DE102012014447A1

DE102012014447A1 - Projektionsanordnung

Info

Publication number: DE102012014447A1
Application number: DE201210014447
Authority: DE
Inventors: Anton Feldmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-07-21
Filing date: 2012-07-21
Publication date: 2014-01-23
Also published as: WO2014015943A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung (10) für einen Kraftwagen, mit einem in eine Scheibe (14), insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftwagens integrierten Beugungsgitter (20) zum Rückstreuen eingestrahlten Lichts, sowie einer Projektionsvorrichtung zum Einstrahlen von Licht auf das Beugungsgitter (20), wobei die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren (12) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Projektionsanordnungen sind in Form sogenannter Head-up-Displays aus dem Kraftwagen- und Flugzeugbau allgemein bekannt und sollen es einem Fahrer des Kraftwagens ermöglichen, relevante Informationen über den Fahrzustand oder die Umgebung wahrzunehmen, ohne seinen Blick vom Verkehrsgeschehen abwenden zu müssen.
Zur Anzeige von Informationen auf der Windschutzscheibe ist es bekannt, LED-Anzeigen direkt in die Windschutzscheibe zu integrieren. Dies führt zu dem Problem, dass selbst bei kleineren Schäden der Windschutzscheibe, beispielsweise Steinschlagschäden, hohe Kosten entstehen, da die Elektronik des Head-up-Displays zumindest teilweise gemeinsam mit der Windschutzscheibe ausgetauscht werden muss.
Alternativ ist es möglich, Informationen mittels eines Projektors oder Lasers so auf die Windschutzscheibe zu projizieren, dass der Fahrer ein virtuelles Bild in einem vorgegebenen Abstand wahrnimmt. Üblicherweise müssen hierzu spezielle Displayelemente, beispielsweise Beugungsgitter, in die Windschutzscheibe eingebracht werden, die das projizierte Licht zum Auge des Fahrers zurückreflektieren. Üblicherweise sind diese Displayelemente auf einen Teilbereich der Windschutzscheibe beschränkt, so dass die zur Verfügung stehende Projektionsfläche limitiert ist.
Ein weiteres Problem resultiert aus der Krümmung der Windschutzscheibe. Je größer die Winkelabweichung von der direkten Linie Projektor-Windschutzscheibe ist, desto größer wird der Winkel zwischen einfallendem Lichtstrahl und Windschutzscheibe. Die Projektion weist daher eine ungleichmäßige Helligkeit sowie Abbildungsfehler auf, was wiederum die Größe der möglichen Projektionsfläche limitiert.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, die es ermöglicht hochqualitative Projektionen über einen besonders großen Bereich der Windschutzscheibe zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine solche Projektionsanordnung für einen Kraftwagen umfasst ein in eine Scheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftwagens integriertes Beugungsgitter zum Rückstreuen eingestrahlten Lichts, sowie eine Projektionsvorrichtung zum Einstrahlen von Licht auf das Beugungsgitter.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren umfasst. Hierdurch muss jeder einzelne Projektor lediglich einen Teilbereich des gesamten Projektionsfeldes abdecken, so dass die Abbildungsfehler und Verzerrungen für jeden einzelnen Projektor geringer ausfallen und daher leichter zu korrigieren sind. Dies betrifft sowohl geometrische Abweichungen als auch die Helligkeitsverteilung über das Projektionsfeld. Hierdurch wird es ermöglicht, nahezu beliebige große Einblendungen auf der Frontscheibe darzustellen, ohne dass die Abbildungsqualität leidet. Eine besonders gute Abbildungsqualität kann erzielt werden, wenn die Projektionsvorrichtung insgesamt drei Projektoren umfasst.
Um eine über die gesamte Projektionsfläche konstante Bildqualität zu gewährleisten, ist es ferner zweckmäßig, wenn sich die Projektionsbereiche benachbarter Projektoren auf dem Beugungsgitter überlappen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Beugungsgitter und die Projektoren so angeordnet, dass ein Einstrahlwinkel der Projektoren auf das Beugungsgitter dem Reflektionswinkel des Beugungsgitters entspricht. Hierdurch wird die maximale mögliche Helligkeit der Projektion realisiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Beugungsgitter von einer Schicht aus einem Phenanthrenchinon-Poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymer gebildet. Ein derartiges Polymer kann auf einfache Weise durch eine Photoreaktion von Phenanthrenchinon mit Poly(methylmethacrylat) gewonnen werden. Eine Lage des Polymers, die beispielsweise durch Laserbehandlung mit dem Beugungsgitter versehen wurde, kann bei der Herstellung der Frontscheibe zwischen die Lagen des Sicherheitsglases eingelegt und mitlaminiert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Beugungsgitter von einer Schicht aus einem Gemisch eines Phenanthrenchinon-poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers gebildet. Bei dieser Ausführungsform kann die Kunststofflage, die das Beugungsgitter trägt, unmittelbar als Laminatlage für die Frontscheibe dienen, so dass deren Herstellung besonders einfach und kostengünstig ist.
Vorzugsweise sind die Projektoren schwenkbar gelagert. Dies ermöglicht die Abdeckung eines besonders großen Projektionsfeldes und gleichzeitig die Anpassung der Projektion an die Blickrichtung des Benutzers, so dass in jeder Situation eine optimale Bildqualität erzielt wird.
Hierfür ist es ferner zweckmäßig, wenn eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Blickrichtung und/oder Augenposition und/oder Kopfposition eines Fahrzeuginsassen vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, Einblendungen in die Frontscheibe immer im Blickbereich des Fahrers vorzunehmen, so dass die Ablenkung beim Ablesen aktueller Informationen minimiert wird. Gleichzeitig können so im Sinne einer „erweiterten Realität” Informationen direkt auf die damit verbundenen Umgebungsobjekte projiziert werden, so dass eine besonders einfache und intuitive Schnittstelle für den Fahrer geschaffen wird.
Zweckmäßigerweise werden für die Projektion LED-Projektoren verwendet, die eine gute Helligkeit bei geringen Kosten bieten.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Frontscheibe für einen Kraftwagen zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Projektionsanordnung für einen Kraftwagen umfasst eine Mehrzahl von Projektoren 12, mittels welcher ein Bild auf eine Frontscheibe 14 des Kraftwagens projiziert werden kann. Um trotz der Krümmung der Frontscheibe 14 eine konstante Bildqualität zu erzielen, überschneiden sich die Projektionsbereiche 16 der Projektoren 12. Um eine optimale Bildqualität zu erzielen, sind dabei drei Projektoren 12 notwendig.
Die Frontscheibe 14 ist als laminiertes Sicherheitsglas ausgeführt und umfasst zwei Glaslagen 18, zwischen denen eine Schicht 20 aus einem Gemisch eines Phenanthrenchinon-poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers, in welche beispielsweise durch Laserbehandlung, ein Beugungsgitter eingebracht ist, welches das von den Projektoren 12 eingestrahlte Licht zum Auge des Fahrers zurückreflektiert.
Um einen möglichst großen Bereich der Frontscheibe 14 abzudecken und gleichzeitig eine optimale Bildqualität zu erzielen, können die Projektoren 12 schwenkbar gelagert werden oder mit einer Optik zur Strahlablenkung versehen werden. Zweckmäßigerweise werden die Projektoren 12 dabei in der Cockpitverkleidung untergebracht, so dass sie von unten her auf die Frontscheibe 14 projizieren.
Um Abbildungsfehler, die aus der Krümmung der Frontscheibe 14 resultieren, zu vermeiden, können die zu projizierenden Bilder mittels einer entsprechenden Steuervorrichtung zunächst rechnerisch korrigiert werden, so dass eine verzerrungsfreie Projektion möglich wird.
Zusätzlich kann eine in den Figuren nicht gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung der Blickrichtung des Fahrers vorgesehen sein. Auf diese Weise können die Projektionen immer dem Blick des Fahrers folgen, so dass dieser gleichzeitig notwendige Informationen und das Verkehrsgeschehen im Auge behalten kann.
Mittels der Anordnung 10 können somit ablenkungsarm Informationen über den Kraftwagen, wie beispielsweise Fahrtgeschwindigkeit, Tankfüllstand oder dergleichen, sowie Informationen über die Umgebung auf der Frontscheibe 14 dargestellt werden.
In Kombination mit der Beobachtung der Blickrichtung des Fahrers können diese Informationen auch im Sinne einer „erweiterten Realität' an oder über Objekte der Umgebung projiziert werden. So kann beispielsweise die Information eines Navigationssystems direkt der Straße überlagert werden. Auch die Hervorhebung von wichtigen Verkehrsschildern oder dergleichen ist möglich, um so die Aufmerksamkeit des Fahrers auf wichtige Objekte oder Vorgänge in der Umgebung zu lenken.
Bezugszeichenliste

