DE102021209454A1 - Method for controlling a laser diode and a digital micromirror device of an imaging unit in a holographic head-up display - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Lichtquelle sowie einer eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) aufweisenden bilderzeugenden Einheit, wobei von der Lichtquelle ein Lichtstrahl auf eine Anzahl von Mikrospiegeln der DMD gerichtet wird, mit deren Hilfe abhängig von jeweiligen Spiegelpositionen ein Bild erzeugt und ausgegeben werden kann, umfasst: das Betreiben der DMD mittels Pulsbreitenmodulation in einem Schema von innerhalb einer Aktualisierungszeit aufeinander folgenden Bit-Segmenten; das Aktivieren wenigstens eines Mikrospiegels, um innerhalb eines eine oder mehrere Pulse umfassenden ersten Teilintervalls der Aktualisierungszeit, wobei die Pulse den Bit-Segmenten entsprechen, eine erste Spiegelposition (ON) derart einzustellen, dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil ausgegeben wird; und das Bereitstellen einer Leistung, mit welcher die Lichtquelle zumindest innerhalb der Zeitdauer des ersten Teilintervalls versorgt wird, damit die Lichtquelle darin eine vorbestimmte Lichtmenge emittiert. In einem ersten Betriebsmodus wird die Lichtquelle innerhalb eines zweiten Teilintervalls derselben Aktualisierungszeit, in welchem der wenigstens eine Mikrospiegel der digitalen Mikrospiegelvorrichtung eine zweite Spiegelposition (OFF) einnimmt, so dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil nicht aus der bilderzeugenden Einheit ausgegeben wird, mit Leistung versorgt. Ein zeitlicher Durchschnittswert der Leistung im zweiten Teilintervall ist gegenüber einem zeitlichen Durchschnittswert der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls erhöht, um im Fall einer geringen Lichtmenge, die für die Ausgabe aus der bilderzeugenden Einheit vorgesehen ist, einer Abkühlung der Lichtquelle entgegenzuwirken.A method for controlling a light source and a digital micromirror device (DMD) having an imaging unit, wherein a light beam from the light source is directed onto a number of micromirrors of the DMD, with the help of which an image can be generated and output depending on the respective mirror positions : operating the DMD by means of pulse width modulation in a scheme of bit segments that follow one another within an update time; activating at least one micro-mirror to set a first mirror position (ON) within a first sub-interval of the update time comprising one or more pulses, the pulses corresponding to the bit segments, such that the light beam portion incident on the micro-mirror is emitted; and providing a power supplied to the light source for at least the period of time of the first sub-interval to cause the light source to emit a predetermined amount of light therein. In a first mode of operation, the light source is powered within a second sub-interval of the same update time, in which the at least one micro-mirror of the digital micro-mirror device assumes a second mirror position (OFF) so that the light beam fraction incident on the micro-mirror is not output from the imaging unit . A time-average value of the power in the second sub-interval is increased compared to a time-average value of the power within the first sub-interval in order to counteract cooling of the light source in the case of a small amount of light intended for output from the image-forming unit.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Aspekte der hier vorgestellten Erfindung betreffen ein Verfahren zum Steuern wenigstens einer Lichtquelle sowie einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung einer bilderzeugenden Einheit, wobei von der Lichtquelle ein Lichtstrahl auf eine Anzahl von Mikrospiegeln der digitalen Mikrospiegelvorrichtung gerichtet wird, mit deren Hilfe abhängig von jeweiligen Spiegelpositionen ein Bild durch die bildgebende Einheit erzeugt und ausgegeben werden kann. Diese oder weitere Aspekte betreffen insbesondere auch ein augmented reality (AR) Head-Up-Display, welches die bildgebende Einheit aufweist.Aspects of the invention presented here relate to a method for controlling at least one light source and a digital micromirror device of an imaging unit, with a light beam being directed from the light source onto a number of micromirrors of the digital micromirror device, with the aid of which an image is generated by the imaging unit depending on the respective mirror positions unit can be generated and output. These or other aspects also relate in particular to an augmented reality (AR) head-up display, which has the imaging unit.

Stand der TechnikState of the art

Anwendungen aus den Gebieten der Augmented Reality („erweiterte Realität“, AR, oft auch als „True-AR“ bezeichnet) haben in den vergangenen Jahren zunehmend auch im Bereich von Head-Up-Displays Eingang gefunden. Hierbei werden z.B. mittels des Head-Up-Displays dem Fahrzeugführer zwei- oder dreidimensional dargestellte Informationen in holografischer Weise in sein Sichtfeld durch ein Fenster des Fahrzeugs (insbesondere die Windschutzscheibe) eingeblendet bzw. das Sichtfeld mit darin erkannten Objekten mit diesen Informationen überlagert. Dies kann über ein in das Fenster (oder in eine in davor platzierte, transparente Platte) integriertes holografisches optisches Element (HOE) erfolgen, das - auch als sog. Combiner bezeichnet - in geeigneter Weise von einer Abbildungsmatrix mit einer Lichtwellenfront bestrahlt wird, wobei zur Ausnutzung der Effekte des im holografischen optischen Element implementierten Hologramms hochgradig kohärentes Licht benötigt wird, das daher vorzugsweise aus einem oder mehreren Lasermodulen herrühren kann, in denen Laserdioden bzw. Laserdiodenarrays verbaut sind.Applications from the areas of augmented reality ("augmented reality", AR, often also referred to as "true AR") have increasingly found their way into the field of head-up displays in recent years. Here, e.g. by means of the head-up display, the vehicle driver is shown two or three-dimensional information in a holographic manner in his field of vision through a window of the vehicle (in particular the windshield) or the field of vision with objects detected therein is superimposed with this information. This can be done via a holographic optical element (HOE) integrated into the window (or into a transparent plate placed in front of it), which - also referred to as a so-called combiner - is irradiated in a suitable manner by an imaging matrix with a light wave front, with the Utilization of the effects of the implemented in the holographic optical element hologram highly coherent light is required, which can therefore preferably come from one or more laser modules in which laser diodes or laser diode arrays are installed.

Solche Head-Up-Displays umfassen üblicherweise eine bildgebende bzw. bilderzeugende Einheit (engl. picture generating unit, PGU) mit Lichtquelle, ein Optikmodul und den Combiner bzw. das HOE-Element als Projektionsfläche. Die bildgebende Einheit weist dabei üblicherweise eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD) auf, deren Mikrospiegel in bekannter Weise einzeln in eine „ON“ bzw. „OFF“-Position ansteuerbar sind, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen und projizieren, wenn die Strahlung der Lichtquelle auf die digitale Mikrospiegelvorrichtung gerichtet wird. Lichtintensitäten werden dabei oftmals über Pulsbreitenmodulation während des Betriebs der Mikrospiegel erzeugt. Ein solches System ist beispielsweise in D. Doherty, G. Hewlett: „Phased Reset Timing for Improved Digital Micromirror Device Brightness“, in SID International Symposium 1998, veröffentlicht durch Society for Information Display, Santa Ana, CA, ISSN0098-0966X/98/2901 (nachfolgend: Doherty et al. (1998)) oder in WO 94/09472 A1 beschrieben. Insbesondere wird dabei ein amplitudenmoduliertes Videosignal in eine digitale Repräsentation der Pulsbreitenmodulation konvertiert. Dies bedeutet, dass die einzelnen Mikrospiegel in einem fest vorgegebenen Zeitrahmen (engl. frame) mit Aufteilung in Sequenzen von Bits in die Positionen „ON“ bzw. „OFF“ gestellt werden, um eine bestimmte Helligkeitsamplitude zu erzeugen. Der für die Mikrospiegel jeweils vorgegebene Zeitrahmen entspricht einer Aktualisierungszeit (engl. total refresh period) des betreffenden Mikrospiegels. Dieser wird aufgeteilt in Bits mit jeweils vorgegebener Zeitdauer. Das Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB, least significant bit) umfasst dabei einen Bruchteil 1/(2n-1) an Gesamtzeit des Zeitrahmens, wobei n die Gesamtzahl der vorgesehenen Bits ist, in der zitierten Druckschrift ist beispielsweise n=5 . Das nächsthöhere Bit umfasst den doppelten Bruchteil bzw. die doppelte Zeitdauer, usw. Um dabei diejenigen Bits, denen infolgedessen längere Zeitdauern zugeordnet sind, aufzuteilen und somit die Integration des Lichts durch das menschliche Auge zu verbessern, wird darüber hinaus ein sogenanntes Bit-splitting angewandt, so dass innerhalb jedes einzelnen Zeitrahmens die den einzelnen Bits zugewiesenen „ON“- bzw. „OFF“-Positionen gleichmäßig verteilt sind. Das höchstwertige Bit (MSB, most significant bit), innerhalb dessen die Spiegelposition entweder nur „ON“ oder nur „OFF“ ist, könnte ansonsten - je nach Dauer des Zeitrahmens (bzw. der total refresh period) und gewählter Anzahl n der Bits - eine bereits vom menschlichen Auge wahrnehmbare Länge aufweisen.Such head-up displays usually include an imaging or image-generating unit (PGU) with a light source, an optics module and the combiner or the HOE element as a projection surface. The imaging unit usually has a digital micromirror device (DMD) whose micromirrors can be individually controlled in a known manner in an “ON” or “OFF” position in order to generate and project a desired image when the Radiation from the light source is directed onto the digital micromirror device. Light intensities are often generated via pulse width modulation during operation of the micromirror. Such a system is, for example, in D. Doherty, G. Hewlett: "Phased Reset Timing for Improved Digital Micromirror Device Brightness", in SID International Symposium 1998, published by Society for Information Display, Santa Ana, CA, ISSN0098-0966X/98/ 2901 (hereinafter: Doherty et al. (1998)) or in WO 94/09472 A1 described. In particular, an amplitude modulated video signal is converted into a digital representation of the pulse width modulation. This means that the individual micromirrors are set to the "ON" or "OFF" position in a fixed time frame with division into sequences of bits in order to generate a specific brightness amplitude. The time frame specified in each case for the micromirrors corresponds to an update time (total refresh period) of the micromirror in question. This is divided into bits, each with a specified time period. The bit with the least significant bit (LSB, least significant bit) comprises a fraction 1/(2 n −1) of the total time of the time frame, where n is the total number of bits provided, for example n=5 in the publication cited. The next higher bit includes twice the fraction or twice the time duration, etc. In order to split up those bits that are consequently assigned longer time durations and thus improve the integration of the light by the human eye, so-called bit splitting is also used , so that within each individual time frame, the "ON" and "OFF" positions assigned to the individual bits are evenly distributed. The most significant bit (MSB, most significant bit), within which the mirror position is either only "ON" or only "OFF", could otherwise - depending on the duration of the time frame (or the total refresh period) and the selected number n of bits - have a length that can already be perceived by the human eye.

Bei einem holografischen AR-Head-Up-Display wird z.B. im Fall eines Kraftfahrzeugs für das holografische optische Element (HOE) in der Windschutzscheibe als Lichtquelle ein Laser mit sehr schmalem Wellenlängenspektrum benötigt, weshalb sich Halbleiterlaser besonders eignen. Die Wellenlänge von Halbleiterlasern ist allerdings temperaturabhängig, weshalb die betreffenden Laserdioden während des Betriebs im Allgemeinen auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden müssen. Genauer gesagt besteht das Erfordernis, die Sperrschichttemperatur (engl. junction temperature) der Halbleiterbausteine der Laserdioden konstant zu halten. Zwar kann durch Berücksichtigung externer Kavitäten (Resonatoren) in den Laserdioden unter Zuhilfenahme von beispielsweise Volumen-Bragg-Gittern (VBG) eine gewisse Stabilisierung gegenüber Temperaturschwankungen erzielt werden, eine weitere Verbesserung ist jedoch durchaus wünschenswert.In a holographic AR head-up display, e.g. in the case of a motor vehicle, a laser with a very narrow wavelength spectrum is required as the light source for the holographic optical element (HOE) in the windshield, which is why semiconductor lasers are particularly suitable. However, the wavelength of semiconductor lasers is temperature-dependent, which is why the relevant laser diodes generally have to be kept at a substantially constant temperature during operation. More precisely, there is a need to keep the junction temperature of the semiconductor components of the laser diodes constant. Although a certain stabilization against temperature fluctuations can be achieved by considering external cavities (resonators) in the laser diodes with the aid of, for example, volume Bragg gratings (VBG), a further improvement is definitely desirable.

Gleichzeitig sollen in einem AR-Head-Up-Display aber auch beträchtliche Helligkeitsunterschiede ermöglicht werden können. Dies kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen für Nachtfahrverhältnisse gelten, und zwar insbesondere auch dann, wenn die Helligkeit im AR-Head-Up-Display bei stark schwankendem Gegenlicht entgegenkommender Fahrzeuge anzupassen ist. Aber auch bei Tagfahrverhältnissen kann eine zügige Anpassung der Helligkeit erforderlich sein, beispielsweise bei Ein- oder Ausfahrten in/aus Tunneln etc.At the same time, however, considerable differences in brightness should also be possible in an AR head-up display. This can apply, for example, in motor vehicles for night-time driving conditions, in particular when the brightness in the AR head-up display has to be adjusted when the backlight from oncoming vehicles fluctuates greatly. However, it may also be necessary to quickly adjust the brightness in daytime driving conditions, for example when entering or exiting tunnels, etc.

Für diese Helligkeitsanpassung müssen auch der Strom bzw. die Leistung und/oder die Dauer der Laserpulse angepasst werden, mit dem/der bzw. denen die Laserdiode(n) im AR-Head-Up-Display betrieben werden. Wird dabei die mittlere Leistung einer betreffenden Laserdiode reduziert, so verringert sich dann auch infolgedessen die Sperrschichttemperatur, welches wiederum zu einer Wellenlängendrift und/oder Linienverbreiterung der vom Laser emittierten Strahlung führen kann.For this brightness adjustment, the current or the power and/or the duration of the laser pulses must also be adjusted with which the laser diode(s) in the AR head-up display are operated. If the average power of a relevant laser diode is reduced, the junction temperature is then also reduced as a result, which in turn can lead to a wavelength drift and/or line broadening of the radiation emitted by the laser.

