WO2016198678A1 - Projektionsanordnung für ein kontaktanaloges head-up-display (hud) - Google Patents

Projektionsanordnung für ein kontaktanaloges head-up-display (hud) Download PDF

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windshield
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Stephan Kremers
Martin Arndt
Stefan GOSSEN
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Saint Gobain Glass France SAS
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Definitions

  • the invention relates to a projection arrangement for a head-up display (HUD), a method for its production and the use of a windshield in such a projection arrangement.
  • HUD head-up display
  • HUDs head-up displays
  • a projector for example in the area of the dashboard or in the roof area
  • images are projected onto the windscreen, reflected there and perceived by the driver as a virtual image (seen from him) behind the windshield.
  • important information can be projected into the driver's field of vision, for example the current driving speed, navigation or warning notices that the driver can perceive without having to turn his eyes off the road.
  • Head-up displays can thus contribute significantly to increasing traffic safety.
  • the projection distance (distance between virtual image and driver) of a classical HUD for displaying static information is typically about 2 m.
  • a newer version of the HUD is referred to as contact-analog HUD or Augmented Reality HUD.
  • These HUDs are characterized by a larger HUD range (projection surface on the disc) and a significantly longer projection distance of at least 5 m, typically even more than 7 m.
  • Contact-analogue HUDs open up the possibility of not statically projecting information to be read on the windscreen but of using the optical information to identify elements of the real vehicle environment - exemplary applications include the visual marking of road boundaries, the visual highlighting of pedestrians along the roadside, navigation instructions directly on the road or the marking of vehicles that have been recognized by the driver assistance system.
  • the larger projection distance is created by a greater optical path length of the beams within the projector, such as additional mirrors and a larger volume.
  • Contact-analogous HUDs are known, for example, from DE102014001710A1, WO2014079567A1, US2013249942A1, US2014354692A1, US2014375816A1 and WO
  • the fundamental problem is that the projector image is reflected on both surfaces of the windshield.
  • the driver perceives not only the desired main image, but also a slightly offset, usually weaker intensity sub picture.
  • the latter is commonly synonymous as a ghost designated.
  • This problem is generally solved by arranging the reflective surfaces at a deliberately chosen angle to each other, so that the main image and the ghost image are superimposed, whereby the ghost image is no longer disturbing.
  • the wedge angle is typically about 0.5 mrad in conventional laminated glass for head-up displays.
  • Windshields consist of two glass panes, which are laminated together via a thermoplastic film. If the surfaces of the glass sheets are to be arranged at an angle as described, it is customary to use a thermoplastic film of non-constant thickness.
  • a thermoplastic film of non-constant thickness One speaks of a wedge-shaped foil or wedge foil. The angle between the two surfaces of the film is called the wedge angle.
  • the wedge angle can be constant over the entire film (linear change in thickness) or change in a position-dependent manner (nonlinear change in thickness).
  • Laminated glasses with wedge foils are known, for example, from WO2009 / 071135A1, EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • Wedge foils are typically made by extrusion using a wedge-shaped extrusion die.
  • the production of a wedge film with a desired wedge angle, which depends inter alia on the specific wheel geometry and the projection arrangement of the head-up display is very expensive and expensive.
  • the invention has for its object to provide a projection arrangement for a head-up display (HUD) with an improved windshield, which is cheaper and easier to manufacture and by which the problem of ghosting is effectively minimized.
  • HUD head-up display
  • the projection arrangement according to the invention for a head-up display comprises at least one vehicle windscreen (in particular of a motor vehicle, for example a passenger car) and a projector.
  • the projector irradiates an area of the windshield where the radiation is reflected toward the viewer (driver), creating a virtual image that the on-vehicle viewer perceives from behind the windshield.
  • the area of the windshield that can be irradiated by the projector is called the HUD area.
  • the projector is aimed at the HUD area.
  • the beam direction of the projector can typically be varied by mirrors, in particular vertically, in order to adapt the projection to the size of the observer.
  • the area in which the eyes of the beholder must be at the given mirror position is called an eyebox window.
  • This eyebox window can be moved vertically by adjusting the mirrors, whereby the entire accessible area (ie the superimposition of all possible eyebox windows) is called eyebox.
  • An observer within the eyebox can perceive the virtual image. This of course means that the eyes of the beholder must be within the eyebox, not the entire body.
  • the beam passing between the projector and the center of the eyebox is commonly referred to as the center beam. It is a characteristic reference beam for the conception of a HUD projection arrangement.
  • the windshield comprises an outer pane and an inner pane, which are interconnected via a thermoplastic intermediate layer.
  • the windscreen is intended to separate in a window opening of a vehicle, the interior to the outside environment.
  • inner pane the interior (vehicle interior) facing the disc of the composite pane is referred to in the context of the invention.
  • outer pane the outer environment facing disc is called.
  • the thickness of the intermediate layer is at least partially variable in the vertical course between the upper edge and the lower edge of the windshield.
  • sections it is meant here that the vertical course between the upper edge and the lower edge has at least one section in which the thickness of the intermediate layer changes in a location-dependent manner, ie if the intermediate layer has a wedge angle, the thickness of the intermediate layer being variable at least in the HUD range.
  • the thickness can also change in several sections or increase substantially continuously over the entire vertical course, for example, from the lower edge to the upper edge Windshields may differ greatly from a straight line, the vertical course in the context of the invention, in more precise terms expressed perpendicular to a (straight) connecting line between the corners of the Aligned top edge.
  • the intermediate layer has at least sections a finite wedge angle, ie a wedge angle greater than 0 °, namely in the section in which the thickness is variable.
  • Wedge angle refers to the angle between the two surfaces of the intermediate layer. If the wedge angle is not constant, the tangents to the surfaces should be used for its measurement at one point.
  • the head-up display according to the invention is a so-called contact-analog HUD or Augmented Reality HUD.
  • a contact-analog HUD not only is information projected onto a limited area of the windshield, but elements of the external environment are included in the representation. Examples include the marking of a pedestrian, the display of the distance to a vehicle in front or the projection of a navigation statement directly on the road, for example, to mark the lane to be selected.
  • the contact-analogue HUD is distinguished from a classic, static HUD in that the projection distance is at least 5 m. For a static HUD, the projection distance is significantly lower, typically about 2 m.
  • the distance between the virtual image and the viewer, that is, as a rule, the driver's head is referred to as the projection distance.
  • the projection distance is preferably at least 7 m.
  • the projection distance is preferably at most 15 m.
  • the projection distance for all projected images is substantially constant. Projections, which the observer should perceive subjectively at different distances, have in reality essentially the same projection distance. The subjective impression of a different distance is achieved by geometric optical effects.
  • the distance between the windshield and the virtual image is commonly referred to as the image width. Since typically the driver's head is about one meter from the windshield, the image distance is approximately 1 meter less than the projection distance. As an alternative to the projection distance, the image width can therefore also be used with sufficient accuracy as a criterion.
  • the image width is therefore preferably at least 4 m, more preferably at least 6 m, and preferably at most 14 m.
  • the maximum wedge angle is less than or equal to 0.3 mrad. This is significantly smaller than the typical wedge angle in conventional static HUDs (about 0.5 mrad). With the maximum wedge angle is the maximum wedge angle that occurs in the intermediate layer, with any extreme values at the edges are negligible.
  • the windshield according to the invention has a vertical radius of curvature of at least 6 m in the HUD range. This means that in the HUD range only vertical radii of curvature occur, which are greater than or equal to 6 m.
  • the vertical radius of curvature refers to the curvature in the vertical dimension of the disc between the upper edge and the lower edge. Vertical means perpendicular to the upper edge in the direction of the lower edge, wherein the upper edge, if it deviates from a straight line, is to be considered as a straight connecting line between the corners of the upper edge. Large radii of curvature correspond to a weak curvature, small radii of curvature of a strong curvature of the disc.
  • the invention is based on the surprising finding that the increased projection distance of the contact-analogous HUD in comparison with the static HUD in conjunction with a not too sharp curvature of the disk in the HUD range ensures that the main image and ghost image are effectively superimposed at a low wedge angle.
  • wedge angles For projection distances of more than 5 m and radii of curvature of at least 6 m, wedge angles of only 0.3 mrad maximum are required.
  • the invention thus enables the use of thermoplastic films with only small wedge angles, which are less expensive and easier to produce than films with larger wedge angles. Namely, such films can be obtained by stretching a film of constant thickness instead of by extrusion.
  • the maximum wedge angle is less than or equal to 0.2 mrad, more preferably less than or equal to 0.15 mrad, most preferably less than or equal to 0.1 mrad. The smaller the wedge angle, the more it is easier to produce the intermediate layer, and the less pronounced is the problem of the double images in transmission.
  • the vertical radius of curvature in the HUD range is preferably from 6 m to 10 m. This means that in the HUD range only vertical radii of curvature occur from 6 m to 10 m. This achieves good results without the disc having to be made too flat in the HUD range, which is generally undesirable, for example for reasons of aesthetics or aerodynamics.
