DE102022116998A1 - PROJECTION SYSTEM, VEHICLE LIGHT WITH A PROJECTION SYSTEM AND METHOD - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein statisches Projektionssystem mit einer Projektionsoptik und mit einer Maske, die der Projektionsoptik vorgeschaltet ist. Über eine Lichtquelle kann Licht durch die Maske und anschließend durch die Projektionsoptik emittiert werden, um eine Abbildung auf einer Abbildungsfläche zu projizieren. Zur Minimierung von Farbvergrößerungsfehlern der Abbildung ist in zumindest einer durchstrahlbaren Aussparung der Maske zumindest abschnittsweise eine Farbschicht ausgebildet.What is disclosed is a static projection system with projection optics and with a mask that is connected upstream of the projection optics. Using a light source, light can be emitted through the mask and then through the projection optics in order to project an image onto an imaging surface. In order to minimize color magnification errors in the image, a color layer is formed at least in sections in at least one translucent recess of the mask.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Projektionssystem, mit dem Bilder, insbesondere statisch, auf eine Abbildungsfläche projizierbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeugleuchte mit einem derartigen Projektionssystem. Außerdem ist ein Verfahren zum Auslegen eines derartigen Projektionssystems vorgesehen.The invention is based on a projection system with which images, in particular static ones, can be projected onto an imaging surface. The invention further relates to a vehicle light with such a projection system. A method for designing such a projection system is also provided.
Aus dem Stand der Technik sind statische Projektionssysteme bekannt, die ein GOBO (GOBO = Graphical Optical Blackout) aufweisen, über das, insbesondere basierend auf eine Schattenprojektion, ein Logo, ein Muster, ein Text oder ein Bild auf einer Abbildungsfläche abbildbar ist. Dem GOBO ist eine Lichtquelle vorgeschaltet und eine Projektionsoptik nachgeschaltet. Diese kann beispielsweise eine einzelne Projektionslinse aufweisen. Eine derartige Projektionslinse ist nicht geeignet, Skalen- und Farbabweichungen einer auf einer Abbildungsfläche über das Projektionssystem projizierbaren Abbildung auszugleichen. Somit treten bei der Abbildung, wie beispielsweise ein Logo, ein unerwünschter farbiger Rand auf. Der farbige Rand bzw. der Farbsaum ist abhängig von der einzelnen Projektionslinse, der gobo-seitigen numerischen Apertur (NA) - das heißt, der maximale geöffnete Lichtkegel, der mit der Projektionslinse erreichbar ist -, der Brennweite und der maximalen GOBO-Größe, die auch als Feldwinkel definiert sein kann, also als Winkel ausgehend von der Mitte der Projektionslinse bis zum maximalen Rand des GOBOs. Je größer die NA ist und/oder je kürzer Brennweite ist und/oder je größer das GOBO, desto größer sind die Farbsäume. Die Brennweite legt den Öffnungswinkel nach der Projektionslinse fest und somit die Abbildungsgröße. Denkbar wäre, die Skalen- und Farbabweichungen durch zusätzliche Projektionslinsen aus verschiedenen Materialien auszugleichen. Beispielsweise können für die Projektionsoptik anstelle einer einzelnen Projektionslinse drei Projektionslinsen aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich wäre denkbar, ein diffraktives optisches Element auf einer Linsenoberfläche der einzelnen Projektionslinse oder einer der Projektionslinsen aufzubringen, was als Hybrid-Asphäre bekannt ist. Nachteilig bei diesen Lösungen ist der vergleichsweise hohe vorrichtungstechnische und kostenintensive Aufwand.Static projection systems are known from the prior art which have a GOBO (GOBO = Graphical Optical Blackout), via which, in particular based on a shadow projection, a logo, a pattern, a text or an image can be imaged on an image surface. The GOBO is preceded by a light source and followed by projection optics. This can, for example, have a single projection lens. Such a projection lens is not suitable for compensating for scale and color deviations in an image that can be projected onto an imaging surface via the projection system. This means that an undesirable colored border appears in the image, such as a logo. The colored edge or color fringe depends on the individual projection lens, the gobo-side numerical aperture (NA) - that is, the maximum open light cone that can be achieved with the projection lens -, the focal length and the maximum GOBO size can also be defined as a field angle, i.e. as an angle starting from the center of the projection lens to the maximum edge of the GOBO. The larger the NA and/or the shorter the focal length and/or the larger the GOBO, the larger the color fringes. The focal length determines the opening angle of the projection lens and thus the image size. It would be conceivable to compensate for the scale and color deviations using additional projection lenses made of different materials. For example, three projection lenses made of at least two different materials can be used for the projection optics instead of a single projection lens. Alternatively or additionally, it would be conceivable to apply a diffractive optical element to a lens surface of the individual projection lens or one of the projection lenses, which is known as a hybrid asphere. The disadvantage of these solutions is the comparatively high level of device technology and cost-intensive effort.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Projektionssystem und eine Fahrzeugleuchte zu schaffen, bei denen jeweils auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise eine Abbildung mit vergleichsweise geringen oder keinen Skalen- und Farbabweichungen zu generieren. Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache Weise ein Projektionssystem kostengünstig und mit geringem Aufwand derart auslegbar ist, dass über dieses Abbildungen mit den vergleichsweise geringen oder keinen Skalen- und/oder Farbabweichungen projizierbar sind.The object of the present invention is to create a projection system and a vehicle light in which an image with comparatively small or no scale and color deviations can be generated in a simple and cost-effective manner in terms of device technology. Furthermore, it is the object of the present invention to create a method with which a projection system can be designed in a simple manner, cost-effectively and with little effort, in such a way that images with comparatively small or no scale and/or color deviations can be projected via this system.
