DE102022128318A1

DE102022128318A1 - Anzeigesystem und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022128318A1
Application number: DE102022128318.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gerstl; Mark Riebe
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Anzeigeeinrichtung (20) zum Anzeigen mindestens eines Bildes, wobei die Anzeigeeinrichtung (20) eine Umlenkoptik (22) aufweist und dazu eingerichtet ist, Licht (24) in Richtung der Umlenkoptik (22) zu strahlen, und einen auf die Umlenkoptik (22) gerichteten Umfeldsensor (40), der dazu angeordnet ist, sich durch die Umlenkoptik (22) in Richtung des Umfeldsensors (40) ausbreitende Infrarotstrahlung (25) zu erfassen, wobei die Umlenkoptik (22) dazu angeordnet ist, das Licht (24) derart umzulenken, dass es sich von dem Umfeldsensor (40) weg ausbreitet. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dem Anzeigesystem (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigesystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeugexterieur, sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Anzeigesystem.
Moderne Kraftfahrzeuge können Umfeldsensoren zum Ermitteln von für Fahrerassistenzsysteme und/oder autonome Fahrfunktionen relevanten Informationen aufweisen. Diese Umfeldsensoren können mittels einer Abdeckung abgedeckt werden, um sie vor Witterungseinflüssen, wie Sonnenstrahlung, Regen oder Schnee, sowie vor Steinschlag zu schützen. Aus dem Stand der Technik bekannte optische Umfeldsensoren zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung können beispielsweise mittels einfacher klarer Abdeckelemente, zum Beispiel einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges, abgedeckt werden. Diesbezüglich beschreibt zum Beispiel das Dokument DE 10 2017 219 759 A1 eine LIDAR-Sensorvorrichtung, mit einem Gehäuse, in dem ein optischer Sensor aufgenommen ist. Ein erstes Abdeckmittel deckt den optischen Sensor samt einer Optik des Sensors hermetisch ab, sodass die innerhalb des Gehäuses befindlichen Elemente (optischer Sensor, Optik sowie Elektronikmittel) vor Feuchtigkeit, Staub und Schmutz geschützt sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anzeigesystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mittels dessen sich mindestens ein Bild vor einem Umfeldsensor anzeigen lässt, ohne die Funktion des Umfeldsensors zu stören. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Anzeigesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Das Anzeigesystem ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Land-, Wasser- und/oder Luftfahrzeug, vorgesehen und umfasst eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen mindestens eines Bildes sowie einen Umfeldsensor. Die Anzeigeeinrichtung weist eine Umlenkoptik auf und ist dazu eingerichtet, (sichtbares) Licht in Richtung der Umlenkoptik zu strahlen. Der Umfeldsensor ist auf die Umlenkoptik gerichtet und dazu angeordnet, sich durch die Umlenkoptik in Richtung des Umfeldsensors ausbreitende Infrarotstrahlung zu erfassen. Die Umlenkoptik ist dazu angeordnet, das Licht derart umzulenken, dass es sich von dem Umfeldsensor weg ausbreitet. Das auf den Umfeldsensor eingestrahlte Licht kann dabei grundsätzlich dem Bild entsprechen, d.h. dem Bild entsprechende Bildinformationen enthalten, oder bei der Umlenkung mittels der Umlenkoptik mit den Bildinformationen versehen werden.
Das erfindungsgemäße Anzeigesystem erlaubt vorteilhafterweise, das mindestens eine Bild relativ einfach vor dem Umfeldsensor darzustellen. Somit kann eine wirksame Anzeigefläche vor dem Umfeldsensor realisiert werden, ohne den Umfeldsensor in seiner Funktion zu stören. Der Umfeldsensor kann entsprechend vergleichsweise bauraumeffizient und flexibel in das Kraftfahrzeug, insbesondere am Kraftfahrzeugexterieur, integriert werden. Somit ermöglicht das Anzeigesystem mehr Flexibilität hinsichtlich des Designs des Kraftfahrzeuges.
Die Umlenkoptik kann grundsätzlich dazu eingerichtet sein, das Licht reflektierend oder transmittierend umzulenken. Hierzu kann die Umlenkoptik mindestens eine teiltransparente Platte, insbesondere einen dichroitischen Spiegel, und/oder mindestens ein holographisches optisches Element aufweisen. Der dichroitische Spiegel kann zur reflektierenden Umlenkung des Lichts vorgesehen und für die Infrarotstrahlung durchlässig sein (insbesondere einen Transmissionsgrad für die Infrarotstrahlung von mindestens 50 % oder mindestens 75 % aufweisen). Als Infrarotstrahlung kann im Kontext der vorliegenden Offenbarung gemäß der allgemeinen Definition Strahlung im Wellenlängenbereich von 690 nm bis 50 µm bezeichnet sein. Insbesondere kann die (mittels des Umfeldsensors erfasste) Infrarotstrahlung ein Maximum im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 2 mm, bevorzugt bei 905 nm und/oder 1,55 µm, aufweisen.
