EP4575305A1 - Bodenprojektionsvorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

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EP4575305A1
EP4575305A1 EP23217692.5A EP23217692A EP4575305A1 EP 4575305 A1 EP4575305 A1 EP 4575305A1 EP 23217692 A EP23217692 A EP 23217692A EP 4575305 A1 EP4575305 A1 EP 4575305A1
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EP
European Patent Office
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imaged
optical element
projection device
light
floor projection
Prior art date
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Pending
Application number
EP23217692.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Urban
Verena Pramhaas
Alexander Schager
Peter Schadenhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ZKW Group GmbH filed Critical ZKW Group GmbH
Priority to EP23217692.5A priority Critical patent/EP4575305A1/de
Priority to CN202411859348.6A priority patent/CN120176052A/zh
Publication of EP4575305A1 publication Critical patent/EP4575305A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
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    • F21S43/2605—Refractors
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    • F21S43/26231—Refractors characterised by the properties of the light beam shaping surface collimating, focusing, condensing or projecting beams, e.g. projection lenses or Fresnel lenses
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    • F21W2107/00—Use or application of lighting devices on or in particular types of vehicles
    • F21W2107/10—Use or application of lighting devices on or in particular types of vehicles for land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle light, in particular a motor vehicle light comprising at least one such floor projection device, and to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising at least one such floor projection device or at least one vehicle light which is installed in the vehicle.
  • Floor projection devices for vehicles are typically used to project specific patterns or symbols onto the ground below the vehicle or into an area in front of, behind, or to the side of the vehicle.
  • Such floor projection devices are implemented in modern vehicles, for example, as part of lighting systems or assistance systems, or as standalone devices.
  • floor projections may vary depending on the vehicle model and manufacturer. Overall, these floor projections serve to improve the safety, comfort, and aesthetics of the vehicle.
  • Known floor projection devices as described above, often suffer from the disadvantage that the edges of the generated floor projections are blurred and appear distorted. Often, one part of the floor projection is sharply imaged, while another part is blurred.
  • the surface in which the structure to be imaged is located is curved, wherein the surface is bowl-shaped and curved away from the second optical element.
  • the surface is curved in such a way that apertures/structures/points etc. located in this surface are imaged substantially sharply by the second optical element on a flat/plane image plane.
  • the point at which the first optical element collects/collimates the light from the light source is located between the first optical element and the second optical element.
  • the object plane is generally not a plane, but a curved object "surface,” resulting in undesirable effects in the imaging of the structure to be imaged, as described above.
  • the inventive design of the surface in which the structure to be imaged lies takes this fact into account, and the curved design of the surface in which the structure to be imaged lies, which is preferably adapted to the curvature or curvature of the object plane, largely avoids the described adverse effects on the imaging of the structure to be imaged.
  • the lowest point of the bowl-shaped surface is the point of the surface furthest from the second optical element.
  • the lowest point of the surface lies on the optical axis of the second optical element.
  • the surface may be rotationally symmetrical with respect to the optical axis of the second optical element if the second optical element is also rotationally symmetrical
  • the quality of the image can be optimized if the shape of the surface essentially follows an image field curvature of the object plane of the second optical element.
  • the object plane lies parallel to the Petzval surface of the second optical element, i.e. that curved surface which contains all focal points of the second optical element.
  • the structure to be imaged is a single area or comprises two or more separate sub-areas.
  • the surface is an outer surface, in particular a light exit surface of a translucent optical body.
  • the opaque area of the outer surface can be formed in the form of an opaque coating.
  • This opacity can be achieved, for example, by painting the areas that are to be opaque with an opaque varnish or by vapor deposition of, for example, aluminum.
  • the structure to be imaged is arranged such that the optical axis of the second optical element runs through the structure to be imaged.
  • the floor projection device may comprise one, two or more projection modules.
  • the projection modules have identical structures to be imaged, or at least one of the projection modules has a different structure to be imaged than the other projection modules, or all projection modules differ from one another with regard to the structure to be imaged.
  • Differences in the structures to be imaged can be due, for example, to the shape and/or size of the structures to be imaged.
  • identical structures to be imaged are positioned identically or shifted relative to one another with respect to the optical axis of the second optical element.
  • the projection modules are constructed identically with regard to the first and second optical elements and the arrangement of these two optical elements relative to one another.
  • the projection modules are also identical with regard to the at least one light source, i.e. in particular with regard to the positioning of the at least one light source, and for example also with regard to the specific design of the at least one light source.
  • a normal vector runs through the center of the area in which the structure to be imaged is located at an angle greater than 0° to the optical axis of the second optical element.
  • this normal vector and the optical axis of the second optical element coincide or form an angle of 0° to each other, but the implementation described above can also be provided, in which an oblique position of the image plane can be compensated by the curvature of the surface in which the structure to be imaged is located.
  • the optical axis of the floor projection device or the optical axis of the at least one projection module runs obliquely, i.e. at an angle other than 90° to the image plane.
  • Figure 1 shows a floor projection device 100 for a vehicle, in particular a motor vehicle, for generating a floor projection, which comprises three projection modules 1, 2, 3.
