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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtformer für einen Bildgeber eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug, auf einen Bildgeber für ein Sichtfeldanzeigegerät, auf ein Sichtfeldanzeigegerät sowie auf ein Verfahren zum Formen von Licht.
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Grafische Informationen können in ein Sichtfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs eingeblendet werden, um es dem Fahrer zu ermöglichen, die Informationen zu erfassen, ohne auf Anzeigeinstrumente einer Instrumententafel des Fahrzeugs zu blicken.
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Die
DE 10 2011 088 794 A1 beschreibt eine Projektionseinrichtung und Verfahren zum Projizieren eines Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Lichtformer für einen Bildgeber eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug, ein Bildgeber für ein Sichtfeldanzeigegerät, ein Sichtfeldanzeigegerät sowie ein Verfahren zum Formen von Licht gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei Sichtfeldanzeigegeräten kann Licht einer Lichtquelle an einer Mattscheibe gestreut werden, um aus einem möglichst großen Blickwinkel erkennbar zu sein.
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Die Mattscheibe kann durch eine Anordnung oder ein Array aus Mikrolinsen ersetzt werden, um eine gerichtete Abstrahlung zu erhalten. Außerhalb des gerichtet abgestrahlten Lichts wird dann sehr wenig Licht gestreut. Dadurch wird nur noch ein begrenzter Bereich ausgeleuchtet.
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Wenn das Licht durch zumindest zwei hintereinander geschaltete Anordnungen aus Mikrolinsen fällt, wobei zumindest eine der Anordnungen beweglich ausgeführt ist, kann die Abstrahlung beeinflusst werden. Die Abstrahlung verändert sich, je nachdem, wie die bewegliche Anordnung bewegt wird. Dadurch kann der ausgeleuchtete Bereich verändert werden.
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Es wird ein Lichtformer für einen Bildgeber eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei der Lichtformer in einem optischen Pfad zwischen einer Lichtquelle des Bildgebers und einer Anzeige des Bildgebers anordenbar ist, wobei der Lichtformer die folgenden Merkmale aufweist:
ein erstes Mikrolinsenarray; und
ein zweites Mikrolinsenarray, das benachbart zu dem ersten Mikrolinsenarray angeordnet ist, wobei das erste Mikrolinsenarray und das zweite Mikrolinsenarray relativ zueinander beweglich gelagert sind, wobei das zweite Mikrolinsenarray zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und der Anzeige angeordnet ist, wenn der Lichtformer in dem optischen Pfad angeordnet ist.
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Unter einem Bildgeber kann ein Gerät zum Bereitstellen einer Bildinformation verstanden werden. Der Bildgeber ist dazu ausgebildet, die Bildinformation auf einer flächigen Anzeige darzustellen, die von hinten durchleuchtbar ist. Die Anzeige ist dazu ausgebildet, das von hinten kommende Licht ansprechend auf ein Bildsignal abzudunkeln, durchzulassen und/oder einzufärben, um die Bildinformation darzustellen. Die Anzeige kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige sein. Ein optischer Pfad kann ein konstruktiv vorgesehener Weg des Lichts durch den Bildgeber und/oder das Sichtfeldanzeigegerät sein. Der optische Pfad kann beispielsweise durch die Mittelpunkte wichtiger beteiligter Bauteile in einer Ruhelage verlaufen. Ein Mikrolinsenarray kann eine Anordnung von einer Vielzahl gleichartiger Linsen sein. Die Linsen können in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sein. Die Linsen können auch in einer polygonal dichtesten Packung angeordnet sein. Die Linsen sind miniaturisiert. Die Linsen kleiner als eine minimal auflösbare Struktur des menschlichen Auges sein. Die Mikrolinsenarrays können beispielsweise eine Trägerplatte aus einem transparenten Material aufweisen. Zumindest eine Seite der Trägerplatte kann eine Oberflächenstruktur aufweisen, die die Linsen ausbildet.