In einer bevorzugten Variante ist die Umlenkoptik als holographisches optisches Element, insbesondere als volumenholographisches Gitter (VHG, in der Literatur auch als Volumen-Bragg-Gitter bezeichnet), ausgebildet. Derartige holographische optische Elemente unterscheiden sich dadurch von klassischen Spiegeln, dass deren optische Eigenschaften auf Lichtbeugung anstatt auf Lichtbrechung basieren. Mit anderen Worten kann das holographische optische Element somit als Hologramm ausgebildet sein, welches jedoch im Gegensatz zu photographischen Hologrammen nicht mittels einer Objektwelle von einem realen Objekt, sondern allgemein durch Interferenz von ebenen Wellen und/oder Kugelwellen erzeugt sein kann. Diese bei der Produktion des holographischen optischen Elements erzeugte Interferenz kann bei der Wiedergabe (d.h., bei der erfindungsgemäßen Bestrahlung mittels des Lichts der Anzeigeeinrichtung) den gewünschten optischen Effekt bewirken. Vorteilhafterweise lässt sich das Licht der Anzeigeeinrichtung mittels des holographischen optischen Elements daher wesentlich flexibler durch entsprechende, bauraumangepasste Ausgestaltung des holographischen optischen Elements umlenken.
Das holographische optische Element kann aus einem lichtsensitiven Material, insbesondere einem Photopolymer, hergestellt sein, welches auf eine Veränderung des eingestrahlten Lichts mit einer Veränderung des Brechungsindex antwortet. Handelsübliche Photopolymere können hierfür als Rohmaterial verwendet werden. Vorzugsweise ist das holographische optische Element als Folie ausgebildet, die mittels einer Trägereinrichtung an der Anzeigeeinrichtung gehalten sein kann.
Da die Umlenkung mittels des holographischen optischen Elements de facto das Snellius'sche Brechungsgesetz zumindest teilweise umgeht, lassen sich mittels des holographischen optischen Elements vorteilhafterweise entlang der optischen Achse des Umfeldsensors wesentlich kompaktere Anordnungen von Anzeigeeinrichtung und Umlenkoptik realisieren. Insbesondere kann ein Einfallswinkel, unter dem das Licht auf die Umlenkoptik auftrifft, größer als ein Ausfallswinkel des Lichts an der Umlenkoptik sein. Die Begriffe Einfallswinkel und Ausfallswinkel beziehen sich hierbei konventionsgemäß auf einen Zwischenwinkel zwischen der Oberflächennormale der Umlenkoptik/des holographischen optischen Elements und dem Richtungsvektor des auf die Umlenkoptik auftreffenden beziehungsweise sich von der Umlenkoptik weg ausbreitenden Lichts (beispielsweise bei Betrachtung senkrecht zur Oberfläche der Umlenkoptik auf die das Licht auftrifft (im Folgenden: die Oberfläche)). Mit anderen Worten kann das Licht also flacher auf die Umlenkoptik eingestrahlt werden als es die Umlenkoptik verlässt. Im Fall des volumenholographischen Gitters versteht sich, dass sich das auf die Umlenkoptik eingestrahlte Licht in das Volumen (des Körpers) der Umlenkoptik hinein ausbreiten kann, dort wellenlängenspezifisch umgelenkt werden kann und sich sodann von der Umlenkoptik sowie von dem Umfeldsensor auf einer dem Umfeldsensor entgegengesetzten Seite weg ausbreiten kann.
Um das auf die Umlenkoptik auftreffende Licht so umzulenken, dass es sich von dem Umfeldsensor weg ausbreitet, ist das holographische optische Element vorzugsweise mit einem in dessen Inneren (im gesamten Volumen) variierenden Brechungsindex ausgebildet. Dabei kann der Brechungsindex in der Umlenkoptik zumindest abschnittsweise gemäß einem periodischen Muster örtlich veränderlich sein. Das periodische Muster kann mehrere erste Ebenen und mehrere zweite Ebenen enthalten, wobei der Brechungsindex in den ersten Ebenen (im Folgenden: erster Brechungsindex) größer als der Brechungsindex in den zweiten Ebenen (im Folgenden: zweiter Brechungsindex) ist. Betragsmäßig können sich der erste Brechungsindex und der zweite Brechungsindex um zwischen 0,01 und 0,1 unterscheiden. Vorzugsweise verlaufen die ersten Ebenen und die zweiten Ebenen parallel zueinander. Eine Gitterrichtung verläuft dabei vorzugsweise senkrecht zu den ersten und zweiten Ebenen. In dieser Gitterrichtung kann der Brechungsindex periodisch zwischen dem ersten Brechungsindex und dem zweiten Brechungsindex schwanken.
Die ersten Ebenen und zweiten Ebenen können im Wesentlichen parallel oder quer zu der Oberfläche der Umlenkoptik verlaufen, auf die das Licht der Anzeigeeinrichtung auftrifft. In beiden Fällen wird Licht mit einer Wellenlänge λ umgelenkt, insbesondere reflektiert, sofern es die folgende Bragg-Gleichung erfüllt: $λ = 2 * Λ * n * cos (ε)$
Hierbei bezeichnen Λ einen Abstand zwischen den Mitten zueinander benachbarter erster und zweiter Ebenen in der Gitterrichtung (d.h., 2*A ist die Gitterperiode in der Gitterrichtung), n den gemittelten Brechungsindex des holographischen optischen Elements und ε den Einfallswinkel auf das volumenholographische Gitter nach Eintritt in das Material des holographischen optischen Elements (berechenbar gemäß dem auf den Phasenübergang an der Oberfläche der Umlenkoptik angewandten Snellius'schen Gesetz: sin(α)=n*sin(ε), wobei α der Einfallswinkel des Lichts auf die Umlenkoptik (umgebungsseitig) ist). Die spektrale Bandbreite kann hierbei zwischen 10 nm und 30 nm betragen. Auf Basis dieser Gesetzmäßigkeiten kann die Umlenkoptik so ausgebildet sein, dass sie das Licht in Abhängigkeit von dessen Lichtparametern, insbesondere dessen Wellenlänge und Ausbreitungsrichtung unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Umlenkoptik, umlenkt. D.h., die Umlenkoptik kann so ausgebildet und angeordnet sein, dass sie die Bragg-Gleichung in Kombination mit dem angegebenen Snellius'schen Gesetz erfüllt, um das auf sie eingestrahlte Licht umzulenken.
