DE102014220189B4 - Head-up display and method for generating a virtual image using a head-up display and using p-polarized light in a head-up display - Google Patents
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Abstract
Head-Up-Display (1) umfassend- eine Bilderzeugungseinheit (2) und- eine Scheibenanordnung (3), wobei- die Bilderzeugungseinheit (2) dazu eingerichtet ist, p-polarisiertes Licht (4p) zu emittieren,- die Scheibenanordnung (3) eine reflektierende Struktur (5) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, p-polarisiertes Licht (4) zu reflektieren, wobei die reflektierende Struktur aus einer strukturiert ausgeführten metallischen Beschichtung (5) besteht, welche eine Mehrzahl dünner Metallstreifen aufweist dadurch gekennzeichnet, dass für die strukturiert ausgeführte metallische Beschichtung (5) auf eine für eine Windschutzscheibenheizung in der Scheibenanordnung (3) vorhandene metallische Beschichtung zurückgegriffen wird.Head-up display (1) comprising - an image generation unit (2) and - a disk arrangement (3), wherein - the image generation unit (2) is set up to emit p-polarized light (4p), - the disk arrangement (3) has a reflective structure (5) which is set up to reflect p-polarized light (4), the reflective structure consisting of a structured metallic coating (5) which has a plurality of thin metal strips, characterized in that for the structured metallic coating (5) is used for a windshield heater in the pane assembly (3) existing metallic coating.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-Up-Display, umfassend eine Bilderzeugungseinheit und eine Scheibenanordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines vorgenannten Head-Up-Displays sowie die Verwendung von p-polarisiertem Licht in einem Head-Up-Display.The present invention relates to a head-up display, comprising an image generation unit and a pane arrangement. Furthermore, the invention relates to a method for generating a virtual image using an aforementioned head-up display and the use of p-polarized light in a head-up display.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Head-Up-Displays (HUDs) werden beispielsweise in Landfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen (Pkw), und in Luftfahrzeugen eingesetzt. In Landfahrzeugen wird die Scheibenanordnung typischerweise durch die Windschutzscheibe gebildet, um auf eine separate Scheibe im Sichtfeld des Fahrers verzichten zu können, da eine separate Scheibe als störend empfunden werden und die Verkehrssicherheit beeinträchtigen kann. In Luftfahrzeugen hingegen kommen häufig separate Scheiben, typischerweise Combinerscheiben, zum Einsatz. Zurzeit werden im automotiven Umfeld, insbesondere in preissensiblen Segmenten, auch Combiner HUDs angeboten.Head-up displays (HUDs) are used, for example, in land vehicles, in particular passenger cars (cars), and in aircraft. In land vehicles, the pane arrangement is typically formed by the windshield in order to be able to dispense with a separate pane in the driver's field of vision, since a separate pane is perceived as annoying and can impair traffic safety. In aircraft, on the other hand, separate panes, typically combiner panes, are often used. Combiner HUDs are currently also being offered in the automotive environment, particularly in price-sensitive segments.
Aus
Gemäß bekannter Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines Head-Up-Displays erzeugt die Bilderzeugungseinheit üblicherweise durch s-polarisiertes oder nicht-polarisiertes Licht ein Bild und lenkt dieses ab, so dass es unter einem bestimmten Einfallswinkel auf die üblicherweise (quasi-)transparente Scheibenanordnung trifft, welche s-polarisiertes Licht deutlich stärker reflektiert als p-polarisiertes Licht. Das reflektierte Bild ist von einem im Reflexionsbereich befindlichen Nutzer bereits optisch ausreichend gut wahrnehmbar.According to known methods for generating a virtual image using a head-up display, the image generation unit usually generates an image using s-polarized or non-polarized light and deflects it so that it falls at a certain angle of incidence onto the usually (quasi-)transparent Disc arrangement hits, which reflects s-polarized light significantly more than p-polarized light. The reflected image can already be perceived optically sufficiently well by a user located in the reflection area.