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Der Lichtformer kann eine Kollimationsoptik aufweisen, die in dem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem ersten Mikrolinsenarray angeordnet ist, wenn der Lichtformer in dem optischen Pfad angeordnet ist, wobei die Kollimationsoptik dazu ausgebildet ist, einen parallelen Strahlenverlauf zwischen der Kollimationsoptik und dem ersten Mikrolinsenarray zu erzeugen. Die Kollimationsoptik kann die divergierenden Lichtstrahlen der Lichtquelle kollimieren, damit das erste Mikrolinsenarray mit Licht aus einer definierten Richtung angestrahlt wird.
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Der Lichtformer kann eine Fresnellinse aufweisen, die in dem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und der Anzeige angeordnet ist, wenn der Lichtformer in dem optischen Pfad angeordnet ist, wobei die Fresnellinse dazu ausgebildet ist, einem Randlichtabfall auf der Anzeige entgegenzuwirken. Die Fresnellinse kann die Abstrahlung randnaher Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays in Richtung der Mitte des zweiten Mikrolinsensystems ablenken.
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Die Fresnellinse kann in das erste Mikrolinsenarray und/oder das zweite Mikrolinsenarray integriert sein. Durch die Integration können zwei Grenzflächen om optischen Pfad eingespart werden, wodurch eine höhere Lichtausbeute erreicht wird.
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Der Lichtformer kann eine weitere Anzeige aufweisen, die in dem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem ersten Mikrolinsenarray angeordnet ist, wenn der Lichtformer in dem optischen Pfad angeordnet ist, wobei die weitere Anzeige dazu ausgebildet ist, durch eine Bildinformation auf der weiteren Anzeige definierte Bereiche der Anzeige von Licht der Lichtquelle abzuschatten. Durch das zumindest partielle Abschatten der Anzeige von dem Licht der Lichtquelle kann eine Wärmebelastung der Anzeige verringert werden. Zusätzlich kann ein optischer Kontrast der Bildinformation der Anzeige verbessert werden.
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Zumindest eines der Mikrolinsenarrays kann pro Pixel der Anzeige eine Mehrzahl von Linsen aufweisen. Durch mehrere Linsen kann eine homogene Lichtverteilung erreicht werden.
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Der Lichtformer kann einen Betätiger zum Bewegen des zweiten Mikrolinsenarrays ansprechend auf ein Bewegungssignal aufweisen. Der Betätiger kann in den Lichtformer integriert sein. Durch eine direkte Integration kann eine direkte Ansteuerung der Mikrolinsenarrays erreicht werden.
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Die Mikrolinsenarrays können quer und/oder längs zueinander beweglich angeordnet sein. Durch diskrete Bewegungsrichtungen kann eine Parallelität zwischen den Mikrolinsenarrays auch während der Bewegung gewährleistet werden.
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Es wird ferner ein Bildgeber für ein Sichtfeldanzeigegerät vorgestellt, wobei der Bildgeber die folgenden Merkmale aufweist:
eine Lichtquelle;
eine Anzeige zum Anzeigen einer Bildinformation; und
einen Lichtformer, der in einem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und der Anzeige angeordnet ist, wobei der Lichtformer ein erstes Mikrolinsenarray und ein zweites Mikrolinsenarray aufweist, das benachbart zu dem ersten Mikrolinsenarray und zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und der Anzeige angeordnet ist, wobei das erste Mikrolinsenarray und das zweite Mikrolinsenarray relativ zueinander beweglich gelagert sind.
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Weiterhin wird ein Sichtfeldanzeigegerät für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Sichtfeldanzeigegerät die folgenden Merkmale aufweist:
einen Bildgeber mit einer Lichtquelle, einer Anzeige zum Anzeigen einer Bildinformation und einem Lichtformer, wobei der Lichtformer in einem optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und der Anzeige angeordnet ist, und ein erstes Mikrolinsenarray und ein zweites Mikrolinsenarray aufweist, das benachbart zu dem ersten Mikrolinsenarray und zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und der Anzeige angeordnet ist, wobei das erste Mikrolinsenarray und das zweite Mikrolinsenarray relativ zueinander beweglich gelagert sind; und
eine Abbildungsoptik, die dazu ausgebildet ist, die Bildinformation in einen Beobachtungsbereich des Sichtfeldanzeigegeräts zu projizieren.
