WO2005031438A1 - Head-up display with high power light emitting diode and transmissive image source - Google Patents

Head-up display with high power light emitting diode and transmissive image source Download PDF

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WO2005031438A1
WO2005031438A1 PCT/EP2004/051865 EP2004051865W WO2005031438A1 WO 2005031438 A1 WO2005031438 A1 WO 2005031438A1 EP 2004051865 W EP2004051865 W EP 2004051865W WO 2005031438 A1 WO2005031438 A1 WO 2005031438A1
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WO
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light
light source
head
display
mirror
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/051865
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Inventor
Herbert Breinich
Kai Hohmann
Bernd Ludewig
Ralf Mayer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility

Definitions

  • the invention relates to a head-up display with at least one light source, with at least one optics arranged downstream of the light source in the beam path, with at least one image-generating unit arranged downstream in the beam path of the light source.
  • Such an arrangement is common in the field of motor vehicle display systems with head-up technology.
  • a powerful light source is regularly provided which illuminates an image generation unit and in this way projects the image generated by the image generation unit onto a windshield of the motor vehicle.
  • the development faces numerous technical problems.
  • the always limited installation space in the motor vehicle has so far strictly limited the power of the light source, which plays a decisive role in the readability of the display in unfavorable ambient light conditions.
  • Previous solutions provide, among other things, a field of light-emitting diodes which, owing to the limited space and the unfavorable radiation characteristics of individual light-emitting diodes, have an overall poor efficiency and generate a great deal of heat.
  • the limiting factor when dimensioning an LED matrix light source is the heat dissipation power loss. For this reason, either extensive constructions, restrictions in the color display or a low brightness must be accepted.
  • the object of the invention is to create a head-up display which, with only a small space requirement, meets the requirements for the brightness of the display under all conceivable ambient light conditions in terms of good readability fully met.
  • the object is achieved by a head-up display of the type mentioned at the beginning, which has at least one light-emitting diode as light source, which has at least one LED chip and is designed as a high-power light-emitting diode with a power consumption of at least 0.5 watts per LED chip ,
  • a high-performance light-emitting diode instead of, for example, a multi-colored LED matrix light source reduces the space requirement of the light source with the same light output to a fraction of what was previously required.
  • optics connected to the light source are decidedly simpler due to the reduction in the number of light sources.
  • An LED matrix light source of 128 individual diodes for example, required extremely complex optics for each individual light-emitting diode due to the unfavorable beam angle of the individual light-emitting diodes.
  • the effort for bundling the light from the light source according to the invention can be concentrated on only a few individual high-performance light-emitting diodes.
  • the power consumption of the high-performance light-emitting diode has been found to be 1 watt or 5 watt.
  • the optics with a reflector which deflects and bundles the light from individual high-power light-emitting diodes, preferably a single high-power light-emitting diode, in the desired direction.
  • the reflector is designed to be totally reflective.
  • Conventional reflectors are regularly coated with aluminum so that their surface has a degree of reflection of approximately 90%. With an average number of six reflections per beam path from the light source until the reflector leaves, the reflection efficiency is approximately 50%. The remaining power of the light source must be dissipated as heat.
  • a reflector designed to be totally reflective according to the invention achieves an efficiency of approximately 92%. Coated coupling and decoupling surfaces enable a transmittance of 99%.
  • the reflector is particularly inexpensive to manufacture if it consists of a transmissive polymer.
  • a transmissive polymer is easier to manufacture as a blank and, if necessary, easier to rework.
  • the reflector can expediently have an essentially conical outer contour.
  • a conical outer contour of the reflector regularly directs the light emitted by the light source in the desired direction of radiation.
  • a pyramidal design of the outer contour of the reflector provides particular advantages, which essentially guarantees the same parallelism in the radiation characteristic and additionally makes it possible to arrange a plurality of reflectors in a modular manner next to one another with almost no space.
  • the totally reflective reflector expediently has a coupling side, on the light of at least one light source is a ⁇ occurs, and a coupling-out, emerges on the light coupled.
  • a vertical exit from the reflector is expedient. Since a completely parallel beam path behind the reflector can hardly be realized technically, it makes sense if the reflector emits a widening light cone that has a boundary surface, which boundary surface has an angle of approximately 5 ° with a central axis running centrally through the light cone in the main direction of light propagation - forms 15 °.
  • the main direction of light propagation is to be understood here as the intensity-averaged direction of light propagation.
  • the outer contour of the reflector makes sense to design the outer contour of the reflector to be convex and to design it as a rotating paraboloid that widens in the direction of light propagation.
  • Very good results in the radiation characteristic can be achieved if the rotational paraboloid is based on a polynomial, for example of the fifth order.
  • the coefficients of the polynomial are optimized depending on the position of the light source, the external dimensions of the reflector and the radiation characteristic of the light source in such a way that the most parallel possible beam path after the reflector is achieved and the most homogeneous intensity distribution possible over the radiation surface of the reflector.
  • a particularly loss-free coupling of the light from the light source results if the reflector has a recess on the coupling-in side that receives the light source.
  • the recess has a cylindrical, lateral boundary contour extending parallel to the central axis. In this way, the light from the light source for the most part shines almost perpendicularly onto the coupling surface and strikes the reflector.
  • a further optimization of the optical properties of the totally reflecting reflector results if the recess has an end face which is arranged in the direction of the central axis and which is convex in the direction of the light source.
  • the incoming light is deflected in the direction of the desired parallel beam path after it leaves the reflector as soon as it enters the reflector.
  • a power of 5 watts of a high-performance light-emitting diode located in the recess of the reflector it has proven to be advantageous with regard to the radiation characteristic, the heat development and the brightness required for a head-up display if the reflector has an exit surface with a diagonal dimension of approximately 20 mm, and the recess has a diagonal dimension of about 5 mm.
  • it can advantageously be directed onto an image generation unit arranged shortly behind it.
  • Restrictions in terms of installation space regularly dictate the expediency of arranging a mirror in the beam path after the light source, which essentially reflects the wavelength spectrum of the light source in the direction of the subsequently arranged image generation unit.
  • the mirror is designed to be color-selective, light from a first wavelength spectrum largely reflects and light from a second wavelength spectrum mostly transmitted. In this way, the color location in which the image generation unit is to be operated can be adjusted again with the aid of the mirror.
  • the invention provides that the head-up display has at least two light sources, a first light source emits light of a first wavelength spectrum, a second light source emits light of a second wavelength spectrum, at least one color-selective mirror, the light, arranged downstream of these light sources of the first wavelength spectrum is reflected for the most part and light of the second wavelength spectrum is arranged for the most part to be transmitted such that in the beam path downstream of the mirror the light from both light sources is mixed and the light mixed in this way strikes the image generation unit.
  • the intensity of the light sources of different spectra can be adjusted as required by means of dimming, a dimming rate of 1 in 2000 of the high-performance light-emitting diodes used providing an almost inexhaustible range of intensities and colors.
  • the light from the first light source and the light from the second light source are advantageously mixed with one another by means of so-called dichroic mirrors.
  • this can in such a way that the light of the first light source strikes a first side of the mirror, the light of the second light source strikes a second side of the mirror, the light of the first light source is reflected by the mirror, and the light of the second light source is transmitted by the mirror is and the main directions of light propagation of the light of the first light source and the light of the second light source substantially match the beam path after the mirror.
  • the mirrors used can expediently be dielectrically coated interference mirrors which reflect certain wavelength spectra and reflect other wavelength spectra to the greatest possible extent.
  • the mirrors are preferably designed as glass or plastic panes coated by means of sputtering technology, the coating regularly being a metal oxide layer.
  • the light of the first light source is essentially red and the light of the second light source is essentially green.
  • the invention also enables the use of at least three light sources of different wavelength spectra, so that the head-up display is fully color-capable.
  • An embodiment of the invention advantageously provides that the head-up display has at least three light sources, a first light source emits light of a first wavelength spectrum, a second light source emits light of a second wavelength spectrum, a third light source emits light of a third wavelength spectrum, im
  • At least two color-selective mirrors are arranged downstream of these light sources, a first mirror largely re-illuminates light of the first wavelength spectrum. diffracted and light of the second wavelength spectrum and third wavelength spectrum transmitted for the most part, a second mirror reflects light of the second wavelength spectrum for the most part and light of the third wavelength spectrum largely transmitted.