Da das s-polarisierte Licht der Bilderzeugungseinheit an beiden Grenzflächen der Scheibenanordnung zur Luft reflektiert wird, entsteht ein unerwünschtes Doppelbild. Um dessen Separation zu verringern, kann die Scheibenanordnung eine Scheibe mit keilförmigem Querschnitt versehen werden, wodurch das Licht der Bilderzeugungseinheit derart reflektiert wird, dass der Nutzer die beiden einzelnen Bilder des Doppelbildes aus der Nominalposition als zumindest nahezu deckungsgleich übereinanderliegend wahrnimmt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass es allerdings problematisch ist, dass polarisationsselektive Sonnenbrillen typischerweise s-polarisiertes Licht herausfiltern, so dass ein Nutzer, welcher eine derartige Sonnenbrille trägt, das von dem Head-Up-Display erzeugte Bild kaum (oder im Modellfall gar nicht) optisch wahrnehmen kann.Since the s-polarized light of the image generation unit is reflected at both boundary surfaces of the pane arrangement to the air, an undesirable double image is created. In order to reduce its separation, the pane arrangement can be provided with a pane with a wedge-shaped cross-section, whereby the light from the image generation unit is reflected in such a way that the user perceives the two individual images of the double image as at least almost congruent from the nominal position. The inventors of the present invention have found that it is problematic, however, that polarization-selective sunglasses typically filter out s-polarized light, so that a user wearing such sunglasses can hardly (or in the model case not at all) can be perceived optically.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann daher darin bestehen, ein Head-Up-Display und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei denen das angezeigte Bild auch durch eine polarisationsselektive Sonnenbrille gut, jedenfalls aber ohne oder mit reduziertem Doppelbild sichtbar ist.The object of the present invention can therefore be to provide a head-up display and a method of the type mentioned at the outset, in which the displayed image is also visible well through polarization-selective sunglasses, but in any case without or with a reduced double image.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Head-Up-Display nach Anspruch 1, durch das Verfahren zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines Head-Up-Displays nach Anspruch 7 sowie durch die Verwendung von p-polarisiertem Licht in einem Head-Up-Display nach Anspruch 8.The object is achieved by the head-up display according to
Das erfindungsgemäße Head-Up-Display umfasst eine Bilderzeugungseinheit und eine Scheibenanordnung, wobei die Bilderzeugungseinheit dazu eingerichtet ist, p-polarisiertes Licht zu emittieren und die Scheibenanordnung eine reflektierende Struktur aufweist, welche dazu eingerichtet ist, p-polarisiertes Licht zu reflektieren wobei die reflektierende Struktur aus einer strukturiert ausgeführten metallischen Beschichtung besteht, welche eine Mehrzahl dünner Metallstreifen aufweist, und für die strukturiert ausgeführte metallische Beschichtung auf eine für eine Windschutzscheibenheizung in der Scheibenanordnung vorhandene metallische Beschichtung zurückgegriffen wird. Mit anderen Worten wird ein System bereitgestellt, welches sowohl ein Head-Up-Display mit einer Bilderzeugungseinheit aufweist, als auch die Scheibenanordnung des Fahrzeugs.The head-up display according to the invention comprises an image generation unit and a disk arrangement, the image generation unit being set up to emit p-polarized light and the disk arrangement having a reflective structure which is set up to reflect p-polarized light, the reflective structure consists of a structured metallic coating which has a plurality of thin metal strips, and for the structured metallic coating a metallic coating present for a windshield heater in the window arrangement is used. In other words, a system is provided which has both a head-up display with an image generation unit and the window arrangement of the vehicle.
Es sei angemerkt, dass die reflektierende Struktur, dazu eingerichtet ist, ggf. in Kombination mit der Scheibe, p-polarisiertes Licht zu reflektieren.It should be noted that the reflective structure is set up, possibly in combination with the pane, to reflect p-polarized light.
