WO2008052730A1 - Vehicle display system or projection display for a motor vehicle, and calibration method - Google Patents
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Definitions
- Vehicle display system or projection display for a motor vehicle Vehicle display system or projection display for a motor vehicle
- the invention relates to a vehicle display system or a projection display for a motor vehicle, which is designed as a so-called head-up display. Its task is the overlapping representation of information in the perceived by the windscreen outside scenery by reflecting into the field of vision of the driver using a partially transparent optical element. This element can be designed separately or its function is integrated into the windscreen. In addition to the utilization of the ever-present "natural" partial reflection on a glass surface, the partial finishing of the pane with a reflective coating coordinated with a polarization plane can be considered.
- the present invention describes a vehicle display system and a method and a method by means of which the distortions can be self-calibrating reduced or completely eliminated and wherein
- a camera device can be arranged at a different location than in the area of a user or a viewer.
- the object is achieved in particular by a vehicle display system with a display device and with an optical system for generating a user-virtual image, wherein the vehicle display system comprises a detection means for detecting a distortion characteristic of the optical system, wherein the calibration light received by the detection means with respect to the propagation path of the display device is provided in the direction of the user propagating light at least partially extending in the opposite direction.
- the detection means need not be arranged in the immediate vicinity of the viewer of the display system or in particular in the immediate vicinity of the viewer's head.
- distortions that correspond to the distortion characteristic of the optical system of the vehicle display system are detected by the detection means, so that subsequently self-calibrating a reduction of these distortions or their elimination is possible.
- a test signal pattern having a predetermined setpoint geometry is displayed on a target surface, in particular exclusively during the calibration process, introduced into the beam path extending between the windshield and the driver.
- the detection means in particular a camera, records this presentation and forwards it to a control unit in which correction parameters are determined on the basis of the deviations of the recorded actual geometry from the desired geometry of the test signal pattern, which are applied to the image-forming element or to other optical elements of the projection system or of the optical system can act.
- the detection means is provided in the region of the display device or if the calibration light is provided running substantially opposite to the entire propagation curve of the light propagating from the display device towards the user.
- the detection means or the camera advantageously takes the image of the test signal pattern close to the image-generating element, ie on the display device, so that this test signal pattern before recording as many, ideally all, optical Elements of the projection system has happened and thus all possible image distortion causes are included.
- a deflection device and / or a beam-splitting device is provided for deflecting or splitting the calibration light, wherein the deflection device or the beam splitting device is provided in particular as a movable mirror / folding mirror and / or as a dichroic beam splitter.
- the deflection device or the beam splitting device is provided in particular as a movable mirror / folding mirror and / or as a dichroic beam splitter.
- the spectral assignment of the test signal pattern ie the calibration light, then takes place to a region predominantly outside the visible light.
- This makes it possible to carry out a coupling of the camera into the beam path or coupling of the calibration light out of the beam path of the projection system that is necessary for the measuring process and that is effective only for precisely this spectral range.
- a non-mechanical element can advantageously be used for coupling, for example a dichroic beam splitter.
- this does not constitute a performance-reducing impairment and avoids possible disadvantages of a fault-tolerant, mechanically operating element, such as a folding mirror.
- a conventional beam splitter can also be used.
- a folding mirror can be used in the event that only the beam path of the vehicle display system in the sense of calibration light is tested, ie opposite to normal operation;
- a light source for example from the view of a viewer, necessary.
- the vehicle display system has a calibration object, wherein the calibration object is preferably movably provided in an area between the windshield of the motor vehicle and the user, in particular provided hinged, and in particular a target surface of the calibration object is permanently visible or reflective is trained.
- the calibration object is also referred to as the target surface in the context of the present invention.
- the target surface can be provided as an external measuring device to be used as needed, which is introduced, for example, into the vehicle during a workshop visit.
- the target surface can be structurally integrated in the motor vehicle and there preferably in the dashboard, in order to be reversibly brought in the translational or rotary movement from the non-use position to the measuring position, whereby a fully automatic calibration regardless of external conditions, such as workshop stay, is possible.
- the test signal pattern presented on the target surface is an invariable component of the target surface, which can be permanently visible (printing, engraving) or becomes visible in a special spectral range (IR, UV), if necessary with separate illumination.
- the lighting conditional light can be guided along the projection system and the light source can be arranged close to the camera.
- the target surface is preferably designed as a retro-reflector.
- the target surface is designed as a mirror surface which reflects the test signal pattern generated by the image-generating element in this case.
- the result is an increased accuracy for the calibration process, since in this embodiment, a double pass of the test signal pattern takes place through the projection system, whereby the errors emerge stronger.
- the drive unit of the placement mechanism of the target surface which can preferably be set up by rotational movement, can be kept controllable in order to adjust the mirror surface to an optimum position for the desired reflection.
- the vehicle display system as a whole or at least a part of the vehicle display system is provided adaptable to different viewing positions of a user. This makes it possible that the function of the vehicle display system can be optimally adapted to the different needs of different users. In particular, the visibility of the information displayed on the vehicle display system is equally good for different sized users of the system.
- the detection means is provided for detecting the viewing position of the user.
- the detection means is provided for detecting the viewing position of the user.
- the determination of the head position or eye position of the user according to the invention can be done either passive or active.
- a passive determination of the head position is for example possible by the image supplied by the detection device or the camera image is searched for the relative position or position of a pattern, the geometry and contrast as a part of the user's face, in particular as an eye , is identified.