  • the mirrors are arranged in such a way that the light from the light sources follows the mirrors in the beam path, and the light mixed in this way strikes the image generation unit.
  • mirrors which are designed to be transmissive and reflective in a color-selective manner are also advantageously to be provided here.
  • N1 dichroic mirrors are required.
  • These dichroic mirrors are always to be arranged in the beam path of the resulting mixed light in such a way that the coupled-in light of the additional wavelength spectrum of the corresponding light source after reflection on the dichroic mirror has essentially the same main direction of light propagation as the resulting mixed light, the dichroic mirror being selectable in terms of its color With regard to reflection and transmission, it should be selected such that the light to be coupled into the mixed beam is reflected and with regard to the spectrum of further light sources arranged in the beam path of the mixed light in front of the light source to be coupled in, is transmissive.
  • the dichroic mirrors it is advantageous to select the coupling of light into the mixed beam in the direction of propagation of the light, preferably from the shortest wavelength to the longest wavelength of the light to be mixed in from light sources.
  • the light of the first light source is substantially red
  • the light of the second light source is substantially green
  • the light of the third light source is substantially blue, wherein the blue light of the third light source first in the main direction of propagation of the mixed Light is deflected, then the green light of the second light source is deflected in this direction and finally the red light of the first light source is aligned essentially in accordance with the main direction of propagation of the mixed light.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a head-up display according to the invention
  • FIG. 2 shows a light source, a reflector and the resulting beam path according to the invention
  • 3 shows the common arrangement of three light sources, three reflectors and the mixture by means of partially dichroic mirrors.
  • the head-up display 1 shown schematically in FIG. 1 essentially comprises a light generating unit 2, an image generating unit 3, subsequent optical components 4, which are shown in simplified form in FIG. 1 as a black box, and a central controller 5, which is connected to the light generating unit 2, the image generation unit 3 and the optical components elements 4 is connected.
  • the image generation unit 3 is illuminated by means of the light 6 generated by the light generation unit 2.
  • the light 6 which has passed through the image generation unit 3 is projected by means of the optical components 4 onto a windshield 7 of a motor vehicle, not shown, so that the driver perceives the projection as a virtual image at a certain distance in front of him and integrated in the image of the surrounding landscape 8.
  • the light generating unit 2 has light sources 13 which are arranged on a common carrier 35 designed as a heat sink.
  • FIG. 2 shows a reflector 10 which is designed to be totally reflective.
  • the reflector 10 has a coupling-in side 11 and a coupling-out side 12, the light 14 emitted by a light source 13 emerging from the coupling-out side 12 and the coupling-in side 11 essentially lying opposite the coupling-out side 12.
  • the reflector 10 is provided with a recess 15 in which the light source 13 is arranged.
  • the light 14 emerging on the coupling-out side 12 of the reflector 10 defines a light main propagation direction 16 in the intensity-averaged direction.
  • the reflector 10 has a substantially conical outer contour 17, the reflector 10 being rotationally symmetrical with a central axis 18 extending in the direction of the light main propagation direction 16 is trained.
  • the light source 13 is designed as a high-performance light-emitting diode and has a rectangular LED chip 20.
  • the LED Chip 20 emits light 14 into recess 15 over a solid angle of almost 180 °.
  • the recess 15 has a substantially cylindrical lateral contour 21 and is symmetrical to the central axis 18.
  • an end face 22 is convexly curved in the direction of the light source 13.
  • the light 14 emerging from the light source 13 enters the reflector 10 on the lateral boundary contour 21 and the curved end face 22 on the coupling-in side 11 and reaches either directly, via single reflection or multiple reflection on the outer contour 17 of the reflector 10 the coupling-out side 12, where it emerges from the reflector 10 essentially perpendicularly as a parallel beam.
  • the emerging beam forms a light cone 25, which has a maximum widening in the main light propagation direction 16 of +/- 10 ° to the central axis 18 of the reflector 10.
  • FIG. 3 shows the mixture of red 40, green 50 and blue 60 light which is emitted by a first light source 41, second light source 51 and third light source 61.
  • the light sources 41, 51, 61 are high-performance light-emitting diodes, all of which are provided with a reflector 10, as shown in FIG. 2.
  • a first mirror 42, second mirror 52 or third mirror 62 is arranged downstream of the light sources 41, 51, 61 in the beam path.
  • the mirrors 42, 52, 62 direct the respective beam in the beam path of the light 40, 50, 60 into a common light - Main direction of propagation 16 um.
  • the light main propagation direction 16 is oriented essentially perpendicular to the original beam path of the lights 40, 50, 60 originating from the light sources 41, 51, 61, which is an orientation the mirror 42, 52, 62 to the main light propagation direction 16 and the original propagation directions of the lights 40, 50, 60 are caused by 45 °.
  • the third mirror 62 arranged first in the light propagation direction 16 is designed to be fully reflective.
  • Arranged downstream in the main light propagation direction 16 is the second mirror 52, which reflects and transmits in a color-selective manner.
  • the blue light 60 strikes a second side 55 of the second mirror 52 and is transmitted in the main light propagation direction 16.
  • the green light 50 from the second light source 51 strikes the second mirror 52 on a first side 56 and is deflected or reflected on the basis of its wavelength spectrum in the main direction of light propagation 16.
  • the first mirror 42 transmits the blue 60 and green 50 light incident on a second side 45 and reflects the red 40 light incident on a first side 46 in the main light propagation direction 16, so that it mixes the red 40, green 50 and blue 60 light comes with a common light propagation direction 16.
  • the illuminated image generation unit 3 which has a display area of approximately 19 mm ⁇ 38 mm, follows after the first mirror 42 in the main direction of light propagation 16.

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Abstract

The invention relates to a Head-Up Display (1), comprising a light source (13), a lens, arranged subsequently in the beam path of the light source (13) and an image generation unit (3), which work in transmissive mode. Conventional light sources (13) for Head-Up Displays (1) do not simultaneously meet the brightness requirements and the limited available installation space. The above invention provides a solution, whereby the light source (13) comprises at least one light emitting diode, with an LED chip (20), embodied as a high-power light emitting diode with a power capacity of at least 0.5 Watt per LED chip (20). The invention has the particular advantage of high luminous intensity with low installation space and simplified optics.

Description

Beschreibungdescription
HEAD-UP-DISPLAY MIT HOCHLEISTUNGSDIODE UND DURCHLICHTBETRIEBENER BILDERZEUGUNGSEINHEITHEAD-UP DISPLAY WITH HIGH-PERFORMANCE DIODE AND TRANSLATION-DRIVEN IMAGE GENERATION UNIT
Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display mit mindestens einer Lichtquelle, mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle nachgeordneten Optik, mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle nachgeordneten durchlichtbetrie- benen Bilderzeugungseinheit.The invention relates to a head-up display with at least one light source, with at least one optics arranged downstream of the light source in the beam path, with at least one image-generating unit arranged downstream in the beam path of the light source.
Insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeuganzeigesystemen mit Head-up-Technologie ist eine derartige Anordnung üblich. Regelmäßig wird eine leistungsstarke Lichtquelle vorgesehen, die eine Bilderzeugungseinheit durchleuchtet und auf diese Weise das von der Bilderzeugungseinheit generierte Bild auf eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges projiziert. Um der gewünschten Größenskalierung, einer angemessenen Betrachtungsposition und sonstigen optischen Anforderungen zu genügen, befinden sich meist vor und hinter der Bilderzeugungs- einheit und nachfolgend der Lichtquelle im Strahlengang optische Linsen und Spiegel, die dem Strahlengang die gewünschte Charakteristik aufprägen. Im Bereich der Lichtquelle sieht sich die Entwicklung vor zahlreiche technische Probleme gestellt. Der stets knappe Bauraum im Kraftfahrzeug limitiert bisher die Leistung der Lichtquelle streng, die eine entscheidende Rolle für die Ablesbarkeit der Anzeige bei ungünstigen Fremdlichtbedingungen spielt. Bisherige Lösungen sehen unter anderem ein Feld von Leuchtdioden vor, die auf Grund der beengten Platzverhältnisse und der ungünstigen Abstrahl- Charakteristik einzelner Leuchtdioden einen insgesamt schlechten Wirkungsgrad aufweisen und sehr viel Wärme erzeugen. Der begrenzende Faktor bei der Dimensionierung einer LED-Matrix-Lichtquelle ist die als Wärme abzuführende Ver- lustleistung. Aus diesem Grund müssen entweder raumgreifende Konstruktionen, Einschränkungen bei der Farbdarstellung oder eine geringe Helligkeit akzeptiert werden.Such an arrangement is common in the field of motor vehicle display systems with head-up technology. A powerful light source is regularly provided which illuminates an image generation unit and in this way projects the image generated by the image generation unit onto a windshield of the motor vehicle. In order to meet the desired size scaling, an appropriate viewing position and other optical requirements, there are usually optical lenses and mirrors in front of and behind the imaging unit and subsequently the light source in the beam path, which imprint the desired characteristics on the beam path. In the field of light sources, the development faces numerous technical problems. The always limited installation space in the motor vehicle has so far strictly limited the power of the light source, which plays a decisive role in the readability of the display in unfavorable ambient light conditions. Previous solutions provide, among other things, a field of light-emitting diodes which, owing to the limited space and the unfavorable radiation characteristics of individual light-emitting diodes, have an overall poor efficiency and generate a great deal of heat. The limiting factor when dimensioning an LED matrix light source is the heat dissipation power loss. For this reason, either extensive constructions, restrictions in the color display or a low brightness must be accepted.
Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Head- up-Display zu schaffen, welches bei einem nur geringen Bauraumbedarf die Anforderungen an die Helligkeit der Darstellung unter allen denkbaren Fremdlichtbedingungen im Sinne ei- ner guten Ablesbarkeit in vollem Umfang erfüllt.Based on the problems and disadvantages of the prior art, the object of the invention is to create a head-up display which, with only a small space requirement, meets the requirements for the brightness of the display under all conceivable ambient light conditions in terms of good readability fully met.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Head-up-Display der eingangs genannten Art gelöst, welches als Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode aufweist, die mindestens einen LED-Chip aufweist und als Hochleistungsleuchtdiode mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 0,5 Watt pro LED-Chip ausgebildet ist.According to the invention, the object is achieved by a head-up display of the type mentioned at the beginning, which has at least one light-emitting diode as light source, which has at least one LED chip and is designed as a high-power light-emitting diode with a power consumption of at least 0.5 watts per LED chip ,
Die Verwendung einer Hochleistungsleuchtdiode statt bei- spielsweise einer mehrfarbigen LED-Matrix-Lichtquelle reduziert den Raumbedarf der Lichtquelle bei gleicher Lichtleistung auf einen Bruchteil des bisher Erforderlichen. Darüber hinaus gestaltet sich eine sich an die Lichtquelle anschließende Optik auf Grund der Reduzierung der Anzahl der Licht- quellen entscheidend einfacher. Eine LED-Matrix-Lichtquelle von zum Beispiel 128 Einzeldioden erforderte auf Grund des ungünstigen Abstrahlraumwinkels der einzelnen Leuchtdioden eine äußerst aufwendige Optik für jede einzelne Leuchtdiode. Wegen der hohen Leistungsaufnahme der Hochleistungsleuchtdio- de kann sich der Aufwand zur Bündelung des Lichtes der Lichtquelle gemäß der Erfindung auf nur noch wenige einzelne Hochleistungsleuchtdioden konzentrieren. Als besonders vorteil- haft hat sich eine Leistungsaufnahme der Hochleistungsleuchtdiode von 1 Watt oder 5 Watt herausgestellt.The use of a high-performance light-emitting diode instead of, for example, a multi-colored LED matrix light source reduces the space requirement of the light source with the same light output to a fraction of what was previously required. In addition, optics connected to the light source are decidedly simpler due to the reduction in the number of light sources. An LED matrix light source of 128 individual diodes, for example, required extremely complex optics for each individual light-emitting diode due to the unfavorable beam angle of the individual light-emitting diodes. Because of the high power consumption of the high-performance light-emitting diodes, the effort for bundling the light from the light source according to the invention can be concentrated on only a few individual high-performance light-emitting diodes. As a particularly advantageous The power consumption of the high-performance light-emitting diode has been found to be 1 watt or 5 watt.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Optik mit einem Reflektor, der das Licht einzelner Hochleistungsleuchtdioden, vorzugsweise einer einzelnen Hochleistungsleuchtdiode, in die gewünschte Richtung umlenkt und bündelt. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht hierbei vor, dass der Reflektor totalreflektierend ausgebildet ist. Herkömmli- ehe Reflektoren sind regelmäßig mit Aluminium beschichtet, so dass deren Oberfläche ein Reflektionsgrad von ungefähr 90 % hat. Bei einer durchschnittlichen Anzahl von sechs Reflektio- nen pro Strahlengang aus der Lichtquelle bis zum Verlassen des Reflektors ergibt sich ein Reflektionswirkungsgrad von etwa 50 %. Die restliche Leistung der Lichtquelle muss als Wärme abgeführt werden. Ein erfindungsgemäß totalreflektierend ausgebildeter Reflektor erreicht einen Wirkungsgrad von annähernd 92 %. Beschichtete Ein- und Auskoppelflächen ermöglichen einen Transmissionsgrad von 99 %. Besonders kosten- günstig wird der Reflektor in der Herstellung, wenn er aus einem transmissiven Polymer besteht. Im Gegensatz zu einem aus Glas gefertigten Reflektor lässt sich ein transmissives Polymer als Rohling leichter herstellen und ggf. einfacher nachbearbeiten. Zweckmäßig kann der Reflektor eine im Wesent- liehen kegelige Außenkontur aufweisen. Eine kegelige Außenkontur des Reflektors lenkt das von der Lichtquelle emittierte Licht regelmäßig in die gewünschte Abstrahlrichtung. Besondere Vorteile erbringt eine pyramidische Ausbildung der Außenkontur des Reflektors, welche im Wesentlichen die glei- ehe Parallelität in der Abstrahlcharakteristik gewährleistet und zusätzlich mehrere Reflektoren nahezu ohne Zwischenraum modular nebeneinander anordnenbar macht. Der totalreflektierend ausgebildete Reflektor weist zweckmäßig eine Einkoppel- seite auf, auf der Licht mindestens einer Lichtquelle ein¬ tritt und eine Auskoppelseite, auf der eingekoppeltes Licht austritt. Zur Erreichung eines möglichst parallelen Strahlenganges im Anschluss an den Reflektor ist ein senkrechter Aus- tritt aus dem Reflektor zweckmäßig. Da sich ein vollkommen paralleler Strahlengang nach dem Reflektor technisch kaum realisieren lässt, ist es sinnvoll, wenn der Reflektor einen sich aufweitenden Lichtkegel abstrahlt, der eine Begrenzungsfläche aufweist, welche Begrenzungsfläche mit einer zentral durch den Lichtkegel in Lichthauptausbreitungsrichtung verlaufenden Zentralachse einen Winkel von etwa 5° - 15° bildet. Die Lichthauptausbreitungsrichtung ist hierbei als die inten- sitäts-gemittelte Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu verstehen. Zur Erreichung dieses Zweckes ist es sinnvoll, die Au- ßenkontur des Reflektors konvex auszubilden und als sich in Lichthauptausbreitungsrichtung aufweitender Rotationsparabo- loid zu gestalten. Sehr gute Ergebnisse in der Abstrahlcharakteristik können erreicht werden, wenn dem Rotationsparabo- loid ein Polynom, von zum Beispiel fünfter Ordnung zugrunde liegt. Die Koeffizienten des Polynoms werden in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle, den äußeren Abmaßen des Reflektors und der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle dahingehend optimiert, dass ein möglichst paralleler Strahlengang nach dem Reflektor erzielt wird und eine möglichst homo- gene Intensitätsverteilung über die Abstrahlfläche des Reflektors .It is particularly expedient to design the optics with a reflector which deflects and bundles the light from individual high-power light-emitting diodes, preferably a single high-power light-emitting diode, in the desired direction. A particularly advantageous development of the invention provides that the reflector is designed to be totally reflective. Conventional reflectors are regularly coated with aluminum so that their surface has a degree of reflection of approximately 90%. With an average number of six reflections per beam path from the light source until the reflector leaves, the reflection efficiency is approximately 50%. The remaining power of the light source must be dissipated as heat. A reflector designed to be totally reflective according to the invention achieves an efficiency of approximately 92%. Coated coupling and decoupling surfaces enable a transmittance of 99%. The reflector is particularly inexpensive to manufacture if it consists of a transmissive polymer. In contrast to a reflector made of glass, a transmissive polymer is easier to manufacture as a blank and, if necessary, easier to rework. The reflector can expediently have an essentially conical outer contour. A conical outer contour of the reflector regularly directs the light emitted by the light source in the desired direction of radiation. A pyramidal design of the outer contour of the reflector provides particular advantages, which essentially guarantees the same parallelism in the radiation characteristic and additionally makes it possible to arrange a plurality of reflectors in a modular manner next to one another with almost no space. The totally reflective reflector expediently has a coupling side, on the light of at least one light source is a ¬ occurs, and a coupling-out, emerges on the light coupled. In order to achieve a beam path that is as parallel as possible after the reflector, a vertical exit from the reflector is expedient. Since a completely parallel beam path behind the reflector can hardly be realized technically, it makes sense if the reflector emits a widening light cone that has a boundary surface, which boundary surface has an angle of approximately 5 ° with a central axis running centrally through the light cone in the main direction of light propagation - forms 15 °. The main direction of light propagation is to be understood here as the intensity-averaged direction of light propagation. To achieve this purpose, it makes sense to design the outer contour of the reflector to be convex and to design it as a rotating paraboloid that widens in the direction of light propagation. Very good results in the radiation characteristic can be achieved if the rotational paraboloid is based on a polynomial, for example of the fifth order. The coefficients of the polynomial are optimized depending on the position of the light source, the external dimensions of the reflector and the radiation characteristic of the light source in such a way that the most parallel possible beam path after the reflector is achieved and the most homogeneous intensity distribution possible over the radiation surface of the reflector.