In einer bevorzugten Variante verlaufen die ersten und zweiten Ebenen quer zur Oberfläche der Umlenkoptik. Bei Betrachtung des Anzeigesystems senkrecht zur Oberfläche der Umlenkoptik (d.h., in der Einfallsebene, parallel zur Gitterrichtung), kann dabei bevorzugt ein erster kleinster Zwischenwinkel zwischen einer ersten Hauptausbreitungsrichtung des Lichts unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Umlenkoptik und der Gitterrichtung vorzugsweise kleiner sein als der Einfallswinkel (d.h., kleiner als ein Winkel zwischen der ersten Hauptausbreitungsrichtung des Lichts und der Oberflächennormale der Oberfläche der Umlenkoptik). Austrittsseitig kann ein zweiter kleinster Zwischenwinkel zwischen einer zweiten Hauptausbreitungsrichtung des Lichts unmittelbar nach dem Austreten des Lichts aus der Umlenkoptik und der Gitterrichtung größer als der erste kleinste Zwischenwinkel und/oder als der Ausfallswinkel (d.h., größer als ein Winkel zwischen der zweiten Hauptausbreitungsrichtung des Lichts nach der Umlenkung und der Oberflächennormale) sein. D.h., das Licht kann flacher auf die Umlenkoptik einfallen als es daraus austritt und sich davon entfernt. Diese Winkelbeziehungen können insbesondere für den Fall des reflektierenden Umlenkens mittels der Umlenkoptik gelten. Die zweite Hauptausbreitungsrichtung kann antiparallel zu einer Hauptausbreitungsrichtung der (sich in Richtung des Umfeldsensors ausbreitenden) Infrarotstrahlung sein.
Analog zur Anordnung der Umlenkoptik für die reflektive Umlenkung kann die Umlenkoptik mit quer zur Oberfläche der Umlenkoptik verlaufenden ersten und zweiten Ebenen für die transmissive Umlenkung ausgebildet sein, bei der das Licht an einer der Oberfläche entgegengesetzten Seite aus der Umlenkoptik austritt. In beiden Fällen kann ein Umlenkwinkel zwischen der ersten Hauptausbreitungsrichtung und der zweiten Hauptausbreitungsrichtung zwischen 30° und 150° oder zwischen 45° und 135° oder zwischen 60° und 120° betragen. Auch im Fall der transmissiven Umlenkung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Gitterrichtung unter einem spitzen Winkel zur Oberfläche der Umlenkoptik verläuft.
Gemäß einer weiteren Variante kann die Umlenkoptik zumindest abschnittsweise als das Licht streuendes, für die Infrarotstrahlung transparentes holographisches optisches Element ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Bereiche der Umlenkoptik mit erstem Brechungsindex und zweitem Brechungsindex nicht als Ebenen ausgebildet. Vielmehr ist das holographische optische Element dazu ausgelegt, ein zufälliges Streuprofil für das einfallende Licht auszubilden. Auf diese Weise lässt sich das holographische optische Element mit einer wellenlängenspezifischen Streufunktion ausbilden. D.h., in einem auf Basis der Bragg-Gleichung vorbestimmten Einfallswinkelbereich und einem vorbestimmten Wellenlängenband des Lichts kann das holographische optische Element lichtstreuend (transluzent; diffusiv, also zu diffusem Licht umwandelnd) und/oder außerhalb des Einfallswinkelbereichs beziehungsweise des Wellenlängenbandes kann das holographische optische Element durchlässig (transmissiv, insbesondere transparent) sein.
Um die vorstehend beschriebene Reflexionswirkung sowie Diffusionswirkung für mehrere Wellenlängen (-bereiche) in demselben holographischen optischen Element zu realisieren, kann dieses mehrere Abschnitte aufweisen. Vorzugsweise ist jeder Abschnitt flächig ausgebildet und weist die oben beschriebenen Merkmale des holographischen optischen Elements auf. Die Abschnitte können unterschiedliche Abstände zwischen den ersten und zweiten Ebenen aufweisen. Diese Abstände können auf Basis der Bragg-Gleichung sowie der zu reflektierenden Wellenlängen des Lichts festgelegt sein. Somit kann die Umlenkoptik das Licht der Anzeigeeinrichtung selbst dann bestimmungsgemäß umlenken, wenn dieses polychromatisch ist. Auch bei dieser Variante kann die Umlenkung reflektiv (hier: diffusiv) oder transmissiv erfolgen. In letzterem Fall kann die Anzeigeeinrichtung somit de facto als (für Infrarotstrahlung durchlässiger) Rückprojektionsbildschirm ausgebildet sein.