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Ferner wird ein Verfahren zum Formen von Licht für eine Anzeige eines Bildgebers eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Einlesen eines Lichtformsignals;
Aufbereiten des Lichtformsignals unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift, um ein Bewegungssignal zu erhalten; und
Bereitstellen des Bewegungssignals für einen Lichtformer gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, um zumindest eines der Mikrolinsenarrays relativ zu dem anderen Mikrolinsenarray zu bewegen und das Licht zu formen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Darstellung eines Bildgebers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung eines Lichtformers mit ausgelenktem Mikrolinsenarray gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung eines Lichtformers mit ausgelenktem Mikrolinsenarray gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung eines Lichtformers mit Fresnellinse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Formen von Licht für eine Anzeige eines Bildgebers eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Sichtfeldanzeigegeräts 100 für ein Fahrzeug 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Sichtfeldanzeigegerät 100 weist einen Bildgeber 104 und eine Abbildungsoptik 106 auf. Der Bildgeber 104 weist eine Lichtquelle 108, eine Anzeige 110 und einen Lichtformer 112 auf. Die Anzeige 110 ist dazu ausgebildet, eine Bildinformation anzuzeigen. Der Lichtformer 112 ist in einem optischen Pfad 114 zwischen der Lichtquelle 108 und der Anzeige 110 angeordnet. Der Lichtformer 112 weist ein erstes Mikrolinsenarray und ein zweites Mikrolinsenarray auf. Das zweite Mikrolinsenarray ist benachbart zu dem ersten Mikrolinsenarray und zwischen dem ersten Mikrolinsenarray und der Anzeige 110 angeordnet. Das erste Mikrolinsenarray und das zweite Mikrolinsenarray sind relativ zueinander beweglich gelagert. Die Abbildungsoptik 106 ist dazu ausgebildet, die Bildinformation in einen Beobachtungsbereich 116 des Sichtfeldanzeigegeräts 100 zu projizieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Bildgeber 104 als ein mikrolinsenarray-basiertes Backlight-Modul 104 für ein Head-up Display 100 ausgeführt.
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Bei HUDs (Head-up Displays) 100 kann die Hinterleuchtung des LCD-Panels 110 durch Hochleistungs-LEDs 108 realisiert werden, welche mittels geeigneter strahlformender und homogenisierender Maßnahmen in gewünschtem Winkel auf den nahe der LCD-Rückseite angebrachten Diffusor treffen. Der Diffusor realisiert eine Streufunktion, sodass jedes aktive Pixel des LCD-Panels aus der kompletten Eyebox 116 in möglichst gleichbleibender Helligkeit wahrgenommen werden kann.
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Eine HUD-Optik 106 unter Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes kann ein sehr großes Blickfeld 116 erzeugen, wobei eine hohe Bilddistanz realisiert werden kann. Damit können HUD-Symbole mit der Fahrszene verschmelzen, was HUDs mit Bilddistanzen zwischen 1,8 m und 2,3 m nicht erlauben. Der hier vorgestellte Lichtformer 112 kann in sogenannten kaHUDs (kontaktanaloge HUDs) 100 verwendet werden, da kaHUDs 100 je nach Ausprägungsart mehr Lichtleistung benötigen, um eine vergrößerte Eyebox 116 und ein erweitertes Blickfeld 116 auszuleuchten und/oder eine dynamisch verstellbare Eyeboxausleuchtung für stereoskopische Darstellung bereitzustellen.
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Bei einer herkömmlichen HUD-Optik 106 ist die Ausleuchtung der Eyebox 116 derart realisiert, dass ein Diffusor mit in jedem Punkt fixen Streuwinkel verwendet wird, der hinter dem LCD-Panel 110 montiert ist. Der ausgeleuchtete Bereich 116 in der Eyebox 116 ist fix und kann nicht verändert werden. Bei sehr großen Eyeboxen 116 von > 100 mm × 100 mm, wie sie bei biokularen kaHUDs 100 benötigt werden, führt dies zu sehr hohen Anforderungen an die Lichtleistung der LEDs 108 sowie die Hitze-Verträglichkeit der LCD-Panels 110.