  • a projection module 1, 2, 3 - wherein the projection modules in Figure 1 are not fully presented - includes, as is also the case in Figure 2 is shown, a light source 10, 20, 30 which is designed to emit light in a light propagation direction X, furthermore, viewed in the light propagation direction X, after the at least one light source 10, 20, 30, a first optical element 11, 21, 31, viewed in the light propagation direction X, after the first optical element 11, 21, 31, a structure 12, 22, 32 to be imaged, and viewed in the light propagation direction X, after the structure 12, 22, 32 to be imaged, a second optical element 13, wherein the second optical element 13 has an object plane OE.
  • the light sources 10, 20, 30 of the projection modules 1, 2, 3 can be controlled independently of each other in order to be able to generate, for example, animated floor projections.
  • the light sources are designed, for example, as LEDs or each comprise one or more LEDs.
  • the structure 12, 22, 32 to be imaged is defined by a translucent region 12a, 22a, 32a, which is separated from an opaque region 12e, 22e, 32e by one or more, in the present example, three aperture edges 12b - 12d, 22b - 22d, 32b - 32d.
  • each structure 12, 22, 32 to be imaged consists of a contiguous region, but can in principle also consist of two or more sub-regions.
  • the first optical element 11, 21, 31 collects or collimates light emitted by the light source 10, 20, 30 at a point F11 which, viewed in the light propagation direction X, lies after the structure 12, 22, 32 to be imaged.
  • the point F11 viewed in the light propagation direction X, is located in front of the second optical element 13, i.e. between the first optical element 11, 21, 31 and the second optical element 13.
  • the object plane is generally not a plane, but a curved object "surface,” undesirable effects arise in the imaging of the structure to be imaged, such as blurred edges, distortions, etc., as described above.
  • the inventive design of the surface in which the structure to be imaged lies takes this fact into account, and the curved design of the surface in which the structure to be imaged lies, which is preferably adapted to the curvature or curvature of the object plane, largely avoids the described adverse effects on the imaging of the structure to be imaged.
  • this positioning can increase the projection sharpness and the object plane and/or the optical structure to be imaged is illuminated more homogeneously, so that the light distribution ultimately imaged by the second optical element not only has increased projection sharpness but also increased homogeneity.
  • Figure 2 shows an arrangement which, by way of example, has three projection modules 1, 2, 3. It can be provided that the projection modules 1, 2, 3 have identical structures 12, 22, 32 to be imaged, but these can also differ in terms of their size and/or shape.
  • Figure 4 shows a motor vehicle 1000 in which a floor projection device 100 as in the hand of Figure 1 and Figure 2 described.
  • the floor projection device 100 is installed in the motor vehicle 1000 in such a way that the optical axis of the floor projection device 100 or the optical axis XP of the at least one projection module of the floor projection device runs obliquely, ie at an angle other than 90° to the image plane BE, for example the roadway in front of the vehicle 1000.
  • a projection module 1 it can also be provided that the normal vector runs through the center of the surface 112a, 122a, 132a, in which the structure 12, 22, 32 to be imaged is located, at an angle greater than 0° to the optical axis X2 of the second optical element 13 and/or the optical axis X1 of the first optical element 11, 21, 31.
  • Figures 5a and 5b show floor projections, where Figure 5a three imaged structures were generated based on the state of the art, ie with structures to be imaged which lie in a flat surface, while the imaged structures from Figure 5b with structures to be imaged in curved surfaces were created according to the invention. As can be clearly seen, the borders of the imaged structures are in Figure 5b significantly sharper than those from Figure 5a .
  • the three structures shown correspond in their shape to the structure to be depicted, ie in the example according to Figure 1, 2
  • the shape of the structure to be imaged and the imaged structure is each a triangle.
  • the different positions of the imaged structures (triangles) on the image plane BE result from the different positioning of the structures 12, 22, 32 to be imaged with respect to the respective optical axis XP of the individual projection modules 1, 2, 3.