Die Bilderzeugungseinheit erzeugt ein Bild, indem es p-polarisiertes Licht abstrahlt und auf die Scheibenanordnung und damit auch auf deren reflektierende Struktur wirft, wozu das Licht der Bilderzeugungseinheit insbesondere durch ein Optikmodul entsprechend abgelenkt werden kann. Insbesondere kann die Bilderzeugungseinheit dazu eingerichtet sein, ausschließlich p-polarisiertes Licht zu emittieren. Die Bilderzeugungseinheit kann aber auch in einem Ausführungsbeispiel p-polarisiertes Licht und andersartig polarisiertes Licht, also eine Mischung, emittieren. Konventionelle Scheibenanordnungen würden p-polarisiertes Licht derart reflektieren, dass ein im Reflexionsbereich befindlicher Nutzer das Bild deutlich abgeschwächt wahrnehmen könnte, unabhängig davon, ob er eine polarisationsselektive Sonnenbrille trägt oder nicht. Die reflektierende Struktur der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass p-polarisiertes Licht durch Reflektion in ausreichendem Maße zu dem Nutzer gelangt, so dass es von diesem optisch gut wahrgenommen werden kann. Insbesondere ist das Bild des Head-Up-Displays auch durch eine polarisationsselektive Sonnenbrille sichtbar, welche s-polarisiertes Licht herausfiltert. Ein Doppelbild ist deutlich unterdrückt, da nur an der Scheibenaußenseite ein relevanter Reflex auftritt. Die reflektierende Struktur ist eine strukturiert ausgeführte metallische Beschichtung. Die metallische Beschichtung kann beispielsweise - weniger abhängig von der Polarisationsrichtung des Lichts - ca. 30 % oder 50 % des von der Bilderzeugungseinheit ausgesandten Lichts reflektieren und ca. 70 % bzw. 50 % transmittieren, aber auch andere Werte können realisiert werden.The image generation unit generates an image by emitting p-polarized light and throwing it onto the pane arrangement and thus also onto its reflective structure, for which purpose the light from the image generation unit can be deflected accordingly, in particular by an optics module. In particular, the image generation unit can be set up to produce only p-polarized light to emit. However, in one exemplary embodiment, the image generation unit can also emit p-polarized light and light polarized in a different way, that is to say a mixture. Conventional pane arrangements would reflect p-polarized light in such a way that a user located in the reflection area could perceive the image as significantly weakened, regardless of whether he was wearing polarization-selective sunglasses or not. The reflective structure of the present invention causes p-polarized light to reach the user by reflection to a sufficient extent so that he can easily perceive it optically. In particular, the image of the head-up display is also visible through polarization-selective sunglasses that filter out s-polarized light. A double image is clearly suppressed, since a relevant reflection only occurs on the outside of the pane. The reflective structure is a structured metallic coating. The metallic coating can, for example--less depending on the direction of polarization of the light--reflect approximately 30% or 50% of the light emitted by the imaging unit and transmit approximately 70% or 50%, but other values can also be realized.
Gemäß der Erfindung umfasst die reflektierende Struktur eine metallische Beschichtung. Die metallische Beschichtung ermöglicht insbesondere, dass unter einem gegebenen Einfallswinkel des Lichts der Bilderzeugungseinheit - zumindest in bestimmten Wellenlängenbereichen - p-polarisiertes Licht der Bilderzeugungseinheit stärker reflektiert wird als s-polarisiertes Licht. Weiterhin leistet dies einen Beitrag, Material- und Fertigungsaufwand zu verringern, indem - zumindest in modifizierter Form - auf ohnehin in der Scheibenanordnung vorhandene metallische Beschichtungen zurückgegriffen wird, welche als Windschutzscheibenheizung zur Defrostung dienen.According to the invention, the reflective structure includes a metallic coating. The metallic coating makes it possible, in particular, for p-polarized light from the image generation unit to be reflected more strongly than s-polarized light at a given angle of incidence of the light from the image generation unit—at least in certain wavelength ranges. Furthermore, this contributes to reducing material and production costs by using - at least in a modified form - metallic coatings that are already present in the pane arrangement and serve as windshield heating for defrosting.
