DE102016225994A1 - Projection device for a motor vehicle and method for displaying a virtual image for a driver of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Bilderzeugungseinheit (2) zur Erzeugung einer Bilddarstellung in einem Innenraum (17) der Projektionsvorrichtung (1), mit einer Abbildungsoptik (14, 15) zur Ausrichtung von Licht der Bilddarstellung in Richtung einer den Innenraum (17) der Projektionsvorrichtung (1) abschließenden Deckscheibe (20), dadurch gekennzeichnet, dass an der Deckscheibe (20) ein Hologramm zur Umlenkung des Lichts auf eine reflektierende Fläche (10) in dem Kraftfahrzeug außerhalb der Projektionsvorrichtung (1) vorgesehen ist.The invention relates to a projection device (1) for a motor vehicle having an image generation unit (2) for generating an image representation in an interior space (17) of the projection device (1), with imaging optics (14, 15) for aligning light of the image representation in the direction of a the interior (17) of the projection device (1) final cover (20), characterized in that on the cover plate (20) a hologram for deflecting the light on a reflective surface (10) in the motor vehicle outside the projection device (1) is provided ,
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Bauraumreduktion für eine Projektionsvorrichtung im Fahrzeug erreicht werden kann. Damit ist es entweder möglich, für einen vorgegebenen virtuellen Bildabstand, in dem ein Objekt vor einem Fahrzeug schweben soll, für eine größere Eyebox bzw. ein größeres Sichtfeld des Fahrers oder für ein größeres Blickfeld eines Head-Up-Displays ein kleineres Volumen der Projektionsvorrichtung zu realisieren bzw. mit einem gleichbleibenden Volumen der Projektionsvorrichtung einen größeren virtuellen Bildabstand bzw. ein größeres Blickfeld bzw. eine größere Eyebox bzw. ein größeres Sichtfeld zu realisieren. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Hologramm in eine Deckscheibe der Projektionsvorrichtung integriert wird. Durch die Absorberfläche und insbesondere die Form des Deckglases wird verhindert, dass Lichtstrahlen von der Sonne über das Deckglas und die Windschutzscheibe in die Eyebox und somit die Fahreraugen gelangen können. Bei einer erfindungsgemäßen Hologramm-Deckscheibe wird außerdem verhindert, dass Sonnenlicht, welches an der Unterseite des Deckglas-Hologramm-Element -Stack-Luft-Übergangs gespiegelt wird, das Hologramm gemäß dessen optischer Funktion rekonstruiert und über die Windschutzscheibe in die Fahreraugen gelangt.The projection device according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that a space reduction for a projection device in the vehicle can be achieved. Thus, it is either possible for a given virtual image distance in which an object is to float in front of a vehicle for a larger eyebox or a larger field of view of the driver or for a larger field of view of a head-up display a smaller volume of the projection device realize or with a constant volume of the projection device to realize a larger virtual image distance or a larger field of view or a larger eyebox or a larger field of view. This is achieved by integrating a hologram in a cover plate of the projection device. The absorber surface, and in particular the shape of the cover glass, prevents light rays from the sun from reaching the eyebox and thus the driver's eyes via the cover glass and the windscreen. In a hologram cover plate according to the invention also prevents sunlight that is mirrored at the bottom of the coverslip hologram element stack-air transition, the hologram reconstructed according to its optical function and passes through the windshield in the driver's eyes.
Ferner ist es mit der Erfindung möglich, entsprechende alternative Umlenkelemente, wie beispielsweise einen Spiegel, platzsparend durch das Hologramm zu ersetzen. Da das Hologramm an der Deckscheibe angeordnet wird, ist zudem kein zusätzliches Bauteil oder kein zusätzlicher Träger erforderlich. Außer einer Einsparung von Bauvolumen für das optische Element wie beispielsweise einen Spiegel, wird es zudem ermöglicht, für die Lichtführung selbst erforderlichen Bauraum ebenfalls einzusparen. Denn der Strahlengang kann durch das Umlenken gestaucht werden. Da die Umlenkfunktion für das Hologramm im Wesentlichen frei gewählt werden kann, ist es zudem auch möglich, eine größere Variabilität bei der Anordnung anderer optischer Elemente, wie beispielsweise weiterer Spiegel oder der Projektionseinrichtung in einem Innenraum der Projektionsvorrichtung zu gewährleisten. Somit kann ein zur Verfügung stehendes Volumen gegebenenfalls besser ausgenutzt werden.Furthermore, it is possible with the invention to replace corresponding alternative deflection elements, such as a mirror, to save space through the hologram. In addition, since the hologram is arranged on the cover disk, no additional component or carrier is required. In addition to a saving of construction volume for the optical element such as a mirror, it is also possible to save space required for the lighting itself also. Because the beam path can be compressed by deflecting. Since the deflection function for the hologram can be selected substantially freely, it is also possible to ensure a greater variability in the arrangement of other optical elements, such as further mirrors or the projection device in an interior of the projection device. Thus, an available volume can optionally be better utilized.
