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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem keilförmigen Combiner nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Mithilfe von Head-up-Displays können in Fortbewegungsmitteln wie zum Beispiel Kraftfahrzeugen dem Führer des Fortbewegungsmittels Daten wie zum Beispiel Fortbewegungsgeschwindigkeit, Navigationshinweise und Gefahrensymbole in seinem direkten Sichtbereich angezeigt werden. Hierzu wird mittels einer Projektionsvorrichtung ein virtuelles Bild im Sichtbereich des Fahrers erzeugt, so dass dieser gleichzeitig die Umgebung des Fortbewegungsmittels und die anzuzeigenden Daten erkennen kann. Dabei verläuft der Lichtpfad der Projektion derart, dass eine Reflexion an einer Projektionsfläche stattfindet, die entweder durch die Windschutzscheibe selbst oder durch einen vor der Windschutzscheibe angebrachten Combiner gebildet wird.
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Da der Combiner transparent ausgebildet sein muss, damit der Führer des Fortbewegungsmittels durch den Combiner hindurch die Umgebung erkennen kann, müssen Gegenmaßnahmen getroffen werden, um eine störende Doppelbildentstehung bei Reflexion des Lichtes sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite des Combiners zu unterdrücken.
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Als eine mögliche Maßnahme zur Doppelbildunterdrückung ist aus der
JP2005156678A bekannt, den Combiner keilförmig auszubilden. Die Keilform wird dabei dadurch realisiert, dass der Combiner einstückig aus einem transparenten Material gefertigt ist und Vorder- und Rückseite des Combiners nicht planparallel zueinander stehen, sondern einen Winkel ausbilden. Die Unterdrückung der Doppelbildentstehung wird dadurch erreicht, dass der Winkel derart gewählt ist, dass sich der Anteil des Projektionslichtes, der an der Vorderseite des Combiners reflektiert wird, und der Anteil, der an der Rückseite des Combiners reflektiert wird, im Auge des Führers des Fortbewegungsmittels genau überlagern.
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Der keilförmige Combiner wird ebenfalls in der
EP420228A offenbart, die zur Realisierung der Keilform unter anderem lehrt, eine transparente keilförmige Schicht zwischen zwei transparenten Scheiben anzuordnen, wobei die Vorder- und die Rückseite der einzelnen Scheiben jeweils keinen Winkel zueinander bilden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße keilförmige Combiner mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass lediglich eine transparente Scheibe zur Ausgestaltung des Combiners benötigt wird. Somit wird eine transparente Scheibe und der Herstellungsschritt zum Anbringen dieser am Combiner eingespart. Gegenüber der Lösung, den keilförmigen Combiner einstückig als eine Scheibe mit nicht planparallel zueinander stehender Vorder- und Rückseite zu fertigen, weist der erfindungsgemäße keilförmige Combiner den Vorteil auf, dass hierfür eine einfacher zu fertigende Scheibe mit planparallelen Seitenflächen verwendet wird. Ebenso ergibt sich der Vorteil, dass bei der Herstellung des keilförmigen Combiners für den Einsatz in unterschiedlichen Systemen, was möglicherweise eine Anpassung des Winkels zur Doppelbildunterdrückung notwendig macht, das Herstellungswerkzeug für die transparente Scheibe nicht geändert werden muss.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen keilförmigen Combiners möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Materialien für die Herstellung der transparenten Scheibe und der keilförmigen Beschichtung derart ausgewählt werden, dass ihre Brechungsindizes aneinander angeglichen sind. Im Falle von identischen Brechungsindizes von transparenter Scheibe und keilförmiger Beschichtung wird eine Reflexion des Projektionslichtes an der Grenzfläche zwischen denselbigen vollständig vermieden und somit die Doppelbildentstehung besonders gut unterdrückt. Aber auch bei lediglich ähnlichen Brechungsindizes kann die Reflexion an der Grenzfläche zwischen transparenter Scheibe und keilförmiger Beschichtung so gering sein, dass der Führer des Fortbewegungsmittels das hierdurch hervorgerufene Doppelbild nicht als störend wahrnimmt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners wird die keilförmige Beschichtung aus einem Lack ausgebildet. Dies