Ferner kann das Licht einen ersten Teil und einen zweiten Teil enthalten, wobei sich der erste Teil vom zweiten Teil des Lichts hinsichtlich mindestens eines Lichtparameters unterscheidet. Vorzugsweise weist der erste Teil des Lichts ein erstes Lichtspektrum und der zweite Teil des Lichts ein von dem ersten Lichtspektrum verschiedenes zweites Lichtspektrum auf. Der erste Teil des Lichts kann unter einem anderen (Einfalls-) Winkel auf die Umlenkoptik auftreffen als der zweite Teil des Lichts. Für den ersten Teil des Lichts und/oder den zweiten Teil des Lichts sowie für die Umlenkoptik kann oben gesagtes gelten. Das Spektrum des zweiten Teils des Lichts in Kombination mit der Hauptausbreitungsrichtung des zweiten Teils des Lichts kann gemäß der Bragg-Bedingung unter Berücksichtigung des Snellius'schen Gesetzes an der Oberfläche der Umlenkoptik festgelegt sein, um mittels der Umlenkoptik so umgelenkt zu werden, dass sich der zweite Teil des Lichts nach der Umlenkung parallel zum ersten Teil des Lichts (ebenfalls nach der Umlenkung) ausbreitet.
Somit können mehrere monochromatische Anzeigen auf effiziente Weise zu einer farbigen Anzeige kombiniert werden. In einer weiteren Variante kann die Umlenkoptik einen für den zweiten Teil des Lichts durchlässigen ersten Bereich, der dazu eingerichtet ist, den ersten Teil des Lichts umzulenken, und einen für den ersten Teil des Lichts durchlässigen zweiten Bereich aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Teil des Lichts umzulenken. Indem selektiv entweder der erste Teil des Lichts oder der zweite Teil des Lichts auf die Umlenkoptik eingestrahlt wird, kann somit zu einem ersten Zeitpunkt ein von dem ersten Bereich definiertes erstes Bild und zu einem anderen, zweiten Zeitpunkt ein von dem zweiten Bereich definiertes zweites Bild mittels der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Im Ergebnis ist die Anzeigeeinrichtung bei dieser vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung des Anzeigensystems dazu eingerichtet, ein erstes Bild mittels des ersten Teils des Lichts und ein von dem ersten Bild verschiedenes zweites Bild mittels des zweiten Teils des Lichts anzuzeigen. Dies lässt sich insbesondere vorteilhaft realisieren, wenn die Umlenkoptik das Licht der Anzeigeeinrichtung (reflektiv oder transmissiv) lichtstreuend umlenkt.
Um das Licht in Richtung der Umlenkoptik zu strahlen, kann die Anzeigeeinrichtung mindestens einen Anzeigeschirm (Bildschirm) und/oder mindestens einen Projektor aufweisen. Insbesondere wenn die Umlenkoptik für das Licht (samt dem ersten und zweiten Teil) nicht-lichtstreuend ausgebildet ist, kann das auf die Umlenkoptik auftreffende Licht bereits dem anzuzeigenden realen Bild entsprechen, d.h., die Bildinformationen beinhalten. Bei Betrachtung des Anzeigesystems aus der Umgebung, beispielsweise durch eine Lichtscheibe/Abdeckscheibe, durch die sich sowohl die Infrarotstrahlung als auch das (umgelenkte) Licht hindurch ausbreiten können, kann das mindestens eine Bild vergleichsweise scharf und brillant dargestellt werden. Eine besonders kompakte, platzsparende Bauweise lässt sich hingegen mit dem Projektor realisieren. In diesem Fall bildet die Umlenkoptik vorzugsweise einen Projektionsschirm, der den Umfeldsensor verdeckt. Der Projektor kann beispielsweise als LCD-, DLP-, LED-, Pico- oder Laserprojektor ausgebildet sein.
Der Umfeldsensor enthält vorzugsweise mindestens eine Infrarotkamera und/oder mindestens einen LIDAR-Sensor oder ist als ein/e solche/r ausgebildet. Der Umfeldsensor ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Objekte und/oder für das Objekt spezifische Kenngrößen in der Umgebung des Umfeldsensors (dem sogenannten im Umfeld) beziehungsweise des den Umfeldsensor aufweisenden Kraftfahrzeuges zu erfassen. Insbesondere kann der Umfeldsensor Abstände zu Hindernissen oder anderen Verkehrsteilnehmern sowie deren Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit erfassen. Zu diesem Zweck kann der Umfeldsensor eine Steuereinrichtung enthalten oder mit einer Steuereinrichtung gekoppelt sein. Der Sensor kann als strahlbasierter oder bildbasierter Umfeldsensor ausgebildet sein.
Eine optische Achse des Umfeldsensors, entlang derer sich die vom Umfeldsensor erfasste Infrarotstrahlung ausbreitet, kann zumindest zeitweise parallel zur zweiten Hauptausbreitungsrichtung und/oder quer (insbesondere senkrecht) zur ersten Hauptausbreitungsrichtung des Lichts verlaufen. Wenn der Umfeldsensor mit dem oder als der LIDAR-Sensor ausgebildet ist, kann die Infrarotstrahlung während eines Scanvorgangs zumindest zeitweise von dem LIDAR-Sensor durch die Umlenkoptik hindurch in Richtung der Umgebung des Anzeigesystems beziehungsweise des Kraftfahrzeuges abgestrahlt werden und nach Reflexion/Rückstreuung in der Umgebung durch die Umlenkoptik zum Umfeldsensor gelangen.
Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um das Land-, Wasser- und/oder Luftfahrzeug handeln. Dieses Kraftfahrzeug umfasst ein vorstehend im Detail beschriebenes Anzeigesystem. Die Anzeigeeinrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet ist, dass sich das Licht nach der Umlenkung mittels der Umlenkoptik ohne weitere Umlenkung (im Wesentlichen geradlinig) in die Umgebung des Kraftfahrzeuges ausbreitet. Die für die Infrarotstrahlung transparente Umlenkoptik kann vorzugsweise in Fahrtrichtung vor dem Umfeldsensor angeordnet sein. Vorzugsweise verlässt das umgelenkte Licht das Kraftfahrzeug durch eine Lichtscheibe in Richtung der Umgebung. Diese Lichtscheibe kann vorzugsweise bündig mit einer Karosserieaußenhaut des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Höchstvorzugsweise ist das Anzeigesystem im Bereich eines Frontendes des Kraftfahrzeuges, insbesondere benachbart zu einem Frontende einer Frontklappe, angeordnet.
Bevorzugte Ausführungsformen eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug sowie eines Kraftfahrzeuges werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen, nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen erläutert, wobei

1 eine erste Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei auf die Umlenkoptik eingestrahltes Licht mittels Reflexion um etwa 90° umgelenkt wird;
2 eine zweite Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei die Umlenkoptik das eingestrahlte Licht reflektiert;
3 eine dritte Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei die Umlenkoptik das eingestrahlte Licht transmittierend umlenkt;
4 eine vierte Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei das Licht auf die Umlenkoptik eingestrahlt und mittels der Umlenkoptik rückgestreut wird;
5 eine fünfte Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei das Licht (bezogen auf die Einbaulage des Anzeigesystems am Kraftfahrzeug) rückseitig auf die Umlenkoptik eingestrahlt und mittels der Umlenkoptik vorwärts gestreut wird;
6 eine sechste Variante eines Anzeigesystems für ein Kraftfahrzeug zeigt, wobei das Licht mehrere Teile enthält, die unter unterschiedlichen Winkeln vorderseitig auf die Umlenkoptik eingestrahlt werden;
7 die Variante des Anzeigesystems aus 6 während der Beleuchtung der Umlenkoptik mit dem ersten Teil des Lichts in einer Vorderansicht zeigt;
8 die Variante des Anzeigesystems aus 6 während der Beleuchtung der Umlenkoptik mit dem zweiten Teil des Lichts in einer Vorderansicht zeigt;
9 ein Kraftfahrzeug mit dem Anzeigesystem aus 6 während der Beleuchtung der Umlenkoptik mit dem ersten Teil des Lichts in einer Vorderansicht zeigt; und
10 das Kraftfahrzeug aus 9 während der Beleuchtung der Umlenkoptik mit dem zweiten Teil des Lichts in der Vorderansicht zeigt.

Die 1 zeigt ein Anzeigesystem für ein in den 9 und 10 schematisiert gezeigtes Kraftfahrzeug 100, bei dem es sich hier beispielhaft um einen Personenkraftwagen handelt. Das Anzeigesystem 10 ist am Exterieur des Kraftfahrzeuges 100, insbesondere an einer Front des Kraftfahrzeugs 100, angeordnet, sodass das Anzeigesystem 10 mindestens ein Bild derart anzeigen kann, dass es von einem außenstehenden, in einer Umgebung des Kraftfahrzeuges 100 befindlichen Betrachter angesehen werden kann. Insofern ist das Anzeigesystem 10 als Kraftfahrzeug-Exterieurbeleuchtungseinrichtung ausgebildet. D.h., zumindest die Anzeigeeinrichtung kann vorzugsweise spritzwassergeschützt sein. Das Anzeigesystem 10 kann gegenüber der Umgebung U des Anzeigesystems 10 / Kraftfahrzeuges 100 mittels einer Lichtscheibe 19 begrenzt sein.
Das Anzeigesystem 10 umfasst eine Anzeigeeinrichtung 20 zum Anzeigen des mindestens einen Bildes sowie einen Umfeldsensor 40, der dazu ausgelegt ist, sich durch eine Umlenkoptik 22 der Anzeigeeinrichtung 20 in Richtung des Umfeldsensors 40 ausbreitende Infrarotstrahlung 25 zu erfassen. Die Anzeigeeinrichtung 20 umfasst einen Anzeigeschirm 21 (Bildschirm), der das dem Bild entsprechende (sichtbare), in diesem Fall monochromatische Licht 24 erzeugt und in einer ersten Hauptausbreitungsrichtung H1 abstrahlt. Das Bild kann dabei eine Grafik, ein Muster und/oder Text enthalten. Um das Bild derart anzuzeigen, dass es für den außenstehenden Betrachter in einem Bereich des Anzeigesystems 10 beziehungsweise des Kraftfahrzeuges 100 dargestellt ist, durch den sich die Infrarotstrahlung 25 ausbreiten kann, lenkt die Umlenkoptik 22 lediglich das Licht 24, nicht jedoch die Infrarotstrahlung 25, um, so dass sich das Licht 24 nach der Umlenkung von dem Umfeldsensor 40 weg in einer zweiten Hauptausbreitungsrichtung H2 ausbreitet. Mit anderen Worten ist also der Anzeigeschirm 21 mittels der Umlenkoptik 22 bei Betrachtungsrichtung entlang (koaxial zu) der Ausbreitungsrichtung der sich in Richtung des Umfeldsensors 40 ausbreitenden Infrarotstrahlung 25 (somit entgegen der zweiten Hauptausbreitungsrichtung H2 des Lichts) sichtbar. Wie in 1 dargestellt, wird das Licht 24 dabei von der Umlenkoptik 22 reflektiert.