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Bei binokularen Optiken 106 können zwei separate, kleine Eyeboxen 116 ausgeleuchtet werden, die der Augenposition in Echtzeit nachgeführt werden. Dazu kann die Hintergrundbeleuchtung 108 des LCD-Panels 110 unter Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes über eine dynamisch einstellbare Streucharakteristik verändert werden.
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2 zeigt eine Darstellung eines Bildgebers 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Bildgeber 104 ist dazu geeignet, in einem Sichtfeldanzeigegerät wie in 1 verwendet zu werden. Der Bildgeber 104 weist eine Lichtquelle 108, eine Kollimationsoptik 200, einen Lichtformer 112 und eine Anzeige 110 zum Anzeigen einer Bildinformation auf. Der Lichtformer 112 ist in einem optischen Pfad 114 zwischen der Lichtquelle 108 und der Anzeige 110 angeordnet. Der Lichtformer 112 weist ein erstes Mikrolinsenarray 202 und ein zweites Mikrolinsenarray 204 auf. Das zweite Mikrolinsenarray 204 ist benachbart zu dem ersten Mikrolinsenarray 202 und zwischen dem ersten Mikrolinsenarray 202 und der Anzeige 110 angeordnet. Das erste Mikrolinsenarray 202 und das zweite Mikrolinsenarray 204 sind relativ zueinander beweglich gelagert. Die Kollimationsoptik 200 ist in dem optischen Pfad 114 zwischen der Lichtquelle 108 und dem ersten Mikrolinsenarray 202 angeordnet. Die Kollimationsoptik 200 ist dazu ausgebildet, einen parallelen Strahlenverlauf 206 zwischen der Kollimationsoptik 200 und dem ersten Mikrolinsenarray 202 zu erzeugen. Die Mikrolinsenarrays 202, 204 bestehen aus einer Vielzahl von optischen Linsen, die in diesem Ausführungsbeispiel als regelmäßig wiederkehrende Oberflächenstruktur eines lichtdurchlässigen Materials der Mikrolinsenarrays 202, 204 ausgeführt sind. Die Linsen sind als konvexe Erhebungen aus einer Grundplatte ausgeführt. Der optische Brechungsindex der Mikrolinsenarrays 202, 204 ist verschieden von dem Brechungsindex eines umgebenden Mediums.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen von der Kollimationsoptik 200 abgewandt angeordnet. Dadurch wird das parallel einfallende Licht von der Kollimationsoptik 200 an einer ebenen, senkrecht zu dem Strahlverlauf 206 ausgerichteten ersten Oberfläche des ersten Mikrolinsenarrays 202 nicht gebrochen, beim Verlassen des ersten Mikrolinsenarrays 202 wird das Licht an den Linsen gebrochen. Pro Linse wird das Licht auf einen Brennpunkt gerichtet abgestrahlt.
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Eine Lichteinfallsseite des zweiten Mikrolinsenarrays 204 ist hier eben und quer zu dem optischen Pfad ausgerichtet. Daher wir das fokussierte Licht an der Lichteinfallsseite nur geringfügig gebrochen. Die Brennebene des ersten Mikrolinsenarrays 202 liegt hier innerhalb des zweiten Mikrolinsenarrays 204. Nach der Brennebene divergiert das Licht und wird durch die Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204 erneut gebündelt. Das Licht verlässt den Lichtformer 112 mit einer, durch eine Lage der Mikrolinsenarrays 202, 204 zueinander definierter Abstrahlcharakteristik. Anschließend durchdringt das Licht die Anzeige, die damit die Bildinformation mit der Abstrahlcharakteristik abstrahlt. In dem dargestellten Zustand sind die Linsen des ersten Mikrolinsenarrays 202 und des zweiten Mikrolinsenarrays 204 jeweils koaxial ausgerichtet. Dabei stimmen die optischen Achsen der einander zugeordneten Linsen überein. Der Brennpunkt der Linse des ersten Mikrolinsenarrays 202 liegt auf der optischen Achse der Linse des zweiten Mikrolinsenarrays 204. Das Licht durchdringt die Linsen zentral. Deshalb weist die Abstrahlcharakteristik hier keinen Winkelversatz zu dem optischen Pfad 114 auf. Ein Lichtstrahl auf der optischen Achse der Linsen wird hier nicht gebrochen, da er nur senkrecht zu den Oberflächen der Mikrolinsenarrays 202, 204 ein- und austritt.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Linsen der Mikrolinsenarrays 202, 204 jeweils der Lichtquelle 108 zugewandt angeordnet.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Linsen der Mikrolinsenarrays 202, 204 in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Mikrolinsenarrays 202, 204 beidseitig mit Linsen bestückt ausgeführt.