Für die Anwendung im Kraftfahrzeug ist eine Verringerung des Volumens insbesondere an derjenigen Reflektionsfläche wichtig, die vorgibt, in welche Richtung Licht aus der Projektionsvorrichtung austritt. Denn an der Stelle, an der ansonsten ein solcher Reflektor angeordnet ist, sind üblicherweise im Fahrzeug bauraumbegrenzende Elemente wie eine Lenksäule oder eine Lenksäulenaufhängung angeordnet. Die Position dieser Elemente ist zumeist vorgegeben und wenig variabel. Durch die Verwendung eines Hologramms an der Deckscheibe der Projektionsvorrichtung kann jedoch eine notwendige Variabilität bei der Darstellung der optischen Elemente und damit bei dem benötigten Volumen erreicht werden.For use in motor vehicles, it is important to reduce the volume, in particular at that reflection surface, which specifies in which direction light exits from the projection device. Because at the point at which such a reflector is otherwise arranged, usually space-limiting elements such as a steering column or a steering column suspension are arranged in the vehicle. The position of these elements is usually predetermined and not very variable. By using a hologram on the cover plate of the projection device, however, a necessary variability in the representation of the optical elements and thus in the required volume can be achieved.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen. So ist es vorteilhaft, die Deckscheibe aus einem ersten Kunststoffmaterial auszubilden und das Hologramm in einer Kunststofffolie auszubilden, die auf das erste Kunststoffmaterial aufgebracht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Kunststoffmaterial Polykarbonat, das aufgrund seiner Stabilität als Träger fungieren kann. Hierbei kann Polykarbonat über eine Spritzgussdarstellung auf einfache Weise in einer gewünschten Form dargestellt werden. Das zweite Kunststoffmaterial kann dann insbesondere auf das als Träger fungierende erste Kunststoffmaterial aufgebracht werden. Vorteilhaft ist das zweite Kunststoffmaterial als ein Photopolymerfilm ausgebildet, in den das Hologramm durch Belichtung leicht einstrukturiert werden kann.Further advantages of the invention will become apparent from the features specified in the dependent claims. Thus, it is advantageous to form the cover plate from a first plastic material and to form the hologram in a plastic film which is applied to the first plastic material. In a preferred embodiment, the first plastic material is polycarbonate, which can act as a carrier due to its stability. In this case, polycarbonate can be easily displayed in a desired shape via an injection molding representation. The second plastic material can then be applied in particular to the first plastic material acting as a carrier. Advantageously, the second plastic material is formed as a photopolymer film, in which the hologram can be easily structured by exposure.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Hologramm derart ausgebildet, dass von außen in Bezug auf einen Innenraum der Projektionsvorrichtung auf das Hologramm auftreffendes Licht von einem Innenraum der Projektionsvorrichtung weggeführt wird. Hierdurch kann Störlicht reduziert werden, insbesondere Sonnenlicht oder das Licht von Straßenlaternen, das in einen Innenraum der Projektionsvorrichtung gelangt und eine Bilderzeugung stört, die in dem Innenraum der Projektionsvorrichtung erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform ist hierbei vorteilhaft vorgesehen, dass das von außen auf die Deckscheibe auftreffende Licht durch die Strukturierung des Hologramms auf eine Lichtabsorbtionsfläche, beispielsweise eine schwarze Fläche, benachbart zu der Projektionsvorrichtung geführt wird. Hierdurch wird vermieden, dass dieses Licht in Richtung eines Betrachters umgelenkt wird und diesen stören könnte.In a further embodiment, the hologram is designed such that from the outside with respect to an interior of the projection device on the hologram incident light is led away from an interior of the projection device. As a result, stray light can be reduced, in particular sunlight or the light of street lamps, which enters an interior of the projection device and disturbs image formation that takes place in the interior of the projection device. In a further embodiment, it is advantageously provided that the light impinging on the cover disk from the outside is guided by the structuring of the hologram onto a light absorption surface, for example a black surface, adjacent to the projection apparatus. This avoids that this light is deflected in the direction of an observer and this could interfere.