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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die als Kopf-oben-Anzeige (Head-up-Display oder Head-up-Anzeige) ausgestaltet ist. Die Anzeigevorrichtung weist in an sich bekannter Weise eine Projektionseinheit zum Projizieren eines Bildes auf eine Projektionsfläche auf. Die Projektionsfläche kann beispielsweise die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs sein. Zum Schutz der Projektionseinheit ist eine transparente Deckscheibe bereitgestellt, durch welche hindurch die Projektionseinheit das Bild auf die Projektionsfläche projiziert. Mittels der Deckscheibe wird auch ein von außen auf die Anzeigevorrichtung fallendes Licht von der Projektionseinheit abgelenkt.
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Eine Anzeigevorrichtung der beschriebenen Art ist beispielsweise aus der
JP 2010 079 169 A bekannt. Bei dieser Anzeigevorrichtung umfasst die Projektionseinheit eine Lichtquelle für eine Hintergrundbeleuchtung einer LCD-Anzeige (LCD – Liquid Chrystal Display), durch welche das Bild erzeugt wird und das dann über mehrere Spiegel durch eine gekrümmte Deckscheibe hindurch auf eine Windschutzscheibe projiziert wird. Von außen auf die Deckscheibe fallendes Licht wird durch diese derart reflektiert, dass das Licht nicht auf die Spiegel treffen und hierdurch wieder als Bild austreten und auf der Windschutzscheibe für den Fahrer sichtbar werden kann, also aufgrund weiterer Reflexionen über die Frontscheibe ins Fahrerauge gelangen kann.
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Aus der K20100067738 A ist eine Head-up-Anzeige bekannt, bei welcher als Projektionsfläche eine Solarzelleneinheit genutzt wird. Das von der Projektionseinheit erzeugte Bild wird auf die Solarzelleneinheit projiziert.
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Aus der
DE 10 2013 217 414 A1 ist ein drahtlos gesteuertes Head-up-Display bekannt. Diese Anzeigevorrichtung kann autark in dem Kraftfahrzeug betrieben werden, das heißt ohne externe Energieversorgung. Hierzu kann photonische Energie oder ein Hybrid-Solarpanel von der Anzeigevorrichtung genutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das von der Deckscheibe abgelenkte Außenlicht zuverlässig zu unterdrücken, sodass es nicht in das Auge des Fahrers gelangt.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt wird die beschriebene Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Mit anderen Worten ist die Anzeigevorrichtung als Head-up-Anzeige oder Kopf-oben-Anzeige ausgestaltet. Sie weist in der beschriebenen Weise eine transparente Deckscheibe und eine Projektionseinheit auf. Die Projektionseinheit ist dazu ausgelegt, in bekannter Weise ein Bild durch die Deckscheibe hindurch auf eine Projektionsfläche zu projizieren. Die Projektionsfläche kann in der beschriebenen Weise beispielsweise eine Windschutzscheibe sein oder eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte sogenannte Combiner-Scheibe. Die Deckscheibe ist dazu ausgelegt, ein von außen auf die Anzeigevorrichtung fallendes Licht, beispielsweise Sonnenlicht, von der Projektionseinheit abzulenken. Mit anderen Worten ist die Deckscheibe dazu ausgelegt zu verhindern, dass Außenlicht zur Projektionseinheit gelangt und von deren Spiegeln wieder in Richtung auf die Projektionsfläche gelenkt wird, wo es vom Fahrer als unerwünschte Leuchterscheinung gesehen werden könnte. Hierzu kann die Deckscheibe eine zum Ablenken geeignete Raumstellung bezüglich der Projektionseinheit aufweisen. Die Deckscheibe muss dabei nicht das gesamte von außen einfallende Licht erfolgreich ablenken. Es reicht, wenn ein ausreichend großer Teil des Lichtes abgelenkt wird, sodass die Leuchterscheinung auf der Projektionsfläche vom Fahrer nicht mehr wahrnehmbar ist.