Um der Wellenlängendrift und/oder Linienverbreiterung vorzubeugen, könnte, um eine mit nur geringer Verzögerung reagierende Temperaturregelung zu erreichen, ein Peltierelement (engl. thermoelectric cooler, TEC) bereitgestellt sein. Es ist bekannt, Peltierelemente benachbart zu Bausteinen (Packages mit Chip und Gehäuse) wie Laserdioden anzuordnen, um z.B. eine Kühl- oder Heizwirkung herbeizuführen, um Temperaturschwankungen gezielt zu kompensieren. Allerdings ist die Einwirkung bei einem solchen Aufbau zeitlich zu träge, um den oben genannten Anforderungen in einem Head-Up-Display zu genügen.In order to prevent the wavelength drift and/or line broadening, a Peltier element (thermoelectric cooler, TEC) could be provided in order to achieve a responsive temperature control with only a small delay. It is known to arrange Peltier elements adjacent to components (packages with chip and housing), such as laser diodes, in order, for example, to bring about a cooling or heating effect in order to compensate for temperature fluctuations in a targeted manner. However, the effect of such a structure is too sluggish in time to meet the above requirements in a head-up display.

In der Druckschrift KR 10-2020-0040408 A wurde vorgeschlagen, das Halbleiterbauelement (d.h., der Chip) in einem Laserdiodenpackage einschließlichGehäuse unmittelbar auf diesem Peltierelement zu montieren. Allerdings sind solchermaßen nachgerüstete Laserdioden (als Laserpackages) für rot, grün, blau (RGB) und mit für die Anwendung in AR-Head-UP-Displays ausreichender Leistung derzeit nicht verfügbar.In the publication KR 10-2020-0040408 A it was proposed to mount the semiconductor component (i.e. the chip) in a laser diode package including the housing directly on this Peltier element. However, such retrofitted laser diodes (as laser packages) for red, green, blue (RGB) and with sufficient power for use in AR head-up displays are currently not available.

Es besteht daher ein Problem, wie z.B. auch mit einer vergleichsweise trägen Temperaturregelung durch ein lediglich außerhalb des Laserpackages vorgesehenes Peltierelement dennoch schnelle Helligkeitsanpassungen ermöglicht werden können, ohne dass sich die Wellenlänge des Lasers ändert. Es ist anzumerken, dass ähnliche Probleme auch bei anderen optischen Elementen, die stark von der Wellenlänge abhängen, z.B. bei den oben genannten Beugungsgittern, bestehen können. Solche werden beispielsweise ebenfalls in Head-Up-Displays mit Lichtwellenleiter-Technologie verwendet.There is therefore a problem of how, e.g. even with a comparatively sluggish temperature control by means of a Peltier element provided only outside the laser package, rapid brightness adjustments can nevertheless be made possible without the wavelength of the laser changing. It should be noted that similar problems can also exist with other optical elements that are strongly dependent on wavelength, such as the diffraction gratings mentioned above. Such are also used, for example, in head-up displays with fiber optic technology.

In der Druckschrift DE 10 2006 036 112 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems mit einer Hochdruckentladungslampe beschrieben, deren abgegebene Strahlung ebenfalls einer elektronischen Mikrospiegelvorrichtung zugeführt wird. Farben werden in bekannter Weise mittels eines Farbrades erzeugt, durch welches die Strahlung hindurch geführt ist, wobei eine Mehrzahl sequentieller Farbsegmente festgelegt ist. Der kommutierende Lampenstrom weist Halbwellen auf, denen die Farbsegmente zugeordnet sind, wobei jeder Halbwelle mehrere Farbsegmente zugeordnet sind. Am Ende jeder Halbwelle wird ein sogenannter Maintenance Pulse abgegeben, welcher die Entladung der Lampe stabilisiert. Dieser Maintenance Pulse erhöht den Lampenstrom kurzfristig und liegt in einer Zwischenphase, in welcher die Ausgabe der von der Mikrospiegelvorrichtung zum Zweck der Projektion reflektierten Strahlung unterdrückt wird. Dadurch wird eine Elektrodentemperatur der Hochdruckentladungslampe stabilisiert, welches sich positiv auf die Entladung auswirkt. Die Wirkung jeweils des Lampenstromes während der Farbsegmente einer Halbwelle und des Maintenance Pulses derselben Halbwelle auf die Elektrodentemperatur zum Zeitpunkt der auf die Halbwelle folgenden Kommutation wird dabei so ausbalanciert, dass die Entladung sogar auch dann stabilisiert wird, wenn die Farbtemperatur während des Betriebs geändert wird. Zu diesem Zweck wird die Amplitude des Lampenstroms in den Farbsegmenten durch eine Änderung des Lampenstroms in der Zwischenphase kompensiert, beispielsweise durch eine Änderung der Dauer des Maintenance Pulses oder durch eine Änderung der Amplitude desselben.In the pamphlet DE 10 2006 036 112 A1 describes a method for operating a lighting system with a high-pressure discharge lamp, the emitted radiation of which is also supplied to an electronic micromirror device. Colors are generated in a known manner by means of a color wheel through which the radiation is passed, defining a plurality of sequential color segments. The commutating lamp current has half-waves to which the color segments are assigned, with each half-wave being assigned a number of color segments. At the end of each half-wave, a so-called maintenance pulse is emitted, which stabilizes the discharge of the lamp. This maintenance pulse increases the lamp current for a short time and is in an intermediate phase in which the output of the radiation reflected by the micromirror device for the purpose of projection is suppressed. This stabilizes an electrode temperature of the high-pressure discharge lamp, which has a positive effect on the discharge. The effect of the lamp current during the color segments of a half-cycle and the maintenance pulse of the same half-cycle on the electrode temperature at the time of the commutation following the half-cycle is balanced in such a way that the discharge is stabilized even if the color temperature is changed during operation. For this purpose, the amplitude of the lamp current in the color segments is compensated for by changing the lamp current in the intermediate phase, for example by changing the duration of the maintenance pulse or by changing the amplitude of the same.

Darstellung von Aspekten der ErfindungPresentation of Aspects of the Invention

Einigen der nachfolgend beschriebenen Aspekte liegt eine Aufgabe zugrunde, in einer bildgebenden Einheit mit Lichtquelle schnelle Helligkeitsanpassungen auch bei großer Dynamik zu ermöglichen, ohne dass sich dabei die Parameter der Lichtquelle ändern, insbesondere die Wellenlänge im Fall eines eingesetzten Lasers.Some of the aspects described below are based on the object of enabling rapid brightness adjustments in an imaging unit with a light source, even with great dynamics, without the parameters of the light source changing in the process, in particular the wavelength in the case of a laser used.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern wenigstens einer Lichtquelle sowie einer eine digitale Mikrospiegelvorrichtung aufweisenden bildgebenden Einheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a method for controlling at least one light source and an imaging unit having a digital micromirror device with the features of patent claim 1. Advantageous refinements and developments are specified in the dependent claims.

Ausgangspunkt ist ein entsprechendes Verfahren, bei dem von der Lichtquelle ein Lichtstrahl auf eine Anzahl von Mikrospiegeln der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD) gerichtet wird, mit deren Hilfe abhängig von jeweiligen Spiegelpositionen ein Bild durch die bildgebende Einheit (PGU) erzeugt und ausgegeben werden kann. Bei der Lichtquelle kann es sich bevorzugt um eine oder mehrere Lasermodule handeln.The starting point is a corresponding method in which a light beam from the light source is directed onto a number of micromirrors of the digital micromirror device (DMD), with the help of which an image is generated by the imaging unit (PGU) depending on the respective mirror positions and can be issued. The light source can preferably be one or more laser modules.

Ein solches Verfahren umfasst beispielweise Schritte, bei denen die digitale Mikrospiegelvorrichtung mittels Pulsbreitenmodulation in einem Schema von innerhalb einer Aktualisierungszeit bzw. eines Zeitrahmens (time frame) aufeinander folgenden Bit-Segmenten vorbestimmter Zeitdauer betrieben wird. Das bedeutet insbesondere, dass - wie eingangs beschrieben - die einzelnen Mikrospiegel in einem fest vorgegebenen Zeitrahmen (engl. frame oder total refresh period), der der Aktualisierungszeit entsprechen kann, mit Aufteilung in Sequenzen von Bits getrennt und unabhängig voneinander in die Positionen „ON“ bzw. „OFF“ gestellt werden können, um eine bestimmte Helligkeitsamplitude zu erzeugen, die beispielsweise vorgegeben ist und/oder einem Videosignal entsprechen kann. Der für die Mikrospiegel jeweils vorgegebene Zeitrahmen kann einer Aktualisierungszeit (engl. total refresh period) des betreffenden Mikrospiegels entsprechen. Dieser wird aufgeteilt in Bits mit jeweils vorgegebener Zeitdauer. Die Aktualisierungszeit ist festgelegt als die kleinste Zeiteinheit, auf Basis welcher die Helligkeit der von den Mikrospiegeln reflektierten Strahlung (z.B. für ein Lasermodul bestimmter Farbe) für gesteuert wird, da sich aus der Zuordnung von ON'' bzw. „OFF“ zu den Bits erst dieser Wert in aufintegrierter Weise ergibt.Such a method comprises, for example, steps in which the digital micromirror device is operated by means of pulse width modulation in a scheme of bit segments of a predetermined time duration which follow one another within an update time or a time frame. In particular, this means that - as described at the beginning - the individual micromirrors are switched to the "ON" positions separately and independently of one another in a fixed time frame (frame or total refresh period), which can correspond to the update time, with division into sequences of bits. or "OFF" can be set in order to generate a certain brightness amplitude, which is specified, for example, and/or can correspond to a video signal. The time frame specified in each case for the micromirror can correspond to an update time (total refresh period) of the micromirror in question. This is divided into bits, each with a specified time period. The update time is defined as the smallest unit of time on the basis of which the brightness of the radiation reflected by the micromirrors (e.g. for a laser module of a specific color) is controlled for since the assignment of ON'' or "OFF" to the bits only gives this value in an integrated manner.

Das Schema von Bit-Sequenzen kann beispielsweise ebenfalls wie oben in Doherty et al. (1998) angegeben ausgestaltet sein: das Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB, least significant bit) umfasst z.B. einen Bruchteil 1/(2n-1) an der Gesamtzeit des Zeitrahmens, wobei n die Gesamtzahl der vorgesehenen Bits ist. Das nächsthöhere Bit umfasst den doppelten Bruchteil bzw. die doppelte Zeitdauer, usw. bis hin zum höchstwertigen Bit (MSB), das die längste Zeitdauer aufweist, nämlich den Bruchteil 2n-1/(2n-1).The scheme of bit sequences can also be used, for example, as described in Doherty et al. (1998): the least significant bit (LSB) comprises, for example, a fraction 1/(2 n -1) of the total time of the time frame, where n is the total number of bits provided. The next higher bit comprises twice the fraction or time duration, etc. up to the most significant bit (MSB), which has the longest time duration, namely the fraction 2 n-1 /(2 n -1).

Das jeweilige Bit-Segment innerhalb des Zeitrahmens bzw. der Aktualisierungszeit der Mikrospiegel kann nun die dem entsprechenden Bit zugeordnete Zeitdauer aufweisen. Diese muss nicht „am Stück“ ablaufen. Vielmehr können die Bits wie oben mit Bezug z.B. auf Doherty et al. (1998) zusätzlich beschrieben innerhalb der Akualisierungszeit aufgeteilt, d.h. aufgesplittet sein. Das bedeutet, dass innerhalb jedes einzelnen Zeitrahmens die den einzelnen Bits zugewiesenen „ON“- bzw. „OFF“-Positionen aufgeteilt und z.B. in Segmente mit etwa gleich großen Zeitdauern verteilt sind. Jedes hier so bezeichnete Bit-Segment mit der ihm zugewiesenen „ON“- bzw. „OFF“-Position kann also die Zeitdauer des ganzen Bits (z.B. Bruchteile von 1/(2n-1) bis 2n-1/(2n-1) der Aktualisierungszeit) oder - beim Bit-Splitting - der aufgeteilten Segmente umfassen (Bruchteile rein beispielhaft wie in Doherty et al. (1998): 1/(2n-1) für das Bit 0, und 2/(2n-1) für alle anderen, insbesondere gesplitteten Bits 1,...,n-1, mit n=Anzahl der Bits).The respective bit segment within the time frame or the update time of the micromirrors can now have the time duration assigned to the corresponding bit. This does not have to be done “in one go”. Rather, as above with reference to, for example, Doherty et al. (1998) additionally described within the update time, ie split up. This means that within each individual time frame, the "ON" and "OFF" positions assigned to the individual bits are divided and, for example, divided into segments with approximately the same length of time. Each bit segment described here with the "ON" or "OFF" position assigned to it can therefore be the duration of the entire bit (e.g. fractions of 1/(2 n -1) to 2 n-1 /(2 n -1) of the update time) or - in the case of bit splitting - of the divided segments (fractions purely as an example as in Doherty et al. (1998): 1/(2 n -1) for bit 0, and 2/(2 n -1) for all other, especially split bits 1,...,n-1, with n=number of bits).

Es ist dabei anzumerken, dass Aspekten der Erfindung zufolge grundsätzlich auch andere oder abgewandelte Schemata möglich sind. Die Erfindung ist nicht auf die spezielle Ausgestaltung der Darstellung der Pulsbreiten in Bits zur Erzielung einer bestimmten integrierten Helligkeit beschränkt. Auch ist es möglich, die Mikrospiegel mit kontinuierlich variierenden Pulsbreiten zu steuern.It should be noted here that, according to aspects of the invention, other or modified schemes are also possible in principle. The invention is not limited to the specific configuration of the representation of the pulse widths in bits in order to achieve a specific integrated brightness. It is also possible to control the micromirrors with continuously varying pulse widths.

Weiters umfasst das hier vorgeschlagene Verfahren Schritte des Aktivierens wenigstens eines Mikrospiegels der digitalen Mikrospiegelvorrichtung, um innerhalb eines eine oder mehrere Pulse umfassenden ersten Teilintervalls der Aktualisierungszeit, wobei der oder die Puls(e) dem bzw. den Bit-Segment(en) entsprechen, eine erste Spiegelposition (z.B. „ON“) derart einzustellen, dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil aus der bildgebenden Einheit ausgegeben wird. Mit anderen Worten, es werden die Mikrospiegel wie eingangs beschrieben bitweise bzw. bit-segmentweise - je nach gewünschter Helligkeit - auf „ON“ gestellt, um Licht abzustrahlen. Diese Bits oder Bit-Segmente bilden zusammen ein in dem Zeitrahmen nicht notwendig zusammenhängendes erstes Intervall. Alternativ kann auch nur jede einzelne Pulsbreite betrachtet werden, die dann ausschließlich zusammenhängende Bit-Segmente oder ggf. sogar nur ein einzelnes „ON“-geschaltetes, isoliertes Bit-Segment zu dem ersten Teilintervall zusammenfasst. Es ist anzumerken, dass die gewählte Bezeichnung „ON“ für eine Spiegelstellung, bei der der Strahl derart reflektiert wird, dass er aus der bildgebenden Einheit ausgegeben wird, rein subjektiv ist und nicht wiedergibt, ob der betreffende Mikrospiegel in dieser Stellung mit Leistung oder Spannung versorgt ist oder nicht.The method proposed here also comprises the steps of activating at least one micromirror of the digital micromirror device in order to, within a first partial interval of the update time comprising one or more pulses, wherein the pulse(s) correspond to the bit segment(s), a set the first mirror position (e.g. "ON") in such a way that the portion of the light beam falling on the micromirror is output from the imaging unit. In other words, as described above, the micromirrors are set to "ON" bit by bit or bit segment by bit - depending on the desired brightness - in order to emit light. These bits or bit segments together form a first interval that is not necessarily contiguous in the time frame. Alternatively, only each individual pulse width can be considered, which then combines exclusively contiguous bit segments or possibly even just a single "ON" switched, isolated bit segment to form the first sub-interval. It should be noted that the chosen designation "ON" for a mirror position, where the beam is reflected in such a way that it is output from the imaging device, is purely subjective and does not reflect whether the micromirror in question is in that position with power or voltage is supplied or not.

Weitere Schritte bestehen im Bereitstellen einer Leistung, mit welcher die Lichtquelle zumindest innerhalb der Zeitdauer des ersten Teilintervalls versorgt wird, damit die Lichtquelle darin eine vorbestimmte Lichtmenge emittiert. Das kann bedeuten, dass der jeweilige Mikrospiegel innerhalb des ersten Teilintervalls mit im Wesentlichen konstanter Leistung versorgt wird und entsprechend auch im Wesentlichen konstante Lichtleistung abgibt. Diese kann auch in ihrer Amplitude reduziert sein. Es kann aber insbesondere auch bedeuten, dass die einzelnen Bit-Segmente innerhalb ihrer vorgesehenen Zeitdauer mit keiner konstanten Leistungsversorgung oder sogar mit nur zeit- oder abschnittsweiser Leistungsversorgung versehen sind, um die mittlere Lichtleistung zu steuern.Further steps are providing power to the light source for at least the duration of the first sub-interval to cause the light source to emit a predetermined amount of light therein. This can mean that the respective micromirror is supplied with essentially constant power within the first partial interval and correspondingly also emits essentially constant light power. This can also be reduced in amplitude. However, it can also mean in particular that the individual bit segments are not provided with a constant power supply within their intended time period, or even with a power supply that is only provided at times or in sections in order to control the average light output.

Einzelne Aspekte der Erfindung sehen nun einen ersten Betriebsmodus vor, bei welchem die Lichtquelle innerhalb eines zum ersten Teilintervall komplementären zweiten Teilintervalls der Aktualisierungszeit, in welchem der wenigstens eine Mikrospiegel der digitalen Mikrospiegelvorrichtung eine zweite Spiegelposition (OFF) einnimmt, so dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil nicht aus der bildgebenden Einheit ausgegeben wird, mit einer Leistung versorgt wird. Mit anderen Worten, die Lichtquelle strahlt auch dann, wenn der betreffende Mikrospiegel die Strahlung so reflektiert, dass sie die bildgebende Einheit jedenfalls nicht als Nutzstrahlung verlässt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass der reflektierte Lichtstrahl in dieser Spiegelstellung in eine Lichtsenke (z.B. Licht absorbierender Schirm etc.) gelenkt wird.Individual aspects of the invention now provide a first operating mode in which the light source assumes a second mirror position (OFF) within a second sub-interval of the update time, which is complementary to the first sub-interval, in which the at least one micro-mirror of the digital micro-mirror device assumes a second mirror position (OFF), so that the light falling on the micro-mirror Light beam portion is not output from the imaging unit is supplied with a power. In other words, the light source also radiates when the relevant micromirror reflects the radiation in such a way that it does not leave the imaging unit as useful radiation. One possibility is that the reflected light beam is directed into a light sink (eg light-absorbing screen, etc.) in this mirror position.

Die Lichtausbeute (Leistung des Nutzlichts über den gesamten Zeitrahmen je in der Lichtquelle eingesetzter Leistung) wird durch diese Steuerung natürlich gesenkt. Jedoch wird dadurch unabhängig von den jeweiligen Pulsbreiten eine im Wesentlichen zeitlich stärker ausgeglichene Leistung in der Lichtquelle, insbesondere einem Lasermodul, umgesetzt. Der Wärmeeintrag in der Lichtquelle wird dadurch schon einmal tendenziell von dem jeweils aktuell angeforderten Lichtbedarf abgekoppelt.The light yield (power of the useful light over the entire time frame depending on the power used in the light source) is of course reduced by this control. However, independent of the respective pulse widths, a power that is essentially more balanced over time is implemented in the light source, in particular a laser module. As a result, the heat input in the light source tends to be decoupled from the currently requested light requirement.

Das komplementäre zweite Teilintervall, kann wie das erste Teilintervall ein oder mehrere Bit-Segmente umfassen, die ebenfalls nicht notwendig zusammenhängend zu sein brauchen. Das zweite Teilintervall kann aber auch nur das dem einzelnen Puls des ersten Teilintervalls nachfolgende (oder jeweils vorhergehende) Teilintervall sein, bis ein neuer Puls eines nachfolgenden Bit-Segments einsetzt.Like the first sub-interval, the complementary second sub-interval can comprise one or more bit segments, which also do not necessarily have to be contiguous. However, the second sub-interval can also only be the sub-interval that follows (or respectively precedes) the individual pulse of the first sub-interval, until a new pulse of a subsequent bit segment begins.

Es ist anzumerken, dass „komplementär“ hier ein vom ersten Intervall verschiedenes zweites Zeitintervall bezeichnet, das den Zeitrahmen ausfüllt, aber nur soweit eine Aktivierung der Mikrospiegel überhaupt möglich ist. Bei einer Farbwiedergabe mit RGB erfolgen die Aktivierungen der Farben regelmäßig sequentiell, die Aktualisierungszeit ist dadurch z.B. verdreifacht. Trotzdem ist Ausführungsformen zufolge das komplementäre zweite Zeitintervall auf die Zeit beschränkt, in der die jeweilige Farbe aktiviert ist. Da die Steuerung über drei Lasermodule in gleicher Weise, aber mit verschiedenen Bit-Werten erfolgt, werden in diesem Fall drei erste Zeitintervalle und drei zugeordnete komplementäre zweite Zeitintervalle innerhalb der einen übergeordneten Aktualisierungszeit anfallen. Die Farben dürfen sich zeitlich nicht überlappen. Ein Ausführungsbeispiel wird unten im Detail beschrieben. Die Aktualisierungszeit, wie sie hier im engeren Sinne verwendet wird, entspricht daher der Dauer des für eine Farbe festgelegten Zeitrahmens bzw. der Summe der Zeitdauern der darin enthaltenen Bits oder Bit-Segmente.It should be noted that “complementary” here designates a second time interval that is different from the first interval and that fills the time frame, but only to the extent that activation of the micromirrors is possible at all. In the case of color rendering with RGB, the colors are activated regularly and sequentially, which means that the update time is tripled, for example. Nevertheless, according to embodiments, the complementary second time interval is limited to the time that the respective color is activated. Since three laser modules are controlled in the same way but with different bit values, in this case three first time intervals and three associated, complementary second time intervals occur within the one higher-level update time. The colors must not overlap in time. An embodiment is described in detail below. The update time, as it is used here in the narrower sense, therefore corresponds to the duration of the time frame defined for a color or the sum of the time durations of the bits or bit segments contained therein.

Ferner ist den vorliegenden Aspekten zufolge bei dieser Steuerung ein zeitlicher Durchschnittswert der Leistung im komplementären zweiten Teilintervall gegenüber einem zeitlichen Durchschnittswert der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls erhöht. Durch diese Leistungssteuerung kann im Fall einer geringen Lichtmenge, die für die Ausgabe aus der bildgebenden Einheit vorgesehen oder angefordert ist, einer Abkühlung der Lichtquelle noch wirksamer entgegengewirkt werden.Furthermore, according to the present aspects, in this control, a time-average value of the power in the complementary second sub-interval is increased compared to a time-average value of the power within the first sub-interval. This power control can be used to counteract a cooling of the light source even more effectively in the case of a small amount of light that is intended or requested for output from the imaging unit.

Diese Maßnahme kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Lichtmenge z.B. aufgrund geringer Anforderung von außen so weit herunter geregelt wird, dass in dem Schema von innerhalb einer Aktualisierungszeit aufeinanderfolgender Bit-Segmenten bei konstanter Amplitude der Leistungsversorgung die mittlere abgestrahlte Lichtleistung nicht mehr durch ein auf „ON“ geschaltetes niedrigstwertiges Bit (LSB) darstellbar ist. Vielmehr kann Ausgestaltungen zufolge durch zusätzliche Maßnahmen die Amplitude innerhalb der Bit-Segmente weiter gesenkt werden, um somit einen hohen dynamischen Bereich der Lichtleistung zu erzielen. d.h. ein großes Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Lichtleistung. Solche Maßnahmen sind unter anderem in „Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems“, Application Report DLPA043A (Okt. 2013, revidierte Fassung Nov. 2017) von Texas Instruments beschrieben.This measure is particularly effective when the amount of light is regulated so far, e.g. due to low external requirements, that in the scheme of consecutive bit segments within an update time with a constant amplitude of the power supply, the average radiated light power is no longer limited by a " ON" switched least significant bit (LSB) can be represented. Rather, according to configurations, the amplitude within the bit segments can be further reduced by additional measures in order to thus achieve a high dynamic range of the light output. i.e. a large ratio between maximum and minimum light output. Such measures are described, among other things, in "Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems", Application Report DLPA043A (Oct. 2013, revised version Nov. 2017) from Texas Instruments.

Indem die in diesem Fall sehr niedrige Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls durch eine höhere Leistung bzw. eine erhöhte Leistung im zweiten Teilintervall kompensiert wird, bleibt die gesamte Leistungsaufnahme unabhängig von der Lichtanforderung bzw. der Lichtausbeute konstant und der Wärmeintrag dadurch ebenfalls konstant. Dadurch wird einer nachteilhaften Änderung der Lasereigenschaften während des Betriebs, insbesondere einer Wellenlängendrift etc. wirksam vorgebeugt.By compensating for the very low power in this case within the first sub-interval with a higher power or increased power in the second sub-interval, the total power consumption remains constant regardless of the light requirement or the light yield and the heat input also remains constant as a result. This effectively prevents a disadvantageous change in the laser properties during operation, in particular a wavelength drift, etc.

Ein solcher Betriebsmodus kann besonders in denjenigen Situationen sinnvoll sein, wo eine hohe Dynamik in kurzer Anpassungszeit erforderlich ist, beispielsweise bei einem im Fahrzeug verbauten Head-Up-Display in einer Situation, in welcher das Fahrzeug tagsüber in Tunnels, Unterführungen, Parkhäuser oder Tiefgaragen ein- bzw. ausfährt, oder bei einem Flugzeug, dass in dichte, voneinander durch freie sonnenbeschienene Bereiche abgegrenzte Wolken eintaucht. Diese Übergänge geschehen plötzlich. Eine geringere Helligkeitsanforderung nach Tunneleinfahrt würde beispielsweise zu einem Leistungsabfall führen, der wiederum eine Temperaturänderung im Lasermodul hätte. Dies könnte herkömmlich wie beschrieben die Qualität der vom Lasermodul abgegeben Strahlung beeinträchtigen, beispielsweise ein Wellenlängendrift, die sich nachteilig auf die holografische Darstellung auswirkt. Der Leistungs- und Amplitudenabfall wird nun durch eine Erhöhung der Amplitude im zweiten Teilintervall ausgeglichen, in welchem kein Licht abgegeben wird. Die Temperatur des Lasermoduls und insbesondere der für die Strahlungserzeugung relevanten Sperrschicht sowie eines etwaigen Bragg-Gratings bleibt dadurch konstant, ebenso wie die Wellenlänge der Strahlung. Gleichzeitig kann aber in diesem Betriebsmodus eine schnelle Helligkeitsanpassung erfolgen, indem jeweils die mittlere Leistung im zweiten Teilintervall sofort an die Leistungsanpassung im ersten Teilintervall adaptiert wird.Such an operating mode can be particularly useful in those situations where high dynamics are required in a short adaptation time, for example with a head-up display installed in the vehicle in a situation in which the vehicle enters tunnels, underpasses, multi-storey car parks or underground car parks during the day - or departing, or in the case of an aircraft that enters dense clouds separated from each other by free sunlit areas. These transitions happen suddenly. For example, a lower brightness requirement after entering the tunnel would lead to a drop in performance, which in turn would result in a temperature change in the laser module. This could come from conventionally, as described, affect the quality of the radiation emitted by the laser module, for example a wavelength drift, which has an adverse effect on the holographic representation. The drop in power and amplitude is now compensated for by an increase in the amplitude in the second sub-interval, in which no light is emitted. The temperature of the laser module and in particular of the barrier layer relevant for the generation of radiation and any Bragg grating remains constant as a result, as does the wavelength of the radiation. At the same time, however, a rapid brightness adjustment can take place in this operating mode in that the average power in the second sub-interval is immediately adapted to the power adjustment in the first sub-interval.

Verallgemeinernd lässt sich ausdrücken, dass das vorgeschlagene Steuerungsverfahren für eine oder mehrere Lichtquellen sowie einer eine DMD aufweisenden bildgebenden Einheit ein Laserdimmen über einen hohen dynamischen Bereich von Leistungen ermöglicht, bei dem Beeinträchtigungen durch einen geringeren Wärmeeintrag in der Lichtquelle aufgrund eines Abfalls der Stromversorgung insbesondere im Bereich sehr niedriger Leistungen vermieden werden kann. Das Verfahren ist daher überall dort mit Vorteil einsetzbar, wo ein DMD mit Laserstrahlung über einen hohen dynamischen Bereich betrieben wird.In general, it can be said that the proposed control method for one or more light sources and an imaging unit having a DMD enables laser dimming over a high dynamic range of powers, in which impairments are caused by a lower heat input in the light source due to a drop in the power supply, in particular in the area very low power can be avoided. The method can therefore be used to advantage wherever a DMD is operated with laser radiation over a high dynamic range.

Dieser Aspekt lässt sich vorteilhaft verbinden mit einer Weiterbildung des Verfahrens, der zufolge ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen ist, in welchen von dem ersten Betriebsmodus wahlweise umgeschaltet wird. Hierbei wird die Lichtquelle innerhalb des zum ersten Teilintervall komplementären zweiten Teilintervalls der Aktualisierungszeit (Zeitrahmen mit Anzahl der Bits, total refresh period, „Byte“) mit Leistung versorgt, wobei ein zeitlicher Durchschnittswert der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls im Wesentlichen gleich einem zeitlichen Durchschnittswert der Leistung innerhalb des zweiten Teilintervalls ist. Dieser Betriebsmodus entspricht z.B. einer herkömmlichen Tagfahrt, bei welcher - wie beschrieben - vergleichsweise hohe Leistungen im Lasermodul abgerufen werden.This aspect can advantageously be combined with a further development of the method, according to which a second operating mode is provided, into which there is an optional switchover from the first operating mode. In this case, the light source is supplied with power within the second sub-interval of the update time (time frame with the number of bits, total refresh period, "bytes"), which is complementary to the first sub-interval, with a time-average value of the power within the first sub-interval being essentially the same as a time-average value of the power within the second sub-interval. This operating mode corresponds e.g.

Mit anderen Worten, die mittlere Leistung im ersten Teilintervall ist im zweiten Betriebsmodus noch vergleichsweise hoch, weil die Amplitude des Stroms mit dem das Lasermodul versorgt wird, durchgehend hoch gesetzt ist. Zwar wird hier, um insgesamt bei geänderten Lichtverhältnissen keine Leistungsänderung zu verursachen, das zweite Teilintervall auch mit Leistung, jedoch lediglich mit derselben mittleren Leistung versorgt, es erfolgt aber keine Kompensation einer etwaig verringerten Stromamplitude im ersten Teilintervall. In einem einfach gelagerten Fall fließt ein Strom mit insgesamt konstantem Strompegel durch das Lasermodul.In other words, the mean power in the first partial interval is still comparatively high in the second operating mode, because the amplitude of the current with which the laser module is supplied is consistently high. Although the second sub-interval is also supplied with power, but only with the same mean power, so as not to cause any change in power overall when the lighting conditions change, there is no compensation for any reduced current amplitude in the first sub-interval. In a simple case, a current with an overall constant current level flows through the laser module.

Der zweite Betriebsmodus kann als konventionell bezeichnet werden, aber die Kombination mit dem ersten Betriebsmodus ist besonders vorteilhaft, weil fließend von dem einen Betriebsmodus in den anderen umgeschaltet werden kann. Beispielsweise kann aus der normalen Tagfahrt heraus bei Einfahrt in einen Tunnel die Helligkeitsanforderung stark absinken, und zwar stärker als durch die Bitdarstellung noch möglich ist (hohe Dynamik). Hier kann wie beschrieben die Amplitude innerhalb des Pulses abgesenkt werden. Umgeschaltet in den ersten Betriebsmodus („Tunnelmodus“) von dem zweiten Betriebsmodus („Tagfahrmodus“) kann dies durch eine erhöhte mittlere Leistung im zweiten Teilintervall ausgeglichen werden.The second operating mode can be described as conventional, but the combination with the first operating mode is particularly advantageous because it is possible to switch smoothly from one operating mode to the other. For example, during normal daytime driving when entering a tunnel, the brightness requirement can drop sharply, more than is still possible with the bit representation (high dynamics). Here, as described, the amplitude within the pulse can be reduced. Switched to the first operating mode (“tunnel mode”) from the second operating mode (“daytime driving mode”), this can be compensated for by an increased average power in the second sub-interval.

Einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens zufolge ist in dem ersten Betriebsmodus der erhöhte zeitliche Durchschnittswert der Leistung im zweiten Teilintervall so bemessen, dass er den niedrigen zeitlichen Durchschnittswert der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls kompensiert, so dass ein resultierender zeitlicher Durchschnittswert der Leistung bezogen auf das gesamte Bit-Segment in dem ersten Betriebsmodus im Wesentlichen gleich dem entsprechenden zeitlichen Durchschnittswert der Leistung im zweiten Betriebsmodus ist. Mit anderen Worten, die im Laufe einer Aktualisierungszeit umgesetzte mittlere Leistung ist zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus gleich. Der Vorteil liegt darin, dass zwischen beiden Modi umgeschaltet werden kann, ohne dass ein Einfluss auf die Wärmeerzeugung in der Lichtquelle entsteht. Der Anteil des Nutzlichts im ersten Betriebsmodus wird in der Praxis deutlich niedriger liegen als im zweiten Betriebsmodus.According to a further development of the method, the increased time average value of the power in the second sub-interval is dimensioned in the first operating mode in such a way that it compensates for the low time average value of the power within the first sub-interval, so that a resulting time average value of the power is based on the entire bit -Segment in the first mode of operation is substantially equal to the corresponding time average value of the power in the second mode of operation. In other words, the average power converted over an update time is the same between the first operating mode and the second operating mode. The advantage is that you can switch between the two modes without affecting the heat generation in the light source. In practice, the proportion of useful light in the first operating mode will be significantly lower than in the second operating mode.

Einer Weiterbildung des Verfahrens zufolge ist ein dritter Betriebsmodus vorgesehen, in welchen von dem ersten (und insbesondere aber auch von dem zweiten) Betriebsmodus wahlweise umgeschaltet werden kann. Hierbei wird die Lichtquelle innerhalb des zum ersten Teilintervall komplementären zweiten Teilintervalls der Aktualisierungszeit nicht mit Leistung versorgt. Dieser Betriebsmodus kann im Fall von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, besonders für Nachtfahrten geeignet sein, jedenfalls in einem Betrieb, der länger andauert als beispielsweise nur eine kurze Tunneldurchfahrt o.ä. Weil nur noch Licht innerhalb der Zeitdauer der „ON“-Stellung der betreffenden Mikrospiegel abgestrahlt wird, und nicht mehr im zweiten Teilintervall, entsteht hier natürlich ein Vorteil eines hohen Nutzlichtanteils bei gleichzeitiger Leistungsersparnis. Da hier je nach angeforderter Helligkeit unterschiedliche Lichtmengen je Zeitrahmen (time frame) bzw. Aktualisierungszeit abgestrahlt werden, und da insbesondere beim Umschalten von einem der beiden anderen Betriebsmodi in den dritten Betriebsmodus ein möglicherweise erheblicher Leistungsabfall zu erwarten ist, könne hier weitere Maßnahmen vorgesehen sein, um den variierenden Wärmeeintrag auszugeichen bzw. zu verhindern. Z.B. kann die temperaturabhängige Kühlung mit Hilfe eines Peltier-Elements vorgesehen sein. Dieser optionale Aspekt wird weiter unten beschrieben. Weil solche Maßnahmen aber eine Reaktionszeit erfordern (z.B. von der Messung einer Temperaturänderung mit Hilfe eines Sensors, über die Steuerung bis hin zum Einsetzen der Wärmleitung in die Sperrschicht hinein), also eine gewisse Trägheit vorliegt, ist dieser Betriebsmodus weniger für schnelle (Laser-)Dimmanwendungen geeignet wie sie oben mit Bezug auf den ersten Betriebsmodus beschrieben sind.According to a development of the method, a third operating mode is provided, into which it is possible to switch from the first (and in particular also from the second) operating mode. In this case, the light source is not supplied with power within the second sub-interval of the update time, which is complementary to the first sub-interval. In the case of vehicles, in particular motor vehicles, this operating mode can be particularly suitable for driving at night, at least in an operation that lasts longer than, for example, only a short passage through a tunnel or the like. Because only light remains within the period of the "ON" position of the relevant Micromirror is emitted, and no longer in the second sub-interval, here of course there is an advantage of a high proportion of useful light with simultaneous power savings. Since here, depending on the required brightness, different amounts of light are emitted per time frame or update time, and since, in particular, If a potentially significant drop in performance is to be expected when switching from one of the other two operating modes to the third operating mode, further measures can be provided here in order to compensate for or prevent the varying heat input. For example, the temperature-dependent cooling can be provided with the aid of a Peltier element. This optional aspect is described further below. However, because such measures require a reaction time (e.g. from the measurement of a temperature change with the help of a sensor, via the controller to the insertion of the heat conduction into the barrier layer), i.e. there is a certain inertia, this operating mode is less suitable for fast (laser) Suitable dimming applications as described above with reference to the first mode of operation.

Weiteren Weiterbildungen des Verfahrens zufolge sind Kriterien für das Umschalten zwischen den Betriebsmodi vorgesehen. Beispielsweise kann der dritte Betriebsmodus zum Umschalten ausgewählt werden, wenn

  1. (a) eine für das Bit-Segment bzw. die Bit-Segmente (die ja ggf. das erste Teilintervall ausmachen) bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls emittiert wird, einen vorgegebenen ersten Schwellwert unterschreitet; und
  2. (b) bestimmt wird, dass eine voraussichtliche Dauer, in welcher die für das jeweilige Bit-Segment bestimmte Lichtmenge in dem genannten Bereich liegt, mehr als ein zweiter Schwellwert beträgt.
According to further developments of the method, criteria for switching between the operating modes are provided. For example, the third mode of operation can be selected for switching when
  1. (a) a quantity of light, determined for the bit segment or bit segments (which may make up the first sub-interval), which is emitted by the light source depending on the power and the duration of the first sub-interval, falls below a predetermined first threshold value ; and
  2. (b) it is determined that an expected duration in which the quantity of light determined for the respective bit segment is in the said range is more than a second threshold value.

Die genannte voraussichtliche Zeitdauer ist die geplante Dauer der Aktivierung des dritten Betriebsmodus.The expected period of time mentioned is the planned duration of the activation of the third operating mode.

Einem weiteren Ausführungsbeispiel zufolge wird der erste Betriebsmodus ausgewählt, wenn

  1. (a) eine für das Bit-Segment bzw. die Bit-Segmente bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls emittiert wird, einen vorgegebenen ersten Schwellwert unterschreitet; und
  2. (b) bestimmt wird, dass eine voraussichtliche Dauer, in welcher die für das jeweilige Bit-Segment bestimmte Lichtmenge in dem genannten Bereich liegt, weniger als ein zweiter Schwellwert beträgt.
According to another embodiment, the first mode of operation is selected when
  1. (a) a quantity of light which is determined for the bit segment or the bit segments and which is emitted by the light source as a function of the power and the duration of the first sub-interval falls below a predetermined first threshold value; and
  2. (b) it is determined that an expected duration, in which the amount of light determined for the respective bit segment is in the said range, is less than a second threshold value.

Auch hier ist die genannte voraussichtliche Zeitdauer die geplante Dauer der Aktivierung des hier nun ersten Betriebsmodus.Here, too, the anticipated period of time mentioned is the planned duration of the activation of the first operating mode here.

Einem weiteren Ausführungsbeispiel zufolge wird der zweite Betriebsmodus ausgewählt und in diesen umgeschaltet, wenn eine für das Bit-Segment bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls emittiert wird, einen bzw. den vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet. Im Beispiel des Tagfahrmodus ist dies einfach nachvollziehbar, da im Display eine an das Umgebungslicht angepasste Mindesthelligkeit erforderlich ist.According to a further exemplary embodiment, the second operating mode is selected and switched to when a certain amount of light for the bit segment, which is emitted by the light source depending on the power and the duration of the first sub-interval, exceeds a predetermined first threshold value. In the example of the daytime driving mode, this is easy to understand, since the display requires a minimum brightness that is adapted to the ambient light.

Ausführungsbeispielen zufolge kann der erste Schwellwert 20 % oder weniger eines von einer Nennleistung der Lichtquelle abhängigen Maximalwerts einer innerhalb des Bit-Segments abgebbaren Lichtmenge betragen, vorzugsweise 15 % oder weniger, weiter vorzugsweise 10 % oder weniger, weiter vorzugsweise 5 % oder weniger, am meisten bevorzugt 1 % oder weniger.According to exemplary embodiments, the first threshold value can be 20% or less of a maximum value of an amount of light that can be emitted within the bit segment, which is dependent on a nominal power of the light source, preferably 15% or less, more preferably 10% or less, more preferably 5% or less, most preferably 1% or less.

Weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens zufolge kann der zweite Schwellwert optional zwischen 10 Minuten und 60 Minuten betragen, beispielsweise 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 Minuten, oder Zwischenwerte. Diese beispielhaften Angaben können sich auf den Betrieb von Head-Up-Displays in Kraftfahrzeugen beziehen. In anderen Fahrzeugen oder Anwendungen können andere Schwellwertzeiten sinnvoll sein und die hier beschriebenen Aspekte sind nicht darauf beschränkt.According to further exemplary embodiments of the method, the second threshold value can optionally be between 10 minutes and 60 minutes, for example 10, 20, 30, 40, 50 or 60 minutes, or intermediate values. This exemplary information can relate to the operation of head-up displays in motor vehicles. Other threshold times may be useful in other vehicles or applications and the aspects described herein are not limited thereto.

Einer Weiterbildung des Verfahrens zufolge ist die Lichtquelle eine Halbleiterlichtquelle, vorzugsweise eine Laserdiode oder ein Laserdiodenarray. Wie beschrieben ist in diesem Fall die Steuerung der Leistung im Hinblick auf die Wärmerzeugung und -entwicklung in der Halbleitersperrschicht besonders kritisch, so dass die vorgeschlagenen Aspekte hier besondere Vorteile entfalten.According to a development of the method, the light source is a semiconductor light source, preferably a laser diode or a laser diode array. As described, in this case the control of the power with regard to the generation and development of heat in the semiconductor barrier layer is particularly critical, so that the proposed aspects unfold particular advantages here.

