EP1410096A2 - Projection arrangement - Google Patents

Projection arrangement

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Publication number
EP1410096A2
EP1410096A2 EP02754919A EP02754919A EP1410096A2 EP 1410096 A2 EP1410096 A2 EP 1410096A2 EP 02754919 A EP02754919 A EP 02754919A EP 02754919 A EP02754919 A EP 02754919A EP 1410096 A2 EP1410096 A2 EP 1410096A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
projection
arrangement according
projection arrangement
projection surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP02754919A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhold Fiess
Andreas Deter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
LDT Laser Display Technology GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Schneider Laser Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Schneider Laser Technologies AG filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1410096A2 publication Critical patent/EP1410096A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54Accessories
    • G03B21/56Projection screens
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/74Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0149Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/0154Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/74Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H04N5/7416Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal

Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement with a projector unit and a projection surface, the projector unit for generating an image on the projection surface illuminating it with a light bundle for each pixel of the image to be generated and the projection surface has a beam expansion device for expanding light bundles passing through it
  • Such a projection arrangement is known from DE 195 40 108 C2, this projection arrangement being arranged in a motor vehicle within the dashboard and having imaging optics arranged downstream of the projection surface, the object-side focal point of which lies between the projector unit and the beam expansion device Reflection on the windshield can be perceived by the viewer as a virtual image
  • a holographic projection surface for a vehicle is known from DE 197 30 563 A1.
  • the radiation of the image information is intended to take place in an angle range which is predetermined and adjustable during the production of the hologram, towards the viewer, the holographic projection surface absorbing the ambient light and only the light for the image display
  • the disadvantage is that the practically uncontrollable dependence of the properties of such a projection surface on the wavelength of the incident light bundle and the direction of incidence of the light bundle of the useful light proves to be furthermore the fact that the image is displayed and the appearance of the projection surface itself is very strong depending on the observation Proceeding from this, it is an object of the invention to develop a projection arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that a high-quality image display can be achieved.
  • the object is achieved in a projection arrangement of the type mentioned at the outset in that the projection surface has a mirror and in that the beam expansion device, as seen in the direction of the light beam incident on the projection surface, is connected upstream of the mirror, the mirror coming from the projector unit through which Beam widening device passing through and hitting the mirror reflects such that at least one emerging light bundle passing through the beam widening device is produced with a main beam, the main beams coming from emerging light beams coming from locations (or locations on) that are adjacent in a first direction Go out projection surface, converge in an imaginary field of view lying in a plane, and wherein the widening caused by the beam expansion device of each emerging light beam is determined so that the emerging light beam del diverge in each case and no longer illuminate the field of view in the plane.
  • the projection arrangement according to the invention is used in a means of transport, e.g. a motor vehicle, a contrast difference of up to 1: 500 can be achieved.
  • the construction of the projection arrangement is comparatively simple due to the projection area, as a result of which the projection arrangement can be implemented particularly cost-effectively.
  • the energy consumption of the projection arrangement is extremely low and can be, for example, less than 50 watts.
  • the projection surface is curved.
  • the curvature can be different in different directions, and in particular the curvature can also be chosen such that the projection surface is, for example, corrugated. Regardless of the existing curvature of the projection surface, however, its directional characteristic is still given, so that the geometric shape of the projection surface can advantageously be selected independently of its optical properties.
  • This can be used, for example, to ensure that the projection surface is in one when using the projection arrangement according to the invention
  • Motor vehicle is adapted to the (curved) shape of the dashboard and is provided on this or as an integral part thereof. This fulfills the high demands placed on the design, particularly in motor vehicle construction.
  • the beam expansion device comprises a scattering layer, which can in particular be designed as a film.
  • a scattering layer can be provided with a small air gap to or directly on the mirror, as a result of which an optimal image quality is achieved.
  • the scattering layer can preferably have the same curvature as the projection surface, so that it can be made extremely compact.
  • the intensity distribution of the emerging light bundles is determined by means of the beam expansion device so that the intensity of the main beam is greatest for each light bundle and decreases for the remaining light beams with an increasing angle relative to the main beam. Good image quality is achieved through this intensity distribution.
  • the beam expansion device can also comprise an aperture which shades incident light from directions other than the directions of the light bundles coming from the projector unit and as the directions of the emerging light bundles.
  • an aperture ensures that the incident light bundles hit the mirror unhindered and the emerging light bundles can be seen by the viewer, while unwanted ambient light is shadowed and thus does not deteriorate the quality of the image display.
  • the screen when the projection arrangement is used in a motor vehicle, the screen also ensures that the projection surface is not perceived as a brightly lit surface from outside the vehicle.
  • the panel can also be colored in the same color as that of the dashboard, so that the projection surface can be completely integrated optically in the dashboard.
  • the diaphragm comprises a plurality of spaced-apart and mutually parallel slats which block light striking it.
  • the diaphragm can also still have a plurality of spaced-apart and mutually parallel second lamellae, which open the they block the light that hits them and are arranged transversely to the first slats.
  • Such screens with lamellae are described, for example, in US Pat. No. 6,239,911 B1 and are commercially available as foils, so that the projection arrangement according to the invention can be implemented in a simple manner.
  • the mirror can comprise a curved, continuous reflection layer.
  • This can e.g. be realized by a mirrored surface of a carrier, the surface being designed as a continuously running free-form surface.
  • the curvature of the free-form surface is chosen so that the convergent course of the main rays is effected for the corresponding image point in the case of specular reflection of the incident light beam.
  • the mirror is designed as a multi-surface mirror with a multiplicity of flat mirror surfaces, it being possible for part of the scattering layer to be applied directly as a coating to each mirror surface.
  • the inclination of the mirror surfaces is determined independently of the desired curvature of the projection surface.
  • the mirror surfaces can be arranged such that the surface normals of at least two mirror surfaces are not parallel to one another.
  • the arrangement is preferably selected such that the convergent course of the main rays is effected by means of the reflection.
  • the directional characteristic of the projection surface can thus be set independently of a desired curvature of the projection surface, so that the projection surface can easily be adapted to predetermined framework conditions.
  • the area of each mirror surface is smaller than the size of a pixel of the image to be generated on the projection surface, the improvement in image quality being very good when the number of mirror elements is twice the number of pixels ,
  • an incident light bundle can then generate a plurality of non-parallel, emerging light bundles due to the reflections of the incident light bundle on several mirror surfaces.
  • the mirror is a rear surface mirror.
  • the mirror in the projection arrangement according to the invention can comprise a transparent plate in which at least one side is structured in such a way that the direction of a light beam passing through the plate is changed. This ensures a particularly simple possibility of realizing the mirror.
  • the plate can also be designed in such a way that, due to the change in direction caused by it, the convergent course of the main rays is brought about.
  • the side of the plate facing away from the beam expansion device is preferably structured and mirrored, so that the mirror can be realized in a compact manner by a single element. This also makes it possible to reduce the production costs of the mirror and thus of the projection arrangement according to the invention.
  • the main rays from emerging light bundles which emanate from the neighboring locations of the projection surface in a second direction, to converge in the field of view due to the reflection on the mirror, the second direction being different from the first direction.
  • the two directions can enclose an angle of 90 °.
  • all the main rays of the emerging light bundles can converge in the field of view.
  • the projector unit can generate an intensity-modulated light beam and steer it over the projection surface in order to generate the image.
  • This deflection of the light bundle can be grid-like (the deflection takes place line by line over the entire image area, the light bundle being keyed dark in the case of dark pixels) or vector-like (the deflection essentially only takes place along the bright pixels). This enables a simple way of generating the real image on the projection surface.
  • the light beam is preferably essentially collinear and can preferably have a beam product of less than 0.2 mm mrad (e.g. 0.1 mm mrad). Such a light beam can be generated particularly easily and efficiently with a laser, it being monochromatic or, for colored images, polychromatic.
  • the desired image can be generated by means of a tilting mirror matrix or an LCD module and can be projected onto the projection surface by means of projection optics.
  • the projection assembly according to the invention can be used advantageously where an image having focused radiation to be radiated from a surface having a predetermined surface shape, since the projection surface of the projection arrangement according to the invention the predetermined surface shape can be formed in accordance with '.
  • the projection arrangement according to the invention is used in a motor vehicle, the projection surface preferably being formed on the dashboard or as a component thereof.
  • the projection arrangement according to the invention can be designed such that the real image on the projection surface can be directly grasped by the viewer. In this case, a very high quality representation of a real image is advantageously achieved.
  • the projection arrangement according to the invention can also have a reflection surface (preferably essentially flat) arranged downstream of the projection surface, on which the emerging light bundles are reflected such that the image generated on the projection surface can be captured as a virtual image. Therefore, the projection surface can advantageously be arranged so that it is not directly visible to the viewer, which means that the arrangement options of the
  • the reflection surface can be realized particularly simply through the windshield (or also through a windshield arranged in the vehicle directly in front of the windshield, which is preferably flat). Since the image can be generated on the projection surface in the desired size, there is advantageously no imaging optics between the projection and the
  • this virtual image can be captured in the scene image by the viewer in front of the windshield (and thus outside the vehicle), so that the viewer or the driver's eyes are only slight when viewing the virtual image must accommodate.
  • the curvature of the windshield provides a small change in the image dimensions, whereby the geometric corrections of the image known from an oblique projection, such as e.g. is described in DE 197 37 374 C2, can be carried out.
  • the expansion of the emerging light bundles is preferably effected isotropically, so that the beam expansion device can be designed in a particularly simple manner.
  • the divergence angle of the emerging light bundles can be 2 to 10 ° in space conditions, as are typical in a motor vehicle, a divergence angle of 5 ° having proven to be particularly advantageous. It is of course also possible for the widening of the emerging light bundles to be effected anisotropically, for example if the field of view is to have different widths and heights.
  • the reflection layer of the mirror on which the specular reflection takes place, can be structured such that the function of the beam expansion device is also effected during the reflection.
  • a mirror can be produced, for example, by molding the desired surface structure into a surface of a plate and then mirroring the structured surface.
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of the projection arrangement according to the invention
  • Fig. 2 is an exploded view of an enlarged section of that shown in Fig. 1
  • FIG. 3 is a side view of the embodiment of Fig. 1, with ray traces being drawn in for explanation;
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 3 from the driver's perspective
  • Fig. 5 is an enlarged sectional view of a section of that shown in Fig. 3
  • Projection screen 6 shows an embodiment of the mirror of the projection surface; 7 shows a further embodiment of the mirror of the projection surface;
  • Fig. 8 is a side view of another embodiment of the invention.
  • Projection device 9 shows a side view of a further embodiment of the projection arrangement according to the invention
  • FIG. 10 shows a side view of yet another embodiment of the projection arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of the projection arrangement according to the invention, which is installed in a motor vehicle and comprises a projector unit 1 and a projection surface 2.
  • the projector unit 1 is arranged in the roof area within the motor vehicle close to its windshield 3 and the projection surface 2 is mounted on a dashboard 4, the shape of the projection surface 2 being the shape that is usually in different directions is differently curved, the dashboard 4 is adapted
  • the projection surface 2 is formed as an integral part of the dashboard 4 and it can typically have a size of 35 cm in width and 10 cm in height
  • the projector unit 1 generates an intensity-modulated, essentially parallel light bundle 5, which, as shown schematically in FIG. 1, directs it over the projection surface 2 in order to set a real image thereon.
  • the projection surface 2 emits the light coming from the projector unit 1 as an emerging light bundle 6 only in a predetermined area 7 towards the driver 8 so that the driver can capture the real image on the projection surface 2 when he is sitting in the driver's seat of the vehicle
  • the image on the projection surface 2 is only visible for any distance from the projection surface within a viewing field lying in one plane, the viewing field 9 being shown directly in the area of the driver's eyes 10 in FIG. 1
  • the size of the field of view 9 is determined by the radiation characteristics of the projection surface 2, the radiation characteristics being set by the measures described in detail below so that drivers 8 with different body sizes can see the image on the projection surface 2.
  • the usual range of movement of the head and thus the range of movement of the eyes is taken into account, so that here the square field of view 9 has an extension of approximately 30 x 30 cm at a distance of approximately 800 mm from the projection surface 2
  • the projection surface 2 comprises, as can be seen from the exploded view of a section of the projection surface 2 in FIG. 2, a multifaceted mirror 11 on which a beam expansion device 12 with a scattering layer 13 and a blind cover 14 is applied
  • the multi-surface mirror 11 of the projection surface 2 serves to locally reflect the incident light bundles 5 of the projector unit 1 locally, while the diffusion layer 13 is provided for the desired beam expansion of the reflected bundle 6.
  • the blind panel 14 can, if necessary, limit the through the scattering layer 13 caused by the beam expansion are also used to prevent undesired ambient conditions from striking the multifaceted mirror 11 and worsening the image display and that the real image is visible to third parties.