- the head position it is also possible according to the invention for the head position to be determined actively, for example by illuminating the viewer or the driver by an IR light source, which is easily detectable on the image recorded by the camera , caused by the eye light reflexes causes.
- an alternative use of the camera as a means of observation of the driver can furthermore be provided.
- the occurrence of signs of fatigue for example, in the case of a target surface not inserted into the beam path slowed eye blink or characteristic eye movements, detectable by the camera.
- visual warnings can then be generated by the imaging element and thus given to the driver for information.
- Another object of the present invention is a method for calibrating a vehicle display system according to the invention, wherein at least temporarily the calibration object is brought into an area between the windshield of the motor vehicle and the user.
- a further subject of the present invention is a method for operating a vehicle display system according to the invention, wherein the eye position of the user is detected by means of the detection means.
- FIG. 1 shows schematically a representation of a vehicle display system according to the invention.
- FIG. 1 schematically shows an embodiment of a projection system 10 according to the invention or a vehicle display system 10 in the form of a sectional view during the measurement phase required for the calibration.
- the vehicle display system 10 comprises a display device 30, an optical system 40, a control unit 52 and a detection device 50, wherein the detection device 50 is designed in particular as a camera.
- a light source (not shown) for illuminating the display device 30 is provided according to the invention.
- a light-emitting diode high-power light-emitting diode
- a plurality of light-emitting diodes diode array or diode array
- the light source 20 may either be part of the vehicle display system 10 or may be separate therefrom.
- First, information of the display device 30 carrying and containing light is radiated according to a first direction 41.
- the light emitted according to the first direction 41 or propagating in the first direction 41 is deflected by the optical system 40 in accordance with the invention in particular several times.
- a first deflecting mirror 45 is provided, which deflects the light arriving in the first direction 41 in a second direction 42.
- the light propagating in the second direction 42 is in turn reflected by a second deflecting mirror 47 and deflected in a third direction 43.
- the light propagating in the third direction 43 is again reflected by a windshield 48 and deflected in a fourth direction 44.
- the fourth direction 44 is directed toward the eye of the observer 60.
- a target surface 61 or a calibration object 61 protrudes into the beam path in an upright position, so that a test signal pattern-which is either on the calibration object 61 (for example, firmly printed or embossed) or projected onto the calibration object 61-after forwarding (FIG. opposite to the respective propagation directions 41, 42, 43, 44 of the light of the display device 30) intended for a user of the vehicle display system via a plurality of mirror surfaces or mirrors from the camera 50 as calibration light can be included.
- the calibration object 61 according to the invention in particular according to the arrow 65 can be folded down or otherwise removed from the beam path.
- a deflection device 51 or a beam splitting device 51 which performs a deflection or beam splitting.
- a dichroic beam splitter or dichroic mirror is provided as deflecting device 51 or as beam splitting device 51.
- a wavelength different from visible light is used for the calibration light, so that, on the one hand, it is possible to calibrate during normal display operation and, on the other hand, lower losses occur at the deflection device 51.
- a control unit 52 takes in the embodiment shown in this figure exclusively influence on the image-forming element 30.
- the control unit 52 may also be provided according to the invention (not shown ) that the control unit 52 performs the error correction or the calibration by influencing a controllable variable characteristic of an element of the optical system 40.
- controllably variable influencing the surface contour of such an element of the optical system 40 such as a mirror surface and / or a lens surface, as is known in principle from the telescope production in astronomy;
- this alternative does not have to relate exclusively to a surface influence of the element in the optical system, but may also relate, for example, to its transmission characteristic.
- the influence of the control unit 52 may also be provided both on the image-forming element 30 and the display device 30, as well as on a controllably variable characteristic of an element of the optical system 40.
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Abstract
Description
Fahrzeuganzeigesystem bzw. Projektionsdisplay für ein Kraftfahrzeug und Vehicle display system or projection display for a motor vehicle and
Verfahren zur KalibrierungProcedure for calibration
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuganzeigesystem bzw. ein Projektionsdisplay für ein Kraftfahrzeug, welches als sogenanntes Head-up-Display ausgebildet ist. Seine Aufgabe ist die überlagernde Darstellung von Informationen in der durch die Frontscheibe wahrgenommenen Außen-Szenerie durch Einspiegeln in das Blickfeld des Fahrers mithilfe eines teildurchlässigen optischen Elementes. Dabei kann dieses Element separat ausgeführt sein oder seine Funktion wird in die Frontscheibe integriert. Neben der Ausnutzung der stets vorhandenen "natürlichen" Teilreflektion an einer Glasfläche kommt dafür etwa die partielle Ausrüstung der Scheibe mit einer, auf eine Polarisationsebene abgestimmten, reflektierenden Beschichtung in Frage.The invention relates to a vehicle display system or a projection display for a motor vehicle, which is designed as a so-called head-up display. Its task is the overlapping representation of information in the perceived by the windscreen outside scenery by reflecting into the field of vision of the driver using a partially transparent optical element. This element can be designed separately or its function is integrated into the windscreen. In addition to the utilization of the ever-present "natural" partial reflection on a glass surface, the partial finishing of the pane with a reflective coating coordinated with a polarization plane can be considered.
