Head up display: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 10. April 2011, 21:07 Uhr

HUD einer F/A-18C

HUD eines PKW (5er BMW)

HUD des Viedospiels
Fallout New Vegas

Als Head-up-Display (HUD; sinngemäß: Anzeigefeld in Blickrichtung; Frontsichtdisplay; Statusanzeige) wird ein Anzeigesystem bezeichnet, bei dem für den Nutzer (Piloten, Autofahrer, Viedospieler etc.) wichtige Informationen in sein Sichtfeld projiziert oder dargestellt werden.

Einführung

Für Piloten von Kampfflugzeugen existieren solche Systeme schon seit den 1940er Jahren. In Deutschland wurden sie als Reflexvisier (Zielgerät) bekannt. Rund dreißig Jahre später entstanden Systeme, die als komplexe Frontscheibenprojektoren bezeichnet werden konnten. Typisches Merkmal für einen Frontscheibenprojektor ist die zweite Scheibe in der Pilotenkanzel, auf die dann verschiedene Informationen projiziert werden können. Heutzutage ist das Head-up-Display die bei weitem wichtigste Anzeige im Cockpit. Das HUD zeigt Informationen aus einer ganzen Reihe von Quellen an, wie etwa Avionik, Radar oder Waffensysteme, alles in kompakter, überschaubarer Form. Für das Head-up-Display hat der Pilot eine Auswahl von verschiedenen Modi zu Verfügung, die er abhängig vom jeweiligen Auftrag oder dem Stand seiner Mission wählen kann. Jeder Modus unterstützt den Piloten bei einer ganz bestimmten Aufgabe, sei es z. B. bei der Navigation, beim Einsatz von unterschiedlichen Lenkwaffen oder beim Landeanflug.

In den 1980er und 1990er Jahren gab es bei General Motors in den USA in verschiedenen Automodellen ein Schwarzweiß-Head-up-Display mit festen nicht konfigurierbaren Anzeigen, bei dem der Autofahrer z. B. die aktuelle Geschwindigkeit immer im Blick hatte, ohne den Blick von der Straße wenden zu müssen. Auch bei Nissan gab es bereits einzelne Modelle, z.B. den Nissan 240zx.

Ab 2001 kam in der Corvette von General Motors erstmals ein farbiges Display zum Einsatz.^[3]

Als erster europäischer Hersteller brachte BMW ein von der Siemens VDO Automotive AG entwickeltes Head-up-Display im Automobilbereich in Großserie in den im Jahr 2003 vorgestellten 5er- und 6er-Modellreihen auf den Markt,^[4] im Jahr 2005 gefolgt von PSA mit dem C6. Diese drei Hersteller haben seitdem die Produktpalette ausgeweitet (BMW: 7er, 5er GT, X3, X6, X5; GM: Cadillac XLR (auf gleicher Plattform wie die Corvette), Saab 9-5 (ab Mitte 2010); PSA: Peugeot 5008 (ab Ende 2009). Audi hat im A7 (ab Ende 2010) und Volvo im S80 und V70 Head-up-Displays eingeführt.

Im Gegensatz zu einem Head-up-Display muss z. B. der Fahrer eines Fahrzeugs bei einem Head-Down-Display seinen Blick von der Fahrbahn abwenden, um eine wichtige Fahrzeuginformation erfassen zu können.

In Computerspielen werden mit Head-up-Display allgemein Statusanzeigen bezeichnet, die nicht zur virtuellen Umgebung gehören, sondern dauerhaft an den Rändern des Blickfelds sichtbar sind. Auch andere Computerprogramme werden zunehmend mit Head-up-Displays ausgestattet.^[1]

Verwendung und Typen

Head-up-Displays gibt es in verschiedenen Umsetzungen, so wird vorrangig im Militärischen Bereich eine Kombination aus Head-up-Display (HUD) und Helmet mounted displays (HMD) bei Luftstreitkräften (F-22, Eurofighter, etc.) verwendet, die es dem Piloten ermöglicht beim abwenden des Blickes vom Frontdisplay dennoch alle wichtigen Informationen im Sichtbereich zu behalten.

Für die Bodenstreitkräfte wird sowohl Helmet mounted displays (HMD) wie als auch Head-Mounted Display (HMD) verwendet um das HUD darzustellen.