  • the multipurpose mirror 11, the scattered layer 13 and the blind aperture 14 are optimized with regard to their optical tasks
  • the structuring is carried out in such a way that a multiplicity of microprisms 16 are formed, one prism surface in each case being used as a flat mirror surface 17.
  • the microprisms 16 it is possible to set the inclination of the mirror surfaces 17 completely independently of one another and also within wide limits independently of the geometric (macroscopic) shape of the projection surface 2.
  • the setting is set such that the light beams reflected on the mirror surfaces 17 are reflected only in the spatial region 7, as will be described in detail below.
  • the scattering layer 13 is designed as a film which lies directly above the multifaceted mirror 11 and has the effect that the angle of divergence (half the opening angle of the light beam) of a light beam passing through the scattering layer 13 is increased, as indicated in FIG. 2 by the scattering lobe 18 shown.
  • the widening caused by the scattering layer 13 is selected here so that the divergence angle of the emerging light beam 6 is in the range from 2 to 10 °.
  • a holographic diffuser from POC Physical Optics Corporation, Torrance, Canada, can be used as the diffusion layer 13, which advantageously has a relatively high degree of transmission independence for the wavelengths used here.
  • a blind cover 14 is applied, which is designed as a film and has a plurality of spaced-apart and mutually parallel slats 19 which absorb light falling on them.
  • the distance between the slats 19, their inclination in the film and their height can limit the angular range of the incoming and outgoing light transversely to the slats 19, the Venetian blind 14 being designed such that the incoming and outgoing light beams 5, 6 can pass the blind cover unhindered.
  • the shutter 14 prevents, in particular, that external light (eg sunlight and interior lighting) which strikes the projection surface 2 undesirably is perceived by the driver 8 on the projection surface 2.
  • the blind panel 14 can be colored in the same color as that of the dashboard 4, so that the outer appearance of the projection surface 2 is adapted to that of the dashboard 4.
  • the shutter 14 also prevents the projection surface 2 from appearing outside the vehicle as a luminous surface.
  • a Venetian blind film 14 with desired properties can be obtained, for example, from 3M. As can best be seen from the side view of FIG.
  • the projector unit 1 contains three laser light sources 20, 21, 22, each of which emits an intensity-modulated collinear (or essentially collinear) light beam in one of the primary colors red, green and blue , a beam merging unit 23, which overlays the three light beams of the laser light sources 20, 21 and 22 to form a common red-green-blue light beam, which then uses a biaxial deflection system 24 of the projector unit 1 in a row direction (parallel to the windshield 3) and one vertical column direction is rastered over the projection surface 2.
  • the deflection angle in the column direction is ⁇ , and, as shown in FIG.
  • the deflection angle in the row direction is ⁇
  • the beam path for different pixels P1, P2, P3, P4, P5 and P6 is shown on the projection surface 2 (with the points P1-P3 in the column direction and the points P4-P6 in the row direction adjacent).
  • the deflection system can have a known transformation optics (not shown) in the beam path, with which the desired adjustment of the deflection angle and thus the image size can be carried out.
  • the essentially collinear light beam 5 the beam product of which is smaller than 0.2 mm mrad (for example 0.1 mm mrad) and which is directed onto the projection surface 2 to generate the pixels P1 to P6, radiated from the projection surface 2 in each case as a divergent light bundle 6 with a main beam 25 (the main beam 25 is the beam which is generated due to the specular reflection without the beam expansion and thus in accordance with the law of reflection (angle of incidence is equal to the angle of reflection)), all main beams 25 in Eye point 26 converge in the field of view 9 or in a spatial area enclosing the eye point 26.
  • the corresponding mirror surface 17 is inclined for each of the pixels P1 to P6 in such a way that the main rays 25 are deflected towards the eye point 26 when the incident light bundle 5 is reflected.
  • the inclination of the mirror surfaces 17 is thus set as a function of their local position in the projection surface 2, their distance from the eye point 26 and the angle of incidence of the light beam 5 striking them in accordance with the law of reflection.
  • the optical plumb 27 is shown for the pixel P2 and in FIG. 4 the optical plumb 27 'is shown for the pixel P5.
  • a macroscopic surface normal 28 for the pixel P2 and a macroscopic surface normal 28 'for the pixel P5 to the projection surface 2, as can be seen in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the optical direction in both the row and the column direction Lot 27, 27 'and the surface normal 28, 28' are inclined differently.
  • the angles ⁇ and ⁇ that they enclose are shown in FIGS.
  • the (macroscopic) surface shape of the projection surface 2 can be selected independently of the desired direction of the reflected light bundles 6. It is therefore possible to produce the desired optical properties of the projection surface 2 as largely as possible regardless of the shape (or curvature) of the projection surface 2.
  • the light bundle reflected on the mirror surfaces 17 is expanded by the scattering layer 13 such that the divergence angle gen of the emerging light bundle 6 in the column direction and the divergence angle ⁇ in the row direction each assume a predetermined value. These values result from the distance of the field of view 9 from the projection surface 2 and are chosen such that the diverging light beams 6 only illuminate the field of view 9.
  • the divergence angles ⁇ , ⁇ of the emerging light bundles 6 are each preferably approx 5 °, whereby the expansion by means of the scattering layer 13 takes place isotropically, so that the divergence angles ⁇ , ⁇ are the same.
  • the scattering lobes 18 for the outgoing light bundles 6 are also shown. From the scattering lobes 18 it can be seen that the image brightness is highest in the center of the field of view 9 and decreases towards the edges, the decrease starting from the center being initially relatively small and then decreasing very sharply in the edge region. This results in a relatively good uniformity of the image brightness over the entire field of view.
  • the directional radiation characteristic of the projection surface 2 advantageously also ensures that almost all of the light energy used for the projection is imaged into the field of view 9 and thus into the range of motion of the eyes 10. Thereby A sufficient brightness of the projected image can be brought about so that the image can be easily recognized by the driver 8 even in daylight.
  • the projection surface 2 generates an emerging light bundle 6 with the main beam 25 from each incident light bundle 5, the direction of which is determined on the basis of the specular reflection on the mirrored microprism surfaces 17.
  • the divergence angle ⁇ , ⁇ of the emerging light bundle 6 is set by the diffusion layer 13, whereby, in the example shown in FIG. 5, the blind aperture 14 also contributes to the limitation of the divergence angle, since it causes the scattered rays to form one large divergence angle would be absorbed.
  • the divergence angle of the emerging light bundles 6 generated by means of the diffusion layer 13 can be specifically reduced.
  • the multi-surface mirror 11 comprises a first and a second PMMA plate 29, 30.
  • first and a second PMMA plate 29, 30 On the surface of the first plate 29, parallel grooves 31 are formed which have a V-shaped cross section (as shown in the enlarged detail). This surface is mirrored, so that flat mirror surfaces 17 with an angle of attack of 40 ° are provided.
  • the second PMMA plate 30 has a flat side 30 'facing the first PMMA plate 29 and an opposite second side 32 which comprises a plurality of parallel grooves 33 with a V-shaped cross section, a first side of the V -shaped cross section is almost perpendicular to the flat side 30 'and the other side of the V-shaped cross section, which serves as the optical active surface 34, forms a smaller angle with the flat side 30' than the first side. Furthermore, the angle of inclination of the active surfaces 34 of the grooves 33 increases from the center M of the second plate 30 to the outside in the direction transverse to the groove direction on both sides.
  • the second PMMA plate 30, the effect of which corresponds to that of a cylindrical lens, is applied to the first PMMA plate 29 such that the grooves 33 run transversely to the grooves 31.
  • the deflection of the emerging light bundle 6 is generated on the one hand by the refraction in the second plate 30 and on the other hand by the reflection on the first plate 29.
  • FIG. 7 shows a further possible embodiment of the multi-surface mirror 11, a groove structure having a V-shaped cross section having grooves 36 being formed on the underside of a PMMA plate 35 and the groove structure being mirrored.
  • One of the PMMA is on the top of the plate 35
  • Plate 30 corresponding grooved structure applied so that the multi-surface mirror 11 is designed as a rear surface mirror
  • FIG. 8 Another embodiment of the projection arrangement according to the invention is shown in FIG. 8. This differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the projector unit 1 is no longer installed in the roof area of the motor vehicle, but rather inside or behind the dashboard 4
  • the light bundles 5 emitted by the projector unit 1 run essentially parallel to the windshield 3 and meet a deflection mirror 37 arranged in the roof area within the motor vehicle close to the windshield 3, at which they are reflected so that they in turn run essentially parallel to the windshield 3 and hit the projection surface 2.
  • the deflection mirror 37 can be adjusted and fixed in its position in order to adjust the image position as desired by the driver. It is preferably only used for folding the beam path.
  • the projector unit 1 can be arranged in the dashboard 4, which means that the space required for the projection arrangement of the interior of the vehicle accessible to the driver is only determined by the (small) deflection mirror 37
  • the installation space for the deflecting mirror 37 can be covered, for example, by the rear-view mirror 38. If, as shown in FIG. 8, a cover 39 is also applied to the windshield 3, the deflecting mirror 37 is also not recognizable from outside the vehicle. This concealing the deflecting mirror 37 is possible in the same way for the projector unit 1 in the embodiment shown in FIG. 1
  • FIG. 9 A further embodiment of the projection arrangement according to the invention is shown in FIG. 9, in contrast to the previously described embodiments the projection surface 2, in particular the blind panel 14, is designed such that the projection surface 2 cannot be viewed directly by the driver 8.
  • the driver 8 sees the image of the real (intermediate) image generated on the projection surface 2 reflected on the inside 40 of the windshield 3, so that for the driver 8 a (virtual) image 41 of the real intermediate image generated on the projection surface 2 in front of the windshield 3 in Real scene image appears.
  • the remaining elements of the projection arrangement of FIG. 9 essentially correspond to those of the embodiment shown in FIG. 1 and are therefore identified by the same reference numerals
  • the existing degree of reflection of the glass-air interface leads to a sufficiently bright image impression.
  • Known measures such as, for example, a broadband reflection increase on the inner surface 40 of the windshield 3, can be carried out in order to suppress a ghost image which can arise as a result of reflection at the outer interface of the windshield 3.
  • a panel 42 can still be provided in the area of the dashboard 4 on the inside 40 of the windshield 3, so that the projection surface 2 is not visible from the outside.
  • FIG. 10 A projection arrangement which has been modified somewhat in comparison to the embodiment shown in FIG. 9 is shown in FIG. 10, the projector unit 1 now not in the roof area of the motor vehicle but within the dashboard 4 (in the same way as in the projection arrangement of FIG. 8). is arranged.
  • the deflecting mirror 37 is arranged in the roof area of the motor vehicle between the rear view mirror 38 and the aperture 39.
  • the light beams 5 emitted by the projector unit 1 run essentially parallel to the windshield 3 and meet the deflection mirror 37, which then reflects them back onto the projection surface 2, the light beams 6 emanating therefrom being reflected on the inside 40 of the windshield 3 in such a way that in turn A virtual image 41 is visible to the driver 8, which is located outside the motor vehicle in front of the windshield 3 in the real scene image.
  • the projector unit 1 in other areas of the roof area or in the area of the lateral border of the windshield 3, such as to arrange the A-pillar so that it can project obliquely onto the projection surface 2 or provide necessary deflecting mirrors if necessary.

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Abstract

The invention relates to a projection arrangement, comprising a projector unit (1) and a projection surface (2), whereby, in order to generate an image on the projection surface (2), the projector unit (1) illuminates the above with a light beam (5) for each image point of the image for generation. The projection surface (2) is provided with a mirror (11) and a beam divergent device (12), which, when viewed in the direction of the light beam (5), incident on the mirror, has the mirror (11) first, whereby the mirror (11) reflects all the beams of light coming from the projector unit (1), passing through the beam divergent device (12) and incident on the mirror (11), in such a way that at least one light beam (6), emerging after passing through the beam divergent device (12), is generated from a main ray (25). Main rays (25) for emergent light beams (6), emitted from adjacent areas of the projection surface (2) in a first direction, converge in an imaginary observed field (9), lying on a plane and the convergence of each emergent light beam (6), caused by the beam divergent device (12), is fixed such that the emergent light beams (6) each diverge and, in the plane, illuminate only the observed field (9).