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Deckscheibe gekrümmt ausgeführt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass von außen auf die Deckscheibe auftreffendes Licht von einem Betrachter weggeführt wird. Somit wird einfallendes Sonnenlicht nicht über die Windschutzscheibe in die Eyebox und damit in die Fahreraugen gespiegelt. Vorteilhaft ist hierbei das Hologramm an einer dem Innenraum der Projektionsvorrichtung zugewandten Seite angeordnet. In einer solchen Ausführungsform kann durch die gekrümmte Ausführung der Deckscheibe erreicht werden, dass eine ungewünschte Streuung an den Strukturen des Volumenhologramms vermieden wird, die ähnlich wie ein Bragg-Gitter funktionieren, indem von außen auf die Projektionsvorrichtung treffendes Licht wie beispielsweise Sonnenlicht gar nicht erst zu dem an der Innenseite der Deckscheibe angeordneten Hologramm gelangen kann.In a further embodiment, the cover plate is curved. In this way, it is advantageously achieved that light incident from outside on the cover pane is led away by a viewer. Thus, incident sunlight is not mirrored on the windshield in the eyebox and thus in the driver's eyes. In this case, the hologram is advantageously arranged on a side facing the interior of the projection device. In such an embodiment, it can be achieved by the curved design of the cover disk that undesired scattering on the structures of the volume hologram is avoided, which function similar to a Bragg grating, by not even from the outside to the projection device incident light such as sunlight can reach the arranged on the inside of the cover disk hologram.
In vorteilhafter Weise ist das Hologramm einfach zu realisierend als Transmissionsvolumenhologramm ausgeführt.Advantageously, the hologram is designed to be easy to implement as a transmission volume hologram.
Zur weiteren Vermeidung von Störlichteffekten können an der Deckseite zudem eine Retarder- und/oder eine Polarisationsfolie angeordnet sein.To further avoid the effects of stray light, a retarder and / or a polarizing film can additionally be arranged on the cover side.
Eine besonders für eine Verwendung im Fahrzeug geeignete Umlenkung durch das Hologramm wird insbesondere dann erreicht, wenn das zur Weiterleitung auf eine reflektierende Fläche bestimmte Licht in einem Winkel von 30° bis 50°, insbesondere von 35° bis 45° zur Normalen auf das Hologramm auftrifft. Einfalls- und Beugungswinkel des Hologramms werden bei der Aufnahme des Hologramms definiert. Diese Winkel sind entsprechend den Anforderungen für die Darstellung und die Einbaulage im Fahrzeug zu wählen. Unter diesen Winkeln ist dann bei der Wiedergabe die Beugungseffizienz des Hologramms besonders hoch. Eine Übertragung auf andere Winkelkonfigurationen ist möglich.A deflection by the hologram, which is particularly suitable for use in the vehicle, is achieved in particular when the light intended for transmission to a reflecting surface impinges on the hologram at an angle of 30 ° to 50 °, in particular from 35 ° to 45 ° to the normal , Incidence and diffraction angles of the hologram are defined when the hologram is picked up. These angles are to be selected according to the requirements for the representation and the installation position in the vehicle. At these angles, the diffraction efficiency of the hologram is then particularly high during reproduction. A transfer to other angle configurations is possible.
Entsprechende Vorteile ergeben sich für ein Verfahren zur Anzeige eines virtuellen Bildes.Corresponding advantages result for a method for displaying a virtual image.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ausführung einer Projektionsvorrichtung, -
2 ein Ausführungsbeispiel für eine Ausführung einer Deckscheibe im Detail, -
3 eine Darstellung für eine Beugungseffizienz eines Hologramms mit beispielhaften Einfallswinkel bei einer definierten Wellenlänge abhängig von einem Winkel auftreffender Lichtstrahlen, -
4 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Projektionsvorrichtung.
-
1 a first embodiment of an inventive embodiment of a projection device, -
2 an embodiment of an embodiment of a cover plate in detail, -
3 a representation for a diffraction efficiency of a hologram with exemplary incident angle at a defined wavelength depending on an angle of incident light rays, -
4 A second embodiment of a projection device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der
Bildsignale, die in der Bilderzeugungseinheit
Das von der Bilderzeugungseinheit
Die Deckscheibe
In der
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bilderzeugungseinrichtung als eine Laserprojektionseinrichtung ausgeführt, bei der ein reelles Bild auf eine Bildgeberfläche abgebildet wird. Die Verwendung einer Laserprojektion hat hierbei den Vorteil, dass Laserlichtquellen schmalbandig sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einer Lichtumlenkung durch das Hologramm eine Undeutlichkeit in der Bilddarstellung, die sich möglicherweise durch eine Wellenlängenabhängigkeit der Lichtumlenkfunktion des Hologramms ergeben könnte, vermieden wird.In a further embodiment, the image generation device is embodied as a laser projection device in which a real image is imaged onto an imager surface. The use of a laser projection here has the advantage that laser light sources are narrowband. This ensures that light deflection through the hologram avoids any ambiguity in the image representation which could possibly result from a wavelength dependence of the light deflection function of the hologram.
