DE102022114026A1

DE102022114026A1 - Dynamisches projektionssystem und fahrzeug mit einem solchen system

Info

Publication number: DE102022114026A1
Application number: DE102022114026.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Gammer; Philip Pikart
Original assignee: Ams Osram Automotive Lighting Systems GmbH; Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Lighting Systems GmbH; Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07
Also published as: WO2023232991A1

Abstract

Ein dynamisches Projektionssystem umfasst eine Lichtquelle, eine Kollimatorlinse, ein LCD-Element und eine Projektionsoptik, die in dieser Reihenfolge hintereinander vor einer Projektionsebene, die nicht Teil des dynamischen Projektionssystems ist, angeordnet sind, wobei: (i) das LCD-Element mehrere LCD-Segmente umfasst, die von der Lichtquelle ausgeleuchtet werden; (ii) jedem der LCD-Segmente eines von mehreren Projektionselementen der Projektionsoptik eineindeutig zugeordnet ist; (iii) die mehreren LCD-Segmente jeweils wenigstens ein LCD-Subsegment mit einem durch das jeweilige Projektionselement auf die Projektionsebene projizierbaren Bildelement umfassen; (iv) wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von wenigstens einem der LCD-Subsegmente elektrisch steuerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dynamisches Projektionssystem und ein Fahrzeug mit einem solchen System. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein solches System, das dazu geeignet ist, statischen Bildelementen Dynamik zu verleihen bzw. Bildanimationen zu erzeugen.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Bewegungsanimationen zu generieren. Meist wird dies dadurch erreicht, dass einzelne Bilder in kurzen zeitlichen Abständen präsentiert werden, was einem Betrachter ab einer Bildfolge von ca. 14 - 16 Bildern pro Sekunde als Bewegung erscheint, wenn auch vielleicht noch nicht als eine ruckelfreie, da das menschliche Auge bis zu diesem Wert Einzelbilder getrennt wahrnimmt.
Mit Techniken wie z. B. DMD (Digital Micromirror Device), LCoS (Liquid Crystal on Silicon) oder OLED (Organic LED) lassen sich sowohl Projektoren als auch Displays realisieren, wobei für den Einsatz im „Home Entertainment“ oder im Fahrzeug- speziell im Automobilsektor zur Anzeige bzw. Projektion von (Warn-) Hinweisen und Informationen strahlungsphysikalische Größen wie etwa Auflösung, Kontrast, Strahldichte und dergleichen mit gleicher oder unterschiedlicher Gewichtung entscheidend sind.
Diese technisch-optischen Merkmale müssen in dem Maße in den Hintergrund treten, wie z. B. praktische Gründe wie etwa Größe, Gewicht, Wartungsfreiheit etc. oder finanzielle Aspekte an Bedeutung gewinnen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dynamisches Projektionssystem, das kompakt und dazu geeignet ist, durch Projektion einzelner Bildelemente auf eine Projektionsebene diesen Bildelementen Dynamik und Bewegung zu verleihen, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen System bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1) umfasst ein dynamisches Projektionssystem eine Lichtquelle, eine Kollimatorlinse, ein LCD-Element und eine Projektionsoptik, die in dieser Reihenfolge hintereinander vor einer Projektionsebene, die nicht Teil des dynamischen Projektionssystems ist, angeordnet sind, wobei das LCD-Element mehrere LCD-Segmente umfasst, die von der Lichtquelle ausgeleuchtet werden; jedem der LCD-Segmente eines von mehreren Projektionselementen der Projektionsoptik eineindeutig zugeordnet ist; die mehreren LCD-Segmente jeweils wenigstens ein LCD-Subsegment mit einem durch das jeweilige Projektionselement auf die Projektionsebene projizierbaren Bildelement umfassen; wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von wenigstens einem der LCD-Subsegmente elektrisch steuerbar ist.
Der Titel „Dynamisches Projektionssystem“ der vorliegenden Erfindung ist - nomen est omen - als Gegensatz zu einem System zu verstehen, dass lediglich dazu geeignet ist, unbewegte (statische) Bildelemente zu projizieren. Als Lichtquelle kann jede bekannte Lichtquelle wie etwa eine oder mehrere weiter unten genannte LED(s) oder jede andere „künstliche Lichtquelle“ (DIN 5039), die dazu geeignet ist, eine Linse, hier eine Kollimatorlinse, großflächig auszuleuchten, verwendet werden. Hierzu muss die Lichtquelle einen großen Ausstrahlungswinkel bzw. Öffnungswinkel für das abgestrahlte Strahlenbündel besitzen. Ein LCD-Element (Liquid Crystal Display-Element) bzw. ein Element einer Flüssigkristallanzeige ist dem Fachmann seit langem wohl bekannt. Seine Funktion und Verwendung in Anzeigen, Bildschirmen und Projektoren beruht insbesondere darauf, dass in ihm angeordnete Flüssigkristalle Polarisationsrichtung, Reflexion und Transmission von Licht beeinflussen, wenn an sie eine wohl definierte Spannung angelegt wird, wobei ein LCD-Elemente üblicherweise in einzelne Untereinheiten, so genannte LCD-Segmente, unterteilt bzw. segmentiert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das LCD-Element mit Hilfe der Lichtquelle durchstrahlt werden, und die in den einzelnen LCD-Segmenten, d. h. in der Objektebene, angeordneten Bildelemente können mit Hilfe der jeweiligen, ihnen eineindeutig zugeordneten Projektionselemente als fokussierende optische Komponenten des dynamischen Projektionssystems in die Projektionsebene (Bildebene) projiziert werden, wobei letztere in Form einer Projektionsfläche realisiert ist. Zur gleichmäßigen Durchstrahlung der Bildelemente, d. h. hier zur Erzeugung eines parallelen Strahlenbündels, dient die oben bereits erwähnte Kollimatorlinse, auf und bezüglich deren optischer Achse vorteilhafterweise das LCD-Element und die Projektionselemente mittig angeordnet sind. Die Lichtquelle befindet sich hierzu im objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse, so dass eine kompakte Bauweise durch eine kurzbrennweitige Kollimatorlinse begünstigt ist. Die Projektionsoptik umfasst vorzugsweise wenigstens eine Linse und bildet die vor ihr angeordneten Bildelemente in die Projektionsebene ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das dynamische Projektionssystem mehrere Bildelemente, die alle oder nur teilweise identisch, im Wesentlichen identisch oder verschieden sein können, wobei „im Wesentlichen identisch“ hier bedeutet, dass durch mehrere Bildelemente „im Prinzip“ das gleiche Bildelement dargestellt sein kann, z. B. ein Fußgänger, dieser Fußgänger aber durch die mehreren Bildelemente in unterschiedlichen Phasen seiner Bewegung dargestellt sein kann, so dass der Eindruck einer Bewegung vermittelt werden kann, indem die einzelnen Phasen in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgend angezeigt werden. Die Anzeige der einzelnen Phasen kann entweder an derselben Position in der Projektionsebene oder versetzt an verschiedenen Positionen erfolgen. Im erster Fall ergibt sich eine größere Dynamik, während der letzte Fall einen geringeren Anzeigeplatz benötigt. Bezüglich der physikalischen Größen muss grundsätzlich zwischen den oben genannten strahlungsphysikalischen Größen, die keine Bewertung durch einen Empfänger berücksichtigen, und den so genannten lichttechnischen Größen, wo dies der Fall ist, unterschieden werden. Die ersten umfassen nach DIN 5031 Blatt 1 den Strahlungsfluss, die Strahlstärke, die Strahldichte und die Bestrahlungsstärke. Die zweiten nach DIN 5031 Blatt 2 entsprechend der Lichtstrom, die Lichtstärke, die Leuchtdichte und die Beleuchtungsstärke. Alle genannten Größen sind natürlich spektrale Größen, so dass z. B. die Strahlstärke auf einen mehr oder weniger großen Wellenlängenbereich (Farbwahrnehmung) bezogen ist.