Description

Proiektionsanordnung Proiektionsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsanordnung mit einer Projektoreinheit und einer Projektionsflache, wobei die Projektoreinheit zum Erzeugen eines Bildes auf der Projektionsflache diese mit einem Lichtbundel für jeden Bildpunkt des zu erzeugenden Bildes beleuchtet und die Projektionsflache eine Strahlaufweitungseinrichtung zum Aufweiten von durch sie hindurchlaufende Lichtbundel aufweistThe invention relates to a projection arrangement with a projector unit and a projection surface, the projector unit for generating an image on the projection surface illuminating it with a light bundle for each pixel of the image to be generated and the projection surface has a beam expansion device for expanding light bundles passing through it
Eine solche Projektionsanordnung ist aus DE 195 40 108 C2 bekannt, wobei diese Projektionsanordnung in einem Kraftfahrzeug innerhalb des Armaturenbretts angeordnet ist und eine der Projektionsflache nachgeordnete Abbildungsoptik aufweist, deren objektseitiger Brennpunkt zwischen der Projektoreinheit und der Strahlaufweitungseinrichtung liegt Dadurch kann das Bild auf der Projektionsflache mittels einer Spiegelung an der Windschutzscheibe vergrößert als virtuelles Bild vom Betrachter wahrgenommen werdenSuch a projection arrangement is known from DE 195 40 108 C2, this projection arrangement being arranged in a motor vehicle within the dashboard and having imaging optics arranged downstream of the projection surface, the object-side focal point of which lies between the projector unit and the beam expansion device Reflection on the windshield can be perceived by the viewer as a virtual image
Eine solche virtuelle, vergrößerte Abbildung an der Windschutzscheibe erfordert jedoch aufgrund der notwendigen Abbildungsoptik einen großen Raumbedarf innerhalb des Armaturenbretts, der bei einem Kraftfahrzeug aber praktisch nicht zur Verfugung steht, da dieser Raum z B durch elektrische Leitungen für die Anzeigeinstrumente und Bedienelemente sowie durch Luftzufuhrungen für die Lüftung extrem dicht bepackt ist Die Anordnung der Abbildungsoptik im Bereich unterhalb des Armaturenbretts wurde umfangreiche Änderungen in der Konzeption des Kraftfahrzeuges erforderlich machen Des weiteren ist für den ungehinderten Lichtaustritt eine sehr große Öffnung im Armaturenbrett erforderlich, die aus Designgrunden nicht akzeptiert wirdSuch a virtual, enlarged image on the windshield, however, requires a large amount of space within the dashboard due to the necessary imaging optics, but this is practically not available in a motor vehicle, since this space is provided, for example, by electrical lines for the display instruments and operating elements and by air supply for the ventilation is packed extremely tightly. The arrangement of the imaging optics in the area below the dashboard would necessitate extensive changes in the design of the motor vehicle. Furthermore, a very large opening in the dashboard is required for unobstructed light emission, which is not accepted for design reasons
Ferner ist aus DE 197 30 563 A1 eine holografische Projektionsflache für ein Fahrzeug bekannt Die Abstrahlung der Bildinformation soll in einem bei der Herstellung des Hologramms vorgegebenen und einstellbaren Wiπkelbereich zum Betrachter hin erfolgen, wobei die holografische Projektionsflache das Umgebungslicht absorbieren und nur das Licht für die Bilddarstellung zum Betrachter lenken soll Nachteilig erweist sich jedoch bei einer solchen Projektionsflache die praktisch unkontrollierbare Abhängigkeit der Eigenschaften einer derartigen Projektionsflache von der Wellenlange der einfallenden Lichtbundel und der Einfallsrichtung der Lichtbundel des Nutzlichtes Weiterhin ist die Qualltat der Bilddarstellung sowie auch die Erscheinung der Projektionsflache an sich sehr stark von der Betrachtungsπchtung abhangig Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine qualitativ hochwertige Bilddarstellung realisierbar ist.Furthermore, a holographic projection surface for a vehicle is known from DE 197 30 563 A1. The radiation of the image information is intended to take place in an angle range which is predetermined and adjustable during the production of the hologram, towards the viewer, the holographic projection surface absorbing the ambient light and only the light for the image display With such a projection surface, the disadvantage is that the practically uncontrollable dependence of the properties of such a projection surface on the wavelength of the incident light bundle and the direction of incidence of the light bundle of the useful light proves to be furthermore the fact that the image is displayed and the appearance of the projection surface itself is very strong depending on the observation Proceeding from this, it is an object of the invention to develop a projection arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that a high-quality image display can be achieved.
Die Aufgabe wird bei einer Projektionsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Projektionsflache einen Spiegel aufweist und daß die Strahlaufweitungseinrichtung, in Richtung der auf die Projektionsflache einfallenden Lichtbündel gesehen, dem Spiegel vorgeschaltet ist, wobei der Spiegel jedes von der Projektoreinheit kommende, durch die Strahlaufweitungseinrichtung hindurchtretende und auf den Spiegel treffende Lichtbündel so reflektiert, daß dabei zumindest ein durch die Strahlaufweitungseinrichtung hindurchlaufendes, ausfallendes Lichtbündel mit einem Hauptstrahl erzeugt wird, wobei die Hauptstrahlen von ausfallenden Lichtbündel, die von in einer ersten Richtung benachbarten Orten (bzw. Stellen auf) der Projektionsflache ausgehen, in einem gedachten, in einer Ebene liegenden Betrachtungsfeld konvergieren, und wobei die durch die Strahlaufweitungseinrichtung bedingte Aufweitung jedes ausfallenden Lichtbündels so bestimmt ist, daß die ausfallenden Lichtbündel jeweils divergieren und in der Ebene nicht mehr als das Betrachtungsfeld beleuchten. Durch die Reflexion am Spiegel und durch die mittels der Strahlaufweitungseinrichtung bedingte Aufweitung der ausfallenden Lichtbündel wird vorteilhaft erreicht, daß nahezu die gesamte Lichtenergie in das Betrachtungsfeld gelangt, so daß die Bildhelligkeit außerordentlich hoch ist. Wenn die erfindungsgemäße Projektionsanordnung in einem Verkehrsmittel, wie z.B. einem Kraftfahrzeug, eingebaut ist, kann ein Kontrastunterschied von bis zu 1 : 500 erreicht werden.The object is achieved in a projection arrangement of the type mentioned at the outset in that the projection surface has a mirror and in that the beam expansion device, as seen in the direction of the light beam incident on the projection surface, is connected upstream of the mirror, the mirror coming from the projector unit through which Beam widening device passing through and hitting the mirror reflects such that at least one emerging light bundle passing through the beam widening device is produced with a main beam, the main beams coming from emerging light beams coming from locations (or locations on) that are adjacent in a first direction Go out projection surface, converge in an imaginary field of view lying in a plane, and wherein the widening caused by the beam expansion device of each emerging light beam is determined so that the emerging light beam del diverge in each case and no longer illuminate the field of view in the plane. Due to the reflection on the mirror and the widening of the emerging light bundles caused by the beam expansion device, it is advantageously achieved that almost all of the light energy reaches the field of view, so that the image brightness is extremely high. If the projection arrangement according to the invention is used in a means of transport, e.g. a motor vehicle, a contrast difference of up to 1: 500 can be achieved.
Des weiteren ist der Aufbau der Projektionsanordnung aufgrund der Projektionsflache vergleichsweise einfach, wodurch die Projektionsanordnung besonders kostengünstig realisiert werden kann.Furthermore, the construction of the projection arrangement is comparatively simple due to the projection area, as a result of which the projection arrangement can be implemented particularly cost-effectively.
Auch ist aufgrund der Richtcharakteristik der Projektionsflache und der daraus bedingten hohen Bildhelligkeit der Energieverbrauch der Projektionsanordnung außerordentlich niedrig und kann beispielsweise unter 50 Watt liegen.Also, due to the directional characteristic of the projection surface and the resulting high image brightness, the energy consumption of the projection arrangement is extremely low and can be, for example, less than 50 watts.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist die Projektionsflache gekrümmt. Die Krümmung kann in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich sein, und insbesondere kann die Krümmung auch so gewählt sein, daß die Projektionsflache z.B. gewellt ist. Unabhängig von der vorhandenen Krümmung der Projektionsflache ist jedoch immer noch ihre Richtcharakteristik gegeben, so daß vorteilhaft die geometrische Form der Projektionsflache unabhängig von ihren optischen Eigenschaften gewählt werden kann. Dies kann beispielsweise dazu ausgenutzt werden, daß die Projektionsflache bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in einem Kraftfahrzeug an die (gekrümmte) Form des Armaturenbretts angepaßt ist und auf diesem oder auch als integraler Bestandteil von diesem vorgesehen ist. Dadurch werden die insbesondere im Kraftfahrzeugbau hohen Ansprüche an das Design erfüllt.In an advantageous development of the projection arrangement according to the invention, the projection surface is curved. The curvature can be different in different directions, and in particular the curvature can also be chosen such that the projection surface is, for example, corrugated. Regardless of the existing curvature of the projection surface, however, its directional characteristic is still given, so that the geometric shape of the projection surface can advantageously be selected independently of its optical properties. This can be used, for example, to ensure that the projection surface is in one when using the projection arrangement according to the invention Motor vehicle is adapted to the (curved) shape of the dashboard and is provided on this or as an integral part thereof. This fulfills the high demands placed on the design, particularly in motor vehicle construction.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung umfaßt die Strahlaufweitungseinrichtung eine Streuschicht, die insbesondere als Folie ausgebildet sein kann. Mittels der Streuschicht kann in einfachster Art und Weise die gewünschte Aufweitung der ausfallenden Lichtbündel sichergestellt werden. Eine solche Streuschicht kann mit einem geringen Luftspalt zum Spiegel oder unmittelbar auf diesem vorgesehen sein, wodurch eine optimale Bildqualität erreicht wird. Die Streuschicht kann bevorzugt dieselbe Krümmung wie die Projektionsflache aufweisen, so daß diese äußerst kompakt ausgebildet werden kann.In a preferred development of the projection arrangement according to the invention, the beam expansion device comprises a scattering layer, which can in particular be designed as a film. The desired widening of the emerging light bundles can be ensured in the simplest manner by means of the scattering layer. Such a scattering layer can be provided with a small air gap to or directly on the mirror, as a result of which an optimal image quality is achieved. The scattering layer can preferably have the same curvature as the projection surface, so that it can be made extremely compact.
Ferner ist es bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung noch möglich, daß die Intensitätsverteilung der ausfallenden Lichtbündel mittels der Strahlaufweitungseinrichtung so bestimmt ist, daß bei jedem Lichtbündel die Intensität des Hauptstrahls am größten ist und für die restlichen Lichtstrahlen mit größer werdendem Winkel relativ zum Hauptstrahl abnimmt. Durch diese Intensitätsverteilung wird eine gute Bildqualität erzielt.Furthermore, it is still possible with the projection arrangement according to the invention that the intensity distribution of the emerging light bundles is determined by means of the beam expansion device so that the intensity of the main beam is greatest for each light bundle and decreases for the remaining light beams with an increasing angle relative to the main beam. Good image quality is achieved through this intensity distribution.
Insbesondere kann die Strahlaufweitungseinrichtung noch eine Blende umfassen, die einfallendes Licht aus anderen Richtungen als den Richtungen der von der Projektoreinheit kommenden Lichtbündel und als den Richtungen der ausfallenden Lichtbündel abschattet. Eine solche Blende gewährleistet, daß die einfallenden Lichtbündel ungehindert auf den Spiegel treffen und die ausfallenden Lichtbündel vom Betrachter wahrgenommen werden können, während unerwünschtes Umgebungslicht abgeschattet wird und somit nicht die Qualität der Bilddarstellung verschlechtert. Des weiteren ist durch die Blende bei der Verwendung der Projektionsanordnung in einem Kraftfahrzeug auch noch sichergestellt, daß die Projektionsflache von außerhalb des Fahrzeuges nicht als hell leuchtende Fläche wahrgenommen wird. Ferner kann die Blende auch noch in der gleichen Farbe wie die des Armaturenbretts eingefärbt werden, so daß die Projektionsflache optisch vollständig im Armaturenbrett integriert werden kann.In particular, the beam expansion device can also comprise an aperture which shades incident light from directions other than the directions of the light bundles coming from the projector unit and as the directions of the emerging light bundles. Such an aperture ensures that the incident light bundles hit the mirror unhindered and the emerging light bundles can be seen by the viewer, while unwanted ambient light is shadowed and thus does not deteriorate the quality of the image display. Furthermore, when the projection arrangement is used in a motor vehicle, the screen also ensures that the projection surface is not perceived as a brightly lit surface from outside the vehicle. Furthermore, the panel can also be colored in the same color as that of the dashboard, so that the projection surface can be completely integrated optically in the dashboard.