Die Umlenkoptik 22 ist in den in den Figuren gezeigten Varianten des Anzeigesystems 10 jeweils als holographisches optisches Element, insbesondere als volumenholographisches Gitter, ausgebildet. Die Umlenkoptik 22 ist aus einem (belichteten) Photopolymer hergestellt. In einer in den Figuren nicht gesondert dargestellten Modifikation des Anzeigesystems 10 aus 1 kann die Umlenkoptik 22 alternativ als dichroitischer Spiegel ausgestaltet sein, der das Licht 24 reflektiert und die Infrarotstrahlung 25 transmittiert. Die relative Anordnung von Anzeigeeinrichtung 20, Umlenkoptik 22 und Umfeldsensor 40 kann dabei analog zu 1 erfolgen.
In der Variante aus 1 beträgt ein effektiver Umlenkwinkel, um den das Licht 24 mittels der Umlenkoptik 22 umgelenkt wird, (etwa) 90°. Dabei entspricht an der Oberfläche 28, auf die das Licht 24 auftrifft, ein Einfallswinkel a1 des Lichts 24 einem Ausfallswinkel a2 (jeweils bezogen auf die Oberflächennormale der Umlenkoptik 22). Um diese Umlenkung bereitzustellen, ist die Umlenkoptik 22 so ausgebildet, dass ihr Material einen zumindest abschnittsweise gemäß einem periodischen Muster 26 variierenden Brechungsindex aufweist. Dieses Muster kann mehrere parallel zueinander verlaufende erste Ebenen und mehrere zweite Ebenen enthalten. In den ersten Ebenen ist der Brechungsindex größer als in den zweiten Ebenen. Vorliegend beträgt der mittlere Brechungsindex der Umlenkoptik 22 zwischen 1,4 und 1,6, wobei eine Differenz zwischen dem ersten Brechungsindex der ersten Ebenen und dem zweiten Brechungsindex der zweiten Ebenen beispielsweise zwischen 0,02 und 0,05 betragen kann.
Um das monochromatische Licht der Wellenlänge λ zu reflektieren, gilt für eine Gitterperiode 2Λ des Musters (Abstand zwischen zwei ersten oder zweiten Ebenen) in der Gitterrichtung G folgende Gleichung (vgl. Bragg-Gleichung und Snellius'sches Gesetz): $2 Λ = λ / (n * cos (arcsin (sin (a 1) /n)))$
Es bezeichnen Λ den (konstanten) Abstand zwischen den Mitten zueinander benachbarter erster und zweiter Ebenen, n den gemittelten Brechungsindex des holographischen optischen Elements und ε den Einfallswinkel auf das volumenholographische Gitter nach Eintritt in das Material des holographischen optischen Elements. Beispielhaft beträgt also für grünes Licht mit λ=530nm und n=1,5 bei einem Einfallswinkel von a1 eine Gitterperiode 2Λ 400,6 nm. Ein Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Ebenen beträgt somit 200nm.
Ausgehend von der Variante aus 1 kann gemäß einer Modifikation des Anzeigesystems 10 die Umlenkoptik 22 mehrere parallel zu den ersten und zweiten Ebenen verlaufende, flächige Abschnitte aufweisen, in denen unterschiedliche Abstände zwischen den ersten/zweiten Ebenen vorgesehen sind. In einem ersten dieser Abschnitte kann ein Abstand zwischen benachbarten ersten Ebenen beispielsweise größer als in einem zweiten Abschnitt und/oder optional kleiner als in einem etwaigen dritten dieser Abschnitte sein. Vorzugsweise enthält dieses polychromatische Licht ein erstes Wellenlängenband mit rotem Licht (aus dem Band 640 nm bis 690 nm) ein zweites Wellenlängenband mit grünem Licht (aus dem Band 490 nm bis 570 nm) und/oder ein drittes Wellenlängenband mit blauem Licht (aus dem Band 430 nm bis 490 nm). Der dritte Abschnitt kann zur ausschließlichen Umlenkung des ersten Wellenlängenbandes vorgesehen und ansonsten durchlässig für das zweite und dritte Wellenlängenband sein. Dies kann analog für die anderen beiden Abschnitte/Wellenlängenbänder gelten.
Der Umfeldsensor 40 ist als LIDAR-Sensor ausgebildet und dazu eingerichtet, die Umgebung U des Kraftfahrzeuges 100 mittels eines Infrarot-Laserstrahls abzuscannen. Die sich in Richtung des Umfeldsensors ausbreitende Infrarotstrahlung 25 enthält somit Strahlung des in der Umgebung zurückgestreuten oder zurückreflektierten Infrarot-Laserstrahls. Die Umlenkoptik 22 ist für die Infrarotstrahlung 25 transparent.
Das Anzeigesystem 10 aus 2 unterscheidet sich dadurch von dem Anzeigesystem 10 aus 1, dass die Gitterrichtung G nicht parallel, sondern unter einem spitzen Winkel zu der Oberflächennormale der Umlenkoptik 22 verläuft. Die ersten und zweiten Ebenen verlaufen auch bei dieser Variante parallel zueinander, allerdings quer zu der Oberfläche 28 der Umlenkoptik 22, auf die das Licht 24 auftrifft. Das einfallende Licht 24 wird mittels der Umlenkoptik 22 reflektiert. Dabei ist ein Einfallswinkel a1, unter dem das Licht 24 auf die Umlenkoptik 22 auftrifft, größer als ein Ausfallswinkel a2 des Lichts 24 an der Umlenkoptik 22. Im Übrigen weist das Anzeigesystem 10 aus 2 alle Merkmale des Anzeigesystems 10 aus 1 auf.