  • the optical elements and the translucent body are formed, for example, in a known manner from a translucent plastic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenprojektionsvorrichtung (100) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, zum Erzeugen einer Bodenprojektion, wobei die Bodenprojektionsvorrichtung (100) zumindest ein Projektionsmodul (1, 2, 3) umfasst, wobei ein Projektionsmodul (1, 2, 3) eine Lichtquelle (10, 20, 30), ein erstes optisches Element (11, 21, 31), und in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen, nach dem ersten optischen Element (11, 21, 31), eine abzubildende Struktur (12, 22, 32), wobei die abzubildende Struktur (12, 22, 32) ein lichtdurchlässiger Bereich (12a, 22a, 32a) ist, welcher von einer oder mehreren Blendenkanten (12b - 12d, 22b - 22d, 32b - 32d) von einem lichtundurchlässigen Bereich (12e, 22e, 32e) getrennt ist. Die abzubildende Struktur (12, 22, 32) liegt in einer Fläche (112a, 122a, 132a), welche gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Fläche (112a, 122a, 132a) schalenförmig ausgebildet und von einem zweiten optischen Element (13), welches nach der abzubildenden Struktur angeordnet ist, weggekrümmt ist. Das erste optische Element (11, 21, 31) ist dazu eingerichtet, von der zumindest einen Lichtquelle (10, 20, 30) emittiertes Licht in einem Punkt (F11), welcher in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen nach der abzubildenden Struktur (12, 22, 32) liegt, zu sammeln bzw. kollimieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bodenprojektionsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, zum Erzeugen einer Bodenprojektion, wobei die Bodenprojektionsvorrichtung zumindest ein Projektionsmodul umfasst, wobei ein Projektionsmodul umfasst:
    • zumindest eine Lichtquelle, welche dazu eingerichtet ist, Licht in eine Lichtausbreitungsrichtung zu emittieren, sowie
    • in Lichtausbreitungsrichtung gesehen, nach der zumindest einen Lichtquelle, ein erstes optisches Element, weiters
    • in Lichtausbreitungsrichtung gesehen, nach dem ersten optischen Element, eine abzubildende Struktur, wobei
      • ∘ die abzubildende Struktur ein lichtdurchlässiger Bereich ist, welcher von einer oder mehreren Blendenkanten von einem lichtundurchlässigen Bereich getrennt ist, und wobei
      • ∘ die abzubildende Struktur in einer Fläche liegt, sowie
    • in Lichtausbreitungsrichtung gesehen, nach der abzubildenden Struktur, ein zweites optisches Element, wobei das zweite optische Element eine Objektebene aufweist,
    wobei
    • das erste optische Element von der zumindest einen Lichtquelle emittiertes Licht in einem Punkt, welcher in Lichtausbreitungsrichtung gesehen nach der abzubildenden Struktur liegt, sammelt bzw. kollimiert, und wobei
    • die abzubildende Struktur im Wesentlichen in der Objektebene des zweiten optischen Elementes liegt, sodass das durch die abzubildende Struktur durchtretende Licht von dem zweiten optischen Element in einer Bildebene, insbesondere in einen Bereich außerhalb der Bodenprojektionsvorrichtung, z.B. auf einen Boden, als eine die Bodenprojektion oder einen Teil der Bodenprojektion bildendes Lichtbild projiziert wird.
  • Weiters betrifft die Erfindung eine Fahrzeugleuchte, insbesondere Kraftfahrzeugleuchte umfassend zumindest eine solche Bodenprojektionsvorrichtung, sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine solche Bodenprojektionsvorrichtung bzw. zumindest eine Fahrzeugleuchte, welche in das Fahrzeug eingebaut ist.
  • Bodenprojektionsvorrichtungen für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge dienen in der Regel dazu, bestimmte Muster oder Symbole auf den Boden unterhalb des Fahrzeugs oder in einen Bereich vor, hinter oder seitlich von dem Fahrzeug zu projizieren. Solche Bodenprojektionsvorrichtungen werden in modernen Fahrzeugen z.B. als Teil von Beleuchtungssystemen oder Assistenzsystemen oder als eigenständige Vorrichtungen implementiert.
  • Gängige Anwendungen von Bodenprojektionen bei Kraftfahrzeugen sind beispielsweise:
    • Willkommenslichter: Beim Entriegeln des Fahrzeugs oder beim Öffnen der Autotüren können spezielle Muster oder das Markenlogo des Fahrzeugs auf den Boden projiziert werden. Dies dient häufig dazu, ein visuell ansprechendes Element hinzuzufügen und den Fahrzeuginhaber willkommen zu heißen.
    • Warnsymbole: In einigen Fahrzeugen werden Warnsymbole oder Hinweise auf den Boden projiziert, um den Fahrer auf Gefahren oder bestimmte Bedingungen hinzuweisen. Dies können beispielsweise ein Warnsymbol für geöffnete Türen sein.
    • Einparkhilfe: Bodenprojektionen werden manchmal in Verbindung mit Einparkhilfen verwendet. Beim Rückwärtsfahren oder Einparken können Linien oder Muster auf den Boden projiziert werden, um dem Fahrer eine visuelle Anleitung zu geben und ihm beim Einparken zu helfen.
    • Ausstiegsbeleuchtung: Diese Funktion projiziert Licht auf den Boden, wenn die Türen geöffnet werden, um den Bereich um das Fahrzeug herum zu beleuchten. Dies soll dazu beitragen, mögliche Hindernisse oder Gefahren beim Ein- und Aussteigen zu erkennen.
  • Die genaue Implementierung und Verwendung von Bodenprojektionen können je nach Fahrzeugmodell und Hersteller variieren. Insgesamt dienen diese Bodenprojektionen dazu, die Sicherheit, den Komfort und die Ästhetik des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Bekannte Bodenprojektionsvorrichtungen wie eingangs beschrieben leiden häufig unter dem Nachteil, dass die Ränder der erzeugten Bodenprojektionen unscharf sind und verzerrt sind bzw. erscheinen. Oftmals ist auch ein Teil der Bodenprojektion scharf abgebildet, während ein anderer Teil unscharf abgebildet wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bodenprojektionsvorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Darstellung der erzeugten Bodenprojektionen liefert.
