DE102021130619A1 - Device and assembly for generating images on a projection surface - Google Patents
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Abstract
Gezeigt ist eine Vorrichtung (200) zum Erzeugen von Bildern auf einer Projektionsfläche (202), mit mindestens einer Lichtquelle (204) zum Erzeugen von Beleuchtungslicht; einer Flüssigkristalleinheit (208) mit mindestens zwei Segmenten (214a, 214b, 214c), die jeweils zwei Elektroden (400, 402a, 402b, 402c) und einen zwischen den beiden Elektroden angeordneten Flüssigkristall (316) umfassen, die jeweils von dem Beleuchtungslicht durchleuchtbar sind und deren jeweilige Transparenz mittels an den Elektroden (400, 402a, 402b, 402c) anliegenden Wechselspannungen steuerbar ist; einer Abbildungsoptik (210), die das Beleuchtungslicht, das die Segmente (214a, 214b, 214c) durchleuchtet, zum Erzeugen der Bilder auf die Projektionsfläche (202) abbildet; und einer Steuereinheit (222), die ausgebildet ist, die Temperatur der Flüssigkristalleinheit (208) zu ermitteln und die Frequenzen und die Potentialdifferenzen der an den Elektroden (400, 402a, 402b, 402c) anliegenden Wechselspannungen in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit (208) zu steuern. Die Lichtquelle (204) ist derart ausgebildet, dass die Lichtstromdichte auf einer der Lichtquelle (204) zugewandten Fläche (226) der Flüssigkristalleinheit (208) einen Wert zwischen 7 lm/mm2und 80 lm/mm2, insbesondere zwischen 36 lm/mm2und 48 Im/mm2, hat.Shown is a device (200) for generating images on a projection surface (202), with at least one light source (204) for generating illumination light; a liquid crystal unit (208) with at least two segments (214a, 214b, 214c), each comprising two electrodes (400, 402a, 402b, 402c) and a liquid crystal (316) arranged between the two electrodes, which can each be transilluminated by the illumination light and whose respective transparency can be controlled by means of AC voltages applied to the electrodes (400, 402a, 402b, 402c); imaging optics (210), which images the illumination light, which shines through the segments (214a, 214b, 214c), to generate the images onto the projection surface (202); and a control unit (222) which is designed to determine the temperature of the liquid crystal unit (208) and the frequencies and the potential differences of the AC voltages present at the electrodes (400, 402a, 402b, 402c) as a function of the temperature of the liquid crystal unit (208) to control. The light source (204) is designed in such a way that the luminous flux density on a surface (226) of the liquid crystal unit (208) facing the light source (204) has a value between 7 lm/mm2 and 80 lm/mm2, in particular between 36 lm/mm2 and 48 lm/mm2. mm2, has.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einer Projektionsfläche. Die Erfindung ferner betrifft eine Baugruppe für ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung der vorgenannten Art.The invention relates to a device for generating images on a projection surface. The invention also relates to an assembly for a vehicle with a device of the aforementioned type.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Im Automobilbereich werden sogenannte Logoleuchten verwendet, die mehrere statische, d.h. unbewegte Bilder oder eine Abfolge von Bildern zum Erzeugen einer kurzen Animation auf einen Bereich seitlich eines Fahrzeugs projizieren können, beispielsweise vor eine Tür des Fahrzeugs. Die Funktionsweise dieser Logoleuchten entspricht der eines Filmprojektors. Um derartige Logoleuchten besonders kostengünstig und kompakt herstellen zu können, wird zur Bilderzeugung eine Flüssigkristalleinheit verwendet. Die Flüssigkristalleinheit hat mehrere einzeln transparentschaltbare Segmente, die von einer Lichtquelle wie eine Maske durchleuchtet und von einer Abbildungsoptik zum Erzeugen von Bildern auf eine Projektionsfläche abgebildet werden.So-called logo lights are used in the automotive sector, which can project a number of static, i.e. still images or a sequence of images to generate a short animation onto an area on the side of a vehicle, for example in front of a door of the vehicle. The functionality of these logo lights corresponds to that of a film projector. In order to be able to produce such logo lights particularly inexpensively and compactly, a liquid crystal unit is used for image generation. The liquid crystal unit has several segments that can be individually switched to be transparent, which are illuminated by a light source like a mask and are imaged onto a projection surface by imaging optics for generating images.
Um die einzelnen Segmente transparent bzw. opak zuschalten, wird eine Spannung an die Segmente angelegt. Durch Anlegen der Spannung werden die Moleküle des Flüssigkristalls in dem jeweiligen Segment ausgerichtet und wird für Licht transparent bzw. opak. Je höher die angelegte Spannung ist, desto höher ist die Transparenz des Segments. Damit es dabei nicht zu einer dauerhaften Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls und damit zu einer Schädigung des Flüssigkristalls kommt, wird eine Wechselspannung verwendet.In order to switch the individual segments transparent or opaque, a voltage is applied to the segments. By applying the voltage, the molecules of the liquid crystal are aligned in the respective segment and become transparent or opaque to light. The higher the voltage applied, the higher the transparency of the segment. An AC voltage is used so that the molecules of the liquid crystal are not permanently aligned and the liquid crystal is not damaged.
Die Transparenz der Segmente hängt darüber hinaus von der Temperatur der Flüssigkristalleinheit ab. So nimmt die Transparenz eines Segmentes mit steigender Temperatur und gleichbleibender Spannung zu. Insbesondere nimmt auch die Transparenz nicht transparentgeschalteter Segmente mit steigender Temperatur zu. Um auch bei hohen Temperaturen einen gleichbleibenden Kontrast zu erzielen, wird bei bekannten Flüssigkristalleinheiten die an den Elektroden anliegende Spannung mit steigender Temperatur gesenkt. Durch die Spannungssenkung wird ein Übersprechen der Segmente auf benachbarte Bereiche verhindert. Für diese Spannungsanpassung ist jedoch eine komplexe elektronische Ansteuerung erforderlich, die kostspielig ist und mit einer hohen Bauraumanforderung verknüpft ist. Auch werden für eine Spannungsanpassung unter Umständen zusätzliche elektronische Bauteile benötigt.The transparency of the segments also depends on the temperature of the liquid crystal unit. The transparency of a segment increases with increasing temperature and constant voltage. In particular, the transparency of non-transparent switched segments also increases with increasing temperature. In order to achieve a constant contrast even at high temperatures, in known liquid crystal units the voltage present at the electrodes is reduced as the temperature rises. The voltage reduction prevents crosstalk between the segments and neighboring areas. For this voltage adjustment, however, a complex electronic control is required, which is expensive and is associated with a high space requirement. Additional electronic components may also be required for voltage adjustment.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einer Projektionsfläche und eine Baugruppe mit einer Vorrichtung der vorgenannten Art anzugeben, die über eine weite Temperaturspanne ein kontrastreiches Bild liefert und dabei kompakt und kostengünstig ist.It is therefore an object of the invention to specify a device for generating images on a projection surface and an assembly with a device of the aforementioned type that delivers a high-contrast image over a wide temperature range and is compact and inexpensive.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und eine Baugruppe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a device and an assembly with the features of the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
ZusammenfassungSummary
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle zum Erzeugen von Beleuchtungslicht, eine Flüssigkristalleinheit mit mindestens zwei Segmenten, die jeweils zwei Elektroden und einen zwischen den beiden Elektroden angeordneten Flüssigkristall umfassen, die jeweils von dem Beleuchtungslicht durchleuchtbar sind und deren jeweilige Transparenz mittels an den Elektroden anliegenden Wechselspannungen steuerbar ist. Die Vorrichtung hat eine Abbildungsoptik, die das Beleuchtungslicht, das die Segmente durchleuchtet, zum Erzeugen der Bilder auf die Projektionsfläche abbildet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, die Temperatur der Flüssigkristalleinheit zu ermitteln und die Frequenzen und die Potentialdifferenzen der an den Elektroden anliegenden Wechselspannungen in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit zu steuern.The proposed device comprises at least one light source for generating illuminating light, a liquid crystal unit with at least two segments, each comprising two electrodes and a liquid crystal arranged between the two electrodes, which can each be transilluminated by the illuminating light and whose respective transparency is controlled by means of AC voltages applied to the electrodes is controllable. The device has imaging optics, which images the illumination light, which shines through the segments, onto the projection surface in order to generate the images. The device also includes a control unit which is designed to determine the temperature of the liquid crystal unit and to control the frequencies and the potential differences of the AC voltages present at the electrodes as a function of the temperature of the liquid crystal unit.
Je höher die Frequenz der an dem jeweiligen Segment anliegenden Wechselspannung ist, desto mehr Spannung fällt an dem Widerstand der Leiterbahnen ab und desto geringer ist die effektive Spannung zwischen den beiden Elektroden der angesteuerten Segmente. Die zwei Elektroden stellen eine Kapazität dar, die zusammen mit dem Widerstand der Leiterbahnen bei hohen Frequenzen einen elektrischen Tiefpass bildet. Über die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung kann also die effektive Spannung angepasst werden, die an den Segmenten anliegt. Folglich kann durch eine Steuerung der Frequenz die Transparenz der Segmente angepasst werden. Um bei steigender Temperatur der Flüssigkristalleinheit einen gleichbleibenden Kontrast zu erhalten, wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung lediglich die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung erhöht. Die Änderung der Frequenz der Wechselspannung lässt sich mit einer einfacheren elektronischen Schaltung erreichen, als die Änderung der Spannungspegel der Wechselspannung. Damit lässt sich die vorgeschlagene Vorrichtung zum einen kostengünstiger fertigen. Zum anderen kann die vorgeschlagene Vorrichtung mit kleineren elektronischen Bauteilen realisiert werden, womit die Vorrichtung auch in kleinen Bauräumen verbaut werden kann.The higher the frequency of the AC voltage applied to the respective segment, the more voltage drops across the resistance of the conductor tracks and the lower the effective voltage between the two electrodes of the driven segments. The two electrodes represent a capacitance that, together with the resistance of the conductor tracks, forms an electrical low-pass filter at high frequencies. The effective voltage that is present at the segments can therefore be adjusted via the frequency of the alternating voltage present at the electrodes. Consequently, by controlling the frequency, the transparency of the segments can be adjusted. In order to obtain a constant contrast as the temperature of the liquid crystal unit rises, only the frequency of the AC voltage applied to the electrodes is increased in the proposed device. Changing the frequency of the AC voltage can be achieved with simpler electronic circuitry than changing the voltage levels of the AC voltage. On the one hand, the proposed device can thus be manufactured more cost-effectively. On the other hand, the proposed device can be realized with smaller electronic components, whereby the device can also be installed in small spaces.
Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, die Frequenzen und die Potentialdifferenzen der an den beiden Elektroden jeweils eines Segmentes anliegenden Wechselspannungen voneinander unabhängig zu steuern.In particular, the control unit is designed to control the frequencies and the potential differences of the AC voltages present at the two electrodes of a segment independently of one another.
Die Lichtquelle ist derart ausgebildet, dass die Lichtstromdichte auf einer der Lichtquelle zugewandten Fläche der Flüssigkristalleinheit einen Wert zwischen 7,75 lm/mm2 und 77,5 lm/mm2, insbesondere zwischen 36 lm/mm2 und 48 Im/mm2, hat. Bei tiefen Temperaturen, insbesondere unter 0°C, nimmt die Reaktionszeit typischer Flüssigkristalleinheiten stark ab - bis hin zu einem völligen Einfrieren der Segmente. Um die Flüssigkristalleinheit auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, werden üblicherweise integrierte Heizvorrichtungen verwendet. Diese beanspruchen jedoch zusätzlichen Bauraum und erfordern eine eigene elektronische Ansteuerung. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Erwärmung der Flüssigkristalleinheit auf ihre Betriebstemperatur mittels des Lichtstroms.The light source is designed in such a way that the luminous flux density on a surface of the liquid crystal unit facing the light source has a value between 7.75 lm/mm 2 and 77.5 lm/mm 2 , in particular between 36 lm/mm 2 and 48 lm/mm 2 , has. At low temperatures, in particular below 0°C, the response time of typical liquid crystal units decreases sharply - up to the point where the segments freeze completely. Integrated heaters are commonly used to bring the liquid crystal unit up to its operating temperature. However, these take up additional space and require their own electronic control. In this embodiment, the liquid crystal unit is heated to its operating temperature by means of the luminous flux.
Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet, die Lichtquelle derart zu steuern, dass die Lichtstromdichte auf einer der Lichtquelle zugewandten Fläche der Flüssigkristalleinheit erhöht wird, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Die Erwärmung der Flüssigkristalleinheit auf ihre Betriebstemperatur kann somit bei besonders tiefen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C, beschleunigt werden.In particular, the control unit is designed to control the light source in such a way that the luminous flux density on a surface of the liquid crystal unit facing the light source is increased when the temperature of the liquid crystal unit is below a predetermined value. The heating of the liquid crystal unit to its operating temperature can thus be accelerated at particularly low temperatures, in particular at temperatures below 0°C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung auf einen ersten Frequenzwert zu setzen, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Temperaturwertes hat, und auf einen zweiten Frequenzwert zu setzen, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit einen Wert hat, der größer als der vorbestimmten Temperaturwert ist. Zusammengefasst wird in dieser Ausführungsform die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung und damit die temperaturabhängige Transparenz der Segmente in mindestens zwei Stufen geregelt. Eine solche Steuerung lässt sich einfach und kostengünstig realisieren.In a further preferred embodiment, the control unit is designed to set the frequency of the alternating voltage applied to the electrodes to a first frequency value when the temperature of the liquid crystal unit has a value below a predetermined temperature value, and to a second frequency value when the temperature of the Liquid crystal unit has a value that is greater than the predetermined temperature value. In summary, in this embodiment, the frequency of the AC voltage applied to the electrodes and thus the temperature-dependent transparency of the segments is regulated in at least two stages. Such a control can be implemented simply and inexpensively.
In einer hierzu alternativen Ausführungsform wird die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung stufenlos, d.h. kontinuierlich geregelt. Eine solche stufenlose Regelung kann beispielsweise auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Temperatur der Flüssigkristalleinheit und einer Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung erfolgen.In an alternative embodiment, the frequency of the AC voltage applied to the electrodes is steplessly, i.e. continuously, regulated. Such a stepless regulation can take place, for example, on the basis of a functional relationship between the temperature of the liquid crystal unit and a frequency of the AC voltage applied to the electrodes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung auf den zweiten Frequenzwert zu setzen, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit einen Wert zwischen dem ersten vorbestimmten Temperaturwert und einem zweiten vorbestimmten Temperaturwert hat, und auf einen dritten Frequenzwert zu setzen, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit einen Wert hat, der größer als der zweite vorbestimmte Temperaturwert ist. In dieser Ausführungsform wird die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung und damit die Transparenz der Segmente in drei Stufen geregelt. Dies erlaubt eine Kontrolle über den Kontrast der Vorrichtung, ist aber immer noch einfach und kostengünstig zu realisieren. Um eine noch genauere Steuerung des Kontrastes zu ermöglichen, können auch mehr als drei Stufen verwendet werden. Alternativ kann auch eine stufenlose, kontinuierliche Steuerung des Frequenzwertes in Abhängigkeit der Temperatur erfolgen, insbesondere auf Grundlage eines funktionalen Zusammenhangs.In a further preferred embodiment, the control unit is designed to set the frequency of the AC voltage applied to the electrodes to the second frequency value when the temperature of the liquid crystal unit has a value between the first predetermined temperature value and a second predetermined temperature value, and towards a third frequency value set when the temperature of the liquid crystal unit is at a value greater than the second predetermined temperature value. In this embodiment, the frequency of the AC voltage applied to the electrodes and thus the transparency of the segments is regulated in three stages. This allows control over the contrast of the device, but is still simple and inexpensive to implement. More than three levels can also be used to enable even more precise control of the contrast. Alternatively, stepless, continuous control of the frequency value as a function of the temperature can also take place, in particular on the basis of a functional relationship.