  • the vertical radius of curvature in the HUD range is at least 7 m, preferably from 7 m to 9 m, particularly preferably from 7 m to 8 m. This results in particularly good results.
  • the vertical radii of curvature of the entire windscreen are preferably in the range from 1 m to 20 m, particularly preferably 2 m to 15 m, in particular 3 m to 13 m.
  • the wedge angle can be constant in the vertical course, resulting in a linear change in thickness of the intermediate layer, wherein the thickness typically and preferably from bottom to top increases.
  • the direction "from bottom to top” indicates the direction from bottom edge to top edge, but there may also be more complex thickness profiles in which the wedge angle is variable from bottom to top (ie location-dependent in the vertical course), linear or non-linear.
  • the thickness of the intermediate layer may be constant in horizontal sections (that is to say sections approximately parallel to the top edge and bottom edge). Then the thickness profile over the width of the laminated glass is constant. The thickness can also be variable in horizontal sections. Then the thickness is variable not only in the vertical but also in the horizontal course.
  • the intermediate layer is formed by at least one thermoplastic film.
  • the wedge angle is generated by stretching in the film.
  • the wedge-shaped film is not extruded, but originally provided as a conventional film of substantially constant thickness, and formed by stretching to have the desired wedge angle. This is easier and less expensive to manufacture by extrusion. The skilled person will subsequently recognize whether a wedge angle is formed by stretching or by extrusion, in particular the typical thickness profile in the vicinity of the lower edge and / or upper edge.
  • the HUD range is typically greater for a contact-analog HUD than for a classical static HUD.
  • the area of the HUD area according to the invention is at least 7% of the area of the windshield, particularly preferably at least 8%.
  • the area of the HUD area of a static HUD is typically at most 4-5% of the area of the windshield.
  • the area of the HUD area is from 40,000 mm 2 to 125,000 mm 2 .
  • the mounting angle of the windshield is typically in the range of 55 ° to 75 ° to the horizontal, in particular from 58 ° to 72 °. At these installation angles, the wedge angle according to the invention can be realized without any problems. In a particularly advantageous embodiment, the installation angle of 60 ° to 68 ° to the horizontal, preferably 63 ° to 67 °. This allows particularly small wedge angle of the intermediate layer can be achieved.
  • the angle of incidence of the center beam on the windscreen is preferably in the range of 50 ° to 75 °, more preferably in the range of 60 ° to 70 ° and is for example 65 °. The angle of incidence is measured to the direction of the normal to the windshield.
  • the thicknesses of the outer pane and the inner pane can basically be freely selected within the framework of the customary values.
  • thicknesses of the individual discs in the range 1 mm to 5 mm, in particular 1, 2 mm to 3 mm are common.
  • the wedge angle according to the invention can be realized easily.
  • the individual disks each have a thickness which is a maximum of 5 mm, preferably a maximum of 3 mm.
  • Standard slice thicknesses are, for example, 2.1 mm or 1.6 mm.
  • Preferred thicknesses for the outer pane and the inner pane are in the range of 1, 2 mm to 2.6 mm, more preferably from 1, 4 mm to 2.1 mm.
  • the thickness of the outer pane and the inner pane are in a preferred embodiment at most 2.6 mm, more preferably at most 2.1 mm, because advantageously small wedge angle are required.
  • the inner pane has a thickness of less than 1, 2 mm.
  • the outer pane is preferably thicker than the inner pane, whereby a sufficient stability of the windshield is achieved despite the lower material thickness.
  • the thickness of the inner pane is particularly preferably from 0.3 mm to 1, 1 mm, very particularly preferably from 0.5 mm to 0.9 mm and in particular from 0.6 mm to 0.8 mm.
  • the outer pane may have a thickness in the conventional range for laminated glasses, in particular in the range of 2.1 mm to 3.0 mm, for example, 2.1 mm or 2.6 mm.
  • the outer pane is a thinner pane and has a thickness of less than 2.1 mm.
  • the thickness of the outer pane is preferably from 1, 2 mm to 2.0 mm, more preferably from 1, 4 mm to 1, 8 mm, most preferably from 1, 5 mm to 1, 7 mm. With these thicknesses, the laminated glasses are sufficiently stable to be used as vehicle glazing.
  • An asymmetrical combination of thicker outer pane and thinner inner pane has proven itself to increase stone chip resistance and break resistance.
  • the outer and inner disks may be non-tempered disks.
  • the thin inner pane may be a chemically tempered pane. During chemical tempering, the chemical composition of the glass in the area of the surface is changed by ion exchange.
  • the thicker outer pane is a non-preloaded pane and the thinner inner pane is a chemically tempered pane.
  • the inner pane and the outer pane are preferably made of glass, more preferably of soda-lime glass, which has proven itself for window glass.
  • the discs can also consist of other types of glass, such as borosilicate glass or aluminosilicate glass.
  • the disks can alternatively be made of plastic, in particular polycarbonate or PMMA.
  • the outer pane preferably contains soda lime glass, the inner pane soda lime glass or aluminosilicate glass.
  • the outer pane of non-biased soda lime glass and the inner pane either also made of non-prestressed soda-lime glass or chemically toughened aluminosilicate glass.
  • Aluminosilicate can be chemically tempered more effectively than soda-lime glass.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the total transmission through the laminated glass in a preferred embodiment is greater than 70%, especially when the laminated glass is a windshield.
  • the term total transmission refers to the procedure defined by ECE-R 43, Annex 3, ⁇ 9.1 for testing the light transmission of vehicle windows.
  • the windshield is characterized by a horizontal curvature.
  • this has a minor influence on the ghost problem and is therefore not essential to the invention. It can be chosen in the usual way.
  • the windshield can also be flat (that is to say have an infinite vertical and horizontal radius of curvature), for example if it is provided as a disk for buses, trains or tractors.
  • the intermediate layer preferably has a minimum thickness of from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm, very particularly preferably from 0.5 mm to 0.9 mm. With minimum thickness, the thickness at the thinnest point of the intermediate layer is called.
  • Laminated glasses with thinner intermediate layers often have too low a stability in order to be used as a vehicle window.
  • Thermoplastic films, in particular PVB films are sold in the standard thickness 0.76 mm. From these films can be brought by stretching advantageously wedge angle according to the invention. Since the wedge angles according to the invention are very small, the film is locally not diluted so much that problems with the stability of the laminated glass occur.
  • the intermediate layer preferably contains at least polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA), polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PU polyurethane
  • the intermediate layer is formed in a preferred embodiment of a PVB film.
  • the intermediate layer may be formed by a single film or by more than one film. In the latter case, at least one of the films must be formed with the wedge angle.
  • the intermediate layer can also be formed from a so-called acoustic film, which has a noise-damping effect.
  • Such films typically consist of at least three layers, the middle layer having a higher plasticity or elasticity than the surrounding outer layers, for example due to a higher proportion of plasticizers.
  • the use of such noise-damping, multilayer film is preferably used to improve the acoustic comfort. This is particularly advantageous if the outer and / or inner pane are formed with a small thickness and as a result noise can shield less well.
  • the windshield according to the invention may have a functional coating, for example an IR-reflecting or absorbing coating, a UV-reflecting or absorbing coating, a coloring coating, a low-emissivity coating, a heatable coating, a coating with an antenna function, a splinter-bonding coating or a coating for shielding electromagnetic radiation.
  • the functional coating can be arranged on a surface of the outer pane or the inner pane, or also on an insert sheet in the intermediate layer, which consists for example of polyethylene terephthalate (PET).
  • the invention also comprises a method for producing a projection arrangement for a HUD, which is designed in particular as described above, wherein the projection arrangement comprises:
  • thermoplastic interlayer having a top edge and a bottom edge and a HUD area, wherein the thickness of the thermoplastic interlayer is at least vertical between the top edge and the bottom edge in the HUD range is variable with a wedge angle less than or equal to 0.3 mrad;
  • a projector aimed at the HUD area and producing a virtual image with a projection distance of at least 5 m.
  • the method according to the invention comprises at least the following method steps: (a) determining the HUD area of the windshield;
  • the thicknesses of the disks and the mounting position are typically already fixed in the design of the HUDs.
  • a wedge angle can theoretically be determined so that ghost images are optimally minimized.
  • the determination of the wedge angle curve is carried out by customary simulations.
  • the relative arrangement between the windscreen and the projector must be fixed. Since the curvature profile can also have an effect on the ghosting, an adjustment of the wedge angle may be necessary at this time.
  • the final determination of the disk geometry with wedge angle and curvature profile can be done iteratively until the ghost problem is minimized.
  • the steps described so far are typically in the design phase, typically based on the CAD data of the vehicle. After the final disc geometry has been determined, the disc can be made.
  • the thermoplastic intermediate layer is provided as at least one film.
  • this is a conventional thermoplastic film, in particular PVB film, with (in the initial state) substantially constant thickness.
  • the variable thickness with the wedge angle according to the invention is preferably introduced by stretching the film, that is, mechanical force by suitable pulling.
