Benutzers. Als Ergebnis erreichen nur diejenigen Lichtstrahlenbündel L das rechte Auge A1 , die über das zweite Flächensegment 62 hindurchtreten. Wieder können diese Lichtstrahlenbündel, deren kritischer Lichtstrahl L2 gestrichelt eingezeichnet ist, nicht zu dem linken Auge A2 des Benutzers gelangen.

Figur 2c zeigt die seitliche Schnittansicht der Waveguide-Displayanordnung 1 gemäß Fig. 1 bei einem auf den zweiten Schritt der Fig. 2b folgenden dritten Schritt der dreistufigen Bildaufbausequenz für das 2D-Bild für das rechte Auge A1 des Benutzers. Nun ist nur noch das linke Flächensegment 63 der Durchlassfilterschicht 6 auf Lichtdurchlass geschaltet, während die beiden übrigen Flächensegmente 61 und 62 in deren lichtblockierendem Zustand (schraffiert dargestellt) sind und das in dem dahinter liegenden Teil der Lichtauskopplungsfläche 4 ausgekoppelte Licht nicht durchlassen. Synchron dazu beschränkt sich der Bildinhalt, der in der Bilderzeugungseinheit 7 erzeugt wird, allein auf ein linkes Drittel des 2D-Bildes für das rechte Auge A1 des Benutzers. Als Ergebnis erreichen nur diejenigen Lichtstrahlenbündel L das rechte Auge A1 , die über das dritte Flächensegment 63 hindurchtreten. Auch diese Lichtstrahlenbündel, deren kritischer Lichtstrahl L3 gestrichelt eingezeichnet ist, können nicht zu dem linken Auge A2 des Benutzers gelangen.

Nach Durchlaufen der beschriebenen 3-stufigen Sequenz hat das rechte Auge A1 des Benutzers die gesamte Bildinformation des für dieses Auge bestimmten 2D-Bilds erhalten. Gleichzeitig wurde verhindert, dass das linke Auge A2 Teile dieses 2D-Bildes sehen kann. Für das linke Auge A2 kann in diesem Beispiel danach in ähnlicher Weise eine 3-stufige Bildaufbausequenz mit entsprechenden Bildinhalten und aktiven Flächensegmenten ablaufen.

Bezugszeichenliste

1 Waveguide-Displayanordnung

10 autostereoskopische 3D-Blickfeldanzeigevorrichtung

2 planarer Waveguide

3 Flächenseite des Waveguides

4 Lichtauskopplungsfläche

6 Durchlassfilterschicht

61 , 62, 63 Flächensegmente der Durchlassfilterschicht

7 Bilderzeugungseinheit

8 Stirnseite des Waveguides

9 Steuerungseinheit

L über die Lichtauskopplungsfläche ausgekoppeltes Licht

L1 , L2, L3 kritische Strahlen beim sequenziellen 2D-Bildaufbau für das rechte

Auge

A1 , A2 das rechte/linke Auge des Benutzers, d. h. Betrachters des virtuellen 3D-Bilds

X Längsrichtung der Lichtauskopplungsfläche

D Länge des Flächensegments