BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dynamisches Projekti- onssystem und ein Fahrzeug mit einem solchen System. Die vorlie- gende Erfindung betrifft insbesondere ein solches System, das dazu geeignet ist, statischen Bildelementen Dynamik zu verleihen bzw. Bildanimationen zu erzeugen.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Bewegungsanimationen zu generieren. Meist wird dies dadurch erreicht, dass einzelne Bilder in kurzen zeitlichen Abständen präsentiert werden, was einem Betrachter ab einer Bildfolge von ca. 14 - 16 Bildern pro Sekunde als Bewegung erscheint, wenn auch vielleicht noch nicht als eine ruckelfreie, da das menschliche Auge bis zu diesem Wert Einzelbilder getrennt wahrnimmt.

Mit Techniken wie z. B. DMD (Digital Micromirror Device), LCoS (Liquid Crystal on Silicon) oder OLED (Organic LED) lassen sich sowohl Projektoren als auch Displays realisieren, wobei für den Einsatz im „Home Entertainment" oder im Fahrzeug- speziell im Automobilsektor zur Anzeige bzw. Projektion von (Warn-) Hin- weisen und Informationen strahlungsphysikalische Größen wie etwa Auflösung, Kontrast, Strahldichte und dergleichen mit gleicher oder unterschiedlicher Gewichtung entscheidend sind.

Diese technisch-optischen Merkmale müssen in dem Maße in den Hintergrund treten, wie z. B. praktische Gründe wie etwa Größe, Gewicht, Wartungsfreiheit etc. oder finanzielle Aspekte an Be- deutung gewinnen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dynamisches Projektionssystem, das kompakt und dazu geeignet ist, durch Pro- jektion einzelner Bildelemente auf eine Projektionsebene diesen Bildelementen Dynamik und Bewegung zu verleihen, sowie ein Fahr- zeug mit einem solchen System bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den ab- hängigen Ansprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1) umfasst ein dy- namisches Projektionssystem eine Lichtquelle, eine Kollimator- linse, ein LCD-Element und eine Projektionsoptik, die in dieser Reihenfolge hintereinander vor einer Projektionsebene, die nicht Teil des dynamischen Projektionssystems ist, angeordnet sind, wobei das LCD-Element mehrere LCD-Segmente umfasst, die von der Lichtquelle ausgeleuchtet werden; jedem der LCD-Segmente eines von mehreren Projektionselementen der Projektionsoptik einein- deutig zugeordnet ist; die mehreren LCD-Segmente jeweils wenigs- tens ein LCD-Subsegment mit einem durch das jeweilige Projekti- onselement auf die Projektionsebene projizierbaren Bildelement umfassen; wenigstens eine strahlungsphysikalische Größe von we- nigstens einem der LCD-Subsegmente elektrisch steuerbar ist.