Einer weiteren, oben bereits angedeuteten Weiterbildung des Verfahrens zufolge kann in dem ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsmodus mit Hilfe eines der Halbleiterlichtquelle zugeordneten Peltierelements eine Sperrschichttemperatur in der Halbleiterlichtquelle nachgeregelt werden. Die Peltierregelung kann speziellen Ausführungsformen zufolge auch dauerhaft aktiviert bzw. betrieben werden, d.h. in allen 3 Betriebsmodi. Ein Temperaturmessfühler kann z.B. die Temperatur des betreffenden Laserdiodengehäuses messen und die Peltierregelung hält diese dann vergleichsweise konstant, auch wenn sich die Umgebungstemperatur des gesamten Moduls ändert. Diese Regelung kann aufgrund der Wärmeleitung zeitlich träge sein. Auch beim Schalten in den dritten Betriebsmodus kann sich die Temperatur des Laserdiodengehäuses durch die veränderte Verlustleistung der Diode ändern, wobei das Peltierelement langsam nachregeln kann.According to a further development of the method already indicated above, a junction temperature in the semiconductor light source can be readjusted in the first, second and/or third operating mode with the aid of a Peltier element assigned to the semiconductor light source. According to special embodiments, the Peltier control can also be permanently activated or operated, i.e. in all 3 operating modes. A temperature sensor can, for example, measure the temperature of the relevant laser diode housing and the Peltier control then keeps this comparatively constant, even if the ambient temperature of the entire module changes. This control can be sluggish due to the heat conduction. The temperature of the laser diode housing can also change when switching to the third operating mode due to the changed power loss of the diode, with the Peltier element being able to slowly readjust.

Einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens zufolge wird zumindest in dem ersten, ggf. auch in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus die Leistung, mit welcher die Lichtquelle versorgt wird, über das erste und zweite Teilintervall hinweg bzw. über das jeweilige komplette Bit-Segment oder in einem Teilabschnitt desselben hinweg wahlweise in einem kontinuierlichen Modus im Wesentlichen konstant gehalten, oder in einem diskontinuierlichen Modus geregelt. Der kontinuierliche Modus (continuous mode) und der diskontinuierliche Modus (discontinuous mode) sind z.B. in US 2014/0085731 A1 oder in „Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems“, Application Report DLPA043A (Okt. 2013, revidierte Fassung Nov. 2017) von Texas Instruments beschrieben, und stehen für das darin vorgeschlagene High-Dynamic-Range-Konzept. Das Konzept wird unten in Zusammenhang mit der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert.According to a further development of the method, at least in the first, possibly also in the second and / or third operating mode, the power with which the light source is supplied over the first and second sub-interval or over the respective complete bit segment or selectively maintained substantially constant in a continuous mode, or controlled in a discontinuous mode, over a portion thereof. For example, continuous mode and discontinuous mode are in US 2014/0085731 A1 or in "Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems", Application Report DLPA043A (Oct. 2013, revised version Nov. 2017) by Texas Instruments, and stand for the high dynamic range concept proposed therein. The concept is explained below in connection with the detailed description of exemplary embodiments.

Einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens zufolge sind die Lichtquelle und die bildgebende Einheit Teil eines AR-Head-Up-Displays, wobei der von der bildgebenden Einheit ausgegebene Lichtstrahl über eine Optik auf einen Combiner gelenkt wird, der durch ein holographisches optisches Element ausgebildet wird. Die Anwendung in einem AR-Head-Up-Display bietet wie beschrieben besondere Vorteile und wird den dort bestehenden besonderen Anforderungen einer dauerhaften und beständigen holografischen Darstellung gerecht.According to a further development of the method, the light source and the imaging unit are part of an AR head-up display, with the light beam emitted by the imaging unit being directed via optics onto a combiner, which is formed by a holographic optical element. As described, the application in an AR head-up display offers special advantages and meets the special requirements there for a permanent and permanent holographic display.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ein AR-Head-UP-Display, umfassend eine bildgebende Einheit sowie wenigstens eine Lichtquelle, umfassend eine Steuervorrichtung, die zur Ausführung der Verfahrensschritte gemäß einem oder mehreren der oben genannten Aspekte, Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele eingerichtet ist. Es ergeben sich die gleichen Vorteile wie oben beschrieben.Another aspect of the present invention relates to a device, in particular an AR head-up display, comprising an imaging unit and at least one light source, comprising a control device for carrying out the method steps according to one or more of the aspects, developments and exemplary embodiments mentioned above is set up. The same advantages result as described above.

Bei den oben beschriebenen Einsatzmöglichkeiten von Lasermodulen in Fahrzeugen wird oftmals eine Laserdiode als Standardbaustein verwendet, der aus der eigentlichen Laserdiode, nämlich einem Laserchip, weiter aus einem den Laserchip tragenden Substrat, elektrischen Leitungen mit optionalen elektronischen Bauteilen wie etwa einer Fotodiode, zwei oder drei Kontaktfahnen bzw. -pins, und aus einem diese Komponenten schützenden Gehäuse mit Auskoppelfenster gebildet ist. Der Laserchip kann ein Kantenemitter sein. Die Gehäuse mit dem aus Substrat und Kontaktpins gebildeten Sockel sind nach Größe genormt, z.B. kann es sich um TO 38-, TO 56- oder TO 90-Gehäuse, etc. handeln. In der vorliegenden Anmeldung kann mit „Laserdiode“ auch der gesamte Baustein mit Gehäuse und Sockel bezeichnet werden und nicht nur der eigentliche Laserchip.In the possible uses of laser modules in vehicles described above, a laser diode is often used as a standard component, which consists of the actual laser diode, namely a laser chip, a substrate carrying the laser chip, electrical lines with optional electronic components such as a photodiode, two or three contact lugs or pins, and is formed from a protective housing with a decoupling window for these components. The laser chip can be an edge emitter. The housings with the base made of substrate and contact pins are standardized in terms of size, e.g. they can be TO 38, TO 56 or TO 90 housings, etc. In the present application, “laser diode” can also refer to the entire module with housing and base and not just the actual laser chip.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols designate the same features and functions.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

  • 1 in schematischer Darstellung einen Überblick über den Aufbau eines AR-HUD-Systems, in welchem Ausführungsbeispiele der Erfindung implementiert sein können;
  • 2 in schematischer Darstellung den Aufbau einer Lichtquelle für das AR-HUD-System aus 1 mit jeweils einem Lasermodul für die RGB-Farben;
  • 3 in etwas größerem Detail, aber auch schematisch dargestellt, ein Lasermodul aus 2 mit Peltierelement;
  • 4 den Aufbau bzw. die Aufteilung eines Zeitrahmens oder der Aktualisierungszeit für die aufeinander abgestimmte Steuerung eines DMD und der Lichtquelle durch Bits, sowie darunter zwei Beispiele für das Setzen von Bits zum Erzielen von Helligkeitswerten;
  • 5 den Aufbau bzw. die Aufteilung eines Zeitrahmens oder der Aktualisierungszeit wie in 4, wobei aber einzelne Bits durch Bit-Splitting in voneinander zeitlich getrennte Bit-Segmente aufgeteilt werden;
  • 6 in diagrammartiger Darstellung die Steuerung der Helligkeit innerhalb eines Bit-Segments (aufgetragen gegen die Zeit) in dem kontinuierlichen Modus, um den dynamischen Bereich zu vergrößern;
  • 7 in diagrammartiger Darstellung die Steuerung der Helligkeit innerhalb eines Bit-Segments (aufgetragen gegen die Zeit) ähnlich wie in 6, aber in dem diskontinuierlichen Modus, um den dynamischen Bereich noch weiter zu vergrößern;
  • 8 in einem Diagramm in schematischer Weise die Steuerung einer optischen Bilderzeugungsvorrichtung in dem dritten Betriebsmodus (Nachtfahrmodus);
  • 9 in einem Diagramm wie in 8 in schematischer Weise die Steuerung einer optischen Bilderzeugungsvorrichtung, aber in dem zweiten Betriebsmodus (Tag- oder Normalfahrtmodus);
  • 10 in einem Diagramm wie in 8 oder 9 in schematischer Weise die Steuerung einer optischen Bilderzeugungsvorrichtung, aber in dem ersten Betriebsmodus (Tunnelfahrtmodus).
Show it:
  • 1 a schematic representation of an overview of the structure of an AR-HUD system in which exemplary embodiments of the invention can be implemented;
  • 2 in a schematic representation of the structure of a light source for the AR-HUD system 1 each with a laser module for the RGB colors;
  • 3 a laser module in somewhat greater detail, but also shown schematically 2 with Peltier element;
  • 4 the construction or the division of a time frame or the update time for the coordinated control of a DMD and the light source by bits, as well as below two examples for the setting of bits to achieve brightness values;
  • 5 the structure or division of a time frame or the update time as in 4 , but individual bits are divided into time-separated bit segments by bit-splitting;
  • 6 diagrammatically controlling brightness within a bit segment (plotted versus time) in continuous mode to increase dynamic range;
  • 7 in a diagrammatic representation the control of the brightness within a bit segment (plotted against time) similar to in 6 , but in the discontinuous mode to increase the dynamic range even further;
  • 8th in a diagram in a schematic way the control of an optical imaging device in the third operating mode (night driving mode);
  • 9 in a diagram like in 8th in a schematic way the control of an optical imaging device, but in the second operating mode (day or normal driving mode);
  • 10 in a diagram like in 8th or 9 schematically shows the control of an optical imaging device, but in the first mode of operation (tunneling mode).

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.In the following description of preferred exemplary embodiments, it must be taken into account that the present disclosure of the various aspects is not limited to the details of the construction and the arrangement of the components, as they are illustrated in the following description and in the figures. The example embodiments may be practiced or carried out in various ways. It is further to be understood that the phraseology and terminology used herein are used for the purpose of specific description only and should not be construed as such in a limiting manner by those skilled in the art.

Einige der Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind kompatibel mit einer Anwendung z.B. hinsichtlich einigen der von Texas Instruments Inc. Dallas, Texas, vorgestellten DLP-Chipsätze für AR-HUD-Technologien sowie dem damit verbundenen High-Dynamic-Range-Konzept, bzw. können darauf aufbauen. Insbesondere können Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Steuerungsverfahrens programmiertechnisch und/oder durch Anpassung/Ergänzung der Hardware in einer Steuervorrichtung 10 eines AR-HUD-Systems 1 implementiert sein, wie es in 1 gezeigt ist, das sehr grob und vereinfacht die Architektur des Vorschlags von Texas Instruments wiederspiegelt.Some of the aspects and exemplary embodiments of the invention are or can be compatible with an application, for example with regard to some of the DLP chip sets for AR-HUD technologies presented by Texas Instruments Inc. Dallas, Texas, and the associated high dynamic range concept build on. In particular, exemplary embodiments of the proposed control method can be implemented in terms of programming and/or by adapting/supplementing the hardware in a control device 10 of an AR-HUD system 1, as is shown in 1 is shown, which very roughly and simplistic reflects the architecture of the Texas Instruments proposal.

Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das AR-HUD-System 1 als Hauptkomponenten eine Steuervorrichtung 10, eine optische Bilderzeugungsvorrichtung 20, eine Projektionsoptik 30, und ein in das Fenster (Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs) oder in eine in davor platzierte, transparente Platte integriertes holografisches optisches Element 40 (HOE), der als Combiner fungiert. Externe Elemente sind das Bord-Kommunikationssystem 2 des Kraftfahrzeugs mit einem Host-Prozessor 4. Aus diesem System können über RGB-Videosignalleitungen 5 und weiteren Leitungen 6 für Instruktionen etc. die holografisch darzustellenden Informationen sowie z.B. Dimmbefehle an die Steuervorrichtung 10 übertragen werden. Die holografisch darzustellenden Informationen können insbesondere ADAS-Meldungen (ADAS: advanced driver assistance system), physikalische Daten über das Kraftfahrzeug während der laufenden Fahrt oder Navigationsdaten sein.As in 1 As can be seen, the AR-HUD system 1 comprises, as main components, a control device 10, an imaging optical device 20, a projection optics 30, and a holographic optical element integrated in the window (windshield of an automobile) or in a transparent plate placed in front of it 40 (HOE), which acts as a combiner. External elements are the on-board communication system 2 of the motor vehicle with a host processor 4. The information to be displayed holographically and, for example, dimming commands can be transmitted to the control device 10 from this system via RGB video signal lines 5 and other lines 6 for instructions etc. The information to be displayed holographically can in particular be ADAS messages (ADAS: advanced driver assistance system), physical data about the motor vehicle during the current journey or navigation data.

Die Steuervorrichtung 10 kann den eigentlichen DMD-Controller 12, eine Lasermodulsteuerung 14 und eine Leistungsversorgungseinheit 16 umfassen. Die optische Bilderzeugungsvorrichtung 20 weist die Mikrospiegelvorrichtung 22 sowie Lichtquellen 24 auf, die eingerichtet sind, die von Ihnen abgegebene Strahlung selektiv auf die einzelnen Spiegel der Mikrospiegelvorrichtung 22 zu richten. Der DMD-Controller 12 steuert die Mikrospiegelvorrichtung 22 bzw. stellt die einzelnen Mikrospiegel selektiv in eine „ON“- oder „OFF“-Position. In der „ON“-Position wird die auf den jeweiligen Mikrospiegel treffende Strahlung in die Projektionsoptik 30 gerichtet, während sie in der „OFF“-Position beispielsweise in eine Lichtsenke wie etwa einem Absorptionsschirm gelenkt wird.The control device 10 can include the actual DMD controller 12 , a laser module controller 14 and a power supply unit 16 . The optical imaging device 20 has the micromirror device 22 and light sources 24 that are set up to direct the radiation they emit selectively onto the individual mirrors of the micromirror device 22 . The DMD controller 12 controls the micro-mirror device 22, or selectively places each micro-mirror in an “ON” or “OFF” position. In the "ON" position, the radiation impinging on the respective micromirror is directed into the projection optics 30, while in the "OFF" position it is directed, for example, into a light sink such as an absorption screen.

Die Steuerung der Mikrospiegel durch den DMD-Controller 12 erfolgt in zeitlich koordinierter Weise in einem Schema von Bit-Sequenzen, die zusammengesetzt einzelne Bits eines Zeitrahmens vorgegebener Zeitdauer ergeben, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird. Der Zeitrahmen entspricht der Aktualisierungszeit (frame refresh priod) der Mikrospiegel. Durch die bitweise Darstellung innerhalb der Zeitrahmen fester Dauer werden die jeweils abzubildenden Helligkeiten digital repräsentiert.The micromirrors are controlled by the DMD controller 12 in a time-coordinated manner in a scheme of bit sequences which, when put together, result in individual bits of a time frame of a predetermined time duration, as will be described in greater detail below. The time frame corresponds to the update time (frame refresh priod) of the micro mirrors. Due to the bit-by-bit representation within the time frame of fixed duration, the respective brightnesses to be displayed are represented digitally.