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 2) kann wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von mehreren LCD-Subsegmenten unabhängig voneinander steuerbar sein.
Das heißt, gemäß diesem Aspekt kann beispielsweise die Strahldichte von mehreren, vorzugsweise allen, LCD-Subsegmenten unabhängig voneinander steuerbar sein. Alternativ kann die Steuerung der Strahldichte für alle der mehreren LCD-Subsegmente identisch oder korrelierend erfolgen. Vorzugsweise können Untergruppen, bestehend jeweils aus mindestens einem der LCD-Subsegmente, unterschiedlich im Hinblick auf den Betrag und/oder die strahlungsphysikalische Größe gesteuert werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 3) kann wenigstens eines der mehreren LCD-Segmente mehrere LCD-Subsegmente umfassen, die wenigstens teilweise sich überlagernd auf die Projektionsebene projizierbar sind.
Gemäß diesem Aspekt kann z. B. schematisch eine Figur in unterschiedlichen Bewegungsphasen dargestellt werden, wobei sich alle Phasen überlagern, d. h. auf die gleiche Stelle der Projektionsfläche projiziert werden, jedoch nicht gleichzeitig, sondern in vorbestimmter zeitlicher Abfolge, so dass sich eine ortsgebundene Bewegung des Bildelements ergibt. Je geringer die Überlappung, desto mehr Dynamik ergibt sich für die dargestellte Figur.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 4) kann die wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe die Strahldichte sein, die zwischen null und einem Maximalwert steuerbar ist.
Gemäß diesem Aspekt kann der Betrag der Strahldichte zwischen zwei Extremwerten (null bzw. Maximalwert) umgeschaltet, d. h. das entsprechende LCD-Subsegment ein- und ausgeschaltet werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 5) erfolgt die Steuerung der Strahlungsleistung stufenlos.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 6) kann die Steuerung der Strahlungsleistung mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation eines Steuersignals einer Steuerungseinheit erfolgen.
Dieser Aspekt hat den bekannten Vorteil, dass ein Stromfluss entweder komplett unterbunden wird (keine Verlustleistung fällt ab) oder komplett durchgeschaltet wird (Leistungsverlust minimal).
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 7) können die Bildelemente Piktogramme oder Teile von Piktogrammen umfassen.
Gemäß diesem Aspekt sind nicht ganze Piktogramme als Bildelemente denkbar, d. h. Symbole, Informationen, grafische Darstellungen, Text als Ganzes, sondern vorteilhafterweise auch Teile davon. So lässt sich der Inhalt von Texten durch entsprechende Kombination von Wörtern als Teile von Bildelementen anpassen. Ferner können Piktogramme aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die zu unterschiedliche Deutung führen können. Z. B. können die Piktogramme für „Anschnallen“ bzw. „Gurt lösen“ im Falle z. B. eines Kraftfahrzeugs aus zwei Komponenten zusammengesetzt werden, wobei im ersten Fall die Schlosszunge dem Gurtschloss überlagert und im zweiten Fall in einer gewissen Entfernung dargestellt wird. Vorteilhafterweise lassen sich beide Situationen farblich betonen (z. B. rot bzw. grün). Vorteilhafterweise lässt sich das Verbinden bzw. das Lösen der Schlosszunge aus dem Gurtschloss auch animieren, so dass nicht nur die Endzustände angezeigt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 8) kann die Lichtquelle wenigstens eine LED umfassen.
Vorteilhafterweise sind LEDs energie- und platzsparend und stehen in mehreren Farben zur Verfügung. Doch ist prinzipiell natürlich jede Form elektrischer Hintergrundbeleuchtung denkbar.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 9) kann die Lichtquelle mehrere LEDs umfassen, die unabhängig voneinander steuerbar sind und monochromatisches Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden.
Gemäß diesem Aspekt sind somit durch Mischen Farbtöne realisierbar, die eine einzelne LED nicht erzeugen kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 10) kann wenigstens eines der mehreren LCD-Subsegmente farbig dargestellt werden.
Gemäß diesem Aspekt ist eine farbliche Darstellung auch mit LEDs, die weißes Licht aussenden möglich, indem die LCD-Subsegmente selbst einen bestimmten Farbton aufweisen. Diese Möglichkeit ist aus konstruktiven und damit finanziellen Gründen für manche Anwendungsfälle der oben beschriebenen Variante überlegen, wenn z. B. auf eine große Variabilität verzichtet werden kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 11) können die mehreren LCD-Segmente in einem n x m Array mit n, m eℕ angeordnet sein.
Gemäß diesem Aspekt können die einzelnen LCD-Segmente in einem Feld mit n Segmenten in einer und m Segmenten in der anderen Richtung angeordnet sein, was von einem einzelnen Segment über eine lineare Aufreihung bis zu einer rechteckig-flächigeren Anordnung zahlreiche Möglichkeiten beinhaltet. Hierbei bedeutet N die Menge der natürlichen Zahlen. Alternativ können die einzelnen LCD-Segmente auch in nicht-rechteckiger Form aneinandergereiht sein, z. B. in Form einer Treppe oder eines Kreises.
Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 12) ist ein Fahrzeug ein Fahrzeug mit einem dynamischen Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Automobil, kann aber auch jedes andere Fahrzeug sein.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines dynamischen Projektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung des LCD-Elements in 1;
3 eine schematische Darstellung eines Piktogramms gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer Steuerung des dynamischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung einer Modifikation der Steuerung von 4.

Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst ein dynamisches Projektionssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung - von links nach rechts - eine LED 12 als Lichtquelle, eine Kollimatorlinse 14, die eine konkav-konvexe Linse ist, ein LCD-Element 16 und eine Projektionsoptik 18. Die Komponenten 12, 14, 16 und 18 sind in einem Abstand f, der die Brennweite der Projektionsoptik 18 ist, vor einer Projektionsebene E, in der sich eine Projektionsfläche P befindet, angeordnet.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist das LDC-Element 16 aus einem quadratischen Array oder Feld von 2 x 2 LCD-Segmenten 20 gebildet, die wiederum jeweils mehrere LCD-Subsegmenten 22 umfassen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind alle LCD-Subsegmente 22 unabhängig voneinander so steuerbar, dass ihre wahrgenommene Helligkeit zwischen 0 (ausgeschaltet bzw. undurchsichtig für das Beleuchtungslicht durch die LED 12) und einem Maximalwert geändert werden kann. Somit lässt sich jedes der LCD-Subsegmente 22 mehr oder weniger hell auf der Projektionsfläche P anzeigen. In 2 umfassen die LCD-Subsegmente 22 Kreise, Dreiecke und Quadrate.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Piktogramms gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Wie es in 3 gezeigt ist, ist das LCD-Element 16 aus vier LCD-Segmenten 20 aufgebaut, die jeweils eine bestimmte Bewegungsphase ein und derselben 24 zeigen. Jedem der vier LCD-Segmente 20 ist ein Projektionselement 26 einer Projektionsoptik 18 zugeordnet, die jeweils die 24 in ihrer entsprechenden Bewegungsphase projizieren. Wie es rechts in 3 gezeigt ist, werden alle Bewegungsphase an die gleiche Stelle der Projektionsfläche P und dort zur Überlagerung gebracht, wenn alle LCD-Segmente 20 gleichzeitig durchsichtig geschaltet sind. In zeitlicher Staffelung der Einzelbilder, was dadurch realisiert werden kann, dass die einzelnen optischen Kanäle nacheinander aktiviert werden, ergibt sich jedoch eine Animation eines Bewegungsablaufs, der so aussieht als würde er von einer mit einem Läufer mitbewegten Kamera aufgenommen worden sein („running stickman“) .
4 und 5 zeigen jeweils eine Steuerung für LDC-Subsegmente 22. Während in 4 die Steuerung mittels Pulsweitenmodulation (PWM) direkt über einen Controller 28 erfolgt, wobei in Korrelation mit dieser Steuerung eine Farbsteuerung verschiedenfarbiger LEDs der Lichtquelle und somit eine Farbmischung durchgeführt wird, ist bei Verwendung mehrerer LCD-Subsegmenten auch der Einsatz der COG (Chip on Glas) - Technik denkbar, wobei mehrere LCD-Subsegmente kontrolliert und direkt auf einem LCD-Substratglas untergebracht werden kann. Der COG kann mittels Busverbindung, z. B. SPI (Serial Peripheral Interphase), I²C (Inter-Integrated Circuit), zum Controller konfiguriert werden.
BEZUGSZEICHENLISTE