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Um nun das abgelenkte Licht zuverlässig zu unterdrücken, ist die Deckscheibe dazu ausgelegt, das Licht auf eine Absorptionsfläche einer Absorptionsscheibe abzulenken. Bei der Absorptionsscheibe ist die Absorptionsfläche ganz oder teilweise durch eine Solarzellenanordnung mit zumindest einer Solarzelle bereitgestellt. Mit anderen Worten lenkt die Deckscheibe oder spiegelt die Deckscheibe das von außen auf die Anzeigevorrichtung fallende Licht auf die Absorptionsscheibe um, wo die Energie des abgelenkten Lichts durch die Solarzellenanordnung in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Umwandlung des abgelenkten Lichts in elektrische Energie erfolgt und hierdurch verschleißarm über einen langen Zeitraum hinweg, beispielsweise länger als fünf Jahre, dauerhaft Licht absorbiert werden kann. Farbstoffe, beispielsweise eine schwarze Farbschicht, werden bei der Absorption von Licht, insbesondere UV-Licht von Sonnenstrahlen, in der Regel bleich, sodass nach längerem Betrieb bei der Anzeigevorrichtung der Absorptionsgrad verschlechtert ist. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ist somit besonders verschleißarm und zudem auch energieeffizient, da das abgelenkte Licht zur Energiegewinnung genutzt wird.
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Die Erfindung weist mehrere Weiterbildungen auf, die im Folgenden erläutert sind.
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In einer Weiterbildung weist die Deckscheibe zum Ablenken des Lichts eine gekrümmte Oberfläche auf. Mit anderen Worten ist die Oberfläche konkav geformt. Insbesondere kann die gesamte Deckscheibe als gekrümmte Scheibe ausgestaltet sein. Die Deckscheibe ist durch ihre gekrümmte Oberfläche dazu ausgelegt, das Licht beim Ablenken zu bündeln. Hierdurch ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise eine hohe Leuchtintensität an der Solarzellenanordnung. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Energiegewinnung.
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Eine Weiterbildung hierzu sieht vor, dass die Absorptionsfläche nur teilweise durch die Solarzellenanordnung gebildet ist. Mit anderen Worten kann der restliche Anteil der Absorptionsfläche beispielsweise durch die beschriebene schwarze Färbung gebildet sein. Die Solarzellenanordnung ist hierbei in einer Brennlinie der Deckscheibe angeordnet. Die Brennlinie ergibt sich durch die gekrümmte Oberfläche als ein Fokusbereich. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nur in dem Brennlinienbereich Solarzellen bereitgestellt werden müssen. Dies macht die Anzeigevorrichtung in der Herstellung preiswert.
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In einer Weiterbildung schließen die Absorptionsfläche und die Oberfläche einen spitzen Winkel ein. Mit anderen Worten ist die Absorptionsfläche zu der Deckscheibe hin geneigt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Restlicht, das von der Absorptionsfläche zurückreflektiert wird, wieder hin zur Deckscheibe reflektiert wird und insbesondere nicht direkt in den Fahrzeuginnenraum beispielsweise zum Fahrer hin. Hierdurch werden Leuchterscheinungen, die durch das Restlicht verursacht werden können, vermieden.
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In einer Weiterbildung ist an der Absorptionsfläche ein Kollimator und/oder eine Anordnung aus Lamellen bereitgestellt oder angeordnet. Der Kollimator und/oder die Lamellenanordnung sind jeweils dazu ausgelegt, ein von der Absorptionsfläche reflektiertes Restlicht zu absorbieren. Mit anderen Worten können Kollimatorwände und/oder Lamellenoberflächen schwarz gefärbt sein und/oder eine raue Oberfläche aufweisen. Diese Weitebildung weist den Vorteil auf, dass reflektiertes Restlicht ebenfalls absorbiert wird. Die Ausgestaltung als Kollimator und/oder Lamellenanordnung weist hierbei den Vorteil auf, dass das von der Deckscheibe abgelenkte Licht zunächst zu der Solarzellenanordnung gelangen kann und dort zur Energiegewinnung genutzt werden kann und nur das Restlicht absorbiert wird.