Seit 2010 bietet die Firma Zeal Optics eine Snowboard- Skibrille mit integriertem HUD an.

Funktionsweise eines Head-up-Displays

Strahlengang eines deutschen Revi C12/A, Baujahr 1937

Head-up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einer bildgebenden Einheit, einem Optikmodul und einer Projektionsfläche.

Die bildgebende Einheit erzeugt das Bild. Das Optikmodul mit Kollimator und Umlenkung leitet das Bild auf die Projektionsfläche. Diese Fläche ist eine spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Benutzer des Frontscheibenprojektors sieht also die gespiegelten Informationen der bildgebenden Einheit und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. In der Luftfahrzeugtechnik werden kleine spezielle Bildröhren eingesetzt, die das entsprechende Bild erzeugen. Bildröhren erzeugen eine sehr große Leuchtstärke, dadurch wird keine zusätzliche Lichtquelle benötigt.

Das erzeugte virtuelle Bild kann so projiziert werden, dass es mit einem Auge (monokular) oder mit beiden Augen (binokular) erfasst werden kann. Binokulare HUDs haben einen höheren Sichtbarkeitsbereich als monokulare. Das virtuelle Bild wird immer in die Unendlichkeit projiziert. Der Pilot eines Jets justiert vor dem Start mit der Höhenverstellung seines Sitzes den Blick durch das HUD.

Als Lichtquelle werden heute LEDs eingesetzt. Die Helligkeit des Bildes wird abhängig vom Umgebungslicht über einen Fotosensor gesteuert. Das Bild wird durch ein farbiges hochauflösendes TFT-Display erzeugt. Bei Bildröhren werden zwei unterschiedliche Techniken für die Bilddarstellung verwendet. Einmal ist es die lichtstarke oszillographische (Vektor) Darstellung und zum anderen ist es die fernsehtechnische (Zeilen-)Darstellung.^[2]

Informationsinhalte eines Head-up-Displays

Die wichtigen Informationen die auf einem HUD dargestellt werden kann man in zwei Gruppen unterteilen:

Statische Informationen

Als statische Informationen bezeichnet man solche die ständig an der selben stelle im Sichtbereich des Fahrers dargestellt werden, wie z.B. Motordrehzahl oder Geschwindigkeit. Dabei hat der Fahrer das Gefühl als würden sich die die Informationen senkrecht über der Motorhaube befinden. Im Flugzeug werden je nach Betriebsart des Avionik-systems (Navigation, Radar oder beispielsweise naher Luftkampf), Geschwindigkeit und Höhe oder Waffenlast angezeigt.

Kontaktanaloge Informationen

Als Kontaktanaloge Informationen bezeichnet man jene die dem Fahrer das Gefühl vermitteln sie wären ein fester Bestandteil der Umgebung. So wird der Navigationspfeil so dargestellt als läge er auf der Straße.Bei einem Kampfflugzeug wir dem Piloten ein bereits optisch sichtbares Ziel durch einen Leuchtkreis markiert, der im mitteilt das die Sensorsysteme der Maschine (Radar, IR) das Ziel erfasst haben und es begleiten. Es werden aber noch weiter Informationen im Bezug auf das Ziel angezeigt wie z.B. Prognosen, Entfernung, Freund-Feind-Kennung etc.

Zukunftsvision und Probleme im KFZ Bereich

[Mercedes-Benz]plant eine Anzeige im Innen- und Seitenspiegel zu integrieren die auf Objekte im Totenwinkel hinweisen.

In einem Versuch wurden die Konturen von Objekten in Fahrbahnnähe auf der Frontscheibe nach gezeichnet, dies wurde dann aber nur auf dem Display für das Nachtsichtgerät umgesetzt.

Das Fraunhofer-Institut Arbeitet derzeit an einer Brille mit integriertem HUD^[5]

Das Größte Problem von Head-up-Displays im PKW-Bereich ist die Blickwinkel Abhängigkeit, da die Head-up-Displays über eine Rückprojektion von einem LCD und nicht über LEDs erzeugt werden, wird das wiedergegebene polarisierte Bild an der Frontscheibe reflektiert und ist somit anfällig für Veränderung des Blickwinkels oder Verwendung eines Polarisationsfilters (Sonnenbrille, etc.) der dafür sorgt das das HUD nicht mehr sichtbar ist.

Commons: Head-up displays – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien