WO2014015943A1 - Projection arrangement - Google Patents

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Anton Feldmann
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Daimler Ag
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements

Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement for a motor vehicle after the
  • Such projection arrangements are generally known in the form of so-called head-up displays from the motor vehicle and aircraft industry and are intended to enable a driver of the motor vehicle to perceive relevant information about the driving condition or the environment without having to avert his gaze from the traffic situation.
  • Display elements such as diffraction gratings, are introduced into the windshield, which reflect back the projected light to the driver's eye. Typically, these display elements are limited to a portion of the windshield, so that the available projection surface is limited.
  • Another problem results from the curvature of the windshield.
  • the projection therefore has an uneven brightness and aberrations, which in turn limits the size of the possible projection surface. It is therefore an object of the present invention to provide a projection apparatus according to the preamble of claim 1, which makes it possible to produce high-quality projections over a particularly large area of the windshield.
  • Patent claim 1 solved.
  • Such a projection arrangement for a motor vehicle comprises a diffraction grating incorporated in a pane, in particular a windshield, of the motor vehicle for backscattering of incident light, and a projection device for irradiating light onto the diffraction grating.
  • the projection device comprises at least two projectors.
  • each individual projector must cover only a portion of the entire projection field, so that the aberrations and
  • Picture quality suffers. A particularly good imaging quality can be achieved if the projection device comprises a total of three projectors.
  • the diffraction grating and the projectors are arranged so that an angle of incidence of the projectors on the diffraction grating corresponds to the reflection angle of the diffraction grating.
  • the diffraction grating is formed from a layer of a phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer.
  • a polymer can be easily obtained by a photoreaction of phenanthrenequinone with poly (methyl methacrylate).
  • the diffraction grating is formed from a layer of a mixture of a phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer and a phenanthrenequinone-polyvinyl butyral graft copolymer.
  • the plastic layer which carries the diffraction grating, serve directly as a laminate layer for the windscreen, so that their production is particularly simple and inexpensive.
  • the projectors are pivotally mounted. This allows the coverage of a particularly large projection field and at the same time the adaptation of the projection to the viewing direction of the user, so that in each situation optimum image quality is achieved.
  • LED projectors that provide good brightness at a low cost are used for the projection.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Projection device according to the invention and Fig. 2 is a schematic sectional view through a windscreen for a
  • a motor vehicle for use with an embodiment of a projection device according to the invention.
  • a generally designated 10 projection arrangement for a motor vehicle comprises a plurality of projectors 12, by means of which an image can be projected onto a windshield 14 of the motor vehicle.
  • the projection areas 16 of the projectors 12 overlap.
  • three projectors 12 are necessary.
  • the windscreen 14 is designed as a laminated safety glass and comprises two glass layers 18, between which a layer 20 of a mixture of
  • Phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer and a
  • Phenanthrenchinon polyvinyl butyral graft copolymer in which, for example, by laser treatment, a diffraction grating is introduced, which reflects the incident light from the projectors 12 back to the eye of the driver.
  • the projectors 12 can be pivotally mounted or provided with an optical system for beam deflection. Conveniently, the projectors 12 are housed in the cockpit panel so that they project from below onto the front screen 14.
  • Control device are first computationally corrected, so that a distortion-free projection is possible.
  • a device not shown in the figures for determining the line of sight of the driver may be provided. In this way, the projections can always follow the driver's gaze so that it is simultaneously necessary
  • Car such as travel speed, tank level or the like, as well as information about the environment on the windshield 14 are shown.
  • this information can also be projected onto or over objects of the environment in the sense of an "augmented reality"
  • Navigation system directly superimposed on the road. It is also possible to highlight important traffic signs or the like in order to draw the driver's attention to important objects or processes in the surroundings.

Abstract

The invention relates to a projection arrangement (10) for a motor vehicle, comprising a diffraction grating (20) integrated in a pane (14), in particular a windscreen, of the motor vehicle for backscattering incident light, as well as a projection device for directing light onto the diffraction grating (20), wherein the projection device comprises at least two projectors (12).

Description

Projektionsanordnung  projection arrangement
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für einen Kraftwagen nach dem The invention relates to a projection arrangement for a motor vehicle after the
Oberbegriff von Patentanspruch 1. The preamble of claim 1.
Derartige Projektionsanordnungen sind in Form sogenannter Head-up-Displays aus dem Kraftwagen- und Flugzeugbau allgemein bekannt und sollen es einem Fahrer des Kraftwagens ermöglichen, relevante Informationen über den Fahrzustand oder die Umgebung wahrzunehmen, ohne seinen Blick vom Verkehrsgeschehen abwenden zu müssen. Such projection arrangements are generally known in the form of so-called head-up displays from the motor vehicle and aircraft industry and are intended to enable a driver of the motor vehicle to perceive relevant information about the driving condition or the environment without having to avert his gaze from the traffic situation.
Zur Anzeige von Informationen auf der Windschutzscheibe ist es bekannt, LED-Anzeigen direkt in die Windschutzscheibe zu integrieren. Dies führt zu dem Problem, dass selbst bei kleineren Schäden der Windschutzscheibe, beispielsweise Steinschlagschäden, hohe Kosten entstehen, da die Elektronik des Head-up-Displays zumindest teilweise gemeinsam mit der Windschutzscheibe ausgetauscht werden muss. To display information on the windshield, it is known to integrate LED displays directly into the windshield. This leads to the problem that even with minor damage to the windshield, for example, rockfall damage, high costs arise because the electronics of the head-up display must be at least partially replaced together with the windshield.
Alternativ ist es möglich, Informationen mittels eines Projektors oder Lasers so auf die Windschutzscheibe zu projizieren, dass der Fahrer ein virtuelles Bild in einem Alternatively, it is possible to project information by means of a projector or laser on the windshield so that the driver a virtual image in one
vorgegebenen Abstand wahrnimmt. Üblicherweise müssen hierzu spezielle perceived predetermined distance. Usually this must special
Displayelemente, beispielsweise Beugungsgitter, in die Windschutzscheibe eingebracht werden, die das projizierte Licht zum Auge des Fahrers zurückreflektieren. Üblicherweise sind diese Displayelemente auf einen Teilbereich der Windschutzscheibe beschränkt, so dass die zur Verfügung stehende Projektionsfläche limitiert ist. Display elements, such as diffraction gratings, are introduced into the windshield, which reflect back the projected light to the driver's eye. Typically, these display elements are limited to a portion of the windshield, so that the available projection surface is limited.
Ein weiteres Problem resultiert aus der Krümmung der Windschutzscheibe. Je größer die Winkelabweichung von der direkten Linie Projektor-Windschutzscheibe ist, desto größer wird der Winkel zwischen einfallendem Lichtstrahl und Windschutzscheibe. Die Projektion weist daher eine ungleichmäßige Helligkeit sowie Abbildungsfehler auf, was wiederum die Größe der möglichen Projektionsfläche limitiert. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, die es ermöglicht hochqualitative Projektionen über einen besonders großen Bereich der Windschutzscheibe zu erzeugen. Another problem results from the curvature of the windshield. The greater the angular deviation from the direct line projector windshield, the greater the angle between the incident light beam and the windshield. The projection therefore has an uneven brightness and aberrations, which in turn limits the size of the possible projection surface. It is therefore an object of the present invention to provide a projection apparatus according to the preamble of claim 1, which makes it possible to produce high-quality projections over a particularly large area of the windshield.
Diese Aufgabe wird durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des This object is achieved by a projection device having the features of
Patentanspruchs 1 gelöst. Patent claim 1 solved.