Die Steuerung der Lichtquellen 24, bei denen es sich beispielsweise um drei die Farben RGB repräsentierende Lasermodule handeln kann, erfolgt durch die Lasermodulsteuerung 14 in koordinierter Weise mit der Steuerung der Mikrospiegel durch den DMD-Controller 12. Mit anderen Worten, die Lichtquellen 24 werden ebenfalls bitweise bzw. Bit-segmentweise gesteuert, wobei die einzelnen Bits zwischen der Steuerung der Mikrospiegel und der Steuerung der Lasermodule im Wesentlichen zeitlich übereinstimmen.The control of the light sources 24, which can be, for example, three laser modules representing the colors RGB, is carried out by the laser module controller 14 in a coordinated manner with the control of the micromirrors by the DMD controller 12. In other words, the light sources 24 are also Bit-wise or bit-segment-wise controlled, the individual bits between the control of the micromirror and the control of the laser modules essentially match in terms of time.

Die Projektionsoptik 30 kann, wie in 1 schematisch dargestellt ist, eine Anzahl von Kollimationslinsen 31, 33 sowie einen Umlenkspiegel 32 umfassen. Die Steuervorrichtung 10, die optische Bilderzeugungsvorrichtung 20 und die Projektionsoptik 30 bilden zusammen eine bilderzeugende Einheit 8 (PGU - picture generating unit). In der Praxis befindet sich die bilderzeugende Einheit 8 des AR-HUD-Systems 1 Innerhalb des Armaturenbretts eines Kraftfahrzeugs, wobei die von ihr abgegebene Strahlung aus dem Armaturenbrett heraus aufwärts auf das holographische optische Element 40 trifft. Neigung und Ausrichtung des holographischen optischen Elements 40 sowie die Projektionsoptik 30 sind so auf einander abgestimmt, dass der Fahrer 46 des Kraftfahrzeugs innerhalb eines als „eye-box“ bezeichneten Raums 44 das holographische Bild 42 in gewünschter Weise und in hoher Qualität wahrnimmt.The projection optics 30 can, as in 1 is shown schematically, a number of collimating lenses 31, 33 and a deflection mirror 32 include. The control device 10, the optical image generating device 20 and the projection optics 30 together form an image generating unit 8 (PGU—picture generating unit). In practice, the imaging unit 8 of the AR-HUD system 1 is located within the dashboard of a motor vehicle and the radiation it emits impinges on the holographic optical element 40 upwardly out of the dashboard. The inclination and alignment of the holographic optical element 40 and the projection optics 30 are coordinated with one another such that the driver 46 of the motor vehicle perceives the holographic image 42 in the desired manner and in high quality within a space 44 referred to as an “eye box”.

Mit Bezug auf 2 wird ein beispielhafter Aufbau der Lichtquellen 24 beschrieben. Es kann jeweils ein Lasermodul 24a, 24b, 24c für die Farben R, G und B vorgesehen sein, deren Lichtstrahl derart auf halbdurchlässige Spiegel trifft, dass sich ihr Strahlengang am Ausgang der Lichtquelle (in 2 schematisch dargestellt durch eine Kollimationslinse) geometrisch überlagert. Eine gleichzeitige Strahlungsabgabe ist möglich, jedoch sieht die bitweise Steuerung regelmäßig vor, für die einzelnen Farben jeweils aufeinanderfolgende Zeitrahmen zu reservieren.Regarding 2 an exemplary structure of the light sources 24 is described. There can be one laser module 24a, 24b, 24c for the colors R, G and B can be provided, the light beam of which hits semi-transparent mirrors in such a way that their beam path diverges at the exit of the light source (in 2 schematically represented by a collimating lens) superimposed geometrically. Simultaneous emission of radiation is possible, but the bit-by-bit control regularly provides for consecutive time frames to be reserved for the individual colors.

Mit Bezug auf 3 ist ein einzelnes der in 2 gezeigten Lasermodule 24a-c in größerem Detail gezeigt, das als Lichtquelle 24 dient. Das Lasermodul 24a-c umfasst einen Kühlkörper 25, auf dem ein Peltierelement 26 angebracht ist, sowie eine Grundplatte 27 für die Laserdiode, die selbst wiederum auf dem Peltierelement 26 angeordnet ist. Von der Grundplatte 27 erstreckt sich vertikal eine Halterung 202 (stem), an welcher ein Submount 204 befestigt ist. Auf diesem ist ein Laserchip 204 angebracht, der als vertikaler Kantenemitter ausgebildet ist. Durch Kontaktpins 201 kann der Laserchip 204 mit Leistung versorgt werden. Die Steuerung der Leistungsversorgung erfolgt durch die Lasermodulsteuerung 14 wie oben beschrieben. Das Peltierelement 26 kann dabei ebenfalls durch die Lasermodulsteuerung 14 (getrennt von der Leistungsversorgung des Laserchips 204) graduell gesteuert werden, um eine jeweils gewünschte Kühlung des Lasermoduls herbeizuführen. Das Lasermodul 24a-c weist ferner eine schützende Kappe 205 für das Gehäuse auf, wobei es sich um ein herkömmliches TO 38-, TO 56- oder TO 90-Gehäuse, etc. handeln kann.Regarding 3 is a single the in 2 shown laser module 24a-c shown in more detail, which serves as the light source 24. The laser module 24a-c includes a heat sink 25, on which a Peltier element 26 is attached, and a base plate 27 for the laser diode, which in turn is arranged on the Peltier element 26. A bracket 202 (stem), to which a submount 204 is fastened, extends vertically from the base plate 27 . A laser chip 204, which is designed as a vertical edge emitter, is attached to this. The laser chip 204 can be supplied with power through contact pins 201 . The power supply is controlled by the laser module controller 14 as described above. The Peltier element 26 can also be gradually controlled by the laser module controller 14 (separately from the power supply of the laser chip 204) in order to bring about cooling of the laser module that is desired in each case. The laser module 24a-c also includes a protective cap 205 for the package, which may be a conventional TO 38, TO 56, TO 90, etc. package.

Wie der 2 zu entnehmen ist (nicht in 3 gezeigt), kann das Lasermodul 24a-c jeweils (z.B. noch innerhalb des Gehäuses) eine Kollimationslinse und ein VBG-Gitter aufweisen, die zusammen mit dem Laserchip 204 einen Resonator ausbilden.Again 2 can be found (not in 3 shown), the laser module 24a-c can each have (for example still inside the housing) a collimation lens and a VBG grating, which together with the laser chip 204 form a resonator.

Die Figuren vier und fünf zeigen den Aufbau oder die Struktur eines Zeitrahmens, mit dem die digitalen Mikrospiegel sowie auch die Lichtquellen gesteuert werden können. Die gezeigten Darstellungen entsprechen grob dem in Doherty et al. (1998) vorgeschlagenen Aufbau für den Betrieb von DMDs.Figures four and five show the setup or structure of a time frame that can be used to control the digital micromirrors as well as the light sources. The representations shown correspond roughly to those in Doherty et al. (1998) proposed setup for operating DMDs.

In 4 ist oben entlang einer Zeitachse t eine Aufteilung eines einzelnen Zeitrahmens mit vorgegebener Zeitdauer P in z.B. fünf Bits 0, 1, 2, 3, und 4 gezeigt. Der Zeitrahmen kann auch in weniger oder mehr Bits aufgeteilt sein. Dem niedrigstwertigen Bit 0 (LSB) ist eine kürzeste Zeitdauer zugeordnet. Für jedes nachfolgende Bit verdoppelt sich die zugeordnete Zeitdauer. In der gezeigten Darstellung wird der Zeitrahmen mit einer Auflösung von 1/31 (niedrigstwertiges Bit) aufgeteilt.In 4 a division of a single time frame with a predetermined time duration P into, for example, five bits 0, 1, 2, 3, and 4 is shown at the top along a time axis t. The time frame can also be divided into fewer or more bits. The least significant bit 0 (LSB) is assigned a shortest time period. For each subsequent bit, the allocated time doubles. In the illustration shown, the time frame is divided with a resolution of 1/31 (least significant bit).

In der zweiten und dritten Zeile in 4 Mitte und unten sind zwei willkürliche Beispiele für das Setzen von Bits durch den DMD-Controller 12 gezeigt. Ein gesetztes Bit entspricht einer „ON“-Position eines Mikrospiegels, ein nicht gesetztes Bit entspricht einer „OFF“-Position. Ein gesetztes Bit ist in 4 durch Schraffur dargestellt. Bei dem Balken in der Mitte lautet die Bitfolge 01101, welches 13/31 der Gesamtdauer des Zeitrahmens entspricht. Durch diese Bitfolge sind folglich etwa 42% der Maximalhelligkeit darstellbar. Bei dem Balken unten in 4 lautet die Bildfolge 10110, welches 22/31 der Gesamtdauer des Zeitrahmens entspricht. Durch diese Bitfolge sind folglich etwa 71% der Maximalhelligkeit darstellbar.On the second and third lines in 4 Two arbitrary examples of bits being set by the DMD controller 12 are shown in the middle and below. A set bit corresponds to an "ON" position of a micromirror, an unset bit corresponds to an "OFF" position. A set bit is in 4 represented by hatching. For the bar in the middle, the bit sequence is 01101, which corresponds to 13/31 of the total duration of the time frame. Consequently, about 42% of the maximum brightness can be represented by this bit sequence. At the beam below in 4 the image sequence is 10110, which corresponds to 22/31 of the total duration of the time frame. Consequently, about 71% of the maximum brightness can be represented by this bit sequence.

Gesetzte Bits bzw. die Zeitdauern zusammenhängend gesetzter Bits werden nachfolgend als erstes Teilintervall T1 des Zeitrahmens und nicht gesetzte Bits bzw. die Zeitdauern zusammenhängend nicht gesetzter Bits werden nachfolgend als zweites Teilintervall T2 des Zeitrahmens bezeichnet.Set bits or the durations of contiguously set bits are referred to below as the first sub-interval T1 of the time frame and unset bits or the durations of contiguously not set bits are referred to below as the second sub-interval T2 of the time frame.

Das in 4 gezeigte Grundprinzip der digitalen Steuerung der Mikrospiegel durch bitweises Stellen der „ON“-oder „OFF“-Positionen eines betreffenden Mikrospiegels durch den DMD-Controller 12 kann durch das oben erwähnte Bitsplitting verfeinert werden. Die zu 4 analogen Balken sind in 5 dargestellt. Der obere Balken zeigt den gleichen Zeitrahmen vorgegebener Zeitdauer P, wobei aber die einzelnen Bits außer dem ersten Bit 0 und dem zweiten Bit 1 innerhalb des Zeitrahmens in einzelne Bitsegmente B0 bis B14 aufgeteilt und voneinander zeitlich getrennt werden. Ist anzumerken, dass in vorliegender Offenbarung auch nicht aufgeteilte Bits, nämlich jene Bits 0 und 1, als Bit-Segmente aufgefasst sind. Dies gilt auch für die in 4 gezeigte einfache Struktur, so dass sich dort die Bit-Segmente B0 bis B4 ergeben. Beide Strukturen (solche in 4 sowie auch in 5) sind von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens erfasst.This in 4 The basic principle of the digital control of the micromirrors shown by bit-by-bit setting of the “ON” or “OFF” positions of a relevant micromirror by the DMD controller 12 can be refined by the above-mentioned bit splitting. the to 4 analog bars are in 5 shown. The upper bar shows the same time frame of a specified time period P, but the individual bits apart from the first bit 0 and the second bit 1 within the time frame are divided into individual bit segments B0 to B14 and separated in time from one another. It should be noted that in the present disclosure, non-split bits, namely those bits 0 and 1, are also construed as bit segments. This also applies to the in 4 shown simple structure, so that the bit segments B0 to B4 arise there. Both structures (such in 4 as well as in 5 ) are covered by exemplary embodiments of the control method according to the invention.

Die in 5 in der Mitte und unten gezeigten Balken (Zeitrahmen) geben für die gleiche Bitabfolge wie in 4 in der Mitte und unten gezeigt den zeitlichen Ablauf für die Bit-Segmente B0 bis B14 beispielhaft wieder (Bitfolgen 01101 und 10110). Es ist deutlich eine feine Verteilung von „ON“-oder „OFF“-Positionen über den Zeitrahmen hinweg erkennbar, welches weiter die Wahrnehmung von Artefakten durch das menschliche Auge verhindert.In the 5 Bars (time frames) shown in the middle and below indicate the same bit sequence as in 4 in the middle and below the time sequence for the bit segments B0 to B14 is shown as an example again (bit sequences 01101 and 10110). There is clearly a fine distribution of "ON" or "OFF" positions over the time frame, which further prevents the human eye from perceiving artifacts.

Die 6 und 7 zeigen nach US 2014/0085731 A1 bzw. „Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems“, Application Report DLPA043A, zwei Möglichkeiten auf, wie der dynamische Bereich der Lichtleistung weiter verbessert werden kann. In 6 oben ist ein einzelnes Bit-Segment (z.B. B0 - B14) gezeigt, wobei die horizontale Achse die Zeitachse und die vertikale Achse den Versorgungsstrom bzw. die Lichtleistung darstellt. Es handelt sich hierbei um ein Bit-Segment, dessen zugehöriges Bit gesetzt ist. Dementsprechend fließt über die gesamte Zeitdauer des Bit-Segments (z.B. 50 µs) der maximale Strom. Soll nun beispielsweise über den Zeitrahmen hinweg eine geringere Helligkeit generiert werden als es durch das niedrigstwertige Bit darstellbar ist, so wird hier vorgeschlagen, bei einem auf „ON“ gestellten Mikrospiegel die durch die Lichtquelle 24 bereitgestellte Lichtleistung durch die Lasermodulsteuerung 14 zu reduzieren oder die Zeitdauer, in welcher Strahlung abgegeben wird, gegenüber der für das Bit-Segment vorgesehenen Zeitdauer zu reduzieren (siehe 6 unten). Weil hier innerhalb des Pulses immer noch konstante Stromversorgung erfolgt, wird ein solcher Betrieb kontinuierlicher Modus genannt. Dadurch ist ein dynamischer Bereich von 100:1 erzielbar.The 6 and 7 point to US 2014/0085731 A1 and "Enabling the Next Generation of Automotive Head-Up Display Systems", Application Report DLPA043A, describe two ways in which the dynamic range of the light output can be further improved. In 6 is above a single bit segment (e.g. B0 - B14) is shown, with the horizontal axis representing the time axis and the vertical axis representing the supply current or light output. This is a bit segment whose associated bit is set. Accordingly, the maximum current flows over the entire duration of the bit segment (eg 50 µs). If, for example, a lower brightness is to be generated over the time frame than can be represented by the least significant bit, it is proposed here that the light output provided by the light source 24 be reduced by the laser module controller 14 when the micromirror is set to "ON" or the duration , in which radiation is emitted, compared to the time provided for the bit segment (see 6 below). Because there is still constant power supply within the pulse, such operation is called continuous mode. This enables a dynamic range of 100:1 to be achieved.