Die Aufgabe hinsichtlich des Projektionssystems wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 8, hinsichtlich der Fahrzeugleuchte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.The task with regard to the projection system is solved according to the features of
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous refinements can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist ein Projektionssystem, insbesondere ein statisches Projektionssystem, vorgesehen. Dieses hat eine Projektionsoptik und eine Maske, die der Projektionsopotik vorgeschaltet ist. Die Maske ist vorzugsweise in Form eines GOBO (GOBO = Graphical Optical Blackout) ausgebildet. Insbesondere ist die Maske derart ausgestaltet, dass diese zur Schattenprojektion vorgesehen sein kann, um beispielsweise eine Abbildung eines Logos und/oder eines Musters und/oder eines Texts und/oder eines Bilds auf einer Abbildungsfläche abzubilden. Die Maske und die Projektionsoptik sind von einer der Maske vorschaltbaren Lichtquelle durchstrahlbar, um die Schattenprojektion auf der Abbildungsfläche auszuführen. Somit ist die Maske im Strahlengang der Lichtquelle vor der Projektionsoptik vorgesehen. Die Maske hat vorzugsweise eine intransparente Maskenschicht. In diese ist zumindest eine oder sind mehrere Aussparung/en ausgebildet, die vom Licht der Lichtquelle zumindest teilweise oder vollständig durchstrahlbar ist/sind. Die zumindest eine Aussparung kann beispielsweise in Form zumindest eines Logos und/oder in Form zumindest eines Musters und/oder in Form zumindest eines Texts und/oder in Form zumindest eines Bilds ausgebildet sein. Mit der intransparenten Maskenschicht und der zumindest einen darin eingebrachten durchstrahlbaren Aussparung kann die Schattenprojektion ermöglicht sein. Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil der Aussparung eine durchstrahlbare Farbschicht und/oder einen Farbfilter auf, wobei denkbar ist den Farbfilter als Farbschicht auszugestalten. Der Farbfilter ist derart ausgestaltet, dass ein Farbvergrößerungsfehler und/oder eine Farbabweichung und/oder eine Skalenabweichung der Abbildung auf der Abbildungsfläche, insbesondere im Vergleich zu einer Aussparung ohne Farbfilter, zumindest verringert oder vermieden ist.According to the invention, a projection system, in particular a static projection system, is provided. This has projection optics and a mask that is connected upstream of the projection optics. The mask is preferably designed in the form of a GOBO (GOBO = Graphical Optical Blackout). In particular, the mask is designed in such a way that it can be provided for shadow projection, for example in order to depict an image of a logo and/or a pattern and/or a text and/or an image on an imaging surface. The mask and the projection optics can be irradiated by a light source that can be connected upstream of the mask in order to carry out the shadow projection on the imaging surface. The mask is therefore provided in the beam path of the light source in front of the projection optics. The mask preferably has a non-transparent mask layer. At least one or more recesses are formed in this, which can be at least partially or completely irradiated by the light from the light source. The at least one recess can be designed, for example, in the form of at least one logo and/or in the form of at least one pattern and/or in the form of at least one text and/or in the form of at least one image. Shadow projection can be made possible with the non-transparent mask layer and the at least one irradiable recess made therein. According to the invention, at least part of the recess has a transmissible color layer and/or a color filter, it being conceivable to design the color filter as a color layer. The color filter is designed in such a way that a color magnification error and/or a color deviation and/or a scale deviation of the image on the imaging surface is at least reduced or avoided, in particular in comparison to a recess without a color filter.
Im Folgenden wird der Begriff Farbschicht verwendet, wobei die beschriebenen Ausgestaltungen bei einem Farbfilter entsprechend sein können oder es ist als Farbfilter eine Farbschicht vorgesehen.The term color layer is used below, whereby the configurations described can be corresponding to a color filter or a color layer is provided as a color filter.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf vorrichtungstechnisch einfache Weise, insbesondere ohne Anpassung der Projektionsoptik, Farbvergrößerungsfehler vermindert oder verhindert werden. Da die Farbvergrößerungsfehler aufgrund der Ausgestaltung der Maske mit der durchstrahlbaren Farbschicht vermindert oder verhindert werden, kann eine vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltete Projektionsoptik eingesetzt werden. Es ist somit nicht mehr notwendig, die Projektionsoptik aufwändig derart auszugestalten, dass über diese die Farbvergrößerungsfehler vermindert oder verhindert werden. Selbstverständlich ist denkbar, dass auch die Projektionsoptik derart ausgestaltet ist, den Farbvergrößerungsfehler zu vermindern, wobei dann in Kombination mit der Maske eine Abbildung mit einer äußerst hohen Güte ermöglicht ist. Mit anderen Worten können chromatische Aberrationen praktisch vollständig korrigiert werden, ohne dass weitere Investitionen erforderlich sind, wie beispielsweise eine Spritzgussform für eine Hybrid-Asphäre als Projektionsoptik.This solution has the advantage that color magnification errors are reduced or prevented in a simple manner in terms of device technology, in particular without adapting the projection optics. Since the color magnification errors are reduced or prevented due to the design of the mask with the irradiable color layer, projection optics with a simple device design can be used. It is therefore no longer necessary to elaborately design the projection optics in such a way that the color magnification errors are reduced or prevented. Of course, it is conceivable that the projection optics are also designed in such a way as to reduce the color magnification error, in which case, in combination with the mask, an image with an extremely high quality is then made possible. In other words, chromatic aberrations can be virtually completely corrected without requiring further investments, such as an injection mold for a hybrid asphere as projection optics.