Der Titel „Dynamisches Projektionssystem" der vorliegenden Erfindung ist - nomen est omen - als Gegensatz zu einem System zu verstehen, dass lediglich dazu geeignet ist, unbewegte (sta- tische) Bildelemente zu projizieren. Als Lichtquelle kann jede bekannte Lichtquelle wie etwa eine oder mehrere weiter unten ge- nannte LED(s) oder jede andere „künstliche Lichtquelle" (DIN 5039), die dazu geeignet ist, eine Linse, hier eine Kollimator- linse, großflächig auszuleuchten, verwendet werden. Hierzu muss die Lichtquelle einen großen Ausstrahlungswinkel bzw. Öffnungs- winkel für das abgestrahlte Strahlenbündel besitzen. Ein LCD- Element (Liquid Crystal Display-Element) bzw. ein Element einer Flüssigkristallanzeige ist dem Fachmann seit langem wohl be- kannt. Seine Funktion und Verwendung in Anzeigen, Bildschirmen und Projektoren beruht insbesondere darauf, dass in ihm angeord- nete Flüssigkristalle Polarisationsrichtung, Reflexion und Transmission von Licht beeinflussen, wenn an sie eine wohl defi- nierte Spannung angelegt wird, wobei ein LCD-Elemente üblicher- weise in einzelne Untereinheiten, so genannte LCD-Segmente, un- terteilt bzw. segmentiert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das LCD-Element mit Hilfe der Lichtquelle durchstrahlt wer- den, und die in den einzelnen LCD-Segmenten, d. h. in der Ob- jektebene, angeordneten Bildelemente können mit Hilfe der jewei- ligen, ihnen eineindeutig zugeordneten Projektionselemente als fokussierende optische Komponenten des dynamischen Projektions- systems in die Projektionsebene (Bildebene) projiziert werden, wobei letztere in Form einer Projektionsfläche realisiert ist. Zur gleichmäßigen Durchstrahlung der Bildelemente, d. h. hier zur Erzeugung eines parallelen Strahlenbündels, dient die oben bereits erwähnte Kollimatorlinse, auf und bezüglich deren opti- scher Achse vorteilhafterweise das LCD-Element und die Projekti- onselemente mittig angeordnet sind. Die Lichtquelle befindet sich hierzu im objektseitigen Brennpunkt der Kollimatorlinse, so dass eine kompakte Bauweise durch eine kurzbrennweitige Kollima- torlinse begünstigt ist. Die Projektionsoptik umfasst vorzugs- weise wenigstens eine Linse und bildet die vor ihr angeordneten Bildelemente in die Projektionsebene ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das dynamische Projektionssystem mehrere Bildelemente, die alle oder nur teilweise identisch, im Wesent- lichen identisch oder verschieden sein können, wobei „im Wesent- lichen identisch" hier bedeutet, dass durch mehrere Bildelemente „im Prinzip" das gleiche Bildelement dargestellt sein kann, z. B. ein Fußgänger, dieser Fußgänger aber durch die mehreren Bildelemente in unterschiedlichen Phasen seiner Bewegung darge- stellt sein kann, so dass der Eindruck einer Bewegung vermittelt werden kann, indem die einzelnen Phasen in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgend angezeigt werden. Die Anzeige der einzelnen Phasen kann entweder an derselben Position in der Projektionse- bene oder versetzt an verschiedenen Positionen erfolgen. Im ers- ter Fall ergibt sich eine größere Dynamik, während der letzte Fall einen geringeren Anzeigeplatz benötigt. Bezüglich der phy- sikalischen Größen muss grundsätzlich zwischen den oben genann- ten strahlungsphysikalischen Größen, die keine Bewertung durch einen Empfänger berücksichtigen, und den so genannten lichttech- nischen Größen, wo dies der Fall ist, unterschieden werden. Die ersten umfassen nach DIN 5031 Blatt 1 den Strahlungsfluss, die Strahlstärke, die Strahldichte und die Bestrahlungsstärke. Die zweiten nach DIN 5031 Blatt 2 entsprechend der Lichtstrom, die Lichtstärke, die Leuchtdichte und die Beleuchtungsstärke. Alle genannten Größen sind natürlich spektrale Größen, so dass z. B. die Strahlstärke auf einen mehr oder weniger großen Wellenlän- genbereich (Farbwahrnehmung) bezogen ist.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektions- systems (Anspruch 2) kann wenigstens eine strahlungsphysikali- sche Größe von mehreren LCD-Subsegmenten unabhängig voneinander steuerbar sein.

Das heißt, gemäß diesem Aspekt kann beispielsweise die Strahldichte von mehreren, vorzugsweise allen, LCD-Subsegmenten unabhängig voneinander steuerbar sein. Alternativ kann die Steu- erung der Strahldichte für alle der mehreren LCD-Subsegmente identisch oder korrelierend erfolgen. Vorzugsweise können Unter- gruppen, bestehend jeweils aus mindestens einem der LCD-Subseg- mente, unterschiedlich im Hinblick auf den Betrag und/oder die strahlungsphysikalische Größe gesteuert werden. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 3) kann wenigstens eines der mehre- ren LCD-Segmente mehrere LCD-Subsegmente umfassen, die wenigs- tens teilweise sich überlagernd auf die Projektionsebene proji- zierbar sind.

