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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Fahrzeug zur Projektion von Symbolen auf einen Fahrbahnabschnitt, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Projektion von Symbolen auf einen Fahrbahnabschnitt mittels einer derartigen Vorrichtung.
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Die Projektion von Symbolen auf einen Fahrbahnabschnitt, insbesondere auf einen Fahrbahnabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug beispielsweise zur Information und/oder Warnung einer das Fahrzeug führenden Person, ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Eine solche Projektion kann die Verkehrssicherheit erhöhen, da die das Fahrzeug führende Person zur Aufnahme der Informationen ihren Blick nicht vom Verkehrsgeschehen und der Fahrbahn abwenden muss. Die Projektion von derartigen Symbolen wird heute über technologisch anspruchsvolle Scheinwerfer, sogenannte hochauflösende Pixelscheinwerfer, mit einer kostenintensiven Technologie, beispielsweise LCD, DMD (Digital Mirror Device) oder µLED realisiert. Beispielhaft kann hierzu auf die
DE 10 2017 211 430 A1 hingewiesen werden.
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Der Nachteil des Aufbaus besteht darin, dass über solche hochauflösende Scheinwerfersysteme zwar jede gewünschte Position und Art eines Symbols weitgehend frei realisiert werden kann. Die entsprechenden Scheinwerfer sind jedoch außerordentlich teuer und eignen sich insbesondere nicht für Fahrzeuge im niedrigen bis mittleren Preissegment, sodass die mögliche Sicherheit, welche durch eine solche Projektion von Symbolen zu erzielen ist, nicht flächendeckend im Verkehr umgesetzt werden kann.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2016 114 247 A1 eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Abbildungsoptik, bei welcher ein Objekt, hier ein ebenfalls sehr kostenintensiver LCD, über die entsprechende Optik auf die Fahrbahn in Fahrtrichtung vor einem Fahrzeug projiziert werden kann.
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Ein Projektionsdisplay zur Darstellung vorbekannter Symbole ist ferner aus der
DE 10 2012 207 621 A1 bekannt. Hierbei werden mehrere Einzelbilder zu einem Gesamtbild in der Projektion zusammengeführt.
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Letztlich beschreibt außerdem die
WO 2005/035308 A1 der Anmelderin eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer Leuchtdiode und einem Projektionselement, über welches eine Freiformfläche der Beleuchtung erzeugt werden kann, und in welches bei Bedarf ein Symbol, wie beispielsweise ein Logo, integrierbar ist.
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Zum gattungsgemäßen Stand der Technik kann auf die
DE 20 2014 101 755 U1 hingewiesen werden. Diese Zeit eine Projektion eines vermeintlich sich bewegenden Logos, welches durch die Projektion einer Abfolge von drei sich unterscheidenden Einzelbildern animiert wird. Jedem der Bilder ist dabei eine LED zu seiner Projektion zu geordnet.
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Die
DE 10 2012 024 494 A1 beschreibt einen Projektor, welcher in der Art eines Diaprojektors eine Bildvorlage auf einen Untergrund projiziert. Vergleichbares zeigt auch die
EP 3 279 135 A1 . Die
DE 100 34 381 A1 beschreibt einen ähnlichen Aufbau mit einer Vielzahl von in den Strahlengang verbringbaren Blenden als Bildvorlagen.
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Die
DE 10 2007 038 881 A1 beschreibt einen Projektor um Informationen in einem Fahrzeug, insbesondere einem Flugzeug anzuzeigen. Der Aufbau soll dabei die Lücke zwischen eine Diaprojektor und einem Beamer schließen. Er verwendet dafür eine Matrix mit vielen einzelnen Lichtpunkten, welche entsprechend der zu projizierenden Information ein- und ausgeschaltet werden. Dies überträgt also das Funktionsprinzip der eingangs beschriebenen hochauslösenden Pixelscheinwerfer auf einen Informationsprojektor.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Vorrichtung für ein Fahrzeug zur Projektion von Symbolen anzugeben, welche anders als die Projektion über Pixelscheinwerfer eine einfache und effiziente Projektion von Symbolen in einer kostengünstigen Art ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 8 ein Verfahren zur Projektion von Symbolen mit einer derartigen Vorrichtung angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Fahrzeug zur Projektion von Symbolen auf einen Fahrbahnabschnitt umfasst Lichtquelle und Optik. Dabei ist erfindungsgemäß für jedes von wenigstens zwei unterschiedlichen Symbolen, welche projiziert werden können, ein zu projizierendes Objekt angeordnet. Jedem der Objekte ist jeweils eine Lichtquelle zugeordnet sowie eine Beleuchtungsoptik, welche gegebenenfalls auch in die Lichtquelle oder ihr Gehäuse integriert ausgeführt sein kann. Die einzelnen Symbole werden also jeweils über eine eigene Lichtquelle projiziert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Projektion von Symbolen sieht es dementsprechend vor, dass immer genau die Lichtquelle oder Lichtquellen eingeschaltet sind, die den zu projizierenden Symbolen zugeordnet sind. Einfach und effizient kann so durch ein Ein- und Ausschalten der jeweiligen Lichtquellen die Projektion aktiviert und deaktiviert werden, ohne dass Daten zur Darstellung des Symbols oder dergleichen über einen Fahrzeugbus geschickt werden müssen, und diesen damit zeitweise blockieren. Bei der erfindungsgemäßen Lösung reicht vielmehr ein einfaches Ein/Aus-Signal zur Aktivierung oder Deaktivierung der dem jeweiligen Objekt und damit dem jeweiligen Symbol zugeordneten Lichtquelle aus.