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Das hier vorgestellte Backlightmodul 104 verfügt über zwei hintereinandergeschaltete Mikrolinsenarrays bzw. MLAs 202, 204, welche leicht gegeneinander bewegt werden können, um den Streuwinkel dynamisch zu variieren.
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Der Streuwinkel kann dynamisch variiert werden. Eine Größe der ausgeleuchteten Eyebox kann so verändert werden. Weiterhin kann ein Austrittswinkel der Strahlung dynamisch variiert werden. Eine Lage der ausgeleuchteten Eyebox kann so verändert werden. Mit ein und demselben LED-Modul 108 können mehrere Eyeboxen durch in schneller sequenzieller, für das menschliche Auge nicht sichtbarer Reihenfolge realisiert werden. Dadurch wird eine stereoskopische Darstellung ermöglicht. Durch die Verwendung von Mikrolinsenarrays 202, 204 wird die Ausleuchtung der Eyebox homogen mit scharkantigem Randabfall, wie bei einem Flattop-Generator. Es können mehrere Mikrolinsen pro LCD-Pixel verwendet werden. Durch mehrere Linsen pro Pixel kann die mittlere Intensität zwischen verschiedenen Pixeln ausgeglichen werden. Durch eine zusätzliche Fresnellinse kann der Eyeboxbereich optimal ohne Verluste am Rand ausgeleuchtet werden.
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Das Backlightmodul 104 mit dem Lichtformer 112 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ist in 2 vereinfacht dargestellt. Es besteht aus einer LED-Quelle 108, einer Kollimierungsoptik 200 zwei Mikrolinsenarrays 202, 204 und dem LCD-Panel 110, welches für die Darstellung des Bildinhaltes zuständig ist. Die LED-Quelle 108 kann aus mehreren LEDs bestehen. Die Kollimierungsoptik 200 kann aus mehreren Linsen und/oder Lightpipes bestehen. Die Pixelgröße des LCDs 110 ist dabei ein Vielfaches größer, als die Aperturen der Mikrolinsen. Das im Allgemeinen zur Unterdrückung der Rückreflexe geneigte LCD-Panel 110 ist hier zur Vereinfachung nicht dargestellt, hier steht es senkrecht. Die kollimierten Lichtstrahlen 206 treffen auf das erste Mikrolinsenarray bzw. MLA1 202, werden gebündelt und laufen nach Passieren des zweiten Mikrolinsenarrays bzw. MLA2 204 in einem definierten Streuwinkel auseinander. Die Abbildungsoptik des HUD, sowie die Eyebox sind nicht dargestellt.