Gemäß diesem Aspekt kann z. B. schematisch eine Figur in un- terschiedlichen Bewegungsphasen dargestellt werden, wobei sich alle Phasen überlagern, d. h. auf die gleiche Stelle der Projek- tionsfläche projiziert werden, jedoch nicht gleichzeitig, son- dern in vorbestimmter zeitlicher Abfolge, so dass sich eine ortsgebundene Bewegung des Bildelements ergibt. Je geringer die Überlappung, desto mehr Dynamik ergibt sich für die dargestellte Figur.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 4) kann die wenigstens eine strah- lungsphysikalische Größe die Strahldichte sein, die zwischen null und einem Maximalwert steuerbar ist.

Gemäß diesem Aspekt kann der Betrag der Strahldichte zwischen zwei Extremwerten (null bzw. Maximalwert) umgeschaltet, d. h. das entsprechende LCD-Subsegment ein- und ausgeschaltet werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 5) erfolgt die Steuerung der Strah- lungsleistung stufenlos.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 6) kann die Steuerung der Strah- lungsleistung mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation eines Steuer- signals einer Steuerungseinheit erfolgen. Dieser Aspekt hat den bekannten Vorteil, dass ein Stromfluss entweder komplett unterbunden wird (keine Verlustleistung fällt ab) oder komplett durchgeschaltet wird (Leistungsverlust mini- mal).

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 7) können die Bildelemente Pikto- gramme oder Teile von Piktogrammen umfassen.

Gemäß diesem Aspekt sind nicht ganze Piktogramme als Bildele- mente denkbar, d. h. Symbole, Informationen, grafische Darstel- lungen, Text als Ganzes, sondern vorteilhafterweise auch Teile davon. So lässt sich der Inhalt von Texten durch entsprechende Kombination von Wörtern als Teile von Bildelementen anpassen. Ferner können Piktogramme aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die zu unterschiedliche Deutung führen können. Z. B. kön- nen die Piktogramme für „Anschnallen" bzw. „Gurt lösen" im Falle z. B. eines Kraftfahrzeugs aus zwei Komponenten zusammengesetzt werden, wobei im ersten Fall die Schlosszunge dem Gurtschloss überlagert und im zweiten Fall in einer gewissen Entfernung dar- gestellt wird. Vorteilhafterweise lassen sich beide Situationen farblich betonen (z. B. rot bzw. grün). Vorteilhafterweise lässt sich das Verbinden bzw. das Lösen der Schlosszunge aus dem Gurt- schloss auch animieren, so dass nicht nur die Endzustände ange- zeigt werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 8) kann die Lichtquelle wenigstens eine LED umfassen.

Vorteilhafterweise sind LEDs energie- und platzsparend und stehen in mehreren Farben zur Verfügung. Doch ist prinzipiell natürlich jede Form elektrischer Hintergrundbeleuchtung denkbar. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 9) kann die Lichtquelle mehrere LEDs umfassen, die unabhängig voneinander steuerbar sind und mo- nochromatisches Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden.

Gemäß diesem Aspekt sind somit durch Mischen Farbtöne reali- sierbar, die eine einzelne LED nicht erzeugen kann.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 10) kann wenigstens eines der meh- reren LCD-Subsegmente farbig dargestellt werden.

Gemäß diesem Aspekt ist eine farbliche Darstellung auch mit LEDs, die weißes Licht aussenden möglich, indem die LCD-Subseg- mente selbst einen bestimmten Farbton aufweisen. Diese Möglich- keit ist aus konstruktiven und damit finanziellen Gründen für manche Anwendungsfälle der oben beschriebenen Variante überle- gen, wenn z. B. auf eine große Variabilität verzichtet werden kann.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des dynamischen Projektionssystems (Anspruch 11) können die mehreren LCD-Seg- mente in einem n x m Array mit n, m ∈ angeordnet sein.