Vorzugsweise liegt der erste vorbestimmte Temperaturwert in dem Bereich zwischen -5°C und 10°C. In diesem Bereich beginnt die Reaktionszeit der Flüssigkristalleinheit mit sinkender Temperatur abzunehmen. Eine Ansteuerung mit einer höheren Frequenz als der inversen Reaktionszeit würde zu einem unerwünschten Flackern der Flüssigkristalleinheit und damit zu einer Verringerung der Bildqualität führen.Preferably, the first predetermined temperature value is in the range between -5°C and 10°C. In this range, the response time of the liquid crystal unit begins to decrease as the temperature decreases. Driving at a frequency higher than the inverse of the response time would lead to undesired flickering of the liquid crystal unit and thus to a reduction in image quality.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung derart, dass die Frequenz einen Wert zwischen 1 Hz und 40 Hz hat, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit zwischen -40 C und 0°C beträgt. Ab einer Temperatur von etwa 0°C beginnt die Reaktionszeit der Flüssigkristalleinheit mit sinkender Temperatur bis zu einem Wert von etwa 1 Hz abzunehmen, bevor es zu einem Einfrieren der Flüssigkristalleinheit kommt. Durch die Wahl dieser Parameter wird somit ein Flackern der Flüssigkristalleinheit bei tiefen Temperaturen verhindert.In a further preferred embodiment, the control unit controls the frequency of the AC voltage applied to the electrodes in such a way that the frequency has a value between 1 Hz and 40 Hz when the temperature of the liquid crystal unit is between -40°C and 0°C. From a temperature of about 0°C, the response time of the liquid crystal unit begins to decrease with decreasing temperature up to a value of about 1 Hz before the liquid crystal unit freezes. Choosing these parameters thus prevents flickering of the liquid crystal unit at low temperatures.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung derart, dass die Frequenz einen Wert zwischen 40 Hz und 100 Hz hat, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit zwischen 0°C und 60°C beträgt. In diesem Temperaturbereich entspricht die Frequenz der Wechselspannung in etwa einer Bildwiederholfrequenz, die eine für das menschliche Auge flüssige Darstellung einer Animation erlaubt. Zudem ist die Frequenz der Wechselspannung derart gewählt, dass die an den jeweils angesteuerten Segmenten anliegende effektive Spannung ein kontrastreiches Bild erzeugt.In a further preferred embodiment, the control unit controls the frequency of the AC voltage applied to the electrodes in such a way that the frequency has a value between 40 Hz and 100 Hz when the temperature of the liquid crystal unit is between 0°C and 60°C. In this temperature range, the frequency of the AC voltage roughly corresponds to a refresh rate that is fluid for the human eye Display of an animation allowed. In addition, the frequency of the AC voltage is selected in such a way that the effective voltage applied to the respectively driven segments generates a high-contrast image.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Frequenz der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung derart, dass die Frequenz einen Wert zwischen 100 Hz und 100 kHz hat, wenn die Temperatur der Flüssigkristalleinheit zwischen 40°C und 200°C beträgt, insbesondere zwischen 60°C und 130°C beträgt. Bei höheren Temperaturen muss die an den transparentgeschalteten Segmenten anliegende Spannung gesenkt werden, um ein Übersprechen auf benachbarte Segmente zu verhindern. Um auch in diesem Temperaturbereich ein kontrastreiches Bild auf der Projektionsfläche zu erzeugen, wird die Frequenz der Wechselspannung entsprechend angepasst.In a further preferred embodiment, the control unit controls the frequency of the AC voltage applied to the electrodes in such a way that the frequency has a value between 100 Hz and 100 kHz when the temperature of the liquid crystal unit is between 40° C. and 200° C., in particular between 60° C and 130°C. At higher temperatures, the voltage applied to the segments that are switched transparent must be lowered in order to prevent crosstalk to neighboring segments. In order to generate a high-contrast image on the projection surface even in this temperature range, the frequency of the AC voltage is adjusted accordingly.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, die Höhe und Dauer der Potentialdifferenz zwischen einer ersten Spannung, die an einer ersten Elektrode der Flüssigkristalleinheit anliegt und allen Segmenten zugeordnet ist, und mindestens einer zweiten Spannung, die an einer zweiten Elektrode der Flüssigkristalleinheit anliegt und die mindestens einem Segment zugeordnet ist, in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit zu steuern. Die erste Elektrode ist allen Segmenten gemein, daher wird die erste Elektrode auch als Common-Elektrode bezeichnet. Jedes Segment weist zudem eine zweite Elektrode auf. Der Flüssigkristall dabei ist zwischen den beiden Elektroden angeordnet. Durch das Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen der Common-Elektrode und der individuellen Elektrode eines Segments, wird dieses Segment in seiner Transmissionsrate gesteuert.In a further preferred embodiment, the control unit is designed to measure the level and duration of the potential difference between a first voltage which is present at a first electrode of the liquid crystal unit and is assigned to all segments, and at least one second voltage which is present at a second electrode of the liquid crystal unit and associated with at least one segment depending on the temperature of the liquid crystal unit. The first electrode is common to all segments, so the first electrode is also called the common electrode. Each segment also has a second electrode. The liquid crystal is arranged between the two electrodes. By creating a potential difference between the common electrode and the individual electrode of a segment, that segment is controlled in its transmission rate.