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In einer Weiterbildung ist die Solarzellenanordnung mit einer elektrischen Komponente der Projektionseinheit gekoppelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich die Anzeigevorrichtung zumindest teilweise selbst mit Energie versorgen kann.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Solarzellenanordnung mit einer Hintergrundbeleuchtungseinheit einer LCD-Anzeige oder mit einem Spiegelmotor eines Umlenkspiegels verschaltet ist. Diese beiden Komponenten lassen sich mit dem durch die Solarzellen permanent oder dauerhaft oder gleichmäßig erzeugten Gleichstrom betreiben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung eine Anschlusseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie aus der Solarzellenanordnung an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs abzuführen. Mit anderen Worten kann die Anzeigevorrichtung beispielsweise einen elektrischen Anschluss, beispielsweise Anschlusskontakte, aufweisen, über welche die Anzeigevorrichtung mit dem Bordnetz verschaltet werden kann. Dann kann die mittels der Solarzellenanordnung gewonnene Energie im gesamten Kraftfahrzeug genutzt werden.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Anzeigevorrichtung in dem Kraftfahrzeug von 1 eingebaut sein kann,
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3 eine schematische Darstellung einer Absorptionsscheibe, die in der Anzeigevorrichtung von 2 eingebaut sein kann,
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4 eine schematische Detailansicht der Anzeigevorrichtung von 2.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Dargestellt sind ein Fahrzeuginnenraum 2, eine Windschutzscheibe 3, eine Motorhaube 4, ein Fahrzeugdach 5 und eine Instrumententafel oder ein Armaturenbrett 6. Von einem Fahrer 7 sind dessen Kopf und ein Auge 8 dargestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug 1 kann beispielsweise in der Instrumententafel 6 eine Kopf-oben-Anzeige oder Head-up-Anzeige als eine Anzeigevorrichtung 9 eingebaut und integriert oder bereitgestellt sein. Die Anzeigevorrichtung 9 kann beispielsweise von einer Sicht des Fahrers 7 aus hinter einem (nicht dargestellten) Lenkrad des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
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2 zeigt die Anzeigevorrichtung 9 zusätzlich in Alleinstellung. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung 9 ein Gehäuse 10 aufweisen, in welchem eine Projektionseinrichtung 11 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die Projektionseinrichtung 11 in bekannter Weise einen Projektor 12 zum Erzeugen eines Bildes und einen Umlenkspiegel 13 zum Spiegeln des Bildes in eine Projektionsrichtung 14 aufweisen. Der Projektor 12 kann zum Erzeugen des Bildes eine Lichtquelle 15 und eine LCD-Anzeige (LCD) aufweisen. Die Lichtquelle 15 kann beispielsweise durch eine Leuchtdiode (LED) oder eine Matrix aus Leuchtdioden gebildet sein. Der Projektionsspiegel 13 kann einen Spiegelmotor 16 aufweisen, durch welchen eine Spiegelstellung des Spiegels 13 eingestellt oder angepasst werden kann. Mittels des Spiegelmotors 16 kann der Spiegel 13 auch rotiert werden.
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Durch das Umlenken des Bildes in die Projektionsrichtung 14 kann das Bild auf eine Projektionsfläche 17, beispielsweise die Windschutzscheibe 3, projiziert werden, wo es der Fahrer 7 mit dem Auge 8 als virtuelles Bild wahrnehmen kann.
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Bei dem Kraftfahrzeug 1 ist verhindert, dass Licht von außerhalb der Anzeigevorrichtung 9 in solch großem Maße auf den Projektionsspiegel 13 gelangt, dass auch das Außenlicht auf der Projektionsfläche 17 als Leuchterscheinung oder Lichtfleck vom Fahrer 7 wahrnehmbar ist. In 1 ist hierzu beispielhaft gezeigt, dass Außenlicht 18 beispielsweise von der Sonne 19 durch die Windschutzscheibe 3 hindurch auf die Anzeigevorrichtung 9 fällt. Damit das Außenlicht 18 nicht vollständig auf den Projektionsspiegel 13 gelangt, kann bei der Anzeigevorrichtung 9 eine Deckscheibe 20 bereitgestellt sein, welche das Gehäuse 10 zur Projektionsrichtung 14 hin abschließen kann, sodass die Projektionseinrichtung 11 zum einen staubgeschützt ist und zum anderen die Projektionseinrichtung 11 das Bild durch die Deckscheibe 20 hindurch auf die Projektionsfläche 17 projizieren kann. Die Deckscheibe 20 kann hierzu transparent ausgestaltet sein. Des Weiteren kann die Deckscheibe 20 eine konkave Wölbung an einer Oberfläche 21 aufweisen, auf welche das Außenlicht 18 auftrifft. Durch die Deckscheibe wird ein Teil des Außenlichts 18 als abgelenktes Licht 22 abgelenkt. Durch die konkave Wölbung der Oberfläche 21 ist das abgelenkte Licht 22 zudem gebündelt.