Erfindungsgemäß ist ein Projektionssystem mit einer Projektionsoptik gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen. Diese hat eine Maske, die vorzugsweise zur Schattenprojektion ausgestaltet ist und die der Projektionsoptik vorgeschaltet ist. Die Maske und die Projektionsoptik sind von einer der Maske vorschaltbaren Lichtquelle durchstrahlbar, um insbesondere die Schattenprojektion auf einer Abbildungsfläche auszuführen. Die Maske ist mit Vorteil als Flüssigkristallanzeige oder LCD (LCD = Liquid Crystal Display) ausgebildet. Diese hat zumindest einen schaltbaren oder mehrere schaltbare Flüssigkristall-Bereich/e und zumindest einen nicht-schaltbaren oder mehrere nicht-schaltbare Flüssigkristall-Bereich/e oder lichtundurchlässige Bereich/e. Im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Bereichen ist bevorzugterweise ein Polarisationsfilter angeordnet, um das Licht der Lichtquelle vor dem Eintritt in die Bereiche zu polarisieren. Dieser kann ein Teil der Flüssigkristallanzeige sein. Außerdem ist den Bereichen bevorzugterweise ein Analysator nachgeschaltet, der beispielsweise im Strahlengang zwischen den Bereichen und der Projektionsoptik angeordnet ist, damit nur Licht mit einer bestimmten Polarisation aus dem Projektionssystem strahlt. Der Analysator ist vorzugsweise ein Teil der Flüssigkristallanzeige. Über den zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereich ist das in diesen Bereich eintretende Licht derart steuerbar oder polarisierbar, dass es wahlweise am Analysator blockiert ist oder durch den Analysator strahlt. Außerdem kann vorgesehen sein, dass Flüssigkristalle in dem zumindest einen nicht-schaltbaren Flüssigkristall-Bereich derart orientiert sind, dass aus diesem Bereich austretendes Licht durch den Analysator blockiert ist. Alternativ ist denkbar, anstelle des nicht-schaltbaren Flüssigkristall-Bereich einen lichtundurchlässigen Bereich vorzusehen. Zumindest ein Teil des zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereichs kann einen durchstrahlbaren Farbfilter aufweisen, der derart ausgestaltet ist, einen Farbvergrößerungsfehler auf der Abbildungsfläche zumindest zu verringern.According to the invention, a projection system with projection optics according to a further embodiment is provided. This has a mask, which is preferably designed for shadow projection and which is connected upstream of the projection optics. The mask and the projection optics can be irradiated by a light source that can be connected upstream of the mask, in particular to carry out the shadow projection on an imaging surface. The mask is advantageously designed as a liquid crystal display or LCD (LCD = Liquid Crystal Display). This has at least one switchable or several switchable liquid crystal region(s) and at least one non-switchable or several non-switchable liquid crystal region(s) or opaque region(s). A polarization filter is preferably arranged in the beam path between the light source and the areas in order to polarize the light from the light source before it enters the areas. This can be part of the liquid crystal display. In addition, an analyzer is preferably connected downstream of the areas, which is arranged, for example, in the beam path between the areas and the projection optics, so that only light with a specific polarization radiates from the projection system. The analyzer is preferably part of the liquid crystal display. The light entering this area can be controlled or polarized via the at least one switchable liquid crystal area in such a way that it is either blocked on the analyzer or radiates through the analyzer. In addition, it can be provided that liquid crystals in the at least one non-switchable liquid crystal region are oriented in such a way that light emerging from this region is blocked by the analyzer. Alternatively, it is conceivable to provide an opaque area instead of the non-switchable liquid crystal area. At least part of the at least one switchable liquid crystal region can have a color filter that can be transmitted through, which is designed to at least reduce a color magnification error on the imaging surface.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Maske eine Steuerbarkeit aufgrund des zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereich aufweist und zugleich eine hohe Abbildungsqualität aufgrund des Farbfilter ermöglicht ist.This solution has the advantage that the mask can be controlled due to the at least one switchable liquid crystal area and at the same time a high imaging quality is possible due to the color filter.
Sind eine Mehrzahl von schaltbaren Flüssigkristall-Bereichen vorgesehen, so ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ermöglicht durch eine entsprechende Ansteuerung der Flüssigkristall-Bereich eine dynamische oder veränderbare Abbildung auszubilden. Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen oder zumindest mit dem Projektionssystem verbindbar - bspw. kabellos oder über Kabel -, um die steuerbaren oder schaltbaren Flüssigkristall-Bereiche zu steuern und/oder um die Lichtquelle zu steuern.If a plurality of switchable liquid crystal areas are provided, a dynamic or changeable image can be formed in a simple manner in terms of device technology by appropriately controlling the liquid crystal area. Preferably, a control device is provided or at least connectable to the projection system - for example wirelessly or via cable - in order to control the controllable or switchable liquid crystal areas and/or to control the light source.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Aussparung von einer oder mehreren Aussparungskantein oder einem Aussparungsrand oder Aussparungsrändern der Maskenschicht begrenzt. Ist als Maske die Flüssigkristallanzeige vorgesehen, so ist vorzugsweise der zumindest eine schaltbare Flüssigkristall-Bereich von einem Rand begrenzt. Die Farbschicht ist vorzugsweise zumindest benachbart zur Aussparungskante oder zum Rand ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da im Kanten- oder Randbereich häufig Farbvergrößerungsfehler der Abbildung auf der Abbildungsfläche auftreten. Denkbar ist, dass sich die Farbschicht ausgehend von der Aussparungskante oder dem Rand in die Aussparung oder den Bereich erstreckt. Weiter ist denkbar, dass die Farbschicht sich zumindest abschnittsweise entlang der Aussparungskante oder des Rands oder sich entlang der gesamten Aussparungskante oder des gesamten Rands erstreckt.In a further embodiment of the invention, the at least one recess is delimited by one or more recess edges or a recess edge or recess edges of the mask layer. If the liquid crystal display is provided as a mask, the at least one switchable liquid crystal area is preferably delimited by an edge. The color layer is preferably formed at least adjacent to the recess edge or to the edge. This is advantageous because color magnification errors often occur in the image on the image surface in the edge or edge area. It is conceivable that the color layer extends from the recess edge or edge into the recess or area. Furthermore, it is conceivable that the color layer extends at least in sections along the recess edge or the edge or along the entire recess edge or the entire edge.