  • Diese Aufgabe wird mit einer eingangs beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß die Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Fläche schalenförmig ausgebildet und von dem zweiten optischen Element weggekrümmt ist.
  • Vorzugsweise ist die Fläche derart gekrümmt, dass Blenden/Strukturen/Punkte etc., die in dieser Fläche liegen, durch das zweite optische Elemente auf einer planen/ebenen Bildebene im Wesentlichen scharf abgebildet werden.
  • Vorzugsweise liegt der Punkt, in welchem das erste optische Element das Licht der Lichtquelle sammelt/kollimiert, zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element.
  • Die Objektebene ist in der Regel keine Ebene, sondern eine gekrümmte Objekt"fläche", sodass unerwünschte Effekte in der Abbildung der abzubildenden Struktur entstehen, wie eingangs beschrieben. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, wird dieser Tatsache Rechnung getragen, und durch die gekrümmte Ausgestaltung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, welche vorzugsweise an die Krümmung bzw. Wölbung der Objektebene angepasst ist, können die beschriebenen nachteiligen Auswirkungen auf die Abbildung der abzubildenden Struktur großteils vermieden werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in an abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Vorzugsweise ist vorgehen, dass der tiefste Punkt der schalenförmigen Fläche der am weitesten von dem zweiten optischen Element entfernte Punkt der Fläche ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der tiefste Punkt der Fläche auf der optischen Achse des zweiten optischen Elementes liegt.
  • Beispielsweise kann die Fläche rotationsymmetrisch in Bezug auf die optische Achse des zweiten optischen Elementes ausgebildet sein, wenn das zweite optische Element ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet ist
  • Die Qualität der Abbildung kann optimiert werden, wenn die Form der Fläche im Wesentlichen einer Bildfeldwölbung der Objektebene des zweiten optischen Elementes folgt.
  • Damit kann die Bildfeldwölbung der Objektebene ausgeglichen werden, sodass das Bild der abzubildenden Struktur auch zu den Rändern der Objektebene hin, und nicht nur im Zentrum, in einer ebenen Fläche in der Bildebene scharf abgebildet wird.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Objektebene parallel zu der Petzvalfläche des zweiten optischen Elementes, d.h. jener gekrümmten Fläche, welche alle Brennpunkte des zweiten optischen Elementes enthält, liegt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die abzubildende Struktur ein einzelner Bereich ist oder zwei oder mehrere, voneinander getrennte Teil-Bereiche umfasst.
  • Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Fläche eine Außenfläche, insbesondere eine Lichtaustrittsfläche eines lichtdurchlässigen Optikkörpers ist.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Außenfläche des lichtdurchlässigen Optikkörpers außerhalb der abzubildenden Struktur lichtundurchlässig ausgebildet ist.
  • Beispielsweise kann der lichtundurchlässige Bereich der Außenfläche in Form einer lichtundurchlässigen Beschichtung ausgebildet sein.
  • Diese Lichtundurchlässigkeit kann beispielsweise durch Lackieren jener Bereiche, welche lichtundurchlässig sein sollen, mit einem undurchsichtigen Lack oder durch Aufdampfen von beispielsweise Aluminium realisiert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die abzubildende Struktur derart angeordnet ist, dass die optische Achse des zweiten optischen Elementes durch die abzubildende Struktur verläuft.
  • Die Bodenprojektionsvorrichtung kann ein, zwei oder mehrere Projektionsmodule umfassen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Projektionsmodule identische abzubildende Strukturen aufweisen, oder zumindest eines der Projektionsmodule eine andere abzubildende Struktur als die anderen Projektionsmodule aufweist, oder sich alle Projektionsmodule hinsichtlich der abzubildenden Struktur voneinander unterscheiden.
  • Unterschiede hinsichtlich der abzubildenden Strukturen können beispielsweise in der Form und/oder Größe der abzubildenden Strukturen begründet sein.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass identische abzubildende Strukturen hinsichtlich der optischen Achse des zweiten optischen Elementes identisch positioniert oder zueinander verschoben sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Projektionsmodule hinsichtlich des ersten und zweiten optischen Elementes und der Anordnung dieser beiden optischen Elemente zueinander identisch aufgebaut sind.
  • Vorzugsweise sind die Projektionsmodule auch hinsichtlich der zumindest einen Lichtquelle, d.h. insbesondere in Hinblick auf die Positionierung der zumindest einen Lichtquelle, und beispielsweise auch hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der zumindest einen Lichtquelle, identisch.
  • Es kann zweckmäßig sein, dass die Lichtquellen der Projektionsmodule unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
  • Es kann weiters vorgesehen sein, dass ein Normalvektor durch das Zentrum der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, unter einem Winkel größer 0° zu der optischen Achse des zweiten optischen Elementes verläuft.
  • Typischerweise fallen dieser Normalvektor und die optische Achse des zweiten optischen Elementes zusammen oder nehmen einen Winkel von 0° zueinander ein, es kann aber auch die oben beschriebene Realisierung vorgesehen sein, bei welcher eine schräge Lage der Bildebene durch die Krümmung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, kompensiert werden kann.