Hierbei entsteht jedoch das Problem von durch fertigungs- oder montagebedingten Toleranzen hervorgerufenen Bildverzerrungen, welche im Gegensatz zur vorbestimmten Form (Krümmung) der Frontscheibe nicht bereits beim Entwurf des Displays berücksichtigt werden können. Mit steigendem Detailreichtum der Informationsdarstellung wächst also der Bedarf, diese störenden Bildverzerrungen zu beseitigen. Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur verzerrungsfreien Darstellung von aus computergenerierten Bildpunkten zusammengesetzten und an einer nichtebenen Reflexionsfläche, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, reflektierten Bildelementen ist bereits aus der Druckschrift DE 100 46 019 A1 bekannt. Nachteilig hieran ist, dass in ungünstiger Weise eine Kameraeinrichtung im Bereich des Betrachters bzw. Benutzers einer solchen Anzeigevorrichtung angeordnet sein muss.In this case, however, there arises the problem of image distortions caused by manufacturing or assembly-related tolerances, which, in contrast to the predetermined shape (curvature) of the windshield, can not already be taken into account in the design of the display. With increasing detail of the information presentation so the need to eliminate these disturbing image distortions. A method and a device for the distortion-free presentation of image elements composed of computer-generated pixels and reflected on a non-planar reflection surface, in particular a windshield of a vehicle, are already known from the publication DE 100 46 019 A1. The disadvantage of this is that unfavorably a camera device must be arranged in the area of the viewer or user of such a display device.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Fahrzeuganzeigesystem mit Kalibriermöglichkeit zu schaffen, wobei weitestgehend Einschränkungen bzw. Komfortbeeinträchtigungen im Bereich eines Benutzers bzw. Betrachters vermieden werden.It is therefore an object of the present invention to provide an improved vehicle display system with a calibration possibility, wherein as far as possible restrictions or comfort impairments in the area of a user or observer are avoided.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Fahrzeuganzeigesystem bzw. eine Vorrichtung sowie ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Verzerrungen selbstkalibrierend vermindert oder ganz beseitigt werden können und wobei insbesondere eine Kameraeinrichtung an einer anderen Stelle als im Bereich eines Benutzers bzw. eines Betrachters angeordnet sein kann. Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Fahrzeuganzeigesystem mit einer Anzeigeeinrichtung und mit einem optischen System zur Erzeugung eines für einen Benutzer virtuellen Bildes gelöst, wobei das Fahrzeuganzeigesystem ein Detektionsmittel zur Detektion einer Verzerrungscharakteristik des optischen Systems aufweist, wobei von dem Detektionsmittel aufgenommenes Kalibrierlicht gegenüber dem Ausbreitungsverlauf des von der Anzeigeeinrichtung in Richtung zum Benutzer hin sich ausbreitenden Lichts zumindest teilweise in entgegengesetzter Richtung verlaufend vorgesehen ist. Hierdurch wird in vorteilhafter weise gewährleistet, dass das Detektionsmittel nicht in unmittelbarer Nähe zum Betrachter des Anzeigesystems bzw. insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Kopf des Betrachters angeordnet sein muss. Erfindungsgemäß werden Verzerrungen, die der Verzerrungscharakteristik des optischen Systems des Fahrzeuganzeigesystems entsprechen, durch die Detektionsmittel erfasst, so dass anschließend selbstkalibrierend eine Verminderung dieser Verzerrungen bzw. deren Beseitigung möglich ist. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein Testsignalmuster mit vorgegebener Sollgeometrie auf einer - insbesondere ausschließlich während des Kalibriervorgangs - in den zwischen Frontscheibe und Fahrer verlaufenden Strahlengang eingebrachten Zielfläche zur Darstellung gebracht. Das Detektionsmittel, insbesondere eine Kamera, nimmt diese Darstellung auf und leitet sie an eine Kontrolleinheit weiter, in der anhand der Abweichungen der aufgenommenen Istgeometrie von der Sollgeometrie des Testsignalmusters Korrekturparameter ermittelt werden, die auf das bilderzeugende Element oder auf andere optische Elemente des Projektionssystems bzw. des optischen Systems einwirken können.The present invention describes a vehicle display system and a method and a method by means of which the distortions can be self-calibrating reduced or completely eliminated and wherein In particular, a camera device can be arranged at a different location than in the area of a user or a viewer. The object is achieved in particular by a vehicle display system with a display device and with an optical system for generating a user-virtual image, wherein the vehicle display system comprises a detection means for detecting a distortion characteristic of the optical system, wherein the calibration light received by the detection means with respect to the propagation path of the display device is provided in the direction of the user propagating light at least partially extending in the opposite direction. As a result, it is advantageously ensured that the detection means need not be arranged in the immediate vicinity of the viewer of the display system or in particular in the immediate vicinity of the viewer's head. According to the invention, distortions that correspond to the distortion characteristic of the optical system of the vehicle display system are detected by the detection means, so that subsequently self-calibrating a reduction of these distortions or their elimination is possible. For this purpose, for example, a test signal pattern having a predetermined setpoint geometry is displayed on a target surface, in particular exclusively during the calibration process, introduced into the beam path extending between the windshield and the driver. The detection means, in particular a camera, records this presentation and forwards it to a control unit in which correction parameters are determined on the basis of the deviations of the recorded actual geometry from the desired geometry of the test signal pattern, which are applied to the image-forming element or to other optical elements of the projection system or of the optical system can act.