Mit Vorteil ist die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte Aussparung oder der gesamte Bereich mit einer Farbschicht versehen. Dies kann insbesondere bei vergleichsweise kleinen Aussparungen oder Bereichen vorteilhaft sein, da beispielsweise eine Herstellung der Farbschicht vereinfacht sein kann.The entire or essentially the entire recess or the entire area is advantageously provided with a layer of color. This can be particularly advantageous in the case of comparatively small recesses or areas, since, for example, production of the color layer can be simplified.
Die Erfindung ist anhand eines schaltbaren Flüssigkristall-Bereichs erläutert. Sind mehrere vorgesehen, so können diese oder zumindest ein Teil davon entsprechend ausgestaltet sein.In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Farbschicht Abschnitte mit unterschiedlichen Farben auf. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch auf einfache Weise gezielt Farbvergrößerungsfehler ausgeglichen werden können. Damit der Farbvergrößerungsfehler gleichmäßig ausgeglichen wird, ist denkbar, dass eine Breite der Farbschicht - in Richtung der Maskenschicht gesehen und ausgehend von der zumindest einen Aussparungskante oder den Rand gesehen - gleich ist oder im Wesentlichen gleich ist. Somit wäre denkbar, dass sich die Farbschicht bandartig entlang der Aussparungskante oder des Rands, insbesondere mit einer gleichbleibenden Breite, erstreckt, wobei die Farbschicht vorzugsweise direkt an die Aussparungskante oder den Rand angrenzt oder sich benachbart von dieser erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Farbschicht zumindest eine Mehrzahl von Farben aufweist, die ausgehend von der Aussparungskante oder dem Rand eine vorgegebene/vorberechnete Reihenfolge haben. Ist die Farbschicht bandartig ausgebildet, so wäre beispielsweise denkbar, dass diese mehrere sich parallel erstreckende Bandabschnitte in unterschiedlichen Farben aufweist, die sich in Bandrichtung erstrecken.The invention is explained using a switchable liquid crystal area. If several are provided, these or at least some of them can be designed accordingly. In a further embodiment of the invention, the color layer has sections with different colors. It has been shown that this allows color magnification errors to be specifically compensated for in a simple manner can do that. So that the color magnification error is evenly compensated for, it is conceivable that a width of the color layer - viewed in the direction of the mask layer and viewed starting from the at least one recess edge or the edge - is the same or essentially the same. It would therefore be conceivable that the color layer extends in a band-like manner along the recess edge or the edge, in particular with a constant width, the color layer preferably directly adjoining the recess edge or the edge or extending adjacent thereto. Alternatively or additionally, it can be provided that the color layer has at least a plurality of colors that have a predetermined/precalculated order starting from the recess edge or the edge. If the color layer is designed like a band, it would be conceivable, for example, for it to have several parallel extending band sections in different colors that extend in the band direction.
Mit Vorteil sind eine Mehrzahl von Aussparungen oder schaltbaren Flüssigkristall-Bereichen vorgesehen, die sich bezüglich ihrer Farbschicht/en unterscheiden, wodurch eine flexible und genaue Anpassung eines abgestrahlten Lichtbilds ermöglicht ist. Beispielsweise kann zumindest ein Bandabschnitt in der gleichen Farbe bei der Mehrzahl von Aussparungen oder Bereichen vorgesehen sein, wobei sich eine Breite der Bandabschnitte unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Aussparungen oder Bereiche unterschiedliche Farbschichten haben und/oder unterschiedliche Bandabschnitte. Die Aussparungen oder Bereiche können gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein.A plurality of recesses or switchable liquid crystal areas are advantageously provided, which differ in terms of their color layer(s), which enables flexible and precise adjustment of an emitted light image. For example, at least one band section can be provided in the same color in the plurality of recesses or areas, with a width of the band sections differing. Alternatively or additionally, it can be provided that the recesses or areas have different color layers and/or different tape sections. The recesses or areas can be designed the same or differently.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Projektionsoptik vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig eine einzelne oder einzige Projektionslinse vorgesehen. Dies ist möglich, da der Farbvergrößerungsfehler erfindungsgemäß über der Maske zumindest verringert werden kann und somit keine aufwändig ausgestaltete Projektionsoptik notwendig ist. Mit anderen Worten ist vorteilhafter Weise nur eine einzelne Projektionslinse im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Abbildungsfläche angeordnet. Sind bei einer Alternative mehrere Projektionslinsen vorgesehen, so können diese ebenfalls vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet werden, da mit diesem der Farbvergrößerungsfehler nicht kompensiert werden muss. Mit Vorteil ist die, insbesondere einzige, Projektionslinse als asphärische Linse ausgebildet. Diese hat somit mindestens eine von der kugel- oder planen Form abweichende brechende Oberfläche. Hierdurch kann ein Abbildungsfehler vermieden oder vermindert werden, welcher bei sphärischen Linsen üblich ist. Insbesondere kann eine chromatische oder sphärisch-chromatische Aberration korrigiert sein. In Kombination mit der Maske kann somit eine Abbildung mit einer äußerst hohen Güte erreicht werden.In a further embodiment of the invention, a single or single projection lens is provided as the projection optics, which is simple and cost-effective in terms of device technology. This is possible because, according to the invention, the color magnification error can at least be reduced over the mask and therefore no complex projection optics are necessary. In other words, only a single projection lens is advantageously arranged in the beam path between the light source and the imaging surface. If several projection lenses are provided in an alternative, these can also be designed to be simple in terms of device technology, since the color magnification error does not have to be compensated for. The projection lens, in particular the only one, is advantageously designed as an aspherical lens. This therefore has at least one refractive surface that deviates from the spherical or flat shape. In this way, an imaging error can be avoided or reduced, which is common with spherical lenses. In particular, chromatic or spherical-chromatic aberration can be corrected. In combination with the mask, an image with an extremely high quality can be achieved.