Eine solche Projektionsanordnung für einen Kraftwagen umfasst ein in eine Scheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftwagens integriertes Beugungsgitter zum Rückstreuen eingestrahlten Lichts, sowie eine Projektionsvorrichtung zum Einstrahlen von Licht auf das Beugungsgitter. Such a projection arrangement for a motor vehicle comprises a diffraction grating incorporated in a pane, in particular a windshield, of the motor vehicle for backscattering of incident light, and a projection device for irradiating light onto the diffraction grating.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren umfasst. Hierdurch muss jeder einzelne Projektor lediglich einen Teilbereich des gesamten Projektionsfeldes abdecken, so dass die Abbildungsfehler und According to the invention, it is provided that the projection device comprises at least two projectors. As a result, each individual projector must cover only a portion of the entire projection field, so that the aberrations and
Verzerrungen für jeden einzelnen Projektor geringer ausfallen und daher leichter zu korrigieren sind. Dies betrifft sowohl geometrische Abweichungen als auch die Distortions for each individual projector are lower and therefore easier to correct. This concerns both geometric deviations and the
Helligkeitsverteilung über das Projektionsfeld. Hierdurch wird es ermöglicht, nahezu beliebige große Einblendungen auf der Frontscheibe darzustellen, ohne dass die Brightness distribution over the projection field. This makes it possible to represent almost any large flashes on the windscreen without the
Abbildungsqualität leidet. Eine besonders gute Abbildungsqualität kann erzielt werden, wenn die Projektionsvorrichtung insgesamt drei Projektoren umfasst. Picture quality suffers. A particularly good imaging quality can be achieved if the projection device comprises a total of three projectors.
Um eine über die gesamte Projektionsfläche konstante Bildqualität zu gewährleisten, ist es ferner zweckmäßig, wenn sich die Projektionsbereiche benachbarter Projektoren auf dem Beugungsgitter überlappen. In order to ensure constant image quality over the entire projection area, it is also expedient if the projection areas of adjacent projectors overlap on the diffraction grating.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Beugungsgitter und die Projektoren so angeordnet, dass ein Einstrahlwinkel der Projektoren auf das Beugungsgitter dem Reflektionswinkel des Beugungsgitters entspricht. Hierdurch wird die maximale mögliche Helligkeit der Projektion realisiert. In a particularly preferred embodiment of the invention, the diffraction grating and the projectors are arranged so that an angle of incidence of the projectors on the diffraction grating corresponds to the reflection angle of the diffraction grating. As a result, the maximum possible brightness of the projection is realized.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Beugungsgitter von einer Schicht aus einem Phenanthrenchinon-Poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymer gebildet. Ein derartiges Polymer kann auf einfache Weise durch eine Photoreaktion von Phenanthrenchinon mit Poly(methylmethacrylat) gewonnen werden. Eine Lage des Polymers, die beispielsweise durch Laserbehandlung mit dem Beugungsgitter versehen wurde, kann bei der Herstellung der Frontscheibe zwischen die Lagen des In a further embodiment of the invention, the diffraction grating is formed from a layer of a phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer. Such a polymer can be easily obtained by a photoreaction of phenanthrenequinone with poly (methyl methacrylate). A location of Polymer, which has been provided with the diffraction grating, for example, by laser treatment, can be used in the production of the windscreen between the layers of the
Sicherheitsglases eingelegt und mitlaminiert werden. Safety glass inserted and laminated.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Beugungsgitter von einer Schicht aus einem Gemisch eines Phenanthrenchinon-poly(methylmethacrylat)- Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers gebildet. Bei dieser Ausführungsform kann die Kunststofflage, die das Beugungsgitter trägt, unmittelbar als Laminatlage für die Frontscheibe dienen, so dass deren Herstellung besonders einfach und kostengünstig ist. In a particularly preferred embodiment of the invention, the diffraction grating is formed from a layer of a mixture of a phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer and a phenanthrenequinone-polyvinyl butyral graft copolymer. In this embodiment, the plastic layer, which carries the diffraction grating, serve directly as a laminate layer for the windscreen, so that their production is particularly simple and inexpensive.
Vorzugsweise sind die Projektoren schwenkbar gelagert. Dies ermöglicht die Abdeckung eines besonders großen Projektionsfeldes und gleichzeitig die Anpassung der Projektion an die Blickrichtung des Benutzers, so dass in jeder Situation eine optimale Bildqualität erzielt wird. Preferably, the projectors are pivotally mounted. This allows the coverage of a particularly large projection field and at the same time the adaptation of the projection to the viewing direction of the user, so that in each situation optimum image quality is achieved.