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Dieser Aufbau lässt sich dabei außerordentlich einfach und effizient realisieren. Er kann vorzugsweise die einzelnen Objekte, welche zur Projektion der jeweiligen Symbole dienen, horizontal nebeneinander aufweisen und kann vorzugsweise im Frontbereich des Fahrzeugs und besonders bevorzugt innerhalb der Scheinwerfer des Fahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere die Anordnung innerhalb der Scheinwerfer des Fahrzeugs bietet dabei die Möglichkeit, durch die Deckscheibe des Scheinwerfers das Projektionsmodul entsprechend zu schützen. Dabei kann beispielsweise ein Projektionsmodul in einem der Scheinwerfer oder jeweils ein Projektionsmodul in jedem der Scheinwerfer angeordnet sein. Prinzipiell wäre es selbstverständlich auch denkbar, mehrere Projektionsmodule in einem Scheinwerfer unterzubringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht es nun ferner vor, dass das Projektionsmodul eine gemeinsame Abbildungsoptik aufweist. Auch dies dient letztlich der Kostenreduktion bei einer unveränderten Abbildungsqualität, wobei dann konstruktiv durch die Anordnung der einzelnen Objekte in Bezug auf die gemeinsame Abbildungsoptik innerhalb des Projektionsmoduls die Anordnung der projizierten Symbole auf der Fahrbahn vorgegeben ist. Dabei stellen die Beleuchtungsoptiken erfindungsgemäß auf interner Totalreflektion basierende Kollimatoren dar. Diese erlauben einfach und effizient die Erzeugung eines parallelen oder weitgehend parallelen Lichtbündels zur Beleuchtung und Projektion der jeweiligen Objekte.
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Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Lichtquelle, die Beleuchtungsoptik und das Objekt jeweils eine Projektionseinheit ausbilden, wobei diese Projektionseinheiten voneinander separiert angeordnet sind. Eine solche voneinander separierte Anordnung kann beispielsweise durch Rippen oder Blenden zwischen den einzelnen Projektionseinheiten innerhalb des Projektionsmoduls erfolgen oder durch entsprechende Gehäusewände oder Gehäusezwischenwände, welche diese voneinander trennen. Dieses lichttechnische Separieren der einzelnen Projektionseinheiten voneinander erlaubt es dabei, die Projektionsqualität zu verbessern, insbesondere wenn mehrere benachbarte Projektionseinheiten gleichzeitig ihre Symbole projizieren, da ein Überstrahlen von der einen Projektionseinheit in die andere verhindert wird.
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Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es vor, dass die Objekte als teilweise lichtdurchlässige Masken ausgebildet sind. Solche Masken, welche auch als Dia bezeichnet werden könnten, sind einfarbige oder farbige teilweise lichtdurchlässige Elemente, welche beispielsweise mittels Laser, Lithographie oder Druckprozessen erzeugt werden und jeweils das zu projizierende Symbol entsprechend wiedergeben, welches dann durch die Lichtquelle, welche gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weißes oder monochromes Licht emittiert, entsprechend auf der Fahrbahn abgebildet wird.