Gemäß diesem Aspekt können die einzelnen LCD-Segmente in ei- nem Feld mit n Segmenten in einer und m Segmenten in der anderen Richtung angeordnet sein, was von einem einzelnen Segment über eine lineare Aufreihung bis zu einer rechteckig-flächigeren An- ordnung zahlreiche Möglichkeiten beinhaltet. Hierbei bedeutet die Menge der natürlichen Zahlen. Alternativ können die einzel- nen LCD-Segmente auch in nicht-rechteckiger Form aneinanderge- reiht sein, z. B. in Form einer Treppe oder eines Kreises. Gemäß der vorliegenden Erfindung (Anspruch 12) ist ein Fahr- zeug ein Fahrzeug mit einem dynamischen Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Automobil, kann aber auch jedes andere Fahrzeug sein.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines dynamischen Pro- jektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des LCD-Elements in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Piktogramms gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Steuerung des dy- namischen Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Modifikation der Steuerung von Fig. 4.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst ein dynamisches Projek- tionssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung - von links nach rechts - eine LED 12 als Lichtquelle, eine Kollimatorlinse 14, die eine konkav-konvexe Linse ist, ein LCD-Element 16 und eine Projektionsoptik 18. Die Komponenten 12, 14, 16 und 18 sind in einem Abstand f, der die Brennweite der Projektionsoptik 18 ist, vor einer Projektionsebene E, in der sich eine Projektionsfläche P befindet, angeordnet. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist das LDC-Element 16 aus ei- nem quadratischen Array oder Feld von 2 x 2 LCD-Segmenten 20 ge- bildet, die wiederum jeweils mehrere LCD-Subsegmenten 22 umfas- sen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind alle LCD-Subsegmente 22 unabhängig voneinander so steuerbar, dass ihre wahrgenommene Helligkeit zwischen 0 (ausgeschaltet bzw. undurchsichtig für das Beleuchtungslicht durch die LED 12) und einem Maximalwert geän- dert werden kann. Somit lässt sich jedes der LCD-Subsegmente 22 mehr oder weniger hell auf der Projektionsfläche P anzeigen. In Fig. 2 umfassen die LCD-Subsegmente 22 Kreise, Dreiecke und Quadrate.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Piktogramms gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist das LCD-Element 16 aus vier LCD-Segmenten 20 aufgebaut, die jeweils eine bestimmte Be- wegungsphase ein und derselben Figur 24 zeigen. Jedem der vier LCD-Segmente 20 ist ein Projektionselement 26 einer Projekti- onsoptik 18 zugeordnet, die jeweils die Figur 24 in ihrer ent- sprechenden Bewegungsphase projizieren. Wie es rechts in Fig. 3 gezeigt ist, werden alle Bewegungsphase an die gleiche Stelle der Projektionsfläche P und dort zur Überlagerung gebracht, wenn alle LCD-Segmente 20 gleichzeitig durchsichtig geschaltet sind. In zeitlicher Staffelung der Einzelbilder, was dadurch reali- siert werden kann, dass die einzelnen optischen Kanäle nachei- nander aktiviert werden, ergibt sich jedoch eine Animation eines Bewegungsablaufs, der so aussieht als würde er von einer mit ei- nem Läufer mitbewegten Kamera aufgenommen worden sein („running stickman").

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen jeweils eine Steuerung für LDC-Sub- segmente 22. Während in Fig. 4 die Steuerung mittels Pulsweiten- modulation (PWM) direkt über einen Controller 28 erfolgt, wobei in Korrelation mit dieser Steuerung eine Farbsteuerung verschie- denfarbiger LEDs der Lichtquelle und somit eine Farbmischung durchgeführt wird, ist bei Verwendung mehrerer LCD-Subsegmenten auch der Einsatz der COG (Chip on Glas) - Technik denkbar, wobei mehrere LCD-Subsegmente kontrolliert und direkt auf einem LCD- Substratglas untergebracht werden kann. Der COG kann mittels Busverbindung, z. B. SPI (Serial Peripheral Interphase), I ² C (In- ter-Integrated Circuit), zum Controller konfiguriert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Dynamisches Projektionssystem 10

LED 12

Kollimatorlinse 14

LCD-Element 16

Projektionsoptik 18

LCD-Segmente 20

LCD-Subsegmente 22

Figur 24

Projektionselement 26

Controller 28

Projektionsebene E

Brennweite von 18 f

Projektionsfläche P P