  • Im Zusammenhang mit einem Fahrzeug, in welchem die Bodenprojektionsvorrichtung oder Fahrzeugleuchte eingebaut ist, kann vorgesehen sein, dass die optische Achse der Bodenprojektionsvorrichtung bzw. die optische Achse des zumindest einen Projektionsmoduls schräg, d.h. unter einem Winkel ungleich 90° zu der Bildebene verläuft.
  • Durch die Krümmung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, können diese trotz der Neigung der Bodenprojektionsvorrichtung zur optischen Achse diese in der Bildebene scharf abgebildet werden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt
    • Fig. 1 eine Bodenprojektionsvorrichtung mit drei, lediglich teilweise gezeigten Projektionsmodulen in einer perspektivischen Ansicht,
    • Fig. 2 ein Projektionsmodul, wie in die der Bodenprojektionsvorrichtung zum Einsatz kommt, in einer Seitenansicht,
    • Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Projektionsmoduls,
    • Fig. 4 ein Kraftfahrzeug mit einer Bodenprojektionsvorrichtung,
    • Fig. 5a eine Bodenprojektion mit drei abgebildeten Strukturen mit einer Bodenprojektionsvorrichtung nach dem Stand der Technik, und
    • Fig. 5b eine Bodenprojektion mit drei abgebildeten Strukturen mit einer Bodenprojektionsvorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Figur 1 zeigt eine Bodenprojektionsvorrichtung 100 für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, zum Erzeugen einer Bodenprojektion, welche drei Projektionsmodule 1, 2, 3 umfasst. Ein solches Projektionsmodul 1, 2, 3 - wobei die Projektionsmodule in Figur 1 nicht vollständig dargestellt sind - umfasst, wie dies auch in Figur 2 dargestellt ist, eine Lichtquelle 10, 20, 30, welche dazu eingerichtet ist, Licht in eine Lichtausbreitungsrichtung X zu emittieren, weiters, in Lichtausbreitungsrichtung X gesehen, nach der zumindest einen Lichtquelle 10, 20, 30, ein erstes optisches Element 11, 21, 31, in Lichtausbreitungsrichtung X gesehen, nach dem ersten optischen Element 11, 21, 31, eine abzubildende Struktur 12, 22, 32, sowie in Lichtausbreitungsrichtung X gesehen, nach der abzubildenden Struktur 12, 22, 32, ein zweites optisches Element 13, wobei das zweite optische Element 13 eine Objektebene OE aufweist.
  • Die Lichtquellen 10, 20, 30 der Projektionsmodule 1, 2, 3 können unabhängig voneinander ansteuerbar sein, um beispielsweise animierte Bodenprojektionen erzeugen zu können.
  • Die Lichtquellen sind beispielsweise als LEDs ausgebildet oder umfassen jeweils ein oder mehrere LEDs.
  • Die abzubildende Struktur 12, 22, 32 ist durch einen lichtdurchlässigen Bereich 12a, 22a, 32a definiert, welcher von einer oder mehreren, im vorliegenden Beispiel von drei Blendenkanten 12b - 12d, 22b - 22d, 32b - 32d von einem lichtundurchlässigen Bereich 12e, 22e, 32e getrennt ist. Im vorliegenden Beispiel besteht jede abzubildende Struktur 12, 22, 32 aus einem zusammenhängenden Bereich, kann aber prinzipiell auch aus zwei oder mehreren Teil-Bereichen bestehen.
  • Das erste optische Element 11, 21, 31 sammelt bzw. kollimiert von der Lichtquelle 10, 20, 30 emittiertes Licht in einem Punkt F11, welcher in Lichtausbreitungsrichtung X gesehen nach der abzubildenden Struktur 12, 22, 32 liegt.
  • Vorzugsweise liegt der Punkt F11, in Lichtausbreitungsrichtung X gesehen vor dem zweiten optischen Element 13, d.h. zwischen dem ersten optischen Element 11, 21, 31 und dem zweiten optischen Element 13.
  • Die abzubildende Struktur 12, 22, 32 liegt in einer Fläche 112a, 122a, 132a und im Wesentlichen in der Objektebene OE des zweiten optischen Elementes 13, sodass das durch die abzubildende Struktur 12, 22, 32 durchtretende Licht von dem zweiten optischen Element 13 in einer Bildebene BE, insbesondere in einen Bereich außerhalb der Bodenprojektionsvorrichtung 100, z.B. auf einen Boden, als eine die Bodenprojektion oder einen Teil der Bodenprojektion bildendes Lichtbild projiziert wird.
  • Die Fläche 112a, 122a, 132a, in welcher die abzubildende Struktur 12, 22, 32 liegt, ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Fläche 112a, 122a, 132a schalenförmig ausgebildet und von dem zweiten optischen Element 13 weggekrümmt ist.