Ein in 3 gezeigtes weiteres Anzeigesystem 10 unterscheidet sich dadurch von dem Anzeigesystem 10 aus 2, dass die Umlenkoptik 22 das Licht 24 transmittierend anstatt reflektierend umlenkt. Aus der Bragg-Gleichung ergibt sich, dass das holographische optische Element auch diese Umlenkung effizient und platzsparend ermöglicht. Die Anordnung und Ausrichtung der ersten und zweiten Ebenen ist analog zu den Varianten des Anzeigesystems 10 mit reflektiver Umlenkoptik 22 ausgestaltet. Im Übrigen weist das Anzeigesystem 10 aus 3 alle Merkmale des Anzeigesystems 10 aus 2, einschließlich der genannten Modifikation für polychromatisches Licht, auf.
Weitere Anzeigesysteme 10 aus den 4 bis 6 umfassen jeweils einen Projektor 23 anstelle des Anzeigeschirms 21. Auch diese Anzeigesysteme 10 können die modifizierte Umlenkoptik 22 mit den ersten, zweiten sowie dritten Abschnitten enthalten. Abweichend von den 1 bis 3 dient die Umlenkoptik 22 bei den Anzeigesystemen 10 aus den 4 bis 6 als Projektionsschirm, auf den das mittels der Anzeigeeinrichtung 20, insbesondere mittels des Projektors 23, erzeugte Licht auftrifft. Auf dem Projektionsschirm entsteht dadurch ein entsprechendes Bild. Demgemäß ist die Umlenkoptik 22 aus den 4 bis 6 zumindest abschnittsweise als das Licht 24 (beziehungsweise 30, 32) streuendes (transluzentes), für die Infrarotstrahlung 25 transparentes holographisches optisches Element ausgebildet. In den Varianten aus den 4 und 6 ist die Umlenkoptik 22 dazu eingerichtet, das Licht 24 (beziehungsweise 30, 32) reflektierend umzulenken; die Anzeigeeinrichtung 20 aus 5 sieht eine transmissive Umlenkung des Lichts 24 mittels der Umlenkoptik 22 vor. Um die lichtstreuende Wirkung zu entfalten, enthält die Umlenkoptik 22 dieser Varianten nicht die makroskopisch parallel zueinander verlaufenden Ebenen. Vielmehr ist das Muster dazu eingerichtet, wellenlängenspezifisch ein zufälliges Streuprofil zu realisieren.
Das Anzeigesystem 10 aus 6 unterscheidet sich ferner dadurch von dem Anzeigesystem 10 aus 4, dass das mittels der Anzeigeeinrichtung 20 in Richtung der Umlenkoptik 22 gestrahlte Licht einen ersten Teil 30 und einen zweiten Teil 32 enthält. Der erste Teil 30 wird mittels einer ersten Lichtquelle 31 und der zweite Teil 32 wird mittels einer zweiten Lichtquelle 33 derart erzeugt, dass sich ein erstes Lichtspektrum des ersten Teils 30 des Lichts von einem zweiten Lichtspektrum des zweiten Teils 32 des Lichts unterscheidet. Hierbei sind die Einfallswinkel a1 des ersten Teils 30 des Lichts und des zweiten Teils 32 des Lichts auf die Umlenkoptik 22 im Wesentlichen (d.h., im Rahmen der spektralen Bandbreite des holographischen optischen Elements) gleich. Die Umlenkoptik 22 weist einen für den zweiten Teil 32 des Lichts durchlässigen (transparenten) ersten Bereich 34 auf, der dazu eingerichtet ist, den ersten Teil 30 des Lichts umzulenken. Außerdem umfasst die Umlenkoptik 22 einen für den ersten Teil 30 des Lichts durchlässigen (transparenten) zweiten Bereich 36, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Teil 32 des Lichts umzulenken. Der erste Bereich 34 ist gemäß einem ersten Bildmuster ausgestaltet; der zweite Bereich 36 ist gemäß einem zweiten Bildmuster ausgebildet. Das erste/zweite Bildmuster entspricht dem ersten/zweiten anzuzeigenden Bild 50, 52. Der erste und der zweite Bereich 34, 36 unterscheiden sich (gemäß der Bragg-Gleichung) hinsichtlich der Gitterperiode und/oder der Gitterrichtung G.
Wie in den 6 bis 8 verdeutlicht, lässt sich mittels dieser Variante eine vergleichsweise einfache dynamische Anzeige realisieren. Hierbei weist die Anzeigeeinrichtung folgende Funktion auf: Wenn die erste Lichtquelle 31 aktiv ist und den ersten Teil 30 des Lichts ausstrahlt, wird dieses Licht mittels ersten Bereichs 34 umgelenkt (hier beispielhaft: reflektiert) und in dem zweiten Bereich 36 transmittiert, sodass das erste Bild 50 (Text „GO!“) sichtbar ist. Wenn die zweite Lichtquelle 33 aktiv ist und den zweiten Teil 32 des Lichts ausstrahlt, wird dieses Licht mittels des zweiten Bereichs 36 umgelenkt (hier beispielhaft: reflektiert) und im ersten Bereich 34 transmittiert, sodass das zweite Bild 52 (Text „STOP!“) in einer anderen Farbe als das erste Bild sichtbar ist. Die Bildinformationen erhält das Licht hier bei der Umlenkung.
Im Übrigen weisen die Anzeigesysteme 10 aus den 4 und 6 alle Merkmale des Anzeigesystems 10 aus 2 und das Anzeigesystem 10 aus 5 alle Merkmale des Anzeigesystems 10 aus 3, einschließlich der oben genannten Modifikation für polychromatisches Licht, auf.