Eine besonders verlustfreie Einkopplung des Lichtes der Lichtquelle ergibt sich, wenn der Reflektor auf der Einkop- pelseite eine die Lichtquelle aufnehmende Ausnehmung aufweist. Hinsichtlich der Einkopplung des Lichtes aus der Lichtquelle in den Reflektor und des Herstellungsaufwandes des Reflektors hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Ausnehmung eine zylindrische, sich parallel zur Zentralachse erstreckende seitliche Begrenzungskontur aufweist. Auf diese Weise strahlt das Licht der Lichtquelle zum größten Teil nahezu senkrecht auf die Einkoppelfläche auf- treffend in den Reflektor ein. Eine weitere Optimierung der optischen Eigenschaften des totalreflektierend ausgebildeten Reflektors ergibt sich, wenn die Ausnehmung eine in Richtung der Zentralachse gegenüber der Lichtquelle angeordnete Stirnfläche aufweist, welche in Richtung der Lichtquelle konvex gewölbt ist. Auf diese Weise wird das einkoppelnde Licht schon beim Eintritt in den Reflektor in Richtung des gewünschten parallelen Strahlenganges nach Austritt aus dem Reflektor umgelenkt. Insbesondere bei einer Leistung von 5 Watt einer sich in der Ausnehmung des Reflektors befindlichen Hochleistungsleuchtdiode hat es sich hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik, der Wärmeentwicklung und der für ein Head-up-Display erforderlichen Helligkeit als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reflektor eine Austrittsfläche mit einem Diagonalmaß von etwa 20 mm aufweist, und die Ausnehmung ein Diagonalmaß von etwa 5 mm aufweist. Entsprechend der erreichbaren Bündelung der aus dem Reflektor austretenden Lichtkeule kann diese vorteilhaft auf eine kurz dahinter angeordnete Bilderzeugungseinheit gerichtet werden.A particularly loss-free coupling of the light from the light source results if the reflector has a recess on the coupling-in side that receives the light source. With regard to the coupling of the light from the light source into the reflector and the manufacturing expenditure of the reflector, it has proven to be particularly favorable if the recess has a cylindrical, lateral boundary contour extending parallel to the central axis. In this way, the light from the light source for the most part shines almost perpendicularly onto the coupling surface and strikes the reflector. A further optimization of the optical properties of the totally reflecting reflector results if the recess has an end face which is arranged in the direction of the central axis and which is convex in the direction of the light source. In this way, the incoming light is deflected in the direction of the desired parallel beam path after it leaves the reflector as soon as it enters the reflector. Particularly with a power of 5 watts of a high-performance light-emitting diode located in the recess of the reflector, it has proven to be advantageous with regard to the radiation characteristic, the heat development and the brightness required for a head-up display if the reflector has an exit surface with a diagonal dimension of approximately 20 mm, and the recess has a diagonal dimension of about 5 mm. In accordance with the achievable bundling of the light lobe emerging from the reflector, it can advantageously be directed onto an image generation unit arranged shortly behind it.
Bauraummäßige Einschränkungen bedingen regelmäßig die Zweckmäßigkeit der Anordnung eines Spiegels im Strahlengang nach der Lichtquelle, der im Wesentlichen das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle in Richtung der nachfolgend angeordneten Bilderzeugungseinheit reflektiert. Zur optimalen Anpassung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Spektrums ist es zweckmäßig, wenn der Spiegel farbselektiv ausgebildet ist, Licht eines ersten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert . Auf diese Weise kann der Farbort, in welchem die Bilderzeugungseinheit betrieben werden soll, mit Hilfe des Spiegels nochmals angepasst werden.Restrictions in terms of installation space regularly dictate the expediency of arranging a mirror in the beam path after the light source, which essentially reflects the wavelength spectrum of the light source in the direction of the subsequently arranged image generation unit. For optimal adaptation of the spectrum emitted by the light source, it is expedient if the mirror is designed to be color-selective, light from a first wavelength spectrum largely reflects and light from a second wavelength spectrum mostly transmitted. In this way, the color location in which the image generation unit is to be operated can be adjusted again with the aid of the mirror.
Ein großartiger Vorteil, der in der erfindungsgemäßen Verwendung von Hochleistungsleuchtdioden begründet ist, ergibt sich durch die Möglichkeit, das Licht verschiedener Lichtquellen mit unterschiedlichen Spektren bedarfsgerecht zu mischen. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass das Head-up-Display min- destens zwei Lichtquellen aufweist, eine erste Lichtquelle Licht eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, eine zweite Lichtquelle Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, im Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens ein farbselektiver Spiegel, der Licht des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert so angeordnet ist, dass es im Strahlengang nachfolgend dem Spiegel zu einer Mischung des Lichtes beider Lichtquellen kommt und das derart gemischte Licht auf die Bilderzeugungs- einheit trifft. Bisherige Lösungen zur Mischung verschiedener Lichtspektren sahen vor allem die benachbarte Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsspektren vor, was mit der Notwendigkeit einer aufwendigen Optik einherging. Gemäß der Erfindung können die Lichtquellen unter- schiedlichen Spektrums bedarfsgerecht in ihrer Intensität mittels Dimmung angepasst werden, wobei eine Dimmrate von 1 zu 2000 der verwendeten Hochleistungsleuchtdioden eine schier unerschöpfliche Bandbreite an Intensitäten und Farben ermöglicht.A great advantage, which is based on the use of high-performance light-emitting diodes according to the invention, results from the possibility of mixing the light from different light sources with different spectra as required. For this purpose, the invention provides that the head-up display has at least two light sources, a first light source emits light of a first wavelength spectrum, a second light source emits light of a second wavelength spectrum, at least one color-selective mirror, the light, arranged downstream of these light sources of the first wavelength spectrum is reflected for the most part and light of the second wavelength spectrum is arranged for the most part to be transmitted such that in the beam path downstream of the mirror the light from both light sources is mixed and the light mixed in this way strikes the image generation unit. Previous solutions for mixing different light spectra primarily provided the adjacent arrangement of a large number of light-emitting diodes with different emission spectra, which was accompanied by the need for complex optics. According to the invention, the intensity of the light sources of different spectra can be adjusted as required by means of dimming, a dimming rate of 1 in 2000 of the high-performance light-emitting diodes used providing an almost inexhaustible range of intensities and colors.