Typischerweise werden Flüssigkristalleinheiten mit einer rechteckigen Wechselspannungen betrieben. Eine erste rechteckige Wechselspannung liegt an der ersten Elektrode an und eine zweite rechteckige Wechselspannung liegt jeweils an den zweiten Elektroden an. Die Differenz zwischen den beiden Wechselspannung entspricht dabei jeweils der Potentialdifferenz, die an dem entsprechenden Segment anliegt. Eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungen verändert die effektive Spannung, die an dem jeweiligen Segment anliegt. Somit kann eine Phasenverschiebung zusätzlich zu der Frequenzveränderung genutzt werden, um die effektive Spannung und damit die Transmissionsrate der Segmente zu steuern. Insbesondere kann die Phase hierbei für jedes Segment einzeln verändert werden. Eine Phasenverschiebung ist auch dann noch möglich, wenn die Frequenz der Wechselspannung nicht weiter erhöht werden kann, weil beispielsweise die Taktfrequenz der Steuereinheit nicht weiter erhöht oder gar nicht verändert werden kann. Dies erlaubt insbesondere den Einsatz einer kostengünstigen Elektronik.Typically, liquid crystal units are operated with a square-wave AC voltage. A first square-wave AC voltage is applied to the first electrode and a second square-wave AC voltage is applied to the second electrodes, respectively. The difference between the two AC voltages corresponds to the potential difference that is present at the corresponding segment. A phase shift between the two AC voltages changes the effective voltage applied to the respective segment. Thus, a phase shift can be used in addition to the frequency change to control the effective voltage and hence the transmission rate of the segments. In particular, the phase can be changed individually for each segment. A phase shift is also possible when the frequency of the AC voltage cannot be increased any further because, for example, the clock frequency of the control unit cannot be increased any further or cannot be changed at all. In particular, this allows the use of inexpensive electronics.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Flüssigkristalleinheit oder der Umgebung der Flüssigkristalleinheit. Aus der Temperatur der Umgebung der Flüssigkristalleinheit kann, insbesondere durch die Steuereinheit, die Temperatur der Flüssigkristalleinheit ermittelt werden. Als Temperatursensor eignet sich insbesondere ein Heißleiter. Mittels eines Temperatursensors lässt sich die Temperatur sehr zuverlässig bestimmen. Dies ist eine Bedingung für die effektive Anpassung der Frequenz der Wechselspannung, um einen gleichbleibenden Kontrast zu erzielen. Somit wird in dieser Ausführungsform eine besonders gleichmäßiger Kontrast und damit eine gleichbleibende Bildqualität in einer weiten Temperaturspanne erzielt.Alternatively or additionally, the device comprises a temperature sensor for measuring the temperature of the liquid crystal unit or the environment of the liquid crystal unit. The temperature of the liquid crystal unit can be determined from the temperature of the surroundings of the liquid crystal unit, in particular by the control unit. A thermistor is particularly suitable as a temperature sensor. The temperature can be determined very reliably using a temperature sensor. This is a condition for effectively adjusting the frequency of the AC voltage to achieve consistent contrast. In this embodiment, a particularly uniform contrast and thus a constant image quality is thus achieved over a wide temperature range.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkristalleinheit eine Passiv-LCD-Einheit. Passiv- und Aktiv-LCD-Einheit unterscheiden sich in der Art und Weise ihrer Ansteuerung. Bei einer Passiv-LCD-Einheit wird jedes Segment über eine individuelle Leiterbahn angesteuert, wodurch die Ansteuerung besonders einfach und damit auch kostengünstig zu realisieren ist.In another preferred embodiment, the liquid crystal unit is a passive LCD unit. Passive and active LCD units differ in the way they are controlled. With a passive LCD unit, each segment is controlled via an individual conductor track, which means that the control can be implemented particularly easily and therefore inexpensively.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einem Bussystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem LIN-Bus oder einem CAN-Bus, verbindbar ist. Sowohl LIN-Busse als auch CAN-Busse sind im Automobilbereich weitverbreitete Feldbusse, die verschiedene Sensoren und Aktoren eines Fahrzeugs mit einer zentralen Steuereinheit verbinden. Die Vorrichtung kann somit mittels der zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs angesteuert werden.In a further preferred embodiment, the device can be connected to a bus system of a motor vehicle, in particular to a LIN bus or a CAN bus. Both LIN buses and CAN buses are fieldbuses that are widespread in the automotive sector and connect various sensors and actuators in a vehicle to a central control unit. The device can thus be controlled by the central control unit of the vehicle.
Die Erfindung betrifft ferner eine Baugruppe für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Vorrichtung nach vorgenannter Art. Die Baugruppe ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie in einer Tür des Fahrzeugs, einem Seitenspiegel, einem Seitenschweller des Fahrzeugs oder in einem Bauraum, der für eine Rückfahrkamera vorgesehen ist, angeordnet werden kann.The invention also relates to an assembly for a vehicle, in particular a motor vehicle, with a device of the type mentioned above. The assembly is designed in particular in such a way that it can be installed in a door of the vehicle, a side mirror, a side skirt of the vehicle or in a space that is required for a reversing camera is provided, can be arranged.
Alternativ ist die Baugruppe derart ausgebildet, dass sie in einem Bauraum, der für eine Leuchte des Fahrzeugs vorgesehen ist, angeordnet werden kann. In dieser alternativen Ausführungsform ist die Vorrichtung insbesondere ausgebildet, wenigstens ein Bild auf die Projektionsfläche zu projizieren, das eine zulassungsfähige Signallichtfunktion darstellt oder Teil einer zulassungsfähigen Signallichtfunktion ist, beispielsweise ein Schlusslicht oder ein Fahrtrichtungsanzeiger.Alternatively, the assembly is designed in such a way that it can be arranged in an installation space that is provided for a lamp in the vehicle. In this alternative embodiment, the device is designed in particular to project at least one image onto the projection surface, which represents a permissible signal light function or is part of a permissible signal light function, for example a tail light or a direction indicator.
Die Verwendung der Baugruppe ist jedoch nicht auf den Außenbereich des Fahrzeugs beschränkt. Beispielsweise kann die Baugruppe auch als dynamische Lese- oder Raumbeleuchtung im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet werden.However, the use of the assembly is not limited to the exterior of the vehicle. For example, the assembly can also be arranged as dynamic reading or room lighting in the interior of the vehicle.
Figurenlistecharacter list
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die beispielhafte Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher erläutert.Further features and advantages emerge from the following description, which explains exemplary embodiments in more detail in conjunction with the attached figures.