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3 zeigt eine Darstellung eines Lichtformers 112 mit ausgelenktem zweiten Mikrolinsenarray 204 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lichtformer 112 ist als Bestandteil eines Bildgebers 104, wie er in 2 gezeigt ist dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Mikrolinsenarray 202 feststehend ausgeführt, während das zweite Mikrolinsenarray 204 beweglich ausgeführt ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Mikrolinsenarray 204 um einen Weg 300 relativ zu dem ersten Mikrolinsenarray 202 quer zu dem optischen Pfad verschoben. Die Linsen sind jetzt nicht mehr koaxial zueinander ausgerichtet. Die optische Achse der Linsen des ersten Mikrolinsenarrays 202 ist um den Weg 300 zu der Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204 versetzt. Dadurch trifft das gebündelte Licht des ersten Mikrolinsenarrays 202 um den Weg 300 versetzt auf die Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204. Das Licht tritt jetzt an einer um den Weg 300 versetzten Stelle aus den Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204 aus. An der Stelle sind die Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204 anders gekrümmt, als im Bereich der optischen Achse. Dadurch wird das Licht gebrochen und die Abstrahlcharakteristik weist einen Winkelversatz 302 gegenüber der Abstrahlcharakteristik bei unverschobenem zweiten Mikrolinsenarray 202 auf. Das abgestrahlte Licht ist hier also seitlich verschwenkt. Die Bildinformation der Anzeige 110 ist dadurch ebenfalls aus einem, um den Winkelversatz 302 verschwenkten Betrachtungswinkel erkennbar.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Mikrolinsenarray 202 beweglich ausgeführt, während das zweite Mikrolinsenarray 204 feststehend ausgeführt ist.
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In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das erste Mikrolinsenarray 202 als auch das zweite Mikrolinsenarray 204 beweglich ausgeführt. Dabei kann beispielsweise das erste Mikrolinsenarray 202 unterschiedliche Freiheitsgrade aufweisen, als das zweite Mikrolinsenarray 204. Die Mikrolinsenarrays 202, 204 können auch die gleichen Freiheitsgrade aufweisen. Die Mikrolinsenarrays 202, 204 können für verschiedene Aufgaben verwendet werden.
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In 3 ist nun beispielsweise mittels eines Piezoverschiebeaktuators das zweite Mikrolinsenarray 204 nach unten verschoben. Hierdurch lässt sich der Abstrahlwinkel 302 verändern, da die durchstrahlten Oberflächen der Mikrolinsenbereiche des zweiten Mikrolinsenarrays 204 nun anders geneigt sind (= Prismafunktion) wodurch der ausgeleuchtete Bereich in der Eyebox sich entsprechend verschiebt.
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4 zeigt eine Darstellung eines Lichtformers 112 mit ausgelenktem zweiten Mikrolinsenarray 204 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lichtformer 112 entspricht im Wesentlichen dem Lichtformer in 3. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Mikrolinsenarray 202 in Richtung des optischen Pfads 114 beweglich, während das zweite Mikrolinsenarray 204 feststehend ausgeführt ist. Hier ist das erste Mikrolinsenarray 202 um eine Strecke 400 in Richtung der Kollimationsoptik 200 verschoben. Dadurch befindet sich die Brennebene der Linsen des ersten Mikrolinsenarrays 202 vor der Eintrittsfläche des zweiten Mikrolinsenarrays 204. Hie optischen Achsen der einander zugeordneten Linsen stimmen hier weiterhin überein. Da das Licht jedoch nach der Brennebene weiter divergiert, als in 2 dargestellt, tritt das Licht über größere Flächen der Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204 aus. An den Rändern der Flächen weisen die Linsen eine stärkere Krümmung auf, als am Durchstoßpunkt der optischen Achse. Daher wird das Licht hier stärker gebündelt, als in 2. Die Abstrahlcharakteristik des Lichtformers 112 weist einen geringeren Öffnungswinkel 402 auf. Dadurch ist die Bildinformation der Anzeige 110 aus einem geringeren Betrachtungswinkel einsehbar.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Mikrolinsenarray 202 so entlang des optischen Pfads 114 verschoben, dass die Brennebene tiefer in dem zweiten Mikrolinsenarray 204 liegt, als in 2 dargestellt. Dadurch ist der Öffnungswinkel 402 der Abstrahlcharakteristik größer, als in 2. Die Bildinformation der Anzeige 110 kann aus einem größeren Betrachtungswinkel eingesehen werden, als in 2.
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4 ist eine Verstellung des ersten Mikrolinsenarrays 202 entlang der optischen Achse 114 dargestellt, wodurch sich der Öffnungswinkel 402 des Streuwinkels verändert.