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Die Lichtquellen selbst können dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als lichtemittierende Dioden (LED), als Hochstrom-LED oder als LARP-Lichtquellen (Laser Activated Remote Phosphor) ausgebildet sein. Über solche Lichtquellen lässt sich effizient und durch einfaches Ein- und Ausschalten bedienbar eine sehr hohe Lichtausbeute kostengünstig realisieren, welche zur Projektion des dem Objekt entsprechenden Symbols auf den Fahrbahnabschnitt dient.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es darüber hinaus vor, dass die Abbildungsebene auf dem Fahrbahnabschnitt, die Hauptebene der Abbildungsoptik und die Objektebenen sich in einer Geraden schneiden. Die Objektebenen und die Hauptebene der Abbildungsoptik des Projektionsmoduls sind also entsprechend gegeneinander geneigt, um sich genau in der Abbildungsebene zu treffen und dort zu schneiden. Damit wird die sogenannte Scheimpflug-Bedingung erfüllt und das entsprechende Objekt weitgehend frei von Verzerrungen und abbildungsbedingten Unschärfen auf der Fahrbahn, sofern diese einigermaßen eben ist, abgebildet. Hierdurch wird durch die höhere Schärfe über den gesamten Abbildungsbereich hinweg die Erkennbarkeit der Symbole für eine das Fahrzeug mit der entsprechenden Vorrichtung steuernde Person verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäße Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich in Fahrtrichtung auf den Betrachter zu bewegt;
- 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 3 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel einer Projektionseinheit.
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In der Darstellung der 1 ist ein mit 1 bezeichnetes Fahrzeug dargestellt, welches sich auf deiner mit 2 bezeichneten Fahrbahn in Fahrtrichtung F nach vorne, also gewissermaßen auf den Betrachter zu bewegt. Auf einen Fahrbahnabschnitt 3 in Fahrtrichtung F vor dem Fahrzeug werden dabei über ein Projektionsmodul 4 beispielhaft zwei mit 5 bezeichnete Symbole auf den Fahrbahnabschnitt 3 projiziert. Die Symbole können beispielsweise, wie in der Darstellung der 1 links angedeutet, Informationssymbole, hier ein Pfeil, welcher eine Geradeausfahrt anzeigt, umfassen oder auch Warnsymbole wie beispielsweise das in 1 rechts dargestellte Symbol, welches einen das Fahrzeug 1 fahrende Person warnt, beispielsweise vor einem Unfall, einer über eine Sensorik des Fahrzeugs oder eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder dem Fahrzeug und einer Leitstelle erkannten Gefahr oder dergleichen. Prinzipiell ist dies soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Allerdings werden bisher immer aufwändige Vorrichtungen mit hochauflösenden Pixelscheinwerfern, LEDs, Mikrospiegelfeldern. LCDs oder dergleichen eingesetzt, um derartige Symbole zu projizieren. Dies ist außerordentlich teuer und aufwändig.
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Das Projektionsmodul 4, welches einer Vorrichtung zur Projektion von Symbolen 5 in dem Fahrzeug 1 zugrunde liegt, ist dahingegen außerordentlich einfach und kostengünstig. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es in der Lage, drei beispielhafte Symbole 5 zu projizieren, wovon in der Darstellung der 1 zwei Stück davon angedeutet sind. Das Projektionsmodul 4 verfügt dabei über drei Projektionseinheiten 6, welche vorzugsweise horizontal nebeneinander im Frontbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet sind, wie in der Darstellung der 1 zeigt. Sie können auch in einen oder beide der hier ebenfalls angedeuteten Scheinwerfer 7 des Fahrzeugs integriert ausgeführt werden. Die hier dargestellte Zahl von drei einzelnen Projektionseinheiten 6 in dem Projektionsmodul 4 ist dabei rein beispielhaft gewählt, selbstverständlich können weit mehr Projektionseinheiten 6 oder auch -module 4 vorgesehen werden.