Es zeigen:
-
1 einen Graph, der die Abhängigkeit der Transparenz eines beispielhaften Flüssigkristalleinheit von einer angelegten Spannung zeigt; -
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einer Projektionsfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung zum Projizieren von Bildern auf die Projektionsfläche gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 eine schematische Darstellung der Flüssigkristalleinheit der Vorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einer Projektionsfläche; -
5 ein Ersatzschaltbild eines Segments der Flüssigkristalleinheit; und -
6 ein Phasendiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Flüssigkristalleinheit.
-
1 a graph showing the dependency of the transparency of an exemplary liquid crystal device on an applied voltage; -
2 a schematic representation of a device for generating images on a projection surface according to an embodiment; -
3 an exploded view of the device for projecting images onto the projection surface according to a further embodiment; -
4 a schematic representation of the liquid crystal unit of the device for generating images on a projection surface; -
5 an equivalent circuit of a segment of the liquid crystal unit; and -
6 a phase diagram to clarify the operation of the liquid crystal unit.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Die Abszisse 102 gibt den Wert der an ein transparentschaltbares Segment der Flüssigkristalleinheit angelegten Spannung in Volt an. Die Ordinate 104 gibt die Transparenz des Segments in Prozent an. Das Diagramm 100 umfasst zwei Graphen 106a, 106b, die jeweils die Abhängigkeit der Transparenz der beispielhaften Flüssigkristalleinheit von der angelegten Spannung für zwei verschiedene Temperaturen zeigen. Ein erster Graph 106a ist durch eine Volllinie dargestellt und zeigt das Verhalten der beispielhaften Flüssigkristalleinheit bei einer niedrigen Temperatur. Ein zweiter Graph 106b ist durch eine Punktlinie dargestellt und zeigt das Verhalten der beispielhaften Flüssigkristalleinheit bei einer hohen Temperatur.The
Wie man in
Die Transparenz der Flüssigkristalleinheit hängt aber nicht nur von der angelegten Spannung, sondern auch von der Temperatur der Flüssigkristalleinheit ab. Mit steigender Temperatur nimmt die Grundtransparenz der Flüssigkristalleinheit zu. Der zweite Graph 106b ist im Vergleich zu dem ersten Graph 106a gestaucht. Um bei hohen Temperaturen einen gleichbleibenden Kontrast zwischen den Segmenten und den nicht-leuchtenden Bereichen zu erzeugen, wird bei bekannten Flüssigkristalleinheiten die an den Segmenten angelegte Spannung reduziert. Diese Spannungsreduktion reduziert das Übersprechen eines angesteuerten Segmentes auf ein benachbartes Segment oder einen benachbarten nicht-leuchtenden Bereich. Somit bleiben die Bereich der Flüssigkristalleinheit auch bei steigenden Temperaturen klar voneinander abgegrenzt.However, the transparency of the liquid crystal unit depends not only on the applied voltage but also on the temperature of the liquid crystal unit. With increasing temperature, the basic transparency of the liquid crystal unit increases. The
Mit sinkender Temperatur nimmt außerdem die Reaktionszeit der Flüssigkristalleinheit ab. Dies bedeutet, dass die Zeit, die zum Umschalten der Segmente von einem opaken Zustand in einen transparenten Zustand zunimmt. Bei typischen Flüssigkristalleinheiten sinkt die Bildwiederholrate ab einer Temperatur von etwa 0°C mit abnehmender Temperatur auf Werte unter 1 Hz. Bei besonders tiefen Temperaturen kann es zu einem vollständigen Einfrieren der Flüssigkristalleinheit kommen, bei dem kein Umschalten der Segmente mehr möglich ist. Es ist daher notwendig, Flüssigkristalleinheiten auf eine gewisse Betriebstemperatur zu erwärmen. Dies geschieht in bekannten Flüssigkristalleinheiten mit Hilfe von Heizvorrichtungen.Also, as the temperature decreases, the response time of the liquid crystal unit decreases. This means that the time it takes to switch the segments from an opaque state to a transparent state increases. In typical liquid crystal units, the refresh rate drops from a temperature of around 0°C to values below 1 Hz with decreasing temperature. At particularly low temperatures, the liquid crystal unit can freeze completely, at which point it is no longer possible to switch the segments. It is therefore necessary to heat liquid crystal units to a certain operating temperature. In known liquid crystal units, this is done with the aid of heating devices.