Hierfür ist es ferner zweckmäßig, wenn eine Vorrichtung zum Bestimmen einer For this purpose, it is also expedient if a device for determining a
Blickrichtung und/oder Augenposition und/oder Kopfposition eines Fahrzeuginsassen vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, Einblendungen in die Frontscheibe immer im Viewing direction and / or eye position and / or head position of a vehicle occupant is provided. This makes it possible to always see in the windscreen
Blickbereich des Fahrers vorzunehmen, so dass die Ablenkung beim Ablesen aktueller Informationen minimiert wird. Gleichzeitig können so im Sinne einer„erweiterten Realität" Informationen direkt auf die damit verbundenen Umgebungsobjekte projiziert werden, so dass eine besonders einfache und intuitive Schnittstelle für den Fahrer geschaffen wird. Viewing the driver so that the distraction is minimized when reading current information. At the same time, in the sense of an "augmented reality", information can be projected directly onto the surrounding environment objects, so that a particularly simple and intuitive interface for the driver is created.
Zweckmäßigerweise werden für die Projektion LED-Projektoren verwendet, die eine gute Helligkeit bei geringen Kosten bieten. Conveniently, LED projectors that provide good brightness at a low cost are used for the projection.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Frontscheibe für einenProjection device according to the invention and Fig. 2 is a schematic sectional view through a windscreen for a
Kraftwagen zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung. A motor vehicle for use with an embodiment of a projection device according to the invention.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Projektionsanordnung für einen Kraftwagen umfasst eine Mehrzahl von Projektoren 12, mittels welcher ein Bild auf eine Frontscheibe 14 des Kraftwagens projiziert werden kann. Um trotz der Krümmung der Frontscheibe 14 eine konstante Bildqualität zu erzielen, überschneiden sich die Projektionsbereiche 16 der Projektoren 12. Um eine optimale Bildqualität zu erzielen, sind dabei drei Projektoren 12 notwendig. A generally designated 10 projection arrangement for a motor vehicle comprises a plurality of projectors 12, by means of which an image can be projected onto a windshield 14 of the motor vehicle. In order to achieve a constant image quality despite the curvature of the front screen 14, the projection areas 16 of the projectors 12 overlap. In order to achieve optimum image quality, three projectors 12 are necessary.
Die Frontscheibe 14 ist als laminiertes Sicherheitsglas ausgeführt und umfasst zwei Glaslagen 18, zwischen denen eine Schicht 20 aus einem Gemisch eines The windscreen 14 is designed as a laminated safety glass and comprises two glass layers 18, between which a layer 20 of a mixture of
Phenanthrenchinon-poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer and a
Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers, in welche beispielsweise durch Laserbehandlung, ein Beugungsgitter eingebracht ist, welches das von den Projektoren 12 eingestrahlte Licht zum Auge des Fahrers zurückreflektiert. Phenanthrenchinon polyvinyl butyral graft copolymer, in which, for example, by laser treatment, a diffraction grating is introduced, which reflects the incident light from the projectors 12 back to the eye of the driver.
Um einen möglichst großen Bereich der Frontscheibe 14 abzudecken und gleichzeitig eine optimale Bildqualität zu erzielen, können die Projektoren 12 schwenkbar gelagert werden oder mit einer Optik zur Strahlablenkung versehen werden. Zweckmäßigerweise werden die Projektoren 12 dabei in der Cockpitverkleidung untergebracht, so dass sie von unten her auf die Frontscheibe 14 projizieren. In order to cover the largest possible area of the front screen 14 and at the same time to achieve optimum image quality, the projectors 12 can be pivotally mounted or provided with an optical system for beam deflection. Conveniently, the projectors 12 are housed in the cockpit panel so that they project from below onto the front screen 14.
Um Abbildungsfehler, die aus der Krümmung der Frontscheibe 14 resultieren, zu vermeiden, können die zu projizierenden Bilder mittels einer entsprechenden In order to avoid aberrations resulting from the curvature of the front screen 14, the images to be projected by means of a corresponding
Steuervorrichtung zunächst rechnerisch korrigiert werden, so dass eine verzerrungsfreie Projektion möglich wird. Control device are first computationally corrected, so that a distortion-free projection is possible.