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Derjenige Bereich, der von dem abgelenkten Licht 22 der Deckscheibe 20 beaufschlagt wird, wird auch als Spiegelbank bezeichnet. Die Spiegelbank kann als eine Absorptionsscheibe 23 bereitgestellt sein, die beispielsweise an der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein kann. Das abgelenkte Licht 22 kann von der Deckscheibe 20 auf die Absorptionsscheibe 23 abgelenkt werden. Die Absorptionsscheibe 23 absorbiert das abgelenkte Licht 22 in solchem Maße, dass ein Restlicht 24, das von der Absorptionsscheibe 23 ausgeht, derart lichtschwach ist, dass der Fahrer 7 es mit seinem Auge 8 nicht oder nur als schwachen Lichtfleck wahrnimmt. Die Absorptionsscheibe 23 kann z. B. aus einem Polymer oder Kunststoff gefertigt sein, z. B. mittels eines Spritzgussverfahrens.
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3 zeigt die Absorptionsscheibe 23 aus der Sicht der Deckscheibe 20. In 3 ist veranschaulicht, dass insbesondere ein Brennstreifen 25 mit einem hohen Anteil oder dem größten Anteil des abgelenkten Lichts 22 beaufschlagt wird. Ausgehend von der Deckscheibe 20 wird das abgelenkte Licht 22 als gebündelter Lichtstrahl auf die Absorptionsscheibe 23 abgelenkt. Durch die Krümmung der Oberfläche 21 ergibt sich hierbei ein Fokalbereich oder Brennbereich. Durch die Form der Deckscheibe 20 kann sich hierbei anstelle eines Brennpunktes der genannte Brennstreifen 25 ergeben. Im Bereich des Brennstreifens 25 ist die Leuchtintensität des abgelenkten Lichts 22 am höchsten oder größten.
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In 4 ist veranschaulicht, wie eine Absorptionsfläche 26 der Absorptionsscheibe 23 ausgestaltet sein kann, damit eine Leuchtintensität des Restlichts 24 besonders gering ist. Die Absorptionsfläche 26 ist derjenige Oberflächenbereich der Absorptionsscheibe 23, auf welchen das abgelenkte Licht bei unterschiedlichen Einfallswinkels des Außenlichts 18 treffen kann. Die Absorptionsfläche 26 kann zu einem Teil oder vollständig durch eine Solarzellenanordnung 27 bereitgestellt sein, die eine Solarzelle oder mehrere Solarzellen aufweisen kann. Die Solarzellenanordnung 27 wird durch das abgelenkte Licht 22 beschienen oder beaufschlagt.
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Über eine elektrische Leitungsanordnung 28 kann die von der Solarzellenanordnung 27 erzeugte elektrische Energie einem elektrischen Speicher 29, beispielsweise einem elektrischen Akkumulator, zugeführt werden. Der Akkumulator 29 kann beispielsweise Bestandteil der Anzeigevorrichtung 9 sein. Mittels der elektrischen Energie aus der Solarzellenanordnung 27 kann auch beispielsweise der Spiegelmotor 16 und/oder die Lichtquelle 15 betrieben werden.
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Die elektrische Energie kann über die Leitungsanordnung 28 auch beispielsweise an eine Anschlusseinrichtung 30 geleitet werden, über welche die Anzeigevorrichtung 9 beispielsweise mit einem elektrischen Bordnetz 31 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt sein kann. Die Größe oder ein Durchmesser der Absorptionsfläche 26 ist bevorzugt derart gewählt, dass für all diejenigen Sonnenstände der Sonne 19, durch welche das Außenlicht 18 als Restlicht 24 in einen vorbestimmten reflexionsfreien Bereich 32 gelangen kann, durch die Solarzellenanordnung 27 absorbiert wird. Der reflexionsfreie Bereich 32 umfasst insbesondere den vom Fahrer 7 mit dem Auge 8 bei einer vorbestimmten Normalfahrweise genutzten Raumbereich des Fahrzeuginnenraums 2.