Ist als Maske eine Flüssigkristallanzeige vorgesehen, so sind vorzugweise zwei Projektionslinsen, insbesondere in Reihe, angeordnet, um eine Abbildungsschärfe weiter zu verbessern.If a liquid crystal display is provided as a mask, two projection lenses are preferably arranged, in particular in series, in order to further improve image sharpness.
Die Projektionslinse/n ist/sind beispielsweise kostengünstig und leicht aus Kunststoff ausgebildet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Projektionsoptik eine Lochblende oder Aperturblende nachgeschaltet oder in die Projektionsoptik, insbesondere in die Projektionslinse, integriert. Diese ist im Strahlengang des von der Lichtquelle emittierbaren Lichts somit nach der Projektionsoptik vorgesehen. Hierdurch kann beispielsweise auf einfache Weise die Schärfe der Abbildung verbessert werden. In Kombination mit der Maske und beispielsweise einer einzigen Projektionslinse führt dies zu einer vorrichtungstechnisch äußerst einfachen Ausgestaltung eines Projektionssystems, das eine hohe Abbildungsgüte aufweist.The projection lens/s is/are, for example, inexpensive and lightweight made of plastic. In a further embodiment of the invention, a pinhole or aperture diaphragm is connected downstream of the projection optics or integrated into the projection optics, in particular into the projection lens. This is therefore provided after the projection optics in the beam path of the light that can be emitted by the light source. In this way, for example, the sharpness of the image can be easily improved. In combination with the mask and, for example, a single projection lens, this leads to an extremely simple design of a projection system in terms of device technology that has a high imaging quality.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Maske kostengünstig und einfach als Folie ausgebildet. Diese ist beispielsweise flach oder eben. Eine derartige Folie kann äußerst einfach mit der Maskenschicht und/oder Farbschicht ausgebildet werden.In a further embodiment of the invention, the mask is inexpensive and simply designed as a film. This is, for example, flat or even. Such a film can be formed extremely easily with the mask layer and/or color layer.
Vorzugsweise wird die Maskenschicht und/oder die Farbschicht durch ein Druckverfahren auf die, insbesondere als Folie, ausgebildete Maske aufgebracht. Ist die Maske als Folie ausgebildet, so kann diese besonders einfach und kostengünstig bedruckt werden. Mit anderen Worten kann die, insbesondere als Folie, ausgebildete Maske auf einem Drucker mit der Maskenschicht und/oder Farbschicht bedruckt werden oder auf einem Film entwickelt werden, was äußerst kostengünstig ist.Preferably, the mask layer and/or the color layer is applied to the mask, in particular as a film, by a printing process. If the mask is designed as a film, it can be printed particularly easily and inexpensively. In other words, the mask, in particular as a film, can be printed on a printer with the mask layer and/or color layer or developed on a film, which is extremely cost-effective.
Alternativ ist denkbar, dass die Maske ein, insbesondere transparentes, Substrat, wie beispielsweise Glas, aufweist. Das Substrat wiederum kann die lichtundurchlässige Maskenschicht aufweisen, in die dann die zumindest eine durchstrahlbare Aussparung eingebracht ist. Die Farbschicht kann beispielsweise als Lackierung auf das Substrat aufgebracht werden. Selbstverständlich ist aus denkbar die Maske als Folie zu lackieren. Denkbar ist auch, die Maskenschicht als lithographisch hergestellte Schicht oder Chromschicht auf das Substrat aufzubringen.Alternatively, it is conceivable that the mask has a, in particular transparent, substrate, such as glass. The substrate in turn can have the opaque mask layer, into which the at least one transilluminable recess is then introduced. The color layer can, for example, be applied to the substrate as a varnish. Of course, it is conceivable to paint the mask as a film. It is also conceivable to apply the mask layer to the substrate as a lithographically produced layer or chrome layer.
Es hat sich gezeigt, dass ein lithographisches Herstellungsverfahren der Farbschichten - insbesondere die lithographisch hergestellt Schicht oder Chromschicht - auf der Maske in Kombination mit einer Laser-Lichtquelle als vorgeschaltete Lichtquelle bei dem Projektionssystem zu Abbildungen mit einem äußerst geringen oder keinen Farbvergrößerungsfehler führt.It has been shown that a lithographic production process of the color layers - in particular the lithographically produced layer or chrome layer - on the mask in combination with a laser light source as the upstream light source in the projection system leads to images with an extremely low or no color magnification error.