Insbesondere kann eine solche Blende, in Richtung der auf die Projektionsflache einfallenden Lichtbündel gesehen, der Streuschicht vorgeschaltet sein. Bei dieser Anordnung ist die Wirkung der Blende sehr effektiv. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung umfaßt die Blende eine Mehrzahl von beabstandeten und zueinander parallel verlaufenden Lamellen, die auf sie treffendes Licht abblocken. Die Blende kann auch noch weiterhin eine Mehrzahl von beabstandeten und zueinander parallel verlaufenden zweiten Lamellen aufweisen, die das auf sie treffende Licht abblocken und quer zu den ersten Lamellen angeordnet sind. Solche Blenden mit Lamellen sind z.B. in US 6,239,911 B1 beschrieben und als Folien kommerziell erhältlich, so daß die erfindungsgemäße Projektionsanordnung in einfacher Art und Weise realisiert werden kann.In particular, such a diaphragm, viewed in the direction of the light beam incident on the projection surface, can be arranged upstream of the scattering layer. With this arrangement, the effect of the aperture is very effective. In a further development of the projection arrangement according to the invention, the diaphragm comprises a plurality of spaced-apart and mutually parallel slats which block light striking it. The diaphragm can also still have a plurality of spaced-apart and mutually parallel second lamellae, which open the they block the light that hits them and are arranged transversely to the first slats. Such screens with lamellae are described, for example, in US Pat. No. 6,239,911 B1 and are commercially available as foils, so that the projection arrangement according to the invention can be implemented in a simple manner.
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung der Spiegel eine gekrümmte, durchgehende Reflexionsschicht umfassen. Das kann z.B. durch eine verspiegelte Oberfläche eines Trägers realisiert werden, wobei die Oberfläche als stetig verlaufende Freiformfläche ausgebildet ist. Die Krümmung der Freiformfläche ist dabei so gewählt, daß bei spiegelnder Reflexion des einfallenden Lichtbündels für den entsprechenden Bildpunkt der konvergente Verlauf der Hauptstrahlen bewirkt wird.Furthermore, in the projection arrangement according to the invention, the mirror can comprise a curved, continuous reflection layer. This can e.g. be realized by a mirrored surface of a carrier, the surface being designed as a continuously running free-form surface. The curvature of the free-form surface is chosen so that the convergent course of the main rays is effected for the corresponding image point in the case of specular reflection of the incident light beam.
Alternativ ist es auch möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung der Spiegel als Vielflächenspiegel mit einer Vielzahl von ebenen Spiegelflächen ausgebildet ist, wobei auf jeder Spiegelfläche ein Teil der Streuschicht als Beschichtung direkt aufgebracht sein kann. Bei einem solchen Vielflächenspiegel ist es möglich, daß die Neigung der Spiegelflächen unabhängig von der gewünschten Krümmung der Projektionsflache festgelegt wird.Alternatively, it is also possible that, in the projection arrangement according to the invention, the mirror is designed as a multi-surface mirror with a multiplicity of flat mirror surfaces, it being possible for part of the scattering layer to be applied directly as a coating to each mirror surface. With such a multi-surface mirror, it is possible that the inclination of the mirror surfaces is determined independently of the desired curvature of the projection surface.
Insbesondere können die Spiegelflächen so angeordnet sein, daß die Flächennormalen von zumindest zwei Spiegelflächen nicht parallel zueinander sind. Bevorzugt ist die Anordnung so gewählt, daß mittels der Reflexion der konvergente Verlauf der Hauptstrahlen bewirkt wird. Somit kann die Richtcharakteristik der Projektionsflache unabhängig von einer gewünschten Krümmung der Projektionsflache eingestellt werden, so daß die Projektionsflache leicht an vorgegebenen Rahmenbedingungen angepaßt werden kann.In particular, the mirror surfaces can be arranged such that the surface normals of at least two mirror surfaces are not parallel to one another. The arrangement is preferably selected such that the convergent course of the main rays is effected by means of the reflection. The directional characteristic of the projection surface can thus be set independently of a desired curvature of the projection surface, so that the projection surface can easily be adapted to predetermined framework conditions.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist die Fläche jeder Spiegelfläche kleiner als die Größe eines Bildpunktes des auf der Projektionsflache zu erzeugenden Bildes, wobei die Verbesserung der Bildqualität schon dann sehr gut ist, wenn die Anzahl der Spiegelelemente doppelt so groß ist wie die Bildpunktanzahl. Bei dieser Weiterbildung können dann von einem einfallenden Lichtbündel mehrere, nicht parallele, ausfallende Lichtbündel aufgrund der Reflexionen des einfallenden Lichtbündels an mehreren Spiegelflächen erzeugt werden.In a particularly preferred development of the projection arrangement according to the invention, the area of each mirror surface is smaller than the size of a pixel of the image to be generated on the projection surface, the improvement in image quality being very good when the number of mirror elements is twice the number of pixels , In this development, an incident light bundle can then generate a plurality of non-parallel, emerging light bundles due to the reflections of the incident light bundle on several mirror surfaces.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung besteht darin, daß der Spiegel ein Rückflächenspiegel ist. In diesem Fall wird eine Verschmutzung und eine dadurch bedingte Verschlechterung der Bilddarstellung effektiv verhindert. Ferner kann der Spiegel bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine transparente Platte umfassen, bei der zumindest eine Seite so strukturiert ist, daß die Richtung eines durch die Platte hindurchgehenden Lichtbündels verändert wird. Dadurch wird eine besonders einfache Realisierungsmöglichkeit des Spiegel gewährleistet. Auch kann die Platte so ausgebildet sein, daß aufgrund der durch sie bedingten Richtungsänderung der konvergente Verlauf der Hauptstrahlen bewirkt wird.An advantageous development of the projection arrangement according to the invention is that the mirror is a rear surface mirror. In this case, contamination and a consequent deterioration of the image display are effectively prevented. Furthermore, the mirror in the projection arrangement according to the invention can comprise a transparent plate in which at least one side is structured in such a way that the direction of a light beam passing through the plate is changed. This ensures a particularly simple possibility of realizing the mirror. The plate can also be designed in such a way that, due to the change in direction caused by it, the convergent course of the main rays is brought about.
Bevorzugt ist die der Strahlaufweitungseinrichtung abgewandte Seite der Platte strukturiert und verspiegelt, so daß der Spiegel durch ein einziges Element in kompakter Art und Weise realisiert werden kann. Damit wird es auch möglich, die Herstellungskosten des Spiegels und somit der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung zu verringern.The side of the plate facing away from the beam expansion device is preferably structured and mirrored, so that the mirror can be realized in a compact manner by a single element. This also makes it possible to reduce the production costs of the mirror and thus of the projection arrangement according to the invention.
Bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist es auch möglich, daß die Hauptstrahlen von ausfallenden Lichtbündel, die von den in einer zweiten Richtung benachbarten Orten der Projektionsflache ausgehen, aufgrund der Reflexion am Spiegel im Betrachtungsfeld konvergieren, wobei die zweite Richtung verschieden zur ersten Richtung ist. Insbesondere können die beiden Richtungen einen Winkel von 90° einschließen. Insbesondere können alle Hauptstrahlen der ausfallenden Lichtbündel im Betrachtungsfeld konvergieren. Durch diese Weiterbildungen ist vorteilhaft eine Erhöhung der Bildhelligkeit möglich.In the projection arrangement according to the invention, it is also possible for the main rays from emerging light bundles, which emanate from the neighboring locations of the projection surface in a second direction, to converge in the field of view due to the reflection on the mirror, the second direction being different from the first direction. In particular, the two directions can enclose an angle of 90 °. In particular, all the main rays of the emerging light bundles can converge in the field of view. These developments advantageously make it possible to increase the image brightness.
Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung die Projektoreinheit ein intensitätsmoduliertes Lichtbündel erzeugen und über die Projektionsflache lenken, um das Bild zu erzeugen. Diese Ablenkung des Lichtbündels kann rasterartig (die Ablenkung erfolgt zeilenweise über den gesamten Bildbereich, wobei das Lichtbündel bei dunklen Bildpunkten dunkel getastet wird) oder vektorartig (die Ablenkung erfolgt im wesentlichen nur entlang der hellen Bildpunkte) erfolgen. Dadurch wird eine einfache Art der Erzeugung des reellen Bildes auf der Projektionsflache ermöglicht.In particular, in the projection arrangement according to the invention, the projector unit can generate an intensity-modulated light beam and steer it over the projection surface in order to generate the image. This deflection of the light bundle can be grid-like (the deflection takes place line by line over the entire image area, the light bundle being keyed dark in the case of dark pixels) or vector-like (the deflection essentially only takes place along the bright pixels). This enables a simple way of generating the real image on the projection surface.
Das Lichtbündel ist bevorzugt im wesentlichen kollinear und kann bevorzugt ein Strahlprodukt von kleiner als 0,2 mm mrad (z.B. 0,1 mm mrad) aufweisen. Ein solches Lichtbündel kann besonders einfach und effizient mit einem Laser erzeugt werden, wobei es monochromatisch oder, für farbige Bilder, polychromatisch sein kann.The light beam is preferably essentially collinear and can preferably have a beam product of less than 0.2 mm mrad (e.g. 0.1 mm mrad). Such a light beam can be generated particularly easily and efficiently with a laser, it being monochromatic or, for colored images, polychromatic.
Neben der Verwendung einer solchen schreibenden Projektoreinheit ist es auch möglich, bildabbildende Projektoreinheiten vorzusehen, bei denen beispielsweise mittels einer Kippspiegelmatrix oder eines LCD-Moduls das gewünschte Bild erzeugt und mittels einer Projektionsoptik auf die Projektionsflache projiziert werden kann. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung kann in vorteilhafter Weise dort eingesetzt werden, wo von einer Fläche mit einer vorgegebenen Oberflächenform ein Bild mit gezielter Abstrahlcharakteristik abgestrahlt werden soll, da die Projektionsflache der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung entsprechend' der vorgegebenen Oberflächenform ausgebildet werden kann.In addition to the use of such a writing projector unit, it is also possible to provide image-imaging projector units in which, for example, the desired image can be generated by means of a tilting mirror matrix or an LCD module and can be projected onto the projection surface by means of projection optics. The projection assembly according to the invention can be used advantageously where an image having focused radiation to be radiated from a surface having a predetermined surface shape, since the projection surface of the projection arrangement according to the invention the predetermined surface shape can be formed in accordance with '.
Besonders vorteilhaft ist dies bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordπung in einem Kraftfahrzeug, wobei die Projektionsflache bevorzugt auf dem Armaturenbrett oder als Bestandteil von diesem ausgebildet ist.This is particularly advantageous when the projection arrangement according to the invention is used in a motor vehicle, the projection surface preferably being formed on the dashboard or as a component thereof.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung kann so ausgebildet sein, daß das reelle Bild auf der Projektionsflache für den Betrachter unmittelbar erfaßbar ist. In diesem Fall wird vorteilhaft eine qualitativ sehr hochwertige Darstellung eines reellen Bildes erreicht.The projection arrangement according to the invention can be designed such that the real image on the projection surface can be directly grasped by the viewer. In this case, a very high quality representation of a real image is advantageously achieved.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Projektionsanordnung noch eine der Projektionsflache nachgeordnete Reflexionsfläche (bevorzugt im wesentlichen eben) aufweisen, an der die ausfallenden Lichtbündel so reflektiert werden, daß das auf der Projektionsflache erzeugte Bild als virtuelles Bild erfaßbar ist. Daher kann vorteilhaft die Projektionsflache so angeordnet sein, daß sie vom Betrachter nicht direkt einsehbar ist, wodurch die Anordnungsmöglichkeiten derAlternatively, the projection arrangement according to the invention can also have a reflection surface (preferably essentially flat) arranged downstream of the projection surface, on which the emerging light bundles are reflected such that the image generated on the projection surface can be captured as a virtual image. Therefore, the projection surface can advantageously be arranged so that it is not directly visible to the viewer, which means that the arrangement options of the
Projektionsflache erhöht sind.Projection area are increased.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in einem Kraftfahrzeug kann die Reflexionsfläche besonders einfach durch die Windschutzscheibe (oder auch durch eine im Fahrzeug unmittelbar vor der Windschutzscheibe angeordnete Scheibe, die bevorzugt eben ist) verwirklicht sein. Da das Bild auf der Projektionsflache in der gewünschten Größe erzeugbar ist, ist vorteilhaft keine Abbildungsoptik zwischen der Projektions- und derWhen using the projection arrangement according to the invention in a motor vehicle, the reflection surface can be realized particularly simply through the windshield (or also through a windshield arranged in the vehicle directly in front of the windshield, which is preferably flat). Since the image can be generated on the projection surface in the desired size, there is advantageously no imaging optics between the projection and the
Reflexionsfläche notwendig.Reflective surface necessary.
In diesem Fall ist es noch von besonderem Vorteil, daß dieses virtuelle Bild im Szenenbild vom Betrachter vor der Windschutzscheibe (und somit außerhalb des Fahrzeugs) erfaßt werden kann, so daß der Betrachter bzw. der Fahrer bei der Betrachtung des virtuellen Bildes die Augen nur gering akkomodieren muß.In this case, it is of particular advantage that this virtual image can be captured in the scene image by the viewer in front of the windshield (and thus outside the vehicle), so that the viewer or the driver's eyes are only slight when viewing the virtual image must accommodate.