  • Dadurch, dass die Objektebene in der Regel keine Ebene, sondern eine gekrümmte Objekt"fläche" ist, entstehende unerwünschte Effekte in der Abbildung der abzubildenden Struktur, wie unscharfe Ränder, Verzerrungen, usw., wie eingangs beschrieben. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, wird dieser Tatsache Rechnung getragen, und durch die gekrümmte Ausgestaltung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, welche vorzugsweise an die Krümmung bzw. Wölbung der Objektebene angepasst ist, können die beschriebenen nachteiligen Auswirkungen auf die Abbildung der abzubildenden Struktur großteils vermieden werden.
  • Die Qualität der Abbildung kann optimiert werden, wenn die Form der Fläche 112a, 12a, 132a im Wesentlichen einer Bildfeldwölbung der Objektebene OE des zweiten optischen Elementes 13 folgt. Damit kann die Bildfeldwölbung der Objektebene ausgeglichen werden, sodass das Bild der abzubildenden Struktur auch zu den Rändern der Objektebene hin, und nicht nur im Zentrum, in einer ebenen Fläche in der Bildebene BE scharf abgebildet wird.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Objektebene OE parallel zu der Petzvalfläche des zweiten optischen Elementes 13, d.h. jener gekrümmten Fläche, welche alle Brennpunkte des zweiten optischen Elementes 13 enthält, liegt.
  • Das zweite optische Element ist beispielsweise eine Projektionslinse bzw. ein Projektionssystem, d.h. ein System aus zwei oder mehr Linsen, welche gemeinsam projizierend wirken.
  • Durch die Positionierung des Punktes F11, in welchem das erste optische Element das Licht der Lichtquelle sammelt/kollimiert, außerhalb (hinter) der Objektebene OE des zweiten optischen Elementes, und nicht in der Objektebene, kann eine zu große Strahldivergenz, welche nachteilig für die Projektionsschärfe ist, sowie ein inhomogenes Lichtbild vermieden werden.
  • Vielmehr kann durch diese Positionierung eine Erhöhung der Projektionsschärfe erreicht werden und die Objektebene und/oder die abzubildende optische Struktur wird homogener ausgeleuchtet, sodass die Lichtverteilung, welche von dem zweiten optischen Element schlussendlich abgebildet wird, neben einer erhöhten Projektionsschärfe auch eine gesteigerte Homogenität aufweist.
  • Die schalenförmige Fläche 112a, 122a, 132a weist einen tiefsten Punkt S auf, wobei dieser beispielsweise, wie in Figur 2 gezeigt, der der am weitesten von dem zweiten optischen Element 13 entfernte Punkt der Fläche 112a, 122a, 132a ist. Der Abstand wird dabei gemessen entlang eines Normalvektors N durch das Zentrum bzw. den tiefsten Punkt S der Fläche 112a, 122a, 132a, in welcher die abzubildende Struktur 12, 22, 32 liegt.
  • In dem gezeigten Beispiel gemäß Figur 2 fällt der Normalvektor N mit der optischen Achse X2 des zweiten optischen Elementes 13 zusammen, weiter fällt auch die optische Achse X1 des ersten optischen Elementes 11, 21, 31 mit der optischen Achse X2 des zweiten optischen Elementes 13 zusammen, diese beiden Achsen X1, X2 liegen bzw. bilden die optische Achse XP des Projektionsmoduls 1, 2, 3.
  • Generell, d.h. im allgemeinen Zusammenhang, kann vorgesehen sein, dass die Fläche 112a, 122a, 132a eine Außenfläche, insbesondere eine Lichtaustrittsfläche eines lichtdurchlässigen Optikkörpers 112, 122, 132 ist. Die Außenfläche ist dabei vorzugsweise eine der Lichtquelle 10, 20, 30 abgewandte Fläche des lichtdurchlässigen Optikkörpers 112, 122, 132. Die Außenfläche des lichtdurchlässigen Optikkörpers 112, 122, 132 ist außerhalb (d.h. der Bereich 12e, 22e, 32e) der abzubildenden Struktur 12a, 22a, 32a lichtundurchlässig ausgebildet ist. Beispielsweise kann der lichtundurchlässige Bereich 12e, 22e, 32e der Außenfläche in Form einer lichtundurchlässigen Beschichtung ausgebildet sein.
  • Diese Lichtundurchlässigkeit kann beispielsweise durch Lackieren jener Bereiche, welche lichtundurchlässig sein sollen, mit einem undurchsichtigen Lack oder durch Aufdampfen von beispielsweise Aluminium realisiert werden.
  • Figur 2 zeigt eine Anordnung, welche beispielhaft drei Projektionsmodule 1, 2, 3 aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Projektionsmodule 1, 2, 3 identische abzubildende Strukturen 12, 22, 32 aufweisen, diese können sich aber auch hinsichtlich ihrer Größe und/oder Form unterscheiden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die abzubildende Struktur 12, 22, 32 auf der Fläche 112a, 122a, 132a derart angeordnet ist, dass die optische Achse X2 des zweiten optischen Elementes 13 und/oder die optische Achse X1 des ersten optischen Elementes 11, 21, 31 durch die abzubildende Struktur 12, 22, 32 verläuft. Im gezeigten Beispiel sind die abzubildenden Strukturen 12, 22, 32 unterschiedliche in Bezug auf die optische Achse X1 des jeweiligen ersten optischen Elementes 11, 21, 31 angeordnet, und zwar liegt die optische Achse X1 bei der abzubildenden Struktur 12 unterhalb der Struktur 12, bei der abzubildenden Strikte 22 verläuft die optische Achse X1 durch die Struktur 22, und bei der abzubildenden Struktur 32 verläuft die optische Achse X1 oberhalb der Struktur 12.