  • the low wedge angle according to the invention can be achieved by stretching, which is significantly less expensive than a production of the wedge film by extrusion.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be produced by extrusion by means of a wedge-shaped extrusion die.
  • the outer pane and the inner pane are subjected to a bending process before the lamination according to the determined curvature profile.
  • the outer pane and the inner pane are congruently bent together (ie at the same time and by the same tool), because this optimally matches the shape of the panes for the later lamination.
  • Typical temperatures for glass bending processes are for example 500 ° C to 700 ° C.
  • the pane is advantageously cooled slowly after bending, preferably until it has cooled to a temperature of 400 ° C. with a cooling rate of 0.05 ° C./sec to 0.5 ° C / sec to avoid thermal stress.
  • the chemical toughening is preferably carried out at a temperature of 300 ° C to 600 ° C, more preferably from 400 ° C to 500 ° C.
  • the disc is treated with a molten salt, for example, immersed in the molten salt. During the treatment, in particular sodium ions of the glass are replaced by larger ions, in particular larger alkali ions, whereby the desired surface compressive stresses arise.
  • the molten salt is preferably the melt of a potassium salt, more preferably potassium nitrate (KN0 3 ) or potassium sulfate (KS0 4 ), most preferably potassium nitrate (KN0 3 ).
  • Usual times for the duration of treatment are from 2 hours to 48 hours.
  • the disc After treatment with the molten salt, the disc is cooled to room temperature. Subsequently, the disc is cleaned, preferably with sulfuric acid (H 2 S0 4 ).
  • the laminated glass is produced by lamination by conventional methods known per se to the person skilled in the art, for example autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calendering methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection between outer pane and inner pane is usually carried out under the action of heat, vacuum and / or pressure.
  • the projection arrangement according to the invention is preferably used in a vehicle as a head-up display (HUD), particularly preferably in a motor vehicle, very particularly preferably in a passenger car.
  • HUD head-up display
  • the invention also encompasses the use of a vehicle windscreen comprising an outer pane and an inner pane which are interconnected via a thermoplastic intermediate layer, wherein the thickness of the thermoplastic intermediate layer varies vertically with a wedge angle of less than or equal to 0.3 mrad, which has a range in which the vertical radius of curvature is at least 6 m in a projection arrangement for a head-up display with a projection distance of at least 5 m, wherein the HUD area of the windshield is completely within the range with the vertical radius of curvature of at least 6 m is arranged.
  • a vehicle windscreen comprising an outer pane and an inner pane which are interconnected via a thermoplastic intermediate layer, wherein the thickness of the thermoplastic intermediate layer varies vertically with a wedge angle of less than or equal to 0.3 mrad, which has a range in which the vertical radius of curvature is at least 6 m in a projection arrangement for a head-up display with a projection distance of at least 5 m, wherein the HUD
  • Fig. 1 is a plan view of the windshield of an inventive
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a plan view of a windshield 1 of a projection arrangement according to the invention.
  • the windshield 1 has an upper edge O, a lower edge U and two side edges connecting them.
  • the upper edge O points in the installation position up to the vehicle roof (roof edge), the lower edge U down to the engine compartment (engine edge).
  • the windshield 1 has a HUD area B, which can be irradiated in the installed position by the HUD projector and is irradiated during operation.
  • Fig. 2 shows a cross section through a projection arrangement according to the invention, comprising the windshield 1 of Fig. 1 and a HUD projector 5.
  • the windshield 1 is cut by the section line A-A '.
  • the windshield 1 consists of an outer pane 2 and an inner pane 3, which are interconnected via a thermoplastic intermediate layer 4.
  • the windshield 1 separates the vehicle interior from the external environment, wherein the outer pane 2 faces in the installation position of the external environment, the inner pane 3 the vehicle interior.
  • the installation angle ß to the horizontal for example, 65 °.
  • the outer pane 2 and the inner pane 3 consist for example of non-prestressed soda-lime glass.
  • the outer pane 2 has, for example, a thickness of 2.1 mm and the inner pane 3 has a thickness of 1.6 mm. These discs are common for windscreens.
  • the thickness of the intermediate layer 4 increases steadily in the vertical course from the lower edge U to the upper edge O with a substantially constant wedge angle ⁇ between the two surfaces.
  • the intermediate layer 4 is formed from a single sheet of PVB.
  • the thickness of the intermediate layer 4 at the upper edge O is, for example, 1, 0 mm and at the lower edge U, for example, 0.76 mm.
  • the projector 5 is directed to the HUD area B. In this area, images are to be generated by the projector 5.
  • the projector image is reflected by the windshield 1 in the direction of the observer 6 (vehicle driver). This results in the virtual image 7, which seen in the vehicle viewer 6 perceives seen from behind the windshield 1.
  • the distance between the viewer 6 and the virtual image 7 is referred to as the projection distance d.
  • the distance between the windshield 1 and the virtual image 7 is referred to as the image width w.
  • the projection arrangement according to the invention is a so-called contact-analog HUD or Augmented Reality HUD, which is characterized by a large projection distance d of, for example, 10 m. This allows the inclusion of the environment in the visual display, whereby, for example, the lane to be selected as navigation instructions for the viewer 6 can be projected directly onto the road.
  • the contact analog HUD differs from the classical HUD also by a larger HUD area B, whose area is for example 9% of the area of the windshield 1.
  • the area within which the eyes of the observer 6 must be in order to perceive the virtual image is called an eyebox window.
  • the eyebox window is vertically adjustable by mirrors in the projector 5 in order to adjust the HUD to the viewer 6 different body size and sitting position can.
  • the entire accessible area within which the Eyebox window can be moved is called Eyebox E.
  • the windshield 1 has within the HUD area B vertical radii of curvature R of at least 6 m, for example in the range of 8 m to 9 m.
  • the inventors have recognized that the large projection distance d in conjunction with the large radii of curvature R in the HUD region B only requires a very small wedge angle ⁇ in order to avoid ghosting.
  • the wedge angle ⁇ is for example 0.27 mrad.
  • Such a low wedge angle ⁇ can be produced by stretching in a conventional PVB film having a substantially constant thickness of, for example, 0.76 mm.
  • the Production of the windshield 1 is thereby substantially simplified and made less expensive than when using a wedge film produced by extrusion.
  • the outer pane 2 and the inner pane 3 are formed of thin glass and have, for example, thicknesses of 1, 6 mm for the outer pane 2 and 0.7 mm for the inner pane 3 on.
  • 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a projection arrangement for a head-up display. From the conceptual data (CAD) of the vehicle, the thicknesses of the outer pane 2, the inner pane 3 and the intermediate layer 4 and the relative arrangement of the windshield 1 and the projector 5 are determined.
  • CAD conceptual data
  • the HUD area B of the windshield 1 which corresponds to the irradiated or irradiable area, results from the relative arrangement. If the HUD area B is determined, then the curvature profile of the disc is determined. According to the invention, only vertical radii of curvature R of at least 6 m may occur in HUD area B.
  • the vertical radii of curvature R of the remaining disc and the horizontal radii of curvature can be chosen freely and are usually specified by the vehicle manufacturer (vehicle design). Now the theoretically expected ghost image is calculated and the wedge angle ⁇ of the intermediate layer 4 is determined such that the main image and the ghost image are superimposed.
  • the design of the windshield 1 is thus fixed and it is made with the determined values for the vertical radii of curvature R and the wedge angle ⁇ by customary methods.
  • the low wedge angle ⁇ according to the invention can be achieved particularly advantageously by stretching a standard film.
  • windshield 1 and projector 5 are arranged relative to each other, wherein the projection arrangement is formed. This is typically done by installing windshield 1 and projector 5 in the vehicle body. Examples
  • the following table contains results of simulations. For different thicknesses of the outer pane 2 and the inner pane 3, different projection distances d and different minimum vertical radii of curvature R in the HUD area B, the wedge angles ⁇ were determined, which are necessary for avoiding ghost images. The relative location of windshield 1 and projector 5 was assumed to be constant in all examples.
  • Thickness (2) ( 3) d minimum R installation angle ß wedge angle ⁇
  • wedge angles ⁇ according to the invention occur of less than 0.3 mrad. That contact angle HUDs can be achieved so low wedge angle ⁇ by the appropriate adjustment of the radii of curvature of the windshield 1, was unexpected and surprising to those skilled in the art.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend - eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (1), umfassend eine Außenscheibe (2) und eine Innenscheibe (3), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante (O) und einer Unterkante (U) und einem HUD-Bereich (B), wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante (O) und der Unterkante (U) zumindest im HUD-Bereich (B) veränderlich ist mit einem Keilwinkel (α), wobei die Fahrzeug-Windschutzscheibe (1) einen Einbauwinkel im Bereich von 55° bis 75° aufweist, und wobei die Außenscheibe (2) und die Innenscheibe (3) jeweils eine Dicke von maximal 5 mm aufweisen; und - einen Projektor (5), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist und ein virtuelles Bild (7) erzeugt, das ein Betrachter (6) wahrnehmen kann, mit einer Projektionsdistanz (d) von mindestens 5 m, wobei die Windschutzscheibe (1) im HUD-Bereich (B) einen vertikalen Krümmungsradius (R) von mindestens 6 m aufweist und wobei der maximale Keilwinkel (α) kleiner oder gleich 0,3 mrad beträgt.