Unter Umständen liefert die Wölbung der Windschutzscheibe eine kleine Veränderung der Bildabmessungen, wobei die bei einer Schrägprojektion bekannten Geometriekorrekturen des Bildes, wie z.B. in DE 197 37 374 C2 beschrieben ist, durchgeführt werden können.Under certain circumstances, the curvature of the windshield provides a small change in the image dimensions, whereby the geometric corrections of the image known from an oblique projection, such as e.g. is described in DE 197 37 374 C2, can be carried out.
Bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung wird die Aufweitung der ausfallenden Lichtbündel bevorzugt isotrop bewirkt, so daß die Strahlaufweitungseinrichtung besonders einfach ausgebildet werden kann. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in einem Kraftfahrzeug kann der Divergenzwinkel der ausfallenden Lichtbündel bei Platzverhältnisse, wie sie in einem Kraftfahrzeug typisch sind, 2 bis 10° betragen, wobei sich ein Divergenzwinkel von 5° als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Es ist natürlich auch möglich, daß die Aufweitung der ausfallenden Lichtbündel anisotrop bewirkt wird, z.B. wenn das Betrachtungsfeld unterschiedliche Breite und Höhe aufweisen soll.In the projection arrangement according to the invention, the expansion of the emerging light bundles is preferably effected isotropically, so that the beam expansion device can be designed in a particularly simple manner. When using the invention Projection arrangement in a motor vehicle, the divergence angle of the emerging light bundles can be 2 to 10 ° in space conditions, as are typical in a motor vehicle, a divergence angle of 5 ° having proven to be particularly advantageous. It is of course also possible for the widening of the emerging light bundles to be effected anisotropically, for example if the field of view is to have different widths and heights.
Ferner kann der Reflexionsschicht des Spiegels, an der die spiegelnde Reflexion stattfindet, so strukturiert sein, daß bei der Reflexion gleichzeitig noch die Funktion der Strahlaufweitungseinrichtung bewirkt wird. Ein solcher Spiegel kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß die gewünschte Oberflächenstruktur in eine Oberfläche einer Platte abgeformt wird und daß danach die strukturierte Oberfläche verspiegelt wird.Furthermore, the reflection layer of the mirror, on which the specular reflection takes place, can be structured such that the function of the beam expansion device is also effected during the reflection. Such a mirror can be produced, for example, by molding the desired surface structure into a surface of a plate and then mirroring the structured surface.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Von den Figuren zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. From the figures show:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung; Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts der in Fig. 1 gezeigten1 shows a side view of an embodiment of the projection arrangement according to the invention; Fig. 2 is an exploded view of an enlarged section of that shown in Fig. 1
Projektionsflache; Fig. 3 eine Seitenansicht der Ausführungsform von Fig. 1 , wobei zur Erläuterung noch Strahlverläufe eingezeichnet sind;Projection screen; Fig. 3 is a side view of the embodiment of Fig. 1, with ray traces being drawn in for explanation;
Fig. 4 eine Darstellung der Ausführungsform von Fig. 3 aus Sicht des Fahrers;FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 3 from the driver's perspective;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Ausschnitts der in Fig. 3 gezeigtenFig. 5 is an enlarged sectional view of a section of that shown in Fig. 3
Projektionsflache; Fig. 6 eine Ausführungsform des Spiegels der Projektionsflache; Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Spiegels der Projektionsflache;Projection screen; 6 shows an embodiment of the mirror of the projection surface; 7 shows a further embodiment of the mirror of the projection surface;
Fig. 8 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßenFig. 8 is a side view of another embodiment of the invention
Projektionsanordnung; Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, und Fig. 10 eine Seitenansicht einer noch anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.Projection device; 9 shows a side view of a further embodiment of the projection arrangement according to the invention, and FIG. 10 shows a side view of yet another embodiment of the projection arrangement according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung gezeigt, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist und eine Projektoreinheit 1 und eine Projektionsflache 2 umfaßt. Die Projektoreinheit 1 ist im Dachbereich innerhalb des Kraftfahrzeugs nahe an seiner Windschutzscheibe 3 angeordnet und die Projektionsflache 2 ist auf einem Armaturenbrett 4 angebracht, wobei die Form der Projektionsflache 2 an die Form, die üblicherweise in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich gekrümmt ist, des Armaturenbrett 4 angepaßt ist Es ist natürlich auch möglich, daß die Projektionsflache 2 gleich als integraler Teil des Armaturenbretts 4 ausgebildet ist und sie kann typischerweise eine Große von 35 cm in der Breite und 10 cm in der Hohe aufweisen1 shows a side view of an embodiment of the projection arrangement according to the invention, which is installed in a motor vehicle and comprises a projector unit 1 and a projection surface 2. The projector unit 1 is arranged in the roof area within the motor vehicle close to its windshield 3 and the projection surface 2 is mounted on a dashboard 4, the shape of the projection surface 2 being the shape that is usually in different directions is differently curved, the dashboard 4 is adapted It is of course also possible that the projection surface 2 is formed as an integral part of the dashboard 4 and it can typically have a size of 35 cm in width and 10 cm in height
Die Projektoreinheit 1 erzeugt ein intensitätsmoduliertes, im wesentlichen paralleles Lichtbundel 5, das sie, wie schematisch in Fig 1 gezeigt, über die Projektionsflache 2 lenkt, um darauf ein reelles Bild einzustellen Die Projektionsflache 2 strahlt das von der Projektoreinheit 1 kommende Licht als ausfallende Lichtbundel 6 nur in einen vorgegebenen Raumbereich 7 zum Fahrer 8 hin ab, so daß dieser das reelle Bild auf der Projektionsflache 2 erfassen kann, wenn er auf dem Fahrersitz des Fahrzeugs sitztThe projector unit 1 generates an intensity-modulated, essentially parallel light bundle 5, which, as shown schematically in FIG. 1, directs it over the projection surface 2 in order to set a real image thereon. The projection surface 2 emits the light coming from the projector unit 1 as an emerging light bundle 6 only in a predetermined area 7 towards the driver 8 so that the driver can capture the real image on the projection surface 2 when he is sitting in the driver's seat of the vehicle
Aufgrund dieser vorgegebenen Abstrahleigenschaft der Projektionsflache 2 ist das Bild auf der Projektionsflache 2 für jeden Abstand von der Projektionsflache nur innerhalb eines in einer Ebene liegenden Betrachtungsfelds sichtbar, wobei in Fig 1 das Betrachtungsfeld 9 unmittelbar im Bereich der Augen 10 des Fahrers eingezeichnet istOn the basis of this predetermined radiation property of the projection surface 2, the image on the projection surface 2 is only visible for any distance from the projection surface within a viewing field lying in one plane, the viewing field 9 being shown directly in the area of the driver's eyes 10 in FIG. 1
Die Große des Betrachtungsfeldes 9 wird durch die Abstrahlcharakteπstik der Projektionsflache 2 bestimmt, wobei die Abstrahlcharakteπstik durch nachfolgend im Detail beschriebene Maßnahmen so eingestellt wird, daß Fahrer 8 mit unterschiedlichen Körpergrößen das Bild auf der Projektionsflache 2 sehen können Zusätzlich wird noch der übliche Bewegungsbereich des Kopfes (und somit der Bewegungsbereich der Augen) berücksichtigt, so daß hier das viereckige Betrachtungsfeld 9 bei einem Abstand von ca 800 mm von der Projektionsflache 2 eine Ausdehnung von ca 30 x 30 cm aufweistThe size of the field of view 9 is determined by the radiation characteristics of the projection surface 2, the radiation characteristics being set by the measures described in detail below so that drivers 8 with different body sizes can see the image on the projection surface 2. In addition, the usual range of movement of the head ( and thus the range of movement of the eyes) is taken into account, so that here the square field of view 9 has an extension of approximately 30 x 30 cm at a distance of approximately 800 mm from the projection surface 2
Um die gewünschte Abstrahlcharakteristik der Projektionsflache 2 zu erzeugen, umfaßt sie, wie aus der Explosionsdarstellung eines Ausschnitts der Projektionsflache 2 in Fig 2 ersichtlich ist, einen Vielflächenspiegel 11, auf dem eine Strahlaufweitungseinrichtung 12 mit einer Streuschicht 13 und einer Jalousie-Blende 14 aufgebracht istIn order to produce the desired radiation characteristic of the projection surface 2, it comprises, as can be seen from the exploded view of a section of the projection surface 2 in FIG. 2, a multifaceted mirror 11 on which a beam expansion device 12 with a scattering layer 13 and a blind cover 14 is applied
Der Vielflächenspiegel 11 der Projektionsflache 2 dient dazu, die einfallenden Lichtbundel 5 der Projektoreinheit 1 örtlich individuell zu reflektieren, wahrend die Streuschicht 13 für die gewünschte Strahlaufweitung des reflektierten üchtbundels 6 vorgesehen ist Die Jalousie- Blende 14 kann, falls notig, zu einer Begrenzung der durch die Streuschicht 13 bedingten Strahlaufweitung eingesetzt werden Ferner dient sie noch dazu zu verhindern, daß unerwünschtes Umgebungs cht auf den Vielflächenspiegel 11 trifft und die Bilddarstellung verschlechtert sowie daß das reelle Bild von Dritten sichtbar ist Der Vielflächenspiegel 11 , die Streuschicht 13 und die Jalousie-Blende 14 sind hinsichtlich ihrer optischen Aufgaben optimiert So umfaßt der Vielflächenspiegel 11 eine PMMA-Platte 15 (PMMA = Polymethylmethacrylat), deren der Streuschicht 13 zugewandten Oberfläche strukturiert und verspiegelt ist. Die Strukturierung ist so durchgeführt, daß eine Vielzahl von Mikroprismen 16 ausgebildet ist, wobei jeweils eine Prismafläche als ebene Spiegelfläche 17 genutzt wird. Durch eine gezielte Ausbildung der Mikroprismen 16 ist es möglich, die Neigung der Spiegelflächen 17 völlig unabhängig voneinander und auch in weiten Grenzen unabhängig von der geometrischen (makroskopischen) Form der Projektionsflache 2 einzustellen. Die Einstellung wird bei bekannter bzw. vorgegebener Form der Projektionsflache 2 so eingestellt, daß die an den Spiegelflächen 17 reflektierten Lichtbündel nur in den Raumbereich 7 reflektiert werden, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.The multi-surface mirror 11 of the projection surface 2 serves to locally reflect the incident light bundles 5 of the projector unit 1 locally, while the diffusion layer 13 is provided for the desired beam expansion of the reflected bundle 6. The blind panel 14 can, if necessary, limit the through the scattering layer 13 caused by the beam expansion are also used to prevent undesired ambient conditions from striking the multifaceted mirror 11 and worsening the image display and that the real image is visible to third parties. The multipurpose mirror 11, the scattered layer 13 and the blind aperture 14 are optimized with regard to their optical tasks The multi-surface mirror 11 thus comprises a PMMA plate 15 (PMMA = polymethyl methacrylate), the surface of which facing the scattering layer 13 is structured and mirrored. The structuring is carried out in such a way that a multiplicity of microprisms 16 are formed, one prism surface in each case being used as a flat mirror surface 17. By specifically designing the microprisms 16, it is possible to set the inclination of the mirror surfaces 17 completely independently of one another and also within wide limits independently of the geometric (macroscopic) shape of the projection surface 2. With a known or predetermined shape of the projection surface 2, the setting is set such that the light beams reflected on the mirror surfaces 17 are reflected only in the spatial region 7, as will be described in detail below.
Die Streuschicht 13 ist als Folie ausgebildet, die unmittelbar über dem Vielflächenspiegel 11 liegt und bewirkt, daß der Divergenzwinkel (halber Öffnungswinkel des Lichtbündels) eines durch die Streuschicht 13 hindurchlaufenden Lichtbündels vergrößert wird, wie in Fig. 2 durch die eingezeichnete Streukeule 18 angedeutet ist. Die durch die Streuschicht 13 bedingte Aufweitung ist hier so gewählt, daß der Divergenzwinkel des ausfallenden Lichtbündels 6 im Bereich von 2 bis 10° liegt. Als Streuschicht 13 kann beispielsweise ein holografischer Diffuser der Firma POC Physical Optics Corporation, Torrance, Kanada, verwendet werden, der vorteilhaft eine relativ große Unabhängigkeit der Transmission für die hier verwendeten Wellenlängen aufweist.The scattering layer 13 is designed as a film which lies directly above the multifaceted mirror 11 and has the effect that the angle of divergence (half the opening angle of the light beam) of a light beam passing through the scattering layer 13 is increased, as indicated in FIG. 2 by the scattering lobe 18 shown. The widening caused by the scattering layer 13 is selected here so that the divergence angle of the emerging light beam 6 is in the range from 2 to 10 °. For example, a holographic diffuser from POC Physical Optics Corporation, Torrance, Canada, can be used as the diffusion layer 13, which advantageously has a relatively high degree of transmission independence for the wavelengths used here.