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5 zeigt eine Darstellung eines Lichtformers 112 mit Fresnellinse 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Lichtformer 112 entspricht im Wesentlichen dem Lichtformer in 2. Im Gegensatz zu 2 weist das zweite Mikrolinsenarray 204 eine strukturierte Lichteinfallsseite auf. Die Lichteinfallsseite ist als Fresnellinse 500 ausgebildet. Die Fresnellinse 500 ist eine optische Linse, deren Oberfläche in eine Mehrzahl aus Stufen aufgeteilt ist, wobei die Fresnellinse 500 im Gegensatz zur einteiligen Linse in ihrer optischen Achse nur eine geringfügige Wölbung aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht eine Breite der Stufen zumindest in einem Außenbereich der Fresnellinse 500 einer Breite der Linsen des zweiten Mikrolinsenarrays 204. Damit wird das von dem erste Mikrolinsenarray 202 einfallende Licht mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse der Fresnellinse 500 stärker an der Lichteinfallsseite des zweiten Mikrolinsenarrays 204 gebrochen. Randnahe Strahlen werden in Richtung des optischen Pfads 114 abgelenkt. Die Fresnellinse 500 bewirkt eine gleichmäßige Ausleuchtung der Anzeige 110. Die Abstrahlcharakteristik des Lichtformers 112 bewirkt eine gleichmäßige Abstrahlung der Bildinformation in den ganzen Beobachtungsbereich 116 des Sichtfeldanzeigegeräts. Außerhalb des Beobachtungsbereichs 116 wird nur in geringem Maße Licht abgestrahlt. Da das einfallende Licht bereits durch die Linsen des ersten Mikrolinsenarrays 202 fokussiert ist, bewirken die Stufen der Fresnellinse 500 keine Verringerung der Qualität der Abstrahlcharakteristik, da das Licht außerhalb des Bereichs der Stufen in das zweite Mikrolinsenarray 204 eintritt.
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In 5 ist eine Fresnellinse 500 mit eingefügt, welche für einen unterschiedlichen Abstrahlwinkel am Rand und der Mitte des LCD-Panels 110 sorgt, wodurch die Eyebox optimal ausgeleuchtet wird. Anstatt der Fresnellinse 500 kann auch eine konventionelle Linse verwendet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Fresnellinse 500 als eigenständiger Bestandteil des Lichtformers 112 in dem optischen Pfad 114 zwischen der Lichtquelle 108 und der Anzeige 110 angeordnet. Die Fresnellinse 500 ist dazu ausgebildet, einem Randlichtabfall auf der Anzeige 110 entgegenzuwirken.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Fresnellinse in das erste Mikrolinsenarray 202 integriert.
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In einem Ausführungsbeispiel ist je eine Fresnellinse in das erste Mikrolinsenarray 202 und das zweite Mikrolinsenarray 204 integriert.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Lichtformer 112 eine weitere Anzeige auf, die in dem optischen Pfad 114 zwischen der Lichtquelle 108 und dem ersten Mikrolinsenarray 202 angeordnet ist. Die weitere Anzeige ist dazu ausgebildet, durch eine weitere Bildinformation auf der weiteren Anzeige definierte Bereiche der Anzeige 110 von Licht der Lichtquelle 108 abzuschatten. Durch die weitere Anzeige werden die definierten Bereiche auf der Anzeige 110 dunkler, was in einem erhöhten Kontrast außerhalb der definierten Bereiche resultiert.
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In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein weiteres LCD-Panel ohne Farbfilter z. B. zwischen Kollimierungsoptik 200 und dem ersten Mikrolinsenarray 202 eingefügt, wodurch die Lichtverteilung auf dem dargestellten LCD 110 schon vorher eingestellt wird und der Kontrast dadurch deutlich erhöht wird. Der störende sogenannte "Postkarteneffekt", d. h. der immer sichtbare Bildschirmhintergrund im virtuellen Bild entfällt. Dies ist insbesondere bei kaHUDs von zentraler Bedeutung, da bei sichtbarem Bildschirmhintergrund die Illusion der mit der Fahrszene verschmelzenden HUD-Symbole zusammenbricht.
