DE102015116408A1 - Device for data projection - Google Patents
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Abstract
Es werden Vorrichtungen und Verfahren zur Datenprojektion beschrieben, bei welchen Farbsäume vermieden werden können, beispielsweise durch Verwendung einer holografischen Mattscheibe, und/oder Bildbeeinträchtigungen durch eine nullte Ordnung einer Streuung vermieden werden können, beispielsweise durch eine schräge Anordnung der Mattscheibe oder durch Verwendung einer holografischen Mattscheibe.There are described devices and methods for data projection in which color fringes can be avoided, for example by using a holographic ground glass, and / or image impairments can be avoided by a zeroth order of scattering, for example by an oblique arrangement of the ground glass or by using a holographic screen ,
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen zur Datenprojektion, insbesondere zur Dateneinspiegelung, insbesondere für sogenannte Head-up-Displays (HUDs). Beispielsweise betrifft die vorliegende Anmeldung solche Verfahren und Vorrichtungen, welche in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, einsetzbar sind. The present application relates to devices for data projection, in particular for data input, in particular for so-called head-up displays (HUDs). For example, the present application relates to such methods and devices which can be used in vehicles, especially in motor vehicles.
Gattungsgemäße Vorrichtungen zur Datenprojektion, insbesondere zur Dateneinspiegelung werden zunehmend verwendet, um einem Benutzer Daten auf einfache Weise bereitzustellen. Der Begriff „Daten“ ist dabei allgemein zu verstehen, eingespiegelte Daten können beispielsweise Bilder, Videos, Symbole, Zeichen und/oder Zahlen umfassen. Generic devices for data projection, in particular for data reflection are increasingly used to provide data to a user in a simple manner. The term "data" is to be understood generally, mirrored data may include, for example, images, videos, symbols, characters and / or numbers.
Ein Anwendungsgebiet derartiger Vorrichtungen zur Dateneinspiegelung ist der Fahrzeugbereich, um z.B. einem Führer eines Fahrzeugs, beispielsweise einem Fahrer eines Automobils, während der Fahrt Daten bereitzustellen. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Elemente, z.B. in Form eines sogenannten Head-up-Displays, in einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs erfolgen, wodurch der Fahrer seinen Blick nicht extra auf eine Anzeige beispielsweise eines Kombiinstruments richten muss, um Daten zu erhalten, sondern diese Daten im Wesentlichen wahrnehmen kann, ohne seinen Blick wesentlich von der Straße abzuwenden. One field of application of such data-reflecting devices is the vehicle sector, e.g. a driver of a vehicle, such as a driver of an automobile, to provide data while driving. This can be done, for example, by appropriate elements, e.g. in the form of a so-called head-up display, in a windshield of a vehicle, whereby the driver does not have to direct his gaze to a display, for example, a combination instrument to obtain data, but can essentially perceive this data without his gaze essential to turn away from the road.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in allgemeiner Weise aus der
Weitere Beispiele für Dateneinspiegelung, welche beispielsweise auch für Automobilanwendungen verwendbar sind, sind aus der
Bei manchen derartigen Vorrichtungen wird eine Mattscheibe für die Erzeugung eines streuenden Zwischenbildes verwendet. Eine derartige Mattscheibe kann in Transmission oder in Reflexion eingesetzt werden. Die Streuung an einer Mikrostruktur einer herkömmlichen Mattscheibe beruht auf dem physikalischen Effekt der Beugung und ist somit wellenlängenabhängig. Die Verwendung einer konventionellen Mattscheibe, beispielsweise aus sandgestrahltem Glas, führt daher zu einem Farbsaum des Zwischenbildes.In some such devices, a ground glass is used to create a scattering intermediate image. Such a ground glass can be used in transmission or in reflection. The scattering on a microstructure of a conventional ground glass is based on the physical effect of the diffraction and is thus wavelength-dependent. The use of a conventional ground glass, for example of sandblasted glass, therefore leads to a color fringe of the intermediate image.