Description

Projektionsanordnung für ein kontaktanaloges Head-Up-Display (HUD)
Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung einer Windschutzscheibe in einer solchen Projektionsanordnung.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts oder im Dachbereich, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm aus gesehen) hinter der Windschutzscheibe wahrgenommen. So können wichtige Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit, Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann, ohne seinen Blick von der Fahrbahn wenden zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen. Die Projektionsdistanz (Abstand zwischen virtuellem Bild und Fahrer) eines klassischen HUD zur Anzeige statischer Informationen beträgt typisch erweise etwa 2 m.
Eine neuere Variante des HUD wird als kontaktanaloges HUD oder Augmented Reality HUD bezeichnet. Diese HUDs zeichnen sich durch einen größeren HUD-Bereich (Projektionsfläche auf der Scheibe) und eine deutlich größere Projektionsdistanz aus von mindestens 5 m, typischerweise sogar über 7 m. Kontaktanaloge HUDs eröffnen die Möglichkeit, nicht mehr nur abzulesende Informationen statisch auf die Scheibe zu projizieren, sondern die optische Information zur Kennzeichnung von Elementen der realen Fahrzeugumgebung zu verwenden - beispielhafte Anwendungen sind die optische Markierung von Fahrbahnbegrenzungen, das optische Hervorheben von Fußgängern am Straßenrand, Navigationshinweise direkt auf der Fahrbahn oder die Markierung von Fahrzeugen, die vom Fahrassistenzsystem erkannt worden sind. Die größere Projektionsdistanz wird durch eine größere optische Weglänge der Strahlen innerhalb des Projektors erzeugt, etwa durch zusätzliche Spiegel und ein größeres Volumen. Kontaktanaloge HUDs sind beispielsweise bekannt aus DE102014001710A1 , WO2014079567A1 , US2013249942A1 , US2014354692A1 , US2014375816A1 und WO2013136374A1.
Bei HUDs tritt das grundsätzliche Problem auf, dass das Projektorbild an beiden Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch nimmt der Fahrer nicht nur das gewünschte Hauptbild wahr, sondern auch ein leicht versetztes, in der Regel intensitätsschwächeres Nebenbild. Letzteres wird gemeinhin auch als Geisterbild bezeichnet. Dieses Problem wird im Allgemeinen dadurch gelöst, dass die reflektierenden Oberflächen mit einem bewusst gewählten Winkel zueinander angeordnet werden, so dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden, wodurch das Geisterbild nicht mehr störend auffällt. Der Keilwinkel beträgt bei herkömmlichen Verbundgläsern für Head-Up-Displays typischerweise etwa 0,5 mrad.
Windschutzscheiben bestehen aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Folie miteinander laminiert sind. Sollen die Oberflächen der Glasscheiben wie beschrieben in einem Winkel angeordnet werden, so ist es üblich, eine thermoplastische Folie mit nicht- konstanter Dicke zu verwenden. Man spricht auch von einer keilförmigen Folie oder Keilfolie. Der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Folie wird als Keilwinkel bezeichnet. Der Keilwinkel kann über die gesamte Folie konstant (lineare Dickenänderung) sein oder sich positionsabhängig ändern (nichtlineare Dickenänderung). Verbundgläser mit Keilfolien sind beispielsweise aus WO2009/071135A1 , EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt.
Keilfolien werden typischerweise mittels Extrusion hergestellt, wobei eine keilförmige Extrusionsdüse verwendet wird. Die Herstellung einer Keilfolie mit einem gewünschten Keilwinkel, welcher unter anderem von der konkreten Scheibengeometrie und der Projektionsanordnung des Head-Up-Displays abhängig ist, ist sehr teuer und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsanordnung für ein Head-Up- Display (HUD) mit einer verbesserten Windschutzscheibe bereitzustellen, welche kostengünstiger und einfacher herzustellen ist und durch welche die Problematik der Geisterbilder wirksam minimiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) umfasst mindestens eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (insbesondere eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens) und einen Projektor. Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich der Windschutzscheibe, wo die Strahlung in Richtung des Betrachters (Fahrers) reflektiert wird, wodurch ein virtuelles Bild erzeugt wird, welches der im Fahrzeug befindliche Betrachter von ihm aus gesehen hinter der Windschutzscheibe wahrnimmt. Der durch den Projektor bestrahlbare Bereich der Windschutzscheibe wird als HUD-Bereich bezeichnet. Der Projektor ist auf den HUD-Bereich gerichtet. Die Strahlrichtung des Projektors kann typischerweise durch Spiegel variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen. Der Bereich, in dem sich die Augen des Betrachters bei gegebener Spiegelstellung befinden müssen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Dieses Eyeboxfenster kann durch Verstellung der Spiegel vertikal verschoben werden, wobei der gesamte dadurch zugängliche Bereich (das heißt die Überlagerung aller möglichen Eyeboxfenster) als Eyebox bezeichnet wird. Ein innerhalb der Eyebox befindlicher Betrachter kann das virtuelle Bild wahrnehmen. Damit ist natürlich gemeint, dass sich die Augen des Betrachters innerhalb der Eyebox befinden müssen, nicht etwa der gesamte Körper. Der Strahl, der zwischen dem Projektor und der Mitte der Eyebox verläuft, wird gemeinhin als Mittenstrahl bezeichnet. Er ist ein charakteristischer Bezugsstrahl für die Konzeption einer HUD-Projektionsanordnung.
Die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der HUDs sind dem Fachmann allgemein bekannt. Für eine ausführliche Darstellung sei auf die Dissertation „Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays" von Alexander Neumann am Institut für Informatik der Technischen Universität München (München: Universitätsbibliothek der TU München, 2012) verwiesen, insbesondere auf Kapitel 2„Das Head-Up Display".
Die Windschutzscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Windschutzscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum (Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet.
Die Dicke der Zwischenschicht ist im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante und der Unterkante der Windschutzscheibe zumindest abschnittsweise veränderlich. Mit „abschnittsweise" ist hier gemeint, dass der vertikale Verlauf zwischen Oberkante und Unterkante zumindest einen Abschnitt aufweist, in dem sich die Dicke der Zwischenschicht ortsabhängig ändert, die Zwischenschicht also einen Keilwinkel aufweist. Die Dicke der Zwischenschicht ist zumindest im HUD-Bereich veränderlich. Die Dicke kann sich aber auch in mehreren Abschnitten ändern oder im gesamten vertikalen Verlauf, beispielsweise von der Unterkante zur Oberkante im Wesentlichen stetig zunehmen. Mit vertikalem Verlauf ist der Verlauf zwischen Oberkante und Unterkante mit Verlaufsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Oberkante bezeichnet. Da die Oberkante bei Windschutzscheiben stark von einer Geraden abweichen kann, ist der vertikale Verlauf im Sinne der Erfindung präziser ausgedrückt senkrecht zu einer (geraden) Verbindungslinie zwischen den Ecken der Oberkante ausgerichtet. Die Zwischenschicht weist zumindest abschnittsweise einen endlichen Keilwinkel auf, also einen Keilwinkel größer 0°, nämlich in dem Abschnitt, in dem die Dicke veränderlich ist. Mit Keilwinkel wird der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Zwischenschicht bezeichnet. Ist der Keilwinkel nicht konstant, so sind zu seiner Messung an einem Punkt die Tangenten an die Oberflächen heranzuziehen.
Das erfindungsgemäße Head-Up-Display ist ein sogenanntes kontaktanaloges HUD oder Augmented Reality HUD. Bei einem kontaktanalogen HUD wird nicht lediglich eine Information auf einen begrenzten Bereich der Windschutzscheibe projiziert, sondern Elemente der äußeren Umgebung in die Darstellung einbezogen. Beispiele hierfür sind die Markierung eines Fußgängers, die Anzeige des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder die Projektion einer Navigationsangabe direkt auf die Fahrbahn, beispielsweise zur Markierung der zu wählenden Fahrspur. Das kontaktanaloge HUD wird dadurch von einem klassischen, statischen HUD unterschieden, dass die Projektionsdistanz mindestens 5 m beträgt. Bei einem statischen HUD ist die Projektionsdistanz deutlich geringer, typischerweise etwa 2 m. Mit Projektionsdistanz wird im Sinne der Erfindung der Abstand zwischen dem virtuellen Bild und dem Betrachter, also in der Regel der Kopf des Fahrers, bezeichnet. Die Projektionsdistanz beträgt bevorzugt mindestens 7 m. Die Projektionsdistanz beträgt bevorzugt höchstens 15 m.