Bevorzugt ist es erfindungsgemäß insbesondere, wenn das Detektionsmittel im Bereich der Anzeigeeinrichtung angeordnet vorgesehen ist bzw. wenn das Kalibrierlicht im wesentlichen entgegengesetzt des gesamten Ausbreitungsverlaufs des von der Anzeigeeinrichtung in Richtung zum Benutzer hin sich ausbreitenden Lichts verlaufend vorgesehen ist. Hierdurch nimmt das Detektionsmittel bzw. die Kamera in vorteilhafter Weise das Abbild des Testsignalmusters nahe am bilderzeugenden Element, d.h. an der Anzeigeeinrichtung auf, damit dieses Testsignalmuster vor der Aufnahme möglichst viele, idealerweise alle, optischen Elemente des Projektionssystems passiert hat und somit sämtliche möglichen Bildverzerrungsursachen mit einbezogen sind. In anderen Worten geht es darum, sämtliche Einflussorte längs des optischen Weges zwischen bilderzeugendem Element und Fahrerwahrnehmung (vom Kalibierlicht) zu durchlaufen, was erfindungsgemäß entgegen der im regulären Projektionsbetrieb vorhandenen Durchlaufrichtung erfolgt, d.h. der Ausbreitungsrichtung des von der Anzeigeeinrichtung zum Betrachter hin sich ausbreitenden Lichts entgegengesetzt ist.According to the invention, it is preferred in particular if the detection means is provided in the region of the display device or if the calibration light is provided running substantially opposite to the entire propagation curve of the light propagating from the display device towards the user. As a result, the detection means or the camera advantageously takes the image of the test signal pattern close to the image-generating element, ie on the display device, so that this test signal pattern before recording as many, ideally all, optical Elements of the projection system has happened and thus all possible image distortion causes are included. In other words, it is a matter of traversing all the influencing locations along the optical path between the image-generating element and the driver's perception (of the calibration light), which according to the invention occurs counter to the passage direction present in the regular projection mode, ie opposite to the propagation direction of the light propagating from the display device to the viewer is.
Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass eine Umlenkeinrichtung und/oder eine Strahlteilungseinrichtung zur Umlenkung bzw. zur Strahlteilung des Kalibrierlichts vorgesehen ist, wobei die Umlenkeinrichtung bzw. die Strahlteilungsvorrichtung insbesondere als beweglicher Spiegel/Klappspiegel und/oder als dichroitischer Strahlteiler vorgesehen ist. Hierdurch kann in besonders einfacher und platzsparender Weise eine kompakte Anordnung und eine besonders gut Kalibrierung durch ein in besonderer räumlicher Nähe zur Anzeigeeinrichtung befindliches Detektionsmittel erzielt werden. Die Umlenkung bzw. Strahlteilung des Kalibrierlichts kann erfindungsgemäß derart vorgesehen sein, dass ein Strahlteiler, insbesondere ein dichroitischer Strahlteiler, vorgesehen ist und das Kalibrierlicht in einem vom sichtbaren Spektralbereich verschiedenen Spektralbereich aufweist. Die Spektralzuordnung des Testsignalmusters, d.h. des Kalibrierlichts, erfolgt dann zu einem Bereich schwerpunktmäßig außerhalb des sichtbaren Lichtes. Dies ermöglichst es, eine für den Messvorgang notwendige Einkopplung der Kamera in den Strahlengang bzw. Auskopplung des Kalibrierlichts aus dem Strahlengang des Projektionssystems vorzunehmen, die nur für genau diesen Spektralbereich wirksam wird. Auf diese Weise kann zum Einkoppeln vorteilhaft ein nicht-mechanisches Element Verwendung finden, zum Beispiel ein dichroitischer Strahlteiler. Dieser stellt für den regulären Betrieb des Projektionssystems im Bereich des sichtbaren Lichtes keine leistungsmindernde Beeinträchtigung dar und vermeidet mögliche Nachteile eines fehlerträchtigen, mechanisch arbeitenden Elementes, wie etwa ein Klappspiegel. Ferner kann auch ein herkömmlicher Strahlteiler Verwendung finden. Weiterhin kann auch ein Klappspiegel für den Fall Verwendung finden, dass lediglich der Strahlengang des Fahrzeuganzeigesystems im Sinne des Kalibrierlichts ausgetestet wird, d.h. entgegengesetzt zum normalen Betrieb; hierzu ist eine Lichtquelle, beispielsweise aus der Blickrichtung eines Betrachters, notwendig. Erfindungsgemäß ist es ferner bevorzugt, dass das Fahrzeuganzeigesystem ein Kalibrierobjekt aufweist, wobei das Kalibrierobjekt bevorzugt bewegbar in einen Bereich zwischen der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs und den Benutzer vorgesehen ist, insbesondere klappbar vorgesehen ist, und wobei insbesondere eine Zielfläche des Kalibrierobjekts permanent sichtbar ist oder aber reflektierend ausgebildet ist. Das Kalibrierobjekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Zielfläche bezeichnet. Dabei kann die Zielfläche als bedarfsweise heranzuziehendes externes Messmittel vorgesehen sein, die beispielsweise bei einem Werkstattaufenthalt in das Fahrzeug eingebracht wird. Ebenso kann die Zielfläche im Kraftfahrzeug und dort bevorzugt im Armaturenbrett baulich integriert sein, um dann in translatorischer oder rotatorischer Bewegung reversibel aus der Nichtgebrauchsposition in die Messposition gebracht zu werden, wodurch eine vollautomatische Kalibrierung unabhängig von äußeren Gegebenheiten, wie Werkstattaufenthalt, ermöglicht wird. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist das auf der Zielfläche zur Darstellung gebrachte Testsignalmuster ein unveränderlicher Bestandteil der Zielfläche, welches permanent sichtbar sein kann (Bedruckung, Gravur) oder in einem speziellen Spektralbereich (IR, UV), ggf. bei gesonderter Beleuchtung, sichtbar wird. Dabei kann das die Beleuchtung bedingende Licht längs des Projektionssystems geführt und die Lichtquelle nahe der Kamera angeordnet sein. Für diesen Fall ist die Zielfläche bevorzugt als Retro- reflektor ausgebildet. In einer weiterhin bevorzugten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Zielfläche als Spiegelfläche ausgebildet, die das für diesen Fall von dem bilderzeugenden Element erzeugte Testsignalmuster reflektiert. Es ergibt sich eine erhöhte Genauigkeit für den Kalibrierungsvorgang, da in dieser Ausführungsform ein zweifacher Durchlauf des Testsignalmusters durch das Projektionssystem stattfindet, wodurch die Fehler stärker hervortreten. Für den Fall einer vollautomatischen Kalibrierung kann die Antriebseinheit der Aufstellmechanik der bevorzugt durch Rotationsbewegung aufstellbaren Zielfläche regelbar gehalten sein, um die Spiegelfläche in eine für die angestrebte Reflektion optimale Lage zu justieren.According to the invention, it is further preferred that a deflection device and / or a beam-splitting device is provided for deflecting or splitting the calibration light, wherein the deflection device or the beam splitting device is provided in particular as a movable mirror / folding mirror and / or as a dichroic beam splitter. In this way, in a particularly simple and space-saving manner, a compact arrangement and a particularly good calibration can be achieved by means of a detection means located in a special spatial proximity to the display device. The deflection or beam splitting of the calibration light can be inventively provided such that a beam splitter, in particular a dichroic beam splitter, is provided and has the calibration light in a different spectral range from the visible spectral range. The spectral assignment of the test signal pattern, ie the calibration light, then takes place to a region predominantly outside the visible light. This makes it possible to carry out a coupling of the camera into the beam path or coupling of the calibration light out of the beam path of the projection system that is necessary for the measuring process and that is effective only for precisely this spectral range. In this way, a non-mechanical element can advantageously be used for coupling, for example a dichroic beam splitter. For the regular operation of the projection system in the area of visible light, this does not constitute a performance-reducing impairment and avoids possible disadvantages of a fault-tolerant, mechanically operating element, such as a folding mirror. Furthermore, a conventional beam splitter can also be used. Furthermore, a folding mirror can be used in the event that only the beam path of the vehicle display system in the sense of calibration light is tested, ie opposite to normal operation; For this purpose, a light source, for example from the view of a viewer, necessary. According to the invention, it is further preferred that the vehicle display system has a calibration object, wherein the calibration object is preferably movably provided in an area between the windshield of the motor vehicle and the user, in particular provided hinged, and in particular a target surface of the calibration object is permanently visible or reflective is trained. The calibration object is also referred to as the target surface in the context of the present invention. In this case, the target surface can be provided as an external measuring device to be used as needed, which is introduced, for example, into the vehicle during a workshop visit. Likewise, the target surface can be structurally integrated in the motor vehicle and there preferably in the dashboard, in order to be reversibly brought in the translational or rotary movement from the non-use position to the measuring position, whereby a fully automatic calibration regardless of external conditions, such as workshop stay, is possible. In a further preferred embodiment, the test signal pattern presented on the target surface is an invariable component of the target surface, which can be permanently visible (printing, engraving) or becomes visible in a special spectral range (IR, UV), if necessary with separate illumination. In this case, the lighting conditional light can be guided along the projection system and the light source can be arranged close to the camera. For this case, the target surface is preferably designed as a retro-reflector. In a further preferred alternative embodiment of the invention, the target surface is designed as a mirror surface which reflects the test signal pattern generated by the image-generating element in this case. The result is an increased accuracy for the calibration process, since in this embodiment, a double pass of the test signal pattern takes place through the projection system, whereby the errors emerge stronger. In the case of a fully automatic calibration, the drive unit of the placement mechanism of the target surface, which can preferably be set up by rotational movement, can be kept controllable in order to adjust the mirror surface to an optimum position for the desired reflection.
Erfindungsgemäß ist weiterhin bevorzugt, dass das Fahrzeuganzeigesystem insgesamt oder wenigstens ein Teil des Fahrzeuganzeigesystems an unterschiedliche Betrachtungspositionen eines Benutzers anpassbar vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Funktion des Fahrzeuganzeigesystems optimal auf die unterschiedlichen Bedürfnisse unterschiedlicher Benutzter angepasst werden kann. Insbesondere ist die Sichtbarkeit der auf dem Fahrzeuganzeigesystem dargestellten Informationen für unterschiedlich große Benutzer des Systems gleich gut.According to the invention, it is further preferred that the vehicle display system as a whole or at least a part of the vehicle display system is provided adaptable to different viewing positions of a user. This makes it possible that the function of the vehicle display system can be optimally adapted to the different needs of different users. In particular, the visibility of the information displayed on the vehicle display system is equally good for different sized users of the system.