Die metallische Beschichtung kann wenigstens einen Bereich der Fläche der Scheibenanordnung abdecken, vorzugsweise den Bereich der Scheibenanordnung, auf den das Licht der Bilderzeugungseinheit trifft. Ebenfalls ist es möglich, dass die gesamte Fläche der Scheibenanordnung von der metallischen Beschichtung abgedeckt ist. Erfindungsgemäß ist die metallische Beschichtung strukturiert ausgebildet. Eine derartige strukturierte Beschichtung kann polarisationsselektiv arbeiten. Die Strukturierung kann in Form von auf die Scheibenanordnung z. B. in Gitterform aufgedampfter feiner Drähte ausgestaltet sein. Vorteilhaft kann durch eine elektrische Feldkomponente parallel zu den Drähten ein besonders hoher Reflektivität für p-polarisiertes Lichts der Bilderzeugungseinheit erreicht werden.The metallic coating may cover at least a portion of the surface of the pane assembly, preferably the portion of the pane assembly on which the light from the imaging unit impinges. It is also possible for the entire surface of the pane arrangement to be covered by the metallic coating. According to the invention, the metallic coating is structured. Such a structured coating can work in a polarization-selective manner. The structuring can be in the form of e.g. B. be designed in the form of a lattice vapor-deposited fine wires. A particularly high reflectivity for p-polarized light of the image generation unit can advantageously be achieved by an electric field component parallel to the wires.
Exemplarisch besteht die metallische Beschichtung aus Silber oder Aluminium und weist eine Schichtdicke von 5 nm bis 9 nm, insbesondere von 7 nm auf, wobei hierbei Abweichungen von der angegebenen Schichtdicke im Bereich von ± 30 % miterfasst sind. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, einen besonders hohen Anteil des von der Bilderzeugungseinheit erzeugten p-polarisierten Lichts zu reflektieren. Insbesondere kann im sichtbaren Wellenlängenbereich mit steigender Wellenlänge ein höherer Anteil des von der Bilderzeugungseinheit erzeugten p-polarisierten Lichts reflektiert werden, so dass die Farben im oberen sichtbaren Wellenlängenbereich besonders gut darstellbar sind.By way of example, the metallic coating consists of silver or aluminum and has a layer thickness of 5 nm to 9 nm, in particular 7 nm, with deviations from the specified layer thickness in the range of ±30% being included. This embodiment contributes to reflecting a particularly high proportion of the p-polarized light generated by the imaging unit. In particular, in the visible wavelength range, as the wavelength increases, a higher proportion of the p-polarized light generated by the image generation unit can be reflected, so that the colors in the upper visible wavelength range can be represented particularly well.
Zusätzlich zu einer metallischen Beschichtung kann die reflektierende Struktur nichtmetallische Elemente umfassen, z. B. Prismen, Hologramme oder photonische Kristalle, bei denen insbesondere Licht der Bilderzeugungseinheit mit einem Ausfallswinkel ungleich des Einfallswinkels reflektiert und so zu einem Nutzer des Head-Up-Displays geleitet werden kann.In addition to a metallic coating, the reflective structure may include non-metallic elements, e.g. B. prisms, holograms or photonic crystals, in which particular light of the imaging unit is reflected with an angle of reflection unequal to the angle of incidence and can be directed to a user of the head-up display.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass das durch die Bilderzeugungseinheit abgestrahlte Licht mit einem Einfallswinkel in einem Winkelbereich zwischen 55° und 70° auf die Scheibenanordnung projiziert wird. Zur Erzeugung des Einfallswinkels in dem genannten Winkelbereich kann das durch die Bilderzeugungseinheit erzeugte Licht z. B. mittels eines Optikmoduls entsprechend abgelenkt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht, insbesondere ein Doppelbild möglichst stark zu unterdrücken, indem nahezu ausschließlich die reflektierende Struktur des Scheibenelements von der Bilderzeugungseinheit ausgesandtes p-polarisiertes Licht in Richtung des Sichtfelds eines Nutzers reflektiert. Von der übrigen Scheibenanordnung