Auf der Streuschicht 13 ist eine Jalousie-Blende 14 aufgebracht, die als Folie ausgebildet ist und eine Vielzahl von beabstandeten und zueinander parallel verlaufenden Lamellen 19 aufweist, die auf sie fallendes Licht absorbieren. Durch den Abstand der Lamellen 19, ihrer Neigung in der Folie und ihre Höhe kann der Winkelbereich des ein- und ausfallenden Lichtes quer zu den Lamellen 19 begrenzt werden, wobei die Jalousie-Blende 14 so ausgebildet ist, daß die einfallenden und ausfallenden Lichtbündel 5, 6 die Jalousie-Blende ungehindert passieren können. Die Jalousie-Blende 14 verhindert insbesondere, daß Fremdlicht (z.B. Sonnenlicht und Innenraumbeleuchtung), das unerwünschter Weise auf die Projektionsflache 2 trifft, vom Fahrer 8 auf der Projektionsflache 2 wahrgenommen wird. Ferner kann die Jalousie- Blende 14 in der gleichen Farbe wie die des Armaturenbretts 4 eingefärbt werden, so daß das äußere Erscheinungsbild der Projektionsflache 2 an das des Armaturenbretts 4 angepaßt ist. Außerdem wird durch die Jalousie-Blende 14 auch noch verhindert, daß die Projektionsflache 2 außerhalb des Fahrzeugs als leuchtende Fläche erscheint. Eine solche Jalousie-Folie 14 mit gewünschten Eigenschaften (wie z.B. der Lamellenneigung) kann beispielsweise von der Firma 3M bezogen werden. Die Projektoreinheit 1 enthält, wie am besten aus der Seitenansicht von Fig. 3 ersichtlich ist, drei Laserlichtquellen 20, 21 , 22, die jeweils ein intensitätsmoduliertes kollineares (bzw. im wesentlichen kollineares) Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben Rot, Grün und Blau aussenden, eine Strahlzusammenführungseinheit 23, die die drei Lichtbündel der Laserlichtquellen 20, 21 und 22 zu einem gemeinsamen Rot-Grün-Blau-Lichtbündel überlagert, das dann mittels eines zweiachsig arbeitenden Ablenksystems 24 der Projektoreinheit 1 in einer Zeilenrichtung (parallel zur Windschutzscheibe 3) und einer dazu senkrechten Spaltenrichtung über die Projektionsflache 2 gerastert wird. Der Ablenkwinkel in Spaltenrichtung beträgt φ, und, wie in Fig. 4 eingezeichnet ist, die eine Ansicht aus Sicht des Fahrers 8 zeigt, beträgt der Ablenkwinkel in Zeilenrichtung φ, wobei der Strahlenverlauf für verschiedene Bildpunkte P1 , P2, P3, P4, P5 und P6 auf der Projektionsflache 2 dargestellt ist (wobei die Punkte P1 - P3 in Spaltenrichtung und die Punkte P4 - P6 in Zeilenrichtung benachbart sind). Die Bildgröße ist durch die Größe der Winkel φ und φ sowie durch den Abstand des Ablenksystems 24 zur Projektionsflache 2 bestimmt. Beim beschriebenen Beispiel beträgt der Abstand ca. 700 mm und cp = 4° sowie φ = 28°, so daß sich eine Bildgröße von etwa 10 x 35 cm ergibt. Falls die Winkel <p und φ durch das Ablenksystem 24 fest vorgegeben sind und nicht zur gewünschten Bildgröße auf der Projektionsflache 2 führen (z.B. aufgrund des durch die Einbaubedingungen festgelegten Projektionsabstandes), kann dem Ablenksystem eine bekannte Transformationsoptik (nicht dargestellt) im Strahlengang nachgeordnet werden, mit der die gewünschte Anpassung der Ablenkwinkel und somit der Bildgröße durchgeführt werden kann.On the scattering layer 13, a blind cover 14 is applied, which is designed as a film and has a plurality of spaced-apart and mutually parallel slats 19 which absorb light falling on them. The distance between the slats 19, their inclination in the film and their height can limit the angular range of the incoming and outgoing light transversely to the slats 19, the Venetian blind 14 being designed such that the incoming and outgoing light beams 5, 6 can pass the blind cover unhindered. The shutter 14 prevents, in particular, that external light (eg sunlight and interior lighting) which strikes the projection surface 2 undesirably is perceived by the driver 8 on the projection surface 2. Furthermore, the blind panel 14 can be colored in the same color as that of the dashboard 4, so that the outer appearance of the projection surface 2 is adapted to that of the dashboard 4. In addition, the shutter 14 also prevents the projection surface 2 from appearing outside the vehicle as a luminous surface. Such a Venetian blind film 14 with desired properties (such as the slat inclination) can be obtained, for example, from 3M. As can best be seen from the side view of FIG. 3, the projector unit 1 contains three laser light sources 20, 21, 22, each of which emits an intensity-modulated collinear (or essentially collinear) light beam in one of the primary colors red, green and blue , a beam merging unit 23, which overlays the three light beams of the laser light sources 20, 21 and 22 to form a common red-green-blue light beam, which then uses a biaxial deflection system 24 of the projector unit 1 in a row direction (parallel to the windshield 3) and one vertical column direction is rastered over the projection surface 2. The deflection angle in the column direction is φ, and, as shown in FIG. 4, which shows a view from the driver's point of view 8, the deflection angle in the row direction is φ, the beam path for different pixels P1, P2, P3, P4, P5 and P6 is shown on the projection surface 2 (with the points P1-P3 in the column direction and the points P4-P6 in the row direction adjacent). The image size is determined by the size of the angles φ and φ and by the distance of the deflection system 24 from the projection surface 2. In the example described, the distance is approximately 700 mm and cp = 4 ° and φ = 28 °, so that an image size of approximately 10 x 35 cm results. If the angles <p and φ are predetermined by the deflection system 24 and do not lead to the desired image size on the projection surface 2 (for example due to the projection distance determined by the installation conditions), the deflection system can have a known transformation optics (not shown) in the beam path, with which the desired adjustment of the deflection angle and thus the image size can be carried out.
Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, wird das im wesentliche kollineare Lichtbündel 5, dessen Strahlprodukt kleiner als 0,2 mm mrad (z.B. 0,1 mm mrad) ist und das zum Erzeugen der Bildpunkte P1 bis P6 auf die Projektionsflache 2 gerichtet wird, von der Projektionsflache 2 jeweils als divergentes Lichtbündel 6 mit einem Hauptstrahl 25 (der Hauptstrahl 25 ist der Strahl, der aufgrund der spiegelnden Reflexion ohne die Strahlaufweitung und somit gemäß dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel ist gleich Ausfallswinkel) erzeugt wird) abgestrahlt, wobei alle Hauptstrahlen 25 im Augenpunkt 26 im Betrachtungsfeld 9 bzw. in einem den Augenpunkt 26 einschließenden Raumbereich konvergieren. Dies wird dadurch erreicht, daß die entsprechende Spiegelfläche 17 für jeden der Bildpunkte P1 bis P6 so geneigt ist, daß bei spiegelnder Reflexion des einfallenden Lichtbündels 5 die Hauptstrahlen 25 zum Augenpunkt 26 hin abgelenkt werden.3, the essentially collinear light beam 5, the beam product of which is smaller than 0.2 mm mrad (for example 0.1 mm mrad) and which is directed onto the projection surface 2 to generate the pixels P1 to P6, radiated from the projection surface 2 in each case as a divergent light bundle 6 with a main beam 25 (the main beam 25 is the beam which is generated due to the specular reflection without the beam expansion and thus in accordance with the law of reflection (angle of incidence is equal to the angle of reflection)), all main beams 25 in Eye point 26 converge in the field of view 9 or in a spatial area enclosing the eye point 26. This is achieved in that the corresponding mirror surface 17 is inclined for each of the pixels P1 to P6 in such a way that the main rays 25 are deflected towards the eye point 26 when the incident light bundle 5 is reflected.
Die Neigung der Spiegelflächen 17 wird somit in Abhängigkeit ihrer örtlichen Lage in der Projektionsflache 2, ihrem Abstand vom Augenpunkt 26 und dem Einfallswinkel des auf sie treffenden Lichtbündels 5 gemäß dem Reflexionsgesetz eingestellt. In Fig. 3 ist zur Verdeutlichung dieser Reflexion für den Bildpunkt P2 noch das optische Lot 27 und in Fig. 4 ist für den Bildpunkt P5 das optische Lot 27' eingezeichnet. Wenn man weiterhin der Projektionsflache 2 noch eine makroskopische Flächennormale 28 für den Bildpunkt P2 und eine makroskopische Flächennormale 28' für den Bildpunkt P5 zuordnet, wie in Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sieht man, daß sowohl in Zeilenrichtung als auch in Spaltenrichtung das optische Lot 27, 27' und die Flächennormale 28, 28' unterschiedlich geneigt sind. Die Winkel γ und δ, die sie einschließen, sind in Fig. 3 und 4 eingezeichnet. Daraus ist ersichtlich, daß die (makroskopische) Oberflächenform der Projektionsflache 2 unabhängig von der gewünschten Richtung der reflektierten Lichtbündel 6 gewählt werden kann. Daher ist es möglich, die gewünschten optischen Eigenschaften der Projektionsflache 2 weitgehendst unabhängig von der Form (bzw. Krümmung) der Projektionsflache 2 zu erzeugen.The inclination of the mirror surfaces 17 is thus set as a function of their local position in the projection surface 2, their distance from the eye point 26 and the angle of incidence of the light beam 5 striking them in accordance with the law of reflection. In FIG. 3 the optical plumb 27 is shown for the pixel P2 and in FIG. 4 the optical plumb 27 'is shown for the pixel P5. If one further assigns a macroscopic surface normal 28 for the pixel P2 and a macroscopic surface normal 28 'for the pixel P5 to the projection surface 2, as can be seen in FIGS. 3 and 4, it can be seen that the optical direction in both the row and the column direction Lot 27, 27 'and the surface normal 28, 28' are inclined differently. The angles γ and δ that they enclose are shown in FIGS. 3 and 4. It can be seen from this that the (macroscopic) surface shape of the projection surface 2 can be selected independently of the desired direction of the reflected light bundles 6. It is therefore possible to produce the desired optical properties of the projection surface 2 as largely as possible regardless of the shape (or curvature) of the projection surface 2.
Des weiteren wird das an den Spiegelflächen 17 reflektierte Lichtbündel noch durch die Streuschicht 13 so aufgeweitet, daß der Divergenzwinkel Θ des ausfallenden Lichtbündels 6 in Spaltenrichtung und der Divergenzwinkel τ in Zeilenrichtung jeweils einen vorbestimmten Wert annehmen. Diese Werte ergeben sich aus dem Abstand des Betrachtungsfelds 9 von der Projektionsflache 2 und werden so gewählt, daß die divergierenden Lichtbündel 6 jeweils nur das Betrachtungsfeld 9 ausleuchten.Furthermore, the light bundle reflected on the mirror surfaces 17 is expanded by the scattering layer 13 such that the divergence angle gen of the emerging light bundle 6 in the column direction and the divergence angle τ in the row direction each assume a predetermined value. These values result from the distance of the field of view 9 from the projection surface 2 and are chosen such that the diverging light beams 6 only illuminate the field of view 9.
Da beim hier beschriebenen Beispiel der Abstand des Fahrers 8 und somit des Betrachtungsfelds 9 von der Projektionsflache 2 etwa 800 mm beträgt und das Betrachtungsfeld eine Ausdehnung von 20 x 20 cm aufweisen soll, werden die Divergenzwinkel Θ, τ der ausfallenden Lichtbündel 6 jeweils bevorzugt auf ca. 5° eingestellt, wodurch die Aufweitung mittels der Streuschicht 13 isotrop erfolgt, so daß die Divergenzwinkel Θ, τ gleich sind.Since in the example described here the distance between the driver 8 and thus the field of view 9 from the projection surface 2 is approximately 800 mm and the field of view should have an extension of 20 x 20 cm, the divergence angles Θ, τ of the emerging light bundles 6 are each preferably approx 5 °, whereby the expansion by means of the scattering layer 13 takes place isotropically, so that the divergence angles Θ, τ are the same.
Es ist natürlich auch möglich, daß die beiden Divergenzwinkel Θ und τ unterschiedliche Werte aufweisen. In diesem Fall ist dann auch die Ausdehnung des Betrachtungsfeldes in Zeilen- und Spaltenrichtung unterschiedlich.It is of course also possible that the two divergence angles Θ and τ have different values. In this case, the extent of the field of view in the row and column direction is also different.