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In der Darstellung der 2 ist nun eine schematische Darstellung eines solchen Projektionsmoduls 4 angedeutet. Es besteht auch hier wieder rein beispielhaft aus drei einzelnen Projektionseinheiten 6, welche jeweils über eine Lichtquelle 8 sowie eine Beleuchtungsoptik 9 verfügen. Über die Lichtquelle 8 und die Beleuchtungsoptik 9 wird ein Objekt 10, beispielsweise eine teilweise lichtdurchlässige Maske bzw. ein Dia, entsprechend angestrahlt und über eine gemeinsame Abbildungsoptik 11, welche hier vergleichbar wie die Beleuchtungsoptik 9 symbolisch als eine Linse dargestellt ist, als Symbol 5 auf den Fahrbahnabschnitt 3 projiziert. Dabei ist zu erkennen, dass die Position des jeweiligen Objekts 10 innerhalb des Projektionsmoduls 4 für die entsprechende Position des Symbols 5 auf dem Fahrbahnabschnitt 3 verantwortlich ist, sodass hier beispielsweise das im Projektionsmodul 4 oben dargestellte Objekt 10 das mit ihm korrespondierende Symbol 5 auf den Fahrbahnabschnitt 3 in der Darstellung der 2 unten abbildet usw. Der Aufbau des Projektionsmoduls 4 kann dabei in einem Gehäuse 12 angeordnet sein, wobei die einzelnen Projektionseinheiten 6 über Zwischenwände, Blenden oder Rippen 13 lichttechnisch voneinander getrennt sind, um ein „Übersprechen“ von Licht von der einen Projektionseinheit 6 zur anderen zu vermeiden und damit die Abbildungsqualität entsprechen hoch zu halten.
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Dasjenige Symbol 5, das nun alleine oder zusammen mit anderen Symbolen auf den Fahrbahnabschnitt 3 projiziert werden soll, lässt sich nun außerordentlich einfach und effizient dadurch projizieren, dass die Lichtquelle 8, welche dem jeweiligen Objekt 10, welches mit dem Symbol 5 korrespondiert, zugeordnet ist, eingeschaltet wird. Durch ein einfaches Ein/Aus-Signal, welches an die jeweilige Lichtquelle 8 gesandt wird, kann so das Symbol 5 auf den Fahrbahnabschnitt 3 projiziert werden. Anders als im Stand der Technik müssen keine aufwändigen Daten zur Ansteuerung einer Vielzahl von Elementen übertragen werden, was ein ganz entscheidender Vorteil hinsichtlich der Belastung von Steuerungsleitungen bzw. Bussen in dem Fahrzeug 1 ist.
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Anders als in der Darstellung der 2 wird der Aufbau des Projektionsmoduls 4 nun typischerweise so realisiert werden, wie er am Beispiel der Abbildungsoptik 11 und einer einzigen der Projektionseinheiten 6 in der Darstellung der 3 angedeutet ist. Der Aufbau sieht es dabei vor, dass eine mit H bezeichnete Hauptebene der Abbildungsoptik 11 gegenüber einer mit O bezeichneten Objektebene, also der jeweiligen Hauptebene des Objekts 10, verkippt ausgestaltet ist. Der Winkel, um welchen diese gegeneinander verkippt sind, ist dabei so gewählt, dass er zu einem - hier angedeuteten - Schnittpunkt zwischen der Hauptebene H und der Objektebene O im Bereich der Oberfläche der Fahrbahn 3, welche die Abbildungsebene A ausbildet, führt. Der Aufbau erfüllt damit die sogenannte Scheimpflug-Bedingung. Die Objektebene O, die Hauptebene H der Abbildungsoptik O und die Abbildungsebene A, welche hier der als weitgehend eben angenommenen Ebene des Fahrbahnabschnitts 3 entspricht, schneiden sich dementsprechend in einer Geraden bzw. in der Darstellung der 3 in einem Punkt, welcher die senkrecht zur Bildebene verlaufende Schnittgerade symbolisiert. Sind diese Bedingungen erfüllt, dann werden Verzerrungen durch die Neigung ausgeglichen und es wird eine entsprechend hohe Schärfe erreicht, weil die Schärfeebene der Abbildung des Objekts 10 somit auch eine Ebene sein kann, wie es hier die Oberfläche des Fahrbahnabschnitts 3 ist, welche gegenüber dem Projektionsmodul entsprechend geneigt ist. Der Aufbau ermöglicht so eine deutlich bessere Erkennbarkeit der Symbole 5, wenn diese in die Abbildungsebene A projiziert werden.
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Alles in allem entsteht so mit dem Projektionsmodul 4 eine außerordentlich einfache und effiziente Vorrichtung zur Projektion von Symbolen 5 auf den Fahrbahnabschnitt 3, welche einfach und kostengünstig in ihrem Aufbau ist, welche einen außerordentlich einfachen und dateneffizienten Betreib durch das einfache Ein- und Ausschalten der jeweiligen Lichtquelle 8 ermöglicht und welche eine gute Abbildungsqualität und damit eine gute Erkennbarkeit der Symbole 5 gewährleistet. Sie kann deshalb auch bei kostengünstigen Fahrzeugen einfach und effizient eingesetzt werden und erhöht somit die Verkehrssicherheit über eine Vielzahl von Fahrzeugtypen und -größen hinweg.