Mit Vorteil werden das Licht der ersten Lichtquelle und das Licht der zweiten Lichtquelle mittels so genannter dichroiti- scher Spiegel miteinander vermischt. Im Einzelnen kann dies so erfolgen, dass das Licht der ersten Lichtquelle auf eine erste Seite des Spiegels trifft, das Licht der zweiten Lichtquelle auf eine zweite Seite des Spiegels trifft, das Licht der ersten Lichtquelle von dem Spiegel reflektiert wird, das Licht der zweiten Lichtquelle von dem Spiegel transmittiert wird und die Lichthauptausbreitungsrichtungen des Lichtes der ersten Lichtquelle und des Lichtes der zweiten Lichtquelle dem Strahlengang nach dem Spiegel im Wesentlichen übereinstimmen. Bei den verwendeten Spiegeln kann es sich zweckmäßig um dielektrisch beschichtete Interferenzspiegel handeln, die bestimmte Wellenlängenspektren reflektieren und andere Wellenlängenspektren zu einem möglichst hohen Anteil reflektieren. Die Spiegel sind vorzugsweise als mittels Sputter- Technologie beschichtete Glas- oder KunststoffScheiben ausge- bildet, wobei es sich bei der Beschichtung regelmäßig um eine Metalloxidschicht handelt.The light from the first light source and the light from the second light source are advantageously mixed with one another by means of so-called dichroic mirrors. In particular, this can in such a way that the light of the first light source strikes a first side of the mirror, the light of the second light source strikes a second side of the mirror, the light of the first light source is reflected by the mirror, and the light of the second light source is transmitted by the mirror is and the main directions of light propagation of the light of the first light source and the light of the second light source substantially match the beam path after the mirror. The mirrors used can expediently be dielectrically coated interference mirrors which reflect certain wavelength spectra and reflect other wavelength spectra to the greatest possible extent. The mirrors are preferably designed as glass or plastic panes coated by means of sputtering technology, the coating regularly being a metal oxide layer.
Bei der Verwendung zweier Lichtquellen ist es zweckmäßig, wenn das Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen rot ist und das Licht der zweiten Lichtquelle im Wesentlichen grün.When using two light sources, it is expedient if the light of the first light source is essentially red and the light of the second light source is essentially green.
Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von mindestens drei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängenspektren, so dass das Head-up-Display in vollem Umfang farbfähig ist. Eine erfindungsgemäße Ausbildung sieht hier mit Vorteil vor, dass das Head-up-Display mindestens drei Lichtquellen aufweist, eine erste Lichtquelle Licht eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, eine zweite Lichtquelle Licht eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, eine dritte Lichtquelle Licht eines dritten Wellenlängenspektrums emittiert, imThe invention also enables the use of at least three light sources of different wavelength spectra, so that the head-up display is fully color-capable. An embodiment of the invention advantageously provides that the head-up display has at least three light sources, a first light source emits light of a first wavelength spectrum, a second light source emits light of a second wavelength spectrum, a third light source emits light of a third wavelength spectrum, im
Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens zwei farbselektive Spiegel angeordnet sind, ein erster Spiegel Licht des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil re- flektiert und Licht des zweiten Wellenlängenspektrums und dritten Wellenlängenspektrums zum größten Teil transmittiert, ein zweiter Spiegel Licht des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Teil reflektiert und Licht des dritten Wellenlän- genspektrums zum größten Anteil transmittiert. Hierbei sind die Spiegel so angeordnet, dass es im Strahlengang nachfolgend den Spiegeln zu einer Mischung des Lichtes der Lichtquellen kommt, und das derart gemischte Licht auf die Bilderzeugungseinheit trifft. In gleicher Weise, wie bei den Spie- geln zur Mischung des Lichtes zweier Lichtquellen unterschiedlichen Wellenlängenspektrums, sind auch hier farbselektiv transmissiv und reflektiv ausgebildete Spiegel vorteilhaft vorzusehen. Je nach Anzahl der zu mischenden Strahlengänge unterschiedlicher Lichtquellen wird eine entsprechende Anzahl dichroitischer Spiegel benötigt, und zwar bei einer Anzahl von N-Lichtquellen werden N-l dichroitischer Spiegel benötigt. Diese dichroitischen Spiegel sind stets so in den Strahlengang des resultierenden Mischlichtes anzuordnen, dass das eingekoppelte Licht des zusätzlichen Wellenlängenspekt- rums der entsprechenden Lichtquelle nach Reflektion an dem dichroitischen Spiegel im Wesentlichen die gleiche Lichthauptausbreitungsrichtung hat wie das resultierende Mischlicht, wobei der dichroitische Spiegel in seiner Farbselektivität hinsichtlich Reflektion und Transmission so auszuwählen ist, dass das in den Mischstrahl einzukoppelnde Licht reflektiert wird und hinsichtlich des Spektrums weiterer, im Strahlengang des Mischlichtes vor der einzukoppelnden Lichtquelle angeordneter Lichtquellen transmissiv ist. Mit Vorteil hinsichtlich der Auswahl der dichroitischen Spiegel ist die Ein- kopplung von Licht in den Mischstrahl in Ausbreitungsrichtung des Lichtes vorzugsweise von der kürzesten Wellenlänge zur längsten Wellenlänge des einzumischenden Lichtes aus Lichtquellen zu wählen. Daraus ergibt sich in zweckmäßiger Weiter- bildung der Erfindung eine Ausführungsform, bei der das Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen rot ist, das Licht der zweiten Lichtquelle im Wesentlichen grün ist und das Licht der dritten Lichtquelle im Wesentlichen blau ist, wobei das blaue Licht der dritten Lichtquelle zuerst in Lichthauptausbreitungsrichtung des gemischten Lichtes umgelenkt wird, im Anschluss daran das grüne Licht der zweiten Lichtquelle in diese Richtung umgelenkt wird und abschließend das rote Licht der ersten Lichtquelle im Wesentlichen übereinstimmend mit der Lichthauptausbreitungsrichtung des gemischten Lichtes ausgerichtet wird.At least two color-selective mirrors are arranged downstream of these light sources, a first mirror largely re-illuminates light of the first wavelength spectrum. diffracted and light of the second wavelength spectrum and third wavelength spectrum transmitted for the most part, a second mirror reflects light of the second wavelength spectrum for the most part and light of the third wavelength spectrum largely transmitted. Here, the mirrors are arranged in such a way that the light from the light sources follows the mirrors in the beam path, and the light mixed in this way strikes the image generation unit. In the same way as in the case of the mirrors for mixing the light of two light sources of different wavelength spectrum, mirrors which are designed to be transmissive and reflective in a color-selective manner are also advantageously to be provided here. Depending on the number of beam paths to be mixed from different light sources, a corresponding number of dichroic mirrors is required, specifically with a number of N light sources, N1 dichroic mirrors are required. These dichroic mirrors are always to be arranged in the beam path of the resulting mixed light in such a way that the coupled-in light of the additional wavelength spectrum of the corresponding light source after reflection on the dichroic mirror has essentially the same main direction of light propagation as the resulting mixed light, the dichroic mirror being selectable in terms of its color With regard to reflection and transmission, it should be selected such that the light to be coupled into the mixed beam is reflected and with regard to the spectrum of further light sources arranged in the beam path of the mixed light in front of the light source to be coupled in, is transmissive. With regard to the selection of the dichroic mirrors, it is advantageous to select the coupling of light into the mixed beam in the direction of propagation of the light, preferably from the shortest wavelength to the longest wavelength of the light to be mixed in from light sources. This results in an expedient further Formation of the invention an embodiment in which the light of the first light source is substantially red, the light of the second light source is substantially green and the light of the third light source is substantially blue, wherein the blue light of the third light source first in the main direction of propagation of the mixed Light is deflected, then the green light of the second light source is deflected in this direction and finally the red light of the first light source is aligned essentially in accordance with the main direction of propagation of the mixed light.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Aus- führungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Ver- deutlichung ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is explained on the basis of a special exemplary embodiment with reference to drawings for clarification without limitation to the exemplary embodiment. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays,FIG. 1 shows a schematic illustration of a head-up display according to the invention,
Figur 2 eine Lichtquelle, einen Reflektor und den resultierenden Strahlengang gemäß der Erfindung,FIG. 2 shows a light source, a reflector and the resulting beam path according to the invention,
Figur 3 die gemeinsame Anordnung dreier Lichtquellen, drei- er Reflektoren und die Mischung mittels zum Teil dichroitischer Spiegel.3 shows the common arrangement of three light sources, three reflectors and the mixture by means of partially dichroic mirrors.