Denkbar wäre alternativ oder zusätzlich die Maske einfach durch eine sogenannte Farbkupplerrekation herzustellen. Hierbei wird ein transparentes Substrat oder eine transparente Folie - vorgesehen, das/die farbgebende Substanzen als Kuppler in farblosem Zustand aufweist. Durch Energieeinwirkung reagieren diese Substanzen mit einem Farbumschlag, wodurch die Maske und/oder der Farbfilter ausbildbar ist/sind. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar ein Laser-Color-Folie-Verfahren einzusetzen. Die Maske in Form der Folie kann vorzugsweise zwei oder drei Farbschichten mit einer jeweils anderen Farbe (bspw. Rot, Grün und Blau) haben, die aufeinander liegen. Die Farbschichten können mit einem Laser derart abgetragen werden, um die gewünschte Ausgestaltung des Farbfilters auszubilden. Wird beispielsweise ein Abschnitt der roten Farbschicht abgetragen, wo würde in diesem Abschnitt die grüne und blaue Farbschicht weiter vorhanden sein, wodurch sich Türkis ergibt.Alternatively or additionally, it would be conceivable to simply produce the mask using a so-called color coupler reaction. Here, a transparent substrate or a transparent film is provided which has coloring substances as couplers in a colorless state. When exposed to energy, these substances react with a color change, whereby the mask and/or the color filter can be formed. Alternatively or additionally, it is conceivable to use a laser color film process. The mask in the form of the film can preferably have two or three layers of color, each with a different color (e.g. red, green and blue), which lie on top of each other. The color layers can be removed with a laser in order to form the desired design of the color filter. For example, if a section of the red paint layer is removed, the green and blue paint layers would still be present in this section, resulting in turquoise.
Weiter vorzugsweise weist das Projektionssystem die Lichtquelle auf, die der Maske vorgeschaltet ist. Die Lichtquelle ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass diese weißes Licht emittiert. Denkbar wäre auch, dass die Lichtquelle Licht im RGB-Farbraum emittiert.Further preferably, the projection system has the light source which is connected upstream of the mask. The light source is preferably designed such that it emits white light. It would also be conceivable that the light source emits light in the RGB color space.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine Licht-emittierende Diode (LED) oder ein LED-Modul, mit mehreren, insbesondere verschiedenfarbigen LEDs. Eine LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form einer Mikro-LED oder einer Nano-LED (Smart Dust), vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat (Submount) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine befestigt sein, durch einen Chip on Board Prozess (CoB). Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs, beispielsweise OLEDs wie Polymer-OLEDs, einsetzbar. Die LEDs können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Die LEDs können weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie emittieren, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Erfindungsgemäß ist eine Fahrzeugleuchte mit dem Projektionssystem gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Eine derartige Fahrzeugleuchte ist vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet und kann Abbildungen auf einer Abbildungsfläche in einer hohen Qualität darstellen. Da das Projektionssystem einfach und mit wenigen Komponenten ausgestaltet ist, ist es auch äußerst robust und somit äußerst vorteilhaft für eine Fahrzeugleuchte geeignet, die äußeren Krafteinflüssen und Witterungsbedingungen ausgesetzt ist.The light source is preferably a light-emitting diode (LED) or an LED module, with several, in particular different colored LEDs. An LED can be in the form of at least one individually housed LED or in the form of a micro-LED or a nano-LED (Smart Dust). Several LED chips can be mounted on a common substrate (submount) and form an LED or can be attached individually or together, for example on a circuit board, using a chip on board process (CoB). Instead of or in addition to inorganic LEDs, for example based on AlInGaN or InGaN or AlInGaP, organic LEDs, for example OLEDs such as polymer OLEDs, can also generally be used. The LEDs can be directly emitting or have an upstream phosphor. Alternatively, the light-emitting component may be a laser diode or a laser diode array. It is also conceivable to provide an OLED luminous layer or several OLED luminous layers or an OLED luminous area. The emission wavelengths of the light-emitting components can be in the ultraviolet, visible or infrared spectral range. The light-emitting components can also be equipped with their own converter. The LEDs can emit white light in the standardized ECE white field of the automotive industry, for example realized by a blue emitter and a yellow/green converter. According to the invention, a vehicle light is provided with the projection system according to one or more of the preceding aspects. Such a vehicle light is designed to be simple and cost-effective in terms of device technology and can display images on an imaging surface in high quality. Since the projection system is simple and has a few components, it is also extremely robust and therefore extremely advantageous for a vehicle light that is exposed to external forces and weather conditions.
Vorzugsweise ist das Projektionssystem kompakt als Modul ausgebildet.The projection system is preferably designed to be compact as a module.
Die Lichtquelle kann auf einer Leiterplatte oder ein PCB (PCB = Printed Circuit Board) angeordnet und befestigt sein. Die Leiterplatte kann einen metallischen Kern aufweisen, wobei es sich somit um eine Metal-Core PCB handeln kann.The light source can be arranged and attached to a circuit board or a PCB (PCB = Printed Circuit Board). The circuit board can have a metallic core, which can therefore be a metal-core PCB.
Die Flüssigkristallanzeige ist mit Vorteil in einem Rahmen aufgenommen. Über diesen kann die Anzeige an der Leiterplatte befestigt sein. Der Rahmen ist äußerst robust als Metallrahmen ausgebildet, um die Flüssigkristallanzeige sicher vor äußeren Krafteinflüssen zu schützen, insbesondere wenn das Projektionssystem in einem Fahrzeug eingesetzt ist.The liquid crystal display is advantageously housed in a frame. The display can be attached to the circuit board via this. The frame is designed to be extremely robust as a metal frame in order to safely protect the liquid crystal display from external forces, especially when the projection system is used in a vehicle.
Die Flüssigkristallanzeige ist beispielsweise mit der Leiterplatte elektrisch über eine Kabelanschluss verbunden, um diese zu bestromen und zu steuern.The liquid crystal display is, for example, electrically connected to the circuit board via a cable connection in order to power and control it.