Bei holografischen optischen Elementen in einer Windschutzscheibe, auch als holografische Head-up-Displays bezeichnet, gilt, dass sie das von der Mattscheibe erzeugte Zwischenbild holografisch als virtuelles Bild hinter der Windschutzscheibe abbilden können. Hierfür verwendete wellenlängenselektive Volumenhologramme beugen das Licht einer oder mehrerer spezifischer diskreter Wellenlängen in einen gewünschten Raumwinkel, wo sich das Auge des Betrachters befinden kann. Dieser Raumwinkel wird auch als Eyebox bezeichnet. Holographic optical elements in a windshield, also referred to as holographic head-up displays, mean that they can image the intermediate image generated by the ground glass holographically as a virtual image behind the windshield. Wavelength-selective volume holograms used for this purpose diffract the light of one or more specific discrete wavelengths into a desired solid angle where the observer's eye may be located. This solid angle is also called Eyebox.
Wird das von einem Projektor erzeugte Zwischenbild von der Mattscheibe nicht effizient genug gestreut, so bleibt eine ungestreute nullte Ordnung übrig, welche direkt transmittiertem bzw. reflektiertem Licht vom Projektor entspricht. Bei herkömmlichen Aufbauten wird diese unerwünschte nullte Ordnung ebenfalls von dem Head-up-Display akzeptiert und kann zu deutlichen Qualitätseinbußen des virtuellen Bildes führen, da sie dieses überlagert. If the intermediate image generated by a projector is not scattered efficiently enough by the ground glass screen, an unscattered zeroth order remains, which directly corresponds to transmitted light or reflected light from the projector. In conventional designs, this unwanted zeroth order is also accepted by the head-up display and can lead to significant quality degradation of the virtual image as it overlays it.
Es ist daher eine Aufgabe, Vorrichtungen und Mattscheiben bereitzustellen, bei welchen Farbsäume vermieden werden und/oder bei welchen Qualitätseinbußen durch die nullte Ordnung einer Zwischenbildprojektion verringert werden. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, einer Mattscheibe gemäß Anspruch 3, einer Mattscheibe gemäß Anspruch 5 sowie einer Vorrichtung mit einer derartigen Mattscheibe gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.It is therefore an object to provide devices and ground glass in which color fringes are avoided and / or in which quality losses are reduced by the zeroth order of inter-screen projection. This object is achieved with a device according to claim 1, a ground glass according to claim 3, a ground glass according to
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Datenprojektion bereitgestellt, umfassend:
eine streuende Mattscheibe,
einen Projektor zum Projizieren von Daten auf die streuende Mattscheibe, und
mindestens eine weitere optische Komponente zum Abbilden eines durch die streuende Mattscheibe erzeugten Zwischenbildes zu einem Auge eines Betrachters hin,
wobei die streuende Mattscheibe relativ zu dem Projektor derart angeordnet ist, dass der Projektor die streuende Mattscheibe schräg unter einem Winkel ungleich 90° beleuchtet, sodass ungestreutes Licht von der Mattscheibe nicht zu dem Auge des Betrachters gelangt.According to a first aspect, there is provided a data projection apparatus comprising:
a diffusing screen,
a projector for projecting data onto the diffusing screen, and
at least one further optical component for imaging an intermediate image produced by the diffusing screen to an eye of an observer,
wherein the diffusing focusing screen is positioned relative to the projector such that the projector illuminates the diffusing screen obliquely at an angle other than 90 ° so that unscattered light from the screen does not reach the observer's eye.
Durch eine derartige Anordnung einer Mattscheibe kann ein Einfluss einer nullten Ordnung unterdrückt werden.Such an arrangement of a ground glass can suppress a zero-order influence.
Bei dem ersten Aspekt ist die Mattscheibe also beispielsweise derart schräg zu einem Einfallsstrahl von einem Projektor angeordnet, dass ein Strahl nullter Ordnung nicht oder nicht wesentlich zu einem Head-up-Display, beispielsweise einem holografischen Head-up-Display, gelangt. For example, in the first aspect, the ground glass is so inclined to one Incident beam arranged by a projector that a zero-order beam does not or not significantly to a head-up display, such as a holographic head-up display, passes.
Die streuende Mattscheibe kann eine aufgeraute Glasmattscheibe umfassen.The diffusing screen may include a roughened glass mat.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Mattscheibe für eine Vorrichtung zur Datenprojektion bereitgestellt, umfassend:
eine holografische Struktur, wobei die holografische Struktur eingerichtet ist, mindestens zwei verschiedene Wellenlängen zu streuen, wobei die holografische Struktur weiter eingerichtet ist, gleiche Streuwinkel für jede der mindestens zwei Wellenlängen unabhängig von der Wellenlänge zu erzeugen.According to a second aspect, there is provided a ground glass for a data projection apparatus, comprising:
a holographic structure, wherein the holographic structure is arranged to scatter at least two different wavelengths, the holographic structure being further configured to generate equal scattering angles for each of the at least two wavelengths independent of the wavelength.