Erfindungsgemäß ist weiterhin bevorzugt, dass das Detektionsmittel zur Erkennung der Betrachtungsposition des Benutzers vorgesehen ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, diese Betrachtungsposition zu ermitteln und eine Anpassung bzw. Einstellung des Fahrzeuganzeigesystems an unterschiedliche Positionen, etwa eines Kopfes eine Benutzers, vorzunehmen. Ferner ist es hierdurch möglich, dass eine adaptive, dynamische Kalibierung bzw. adaptive, dynamische Kompensation der Verzerrungscharakteristik des optischen Systems in Abhängigkeit der detektierten Position der Augen des Benutzers bzw. in Abhängigkeit der Kopfstellung des Benutzers. Auf diese Weise können aufgrund der Verzerrungscharakteristik des optischen Systems auftretende Darstellungsfehler, die von der Kopfposition abhängen, d.h. die insbesondere von dem Betrachtungswinkel abhängen, besonders effektiv kompensiert werden. Die Bestimmung der Kopfposition oder Augenposition des Benutzers kann erfindungsgemäß entweder passiv erfolgen oder auch aktiv erfolgen. Eine passive Bestimmung der Kopfposition ist beispielsweise möglich, indem das von der Detektionseinrichtung bzw. der Kamera gelieferte Bild auf die relative Position bzw. Lage eines Musters hin durchsucht wird, das nach Geometrie und Kontrast als ein Teil des Gesichts des Benutzers, insbesondere als ein Auge, identifiziert wird. Alternativ oder kumulativ zu einer solchen passiven Bestimmung der Kopfposition ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Bestimmung der Kopfposition aktiv erfolgt, beispielsweise indem der Betrachter bzw. der Fahrer durch eine IR-Lichtquelle angestrahlt wird, was auf dem von der Kamera aufgenommenen Bild leicht detektierbare, vom Auge verursachte Lichtreflexe bewirkt. Als zusätzlicher Vorteil eines erfindungsgemäß mit Mitteln zur Selbstkalibrierung ausgerüsteten Projektionssystems bzw. eines Fahrzeuganzeigesystems kann weiterhin eine alternative Verwendung der Kamera als Mittel der Beobachtung des Fahrers vorgesehen sein. Insbesondere bei auf infrarotes Licht abgestimmter Messtechnik ist bei nicht in den Strahlengang eingefügter Zielfläche das Auftreten von Ermüdungsanzeichen, beispielsweise verlangsamtem Lidschlag oder charakteristische Augenbewegungen, durch die Kamera detektierbar. Es können dann ggf. optische Warnhinweise durch das bildgebende Element erzeugt und somit dem Fahrer zur Kenntnis gegeben werden. Dadurch ist es durch die Bestimmung der Kopfposition oder Augenposition des Benutzers erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, etwa eine Gefährdung des Benutzers durch Einschlafen während eines Übermüdungszustandes zu verringern, weil aufgrund einer detektierten spezifischen Positionsänderung des Kopfes des Benutzers der Schluss gezogen wird, dass dieser einschläft bzw. eingeschlafen ist. Erfindungsgemäß ist es dadurch auch möglich, dass mittels einer Detektion der Augenbewegung, der Augenposition und/oder einer Detektion des Lidschlags die Gefährdung des Benutzers durch Einschlafen reduzierbar ist, etwa dadurch dass eine vorhandene Kopfstütze optimal eingestellt wird.According to the invention it is further preferred that the detection means is provided for detecting the viewing position of the user. In this way, it is advantageously possible according to the invention to determine this viewing position and to carry out an adaptation or adjustment of the vehicle display system to different positions, for example a head of a user. Furthermore, it is thereby possible that an adaptive, dynamic calibration or adaptive, dynamic compensation of the distortion characteristic of the optical system in dependence of the detected position of the eyes of the user or in dependence on the head position of the user. In this way, due to the distortion characteristic of the optical system occurring display errors that depend on the head position, ie, in particular depend on the viewing angle, can be compensated for particularly effective. The determination of the head position or eye position of the user according to the invention can be done either passive or active. A passive determination of the head position is for example possible by the image supplied by the detection device or the camera image is searched for the relative position or position of a pattern, the geometry and contrast as a part of the user's face, in particular as an eye , is identified. Alternatively or cumulatively to such a passive determination of the head position, it is also possible according to the invention for the head position to be determined actively, for example by illuminating the viewer or the driver by an IR light source, which is easily detectable on the image recorded by the camera , caused by the eye light reflexes causes. As an additional advantage of a projection system equipped with means for self-calibration according to the invention or of a vehicle display system, an alternative use of the camera as a means of observation of the driver can furthermore be provided. Particularly in the case of measurement technology coordinated with infrared light, the occurrence of signs of fatigue, for example, in the case of a target surface not inserted into the beam path slowed eye blink or characteristic eye movements, detectable by the camera. Optionally, visual warnings can then be generated by the imaging element and thus given to the driver for information. As a result, by determining the head position or eye position of the user according to the invention, it is advantageously possible to reduce a risk to the user by falling asleep during a state of overtiredness, because it is concluded on the basis of a detected specific change in position of the user's head that he is falling asleep or fallen asleep is. According to the invention, it is thus also possible that by means of a detection of the eye movement, the eye position and / or a detection of the eyelid the risk to the user can be reduced by falling asleep, for example by optimally adjusting an existing headrest.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuganzeigesystems, wobei wenigstens zeitweise das Kalibrierobjekt in einen Bereich zwischen der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs und den Benutzer gebracht wird. Hierdurch ist eine besonders einfache, genaue und für einen Benutzer des Fahrzeuganzeigesystems wenig einschränkende Kalibrierung des optischen Systems möglich.Another object of the present invention is a method for calibrating a vehicle display system according to the invention, wherein at least temporarily the calibration object is brought into an area between the windshield of the motor vehicle and the user. As a result, a particularly simple, accurate and for a user of the vehicle display system little restrictive calibration of the optical system is possible.