bietet insbesondere den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit der Beschichtung. Besonders vorteilhaft ist es, die keilförmige Beschichtung aus einem Kratzschutzlack herzustellen. Hierdurch wird der Combiner beständig gegen Beschädigungen seiner Oberfläche, was im Hinblick darauf, dass der Führer des Fortbewegungsmittels zur Betrachtung der Umgebung durch den Combiner hindurch blickt, einen erheblichen Vorteil darstellt, da Kratzer auf der Combineroberfläche als besonders störend wahrgenommen werden können. Viele zur Herstellung von konventionellen Combinern eingesetzte Materialien wie z.B. Polycarbonate benötigen ohnehin eine Beschichtung mit Kratzschutzlack, so dass in diesen Fällen erfindungsgemäß die Keilform ohne den Einsatz zusätzlicher Materialien erzielt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Winkel, in dem die Vorder- und Rückseite der keilförmigen Beschichtung zueinander angeordnet sind, 0,01° bis 0,10°, insbesondere 0,03° bis 0,05° beträgt. In diesem Winkelbereich erfolgt bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners in einem Head-up-Display in einem Kraftfahrzeug mit üblichen Abmessungen für Fahrer-, Windschutzscheiben- und Projektionsvorrichtungsposition eine Doppelbildunterdrückung. Zum Einsatz in diesem Head-up-Display ist es weiters besonders vorteilhaft, wenn die keilförmige Beschichtung im Bereich ihrer geringsten Schichtdicke eine Schichtdicke von 1 µm bis 30 µm, insbesondere 10 bis 20 µm, und im Bereich ihrer größten Schichtdicke eine Schichtdicke von 80 µm bis 110 µm, insbesondere 90 bis 100 µm, aufweist. Hierdurch ergibt sich auch im Bereich der geringsten Schichtdicke eine stabile Beschichtung, die jedoch trotzdem materialsparend aufgebracht wird und nicht zu einer unnötigen Erhöhung der Absorption des Lichtes führt, das aus der Umgebung in Richtung der Augen des Führers des Fortbewegungsmittels fällt. In dem oben genannten Head-up-Display in dem Kraftfahrzeug mit üblichen Abmessungen für Fahrer-, Windschutzscheiben- und Projektionsvorrichtungsposition ergibt sich für übliche Abmessungen des Combiners für diese Schichtdicken der besonders vorteilhafte Bereich des Winkels, in dem die Vorder- und Rückseite der keilförmigen Beschichtung zueinander angeordnet sind, von 0,01° bis 0,10°, insbesondere 0,03° bis 0,05°.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des keilförmigen Combiners weist den Vorteil auf, dass der konstruktive Umfang der Produktionsanlage sehr einfach gehalten werden kann, da für die Erzielung der Keilform der Beschichtung über ein Werkzeug zur Aufnahme der transparenten Scheibe hinaus keine technischen Mittel eingesetzt werden, sondern hierfür die Gravitationskraft genutzt wird.
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Das Head-up-Display mit dem erfindungsgemäßen keilförmigen Combiner zeigt ebenfalls die oben genannten Vorzüge.
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Ausführungsbeispiel
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ansicht des Querschnitts eines erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners,
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2 eine Ansicht des Querschnitts eines erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners positioniert in einem Werkzeug zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der erfindungsgemäße keilförmige Combiner kann prinzipiell in beliebigen Fortbewegungsmitteln wie Flugzeugen, Schiffen und Schienenfahrzeugen eingesetzt werden, wird jedoch im Folgenden exemplarisch bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug erläutert. Ebenso soll die Erfindung nicht auf einen Combiner, also eine Projektionsfläche zur Überlagerung der von dem Kraftfahrzeugführer sichtbaren Umgebung mit durch ein Head-up-Display zur Verfügung gestellten Informationen, beschränkt sein, der als separate Vorrichtung vor der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges angebracht wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf in die Windschutzscheibe integrierte Combiner. In diesen Fällen dient die Windschutzscheibe selbst als Combiner und wird die keilförmige Beschichtung direkt auf die Windschutzscheibe aufgebracht. Im Folgenden soll jedoch lediglich auf den Fall eines separaten, vor der Windschutzscheibe angebrachten Combiners eingegangen werden.
