Head-up-Display

Head-up-Display einer F/A-18C

Head-up-Display einer Saab Draken

HUD eines PKW (5er BMW)

Das Head-up-Display (HUD; sinngemäß: Anzeigefeld in Blickrichtung; Frontsichtdisplay) ist ein Anzeigesystem, bei dem die für den Nutzer (Piloten, neuerdings auch Autofahrer etc.) wichtigen Informationen in sein Sichtfeld projiziert 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 im Cockpit, 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.^[1]

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,^[2] im Jahr 2005 gefolgt von PSA mit dem C6. Diese drei Hersteller haben seitdem die Produktpalette ausgeweitet (BMW: 7er, 5er GT, X3, X5, X6; 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.

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.

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 derselben Stelle befinden. Beispiele hierfür sind die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Motordrehzahl. Der Fahrer hat das Gefühl, dass die Informationen auf einer senkrechten Ebene in etwa über der Motorhaube zu sehen sind. Im Flugzeug sind es solche Dinge, wie Höhe und Geschwindigkeit oder auch die Waffenlast. Das ist ganz unterschiedlich, je nach dem, welche Betriebsart des Avioniksystems gerade benutzt wird (Navigation, Radar oder beispielsweise naher Luftkampf).

Kontaktanaloge Informationen

Kontaktanaloge Informationen sind Anzeigeelemente, die dem Fahrer in seine aktuelle Sicht so eingeblendet werden, dass er das Gefühl hat, als seien sie fester Bestandteil der Umwelt. Dadurch erscheint ein Navigationspfeil so, als läge er direkt auf der Straße. 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. Im Kampfflugzeug wird beispielsweise das schon optisch sichtbare Ziel zusätzlich durch einen Leuchtkreis markiert. Damit wird signalisiert, dass die Sensorsysteme der Maschine (Radar, IR) das Ziel erfasst haben und es begleiten. Dazu werden noch eine Vielzahl anderer Informationen in Bezug auf das Ziel eingeblendet (Prognose, Entfernung, Freund-Feind-Kennung).

Literatur

• Rolf Gengenbach: 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

Siehe auch

• Erweiterte Realität

Einzelnachweise

1. ↑ Head-up-Display: Neue Technik für mehr Verkehrssicherheit, Joachim Kaufmann, ZDNet, 20. Oktober 2004, 16:52 Uhr
2. ↑ Alles im Blick, Thomas Geiger, Spiegel Online, 13. Mai 2003

P. Ott, P. Pogany: Optik-Design von Head-up Displays mit CAD-kompatiblen Freiformflächen, Photonik 2(2008), pp. 68-71

Weblinks

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

• Video, in dem das HUD des Cadillac XLR gezeigt wird