Das in Figur 1 schematisch dargestellte Head-up-Display 1 umfasst im Wesentlichen eine Lichterzeugungseinheit 2, eine Bilderzeugungseinheit 3, nachfolgende optische Bauelemente 4, welche in Figur 1 vereinfacht als Blackbox dargestellt sind, und eine zentrale Steuerung 5, die mit der Lichterzeugungseinheit 2, der Bilderzeugungseinheit 3 und den optischen Bau- elementen 4 in Verbindung steht. Die Bilderzeugungseinheit 3 wird mittels des von der Lichterzeugungseinheit 2 erzeugten Lichtes 6 durchleuchtet. Das durch die Bilderzeugungseinheit 3 hindurchgetretene Licht 6 wird mittels der optischen Bauelemente 4 an eine Windschutzscheibe 7 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges projiziert, so dass der Fahrzeugführer die Projektion als virtuelles Bild in einer bestimmten Entfernung vor sich integriert in das Bild der umgebenden Landschaft 8 wahrnimmt.The head-up display 1 shown schematically in FIG. 1 essentially comprises a light generating unit 2, an image generating unit 3, subsequent optical components 4, which are shown in simplified form in FIG. 1 as a black box, and a central controller 5, which is connected to the light generating unit 2, the image generation unit 3 and the optical components elements 4 is connected. The image generation unit 3 is illuminated by means of the light 6 generated by the light generation unit 2. The light 6 which has passed through the image generation unit 3 is projected by means of the optical components 4 onto a windshield 7 of a motor vehicle, not shown, so that the driver perceives the projection as a virtual image at a certain distance in front of him and integrated in the image of the surrounding landscape 8.
Die Lichterzeugungseinheit 2 weist Lichtquellen 13 auf, die auf einem gemeinsamen als Kühlkörper ausgebildeten Träger 35 angeordnet sind.The light generating unit 2 has light sources 13 which are arranged on a common carrier 35 designed as a heat sink.
Figur 2 zeigt einen Reflektor 10, welcher totalreflektierend ausgebildet ist. Der Reflektor 10 hat eine Einkoppelseite 11 und eine Auskoppelseite 12, wobei aus der Auskoppelseite 12 das von einer Lichtquelle 13 emittierte Licht 14 austritt und die Einkoppelseite 11 der Auskoppelseite 12 im Wesentlichen gegenüberliegt. Auf der Einkoppelseite 11 ist der Reflektor 10 mit einer Ausnehmung 15 versehen, in der die Lichtquelle 13 angeordnet ist.FIG. 2 shows a reflector 10 which is designed to be totally reflective. The reflector 10 has a coupling-in side 11 and a coupling-out side 12, the light 14 emitted by a light source 13 emerging from the coupling-out side 12 and the coupling-in side 11 essentially lying opposite the coupling-out side 12. On the coupling-in side 11, the reflector 10 is provided with a recess 15 in which the light source 13 is arranged.
Das auf der Auskoppelseite 12 des Reflektors 10 austretende Licht 14 definiert in intensitäts-gemittelter Richtung eine Lichthauptausbreitungsrichtung 16. Der Reflektor 10 hat eine im Wesentlichen kegelförmige Außenkontur 17, wobei der Reflektor 10 rotationssymmetrisch mit einer sich in Richtung der Lichthauptausbreitungsrichtung 16 erstreckende Zentral- achse 18 ausgebildet ist.The light 14 emerging on the coupling-out side 12 of the reflector 10 defines a light main propagation direction 16 in the intensity-averaged direction. The reflector 10 has a substantially conical outer contour 17, the reflector 10 being rotationally symmetrical with a central axis 18 extending in the direction of the light main propagation direction 16 is trained.
Die Lichtquelle 13 ist als Hochleistungsleuchtdiode ausgebildet und weist einen rechteckigen LED-Chip 20 auf. Der LED- Chip 20 emittiert das Licht 14 über einen Raumwinkel von nahezu 180° in die Ausnehmung 15.The light source 13 is designed as a high-performance light-emitting diode and has a rectangular LED chip 20. The LED Chip 20 emits light 14 into recess 15 over a solid angle of almost 180 °.
Die Ausnehmung 15 ist von im Wesentlichen zylindrischer seit- licher Begrenzungskontur 21 und symmetrisch zur Zentralachse 18. In Richtung der Auskoppelseite 12 des Reflektors 10 gegenüber der Lichtquelle 13 ist eine Stirnseite 22 konvex in Richtung der Lichtquelle 13 gewölbt. Das von der Lichtquelle 13 austretende Licht 14 tritt an der seitlichen Begrenzungs- kontur 21 und der gewölbten Stirnseite 22 auf der Einkoppelseite 11 in den Reflektor 10 ein und erreicht entweder auf direktem Weg, über einfache Reflektion oder mehrfache Reflektion an der Außenkontur 17 des Reflektors 10 die Auskoppelseite 12, wo es im Wesentlichen als paralleles Strahlenbündel nahezu senkrecht aus dem Reflektor 10 austritt. Das austretende Strahlenbündel bildet einen Lichtkegel 25, der eine maximale Aufweitung in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 von +/- 10° zu der Zentralachse 18 des Reflektors 10 aufweist.The recess 15 has a substantially cylindrical lateral contour 21 and is symmetrical to the central axis 18. In the direction of the coupling-out side 12 of the reflector 10 with respect to the light source 13, an end face 22 is convexly curved in the direction of the light source 13. The light 14 emerging from the light source 13 enters the reflector 10 on the lateral boundary contour 21 and the curved end face 22 on the coupling-in side 11 and reaches either directly, via single reflection or multiple reflection on the outer contour 17 of the reflector 10 the coupling-out side 12, where it emerges from the reflector 10 essentially perpendicularly as a parallel beam. The emerging beam forms a light cone 25, which has a maximum widening in the main light propagation direction 16 of +/- 10 ° to the central axis 18 of the reflector 10.
Figur 3 zeigt die Mischung von rotem 40, grünem 50 und blauem 60 Licht, welches von einer ersten Lichtquelle 41, zweiten Lichtquelle 51 bzw. dritten Lichtquelle 61 emittiert wird. Bei den Lichtquellen 41, 51, 61 handelt es sich jeweils um Hochleistungsleuchtdioden, die sämtlich mit einem Reflektor 10, wie in Figur 2 dargestellt, versehen sind. Den Lichtquellen 41, 51, 61 im Strahlengang jeweils nachgeordnet ist ein erster Spiegel 42, zweiter Spiegel 52 bzw. dritter Spiegel 62. Die Spiegel 42, 52, 62 richten den jeweiligen Strahl im Strahlengang des Lichtes 40, 50, 60 in eine gemeinsame Licht- hauptausbreitungsrichtung 16 um. Die Lichthauptausbreitungsrichtung 16 ist im Wesentlichen senkrecht zu dem ursprünglichen Strahlengang der aus den Lichtquellen 41, 51, 61 stammenden Lichter 40, 50, 60 orientiert, was eine Orientierung der Spiegel 42, 52, 62 zu der Lichthauptausbreitungsrichtung 16 und den ursprünglichen Ausbreitungsrichtungen der Lichter 40, 50, 60 von 45° bedingt. Der in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 zuerst angeordnete dritte Spiegel 62 ist vollre- flektierend ausgebildet. In Lichthauptausbreitungsrichtung 16 nachfolgend angeordnet ist der zweite Spiegel 52, der farbselektiv reflektiert und transmittiert. Das blaue Licht 60 trifft auf eine zweite Seite 55 des zweiten Spiegels 52 und wird in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 transmittiert. Das grüne Licht 50 aus der zweiten Lichtquelle 51 trifft auf einer ersten Seite 56 auf den zweiten Spiegel 52 und wird auf Grund seines Wellenlängenspektrums in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 umgelenkt bzw. reflektiert. In gleicher Weise transmittiert der erste Spiegel 42 das auf einer zweiten Sei- te 45 auftreffende blaue 60 und grüne 50 Licht und reflektiert das auf einer ersten Seite 46 auftreffende rote 40 Licht in Lichthauptausbreitungsrichtung 16, so dass es zur Mischung des roten 40, grünen 50 und blauen 60 Lichtes mit einer gemeinsamen Lichthauptausbreitungsrichtung 16 kommt.FIG. 3 shows the mixture of red 40, green 50 and blue 60 light which is emitted by a first light source 41, second light source 51 and third light source 61. The light sources 41, 51, 61 are high-performance light-emitting diodes, all of which are provided with a reflector 10, as shown in FIG. 2. A first mirror 42, second mirror 52 or third mirror 62 is arranged downstream of the light sources 41, 51, 61 in the beam path. The mirrors 42, 52, 62 direct the respective beam in the beam path of the light 40, 50, 60 into a common light - Main direction of propagation 16 um. The light main propagation direction 16 is oriented essentially perpendicular to the original beam path of the lights 40, 50, 60 originating from the light sources 41, 51, 61, which is an orientation the mirror 42, 52, 62 to the main light propagation direction 16 and the original propagation directions of the lights 40, 50, 60 are caused by 45 °. The third mirror 62 arranged first in the light propagation direction 16 is designed to be fully reflective. Arranged downstream in the main light propagation direction 16 is the second mirror 52, which reflects and transmits in a color-selective manner. The blue light 60 strikes a second side 55 of the second mirror 52 and is transmitted in the main light propagation direction 16. The green light 50 from the second light source 51 strikes the second mirror 52 on a first side 56 and is deflected or reflected on the basis of its wavelength spectrum in the main direction of light propagation 16. In the same way, the first mirror 42 transmits the blue 60 and green 50 light incident on a second side 45 and reflects the red 40 light incident on a first side 46 in the main light propagation direction 16, so that it mixes the red 40, green 50 and blue 60 light comes with a common light propagation direction 16.