Bei einer Projektionsanordnung eines kontaktanalogen HUDs ist die Projektionsdistanz für alle projizierten Bilder im Wesentlichen konstant. Auch Projektionen, die der Betrachter subjektiv mit unterschiedlichem Abstand wahrnehmen soll, haben in der Realität im Wesentlichen die gleiche Projektionsdistanz. Der subjektive Eindruck eines unterschiedlichen Abstands wird durch geometrische optische Effekte erreicht.
Der Abstand zwischen Windschutzscheibe und virtuellem Bild wird üblicherweise als Bildweite bezeichnet. Da typischerweise der Kopf des Fahrers einen Abstand von etwa einem Meter zur Windschutzscheibe aufweist, ist die Bildweite näherungsweise um 1 m geringer als die Projektionsdistanz. Alternativ zur Projektionsdistanz kann daher mit hinreichender Genauigkeit auch die Bildweite als Kriterium herangezogen werden. Die Bildweite beträgt demnach bevorzugt mindestens 4 m, besonders bevorzugt mindestens 6 m, und bevorzugt höchstens 14 m. Der maximale Keilwinkel beträgt kleiner oder gleich 0,3 mrad. Dies ist erheblich kleiner als der typische Keilwinkel in herkömmlichen statischen HUDs (etwa 0,5 mrad). Mit dem maximalen Keilwinkel wird der größte Keilwinkel bezeichnet, der in der Zwischenschicht auftritt, wobei eventuelle Extremwerte an den Kanten zu vernachlässigen sind.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe weist im HUD-Bereich einen vertikalen Krümmungsradius von mindestens 6 m auf. Damit ist gemeint, dass im HUD-Bereich nur vertikale Krümmungsradien auftreten, welche größer oder gleich 6 m sind. Der vertikale Krümmungsradius bezieht sich dabei auf die Krümmung in der vertikalen Dimension der Scheibe zwischen Oberkante und Unterkante. Vertikal heißt senkrecht zur Oberkante in Richtung zur Unterkante, wobei die Oberkante, wenn sie von einer Geraden abweicht, als einer gerade Verbindungslinie zwischen den Ecken der Oberkante zu denken ist. Große Krümmungsradien entsprechen einer schwachen Krümmung, kleine Krümmungsradien einer starken Krümmung der Scheibe.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass die vergrößerte Projektionsdistanz des kontaktanalogen HUDs im Vergleich zum statischen HUD in Verbindung mit einer nicht zu starken Krümmung der Scheibe im HUD-Bereich gewährleistet, dass bei einem geringen Keilwinkel Hauptbild und Geisterbild wirksam überlagert werden. Bei Projektionsdistanzen ab 5 m und Krümmungsradien von mindestens 6 m sind Keilwinkeln von lediglich höchstens 0,3 mrad erforderlich. Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung von thermoplastischen Folien mit nur geringen Keilwinkeln, welche kostengünstiger und einfacher herzustellen sind als Folien mit größeren Keilwinkeln. Solche Folien können nämlich durch Recken einer Folie mit konstanter Dicke gewonnen werden statt durch Extrusion. Durch Brechung und Reflexion an den verschiedenen Oberflächen des Verbundglases können in Transmission Doppelbilder auftreten - Objekte, welche durch das Verbundglas betrachtet werden, erscheinen dabei doppelt. Dieser Effekt kann durch auf das HUD optimierte Keilfolien mit großen Keilwinkeln sogar verstärkt werden. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung sehr geringer Keilwinkel, wodurch die Doppelbildproblematik in Transmission vermindert wird. Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung.
Neben der Projektionsdistanz und der Scheibenkrümmung haben weitere Faktoren Einfluss auf den erforderlichen Keilwinkel, darunter die Scheibendicke sowie der Einbauwinkel der Windschutzscheibe. Bei geeigneter Konzeption des HUDs können noch deutlich geringere Keilwinkel ausreichend sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der maximale Keilwinkel kleiner oder gleich 0,2 mrad, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,15 mrad, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,1 mrad. Je kleiner der Keilwinkel, desto einfacher ist die Zwischenschicht herzustellen, und desto weniger stark ausgeprägt ist die Problematik der Doppelbilder in Transmission.
Der vertikale Krümmungsradius im HUD-Bereich beträgt bevorzugt von 6 m bis 10 m. Damit ist gemeint, dass im HUD-Bereich nur vertikale Krümmungsradien auftreten von 6 m bis 10 m. Damit werden gute Ergebnisse erzielt, ohne dass die Scheibe im HUD-Bereich zu flach ausgebildet werden muss, was in der Regel nicht erwünscht ist, beispielsweise aus Gründen der Ästhetik oder der Aerodynamik. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der vertikale Krümmungsradius im HUD-Bereich mindestens 7 m, bevorzugt von 7 m bis 9 m, besonders bevorzugt von 7 m bis 8 m. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt.
Die vertikalen Krümmungsradien der gesamten Windschutzscheibe liegen bevorzugt im Bereich von 1 m bis 20 m, besonders bevorzugt 2 m bis 15 m, insbesondere 3 m bis 13 m.
Der Keilwinkel kann im vertikalen Verlauf konstant sein, was zu einer linearen Dickenänderung der Zwischenschicht führt, wobei die Dicke typischerweise und bevorzugt von unten nach oben größer wird. Die Richtungsangabe„von unten nach oben" bezeichnet die Richtung von Unterkante zu Oberkante. Es können aber auch komplexere Dickenprofile vorliegen, bei denen der Keilwinkel von unten nach oben veränderlich (das heißt im vertikalen Verlauf ortsabhängig) ist, linear oder nicht-linear.
Die Dicke der Zwischenschicht kann in horizontalen Schnitten (das heißt Schnitte etwa parallel zu Oberkante und Unterkante) konstant sein. Dann ist das Dickenprofil über die Breite des Verbundglases konstant. Die Dicke kann aber auch in horizontalen Schnitten veränderlich sein. Dann ist die Dicke nicht nur im vertikalen, sondern auch im horizontalen Verlauf veränderlich. Die Zwischenschicht ist durch mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Keilwinkel durch Recken in der Folie erzeugt. Die keilförmige Folie ist nicht extrudiert, sondern ursprünglich als herkömmliche Folie mit im Wesentlichen konstanter Dicke bereitgestellt und durch Recken so umgeformt, dass sie den gewünschten Keilwinkel aufweist. Dies ist einfacher und kostengünstiger als die Herstellung durch Extrusion. Der Fachmann erkennt nachträglich, ob ein Keilwinkel durch Recken oder durch Extrusion ausgebildet ist, insbesondere am typischen Dickenverlauf in der Nähe der Unterkante und/oder Oberkante. Der HUD-Bereich ist bei einem kontaktanalogen HUD typischerweise größer als bei einem klassischen statischen HUD. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Fläche des erfindungsgemäßen HUD-Bereichs mindestens 7 % der Fläche der Windschutzscheibe, besonders bevorzugt mindestens 8 %. Die Fläche des HUD-Bereichs eines statischen HUDs beträgt typisch erweise höchstens 4-5 % der Fläche der Windschutzscheibe. Beispielsweise beträgt die Fläche des HUD-Bereichs von 40 000 mm2 bis 125 000 mm2.
Der Einbauwinkel der Windschutzscheibe liegt typischerweise im Bereich von 55° bis 75° zur Horizontalen, insbesondere von 58° bis 72°. Bei diesen Einbauwinkeln sind die erfindungsgemäßen Keilwinkel ohne Probleme realisierbar. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Einbauwinkel von 60° bis 68° zur Horizontalen, bevorzugt 63° bis 67°. Damit können besonders kleine Keilwinkel der Zwischenschicht erreicht werden. Der Einstrahlwinkel des Mittenstrahls an der Windschutzscheibe liegt vorzugsweise im Bereich von 50° bis 75°, besonders bevorzugt im Bereich von 60° bis 70° und beträgt beispielsweise 65°. Der Einstrahlwinkel bemisst sich zur Richtung der Normalen auf die Windschutzscheibe. Die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe können grundsätzlich im Rahmen der fachüblichen Werte frei gewählt werden. Für herkömmliche Windschutzscheiben sind Dicken der Einzelscheiben im Bereich 1 mm bis 5 mm, insbesondere 1 ,2 mm bis 3 mm üblich. Damit sind die erfindungsgemäßen Keilwinkel problemlos realisierbar. Vorteilhaft haben die Einzelscheiben jeweils eine Dicke, die maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 3 mm beträgt. Standardscheibendicken sind beispielsweise 2,1 mm oder 1 ,6 mm. Bevorzugte Dicken für die Außenscheibe und die Innenscheibe liegen im Bereich von 1 ,2 mm bis 2,6 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,1 mm. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe betragen in einer bevorzugten Ausgestaltung höchstens 2,6 mm, besonders bevorzugt höchstens 2,1 mm, weil dadurch vorteilhaft kleine Keilwinkel erforderlich sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eine der Einzelscheiben der Windschutzscheibe eine geringere Dicke auf. Neben der Gewichtsersparnis hat dies den Vorteil, dass zur Kompensation des Geisterbilds ein noch geringerer Keilwinkel erforderlich ist, weil die reflektierenden Oberflächen näher beieinander liegen. Dadurch sind Hauptbild und Geisterbild weniger stark zueinander verschoben, so dass sie mit einem geringeren Keilwinkel in Deckung gebracht werden können. Bevorzugt weist die Innenscheibe eine Dicke von kleiner als 1 ,2 mm auf. Die Außenscheibe ist dabei bevorzugt dicker als die Innenscheibe, wodurch trotz der geringeren Materialstärke eine ausreichende Stabilität der Windschutzscheibe erreicht wird. Die Dicke der Innenscheibe beträgt besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 ,1 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 0,9 mm und insbesondere von 0,6 mm bis 0,8 mm.