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In
1 ist ein erfindungsgemäßer keilförmige Combiner
1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die keilförmige Beschichtung
2 lediglich auf der Vorderseite
12 der transparenten Scheibe
3. Unter der Vorderseite
12 und der Rückseite
11 der transparenten Scheibe
3 sind zwei einander gegenüber liegende, planparallele Seitenflächen der transparenten Scheibe
3 zu verstehen, wobei die Vorderseite
12 dem Kraftfahrzeugführer zugewandt sein soll. Unter „keilförmig“ ist zu verstehen, dass die keilförmige Beschichtung
2 eine erste plane Seitenfläche
4 und eine zweite plane Seitenfläche
5 aufweist und dass die erste plane Seitenfläche
4 der keilförmigen Beschichtung
2 mit der zweiten planen Seitenfläche
5 einen Winkel α einschließt. Dieser beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 0,04°, ist jedoch in den Zeichnungen wie auch die Abmessungen der transparenten Scheibe
3 zu Illustrationszwecken nicht maßstabgetreu dargestellt. Der Winkel α kann zur Doppelbildunterdrückung für die konkrete Geometrie am Einsatzort des Head-up-Displays und auch die Dicke
6 der transparenten Scheibe
3 ausgelegt werden. Die Berechnung des Winkels α ist bekannt und somit nicht Gegenstand dieser Patentanmeldung. Überlegungen zur Auslegung des Winkels α finden sich beispielsweise in der
EP420228A . In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke
6 der transparenten Scheibe 3,5 mm.
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Bei einer in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen Höhe 7 der transparenten Scheibe 3 von 120 mm und einer Schichtdicke im Bereich der geringsten Schichtdicke 8 der keilförmigen Beschichtung 2 von 15 µm ergibt sich eine Schichtdicke im Bereich der größten Schichtdicke 9 der keilförmigen Beschichtung 2 von 95 µm. Die Breite der transparenten Scheibe 3 ist in 1 aufgrund der Perspektive nicht zu erkennen. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt sie 200 mm. Höhe 7 und Breite der transparenten Scheibe sind ebenfalls an die konkrete Anwendung des Head-up-Displays angepasst auszugestalten.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die transparente Scheibe 3 aus einem Polycarbonat (Typbezeichnung Makrolon® LED2245 der Firma Bayer Material Science) hergestellt. Weitere mögliche Materialien für die Herstellung der transparenten Scheibe 3 sind beispielsweise hochtransparente thermoplastische Kunststoffe wie neben Polycarbonaten Cyclische Polyolefine oder hochtransparente duroplastische Kunststoffe wie zum Beispiel Polyurethane, Polyacrylate oder Flüssigsilikone. Weiters ist auch die Herstellung der transparenten Scheibe 3 aus Glas denkbar.
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Für die keilförmige Beschichtung 2 wird vorteilhaft ein Material gewählt, dessen Brechungsindex identisch mit dem der transparenten Scheibe 3 ist oder nahe bei diesem liegt. Dies ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Lack UVHC 3000 der Firma Momentive Performance Materials gegeben, aus dem die keilförmige Beschichtung 2 hergestellt ist. Weitere mögliche Materialien aus der Gruppe der Kratzschutzlacke, aus denen die keilförmige Beschichtung 2 hergestellt werden kann, sind zum Beispiel Polysiloxanlacke, zu denen beispielsweise die kommerziell erhältlichen Sicralan® von der Firma GFO und PHC 58 von der Firma Momentive Performance Materials zählen, oder Lacke auf Acrylat-, Urethanacrylat oder Acrylsilanbasis wie beispielsweise das oben genannte UVHC 3000 der Firma Momentive Performance Materials. Als zu den Kratzschutzlacken alternatives Beschichtungsmedium kommen beispielsweise Klarlacke infrage. Hierbei können sowohl lösungsmittelhaltige Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Klarlacke, wasserverdünnbare Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Klarlacke oder wässrige Pulverklarlackslurries eingesetzt werden.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer keilförmiger Combiner 1 in einem Werkzeug 10 zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung 2 mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners 1 dargestellt. Für dieses Verfahren soll im Folgenden ein Ausführungsbeispiel gegeben werden.
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Zur Halterung der zu beschichtenden transparenten Scheibe 3 während des Beschichtungsvorganges wird ein Werkzeug 10 verwendet, das dazu dient, die transparente Scheibe 3 unter einem Winkel β zwischen der Vorderseite 12 beziehungsweise der Rückseite 11 der transparenten Scheibe 3 und der Erdoberfläche zu fixieren, ohne den Zugang zu der zu beschichtenden Seitenfläche, in diesem Fall der Vorderseite 12 der transparenten Scheibe 3 zu behindern. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies dadurch gelöst, dass die transparente Scheibe 3 einen Überschuss 13 in ihrer Höhenabmessung aufweist, an dem die transparente Scheibe 3 gehalten wird und der nach dem Aufbringen der keilförmigen Beschichtung 2 von der transparenten Scheibe 3 abgetrennt wird. Erst nach dem Abtrennen des Überschusses 13 in der Höhenabmessung der transparenten Scheibe 3 weist diese die für den Einsatz im Head-up-Display benötigte Höhe 7 auf. Andere Vorrichtungen zur Positionierung der transparenten Scheibe 3 wie eine seitliche Halterung der transparenten Scheibe 3 mittels eines Greifers sind denkbar.