  • Figur 4 zeigt ein Kraftfahrzeug 1000, in welchem eine Bodenprojektionsvorrichtung 100 wie and Hand von Figur 1 und Figur 2 beschrieben eingebaut ist. Die Bodenprojektionsvorrichtung 100 ist dabei derart in das Kraftfahrzeug 1000 eingebaut, dass die optische Achse der Bodenprojektionsvorrichtung 100 bzw. die optische Achse XP des zumindest einen Projektionsmodules der Bodenprojektionsvorrichtung schräg, d.h. unter einem Winkel ungleich 90° zu der Bildebene BE, beispielsweise der Fahrbahn vor dem Fahrzeug 1000, verläuft.
  • Durch die Krümmung der Fläche, in welcher die abzubildende Struktur liegt, können diese trotz der Neigung der Bodenprojektionsvorrichtung zur optischen Achse diese in der Bildebene scharf abgebildet werden.
  • Gemäß Figur 3 kann bei einem Projektionsmodul 1 auch vorgesehen sein, dass der Normalvektor durch das Zentrum der Fläche 112a, 122a, 132a, in welcher die abzubildende Struktur 12, 22, 32 liegt, unter einem Winkel größer 0° zu der optischen Achse X2 des zweiten optischen Elementes 13 und/oder der optischen Achse X1 des ersten optischen Elementes 11, 21, 31 verläuft. Durch diese Neigung der Fläche 112a, 122a, 132a, welche die abzubildende Struktur 12, 22, 32 enthält, können negative optische Auswirkungen, welche sich durch eine Neigung der Bodenprojektionsvorrichtung 100 bzw. der Neigung der Projektionsmodule der Bodenprojektionsvorrichtung 100 wie in Figur 4 gezeigt ergeben können, kompensiert werden, wenn die in Figur 4 eingebaute Bodenprojektionsvorrichtung 100 ein oder mehrere Projektionsmodule wie an Hand von Figur 3 beschrieben aufweist.
  • Die Figuren 5a und 5b zeigen schließlich noch Bodenprojektionen, wobei Figur 5a drei abgebildete Strukturen basierend auf dem Stand der Technik, d.h. mit abzubildenden Strukturen, welche in einer ebenen Fläche liegen, erzeugt wurden, während die abgebildeten Strukturen aus Figur 5b mit abzubildenden Strukturen in gekrümmten Flächen entsprechend der Erfindung erzeugt wurden. Wie gut zu erkennen ist, sind die begrenzenden Ränder der abgebildeten Strukturen in Figur 5b deutlich schärfer als jene aus Figur 5a .
  • Die drei abgebildeten Strukturen entsprechen in ihrer Form der abzubildenden Struktur, d.h. im Beispiel gemäß Figur 1, 2 ist die Form der abzubildenden Struktur sowie der abgebildeten Struktur jeweils ein Dreieck. Die unterschiedlichen Positionen der abgebildeten Strukturen (Dreiecke) auf der Bildebene BE ergeben sich durch die unterschiedliche Positionierung der abzubildenden Strukturen 12, 22, 32 in Hinblick auf die jeweilige optische Achse XP der einzelnen Projektionsmodule, 1, 2, 3.
  • Die optischen Elemente und der lichtdurchlässigen Körper sind beispielsweise in bekannter Weise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff gebildet.

