Head-up-Display: Wellenleiter-Technik löst Platzproblem
Anzeigesysteme aus der erweiterten Realität, sogenannte Augmented Reality Head-up-Displays, verbrauchen viel Platz im Auto-Cockpit. Continental hat nun ein neues platzsparendes System ohne Spiegel, aber mit Wellenleitern vorgestellt.
Augmented Reality Head-up-Displays sind im Kommen, haben aber bisher zu viel Platz verbraucht. Contintental setzt auf Wellenleiter- statt Spiegel-Technik, um Platz zu sparen.
Foto: Continental
Head-up-Displays (HUD) gibt es bereits seit den 1940er Jahren. Erste Systeme wurden für Kampfpiloten entwickelt, um ihnen wichtige Daten in die Frontscheibe zu projizieren. Ab den 1980er Jahren begann General Motors in den USA mit Entwicklungen für den Automobilsektor, damit Fahrer beispielsweise die Geschwindigkeit leichter im Blick behalten. In Europa zählt BMW zu den Pionieren; ab 2003 kam ein Head-up-Display von Siemens VDO Automotive zum Einsatz. Mittlerweile arbeiten Hersteller und Zulieferer an Head-up-Displays auf Basis der erweiterten Realität (Augmented Reality, AR): Virtuelle, vom Computer generierte Inhalte erweitern die normale Wahrnehmung. Continental hat nun ein kompaktes Augmented Reality Head-up-Display (AR-HUD) mit Wellenleitertechnologie vorgestellt. Eines der zentralen Probleme beim Einsatz, nämlich der hohe Platzbedarf, wurde so gelöst.
Großes Volumen von HUD macht Autobauern Schwierigkeiten
In der Praxis bestehen HUDs aus drei Bauteilen. Im ersten Schritt erzeugt die bildgebende Einheit, ein Projektor, das Bild. Über das Optikmodul mit Kollimator und Umlenkung geht es zur Projektionsfläche. Dabei kommen Spiegeltechnologien zum Einsatz. Der Fahrer sieht die gespiegelten Informationen und gleichzeitig die reale Welt hinter seiner Scheibe. Das virtuelle Bild wird bei Autos 2 bis 3 Meter vor der Motorhaube projiziert, um den Fahrer in Kurven nicht abzulenken.
Speziell bei AR-HUDs müssen im gesamten Sichtbereich des Fahrers Visualisierungen erzeugt werden. Das führte bislang zu Geräten mit rund 30 Litern Volumen. Solche Tools passten in die meisten Armaturentafeln nicht hinein und schränkten die Verwendungsmöglichkeiten bislang stark ein. Zum Vergleich: Konventionelle Windschutzscheiben-HUDs liegen bei 3 bis 4 Litern Volumen.
Partnerschaft mit DigiLens
Um neue AR-HUDs zu entwickeln, hat Continental bereits 2016 DigiLens aus dem Silicon Valley mit ins Boot geholt und seine Beteiligung im Jahr 2018 weiter erhöht. Continental arbeitet bei seiner AR-HUD mit einem flachen Wellenleiter. Im Zuge der gemeinsamen Entwicklung entstand ein Demonstrationsmodell ohne Spiegel. Stattdessen arbeiten Ingenieure mit drei übereinander gestapelten flachen Wellenleitern – also mit Kunststofffasern, die entsprechende Wanderwellen leiten – für den RGB-Farbraum. Lichtstrahlen aus dem Beamer werden in den mehrschichtigen Wellenleiter von unten eingekoppelt, umgelenkt und nach oben hin über eine Optik ausgekoppelt. Das virtuelle Bild entsteht nach Reflexion auf der Innenseite der Windschutzscheibe.
Kompakte Bauweise dank Wellenleiter-Technologie
Damit ist es gelungen, bei kompakter Bauweise einen Bereich von 15 x 5 Grad abzudecken. Das entspricht 2,60 x 0,87 Metern bei einer Projektionsdistanz von 10 Metern. Auch bei leicht seitlichem Blick durch die Windschutzscheibe sind die AR-Informationen deswegen weiterhin sichtbar und gehen nicht verloren, wie das sonst der Fall wäre. Alle Bauteile benötigen insgesamt nur noch 10 statt 30 Liter an Volumen. Durch die kompaktere Bauweise eröffnen sich Einsatzmöglichkeiten in vielen Fahrzeugen. Der Bedarf ist da: Mittlerweile planen viele Autohersteller, AR-HUDs einzusetzen.
Beitrag für mehr Sicherheit
Virtuelle Systeme im Auto erhöhen die Sicherheit und erleichtern das Fahren. Der Anwender erhält nicht nur statische Informationen wie die Geschwindigkeit oder Motordrehzahl bzw. kontaktanaloge Informationen wie Markierungen für die Navigation. Virtuelle Hinweise für den Fahrer erleichtern es etwa, einer vorgegebenen Strecke zu folgen. AR-HUDs warnen, falls die eigene Spur unbeabsichtigt verlassen wird oder falls sich der Abstand zum vorausfahrenden Auto stark verringert.
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