Durch die Verwendung einer derartigen Mattscheibe können Farbsäume verringert werden.By using such a ground glass color fringes can be reduced.
Bei dem zweiten Aspekt wird also z.B. eine holografische Mattscheibe mit Hologrammen für verschiedene Wellenlängen, bevorzugt eine rote, eine grüne und eine blaue Wellenlänge, verwendet. Die Hologramme sind derart aufeinander abgestimmt, dass Streuwinkel im Wesentlichen gleich sind, wodurch die Bildung von Farbsäumen vermieden werden kann.In the second aspect, therefore, e.g. a holographic focusing screen with holograms for different wavelengths, preferably a red, a green and a blue wavelength used. The holograms are matched to one another such that scattering angles are substantially the same, whereby the formation of color fringes can be avoided.
Die holografische Struktur kann dabei eingerichtet sein, die mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen in eine Richtung zu streuen, welche sich von einer Richtung ungestreuten Lichtes unterscheidet, z.B. um mindestens 10°, mindestens 20° oder mindestens 30°.The holographic structure may be arranged to scatter the at least two different wavelengths in a direction different from a direction of unscattered light, e.g. at least 10 °, at least 20 ° or at least 30 °.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Mattscheibe für eine Vorrichtung zur Datenprojektion bereitgestellt, umfassend:
eine holografische Struktur, wobei die holografische Struktur eingerichtet ist, Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen zu streuen, wobei die holografische Struktur eingerichtet ist, die mindestens zwei Wellenlängen in eine Richtung zu streuen, welche sich von einer Richtung ungestreuten Lichtes unterscheidet, z.B. um mindestens 10°, mindestens 20° oder mindestens 30°, also gleichsam eine gerichtete „Streukeule“ bereitzustellen.According to a third aspect, there is provided a ground glass for a data projection apparatus, comprising:
a holographic structure, wherein the holographic structure is arranged to diffuse light having at least two different wavelengths, the holographic structure being arranged to diffuse the at least two wavelengths in a direction different from a direction of unscattered light, eg by at least 10 °, at least 20 ° or at least 30 °, so to speak to provide a directional "scattering lobe".
Durch die Verwendung einer derartigen gerichteten Streukeule ist es möglich, das erwähnte Problem hinsichtlich Strahlen nullter Ordnung zu vermeiden oder zumindest abzumildern.By using such a directional scattering lobe, it is possible to avoid or at least alleviate the aforementioned problem with respect to zero order beams.
Die obigen Mattscheiben können für Wellenlängen außerhalb der mindestens zwei Wellenlängen transparent sein.The above focusing screens may be transparent for wavelengths outside the at least two wavelengths.
Die Mattscheiben können für jede der mindestens zwei Wellenlängen eine jeweilige holografische Schicht aufweisen.The ground glass can have a respective holographic layer for each of the at least two wavelengths.
Die Mattscheiben können ein Volumenhologramm und/oder ein Oberflächenhologramm umfassen.The ground glass can comprise a volume hologram and / or a surface hologram.
Die mindestens zwei Wellenlängen können eine Wellenlänge im roten Bereich, eine Wellenlänge im grünen Bereich und eine Wellenlänge im blauen Bereich umfassen, sodass die Mattscheibe für die Projektion farbiger Bilder mit einem RGB-Projektor verwendbar ist.The at least two wavelengths may include a wavelength in the red region, a wavelength in the green region and a wavelength in the blue region, so that the ground glass is usable for the projection of colored images with an RGB projector.
Zudem wird eine Vorrichtung zur Datenprojektion bereitgestellt, umfassend:
eine Mattscheibe wie oben beschrieben,
einen Projektor zum Projizieren von Daten auf die Mattscheibe, und
mindestens eine weitere optische Komponente zum Lenken eines bei der Mattscheibe erzeugten Zwischenbildes zu einem Auge eines Betrachters.In addition, a data projection apparatus is provided, comprising:
a ground glass as described above,
a projector for projecting data onto the screen, and
at least one further optical component for directing an intermediate image generated at the ground glass to an eye of an observer.