Claims (17)

  1. Bodenprojektionsvorrichtung (100) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, zum Erzeugen einer Bodenprojektion, wobei die Bodenprojektionsvorrichtung (100) zumindest ein Projektionsmodul (1, 2, 3) umfasst, wobei ein Projektionsmodul (1, 2, 3) umfasst:
    • zumindest eine Lichtquelle (10, 20, 30), welche dazu eingerichtet ist, Licht in eine Lichtausbreitungsrichtung (X) zu emittieren, sowie
    • in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen, nach der zumindest einen Lichtquelle (10, 20, 30), ein erstes optisches Element (11, 21, 31), weiters
    • in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen, nach dem ersten optischen Element (11, 21, 31), eine abzubildende Struktur (12, 22, 32), wobei
    ∘ die abzubildende Struktur (12, 22, 32) ein lichtdurchlässiger Bereich (12a, 22a, 32a) ist, welcher von einer oder mehreren Blendenkanten (12b - 12d, 22b - 22d, 32b - 32d) von einem lichtundurchlässigen Bereich (12e, 22e, 32e) getrennt ist, und wobei
    ∘ die abzubildende Struktur (12, 22, 32) in einer Fläche (112a, 122a, 132a) liegt, sowie
    • in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen, nach der abzubildenden Struktur (12, 22, 32), ein zweites optisches Element (13), wobei das zweite optische Element (13) eine Objektebene (OE) aufweist,
    wobei
    das erste optische Element (11, 21, 31) von der zumindest einen Lichtquelle (10, 20, 30) emittiertes Licht in einem Punkt (F11), welcher in Lichtausbreitungsrichtung (X) gesehen nach der abzubildenden Struktur (12, 22, 32) liegt, sammelt bzw. kollimiert, und wobei
    die abzubildende Struktur (12, 22, 32) im Wesentlichen in der Objektebene (OE) des zweiten optischen Elementes (13) liegt, sodass das durch die abzubildende Struktur (12, 22, 32) durchtretende Licht von dem zweiten optischen Element (13) in eine Bildebene (BE), insbesondere in einen Bereich außerhalb der Bodenprojektionsvorrichtung (100), z.B. auf einen Boden, als eine die Bodenprojektion oder einen Teil der Bodenprojektion bildendes Lichtbild projiziert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Fläche (112a, 122a, 132a), in welcher die abzubildende Struktur (12, 22, 32) liegt, gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Fläche (112a, 122a, 132a) schalenförmig ausgebildet und von dem zweiten optischen Element (13) weggekrümmt ist.
  2. Bodenprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der tiefste Punkt (S) der schalenförmigen Fläche (112a, 122a, 132a) der am weitesten von dem zweiten optischen Element (13) entfernte Punkt der Fläche (112a, 122a, 132a) ist.
  3. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der tiefste Punkt (S) der Fläche (112a, 122a, 132a) auf der optischen Achse (X2) des zweiten optischen Elementes (13) liegt.
  4. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form der Fläche (112a, 12a, 132a) im Wesentlichen einer Bildfeldwölbung der Objektebene (OE) des zweiten optischen Elementes (13) folgt.
  5. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Objektebene (OE) parallel zu der Petzvalfläche des zweiten optischen Elementes (13), d.h. jener gekrümmten Fläche, welche alle Brennpunkte des zweiten optischen Elementes (13) enthält, liegt.
  6. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abzubildende Struktur (12, 22, 32) ein einzelner Bereich ist oder zwei oder mehrere, voneinander getrennte Teil-Bereiche umfasst.
  7. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche (112a, 122a, 132a) eine Außenfläche, insbesondere eine Lichtaustrittsfläche eines lichtdurchlässigen Optikkörpers (112, 122, 132) ist.
  8. Bodenprojektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Außenfläche des lichtdurchlässigen Optikkörpers (112, 122, 132) außerhalb der abzubildenden Struktur lichtundurchlässig ausgebildet ist, wobei beispielsweise der lichtundurchlässige Bereich der Außenfläche in Form einer lichtundurchlässigen Beschichtung ausgebildet ist.
  9. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abzubildende Struktur (12, 22, 32) derart angeordnet ist, dass die optische Achse (X2) des zweiten optischen Elementes (13) durch die abzubildende Struktur (12, 22, 32) verläuft.
  10. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zwei oder mehr Projektionsmodule (1, 2, 3).
  11. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Projektionsmodule (1, 2, 3) identische abzubildende Strukturen (12, 22, 32) aufweisen, oder zumindest eines der Projektionsmodule eine andere abzubildende Struktur als die anderen Projektionsmodule aufweist, oder sich alle Projektionsmodule hinsichtlich der abzubildenden Struktur voneinander unterscheiden.
  12. Bodenprojektionsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei identische abzubildende Strukturen (12, 22, 32) hinsichtlich der optischen Achse (X2) des zweiten optischen Elementes (13) identisch positioniert oder zueinander verschoben sind.
  13. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Projektionsmodule (1, 2, 3) hinsichtlich des ersten und zweiten optischen Elementes und der Anordnung dieser beiden optischen Elemente zueinander identisch aufgebaut sind.
  14. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Lichtquellen (10, 20, 30) der Projektionsmodule unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
  15. Bodenprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Normalvektor durch das Zentrum der Fläche (112a, 122a, 132a), in welcher die abzubildende Struktur (12, 22, 32) liegt, unter einem Winkel größer 0° zu der optischen Achse (X2) des zweiten optischen Elementes (13) verläuft.
  16. Fahrzeugleuchte, insbesondere Kraftfahrzeugleuchte umfassend zumindest eine Bodenprojektionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Fahrzeug (1000), insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine Bodenprojektionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder eine Fahrzeugleuchte nach Anspruch 16, welche in das Fahrzeug (1000) eingebaut ist, wobei vorzugsweise die Bodenprojektionsvorrichtung (100) oder Fahrzeugleuchte derart in das Fahrzeug (1000) eingebaut ist, dass die optische Achse der Bodenprojektionsvorrichtung (100) oder die optische Achse des zumindest einen Projektionsmodules der Bodenprojektionsvorrichtung (100) schräg, d.h. unter einem Winkel ungleich 90° zu der Bildebene (BE) verläuft.
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