Weiter vorzugsweise ist zwischen der Lichtquelle und der Maske, insbesondere in Form der Flüssigkristallanzeige, ein Kollimator angeordnet, der Licht der Lichtquelle hin zur Maske führt. Vorzugsweise dient der Kollimator zur Erzeugung von Licht mit einem annähernd parallelem Strahlengang. Diese Kollimation dient vorzugsweise dazu, dem Licht eine bestimmte Richtung zu geben, was insbesondere vorteilhaft für die Flüssigkristallanzeige ist.Further preferably, a collimator is arranged between the light source and the mask, in particular in the form of the liquid crystal display, which guides light from the light source to the mask. The collimator preferably serves to generate light with an approximately parallel beam path. This collimation preferably serves to give the light a specific direction, which is particularly advantageous for the liquid crystal display.
Der Anmelder behält sich vor, einen unabhängigen Anspruch auf ein Fahrzeug mit der Fahrzeugleuchte gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Aspekte zu richten.The applicant reserves the right to make an independent claim to a vehicle with the vehicle lamp in accordance with one or more of the aforementioned aspects.
Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.The vehicle may be an aircraft or a water-based vehicle or a land-based vehicle. The land-based vehicle may be a motor vehicle or a rail vehicle or a bicycle. The vehicle is particularly preferably a truck or a passenger car or a motorcycle. The vehicle can furthermore be designed as a non-autonomous or semi-autonomous or autonomous vehicle.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Auslegen eines Projektionssystems gemäß einem oder mehreren der genannten Aspekte mit folgenden Schritten vorgesehen:
- - Ermittlung einer vorgesehenen Zielabbildung, wie beispielsweise eines Logos, mit einer vorgesehenen Lichtverteilung auf einer vorgesehenen Abbildungsfläche. Die Zielabbildung soll hierbei vorzugsweise eine möglichst homogene Farbe, insbesondere weiß, und/oder eine möglichst homogene Farbverteilung aufweisen.
- - Ermittlung - basierend auf der ermittelten Zielabbildung der vorgesehenen Projektionsoptik des Projektionssystems - die Ausgestaltung der Farbschicht in der zumindest einen Aussparung der Maske oder in dem zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereich und vorzugsweise die Ausgestaltung der Aussparung oder des zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereich derart, dass das Projektionssystem mit dieser Maske die Zielabbildung auf der vorgesehenen Abbildungsfläche wunschgemäß ausbildet. Insbesondere wird basierend auf der Zielabbildung und basierend auf der vorgesehenen Projektionsoptik und bei Bedarf basierend auf weiteren Komponenten, wie beispielsweise die Lochblende, die Ausgestaltung, Anordnung und Verteilung der Farben, falls mehrere vorgesehen sind, ermittelt. In anderen Worten erfolgt eine Rückwärtsberechnung, um die farbige Maske zu erzeugen, wodurch Farbvergrößerungsfehler, insbesondere der einzelnen Projektionslinse, minimiert sind.
- - Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Ausgestaltung der Farbschicht und möglicherweise auch die Ausgestaltung - insbesondere die Größe und Form - der Aussparung oder des zumindest einen schaltbaren Flüssigkristall-Bereichs, basierend auf den drei Basiswellenlängen für rot, grün und blau. Es hat sich gezeigt, dass dies ausreichend ist, um weitestgehend den Farbvergrößerungsfehler zu minimieren. Mit anderen Worten wird für das optische System in Form des Projektionssystems umgekehrt ausgehend von der Abbildung oder Zielabbildung, insbesondere für drei Hauptfarben (RGB) rückwärts eine Berechnung oder Auslegung durchgeführt. Somit gelangt man von der Zielabbildung zur Maske. Somit kann das Design oder die Auslegung des Projektionssystems derart erfolgen, dass das System kostengünstiger ist, da der Farbvergrößerungsfehler nicht mit Glaslinsen minimiert werden muss und somit eine Projektionslinse oder mehrere Projektionslinsen aus - vorzugsweise gleichem - Kunststoff für die Projektionsoptik eingesetzt werden können. Für bekannte optische Systeme und alle bekannten Bildfehler kann die Auslegung leicht durchgeführt werden.
- - Determination of an intended target image, such as a logo, with an intended light distribution on an intended image area. The target image should preferably have a color that is as homogeneous as possible, in particular white, and/or a color distribution that is as homogeneous as possible.
- - Determination - based on the determined target image of the intended projection optics of the projection system - the design of the color layer in the at least one recess of the mask or in the at least one switchable liquid crystal area and preferably the design of the recess or the at least one switchable liquid crystal area in such a way, that the projection system uses this mask to form the target image on the intended imaging surface as desired. In particular, based on the target image and based on the intended projection optics and, if necessary, based on further components, such as the pinhole, the design, arrangement and distribution of the colors, if several are provided, are determined. In other words, a backward calculation is performed to generate the colored mask, thereby minimizing color magnification errors, particularly of the individual projection lens.
- - The design of the color layer and possibly also the design - in particular the size and shape - of the recess or the at least one switchable liquid crystal area are preferably determined based on the three basic wavelengths for red, green and blue. It has been shown that this is sufficient to minimize the color magnification error as much as possible. In other words, a calculation or design is carried out backwards for the optical system in the form of the projection system, starting from the image or target image, in particular for three main colors (RGB). This takes you from the target image to the mask. The design or interpretation of the projection system can therefore be carried out in such a way that the system is more cost-effective, since the color magnification error does not have to be minimized with glass lenses and thus one projection lens or several projection lenses made of - preferably the same - plastic can be used for the projection optics. The design can be easily carried out for known optical systems and all known image errors.