Der Projektor kann dabei eingerichtet sein, auf Basis einer Wellenlänge im roten Bereich, einer Wellenlänge im grünen Bereich und einer Wellenlänge im blauen Bereich zu projizieren (RGB-Projektor). The projector may be configured to project based on a wavelength in the red region, a wavelength in the green region, and a wavelength in the blue region (RGB projector).
Die mindestens eine weitere optische Komponente kann ein holografisches Element umfassen, wobei das holografische Element eingerichtet ist, ein virtuelles Bild zur Betrachtung durch das Auge zu erzeugen.The at least one further optical component may comprise a holographic element, wherein the holographic element is arranged to generate a virtual image for viewing by the eye.
Die mindestens eine weitere optische Komponente kann eine in einer Scheibe eines Fahrzeugs angeordnete Komponente umfassen.The at least one further optical component may comprise a component arranged in a window of a vehicle.
Die Vorrichtung kann als Head-up-Display oder als Bildprojektor ausgestaltet sein.The device can be designed as a head-up display or as an image projector.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Hereinafter, various embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise werden Ausführungsbeispiele mit einer Vielzahl von Merkmalen, Elementen und Details beschrieben, was nicht dahingehend auszulegen ist, dass alle diese Merkmale, Elemente oder Details zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können bei anderen Ausführungsbeispielen manche der Elemente, Merkmale und Details weggelassen sein und/oder durch alternative Merkmale, Elemente und Details ersetzt sein. Elemente, Merkmale und Details verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. In the following, various embodiments will be explained in detail. These embodiments are merely illustrative and are not to be construed as limiting. For example, embodiments having a variety of features, elements, and details are described, which should not be construed as requiring all of these features, elements, or details for implementation. Rather, in other embodiments, some of the elements, features, and details may be omitted and / or replaced by alternative features, elements, and details. Elements, features and details of various embodiments may be combined.
In
Die Anordnung der Komponenten in
Bei einem ersten Aspekt wird die Mattscheibe
Bei einem dritten Aspekt wird eine holografische Mattscheibe verwendet, welche eine „Streukeule“ in Richtung der weiteren optischen Elemente
Zur Vermeidung von Wiederholungen tragen in den
Eine nullte Ordnung, d.h. ein durch die Mattscheibe
Ein Nachteil der Vorrichtung der
Eine Möglichkeit, diesen Nachteil zu beheben, wäre es, eine speziell angepasste hocheffiziente Mattscheibe praktisch ohne nullte Ordnung zu verwenden. Herkömmliche klassische Streuscheiben mit solchen Eigenschaften streuen jedoch vergleichsweise stark wellenlängenabhängig, insbesondere blaues Licht stärker als rotes Licht, was wiederum zu vergleichsweise starken Farbsäumen führen würde.One way to overcome this disadvantage would be to use a specially adapted high-efficiency ground glass with virtually zero order. However, conventional classical lenses with such properties scatter relatively strongly depending on the wavelength, in particular blue light stronger than red light, which in turn would lead to comparatively strong color fringes.
Unter Bezugnahme auf die
In
Der Projektor
Bei einer derartigen Auslegung für mehrere diskrete Wellenlängen, beispielsweise drei diskrete Wellenlängen, lassen sich identische Streuwinkel für die verschiedenen Wellenlängen realisieren, sodass im Wesentlichen keine Farbsäume (oder sogar keine Farbsäume bei exakter Fertigung) auftreten.With such a design for several discrete wavelengths, for example three discrete wavelengths, identical scattering angles for the different wavelengths can be realized, so that substantially no color fringes (or even no color fringes with exact fabrication) occur.
Zudem kann eine Streurichtung (Streukeule) der Mattscheibe
Dabei kann die geometrische Anordnung so gewählt sein, dass eine theoretisch auftretende nullte Ordnung nicht zu dem Bereich
Die Herstellung der beschriebenen holographischen Mattscheibe kann auf analogem Wege, d.h. durch eine holographische Belichtung eines lichtempfindlichen Materials (Herstellung eines Masters) oder durch optische Replikation eines derartigen Masters erfolgen. Eine holographische Mattscheibe in Transmission (z.B.
Die gestreute Welle
Die Herstellung der holographischen Mattscheibe in Reflexion (z.B.
In
Die in den
Während in den
Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind somit nicht als einschränkend auszulegen.The illustrated embodiments are thus not to be construed as limiting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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