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Der Winkel β, in dem die transparente Scheibe 3 zur Erdoberfläche positioniert ist, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 75°. Je nach gewünschten Abmessungen der keilförmigen Beschichtung 2, Viskosität des zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung 2 eingesetzten Materials und Dauer des weiter unten näher erleuterten Aushärtevorgangs des zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung 2 eingesetzten Materials sind andere Winkel β zwischen größer als 0° und kleiner als 90°, insbesondere zwischen 70° und 80°. Zur Einstellung eines von dem vorstehenden Beispiel abweichenden Winkels β kann beispielsweise das Werkzeug 10 zur Aufnahme der transparenten Scheibe 3 kippbar ausgeführt sein. In diesem Fall wäre der Winkel β anpassbar, ohne das Werkzeug 10 austauschen zu müssen.
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Das Werkzeug 10 weist eine Stoppfläche 14 auf, die verhindert, dass das viskose Material, das zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung 2 auf die transparente Scheibe 3 aufgebracht wird, von letzterer herunterlaufen kann.
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Die tranparente Scheibe 3 wird derart in dem Werkzeug 10 positioniert, dass der Abschnitt, auf den der Bereich der keilförmigen Beschichtung 2 mit der größten Schichtdicke 9 aufgetragen werden soll, sich am nächsten an der Erdoberfläche befindet. Anschließend beginnt der Beschichtungsvorgang. Hierbei wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Lackdüse pro Flächeneinheit der transparenten Scheibe 3 eine konstante Menge des viskosen Materials, in diesem Falle des Lackes UVHC 3000 der Firma Momentive Performance Materials auf der zu beschichtenden Seite 12 der transparenten Scheibe 3 abgeschieden. Bedingt durch die Gravitation läuft das viskose Material an der zu beschichtenden Seite 12 der transparenten Scheibe 3 herunter und staut sich an der Stoppfläche 14 auf. Je größer die Viskosität des verwendeten Materials ist, desto langsamer läuft der Vorgang des Ablaufens ab. Durch Aushärten Lassen während des Ablaufvorgangs kann gezielt eingestellt werden, dass nicht nur diejenige Seitenfläche 5 der Beschichtung, die der transparenten Scheibe 3 zugewandt ist, eine plane Oberfläche aufweist, sondern auch die der transparenten Scheibe 3 abgewandte Seitenfläche 4 der Beschichtung. Somit ergibt sich die keilförmige Beschichtung 2.
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Wie die Aushärtung des viskosen Materials, das zur Erzeugung der keilförmigen Beschichtung 2 auf die transparente Scheibe 3 aufgebracht wird, gesteuert werden kann, ist von dem verwendeten viskosen Material abhängig. Beispielsweise lassen sich bestimmte Kratzschutzlacke thermisch oder durch UV-Bestrahlung aushärten. Der in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Lack UVHC 3000 der Firma Momentive Performance Materials ist durch UV-Bestrahlung aushärtbar. Zur Erzeugung der UV-Strahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Quecksilberdampflampe verwendet. Unmittelbar nach dem Aufbringen des Lackes auf die transparente Scheibe 3 wird mit der Bestrahlung mit einer Intensität von 0,6 W/cm2 begonnen, nach 10 s wird die Bestrahlung beendet.
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Durch Zusatz von Farbpigmenten zu dem verwendeten viskosen Material kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen keilförmigen Combiners 1 auch zur Herstellung eines getönten Combiners eingesetzt werden, bei dem die Tönungsstärke nicht konstant ist, sondern eine Abhängigkeit von der Schichtdicke der keilförmigen Beschichtung 2 aufweist. Das heißt, dass in dem Bereich der keilförmigen Beschichtung 2 mit der größten Schichtdicke 9 die größte und in dem Bereich der keilförmigen Beschichtung 2 mit der geringsten Schichtdicke 8 die geringste Tönungsstärke erzeugt wird.
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Die exakten Werte für den Winkel β, in dem die transparente Scheibe 3 zur Erdoberfläche positioniert ist, die Menge des auf die transparente Scheibe 3 aufgebrachten viskosen Materials, und die den Aushärtevorgang bestimmenden Parameter sind abhängig von dem verwendeten viskosen Material und den zu erzielenden Abmessungen der keilförmigen Beschichtung 2 in einer Parameterstudie zu bestimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005156678 A [0003]
- EP 420228 A [0004, 0015]