Die Außenscheibe kann eine Dicke im herkömmlichen Bereich für Verbundgläser aufweisen, insbesondere im Bereich von 2,1 mm bis 3,0 mm, beispielsweise 2,1 mm oder 2,6 mm. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist auch die Außenscheibe eine dünnere Scheibe und weist eine Dicke von kleiner als 2,1 mm auf. Dadurch treten die vorstehend genannten Vorteile verstärkt auf.
Die Dicke der Außenscheibe beträgt bevorzugt von 1 ,2 mm bis 2,0 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 1 ,8 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 mm bis 1 ,7 mm. Mit diesen Dicken sind die Verbundgläser ausreichend stabil, um als Fahrzeugverglasung verwendet zu werden. Eine asymmetrische Kombination aus dickerer Außenscheibe und dünnerer Innenscheibe hat sich zur Steigerung von Steinschlagfestigkeit und Bruchfestigkeit bewährt. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können nicht-vorgespannte Scheiben sein. Alternativ kann aber die dünne Innenscheibe eine chemisch vorgespannte Scheibe sein. Beim chemischen Vorspannen wird durch lonenaustausch die chemische Zusammensetzung des Glases im Bereich der Oberfläche verändert. Insbesondere ist die dickere Außenscheibe eine nicht-vorgespannte Scheibe und die dünnere Innenscheibe eine chemisch vorgespannte Scheibe.
Die Innenscheibe und die Außenscheibe bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas, was sich für Fenstergläser bewährt hat. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten bestehen, beispielsweise Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas. Die Scheiben können grundsätzlich alternativ aus Kunststoff gefertigt sein, insbesondere Polycarbonat oder PMMA.
Die Außenscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, die Innenscheibe Kalk-Natron-Glas oder Aluminosilikatglas. Besonders bevorzugt besteht die Außenscheibe aus nicht- vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und die Innenscheibe entweder ebenfalls aus nichtvorgespanntem Kalk-Natron-Glas oder aus chemisch vorgespanntem Aluminosilikatglas. Aluminosilikat lässt sich effektiver chemisch vorspannen als Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch das Verbundglas beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%, insbesondere wenn das Verbundglas eine Windschutzscheibe ist. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Neben der vertikalen Krümmung zeichnet sich die Windschutzscheibe auch durch eine horizontale Krümmung aus. Diese hat jedoch einen untergeordneten Einfluss auf die Geisterbild-Problematik und ist daher nicht erfindungswesentlich. Sie kann fachüblich gewählt werden. Die Windschutzscheibe kann prinzipiell auch plan sein (das heißt einen unendlichen vertikalen und horizontalen Krümmungsradius aufweisen), beispielsweise wenn sie als Scheibe für Busse, Züge oder Traktoren vorgesehen ist.
Die Zwischenschicht weist bevorzugt eine Mindestdicke von 0,2 mm bis 2 mm auf, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 0,9 mm. Mit Mindestdicke wird die Dicke an der dünnsten Stelle der Zwischenschicht bezeichnet. Verbundgläser mit dünneren Zwischenschichten weisen häufig eine zu geringe Stabilität auf, um als Fahrzeugscheibe verwendet werden zu können. Thermoplastische Folien, insbesondere PVB-Folien werden in der Standarddicke 0,76 mm vertrieben. Aus diesen Folien lassen sich durch Recken vorteilhaft erfindungsgemäße Keilwinkel einbringen. Da die erfindungsgemäßen Keilwinkel sehr klein sind, wird die Folie lokal nicht so stark verdünnt, dass Probleme mit der Stabilität des Verbundglases auftreten.
Die Zwischenschicht enthält bevorzugt zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon enthält, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist in einer bevorzugten Ausgestaltung aus einer PVB-Folie ausgebildet.
Die Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. In letzterem Fall muss mindestens eine der Folien mit dem Keilwinkel ausgebildet sein. Die Zwischenschicht kann auch aus einer sogenannten akustischen Folie ausgebildet sein, welche eine geräuschdämpfende Wirkung hat. Solche Folien bestehen typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern. Die Verwendung einer solchen geräuschdämpfenden, mehrlagigen Folie dient bevorzugt der Verbesserung des akustischen Komforts. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Außen- und/oder Innenscheibe mit geringer Dicke ausgebildet sind und infolgedessen Geräusche weniger gut abschirmen können.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe kann eine funktionelle Beschichtung aufweisen, beispielweise eine IR-reflektierende oder absorbierende Beschichtung, eine UV- reflektierende oder absorbierende Beschichtung, eine farbgebende Beschichtung, eine Beschichtung niedriger Emissivität, eine heizbare Beschichtung, eine Beschichtung mit Antennenfunktion, eine splitterbindende Beschichtung oder eine Beschichtung zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung. Die funktionelle Beschichtung kann auf einer Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet sein, oder auch auf einer Einlagefolie in der Zwischenschicht, die beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET) besteht.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Projektionsanordnung für ein HUD, welche insbesondere wie oben beschrieben ausgebildet ist, wobei die Projektionsanordnung umfasst:
- eine Fahrzeug-Windschutzscheibe, enthaltend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante und einer Unterkante und einem HUD-Bereich, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante und der Unterkante zumindest im HUD-Bereich veränderlich ist mit einem Keilwinkel kleiner oder gleich 0,3 mrad; und
- einen Projektor, der auf den HUD-Bereich gerichtet ist und ein virtuelles Bild erzeugt mit einer Projektionsdistanz von mindestens 5 m.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens die folgenden Verfahrensschritte: (a) Ermittlung des HUD-Bereichs der Windschutzscheibe;
(b) Erstellung eines Profils des vertikalen Krümmungsradius, wobei der vertikale Krümmungsradius im HUD-Bereich mindestens 6 m beträgt;
(c) Herstellen der Windschutzscheibe mit dem Keilwinkel und dem ermittelten vertikalen Krümmungsradius;
(d) relatives Anordnen von Windschutzscheibe und Projektor, wobei die Projektionsanordnung entsteht. Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass bei der Konzeption der Projektionsanordnung das Krümmungsprofil der Windschutzscheibe einbezogen wird. Die vorstehend mit Bezug auf das Verbundglas beschriebenen bevorzugten Ausführungen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Dicken der Scheiben sowie die Einbaulage stehen typischerweise bei der Konzeption des HUDs bereits fest. Auf dieser Grundlage kann auch theoretisch ein Keilwinkel bestimmt werden, so dass Geisterbilder optimal minimiert werden. Die Ermittlung des Keilwinkelverlaufs erfolgt durch fachübliche Simulationen. Ferner muss die relative Anordnung zwischen Windschutzscheibe und Projektor festgelegt sein. Da das Krümmungsprofil auch Auswirkungen auf das Geisterbild haben kann, kann zu diesem Zeitpunkt eine Anpassung des Keilwinkels nötig sein. Die endgültige Bestimmung der Scheibengeometrie mit Keilwinkel und Krümmungsprofil kann iterativ erfolgen, bis die Geisterproblematik minimiert ist. Die bislang beschriebenen Schritte erfolgen typischerweise in der Konzeptionsphase, typischerweise anhand der CAD-Daten der Fahrzeugs. Nachdem die endgültige Scheibengeometrie festgelegt wurde, kann die Scheibe hergestellt werden.