Ferner sind auch in Fig. 3 und 4 die Streukeulen 18 für die dargestellten ausfallenden Lichtbündel 6 eingezeichnet. Aus den Streukeulen 18 kann entnommen werden, daß die Bildhelligkeit in der Mitte des Betrachtungsfeldes 9 am höchsten ist und zu den Rändern hin abnimmt, wobei die Abnahme ausgehend von der Mitte zuerst relativ gering ist und dann im Randbereich sehr stark abnimmt. Dadurch wir eine relativ gute Gleichmäßigkeit der Bildhelligkeit über das gesamte Betrachtungsfeld erzielt.3 and 4, the scattering lobes 18 for the outgoing light bundles 6 are also shown. From the scattering lobes 18 it can be seen that the image brightness is highest in the center of the field of view 9 and decreases towards the edges, the decrease starting from the center being initially relatively small and then decreasing very sharply in the edge region. This results in a relatively good uniformity of the image brightness over the entire field of view.
Durch die gerichtete Abstrahlcharakteristik der Projektionsflache 2 wird vorteilhaft auch noch erreicht, daß nahezu die gesamte zur Projektion eingesetzte Lichtenergie in das Betrachtungsfeld 9 und somit in den Bewegungsbereich der Augen 10 abgebildet wird. Dadurch kann eine ausreichende Helligkeit des projezierten Bildes bewirkt werden, so daß selbst bei Tageslicht das Bild für den Fahrer 8 gut erkennbar ist.The directional radiation characteristic of the projection surface 2 advantageously also ensures that almost all of the light energy used for the projection is imaged into the field of view 9 and thus into the range of motion of the eyes 10. Thereby A sufficient brightness of the projected image can be brought about so that the image can be easily recognized by the driver 8 even in daylight.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt der Projektionsflache 2 vergrößert in Schnittdarstellung gezeigt. Wie Fig. 5 entnommen werden kann, erzeugt die Projektionsflache 2 aus jedem einfallenden Lichtbündel 5 ein ausfallendes Lichtbündel 6 mit dem Hauptstrahl 25, dessen Richtung aufgrund der spiegelnden Reflexion an den verspiegelten Mikroprismenflächen 17 bestimmt ist. Der Divergenzwinkel Θ, τ des ausfallenden Lichtbündels 6 wird durch die Streuschicht 13 eingestellt, wobei, in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel, die Jalousie-Blende 14 auch noch zur Begrenzung des Divergenzwinkels beiträgt, da sie die gestreuten Strahlen, die zu einem zu großen Divergenzwinkel führen würden, absorbiert. Mit der Jalousie-Blende 14 läßt sich somit der mittels der Streuschicht 13 erzeugte Divergenzwinkel der ausfallenden Lichtbündel 6 noch gezielt verkleinern.5 shows a section of the projection surface 2, enlarged, in a sectional illustration. As can be seen in FIG. 5, the projection surface 2 generates an emerging light bundle 6 with the main beam 25 from each incident light bundle 5, the direction of which is determined on the basis of the specular reflection on the mirrored microprism surfaces 17. The divergence angle Θ, τ of the emerging light bundle 6 is set by the diffusion layer 13, whereby, in the example shown in FIG. 5, the blind aperture 14 also contributes to the limitation of the divergence angle, since it causes the scattered rays to form one large divergence angle would be absorbed. With the Venetian blind 14, the divergence angle of the emerging light bundles 6 generated by means of the diffusion layer 13 can be specifically reduced.
In Fig. 6 ist in einer Explosionsdarstellung eine andere Realisierungsmöglichkeit des Vielflächenspiegels 11 gezeigt. Der Vielflächenspiegel 11 umfaßt eine erste und eine zweite PMMA-Platte 29, 30. Auf der Oberfläche der ersten Platte 29 sind parallel zueinander verlaufende Rillen 31 ausgebildet, die einen V-förmigen Querschnitt aufweisen (wie in dem vergrößerten Detail gezeigt ist). Diese Oberfläche ist verspiegelt, so daß ebene Spiegelflächen 17 mit einem Anstellwinkel von 40° vorgesehen sind. Die zweite PMMA-Platte 30 weist eine der ersten PMMA-Platte 29 zugewandte plane Seite 30' und eine dazu entgegengesetzte zweite Seite 32 auf, die eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Rillen 33 mit V-förmigen Querschnitt umfaßt, wobei eine erste Seite des V-förmigen Querschnitts nahezu senkrecht zur planen Seite 30' ist und die andere Seite des V-förmigen Querschnitts, die als optische Wirkfläche 34 dient, einen kleineren Winkel mit der planen Seite 30' einschließt als die erste Seite. Des weiteren nimmt der Neigungswinkel der Wirkflächen 34 der Rillen 33 von der Mitte M der zweiten Platte 30 nach außen in Richtung quer zur Rillenrichtung nach beiden Seiten hin zu. Die zweite PMMA-Platte 30, deren Wirkung der einer Zylinderlinse entspricht, ist derart auf der ersten PMMA-Platte 29 aufgebracht, daß die Rillen 33 quer zu den Rillen 31 verlaufen. Dadurch wird die Ablenkung des ausfallenden Lichtbündels 6 einerseits durch die Brechung in der zweiten Platte 30 und andererseits durch die Reflexion an der ersten Platte 29 erzeugt.6 shows another possible implementation of the multi-surface mirror 11 in an exploded view. The multi-surface mirror 11 comprises a first and a second PMMA plate 29, 30. On the surface of the first plate 29, parallel grooves 31 are formed which have a V-shaped cross section (as shown in the enlarged detail). This surface is mirrored, so that flat mirror surfaces 17 with an angle of attack of 40 ° are provided. The second PMMA plate 30 has a flat side 30 'facing the first PMMA plate 29 and an opposite second side 32 which comprises a plurality of parallel grooves 33 with a V-shaped cross section, a first side of the V -shaped cross section is almost perpendicular to the flat side 30 'and the other side of the V-shaped cross section, which serves as the optical active surface 34, forms a smaller angle with the flat side 30' than the first side. Furthermore, the angle of inclination of the active surfaces 34 of the grooves 33 increases from the center M of the second plate 30 to the outside in the direction transverse to the groove direction on both sides. The second PMMA plate 30, the effect of which corresponds to that of a cylindrical lens, is applied to the first PMMA plate 29 such that the grooves 33 run transversely to the grooves 31. As a result, the deflection of the emerging light bundle 6 is generated on the one hand by the refraction in the second plate 30 and on the other hand by the reflection on the first plate 29.
Mit dem in Fig. 6 gezeigten Vielflächenspiegel wird die Konvergenz der Hauptstrahlen 25 nur für ausfallende Lichtbündel 6, die von in Rillenrichtung der Rillen 31 benachbarten Orten der Projektionsflache ausgehen bewirkt, während die Hauptstrahlen der Lichtbündel 6, die von in Richtung quer zur Rillenrichtung benachbarten Orten ausgehen, parallel oder auch divergierend verlaufen können. In diesem Fall wird die Aufweitung der ausfallenden Lichtbündel in dieser Richtung so gewählt, daß sich die Lichtbündel im Bereich der Augen 10 noch überlappen. In Fig 7 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung des Vielflächenspiegels 11 dargestellt, wobei hier auf der Unterseite einer PMMA-Platte 35 eine Rillenstruktur mit einen V-formigen Querschnitt aufweisenden Rillen 36 gebildet und die Rillenstruktur verspiegelt ist Auf der Oberseite der Platte 35 ist eine der PMMA-Platte 30 entsprechende Rillenstruktur aufgebracht, so daß der Vielflächenspiegel 11 als Ruckflachenspiegel ausgebildet istWith the multi-surface mirror shown in FIG. 6, the convergence of the main rays 25 is effected only for outgoing light bundles 6, which originate from locations of the projection surface which are adjacent in the groove direction of the grooves 31, while the main rays of the light bundles 6, which come from locations adjacent in the direction transverse to the groove direction can go out, run parallel or divergent. In this case, the widening of the emerging light beams in this direction is selected so that the light beams still overlap in the area of the eyes 10. FIG. 7 shows a further possible embodiment of the multi-surface mirror 11, a groove structure having a V-shaped cross section having grooves 36 being formed on the underside of a PMMA plate 35 and the groove structure being mirrored. One of the PMMA is on the top of the plate 35 Plate 30 corresponding grooved structure applied so that the multi-surface mirror 11 is designed as a rear surface mirror
Eine andere Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Projektionsanordnung ist in Fig 8 gezeigt Diese unterscheidet sich von der in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsform dadurch, daß die Projektoreinheit 1 nicht mehr im Dachbereich des Kraftfahrzeuges, sondern innerhalb bzw hinter dem Armaturenbrett 4 eingebaut istAnother embodiment of the projection arrangement according to the invention is shown in FIG. 8. This differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the projector unit 1 is no longer installed in the roof area of the motor vehicle, but rather inside or behind the dashboard 4
Die von der Projektoreinheit 1 abgegebenen Lichtbundel 5 verlaufen im wesentlichen parallel zur Windschutzscheibe 3 und treffen auf einen im Dachbereich innerhalb des Kraftfahrzeuges nahe an der Windschutzscheibe 3 angeordneten Umlenkspiegel 37, an dem sie so reflektiert werden, daß sie wiederum im wesentlichen parallel zur Windschutzscheibe 3 verlaufen und auf die Projektionsflache 2 treffen Der Umlenkspiegel 37 ist in seiner Lage einstell- und fixierbar, um die Bildlage nach Wunsch des Fahrers anzupassen Bevorzugt dient er nur zur Faltung des Strahlengangs Dadurch kann die Projektoreinheit 1 im Armaturenbrett 4 angeordnet werden, wodurch der Raumbedarf der Projektionsanordnung von dem dem Fahrer zugänglichen Innenraum des Fahrzeugs nur noch durch den (kleinen) Umlenkspiegel 37 bestimmt istThe light bundles 5 emitted by the projector unit 1 run essentially parallel to the windshield 3 and meet a deflection mirror 37 arranged in the roof area within the motor vehicle close to the windshield 3, at which they are reflected so that they in turn run essentially parallel to the windshield 3 and hit the projection surface 2. The deflection mirror 37 can be adjusted and fixed in its position in order to adjust the image position as desired by the driver. It is preferably only used for folding the beam path. As a result, the projector unit 1 can be arranged in the dashboard 4, which means that the space required for the projection arrangement of the interior of the vehicle accessible to the driver is only determined by the (small) deflection mirror 37
Der Einbauraum für den Umlenkspiegel 37 kann beispielsweise durch den Rückspiegel 38 verdeckt werden Wenn, wie in Fig 8 gezeigt ist, noch eine Blende 39 auf der Windschutzscheibe 3 aufgebracht ist, ist der Umlenkspiegel 37 auch nicht von außerhalb des Fahrzeuges erkennbar Dieses Verdecken des Umlenkspiegels 37 ist in gleicher Weise für die Projektoreinheit 1 bei der in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsform möglichThe installation space for the deflecting mirror 37 can be covered, for example, by the rear-view mirror 38. If, as shown in FIG. 8, a cover 39 is also applied to the windshield 3, the deflecting mirror 37 is also not recognizable from outside the vehicle. This concealing the deflecting mirror 37 is possible in the same way for the projector unit 1 in the embodiment shown in FIG. 1
In Fig 9 ist eine weitere Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Projektionsanordnung gezeigt, wobei im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausfuhrungsformen die Projektionsflache 2, insbesondere die Jalousie-Blende 14, so ausbildet ist, daß die Projektionsflache 2 durch den Fahrer 8 nicht direkt eingesehen werden kann Der Fahrer 8 sieht das an der Innenseite 40 der Windschutzscheibe 3 reflektierte Bild des auf der Projektionsflache 2 erzeugten reellen (Zwischen-) Bildes, so daß für den Fahrer 8 ein (virtuelles) Bild 41 des auf der Projektionsflache 2 erzeugten reellen Zwischenbildes vor der Windschutzscheibe 3 im realen Szenenbild erscheint Die restlichen Elemente der Projektionsanordnung von Fig 9 entsprechen im wesentlichen denen der in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsform und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet Insbesondere bei der Verwendung einer Projektoreinheit 1 mit Laserlichtquellen führt der vorhandene Reflexionsgrad der Grenzfläche Glas-Luft zu einem ausreichend hellen Bildeindruck. Zur Unterdrückung eines Geisterbildes, das durch Reflexion an der äußeren Grenzfläche der Windschutzscheibe 3 entstehen kann, können bekannte Maßnahmen, wie z.B. eine breitbandige Reflexionserhöhung auf der Innenfläche 40 der Windschutzscheibe 3, durchgeführt werden.A further embodiment of the projection arrangement according to the invention is shown in FIG. 9, in contrast to the previously described embodiments the projection surface 2, in particular the blind panel 14, is designed such that the projection surface 2 cannot be viewed directly by the driver 8. The driver 8 sees the image of the real (intermediate) image generated on the projection surface 2 reflected on the inside 40 of the windshield 3, so that for the driver 8 a (virtual) image 41 of the real intermediate image generated on the projection surface 2 in front of the windshield 3 in Real scene image appears. The remaining elements of the projection arrangement of FIG. 9 essentially correspond to those of the embodiment shown in FIG. 1 and are therefore identified by the same reference numerals In particular when using a projector unit 1 with laser light sources, the existing degree of reflection of the glass-air interface leads to a sufficiently bright image impression. Known measures, such as, for example, a broadband reflection increase on the inner surface 40 of the windshield 3, can be carried out in order to suppress a ghost image which can arise as a result of reflection at the outer interface of the windshield 3.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform kann noch im Bereich des Armaturenbretts 4 eine Blende 42 an der Innenseite 40 der Windschutzscheibe 3 vorgesehen sein, so daß die Projektionsflache 2 von außen nicht sichtbar ist.In the embodiment shown in FIG. 9, a panel 42 can still be provided in the area of the dashboard 4 on the inside 40 of the windshield 3, so that the projection surface 2 is not visible from the outside.