Das Kraftfahrzeug 100 mit dem Anzeigesystem 10 gemäß einer der 1 bis 6 ist in den 9 und 10 dargestellt. Die Anzeigeeinrichtung 20 ist dabei so angeordnet, dass sich das Licht 24 beziehungsweise der erste/zweite Teil des Lichts 30, 32 nach Umlenkung mittels der Umlenkoptik 22 im Wesentlichen geradlinig in die Umgebung U des Kraftfahrzeuges 100 ausbreitet. Somit ist die zweite Hauptausbreitungsrichtung H2 des Lichts 24 bezüglich des Kraftfahrzeuges 100 nach außen gerichtet. Bevorzugt verläuft die Hauptausbreitungsrichtung H2 im Wesentlichen parallel (oder alternativ entgegengesetzt) zur Fahrzeuglängsrichtung.
Die in dieser Offenbarung verwendeten Begriffe „umfassend“, „aufweisend“, „mit“ und Ähnliche sind als nicht abschließend zu verstehen. Insbesondere bedeutet der Begriff „umfassend ein/e“ in diesem Kontext „umfassend mindestens ein/e“. D.h. „umfassend ein/e“ schließt nicht aus, dass weitere entsprechende Elemente vorhanden sind. Vielmehr ist der Plural (umfassend mehrere) hier mitoffenbart. D.h., „mindestens ein/e“ bedeutet „ein/e oder mehrere“. Ferner kann in dieser Offenbarung „zumindest abschnittsweise“ „abschnittsweise oder vollständig“ bedeuten. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung können die Begriffe „transmittieren“ und „reflektieren“ als überwiegend transmittierend (mit einem Transmissionsgrad von vorzugsweise mindestens 70 % oder mindestens 80%) beziehungsweise überwiegend reflektierend (mit einem Reflexionsgrad von vorzugsweise mindestens 70 % oder mindestens 80%) zu verstehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017219759 A1 [0002]

Claims

Anzeigesystem (10) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend eine Anzeigeeinrichtung (20) zum Anzeigen mindestens eines Bildes (50, 52), wobei die Anzeigeeinrichtung (20) eine Umlenkoptik (22) aufweist und dazu eingerichtet ist, Licht (24; 30, 32) in Richtung der Umlenkoptik (22) zu strahlen, und einen auf die Umlenkoptik (22) gerichteten Umfeldsensor (40), der dazu angeordnet ist, sich durch die Umlenkoptik (22) in Richtung des Umfeldsensors (40) ausbreitende Infrarotstrahlung (25) zu erfassen, wobei die Umlenkoptik (22) dazu angeordnet ist, das Licht (24; 30, 32) derart umzulenken, dass es sich von dem Umfeldsensor (40) weg ausbreitet.
Anzeigesystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Umlenkoptik (22) als holographisches optisches Element, insbesondere als volumenholographisches Gitter, ausgebildet ist.
Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Einfallswinkel (a1), unter dem das Licht (24; 30, 32) auf die Umlenkoptik (22) auftrifft, größer als ein Ausfallswinkel (a2) des Lichts (24; 30, 32) an der Umlenkoptik (22) ist.
Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Brechungsindex in der Umlenkoptik (22) zumindest abschnittsweise gemäß einem periodischen Muster (26) variiert, wobei das Muster mehrere erste Ebenen und mehrere zweite Ebenen enthält, und wobei der Brechungsindex in den ersten Ebenen größer als der Brechungsindex in den zweiten Ebenen ist.
Anzeigesystem (10) nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Ebenen parallel zueinander und/oder quer zu einer Oberfläche (28) der Umlenkoptik (22) verlaufen, auf die das Licht (24; 30, 32) auftrifft.
Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umlenkoptik (22) zumindest abschnittsweise als das Licht (24; 30, 32) streuendes, für die Infrarotstrahlung (25) transparentes holographisches optisches Element ausgebildet ist, und/oder wobei die Umlenkoptik (22) dazu eingerichtet ist, das Licht (24; 30, 32) reflektierend oder transmittierend umzulenken.
Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht (24; 30, 32) einen ersten Teil (30) und einen zweiten Teil (32) enthält, wobei der erste Teil (30) des Lichts unter einem anderen Winkel auf die Umlenkoptik (22) auftrifft als der zweite Teil (32) des Lichts, und/oder wobei sich ein erstes Lichtspektrum des ersten Teils (30) des Lichts von einem zweiten Lichtspektrum des zweiten Teils (32) des Lichts unterscheidet.
Anzeigesystem (10) nach Anspruch 7, wobei die Umlenkoptik (22) einen für den zweiten Teil (32) des Lichts durchlässigen ersten Bereich (34), der dazu eingerichtet ist, den ersten Teil (30) des Lichts umzulenken, und einen für den ersten Teil (30) des Lichts durchlässigen zweiten Bereich (36) aufweist, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Teil (32) des Lichts umzulenken.
Anzeigesystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Umlenkoptik (22) einen dichroitischen Spiegel aufweist.
Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Umfeldsensor (40) mindestens eine Infrarotkamera und/oder mindestens einen LIDAR-Sensor enthält, und/oder wobei die Anzeigeeinrichtung (20) einen Anzeigeschirm (21) und/oder einen Projektor (23) aufweist.
Kraftfahrzeug (100), umfassend ein Anzeigesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtung (20) derart angeordnet ist, dass sich das Licht (24; 30, 32) nach Umlenkung mittels der Umlenkoptik (22) in eine Umgebung (U) des Kraftfahrzeuges (100) ausbreitet.