Ferner ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Fahrzeuganzeigesystems, wobei mittels des Detektionsmittels die Augenposition des Benutzers detektiert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein erhöhter Komfort des Benutzers durch eine bessere Kalibrierung, insbesondere durch eine ständig durchgeführte oder in regelmäßigen Abständen wiederholte Kalibrierung, und ein erhöhtes Sicherheitsniveau des Benutzers durch Zusatzfunktionalitäten wie Schlafzustandserkennung erzielt werden.Furthermore, a further subject of the present invention is a method for operating a vehicle display system according to the invention, wherein the eye position of the user is detected by means of the detection means. As a result, an increased comfort of the user can advantageously be achieved by a better calibration, in particular by a calibration that is performed continuously or repeated at regular intervals, and an increased level of security of the user by additional functionalities such as sleep state recognition.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing.
Figur 1 zeigt schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuganzeigesystems. In Figur 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Projektionssystems 10 bzw- eines Fahrzeuganzeigesystem 10 in Form einer Schnittdarstellung während der für die Kalibrierung erforderlichen Messphase dargestellt. Das Fahrzeuganzeigesystem 10 umfasst eine Anzeigeeinrichtung 30, ein optisches System 40, eine Kontrolleinheit 52 und eine Detektionseinrichtung 50, wobei die Detektionseinrichtung 50 die insbesondere als eine Kamera ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Lichtquelle (nicht dargestellt) zur Beleuchtung der Anzeigeeinrichtung 30 vorgesehen. Hierbei kann als Lichtquelle eine Leuchtdiode (Hochleistungsleuchtdiode) oder mehrere Leuchtdioden (Diodenarray bzw. Diodenfeld) vorgesehen sein. Die Lichtquelle 20 kann entweder ein Teil des Fahrzeuganzeigesystems 10 sein oder auch getrennt von diesem vorgesehen sein. Zunächst wird Informationen der Anzeigeeinrichtung 30 tragendes bzw. enthaltendes Licht gemäß einer ersten Richtung 41 abgestrahlt. Das gemäß der ersten Richtung 41 abgestrahlte bzw. sich in der ersten Richtung 41 ausbreitende Licht wird durch das optische System 40 erfindungsgemäß insbesondere mehrfach umgelenkt. Hierbei ist im in der Figur 1 dargestellten Beispiel ein erster Umlenkspiegel 45 vorgesehen, welcher das in der ersten Richtung 41 eintreffende Licht in eine zweite Richtung 42 umlenkt. Das in die zweite Richtung 42 sich ausbreitende Licht wird von einem zweiten Umlenkspiegel 47 wiederum reflektiert und in eine dritte Richtung 43 umgelenkt. Das in die dritte Richtung 43 sich ausbreitende Licht wird von einer Windschutzscheibe 48 wiederum reflektiert und in eine vierte Richtung 44 umgelenkt. Hierbei ist die vierte Richtung 44 auf das Auge des Betrachters 60 hin gerichtet.FIG. 1 shows schematically a representation of a vehicle display system according to the invention. FIG. 1 schematically shows an embodiment of a projection system 10 according to the invention or a vehicle display system 10 in the form of a sectional view during the measurement phase required for the calibration. The vehicle display system 10 comprises a display device 30, an optical system 40, a control unit 52 and a detection device 50, wherein the detection device 50 is designed in particular as a camera. In particular, a light source (not shown) for illuminating the display device 30 is provided according to the invention. In this case, a light-emitting diode (high-power light-emitting diode) or a plurality of light-emitting diodes (diode array or diode array) can be provided as the light source. The light source 20 may either be part of the vehicle display system 10 or may be separate therefrom. First, information of the display device 30 carrying and containing light is radiated according to a first direction 41. The light emitted according to the first direction 41 or propagating in the first direction 41 is deflected by the optical system 40 in accordance with the invention in particular several times. Here, in the example shown in FIG. 1, a first deflecting mirror 45 is provided, which deflects the light arriving in the first direction 41 in a second direction 42. The light propagating in the second direction 42 is in turn reflected by a second deflecting mirror 47 and deflected in a third direction 43. The light propagating in the third direction 43 is again reflected by a windshield 48 and deflected in a fourth direction 44. In this case, the fourth direction 44 is directed toward the eye of the observer 60.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Detektionseinrichtung 50 und Kamera im wesentlichen synonym verwendet. Hierbei ragt eine Zielfläche 61 bzw. ein Kalibrierobjekt 61 in aufrechter Position in den Strahlengang hinein, damit ein Testsignalmuster - das sich entweder auf dem Kalibrierobjekt 61 (beispielsweise fest aufgedruckt bzw. geprägt) befindet oder aber auf das Kalibrierobjekt 61 projiziert wird - nach Weiterleitung (entgegen jeweils den Ausbreitungsrichtungen 41 , 42, 43, 44 des für einen Benutzer des Fahrzeuganzeigesystems bestimmten Lichts der Anzeigeeinrichtung 30) über mehrere Spiegelflächen bzw. Spiegel von der Kamera 50 als Kalibrierlicht aufgenommen werden kann. Das Kalibrierobjekt 61 ist erfindungsgemäß insbesondere gemäß des Pfeils 65 umklappbar bzw. anderweitig aus dem Strahlengang entfernbar. Hierzu ist insbesondere eine Umlenkeinrichtung 51 bzw. eine Strahlteilungseinrichtung 51 vorgesehen, die eine Umlenkung bzw. Strahlteilung vornimmt. Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß, wenn als Umlenkeinrichtung 51 bzw. als Strahlteilungseinrichtung 51 ein dichroitischer Strahlteiler bzw. dichroitischer Spiegel vorgesehen ist. Hierdurch ist es nämlich möglich, dass für das Kalibrierlicht eine vom sichtbaren Licht unterschiedliche Wellenlänge verwendet wird, so dass einerseits die Möglichkeit besteht, während des normalen Anzeigebetriebs zu kalibrieren, und andererseits ein geringere Verluste an der Umlenkeinrichtung 51 entstehen.In the context of the present invention, the terms detection device 50 and camera are used essentially synonymously. In this case, a target surface 61 or a calibration object 61 protrudes into the beam path in an upright position, so that a test signal pattern-which is either on the calibration object 61 (for example, firmly printed or embossed) or projected onto the calibration object 61-after forwarding (FIG. opposite to the respective propagation directions 41, 42, 43, 44 of the light of the display device 30) intended for a user of the vehicle display system via a plurality of mirror surfaces or mirrors from the camera 50 as calibration light can be included. The calibration object 61 according to the invention in particular according to the arrow 65 can be folded down or otherwise removed from the beam path. For this purpose, in particular, a deflection device 51 or a beam splitting device 51 is provided, which performs a deflection or beam splitting. According to the invention, it is particularly preferred if a dichroic beam splitter or dichroic mirror is provided as deflecting device 51 or as beam splitting device 51. In this way, it is possible that a wavelength different from visible light is used for the calibration light, so that, on the one hand, it is possible to calibrate during normal display operation and, on the other hand, lower losses occur at the deflection device 51.
Eine Kontrolleinheit 52 nimmt in dem in dieser Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ausschließlich Einfluss auf das bilderzeugende Element 30. Alternativ zu einer von der Kontrolleinheit 52 gesteuerten Vorverzerrung der der Anzeigeeinrichtung 30 zur Anzeige übermittelten Bildinformationen bzw. eines solchen Signals kann es erfindungsgemäß auch vorgesehen sein (nicht dargestellt), dass die Kontrolleinheit 52 die Fehlerkorrektur bzw. die Kalibrierung durch eine Beeinflussung einer steuerbar veränderlichen Charakteristik eines Elementes des optischen Systems 40 durchführt. Dies kann beispielsweise durch eine steuerbar veränderliche Beeinflussung der Oberflächenkontur eines solchen Elementes des optischen Systems 40 erfolgen, beispielsweise einer Spiegeloberfläche und/oder einer Linsenoberfläche, wie dies prinzipiell aus der Teleskopherstellung in der Astronomie bekannt ist; diese Alternative muss sich jedoch nicht ausschließlich auf eine Oberflächenbeeinflussung des Elementes im optischen System beziehen, sondern kann auch beispielsweise dessen Transmissionscharakteristik betreffen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einflussnahme der Kontrolleinheit 52 auch sowohl auf das bilderzeugende Element 30 bzw. die Anzeigeeinrichtung 30 als auch auf eine steuerbar veränderliche Charakteristik eines Elementes des optischen Systems 40 vorgesehen sein. QA control unit 52 takes in the embodiment shown in this figure exclusively influence on the image-forming element 30. Alternatively to a controlled by the control unit 52 predistortion of the display device 30 for display transmitted image information or such a signal, it may also be provided according to the invention (not shown ) that the control unit 52 performs the error correction or the calibration by influencing a controllable variable characteristic of an element of the optical system 40. This can be done for example by a controllably variable influencing the surface contour of such an element of the optical system 40, such as a mirror surface and / or a lens surface, as is known in principle from the telescope production in astronomy; However, this alternative does not have to relate exclusively to a surface influence of the element in the optical system, but may also relate, for example, to its transmission characteristic. According to the present invention, the influence of the control unit 52 may also be provided both on the image-forming element 30 and the display device 30, as well as on a controllably variable characteristic of an element of the optical system 40. Q
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Fahrzeuganzeigesystem / Projektionsystem10 Vehicle Display System / Projection System
30 Bilderzeugendes Element / Anzeigeeinrichtung30 Image-forming element / display device
40 optisches System40 optical system
41 , 42, 43,44 Ausbreitungsrichtungen des Lichts41, 42, 43,44 directions of propagation of the light
45 erster Spiegel 7 zweiter Spiegel45 first mirror 7 second mirror
50 Detektionseinrichtung / Kamera50 detection device / camera
51 Umlenkeinrichtung / Strahlteilungseinrichtung 2 Kontrolleinheit 0 Benutzer / Auge des Benutzers 1 Zielfläche / Kalibrierobjekt 51 Baffle / beam splitting device 2 Control unit 0 User / User's eye 1 Target surface / Calibration object
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