Head-up-Display

Das Head-Up-Display (HUD) ist ein Anzeigesystem, bei dem die für den Nutzer (Autofahrer, Pilot etc.) wichtigen Informationen in sein Sichtfeld projiziert werden. Für Piloten von Kampfflugzeugen existieren solche Systeme, die in Deutschland als Reflexvisier bezeichnet wurden, schon seit den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts. Damit konnten und können die Piloten mit dem Blick nach vorne (Head-up) den Luftraum vor ihnen beobachten und gleichzeitig Informationen zu den dort gesichteten Flugobjekten erhalten. Dafür wird eine zweite Scheibe in die Pilotenkanzel installiert, auf dem dann die verschiedenen Informationen eingeblendet werden.

In den 80er und 90er Jahren gab es bei General Motors in den USA in verschiedenen Modellen ein Schwarz-Weiß-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.

Ab 2001 kam in der Corvette erstmals ein farbiges Display zum Einsatz.

Das erste farbige Head-up-Display im Automobilbereich haben die im Jahr 2003 vorgestellten 5er- und 6er-Modellreihen von BMW. Entwickelt wurde es von der Siemens VDO Automotive AG. Auf der Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt stellte Citroën ein weiteres Fahrzeug mit Head-up-Display vor: den C6.

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 Anzeigen bezeichnet, die nicht zum Spielfeld gehören, aber wichtige Informationen enthalten.

Funktionsweise eines Head-Up-Displays

Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einem Display, einem Optikmodul und einem Combiner.

Ein Display produziert ein Bild (=Gegenstand), woraus mit Hilfe der Optik, d.h. einer Linse, einem Hohlspiegels oder dem Einsatz der Holografietechnik ein virtuelles Bild (siehe optische Abbildung) erzeugt wird. Dieses kann dann der Fahrer in einer spiegelnden, lichtdurchlässigen Scheibe, dem Combiner, sehen. Der Combiner überlagert also die Informationen der Umwelt mit denen des HUD. Er wird im Automobil oft einfach durch die Windschutzscheibe dargestellt. Selten werden (vor der Windschutzscheibe) separate Combiner eingesetzt, da der Autofahrer diese ungern akzeptiert. Da die Windschutzscheibe aus zwei durch eine Kunststoffschicht getrennten Gläsern besteht, kommt es bei einer Projektion normalerweise zu störenden Doppelbildern. Verhindert wird dieser negative Effekt dadurch, dass die Trennschicht keilförmig (wenige Bogenminuten) ausgeführt ist und somit beide Bilder übereinander liegen.

Das erzeugte virtuelle Bild kann monokular oder binokular sichtbar sein. Bei monokularen HUDs kann man - wie der Name schon sagt - die eingeblendeten Informationen nur mit einem Auge sehen, bei binokularen mit beiden Augen. Binokulare HUDs haben also einen höheren Sichtbarkeitsbereich als die monokularen. Bevor das Bild auf die Windschutzscheibe projiziert wird, werden die Lichtstrahlen über mehrere Spiegel innerhalb eines Gehäuses gefaltet (umgelenkt). Dadurch erscheint das Bild ca. 2m vor dem Fahrer über der Motorhaube. Die Spiegel haben außerdem die Aufgabe, die durch die Krümmung der Windschutzscheibe hervorgerufenen Verzerrungen zu korrigieren.

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.

Informationsinhalte eines Head-Up-Displays

Die wichtigen Informationen eines HUDs kann man unterteilen in:

statische Informationen und
kontaktanaloge Informationen.

Statische Informationen

Statische Informationen sind solche, die sich im Blickfeld des Fahrers immer an der selben Stelle befinden. Beispiele hierfür sind die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Motordrehzahl.

Kontaktanaloge Informationen

Sicherheitsabstands- oder Bremsbalken sind kontaktanaloge Informationen. Sie bewegen sich im Blickfeld des Fahrers und sind mit der Umwelt verknüpft. Im Falle des Sicherheitsabstandsbalkens bedeutet dies, dass dem Fahrer geschwindigkeitsabhängig ein Balken in den Windschutzscheibenbereich eingeblendet wird, der ihm angibt, wie viel Abstand er zum vorausfahrenden Fahrzeug halten soll.

Literatur

Rolf Gegenbach: Fahrerverhalten im Pkw mit Head-Up-Display. Gewöhnung und visuelle Aufmerksamkeit. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12: Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik, Nr. 330. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1997, ISBN 3-18-333012-1
S. Okabayashi et. al: Visual Perception of HUD Images in Practical Automobiles (S. 169-176) und Philip Barham et. al: Jaguar Cars' Near Infrared Night Vision System – Overview of Human Factors Research to Date (S. 177-185). Beide in A.G. Gale (Hrsg.): Vision in Vehicles – VIII. Amsterdam: Elsevier, 1999, ISBN 0-08-043671-4