Noch weiter geht die in 7 dargestellte Pulssteuerung. Im diskontinuierlichen Modus werden ein oder mehrere kurze Flussimpulse erzeugt. Sowohl die Einschalt- als auch die Ausschaltzeit jedes Flussimpulses wird dabei durch abwechselndes Ein- und anschließendes Abschalten eines Stromnebenschlusses von einem Energiespeicher (z.B. Kondensator) zur Erde gesteuert. Die Flusspulsgröße wird gesteuert, indem erkannt wird, wann der Flusspuls einen vorbestimmten Sollwert erreicht hat. Durch Einschalten des Stromnebenschlusses kann der Strom zum ausgewählten Lasermodul abrupt abgeschaltet werden. Wie in 7 schematisch angedeutet lässt sich dadurch ein dynamische Bereich 5000:1 erreichen.The in goes even further 7 pulse control shown. In discontinuous mode, one or more short flow pulses are generated. Both the switch-on and the switch-off time of each flux pulse are controlled by alternately switching on and then switching off a current shunt from an energy store (eg capacitor) to ground. The flow pulse size is controlled by detecting when the flow pulse has reached a predetermined setpoint. Turning on the power shunt can abruptly shut off power to the selected laser module. As in 7 indicated schematically, a dynamic range of 5000:1 can be achieved.

Ausführungsbeispiele und Aspekte sehen beispielhaft auf dem vorherigen Steuerungsprinzipien aufbauend für das in 1 gezeigte AR-HUD-System 1 einen Betrieb mit drei Fallgestaltungen vor, die jeweils durch Betriebsmodi repräsentiert sind, zwischen denen beispielsweise umgeschaltet werden kann. Die Betriebsmodi sind in den 8 bis 10 dargestellt.Exemplary embodiments and aspects are based on the previous control principles for the in 1 The AR-HUD system 1 shown operates with three scenarios, each of which is represented by operating modes between which it is possible to switch, for example. The operating modes are in the 8th until 10 shown.

Wenn z.B. voraussehbar ist, dass für längere Zeit - z.B. eine Zeitdauer, die einen Schwellwert von 30 min. übersteigt, wie es bei einer Nachtfahrt üblich sein kann, nur eine geringe Helligkeit für den Fahrer benötigt wird, so kann z.B. von dem Host-Prozessor der in 8 gezeigte Betriebsmodus („dritter Betriebsmodus“) aktiviert werden. Es kann hierbei insbesondere das in den 6 und 7 gezeigte Verfahren für die Pulssteuerung innerhalb eines Bit-Segments im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus durchgeführt werden.If, for example, it is foreseeable that only a low level of brightness is required for the driver for a longer period of time, for example a period of time that exceeds a threshold value of 30 minutes, as can be the case when driving at night, the host processor can, for example the in 8th operating mode shown (“third operating mode”) can be activated. It can here in particular in the 6 and 7 methods shown for pulse control within a bit segment can be performed in continuous or discontinuous mode.

In den 8 bis 10 zeigen die Kurven R, G und B - aufgetragen gegen die Zeit t - die sukzessive Aktivierung des jeweiligen Lasermoduls 24a, 24b, 24c an (von oben nach unten). D.h., diese Zeitdauer steht für die Abstrahlung aus der optischen Bilderzeugungsvorrichtung 20 jeweils in R, G oder B zur Verfügung. Es ist für R,G und B jeweils die Aktivierungszeit (die den individuellen Zeitrahmen für jede Farbe festlegt) erkennbar (siehe hoher Pegel). Die Summe dieser drei Farbsegmente bildet die Refresh-Zeit P bzw. den übergeordneten Zeitrahmen. Der Einfachheit halber sind in den 8 bis 10 nur Pulse gleicher Zeitdauer für alle Farben gezeigt, sowie je nur ein Puls je Zeitrahmen. Wie in 4 und 5 gezeigt, können aber mehrere Bit-Segmente pro Zeitrahmen gesetzt sein.In the 8th until 10 show the curves R, G and B - plotted against time t - the successive activation of the respective laser module 24a, 24b, 24c (from top to bottom). That is, this period of time is available for emission from the optical imaging device 20 in R, G, or B, respectively. The activation time (which defines the individual time frame for each color) can be seen for R, G and B (see high level). The sum of these three color segments forms the refresh time P or the superordinate time frame. For the sake of simplicity are in the 8th until 10 only pulses of the same duration are shown for all colors, and only one pulse per time frame. As in 4 and 5 shown, but multiple bit segments can be set per time frame.

An vierter und fünfter Stelle in 8 bis 10 sind die Spiegelposition „ON/OFF“ sowie die Leistungsversorgung (bzw. Stromversorgung) R_L des Lasermoduls mit der Licht im roten Wellenlängenbereich abstrahlenden Laserdiode aufgeführt. Die Leistungsversorgung der Lasermodule, die grünes oder blaues Licht abstrahlen, erfolgt jeweils analog und ist nicht gesondert gezeigt.Fourth and fifth place in 8th until 10 the mirror position "ON/OFF" and the power supply (or power supply) R_L of the laser module with the laser diode emitting light in the red wavelength range are listed. The power supply of the laser modules, which emit green or blue light, is analog and is not shown separately.

Die Spiegelposition „ON“ entspricht der Aktivierung eines betreffenden Mikrospiegels der digitalen Mikrospiegelvorrichtung. Der gezeigte eine Puls repräsentiert ein erstes Teilintervall der Aktualisierungszeit P (bzw. der Aktivierungszeit). Über die gezeigte Pulsbreite bzw. das gezeigte Bit-Segment (hoher Pegel) hinweg wird eine erste Spiegelposition „ON“ derart eingestellt, dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil aus der bildgebenden Einheit 8 ausgegeben wird. Im Nachtfahrmodus erfolgt die Leistungsversorgung wie in 8 gezeigt nur zeitgleich mit der Spiegelposition „ON“, also zeitgleich mit dem ersten Zeitintervall. In einem komplementären Zeitintervall der Aktualisierungszeit P, die für die Aktivierung des Lasermoduls der betreffenden Farbe zur Verfügung steht (Aktivierungszeit: Pegel R, G, B hoch) erfolgt keine Leistungsversorgung (in den Figuren ist lediglich die integrierte Aktualisierungszeit über alle Farben eingezeichnet, nicht die farbbezogene Aktualisierungszeit, welche sie Summe der beiden Teilintervalle bildet).The "ON" mirror position corresponds to the activation of a respective micro-mirror of the digital micro-mirror device. The one pulse shown represents a first partial interval of the update time P (or the activation time). A first mirror position “ON” is set over the pulse width shown or the bit segment shown (high level) in such a way that the light beam component incident on the micromirror is output from the imaging unit 8 . In night driving mode, power is supplied as in 8th shown only at the same time as the mirror position "ON", i.e. at the same time as the first time interval. In a complementary time interval of the update time P, which is available for activating the laser module of the relevant color (activation time: level R, G, B high), there is no power supply (the figures only show the integrated update time across all colors, not the color-related update time, which forms the sum of the two sub-intervals).

Wesentlich ist hier mit Bezug auf 8 (Nachfahrt- bzw. dritter Betriebsmodus), dass die mittlere Laserleistung P (des roten Lasers) gegenüber der Laserleistung bei einer vollen Helligkeit deutlich reduziert ist, wenn man die Kurve R_L in 8 mit der entsprechenden in 9 vergleicht, die den „zweiten“ Betriebsmodus für Tag- oder Normalfahrten zeigt. Dadurch sinkt die Temperatur des Laserchips (insbesondere in der Sperrschicht), welches wie beschrieben wegen der Wellenlängenverschiebung unerwünscht ist. Im Ausführungsbeispiel wird dies durch eine Nachregelung über das Peltierelement 26 ausgeglichen. Durch die Wärmekapazität des gesamten Laserpackages dauert diese Regelung allerdings mehrere Sekunden (typischerweise 5 - 30 s). Die gleiche Zeitdauer wird außerdem auch benötigt, um wieder auf hohe Helligkeit zurückzuschalten.It is essential here with reference to 8th (night drive or third operating mode) that the average laser power P (of the red laser) is significantly reduced compared to the laser power at full brightness if the curve R_L in 8th with the appropriate in 9 compares, which shows the "second" operating mode for day or normal driving. This reduces the temperature of the laser chip (especially in the barrier layer), which, as described, is undesirable because of the wavelength shift. In the exemplary embodiment, this is achieved by readjustment using the Peltier element 26 balanced. Due to the thermal capacity of the entire laser package, however, this regulation takes several seconds (typically 5 - 30 s). It also takes the same amount of time to switch back to high brightness.

Die Betriebsweise für hohe Helligkeiten (Normal- oder Tagfahrt) ist in 9 dargestellt. Jede Laserdiode bzw. jedes Lasermodul 24a-c bleibt für das jeweilige Farbsegment durchgehend (d.h. aber nur während der Aktivierung der Farben R, G, B innerhalb der Aktualisierungszeit) eingeschaltet, und zwar bei konstanter Laserleistung Pcon, und die Anpassung der Helligkeit erfolgt ausschließlich durch die DMD-Spiegel. Damit bleibt auch die Sperrschichttemperatur in diesem Fall konstant. Diese Betriebsweise ist entsprechend der Helligkeitsregelung bei einer Hochdruckentladungslampe als Lichtquelle.The operating mode for high brightness (normal or daytime driving) is in 9 shown. Each laser diode or each laser module 24a-c remains switched on continuously for the respective color segment (ie only during the activation of the colors R, G, B within the update time), specifically with a constant laser power P con , and the brightness is only adjusted through the DMD mirrors. The junction temperature also remains constant in this case. This mode of operation corresponds to the brightness control with a high-pressure discharge lamp as the light source.

In 10 ist das Prinzip für den ersten Betriebsmodus gezeigt. Dieser wird aktiviert, wenn eine schnelle und starke Anpassung der Helligkeit erforderlich ist.In 10 the principle for the first operating mode is shown. This is activated when a quick and strong adjustment of the brightness is required.

Während der „ON“ Zeit der DMD Mikrospiegel (erstes Zeitintervall) ist die Laserleistung Pr reduziert wie auch in 8 mit Bezug auf den dritten Betriebsmodus, um die hohe Helligkeitsdynamik zu erreichen. Auch besonders kurze Pulse wie in 7 gezeigt, sind möglich. Während der „OFF“-Zeit, d.h., innerhalb des zweiten Zeitintervalls, der Spiegel für die jeweilige Farbe wird das betreffende Lasermodul 24a-c jetzt jedoch mit Leistung versorgt, und zwar wenn möglich sogar mit erhöhter Laserleistung Ph, um die gleiche mittlere Leistung Pm wie in 9 (Normal- oder Tagfahrbetrieb) über die Aktualisierungszeit bzw. den Zeitrahmen zu erreichen. Dadurch wird auch eine annähernd gleiche mittlere Sperrschichttemperatur erreicht. Dadurch bleibt die Wellenlänge ebenfalls konstant. Bei der Erhöhung der Laserleistung müssen allerdings die erlaubten Maximalströme der betreffenden Laserdiode beachtet werden. Aber auch dann, wenn die Laserleistung durch die Begrenzung nicht über Ph hinaus erhöht werden darf, wird die mittlere Leistung nicht stark von Ph abweichen und sich nur eine geringe Wellenlängenänderung ergeben. Da die in den 2 und 3 gezeigten wellenlängenstabilisierten Laserdioden in einem Temperaturbereich von ca. 5° stabil betrieben werden können, ist dies durchaus tolerierbar. Typische Zeitdauern eines Bit-Segments betragen 50 µs, so dass kein Problem darin besteht, den Laser schnell genug zu schalten.During the "ON" time of the DMD micromirrors (first time interval), the laser power P r is reduced as well as in 8th with reference to the third mode of operation to achieve the high brightness dynamics. Also particularly short pulses as in 7 shown are possible. However, during the "OFF" time, ie within the second time interval, the mirror for the respective color is now supplied with power to the relevant laser module 24a-c, if possible even with an increased laser power P h , by the same average power P m as in 9 (Normal or daytime driving) via the update time or the time frame. As a result, an approximately the same average junction temperature is also achieved. As a result, the wavelength also remains constant. When increasing the laser power, however, the permitted maximum currents of the relevant laser diode must be taken into account. But even if the laser power cannot be increased beyond P h due to the limitation, the average power will not deviate greatly from P h and only a small change in wavelength will result. Since the in the 2 and 3 shown wavelength-stabilized laser diodes can be operated stably in a temperature range of about 5 °, this is quite tolerable. Typical bit segment durations are 50 µs, so there is no problem in switching the laser fast enough.

Für die Entscheidung, ob zwischen dem zweiten und dritten Betriebsmodus umgeschaltet wird, sind weitere Informationen von außen nötig, beispielsweise vom Bordcomputersystem 2 des Kraftfahrzeugs. Je nach Uhrzeit, Position und Jahreszeit kann bestimmt werden, ob es sich um eine Nachtfahrt handelt. Dies gilt auch für die Entscheidung, ob zwischen dem zweiten und dem ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird. Falls diese Informationen nicht vorliegen, kann auch ein Betrieb nur mit dem ersten und zweiten Betriebsmodus durchgeführt werden. Hierbei fällt dann allerdings ein erhöhter Energieaufwand an, weil die Laserdioden unnötig geheizt werden. Die Regelung des Peltierelements 26 erfolgt dabei mit Vorteil im Ausführungsbeispiel über alle Betriebsmodi hinweg.For the decision as to whether to switch between the second and third operating modes, further information from the outside is required, for example from the on-board computer system 2 of the motor vehicle. Depending on the time, position and season, it can be determined whether it is a night drive. This also applies to the decision as to whether to switch between the second and the first operating mode. If this information is not available, operation can also be carried out using only the first and second operating modes. In this case, however, an increased energy consumption occurs because the laser diodes are heated unnecessarily. In the exemplary embodiment, the Peltier element 26 is advantageously regulated across all operating modes.

Ein Vorteil dafür, nachts im Nachtfahrmodus bzw. im dritten Betriebsmodus zu operieren, besteht darin, dass das eingeschaltete Lasermodul 24 bei den Spiegeln in „OFF“-Position zu etwas Hintergrundlicht führen kann.One benefit of operating in the night drive mode, or third mode of operation, at night is that the laser module 24 on may result in some background light with the mirrors in the "OFF" position.