Zum Schutz der Photopolymerschicht
Die Photopolymerschicht, die eine Dicke von 6 µm bis 200 µm aufweist, ist auf ein optisch transparentes Substrat, das z.B. aus Glas, Polykarbonat, Polyamid oder TAC besteht, mit einer insbesondere materialabhängigen Dicke von mehr als 60 µm aufgetragen oder sie befindet sich zwischen zwei optisch transparenten Trägern. Zum Schutz vor Kratzern und Abnutzung kann auf den so erhaltenen Verbund zusätzlich eine optisch transparente Hard-Coating-Schicht aufgetragen werden.The photopolymer layer, which has a thickness of 6 μm to 200 μm, is coated on an optically transparent substrate, e.g. made of glass, polycarbonate, polyamide or TAC, applied with a particular material-dependent thickness of more than 60 microns or it is located between two optically transparent supports. To protect against scratches and wear, an optically transparent hard coating layer can additionally be applied to the resulting composite.
Es ergibt sich somit beispielsweise ein folgender Aufbau. Reihenfolge ist: Polykarbonat-Deckglas - Holografisches Element - Polykarbonat -Substrat und optional eine Hard-Coating Schicht.This results, for example, a following structure. Order is: polycarbonate cover glass - holographic element - polycarbonate substrate and optionally a hard-coating layer.
Ferner ist es durch die Integration des Hologramms in die Deckscheibe möglich, eine Anpassung an verschiedene Anordnungen der reflektierenden Fläche durch eine Wahl eines Hologramms durchzuführen. Insbesondere bei einer Verwendung einer Windschutzscheibe als reflektierende Fläche ist es dabei möglich, auf einfache Weise für die Projektionsvorrichtung eine Anpassung an verschiedene Fahrzeugtypen vorzunehmen, bei denen im Regelfall die Anordnung der Windschutzscheibe gegenüber der Projektionsvorrichtung unterschiedlich ist. Somit kann die ansonsten gleiche ausgeführte Projektionsvorrichtung mit unterschiedlicher Deckscheibe und damit mit unterschiedlichem Hologramm in verschiedenen Fahrzeugtypen genutzt werden. Eine Anpassung von optischen Elementen innerhalb der Projektionsvorrichtung selbst ist dabei dann nicht mehr erforderlich.Further, by integrating the hologram in the cover disk, it is possible to adapt to various arrangements of the reflective surface by selecting a hologram. In particular, when using a windshield as a reflective surface, it is possible to make a simple way for the projection device to adapt to different types of vehicles, where usually the arrangement of the windshield with respect to the projection device is different. Thus, the otherwise same executed projection device can be used with different cover plate and thus with different hologram in different vehicle types. An adaptation of optical elements within the projection device itself is then no longer necessary.
In der
In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die Beugungsfunktion derart auszubilden, dass von außen auf das Hologramm auftreffendes Licht in eine Vorzugsrichtung umgelenkt wird. In der
Ferner ist es auch möglich, dass bei einer vergleichbaren Anordnung einer reflektierenden Fläche eine andere Position der Projektionseinrichtung im Fahrzeug gewählt wird.Furthermore, it is also possible that in a comparable arrangement of a reflective surface, a different position of the projection device is selected in the vehicle.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Deckscheibe mit einem Hologramm bei der Herstellung mit einer Polarisations- und/oder einer Retarderfolie kombiniert werden. So ist es z. B. möglich, einen Folienverbund von der holographischen Folie mit einer Polarisationsfolie auf einen Glas- oder Kunststoffträger aufzubringen. Hierdurch ist es möglich, einfallendes Sonnenlicht weiter zu unterdrücken.In a further embodiment, a cover plate can be combined with a hologram during manufacture with a polarization and / or a retarder film. So it is z. Example, possible to apply a film composite of the holographic film with a polarizing film on a glass or plastic carrier. This makes it possible to further suppress incident sunlight.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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