10: Anordnung
12: Projektor
14: Frontscheibe
16: Projektionsbereich
18: Glas
20: Schicht

Claims

Projektionsanordnung (10) für einen Kraftwagen, mit einem in eine Scheibe (14), insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftwagens integrierten Beugungsgitter (20) zum Rückstreuen eingestrahlten Lichts, sowie einer Projektionsvorrichtung zum Einstrahlen von Licht auf das Beugungsgitter (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren (12) umfasst.
Projektionsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung insgesamt drei Projektoren (12) umfasst.
Projektionsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbereiche (16) benachbarter Projektoren (12) auf dem Beugungsgitter (20) sich überlappen.
Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstrahlwinkel der Projektoren (12) auf das Beugungsgitter (20) dem Reflektionswinkel des Beugungsgitters (20) entspricht.
Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungsgitter (20) von einer Schicht aus einem Phenanthrenchinon-Poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymer gebildet wird.
Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungsgitter (20) von einer Schicht aus einem Gemisch eines Phenanthrenchinon-poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers gebildet wird.
Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoren (12) schwenkbar gelagert sind.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Blickrichtung und/oder Augenposition und/oder Kopfposition eines Fahrzeuginsassen vorgesehen ist.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektoren als LED-Projektoren ausgebildet sind.