Mit einem Abstand von etwa 5 mm folgt nach dem ersten Spiegel 42 in Lichthauptausbreitungsrichtung 16 die durchleuchtete Bilderzeugungseinheit 3, die eine Displayfläche von etwa 19 mm x 38 mm aufweist. At a distance of approximately 5 mm, the illuminated image generation unit 3, which has a display area of approximately 19 mm × 38 mm, follows after the first mirror 42 in the main direction of light propagation 16.

Claims

Patentansprüche claims
1. Head-Up-Display (1) - mit mindestens einer Lichtquelle (13), - mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle (13) nachgeordneten Optik, - mit mindestens einer im Strahlengang der Lichtquelle (13) nachgeordneten durchlichtbetriebenen Bilderzeugungseinheit (3) , da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass die Lichtquelle (13) mindestens eine Leuchtdiode aufweist, - dass die Leuchtdiode mindestens einen LED-Chip (20) aufweist und als Hochleistungsleuchtdiode mit einer Leistungsaufnahme von mindestens 0,5 Watt pro LED-Chip (20) ausgebildet ist.1. Head-up display (1) - with at least one light source (13), - with at least one optics arranged downstream in the beam path of the light source (13), - with at least one transmitted-light-operated imaging unit (3) arranged downstream in the beam path of the light source (13) , since you rch marked, - that the light source (13) has at least one light-emitting diode, - that the light-emitting diode has at least one LED chip (20) and designed as a high-performance light-emitting diode with a power consumption of at least 0.5 watts per LED chip (20) is.
2. Head-Up-Display (1) nach Anspruch 1, d a du r c h g e ke n n z e i c h n e t , dass die Optik einen Reflektor (10) umfasst.2. Head-up display (1) according to claim 1, that means that the optics comprise a reflector (10).
3. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorherge- henden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (10) totalreflektierend ausgebildet ist.3. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, that the reflector (10) is designed to be totally reflective.
4. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (10) aus einem transmissiven Polymer besteht.4. Head-up display (1) according to at least claim 3, that the reflector (10) consists of a transmissive polymer.
5. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3 oder 4, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (10) eine pyramidische Außenkontur (17) aufweist und eine viereckige oder dreieckige oder rechteckige oder quadratische Grundfläche aufweist.5. Head-up display (1) according to at least claim 3 or 4, since you rchgek characterized in that the reflector (10) has a pyramidal outer contour (17) and has a square or triangular or rectangular or square base.
6. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Re- flektor (10) eine im Wesentlichen kegelige Außenkontur (17) aufweist.6. Head-up display (1) according to at least claim 3 or 4, so that the reflector (10) has an essentially conical outer contour (17).
7. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (10) eine Einkoppelseite (11), auf der Licht (6, 14) mindestens einer Lichtquelle (41, 51, 61) eintritt und eine Auskoppelseite (12), auf der eingekoppeltes Licht (14) austritt, aufweist.7. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, since you rchgek characterized in that the reflector (10) has a coupling side (11) on the light (6, 14) at least one light source (41, 51, 61 ) occurs and has a coupling-out side (12) on which coupled-in light (14) exits.
8. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass der Reflektor (10) einen sich aufweitenden Lichtkegel (25) abstrahlt, der eine Begrenzungsfläche aufweist, welche Begrenzungsfläche mit einer zentral durch den Lichtkegel (25) in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) verlaufenden Zentralachse (18) einen Winkel von etwa 5° - 15° bildet.8. head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, since you rchgekennzeich - net that the reflector (10) emits an expanding light cone (25) having a boundary surface, which boundary surface with a centrally through the Cone of light (25) in the main axis of propagation (16) extending central axis (18) forms an angle of about 5 ° - 15 °.
9. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Außenkontur (17) des Reflektors (10) konvex und als sich in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) aufweitender Rotationsparaboloid ausgebildet ist.9. head-up display (1) Quick access to at least one of the vorherge ¬ claims, du rchgekennzeichnet that the outer contour (17) (16) dilating paraboloid of revolution is formed of the reflector (10) is convex and when in the main light propagation direction.
10. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass dem Rotationsparaboloid ein Polynom fünfter Ordnung zugrunde liegt.10. Head-Up Display (1) according to at least one of vorherge ¬ Henden claims, du rchgekennzeich - net that the paraboloid of revolution is based on a fifth order polynomial.
11. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass der Reflektor (10) auf der Einkoppelseite (11) eine die Lichtquelle (13) aufnehmende Ausnehmung (15) aufweist.11. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, that the reflector (10) on the coupling-in side (11) has a recess (15) receiving the light source (13).
12. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e ke n n z e i c h - n e t , dass die Ausnehmung (15) eine zylindrische, sich parallel zur Zentralachse (18) erstreckende, seitliche Begrenzungskontur (21) aufweist.12. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, so that the recess (15) has a cylindrical lateral contour (21) extending parallel to the central axis (18).
13. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Ausnehmung (15) eine in Richtung der Zentralachse (18) gegenüber der Lichtquelle (13) angeordnete Stirnfläche (22) aufweist, welche in Richtung der Lichtquelle (13) konvex gewölbt ist.13. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, since you rchgekennzeich - net that the recess (15) in the direction of the central axis (18) with respect to the light source (13) arranged end face (22), which is convex in the direction of the light source (13).
14. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorherge- henden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (10) eine Austrittsfläche mit einem Diagonalmaß von etwa 20 mm aufweist.14. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, that the reflector (10) has an exit surface with a diagonal dimension of approximately 20 mm.
15. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Ausnehmung (15) quer zur Zentralachse (18) ein Diagonalmaß von etwa 5 mm aufweist. 15. head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, since you rchgekennzeich - net that the recess (15) transverse to the central axis (18) has a diagonal dimension of about 5 mm.
16. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e ke n n z e i c h n e t , dass im Strahlengang nach der Lichtquelle (13) ein Spiegel (42, 52, 62) angeordnet ist, der im Wesentli- chen das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle (13) in Richtung der nachfolgend angeordneten Bilderzeugungseinheit (3) reflektiert.16. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims, since you know that a mirror (42, 52, 62) is arranged in the beam path after the light source (13), which mirror essentially Wavelength spectrum of the light source (13) reflected in the direction of the imaging unit (3) arranged below.
17. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spiegel (42, 52, 62) farbselektiv ausgebildet ist, Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil re¬ flektiert und Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert.17. Head-up display (1) according to at least claim 16, characterized in that the mirror (42, 52, 62) is color-selective, light (6, 14) of a first wavelength spectrum is re ¬ reflected for the most part and light (6 , 14) of a second wavelength spectrum is transmitted for the most part.
18. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 17, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Head-Up-Display (1) mindestens zwei Lichtquellen (13, 41, 51, 61) aufweist, - eine erste Lichtquelle (41) Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, - eine zweite Lichtquelle (51) Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, - im Strahlengang diesen Lichtquellen nachgeordnet mindestens ein farbselektiver Spiegel, der Licht (6, 14) des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil re- flektiert und Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert so angeordnet ist, dass es im Strahlengang nachfolgend dem Spiegel (42, 52, 62) zu einer Mischung des Lichtes (6, 14) beider Lichtquellen (13, 41, 51, 61) kommt und das der- art gemischte Licht (6, 14) auf die Bilderzeugungseinheit (3) trifft. 18. Head-up display (1) according to at least claim 17, since - characterized in that - the head-up display (1) has at least two light sources (13, 41, 51, 61), - a first light source (41 ) Emits light (6, 14) of a first wavelength spectrum, - a second light source (51) emits light (6, 14) of a second wavelength spectrum, - at least one color-selective mirror, the light (6, 14) of the first, is arranged downstream of these light sources in the beam path Most of the wavelength spectrum is reflected and most of the light (6, 14) of the second wavelength spectrum is arranged so that it follows the mirror (42, 52, 62) in the beam path to a mixture of the light (6, 14) of both Light sources (13, 41, 51, 61) come and the light (6, 14) mixed in this way hits the image generation unit (3).
19. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) auf eine erste Seite (46) des Spiegels (42) trifft, - das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) auf eine zweite Seite (45) des Spiegels (42) trifft, - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) von dem Spiegel (42, 52, 62) reflektiert wird, - das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) von dem Spiegel (42) transmittiert wird, - die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) und des Lichtes (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im Strahlengang nach den Spiegeln (42, 52, 62) im Wesentlichen übereinstim- men .19. Head-up display (1) according to at least claim 18, characterized in that - the light (6, 14) of the first light source (41) hits a first side (46) of the mirror (42), - the light ( 6, 14) of the second light source (51) meets a second side (45) of the mirror (42), - the light (6, 14) of the first light source (41) is reflected by the mirror (42, 52, 62) , - the light (6, 14) of the second light source (51) is transmitted by the mirror (42), - the main directions of light propagation (16) of the light (6, 14) of the first light source (41) and the light (6, 14 ) of the second light source (51) essentially coincide in the beam path after the mirrors (42, 52, 62).
20. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) im Wesentlichen rot (40) ist, - das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im Wesentlichen grün (50) ist.20. Head-up display (1) according to at least claim 18 or 19, characterized in that - the light (6, 14) of the first light source (41) is essentially red (40), - the light (6, 14) the second light source (51) is essentially green (50).
21. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Head-Up-Display (1) mindestens drei Lichtquellen (41, 51, 61) aufweist, - eine erste Lichtquelle (41) Licht (6, 14) eines ersten Wellenlängenspektrums emittiert, - eine zweite Lichtquelle (51) Licht (6, 14) eines zweiten Wellenlängenspektrums emittiert, - eine dritte Lichtquelle (61) Licht (6, 14) eines dritten Wellenlängenspektrums emittiert,21. Head-up display (1) according to at least claim 17, characterized in that - the head-up display (1) has at least three light sources (41, 51, 61), - a first light source (41) light (6 , 14) of a first wavelength spectrum, - a second light source (51) emits light (6, 14) of a second wavelength spectrum, a third light source (61) emits light (6, 14) of a third wavelength spectrum,
- im Strahlengang dieser Lichtquellen (41, 51, 61) nachgeordnet mindestens zwei farbselektive Spiegel (42, 52, 62) angeordnet sind,at least two color-selective mirrors (42, 52, 62) are arranged in the beam path of these light sources (41, 51, 61),
- ein erster Spiegel (42) Licht (6, 14) des ersten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums und dritten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil trans- mittiert,a first mirror (42) reflects light (6, 14) of the first wavelength spectrum for the most part and transmits light (6, 14) of the second wavelength spectrum and third wavelength spectrum for the most part,
- ein zweiter Spiegel (52) Licht (6, 14) des zweiten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil reflektiert und Licht (6, 14) des dritten Wellenlängenspektrums zum größten Anteil transmittiert, - die Spiegel (42, 52, 62) so angeordnet sind, dass es im Strahlengang nachfolgend den Spiegeln (42, 52, 62) zu einer Mischung des Lichtes (6, 14) der Lichtquellen (41, 51, 61) kommt und das derart gemischte Licht (6, 14) auf die Bilderzeugungseinheit (3) trifft.- A second mirror (52) reflects light (6, 14) of the second wavelength spectrum for the most part and transmits light (6, 14) of the third wavelength spectrum for the most part, - The mirrors (42, 52, 62) are arranged so that it follows the mirrors (42, 52, 62) in the beam path to a mixture of the light (6, 14) from the light sources (41, 51, 61) and the light (6, 14) mixed in this way hits the image generation unit (3) ,
Head-Up-Display ( 1 ) nach mindestens Anspruch 21 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dassHead-up display (1) according to at least claim 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
- das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) auf eine erste Seite (46) des zweiten Spiegels (52) trifft,the light (6, 14) of the second light source (51) strikes a first side (46) of the second mirror (52),
- das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) auf ei- ne zweite Seite (45) des zweiten Spiegels (52) trifft,the light (6, 14) of the third light source (61) strikes a second side (45) of the second mirror (52),
- das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) von dem zweiten Spiegel (52) reflektiert wird,the light (6, 14) from the second light source (51) is reflected by the second mirror (52),
- das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) von dem zweiten Spiegel (52) transmittiert wird, - die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) im Strahlengang nach dem zweiten Spiegel (52) im We¬ sentlichen übereinstimmen und das Licht (6, 14) der ersten (41) und zweiten Lichtquelle (51) gemischt sind, - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) auf eine erste Seite (46) des ersten Spiegels (42) trifft, - das gemischte Licht (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) auf eine zweite Seite (45) des ersten Spiegels (42) trifft, - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) von dem ersten Spiegel (42) reflektiert wird, - das gemischte Licht (6, 14) der zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) von dem ersten Spiegel (42) transmittiert wird, - die Lichthauptausbreitungsrichtungen (16) des Lichtes (6, 14) der ersten (41), zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) im Strahlengang nach dem ersten Spiegel (42) im Wesentlichen übereinstimmen und Licht (6, 14) der ersten (41), zweiten (51) und dritten Lichtquelle (61) gemischt sind.- the light (6, 14) of the third light source (61) is transmitted by the second mirror (52), - the main directions of light propagation (16) of the light (6, 14) of the second (51) and third light source (61) match ¬ sentlichen to We in the beam path after the second mirror (52) and the light (6, 14) of the first (41) and second light source (51) are mixed, - the light (6, 14) of the first light source (41) strikes a first side (46) of the first mirror (42), - the mixed light (6, 14) of the second (51) and third light source (61) strikes a second side (45) of the first mirror (42), - The light (6, 14) of the first light source (41) is reflected by the first mirror (42), - The mixed light (6, 14) of the second (51) and third light source (61) from the first mirror (42 ) is transmitted, - the main directions of light propagation (16) of the light (6, 14) of the first (41), second (51) and third light source (61) in the beam path after the first mirror (42) essentially match and light (6, 14) of the first (41), second (51) and third light source (61) are mixed.
23. Head-Up-Display (1) nach mindestens Anspruch 21 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - das Licht (6, 14) der ersten Lichtquelle (41) im Wesentlichen rot (40) ist, - das Licht (6, 14) der zweiten Lichtquelle (51) im We- sentlichen grün (50) ist. - das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) im Wesentlichen blau (60) ist.23. Head-up display (1) according to at least claim 21 or 22, characterized in that - the light (6, 14) of the first light source (41) is essentially red (40), - the light (6, 14) the second light source (51) is essentially green (50). - The light (6, 14) of the third light source (61) is essentially blue (60).
24. Head-Up-Display (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 20 - 22, d a d u r c h g e ke n n - z e i c h n e t , dass die drei Lichtquellen (41, 51, 61) gemeinsam auf einer Leiterplatte befestigt und kontaktiert sind und der dritten Lichtquelle (61) ein dritter Spiegel (62) zugeordnet ist, mittels welchem das Licht (6, 14) der dritten Lichtquelle (61) in Lichthauptausbreitungsrichtung (16) des gemischten Lichtes (6, 14) umgelenkt wird. 24. Head-up display (1) according to at least one of the preceding claims 20-22, characterized in that the three light sources (41, 51, 61) are attached and contacted together on a printed circuit board and the third light source (61) is assigned a third mirror (62), by means of which the light (6, 14) of the third light source (61) in the main direction of light propagation (16) of the mixed light (6, 14) is redirected.
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