Offenbart ist ein statisches Projektionssystem mit einer Projektionsoptik und mit einer Maske, die der Projektionsoptik vorgeschaltet ist. Über eine Lichtquelle kann Licht durch die Maske und anschließend durch die Projektionsoptik emittiert werden, um eine Abbildung auf einer Abbildungsfläche zu projizieren. Zur Minimierung von Farbvergrößerungsfehlern der Abbildung ist in zumindest einer durchstrahlbaren Aussparung der Maske zumindest abschnittsweise eine Farbschicht ausgebildet.What is disclosed is a static projection system with projection optics and with a mask that is connected upstream of the projection optics. Using a light source, light can be emitted through the mask and then through the projection optics in order to project an image onto an imaging surface. In order to minimize color magnification errors in the image, a color layer is formed at least in sections in at least one irradiable recess of the mask.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung ein Projektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2a eine aus dem Stand der Technik bekannte Maske, -
2b eine über die Maske aus2a ausgebildete Schattenprojektion, -
2c einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schattenprojektion der2b , -
3a eine Maske des erfindungsgemäßen Projektionssystems aus1 zusammen mit einem vergrößerten Ausschnitt, -
3b eine über die Maske aus der3a ausgebildete Abbildung, -
3c einen vergrößerten Ausschnitt der Abbildung aus3b , -
4 einen Vergleich eines Verfahrens zur Auslegung des Projektionssystems aus dem Stand der Technik mit der Erfindung, -
5 in einer schematischen Darstellung ein Projektionssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, -
6 in einer Draufsicht eine Maske des Projektionssystems aus5 , -
7 einen vergrößerten Ausschnitt derMaske aus 6 , -
8a und8b in einer schematischen Darstellung Lichtspektren, -
9a und9b in einer Draufsicht jeweils eine Maske in unterschiedlicher Größe fürdas Projektionssystem aus 1 oder5 , -
10a und10b jeweils einen vergrößerten Ausschnitt der jeweiligen Maske aus9a und9b , -
11a und11b in einer Explosionsdarstellung einen Teil eines Projektionssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, -
12 in einer perspektivischen Darstellung das zusammengebaute Projektionssystem aus11a und11b , -
13 in einer Seitenansicht schematisch das Projektionssystem aus den11a und11b , -
14 in einer schematischen Darstellungdas Projektionssystem aus 12 zusammen mit einer Abbildung, -
15 in einer Draufsicht entgegen einer Strahlungsrichtung eine Maske in Form einer Flüssigkristallanzeige des Projektionssystem aus11a und11b , -
16 einen vergrößerten Ausschnitt der Flüssigkristallanzeige aus15 mit einem Farbfilter.
-
1 in a schematic representation a projection system according to an exemplary embodiment, -
2a a mask known from the prior art, -
2 B one over the mask2a trained shadow projection, -
2c an enlarged section of the shadow projection of the2 B , -
3a a mask of the projection system according to theinvention 1 together with an enlarged section, -
3b one over the mask from the3a trained figure, -
3c an enlarged section of the illustration3b , -
4 a comparison of a method for designing the projection system from the prior art with the invention, -
5 in a schematic representation a projection system according to a further exemplary embodiment, -
6 A mask of the projection system in a top view5 , -
7 an enlarged section of themask 6 , -
8a and8b in a schematic representation of light spectra, -
9a and9b In a top view, a mask of different sizes is selected for theprojection system 1 or5 , -
10a and10b an enlarged section of the respective mask9a and9b , -
11a and11b in an exploded view a part of a projection system according to a further exemplary embodiment, -
12 in a perspective view of the assembled projection system11a and11b , -
13 in a side view schematically the projection system from the11a and11b , -
14 in a schematic representation of theprojection system 12 together with an illustration, -
15 in a top view against a radiation direction, a mask in the form of a liquid crystal display of the projection system11a and11b , -
16 an enlarged section of the liquid crystal display15 with a color filter.
Gemäß
Gemäß
Die Aussparung 20 der
Gemäß
Mit anderen Worten zeigen die
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
In
In der Draufsicht in
Gemäß
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 1, 44, 741, 44, 74
- ProjektionssystemProjection system
- 2, 48, 782, 48, 78
- Lichtquellelight source
- 4, 46, 70, 724, 46, 70, 72
- Maskemask
- 6, 82, 846, 82, 84
- ProjektionsoptikProjection optics
- 88th
- ProjektionslinseProjection lens
- 1010
- LichteintrittsflächeLight entry surface
- 1212
- LichtaustrittsflächeLight exit surface
- 1414
- LochblendePinhole
- 1616
- LichtstrahlungLight radiation
- 1818
- Maskemask
- 20, 32, 52, 6820, 32, 52, 68
- Aussparungrecess
- 2222
- AbbildungsflächeImage area
- 24, 4024, 40
- LichtringLight ring
- 26, 28, 3026, 28, 30
- FarbringColor ring
- 34, 56, 60, 62, 6634, 56, 60, 62, 66
- FarbschichtColor layer
- 36, 38, 5436, 38, 54
- AbschnittSection
- 58, 6458, 64
- Aussparungskanterecess edge
- 7676
- FlüssigkristallanzeigeLiquid crystal display
- 7979
- LeiterplatteCircuit board
- 8080
- KollimatorCollimator
- 8686
- KabelCable
- 88 bis 9488 to 94
- GehäusekomponentenHousing components
- 9696
- Scheibedisc
- 9898
- AbbildungIllustration
- 100100
- LichtstrahlungLight radiation
- 102, 104102, 104
- AbschnittSection
- 106106
- RahmenFrame
- 108, 110108, 110
- Flüssigkristall-BereichLiquid crystal area
- 112112
- FarbfilterColor filters
- 114 bis 122114 to 122
- FilterabschnitteFilter sections
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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