Die thermoplastische Zwischenschicht wird als mindestens eine Folie bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführung ist dies eine herkömmliche thermoplastische Folie, insbesondere PVB-Folie, mit (im Ausgangszustand) im Wesentlichen konstanter Dicke. Die veränderliche Dicke mit dem erfindungsgemäßen Keilwinkel wird bevorzugt durch Recken der Folie, das heißt mechanische Krafteinwirkung durch geeignetes Ziehen, eingebracht. Die erfindungsgemäßen geringen Keilwinkel können durch Recken erreicht werden, was deutlich kostengünstiger ist als eine Herstellung der Keilfolie durch Extrusion. Alternativ kann die thermoplastische Zwischenschicht auch durch Extrusion mittels einer keilförmigen Extrusionsdüse hergestellt werden.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden vor der Lamination einem Biegeprozess unterzogen entsprechend dem ermittelten Krümmungsprofil. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C. Soll die Innenscheibe mit einer chemischen Vorspannung versehen werden, so wird die Scheibe nach dem Biegen vorteilhafterweise langsam abgekühlt, bevorzugt bis zur Abkühlung auf eine Temperatur von 400 °C mit einer Abkühlrate von 0,05 °C/sec bis 0,5 °C/sec, um thermische Spannungen zu vermeiden. Es kann danach weiter abgekühlt werden, auch mit höheren Abkühlraten, weil unterhalb von 400 °C die Gefahr der Erzeugung thermischer Spannungen gering ist. Das chemische Vorspannen erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 300 °C bis 600 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 500 °C. Die Scheibe wird dabei mit einer Salzschmelze behandelt, beispielsweise in die Salzschmelze eingetaucht. Während der Behandlung werden insbesondere Natrium-Ionen des Glases durch größere Ionen, insbesondere größere Alkali-Ionen ausgetauscht, wobei die gewünschten Oberflächen-Druckspannungen entstehen. Die Salzschmelze ist bevorzugt die Schmelze eines Kaliumsalzes, besonders bevorzugt Kaliumnitrat (KN03) oder Kaliumsulfat (KS04), ganz besonders bevorzugt Kaliumnitrat (KN03). Übliche Zeiten für die Dauer der Behandlung betragen von 2 Stunden bis 48 Stunden. Nach der Behandlung mit der Salzschmelze wird die Scheibe auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird die Scheibe gereinigt, bevorzugt mit Schwefelsäure (H2S04). Die Herstellung des Verbundglases durch Lamination erfolgt mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Anschließend werden Windschutzscheibe und Projektor relativ zueinander angeordnet, typischerweise durch Einbau von Windschutzscheibe und Projektor in die Fahrzeugkarosserie. So entsteht die erfindungsgemäße Projektionsanordnung. Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung wird bevorzugt in einem Fahrzeug als Head- Up-Display (HUD) verwendet, besonders bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, ganz besonders bevorzugt in einem Personenkraftwagen.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer Fahrzeug-Windschutzscheibe, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht im vertikalen Verlauf veränderlich ist mit einem Keilwinkel von kleiner oder gleich 0,3 mrad, die einen Bereich aufweist, in dem der vertikale Krümmungsradius mindestens 6 m beträgt, in einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display mit einer Projektionsdistanz von mindestens 5 m, wobei der HUD-Bereich der Windschutzscheibe vollständig innerhalb des besagten Bereichs mit dem vertikalen Krümmungsradius von mindestens 6 m angeordnet ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Windschutzscheibe einer erfindungsgemäßen
Projektionsanordnung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung und
Fig. 3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Windschutzscheibe 1 einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung. Die Windschutzscheibe 1 hat eine Oberkante O, eine Unterkante U und zwei diese verbindende Seitenkanten. Die Oberkante O weist in Einbaulage nach oben zum Fahrzeugdach (Dachkante), die Unterkante U nach unten zum Motorraum (Motorkante). Die Windschutzscheibe 1 weist einen HUD-Bereich B auf, welcher in Einbaulage vom HUD-Projektor bestrahlbar ist und im Betrieb bestrahlt wird.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Projektionsanordnung, umfassend die Windschutzscheibe 1 aus Fig. 1 sowie einen HUD-Projektor 5. Die Windschutzscheibe 1 ist durch die Schnittlinie A-A' geschnitten. Die Windschutzscheibe 1 besteht aus einer Außenscheibe 2 und einer Innenscheibe 3, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 4 miteinander verbunden sind. Die Windschutzscheibe 1 trennt den Fahrzeuginnenraum von der äußeren Umgebung, wobei die Außenscheibe 2 in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, die Innenscheibe 3 dem Fahrzeuginnenraum. Der Einbauwinkel ß zur Horizontalen beträgt beispielsweise 65°.
Die Außenscheibe 2 und die Innenscheibe 3 bestehen beispielsweise aus nichtvorgespanntem Kalk-Natron-Glas. Die Außenscheibe 2 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf und die Innenscheibe 3 eine Dicke von 1 ,6 mm. Diese Scheiben sind für Windschutzscheiben gebräuchlich. Die Dicke der Zwischenschicht 4 nimmt im vertikalen Verlauf von der Unterkante U zur Oberkante O stetig zu mit einem im Wesentlichen konstanten Keilwinkel α zwischen den beiden Oberflächen. Die Zwischenschicht 4 ist aus einer einzelnen Folie aus PVB ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht 4 an der Oberkante O beträgt beispielsweise 1 ,0 mm und an der Unterkante U beispielsweise 0,76 mm. Durch die keilförmige Ausbildung der Zwischenschicht 4 werden die beiden Bilder, die durch Reflexion des Projektorbildes an den beiden von der Zwischenschicht 4 abgewandten Oberflächen der Außenscheibe 2 und der Innenscheibe 3 erzeugt werden, miteinander überlagert. Störende Geisterbilder treten daher in geringerem Maße auf. Der Projektor 5 ist auf den HUD-Bereich B gerichtet. In diesem Bereich sollen Bilder durch den Projektor 5 erzeugt werden. Das Projektorbild wird von der Windschutzscheibe 1 in Richtung des Betrachters 6 (Fahrzeugfahrer) reflektiert. Dadurch entsteht das virtuelle Bild 7, welches der im Fahrzeug befindliche Betrachter 6 von ihm aus gesehen hinter der Windschutzscheibe 1 wahrnimmt. Der Abstand zwischen dem Betrachter 6 und dem virtuellen Bild 7 wird als Projektionsdistanz d bezeichnet. Der Abstand zwischen der Windschutzscheibe 1 und dem virtuellen Bild 7 wird als Bildweite w bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung ist ein sogenanntes kontaktanaloges HUD oder Augmented Reality-HUD, welches sich durch eine große Projektionsdistanz d von beispielsweise 10 m auszeichnet. Dies ermöglicht die Einbeziehung der Umgebung in die optische Darstellung, wodurch beispielsweise die zu wählende Fahrspur als Navigationshinweis für den Betrachter 6 scheinbar direkt auf die Fahrbahn projiziert werden kann. Neben der größeren Projektionsdistanz d unterscheidet sich das kontaktanaloge HUD vom klassischen HUD auch durch einen größeren HUD-Bereich B, dessen Fläche beispielsweise 9 % der Fläche der Windschutzscheibe 1 beträgt.
Der Bereich, innerhalb dessen sich die Augen des Betrachters 6 befinden müssen, um das virtuelle Bild wahrzunehmen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Das Eyeboxfenster ist durch Spiegel im Projektor 5 vertikal verstellbar, um das HUD an Betrachter 6 unterschiedlicher Körpergröße und Sitzposition anpassen zu können. Der gesamte zugängliche Bereich, innerhalb dessen das Eyebox-Fenster verschoben werden kann, wird als Eyebox E bezeichnet.
Die Windschutzscheibe 1 weist innerhalb des HUD-Bereichs B vertikale Krümmungsradien R von mindestens 6 m auf, beispielsweise im Bereich von 8 m bis 9 m. Die Erfinder haben erkannt, dass die große Projektionsdistanz d in Verbindung mit den großen Krümmungsradien R im HUD-Bereich B nur einen sehr geringen Keilwinkel α erforderlich macht, um Geisterbilder zu vermeiden. Der Keilwinkel α beträgt beispielsweise 0,27 mrad. Ein solche geringer Keilwinkel α kann durch Recken in einer herkömmlichen PVB-Folie mit im Wesentlichen konstanter Dicke von beispielweise 0,76 mm erzeugt werden. Die Herstellung der Windschutzscheibe 1 wird dadurch wesentlich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet als bei Verwendung einer durch Extrusion hergestellten Keilfolie.