Zusätzlich kann eine in den Figuren nicht gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung der Blickrichtung des Fahrers vorgesehen sein. Auf diese Weise können die Projektionen immer dem Blick des Fahrers folgen, so dass dieser gleichzeitig notwendige In addition, a device not shown in the figures for determining the line of sight of the driver may be provided. In this way, the projections can always follow the driver's gaze so that it is simultaneously necessary
Informationen und das Verkehrsgeschehen im Auge behalten kann. Mittels der Anordnung 10 können somit ablenkungsarm Informationen über den Information and traffic can keep an eye on. By means of the arrangement 10 can thus distraction information about the
Kraftwagen, wie beispielsweise Fahrtgeschwindigkeit, Tankfüllstand oder dergleichen, sowie Informationen über die Umgebung auf der Frontscheibe 14 dargestellt werden. Car, such as travel speed, tank level or the like, as well as information about the environment on the windshield 14 are shown.
In Kombination mit der Beobachtung der Blickrichtung des Fahrers können diese Informationen auch im Sinne einer„erweiterten Realität" an oder über Objekte der Umgebung projiziert werden. So kann beispielsweise die Information eines In combination with the observation of the driver's line of vision, this information can also be projected onto or over objects of the environment in the sense of an "augmented reality"
Navigationssystems direkt der Straße überlagert werden. Auch die Hervorhebung von wichtigen Verkehrsschildern oder dergleichen ist möglich, um so die Aufmerksamkeit des Fahrers auf wichtige Objekte oder Vorgänge in der Umgebung zu lenken. Navigation system directly superimposed on the road. It is also possible to highlight important traffic signs or the like in order to draw the driver's attention to important objects or processes in the surroundings.

Claims

Patentansprüche claims
1. Projektionsanordnung (10) für einen Kraftwagen, mit einem in eine Scheibe (14), insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftwagens integrierten 1. projection assembly (10) for a motor vehicle, with a in a disc (14), in particular a windshield, the motor vehicle integrated
Beugungsgitter (20) zum Rückstreuen eingestrahlten Lichts, sowie einer  Diffraction grating (20) for backscattering incident light, as well as a
Projektionsvorrichtung zum Einstrahlen von Licht auf das Beugungsgitter (20), dadurch gekennzeichnet, dass  Projection device for irradiating light onto the diffraction grating (20), characterized in that
die Projektionsvorrichtung zumindest zwei Projektoren (12) umfasst.  the projection device comprises at least two projectors (12).
2. Projektionsanordnung (10) nach Anspruch 1 , 2. Projection arrangement (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Projektionsvorrichtung insgesamt drei Projektoren (12) umfasst.  the projection device comprises a total of three projectors (12).
3. Projektionsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. projection arrangement (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Projektionsbereiche (16) benachbarter Projektoren (12) auf dem Beugungsgitter (20) sich überlappen.  the projection areas (16) of adjacent projectors (12) on the diffraction grating (20) overlap.
4. Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Projection arrangement (10) according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
ein Einstrahlwinkel der Projektoren (12) auf das Beugungsgitter (20) dem  an angle of incidence of the projectors (12) on the diffraction grating (20) the
Reflektionswinkel des Beugungsgitters (20) entspricht.  Reflection angle of the diffraction grating (20) corresponds.
5. Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Projection arrangement (10) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Beugungsgitter (20) von einer Schicht aus einem Phenanthrenchinon- Poly(methylmethacrylat)-Pfropfcopolymer gebildet wird.  the diffraction grating (20) is formed from a layer of a phenanthrenequinone-poly (methyl methacrylate) graft copolymer.
6. Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6. Projection arrangement (10) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungsgitter (20) von einer Schicht aus einem Gemisch eines Phenanthrenchinon-poly(methyimethacrylat)-Pfropfcopolymers und eines Phenanthrenchinon-Polyvinylbutyral-Pfropfcopolymers gebildet wird. characterized in that the diffraction grating (20) is formed from a layer of a mixture of a phenanthrenequinone-poly (methyimethacrylate) graft copolymer and a phenanthrenequinone-polyvinyl butyral graft copolymer.
7. Projektionsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Projection arrangement (10) according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Projektoren (12) schwenkbar gelagert sind.  the projectors (12) are pivotally mounted.
8. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Projection arrangement according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Blickrichtung und/oder Augenposition und/oder Kopfposition eines Fahrzeuginsassen vorgesehen ist.  a device for determining a viewing direction and / or eye position and / or head position of a vehicle occupant is provided.
9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. Projection arrangement according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Projektoren als LED-Projektoren ausgebildet sind.  the projectors are designed as LED projectors.
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