Für ein holografisches AR HUD mit schneller Helligkeitsregelung und hoher Dynamik ist es insgesamt erforderlich, dass sich die Sperrschichttemperatur der Laserdiode wenig ändert. Dieses Problem wird durch die vorliegenden Ausführungsbeispiele Standard-Laserdioden in TO56 oder TO90-Gehäusen etc. gelöst. Dies hat eine wesentlich kostengünstigere Lösung zur Folge, als wenn beispielsweise Dioden in neuen Packages mit integriertem Peltierelement entwickelt würden, und diese dann auch zeitaufwändig für Automotive-Anwendungen qualifizieren zu müssen.For a holographic AR HUD with fast brightness control and high dynamics, it is necessary that the junction temperature of the laser diode changes little. This problem is solved by the present exemplary embodiments of standard laser diodes in TO56 or TO90 packages, etc. This results in a much more cost-effective solution than if, for example, diodes were developed in new packages with an integrated Peltier element and then had to be time-consuming to qualify them for automotive applications.

BezugszeichenlisteReference List

11
AR-HUD-SystemAR HUD system
22
Bordkommunikationsystemonboard communication system
44
Host-Prozessorhost processor
88th
Bildgebende / Bilderzeugende Einheit (PGU)Imaging / Image Generating Unit (PGU)
1010
Steuereinrichtungcontrol device
1212
DMD-ControllerDMD controller
1414
Lasermodulsteuerunglaser module control
1616
Power Management Systempower management system
2020
optische Bilderzeugungsvorrichtungoptical imaging device
2222
DMD, MikrospiegelvorrichtungDMD, Micromirror Device
2424
Lichtquelle(n)light source(s)
24a - c24a - c
Lasermodule, LaserdiodenLaser modules, laser diodes
2525
Kühlkörperheatsink
2626
PeltierelementPeltier element
2727
Grundplatte (des Gehäuses) base plate (of the housing)
201201
Kontaktstiftecontact pins
202202
Halterungbracket
203203
Submountsubmount
204204
Laserchiplaser chip
205205
Kappe (des Gehäuses)cap
3030
Projektionsoptikprojection optics
31, 3331, 33
Kollimationslinsencollimating lenses
3232
Umlenkspiegeldeflection mirror
4040
holografisches optisches Element (HOE, Combiner)holographic optical element (HOE, combiner)

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 9409472 A1 [0003]WO 9409472 A1 [0003]
  • DE 102006036112 A1 [0010]DE 102006036112 A1 [0010]
  • US 20140085731 A1 [0043, 0065]US20140085731 A1 [0043, 0065]

Claims (14)

Verfahren zum Steuern wenigstens einer Lichtquelle (24) sowie einer eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (22) aufweisenden bilderzeugenden Einheit (8), wobei von der Lichtquelle (24) auf eine Anzahl von Mikrospiegeln der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (22) ein Lichtstrahl gerichtet wird, mit deren Hilfe abhängig von jeweiligen Spiegelpositionen ein Bild durch die bildgebende Einheit (8) erzeugt und ausgegeben werden kann, umfassend: Betreiben der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (22) mittels Pulsbreitenmodulation in einem Schema von innerhalb einer Aktualisierungszeit (P) aufeinander folgenden Bit-Segmenten (B0-B14) vorbestimmter Zeitdauer; Aktivieren wenigstens eines Mikrospiegels der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (22), um innerhalb eines einen oder mehrere Pulse umfassenden ersten Teilintervalls (T1) der Aktualisierungszeit, wobei der oder die Pulse dem bzw. den Bit-Segment(en) entsprechen, eine erste Spiegelposition (ON) derart einzustellen, dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil aus der bilderzeugenden Einheit (8) ausgegeben wird; Bereitstellen einer Leistung, mit welcher die Lichtquelle zumindest innerhalb der Zeitdauer des ersten Teilintervalls (T1) versorgt wird, damit die Lichtquelle (24) darin eine vorbestimmte Lichtmenge emittiert; dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebsmodus die Lichtquelle (24) innerhalb eines zum ersten Teilintervall (T1) komplementären zweiten Teilintervalls (T2) derselben Aktualisierungszeit (P), in welchem der wenigstens eine Mikrospiegel der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (22) eine zweite Spiegelposition (OFF) einnimmt, so dass der auf den Mikrospiegel fallende Lichtstrahlanteil nicht aus der bilderzeugenden Einheit (8) ausgegeben wird, mit Leistung versorgt wird, wobei ein zeitlicher Durchschnittswert (Ph) der Leistung im komplementären zweiten Teilintervall (T2) gegenüber einem zeitlichen Durchschnittswert (Pr) der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls (T1) erhöht ist, um im Fall einer geringen Lichtmenge, die für die Ausgabe aus der bildzeugenden Einheit (8) vorgesehen ist, einer Abkühlung der Lichtquelle (24) entgegenzuwirken. Method for controlling at least one light source (24) and an imaging unit (8) having a digital micromirror device (22), a light beam being directed from the light source (24) onto a number of micromirrors of the digital micromirror device (22), with the aid of which an image can be generated and output by the imaging unit (8) depending on the respective mirror positions, comprising: operating the digital micromirror device (22) by means of pulse width modulation in a scheme of bit segments (B0-B14) that follow one another within an update time (P) predetermined period of time; activating at least one micro-mirror of the digital micro-mirror device (22) to achieve a first mirror position (ON) within a first sub-interval (T1) of the update time comprising one or more pulses, the pulse or pulses corresponding to the bit segment(s). set so that the portion of the light beam incident on the micromirror is output from the imaging unit (8); providing power to the light source for at least the duration of the first sub-interval (T1) to cause the light source (24) to emit a predetermined amount of light therein; characterized in that in a first operating mode the light source (24) within a second subinterval (T2) complementary to the first subinterval (T1) of the same update time (P) in which the at least one micromirror of the digital micromirror device (22) has a second mirror position (OFF ) occupies, so that the portion of the light beam incident on the micromirror is not output from the image-forming unit (8), is powered, with a time-average value (P h ) of the power in the complementary second sub-interval (T2) compared to a time-average value (P r ) the power is increased within the first sub-interval (T1) in order to counteract a cooling of the light source (24) in the case of a small amount of light intended for output from the imaging unit (8). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in einem zweiten Betriebsmodus, in welchen von dem ersten Betriebmodus wahlweise umgeschaltet wird, die Lichtquelle (24) innerhalb des zum ersten Teilintervall (T1) komplementären zweiten Teilintervalls (T2) der Aktualisierungszeit (P) mit Leistung versorgt wird, wobei in dem zweiten Betriebsmodus ein zeitlicher Durchschnittswert (Pcon) der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls (T1) im Wesentlichen gleich einem zeitlichen Durchschnittswert (Pcon) der Leistung innerhalb des zweiten Teilintervalls (T2) ist.procedure according to claim 1 , wherein in a second operating mode, into which the first operating mode is optionally switched, the light source (24) is supplied with power within the second sub-interval (T2) of the update time (P), which is complementary to the first sub-interval (T1), wherein in the second operating mode a time average value (P con ) of power within the first sub-interval (T1) is substantially equal to a time average value (P con ) of power within the second sub-interval (T2). Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei in dem ersten Betriebsmodus der erhöhte zeitliche Durchschnittswert (Ph) der Leistung im zweiten Teilintervall (T2) so bemessen ist, dass er den niedrigen zeitlichen Durchschnittswert (Pr) der Leistung innerhalb des ersten Teilintervalls (T1) kompensiert, so dass ein resultierender zeitlicher Durchschnittswert (Pm) der Leistung bezogen auf die gesamte Aktualisierungszeit (P) in dem ersten Betriebsmodus im Wesentlichen gleich dem entsprechenden zeitlichen Durchschnittswert (Pcon) der Leistung im zweiten Betriebsmodus ist.procedure according to claim 2 , wherein in the first operating mode the increased time-average value (P h ) of the power in the second sub-interval (T2) is dimensioned such that it compensates for the low time-average value (P r ) of the power within the first sub-interval (T1), so that a resulting time-average (P m ) of power relative to the total update time (P) in the first mode of operation is substantially equal to the corresponding time-average (P con ) of power in the second mode of operation. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei in einem dritten Betriebsmodus, in welchen von dem ersten Betriebsmodus wahlweise umgeschaltet wird, die Lichtquelle (24) innerhalb des zum ersten Teilintervall (T1) komplementären zweiten Teilintervalls (T2) der Aktualisierungszeit (P) nicht mit Leistung versorgt wird.procedure according to claim 2 or 3 , wherein in a third operating mode, into which the first operating mode is selectively switched, the light source (24) is not supplied with power within the second sub-interval (T2) of the update time (P) complementary to the first sub-interval (T1). Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der dritte Betriebsmodus zum Umschalten ausgewählt wird, wenn (a) eine für das oder die betreffenden Bit-Segmente (B0-B14) bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle (24) abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls (T1) emittiert wird, einen vorgegebenen ersten Schwellwert unterschreitet; und (b) bestimmt wird, dass eine voraussichtliche Dauer, in welcher die für das jeweilige Bit-Segment (B0-B14) bestimmte Lichtmenge in dem genannten Bereich liegt, mehr als ein zweiter Schwellwert beträgt.procedure according to claim 4 , wherein the third operating mode for switching is selected when (a) a specific quantity of light for the relevant bit segment(s) (B0-B14) is emitted by the light source (24) as a function of the power and the duration of the first sub-interval (T1 ) is emitted falls below a predetermined first threshold value; and (b) it is determined that an expected duration in which the amount of light determined for the respective bit segment (B0-B14) lies in the said range is greater than a second threshold value. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Betriebsmodus ausgewählt wird, wenn (a) eine für das oder die betreffende Bit-Segment (B0-B14) bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls (T1) emittiert wird, einen vorgegebenen ersten Schwellwert unterschreitet; und (b) bestimmt wird, dass eine voraussichtliche Dauer, in welcher die für das jeweilige Bit-Segment (Bo-B14) bestimmte Lichtmenge in dem genannten Bereich liegt, weniger als ein zweiter Schwellwert beträgt.Method according to one of Claims 1 until 5 , wherein the first operating mode is selected if (a) a certain quantity of light for the relevant bit segment (B0-B14) is emitted by the light source depending on the power and the duration of the first sub-interval (T1), a falls below a predetermined first threshold value; and (b) it is determined that an expected duration in which the amount of light determined for the respective bit segment (Bo-B14) lies in the said range is less than a second threshold value. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3 bis 6, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, wobei der zweite Betriebsmodus ausgewählt und in diesen umgeschaltet wird, wenn eine für das Bit-Segment (B0-B14) bestimmte Lichtmenge, die von der Lichtquelle (24) abhängig von der Leistung und der Zeitdauer des ersten Teilintervalls (T1) emittiert wird, einen bzw. den vorgegebenen ersten Schwellwert überschreitet.Method according to one of claims 2 or 3 until 6 , as far as related to claim 2 , Wherein the second operating mode is selected and switched to when a certain amount of light for the bit segment (B0-B14) is emitted by the light source (24) as a function of the power and the duration of the first partial inter valls (T1) is emitted exceeds a or the predetermined first threshold value. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5, 6, oder 7, soweit rückbezogen auf Anspruch 5 oder 6, wobei der erste Schwellwert 20 % oder weniger eines von einer Nennleistung der Lichtquelle (24) abhängigen Maximalwerts einer innerhalb des Bit-Segments abgebbaren Lichtmenge beträgt, vorzugsweise 15 % oder weniger, weiter vorzugsweise 10 % oder weniger, weiter vorzugsweise 5 % oder weniger, am meisten bevorzugt 1 % oder weniger.Method according to one of Claims 5 , 6 , or 7, if referred back to claim 5 or 6 , wherein the first threshold value is 20% or less of a maximum value of an amount of light that can be emitted within the bit segment, which is dependent on a nominal power of the light source (24), preferably 15% or less, more preferably 10% or less, more preferably 5% or less, most preferably 1% or less. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der zweite Schwellwert zwischen 10 Minuten und 60 Minuten beträgt.Method according to one of Claims 5 or 6 , where the second threshold is between 10 minutes and 60 minutes. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lichtquelle (24) eine Halbleiterlichtquelle ist, vorzugsweise eine Laserdiode oder ein Laserdiodenarray.Method according to one of Claims 1 until 9 , wherein the light source (24) is a semiconductor light source, preferably a laser diode or a laser diode array. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei in dem ersten und/oder zweiten Betriebsmodus mit Hilfe eines der Halbleiterlichtquelle zugeordneten Peltierelements (26) eine Sperrschichttemperatur in der Halbleiterlichtquelle nachgeregelt wird.procedure according to claim 10 , wherein in the first and/or second operating mode a junction temperature in the semiconductor light source is readjusted with the aid of a Peltier element (26) assigned to the semiconductor light source. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest in dem ersten Betriebsmodus die Leistung, mit welcher die Lichtquelle (24) versorgt wird, über das erste Teilintervall (T1) und zweite Teilintervall (T2) hinweg bzw. über das komplette Bit-Segment hinweg wahlweise in einem kontinuierlichen Modus im Wesentlichen konstant gehalten wird, oder in einem diskontinuierlichen Modus geregelt wird.Method according to one of Claims 1 until 11 , wherein at least in the first operating mode the power with which the light source (24) is supplied, over the first sub-interval (T1) and second sub-interval (T2) or over the complete bit segment, optionally in a continuous mode substantially held constant or controlled in a discontinuous mode. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (24) und die bildzeugende Einheit (8) Teil eines AR-Head-Up-Displays sind, wobei der von der bilderzeugenden Einheit (8) ausgegebene Lichtstrahl über eine Optik (30 - 33) auf einen Combiner (40) gelenkt wird, der durch ein holographisches optisches Element ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the light source (24) and the imaging unit (8) are part of an AR head-up display, the light beam emitted by the imaging unit (8) being transmitted via an optic (30 - 33) is directed to a combiner (40) formed by a holographic optical element. Vorrichtung, insbesondere ein AR-Head-UP-Display, umfassend eine bilderzeugende Einheit (8) mit digitaler Mikrospiegelvorrichtung (22) sowie wenigstens eine Lichtquelle (24), umfassend eine Steuervorrichtung (10, 12, 14), die zur Ausführung der Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.Device, in particular an AR head-up display, comprising an image-generating unit (8) with a digital micromirror device (22) and at least one light source (24), comprising a control device (10, 12, 14) for carrying out the method steps according to one of the Claims 1 until 13 is set up.
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