Noch kleiner Keilwinkel α können erreicht werden beispielsweise durch eine noch größere Projektionsdistanz d oder durch die Verwendung dünnerer Gläser für die Außenscheibe 2 und/oder die Innenscheibe 3. In einer alternativen Ausgestaltung sind die Außenscheibe 2 und die Innenscheibe 3 aus Dünnglas ausgebildet und weisen beispielsweise Dicken von 1 ,6 mm für die Außenscheibe 2 und 0,7 mm für die Innenscheibe 3 auf. Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display. Aus den Konzeptionsdaten (CAD) des Fahrzeugs werden die Dicken der Außenscheibe 2, der Innenscheibe 3 und der Zwischenschicht 4 sowie die relative Anordnung von Windschutzscheibe 1 und Projektor 5 ermittelt. Aus der relativen Anordnung ergibt sich neben dem Einstrahlwinkel auch der HUD-Bereich B der Windschutzscheibe 1 , welcher dem bestrahlten beziehungsweise bestrahlbaren Bereich entspricht. Ist der HUD-Bereich B ermittelt, so wird das Krümmungsprofil der Scheibe bestimmt. Erfindungsgemäß dürfen dabei im HUD-Bereich B nur vertikale Krümmungsradien R von mindestens 6 m auftreten. Die vertikalen Krümmungsradien R der übrigen Scheibe sowie die horizontalen Krümmungsradien können frei gewählt werden und sind in der Regel von Fahrzeughersteller vorgegeben (Fahrzeugdesign). Nun wird das theoretisch zu erwartende Geisterbild berechnet und der Keilwinkel α der Zwischenschicht 4 so bestimmt, dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden. Die Gestaltung der Windschutzscheibe 1 ist damit festgelegt und sie wird mit den ermittelten Werten für die vertikalen Krümmungsradien R sowie dem Keilwinkel α hergestellt mit fachüblichen Methoden. Der erfindungsgemäßen geringen Keilwinkel α können besonders vorteilhaft durch Recken einer Standardfolie erreicht werden. Anschließend werden Windschutzscheibe 1 und Projektor 5 relativ zueinander angeordnet, wobei die Projektionsanordnung entsteht. Dies geschieht typisch erweise durch Einbau von Windschutzscheibe 1 und Projektor 5 in die Fahrzeugkarosserie. Beispiele
Die folgende Tabelle enthält Ergebnisse von Simulationen. Für unterschiedliche Dicken der Außenscheibe 2 und der Innenscheibe 3, unterschiedliche Projektionsdistanzen d und unterschiedliche minimale vertikale Krümmungsradien R im HUD-Bereich B wurden die Keilwinkel α ermittelt, welche für eine Vermeidung von Geisterbildern erforderlich sind. Die relative Anordnung von Windschutzscheibe 1 und Projektor 5 wurde in allen Beispielen als konstant angenommen.
Dicke (2):(3) d minimaler R Einbauwinkel ß Keilwinkel α
/mm /m /m 1° /mrad
2,1:2,1 10 6 62,44 0,30
2,1:1,6 10 6 62,44 0,27
1,8:1,4 10 6 62,44 0,24
1,6:1,2 10 6 62,44 0,21
1,6:0,7 10 6 62,44 0,18
2,1:2,1 10 9,6 62,2 0,19
2,1:1,6 10 9,6 62,2 0,17
1,8:1,4 10 9,6 62,2 0,15
1,6:1,2 10 9,6 62,2 0,13
1,6:0,7 10 9,6 62,2 0,11
2,1:2,1 13 6 62,44 0,23
1,8:1,4 13 6 62,44 0,17
Vergleichsbeispiele
2,1:2,1 4 6 62,44 0,43
1,8:1,4 4 6 62,44 0,35
2,1:2,1 4 9,6 62,2 0,45
1,8:1,4 4 9,6 62,2 0,36
In den erfindungsgemäßen Beispielen der ersten zwölf Zeilen (mit den erfindungsgemäßen Krümmungsradien R und den erfindungsgemäßen Projektionsdistanzen d) treten erfindungsgemäße Keilwinkel α kleiner 0,3 mrad auf. Dass bei kontaktanalogen HUDs durch die geeignete Einstellung der Krümmungsradien der Windschutzscheibe 1 so geringe Keilwinkel α erreicht werden können, war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Die letzten vier Zeilen beschreiben Vergleichsbeispiele, bei denen die Projektionsdistanz auf unter 5 m verkürzt ist. Dort treten Keilwinkel größer 0,3 mrad. Bezugszeichenliste:
(1 ) Windschutzscheibe
(2) Außenscheibe
(3) Innenscheibe
(4) thermoplastische Zwischenschicht
(5) Projektor
(6) Betrachter / Fahrzeugfahrer
(7) virtuelles Bild
(O) Oberkante der Windschutzscheibe 1
(U) Unterkante der Windschutzscheibe 1
HUD-Bereich der Windschutzscheibe 1 α Keilwinkel der Zwischenschicht 4
ß Einbauwinkel von 1 zur Horizontalen
R vertikaler Krümmungsradius der Windschutzscheibe 1 d Projektionsdistanz / Abstand von 6 und 7
w Bildweite / Abstand von 1 und 7
(E) Eyebox
A-A' vertikale Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD), mindestens umfassend
- eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (1 ), umfassend eine Außenscheibe (2) und eine Innenscheibe (3), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante (O) und einer Unterkante (U) und einem HUD- Bereich (B), wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante (O) und der Unterkante (U) zumindest im HUD- Bereich (B) veränderlich ist mit einem Keilwinkel (a), wobei die Fahrzeug- Windschutzscheibe (1 ) einen Einbauwinkel im Bereich von 55° bis 75° aufweist, und wobei die Außenscheibe (2) und die Innenscheibe (3) jeweils eine Dicke von maximal 5 mm aufweisen; und
- einen Projektor (5), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist und ein virtuelles Bild (7) erzeugt, das ein Betrachter (6) wahrnehmen kann, mit einer Projektionsdistanz (d) von mindestens 5 m,
wobei die Windschutzscheibe (1 ) im HUD-Bereich (B) einen vertikalen Krümmungsradius (R) von mindestens 6 m aufweist und wobei der maximale Keilwinkel (a) kleiner oder gleich 0,3 mrad beträgt.
Projektionsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der maximale Keilwinkel (a) kleiner oder gleich 0,2 mrad beträgt, bevorzugt kleiner oder gleich 0,15 mrad, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,1 mrad.
Projektionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht (4) durch mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet ist, in welcher der Keilwinkel (a) durch Recken erzeugt ist.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vertikale Krümmungsradius (R) im HUD-Bereich (B) von 6 m bis 10 m beträgt.
Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der vertikale Krümmungsradius (R) im HUD-Bereich (B) mindestens 7 m beträgt, bevorzugt von 7 m bis 9 m.
6. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Außenscheibe (2) und die Innenscheibe (3) eine Dicke von höchstens 2,6 mm aufweisen, bevorzugt höchstens 2,1 mm.
7. Projektionsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Innenscheibe (3) eine Dicke kleiner als 1 ,2 mm aufweist und die Außenscheibe (2) eine Dicke kleiner als 2,1 mm aufweist und wobei die Dicke der Innenscheibe (3) bevorzugt von 0,3 mm bis 1 ,1 mm beträgt, bevorzugt von 0,5 mm bis 0,9 mm, besonders bevorzugt von 0,6 mm bis 0,8 mm und wobei die Dicke der Außenscheibe (2) bevorzugt von 1 ,2 mm bis 2,0 mm beträgt, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 1 ,8 mm.
8. Projektionsanordnung nach Anspruch 7, wobei die Innenscheibe (3) eine chemisch vorgespannte Scheibe ist. 9. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zwischenschicht (4) eine Mindestdicke von 0,2 mm bis 2 mm, bevorzugt 0,3 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 0,
9 mm aufweist.
10. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zwischenschicht (4) zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder
Gemische oder Copolymere oder Derivate davon enthält.
1 1. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Außenscheibe (2) Kalk-Natron-Glas enthält und wobei die Innenscheibe (3) Kalk-Natron-Glas oder Aluminosilikatglas enthält.
12. Projektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Zwischenschicht (4) als geräuschdämpfende, mehrlagige Folie ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend
- eine Fahrzeug-Windschutzscheibe (1 ), enthaltend eine Außenscheibe (2) und eine Innenscheibe (3), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind, mit einer Oberkante (O) und einer Unterkante (U) und einem HUD- Bereich (B), wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf zwischen der Oberkante (O) und der Unterkante (U) zumindest im HUD- Bereich (B) veränderlich ist mit einem Keilwinkel (a) kleiner oder gleich 0,3 mrad; und - einen Projektor (5), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist und ein virtuelles Bild (7) erzeugt mit einer Projektionsdistanz (d) von mindestens 5 m;
wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
(a) Ermittlung des HUD-Bereichs (B) der Windschutzscheibe (1 );
(b) Erstellung eines Profils des vertikalen Krümmungsradius (R), wobei der vertikale Krümmungsradius (R) im HUD-Bereich (B) mindestens 6 m beträgt;
(c) Herstellen der Windschutzscheibe (1 ) mit dem Keilwinkel (a) und dem ermittelten vertikalen Krümmungsradius (R);
(d) relatives Anordnen von Windschutzscheibe (1 ) und Projektor (5), wobei die Projektionsanordnung entsteht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Keilwinkel (a) durch Recken in eine thermoplastische Folie konstanter Dicke eingebracht wird.
15. Verwendung einer Fahrzeug-Windschutzscheibe (1 ), umfassend eine Außenscheibe (2) und eine Innenscheibe (3), die über eine thermoplastische Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf veränderlich ist mit einem Keilwinkel (a) von kleiner oder gleich 0,3 mrad, die einen Bereich aufweist, in dem der vertikale Krümmungsradius (R) mindestens 6 m beträgt, in einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display mit einer Projektionsdistanz (d) von mindestens 5 m, wobei der HUD-Bereich (B) der Windschutzscheibe (1 ) vollständig innerhalb des besagten Bereichs mit dem vertikalen Krümmungsradius (R) von mindestens 6 m angeordnet ist.
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