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Die Solarzellenanordnung 27 muss nicht vollständig die gesamte Absorptionsfläche 26 bereitstellen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Randbereich oder Freibereich 32 der Absorptionsfläche 26 durch eine gefärbte Oberfläche, beispielsweise eine schwarze Fläche, gebildet ist, durch welche das Abblendlicht 22 absorbiert wird und beispielsweise in Wärme gewandelt wird.
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Um einen Anteil des Restlichts 24, das in den reflexionsfreien Bereich 32 gelangen kann, zu reduzieren, schließen die Deckscheibe 20 und die Absorptionsscheibe 23 bevorzugt einen spitzen Winkel 33 ein, also einen Winkel, der kleiner als 90 Grad ist.
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Im Folgenden ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Die Ausführungsform betrifft eine Anzeigevorrichtung, die als Head-up-Display ausgestaltet ist und im Fahrzeug verwendet wird, um dem Fahrzeugführer Informationen direkt in sein Sichtfeld bereitzustellen. Dabei wird mittels verschieden ausgelegter Spiegel das virtuelle Bild auf die Straße gelegt.
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Um beim Head-up-Display und der damit verbundenen Bildinformation einen ausreichenden Schutz vor Reflexionen zu gewährleisten (insbesondere bedingt durch die Sonneneinstrahlung), wird am Head-up-Display eine Spiegelbank konstruktiv vorgesehen, welche den Reflexionsbereich um den Augpunkt des Fahrers abschirmt, sodass sich der reflexionsfreie Bereich 32 ergibt. Um den Augpunkt wird der reflexionsfreie Bereich 32 insbesondere bedingt durch Sitzposition beziehungsweise ein Worst-Case-Szenario mit ungewöhnlichen Positionen der Augpunkte, gebildet.
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Die Deckscheibe dient dabei zum Schutz der Head-up-Anzeige, beispielsweise vor Staub. Ohne die Wölbung des Deckglases oder allgemein der Deckscheibe und der Spiegelbank würden direkte Reflexionen im Fahrerauge zu sehen sein.
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Der Strahlengang der Sonne trifft auf die Deckscheibe und wird auf die Spiegelbank umgelenkt, um den reflexionsfreien Bereich 32 um den Augpunkt des Fahrers zu ermöglichen.
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Dabei wird die Sonnenstrahlung in der Spiegelbank gebündelt und bildet einen Brennpunkt oder eine Brennlinie 25 an dieser. Dieser Effekt wird genutzt, indem die Spiegelbank zumindest teilweise als Solarzelle ausgebildet ist. Ein übriger Bereich kann an der Innenseite der Spiegelbank beispielsweise schwarz-matt ausgestaltet sein, um das Licht zu absorbieren. Der als Solarzelle ausgebildete Bereich ist dazu ausgelegt, das Licht aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Die gewonnene Energie kann dabei als Rekuperationsmaßnahme für die Batterie des Kraftfahrzeugs genutzt werden oder direkt für einen Verbraucher in der Head-up-Anzeige eingesetzt werden.
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Die Brennlinie 25 bildet bevorzugt den Mindestbereich der Solarzelle. Bevorzugt ist zusätzlich die Ausbildung der Solarzelle in mindestens einem Teilbereich der Spiegelbank vorgesehen, der außerhalb der Brennlinie 25 liegt. Hierdurch können auch für andere Sonnenstände, wenn sich die Brennlinie 25 verschiebt, Solarzellenbereiche bereitgehalten werden. Die gebündelten Sonnenstrahlen werden in elektrische Energie umgewandelt, die auf einen Verbraucher mittels Leitungen übertragen wird. Der Verbraucher kann die Head-up-Anzeige selbst sein oder ein dritter Verbraucher im Kraftfahrzeug.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Solareinheit in der Spiegelbank eines Head-Up-Displays bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010079169 A [0002]
- DE 102013217414 A1 [0004]