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In einem Ausführungsbeispiel weist zumindest eines der Mikrolinsenarrays 202, 204 pro Pixel der Anzeige 110 eine Mehrzahl von Linsen auf. Die einem Pixel zugeordneten Linsen können unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken aufweisen. Die Abstrahlcharakteristiken der Linsen können sich zu einer Gesamtabstrahlcharakteristik ergänzen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Lichtformer 112 einen Betätiger zum Bewegen des Ersten 202 und/oder des zweiten Mikrolinsenarrays 204 auf. Der Betätiger ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Bewegungssignal das Erste 202 und/oder das zweite Mikrolinsenarray 204 zu bewegen.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Mikrolinsenarrays 202, 204 quer und/oder längs zueinander beweglich angeordnet.
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In einer weiteren nicht dargestellten Variante ist die Lichtquelle 108 dazu ausgebildet, homogenisiertes Licht bereitzustellen. Dadurch wird die Lichtausbeute erhöht, da die Homogenisierung des gaußförmigen Strahlprofils nicht durch elektronische Abschwächung der mittleren Bildbereiche erfolgen muss.
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In einem Ausführungsbeispiel wird statt einer LED-Quelle 108 ein Laser verwendet, wodurch sich die Lichtausbeute, durch Ausnutzung der Polarisation und Wegfall eines Polfilters am LCD 110 verbessert. Außerdem wird durch einen solchen Ansatz eine specklefreie Darstellung ermöglicht.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Mikrolinsenarrays 202, 204 holografisch realisiert. Dadurch kann eine chromatische Aberration durch Verwendung drei unterschiedlicher Hologramme für die Wellenlängenbereiche von RGB vermieden werden. Durch eine holografische Ausführung der Mikrolinsenarrays 202, 204 ergibt sich eine größere Flexibilität bei der Wahl der Einfall- und Ausfallswinkel der Mikrolinsenarrays 202, 204. Dadurch ist eine bessere Anpassung an verfügbaren Bauraum und geneigte LCD-Panels 110 möglich. Holografische Mikrolinsenarrays 202, 204 können Lenslet für Lenslet mit einem Scanverfahren auf großflächige Substrate geschrieben, kostengünstig vervielfältigt ("Kontaktkopie") und entsprechend den Anforderungen zugeschnitten werden. Damit ist eine sehr kostengünstige Herstellung möglich.
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Die Mikrolinsenarrays 202, 204 können auch variabel ausgeführt werden. Die Mikrolinsenarrays 202, 204 können ähnlich wie Liquid Lenses elektronisch z. B. in ihrer Krümmung und somit in ihrer Brennweite variiert werden. Durch den Einsatz von solchen variablen Mikrolinsenarrays 202, 204 kann die hier vorgestellte Verschiebung der optischen Eigenschaften elektronische angesteuert werden, wodurch die Beweglichkeit zumindest eines der Mikrolinsenarrays 202, 204 entfallen kann.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Formen von Licht für eine Anzeige eines Bildgebers eines Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 kann zum Ansteuern eines Lichtformers, wie er in den 1 bis 5 beschrieben ist, verwendet werden. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 602 des Einlesens, einen Schritt 604 des Aufbereitens und einen Schritt 606 des Bereitstellens auf. Im Schritt 602 des Einlesens wird ein Lichtformsignal eingelesen. Das Lichtformsignal kann von einer Steuerelektronik des Sichtfeldanzeigegeräts bereitgestellt werden. Im Schritt 604 des Aufbereitens wird das Lichtformsignal unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift aufbereitet, um ein Bewegungssignal zu erhalten. Dabei wird das Lichtformsignal in Bewegungskomponenten getrennt, um die das erste Mikrolinsenarray und/oder das zweite Mikrolinsenarray bewegt werden soll, um eine durch das Lichtformsignal angeforderte Abstrahlcharakteristik des Bildgebers bereitzustellen. Im Schritt 606 des Bereitstellens wird das Bewegungssignal für den Lichtformer bereitgestellt, um zumindest eines der Mikrolinsenarrays relativ zu dem anderen Mikrolinsenarray zu bewegen und das Licht zwischen der Lichtquelle und der Anzeige des Bildgebers zu formen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088794 A1 [0003]