Die Projektionsfläche 202 ist in
Die Vorrichtung 200 umfasst ferner eine Steuereinheit 222, die mit der Flüssigkristalleinheit 208 und der Lichtquelle 204 verbunden ist. Die Steuereinheit 222 ist ausgebildet, die einzelnen Segmente 214a, 214b der Flüssigkristalleinheit 208 durch Anlegen einer Wechselspannung transparent zu schalten. Hierzu ist die Steuereinheit 222 mit den Segmenten 214a, 214b direkt über Leiterbahnen 224 verbunden. Alternativ kann auch eine Multiplexeinheit eingesetzt werden, um mehrere Segmente 214a, 214b über eine Leiterbahn 224 anzusprechen. Die Frequenz der Wechselspannung wird durch die Steuereinheit 222 in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit 208 gesteuert. Wird die Flüssigkristalleinheit 208 mit einer höheren Frequenz als vorgesehen betrieben, wirkt die Flüssigkristalleinheit 208 wie ein elektrischer Tiefpass. Dies bedeutet, dass mehr Spannung an dem elektrischen Widerstand der Leiterbahnen 224 abfällt und die effektive an den Segmenten 214a, 214b anliegende Spannung sinkt. Mit höherer Frequenz sinkt folglich die an den Segmenten 214a, 214b anliegende Spannung. Dies ist im Folgenden anhand der
Die Steuereinheit 222 ist ferner ausgebildet, die Lichtquelle 204 so zu steuern, dass ein Lichtstrom auf einer der Lichtquelle 204 zugewandten Fläche 226 der Flüssigkristalleinheit 208 einen bestimmten Wert hat. Insbesondere ist die Steuereinheit 222 ausgebildet, die Lichtquelle 204 in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit 208 zu steuern. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 222 steuert die Lichtstromdichte in Abhängigkeit der Temperatur der Flüssigkristalleinheit 208. Bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise unter 0°C, wird die Lichtstromdichte erhöht. Hierdurch kann die Flüssigkristalleinheit 208 erwärmt werden und ein Sinken der Bildwiederholrate verhindert werden.The
Zum Bestimmen der Temperatur der Flüssigkristalleinheit 208 kann die Vorrichtung 200 einen Temperatursensor aufweisen, der die Temperatur an der Flüssigkristalleinheit 208 oder in der näheren Umgebung der Flüssigkristalleinheit 208 misst.In order to determine the temperature of the
Die Vorrichtung 300 umfasst ein Gehäuse 302, das in der Ausführungsform nach
Unterhalb des ersten Gehäuseteils 304a ist die Lichtquelle 204 angeordnet. Die Lichtquelle 204 umfasst einen Schaltungsträger 310, auf dem beispielhaft zwei LED-Elemente 312a, 312b angeordnet sind. Die LED-Elemente 312a, 312b lassen sich einzeln dimmen, beispielsweise über die Steuerung der Tastraste der an den LED-Elementen 312a, 312b anliegenden Spannung. Ferner lassen sich die LED-Elemente 312a, 312b einzeln ein- und ausschalten. Sowohl durch das Dimmen, als auch durch das Zu- bzw. Abschalten einzelner LED-Elemente 312a, 312b kann die Lichtstromdichte auf der der Lichtquelle 204 zugewandten Fläche 226 der Flüssigkristalleinheit 208 gesteuert werden.The
Die Flüssigkristalleinheit 208 umfasst einen ersten Polarisator 314, einen Flüssigkristall 316 und einen zweiten Polarisator 318. Der erste Polarisator 314 lässt nur Beleuchtungslicht einer vorbestimmten Polarisationsrichtung passieren. In dem Flüssigkristall 316 sind die einzeln ansteuerbare Segmente 214a, 214b ausgebildet. Der Flüssigkristall 316 dreht die Polarisationsrichtung durchtretenden Lichts um 90°. Der zweite Polarisator 318 lässt nur Licht, das den Flüssigkristall 316 passiert hat, einer vorbestimmten Polarisationsrichtung passieren.The
Die Flüssigkristalleinheit 208 ist über die Leiterbahnen 224 mit einer LCD-Steuereinheit 320 verbunden. Die LCD-Steuereinheit 320 und der Schaltungsträger 310 der Lichtquelle 204 bilden zusammen eine Steuereinheit 222 der Vorrichtung 300. In der Ausführungsform nach
In der Ausführungsform nach
Die Flüssigkristalleinheit 208 umfasst den Flüssigkristall 316, der zwischen den zwei Glasplatten 216, 218 angeordnet ist. In
Durch Anlegen einer Wechselspannung an die erste Elektrode 400 und an eine der zweiten Elektroden 402a, 402b, 402c wird das zwischen den beiden Elektroden liegende Segment 214a, 214b, 214c transparent geschaltet. Ist die anliegende Spannung zu hoch, kann es zu einem Übersprechen kommen, dass heißt, der neben einem angesteuerten Segment 214a, 214b, 214c liegende nicht-angesteuerte Bereich 404 wird ebenfalls transparent oder teil-transparent geschalten. Dies führt zu einem verschlechterten Kontrast der Vorrichtung 200, 300.By applying an AC voltage to the
Zwei Pole 500a, 500b auf der linken Seite von
Gibt die Steuereinheit 222 eine Wechselspannung Ue mit entsprechend hoher Frequenz aus, wirkt die Flüssigkristalleinheit 208 in Verbindung mit den Leiterbahnen 224 wie ein elektrischer Tiefpass. Mit steigender Frequenz der von der Steuereinheit 222 ausgegebenen Wechselspannung Ue fällt mehr Spannung an dem Widerstand R der Leiterbahnen 224 ab. Die über die Kapazität C abfallende Spannung sinkt, was bedeutet, dass die effektive an den Elektroden des Segmentes 214a, 214b, 214c anliegende Spannung Ua ebenfalls sinkt. Über eine Steuerung der Frequenz der von der Steuereinheit 222 ausgegebenen Wechselspannung Ue kann somit die effektive an den Elektroden des Segmentes 214a, 214b, 214c anliegende Spannung Ua gesteuert werden.If the
Die Abszisse entspricht der Zeit, auf den Ordinaten ist jeweils der Spannungspegel dargestellt. Eine erste Zeile 602 stellt den Spannungsverlauf eines Taktsignals der Steuereinheit 222 dar. Die einzelnen Takte sind in
Eine dritte Zeile 606 stellt den Spannungsverlauf einer an der zweiten Elektrode des ersten Segments 214a angelegtem rechteckigen Wechselspannung. Bis einschließlich Takt 8 befindet sich der Spannungspegel auf dem hohen Niveau, danach wird der Spannungspegel für Takt 9 auf das niedrige Niveau gesenkt, für Takt 10 wieder auf das hohe Niveau erhöht und schließlich auf das niedrige Niveau gesenkt. Hierdurch entsteht in den Takten 9 und 10 eine Spannungsdifferenz zwischen der Common-Elektrode 400 und der Elektrode 402a des ersten Segments 214a und das Segment wird transparent geschaltet. Diese Spannungsdifferenz ist in einer vierten Zeile 608 dargestellt. Gemessen auf die 20 dargestellten Takte weist das erste Segment 214a einen Tastgrad (duty cycle) von 10% auf.A
Eine fünfte Zeile 610 stellt den Spannungsverlauf einer an der zweiten Elektrode des zweiten Segments 214b angelegtem rechteckigen Wechselspannung. Bis einschließlich Takt 7 befindet sich der Spannungspegel auf dem hohen Niveau, danach wird der Spannungspegel für die Takte 8 und 9 auf das niedrige Niveau gesenkt, für die Takt 10 und 11 wieder auf das hohe Niveau erhöht und schließlich auf das niedrige Niveau gesenkt. Hierdurch entsteht in den Takten 8 bis 11 eine Spannungsdifferenz zwischen der Common-Elektrode 400 und der Elektrode 402b des zweiten Segments 214b. Diese Spannungsdifferenz ist in einer sechsten Zeile 612 dargestellt. Gemessen auf die 20 dargestellten Takte weist das zweite Segment 214b einen Tastgrad von 20% auf.A
Eine siebente Zeile 614 stellt den Spannungsverlauf einer an der zweiten Elektrode 402c des dritten Segments 214c angelegtem rechteckigen Wechselspannung. Bis einschließlich Takt 9 befindet sich der Spannungspegel auf dem niedrigen Niveau, danach wird der Spannungspegel auf das hohe Niveau erhöht. Der Spannungsverlauf der zweiten Elektrode 402c ist somit antizyklisch zu dem Spannungsverlauf der Common-Elektrode 400. Hierdurch eine permanente Spannungsdifferenz zwischen der Common-Elektrode 400 und der zweiten Elektrode 402c des dritten Segments 214c und das Segment 214c bleibt transparent geschaltet. Diese Spannungsdifferenz in deiner achten Zeile 216 dargestellt. Folglich weist das dritte Segment 214c einen Tastgrad von 100% auf.A
Eine Phasenverschiebung und/oder eine Potentialdifferenz zwischen den Wechselspannungen, die an der Common-Elektrode 400 und jeweils einer zweiten Elektrode 402a, 402b, 402c anliegen, verändert die effektive Spannung, die an dem der jeweiligen zweiten Elektrode 402a, 402b, 402c zugeordneten Segment 214a, 214b, 214c anliegt. Somit kann eine Phasenverschiebung und/oder eine Potentialdifferenzsteuerung zusätzlich zu der Frequenzveränderung genutzt werden, um die effektive Spannung und damit die Transmissionsrate der Segmente 214a, 214b, 214c zu steuern. Insbesondere kann die Phase hierbei für jedes Segment 214a, 214b, 214c einzeln verändert werden. Eine Phasenverschiebung und/oder eine Potentialdifferenzsteuerung ist auch dann noch möglich, wenn die Frequenz der Wechselspannung nicht weiter erhöht werden kann, weil beispielsweise die Taktfrequenz der Steuereinheit 222 nicht weiter erhöht werden kann.A phase shift and/or a potential difference between the AC voltages applied to the
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Diagrammdiagram
- 102102
- Abszisseabscissa
- 104104
- Ordinateordinate
- 106a, 106b106a, 106b
- Graphgraph
- 200200
- Vorrichtungcontraption
- 202202
- Projektionsflächeprojection surface
- 204204
- Lichtquellelight source
- 206206
- Kondensoroptikcondenser optics
- 208208
- Flüssigkristalleinheitliquid crystal unit
- 210210
- Abbildungsoptikimaging optics
- 212212
- Kondensorlinsecondenser lens
- 214, 214a, 214b, 214c214, 214a, 214b, 214c
- Segmentsegment
- 216,218216,218
- Glasplattenglass plates
- 220220
- Abbildungslinseimaging lens
- 222222
- Steuereinheitcontrol unit
- 224224
- Leiterbahntrace
- 226226
- FlächeSurface
- 300300
- Vorrichtungcontraption
- 302302
- GehäuseHousing
- 304a, 304b304a, 304b
- Gehäuseteilhousing part
- 306306
- Lichteintrittsöffnunglight entry opening
- 308308
- Lichtaustrittsflächelight exit surface
- 310310
- Schaltungsträgercircuit carrier
- 312a,312b312a,312b
- LED-ElementLED element
- 314314
- Polarisatorpolarizer
- 316316
- Flüssigkristallliquid crystal
- 318318
- Polarisatorpolarizer
- 320320
- LCD-SteuereinheitLCD control unit
- 322a, 322b, 322c322a, 322b, 322c
- optisches Elementoptical element
- 324324
- Halteelementholding element
- 400, 402, 402a, 402b, 402c400, 402, 402a, 402b, 402c
- Elektrodeelectrode
- 404404
- nicht-leuchtender Bereichenon-luminous areas
- 500a, 500b, 502a, 502b500a, 500b, 502a, 502b
- Polpole
- 504504
- Kondensatorcapacitor
- 600600
- Phasendiagrammphase diagram
- 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616
- ZeileLine
- PP
- PfeilArrow
Claims (13)
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DE102021130619A1 true DE102021130619A1 (en) | 2023-05-25 |
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ID=86227268
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DE102021130619.1A Pending DE102021130619A1 (en) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | Device and assembly for generating images on a projection surface |
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---|---|
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R016 | Response to examination communication |