Eine im Vergleich zu der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform etwas veränderte Projektionsanordnung ist in Fig. 10 dargestellt, wobei nun die Projektoreinheit 1 nicht im Dachbereich des Kraftfahrzeuges, sondern innerhalb des Armaturenbretts 4 (in gleicher Weise wie bei der Projektionsanordnung von Fig. 8) angeordnet ist. Zusätzlich ist noch der Umlenkspiegel 37 im Dachbereich des Kraftfahrzeuges zwischen dem Rückspiegel 38 und der Blende 39 angeordnet. Die von der Projektoreinheit 1 abgegebenen Lichtbündel 5 verlaufen im wesentlichen parallel zur Windschutzscheibe 3 und treffen auf den Umlenkspiegel 37, der sie dann auf die Projektionsflache 2 zurückreflektiert, wobei die davon ausgehenden Lichtbündel 6 an der Innenseite 40 der Windschutzscheibe 3 so reflektiert werden, daß wiederum ein virtuelles Bild 41 für den Fahrer 8 sichtbar ist, das außerhalb des Kraftfahrzeugs vor der Windschutzscheibe 3 im realen Szenenbild liegt.A projection arrangement which has been modified somewhat in comparison to the embodiment shown in FIG. 9 is shown in FIG. 10, the projector unit 1 now not in the roof area of the motor vehicle but within the dashboard 4 (in the same way as in the projection arrangement of FIG. 8). is arranged. In addition, the deflecting mirror 37 is arranged in the roof area of the motor vehicle between the rear view mirror 38 and the aperture 39. The light beams 5 emitted by the projector unit 1 run essentially parallel to the windshield 3 and meet the deflection mirror 37, which then reflects them back onto the projection surface 2, the light beams 6 emanating therefrom being reflected on the inside 40 of the windshield 3 in such a way that in turn A virtual image 41 is visible to the driver 8, which is located outside the motor vehicle in front of the windshield 3 in the real scene image.
Neben den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist es natürlich auch möglich, die Projektoreinheit 1 in anderen Bereichen der Dachfläche oder im Bereich der seitlichen Einfassung der Windschutzscheibe 3, wie z.B. die A-Säule, anzuordnen, damit schräg auf die Projektionsflache 2 zu projizieren oder gegebenenfalls notwendige Umlenkspiegel vorzusehen. In addition to the embodiments described so far, it is of course also possible to use the projector unit 1 in other areas of the roof area or in the area of the lateral border of the windshield 3, such as to arrange the A-pillar so that it can project obliquely onto the projection surface 2 or provide necessary deflecting mirrors if necessary.

Claims

AnsprücheExpectations
1 Projektionsanordnung mit einer Projektoreinheit (1 ) und einer Projektionsflache (2), wobei die Projektoreinheit (1 ) zum Erzeugen eines Bildes auf der Projektionsflache (2) diese mit einem Lichtbundel (5) für jeden Bildpunkt des zu erzeugenden Bildes beleuchtet und wobei die Projektionsflache (2) eine Strahlaufweitungseinnchtung (12) zum Aufweiten von durch sie hindurchlaufende Lichtbundel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsflache (2) einen Spiegel (11 ) umfaßt und die Strahlaufweitungseinnchtung (12), in Richtung der auf die Projektionsflache einfallenden Lichtbundel (5) gesehen, dem Spiegel (11 ) vorgeschaltet ist, wobei der Spiegel (1 1 ) jedes von der Projektoreinheit (1 ) kommende, durch die Strahlaufweitungseinnchtung (12) hindurchtretende und auf den Spiegel (1 1 ) treffende Lichtbundel so reflektiert, daß dabei zumindest ein durch die Strahlaufweitungseinnchtung (12) hindurchlaufendes, ausfallendes Lichtbundel (6) mit einem Hauptstrahl (25) erzeugt wird, wobei die Hauptstrahlen (25) von ausfallenden Lichtbundeln (6), die von in einer ersten Richtung benachbarten Orten der Projektionsflache (2) ausgehen, in einem gedachten, in einer Ebene liegenden Betrachtungsfeld (9) konvergieren, und wobei die durch die Strahlaufweitungseinrichtung (12) bedingte Aufweitung jedes ausfallenden Lichtbundeis (6) so bestimmt ist, daß die ausfallenden Lichtbundel (6) jeweils divergieren und in der Ebene nicht mehr als das Betrachtungsfeld (9) beleuchten1 projection arrangement with a projector unit (1) and a projection surface (2), the projector unit (1) for generating an image on the projection surface (2) illuminating it with a light beam (5) for each pixel of the image to be generated, and wherein the projection surface (2) has a beam expansion device (12) for expanding light bundles passing through it, characterized in that the projection surface (2) comprises a mirror (11) and the beam expansion device (12), in the direction of the light beam (5) incident on the projection surface seen, the mirror (11) is connected upstream, the mirror (1 1) reflecting each beam of light coming from the projector unit (1), passing through the beam expansion device (12) and hitting the mirror (1 1), so that at least one through the beam widening device (12) passing, falling light bundle (6) with a main beam (25) is generated , the main rays (25) of emerging light bundles (6), which emanate from locations of the projection surface (2) adjacent in a first direction, converge in an imaginary viewing field (9) lying in one plane, and wherein the rays expanded by the beam expansion device ( 12) conditional expansion of each failing light bundle (6) is determined in such a way that the failing light bundles (6) each diverge and do not illuminate more than the field of view (9) in the plane
2 Projektionsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsflache (2) gekrümmt ist2 projection arrangement according to claim 1, characterized in that the projection surface (2) is curved
3 Projektionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlaufweitungseinrichtung (12) eine Streuschicht (13) umfaßt3 projection arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the beam expansion device (12) comprises a scattering layer (13)
4 Projektionsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschicht (13) auf dem Spiegel (11 ) aufgebracht ist4 projection arrangement according to claim 3, characterized in that the scattering layer (13) is applied to the mirror (11)
5 Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlaufweitungseinnchtung (12) eine Blende (14) umfaßt, die einfallendes Licht aus anderen5 projection arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the beam expansion device (12) comprises an aperture (14), the incident light from others
Richtungen als den Richtungen der von der Projektoreinheit (1 ) kommenden Lichtbundel (5) und als den Richtungen der ausfallenden Lichtbundel (6) abschattet, wobei die Blende (14) bevorzugt so angeordnet ist, daß sie, in Richtung der auf die Projektionsflache (2) einfallenden Lichtbündel (5) gesehen, der Streuschicht (13) vorgeschaltet ist.Shades directions as the directions of the light bundle (5) coming from the projector unit (1) and as the directions of the outgoing light bundle (6), the diaphragm (14) is preferably arranged such that it, viewed in the direction of the light bundle (5) incident on the projection surface (2), is connected upstream of the scattering layer (13).
6. Projektionsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (14) eine Mehrzahl von beabstandeten und zueinander parallel verlaufenden Lamellen (19) umfaßt, die auf sie treffendes Licht abblocken.6. Projection arrangement according to claim 5, characterized in that the diaphragm (14) comprises a plurality of spaced and mutually parallel slats (19) which block light striking them.
7. Projektionsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende weiterhin eine Mehrzahl von beabstandeten und zueinander parallel verlaufenden zweiten Lamellen aufweist, die auf sie treffendes Licht abblocken und quer zu den ersten Lamellen (19) angeordnet sind.7. Projection arrangement according to claim 6, characterized in that the diaphragm further comprises a plurality of spaced and mutually parallel second slats which block light striking them and are arranged transversely to the first slats (19).
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel eine gekrümmte durchgehende Reflexionsschicht umfaßt.8. Projection arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mirror comprises a curved continuous reflection layer.
9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (11 ) als Vielflächenspiegel mit einer Vielzahl von ebenen Spiegelflächen (17) ausgebildet ist.9. Projection arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mirror (11) is designed as a multi-surface mirror with a plurality of flat mirror surfaces (17).
10. Projektionsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (17) so ausgerichtet sind, daß die Flächennormalen von zumindest zwei Spiegelflächen (17) nicht parallel zueinander sind.10. Projection arrangement according to claim 9, characterized in that the mirror surfaces (17) are aligned such that the surface normals of at least two mirror surfaces (17) are not parallel to one another.
11. Projektionsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelflächen (17) so ausgerichtet sind, daß mittels der Reflexion der konvergente Verlauf der Hauptstrahlen erzielt wird.11. Projection arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the mirror surfaces (17) are aligned so that the convergent course of the main rays is achieved by means of the reflection.
12. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche jeder Spiegelfläche (17) kleiner ist als die Größe eines Bildpunktes des auf der Projektionsflache (2) zu erzeugenden Bildes.12. Projection arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that the area of each mirror surface (17) is smaller than the size of a pixel of the image to be generated on the projection surface (2).
13. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (11 ) eine transparente Platte (30, 35) umfaßt, bei der zumindest eine Seite so strukturiert ist, daß die Richtung eines durch die Platte (30, 35) hindurchgehenden Lichtbündels verändert wird. 13. Projection arrangement according to one of claims 8 to 12, characterized in that the mirror (11) comprises a transparent plate (30, 35), in which at least one side is structured such that the direction of a through the plate (30, 35 ) light beam passing through it is changed.
14. Projektionsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mittels der Platte (30, 35) bedingten Richtungsänderung der konvergente Verlauf der Hauptstrahlen erzielt wird.14. Projection arrangement according to claim 13, characterized in that the convergent course of the main rays is achieved due to the change in direction caused by the plate (30, 35).
15. Projektionsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die der Strahlaufweitungseinrichtung abgewandte Seite der Platte (35) strukturiert und verspiegelt ist.15. Projection arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the side of the plate (35) facing away from the beam expansion device is structured and mirrored.
16. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstrahlen (25) von ausfallenden Lichtbündeln (6), die von in einer zweiten Richtung benachbarten Orten der Projektionsflache (2) ausgehen, aufgrund der Reflexion am Spiegel (11 ) im Betrachtungsfeld (9) konvergieren, wobei die zweite Richtung verschieden zur ersten Richtung ist.16. Projection arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the main rays (25) from outgoing light bundles (6) emanating from adjacent locations of the projection surface (2) in a second direction, due to the reflection on the mirror (11) converge in the field of view (9), the second direction being different from the first direction.
17. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hauptstrahlen (25) der ausfallenden Lichtbündel (6) im Betrachtungsfeld (9) konvergieren.17. Projection arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that all the main rays (25) of the emerging light bundle (6) converge in the field of view (9).
18. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektoreinheit (1 ) ein intensitätsmoduliertes Lichtbündel erzeugt und über die Projektionsflache (2) lenkt, um das Bild zu erzeugen.18. Projection arrangement according to one of claims 1 to 17, characterized in that the projector unit (1) generates an intensity-modulated light beam and steers over the projection surface (2) to produce the image.
19. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Projektionsflache (2) nachgeordnete Reflexionsfläche (3) so angeordnet ist, daß die ausfallenden Lichtbündel (6) an dieser reflektiert werden und somit das auf der Projektionsflache (2) erzeugte Bild als virtuelles Bild erfaßbar ist.19. Projection arrangement according to one of claims 1 to 18, characterized in that one of the projection surface (2) downstream reflection surface (3) is arranged so that the emerging light bundles (6) are reflected on this and thus on the projection surface (2) generated image can be captured as a virtual image.
20. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel und die Strahlaufweitungseinrichtung integral ausgebildet sind. 20. Projection arrangement according to one of claims 1 to 19, characterized in that the mirror and the beam expansion device are integrally formed.
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