10: Dynamisches Projektionssystem
12: LED
14: Kollimatorlinse
16: LCD-Element
18: Projektionsoptik
20: LCD-Segmente
22: LCD-Subsegmente
24: Figur
26: Projektionselement
28: Controller
E: Projektionsebene
f: Brennweite von 18
P: Projektionsfläche P

Claims

Dynamisches Projektionssystem, das eine Lichtquelle, eine Kollimatorlinse, ein LCD-Element und eine Projektionsoptik umfasst, die in dieser Reihenfolge hintereinander vor einer Projektionsebene, die nicht Teil des dynamischen Projektionssystems ist, angeordnet sind, wobei: - das LCD-Element mehrere LCD-Segmente umfasst, die von der Lichtquelle ausgeleuchtet werden; - jedem der LCD-Segmente eines von mehreren Projektionselementen der Projektionsoptik eineindeutig zugeordnet ist; - die mehreren LCD-Segmente jeweils wenigstens ein LCD-Subsegment mit einem durch das jeweilige Projektionselement auf die Projektionsebene projizierbaren Bildelement umfassen; - wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von wenigstens einem der LCD-Subsegmente elektrisch steuerbar ist.
Dynamisches Projektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von mehreren LCD-Subsegmenten unabhängig voneinander steuerbar ist.
Dynamisches Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der mehreren LCD-Segmente mehrere LCD-Subsegmente umfasst, die wenigstens teilweise sich überlagernd auf die Projektionsebene projizierbar sind.
Dynamisches Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe die Strahldichte ist, die zwischen null und einem Maximalwert steuerbar ist.
Dynamisches Projektionssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Strahlungsleistung stufenlos erfolgt.
Dynamisches Projektionssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Strahlungsleistung mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation eines Steuersignals einer Steuerungseinheit erfolgt.
Dynamisches Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente Piktogramme oder Teile von Piktogrammen umfassen.
Dynamisches Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle wenigstens eine LED umfasst.
Dynamisches Projektionssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mehrere LEDs umfasst, die unabhängig voneinander steuerbar sind und monochromatisches Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden.
Dynamisches Projektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der mehreren LCD-Subsegmente farbig darstellt ist.
Dynamisches Projektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren LCD-Segmente in einem n x m Array mit n, m eℕ angeordnet sind.
Fahrzeug mit einem dynamischen Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11.