hingegen wird ein großer Anteil des von der Bilderzeugungseinheit ausgesendeten p-polarisierten Lichts in dem genannten Einfallswinkelbereich besonders stark transmittiert und nur zu einem besonders geringen Anteil reflektiert. Dieser Effekt ist besonders hoch, wenn das von der Bilderzeugungseinheit erzeugte p-polarisierte Licht in einem Einfallswinkel im Bereich des Brewster-Winkels auf die Scheibenanordnung trifft.According to a further embodiment, it is advantageously provided that the light emitted by the image generation unit is projected onto the pane arrangement at an angle of incidence in an angular range between 55° and 70°. To generate the angle of incidence in said angular range, the light generated by the imaging unit z. B. be deflected accordingly by means of an optical module. This embodiment makes it possible, in particular, to suppress a double image as much as possible in that the reflective structure of the pane element almost exclusively reflects p-polarized light emitted by the image generation unit in the direction of a user's field of vision. On the other hand, a large proportion of the p-polarized light emitted by the image generation unit is particularly strongly transmitted by the rest of the pane arrangement in the stated angle of incidence range and only a particularly small proportion is reflected. This effect is particularly high when the p-polarized light generated by the image generation unit impinges on the pane arrangement at an angle of incidence in the Brewster angle range.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Licht der Bilderzeugungseinheit unter dem Brewster-Winkel auf die Scheibenanordnung emittiert.According to a further embodiment, the light of the image generation unit is emitted onto the pane arrangement at Brewster's angle.
Die Scheibenanordnung kann vorteilhaft zwei zueinander parallel verlaufende Grenzflächen aufweisen, so dass diese Ausführungsform als keilfrei bezeichnet werden kann. Auf einen keilförmigen Querschnitt der Scheibenanordnung kann verzichtet werden. Dies vereinfacht insbesondere den Fertigungs- und Materialaufwand. Die Grenzflächen stellen dabei jeweils den Übergang von der Scheibenanordnung zum umgebenden Medium dar, beispielsweise zur Innenluft des Fahrzeuginnenraums eines Pkw einerseits und zur Außenluft der äußeren Umgebung des Pkws andererseits. Diese Ausführungsform kann zum Beispiel der
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Scheibenanordnung ein erstes Scheibenelement und ein zweites Scheibenelement aufweist, wobei die reflektierende Struktur zwischen dem ersten Scheibenelement und dem zweiten Scheibenelement angeordnet ist. Hierbei kann z. B. das erste Scheibenelement eine dem Fahrgastinnenraum eines Pkw zugewandte Innenscheibe und das zweite Scheibenelement eine der Au-ßenumgebung zugewandte Außenscheibe bilden. Diese Ausführungsform leistet insbesondere einen Beitrag, dass die reflektierende Struktur besonders sicher vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt ist. Die reflektierende Struktur kann insbesondere sandwichartig angeordnet sein, das heißt sie berührt beide Scheibenelemente.According to a further embodiment, it is advantageously provided that the pane arrangement has a first pane element and a second pane element, with the reflective structure being arranged between the first pane element and the second pane element. Here z. For example, the first pane element forms an inner pane facing the passenger compartment of a car and the second pane element forms an outer pane facing the outside environment. This embodiment contributes in particular to protecting the reflective structure from external environmental influences in a particularly reliable manner. In particular, the reflective structure can be arranged in a sandwich-like manner, ie it touches both pane elements.
In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft, dass die reflektierende Struktur eine metallische Beschichtung aufweist, welche auf dem ersten Scheibenelement oder dem zweiten Scheibenelement aufgebracht ist. Dadurch kann insbesondere der Fertigungsaufwand verringert werden, indem die metallische Beschichtung auf eines der Scheibenelemente aufgebracht und anschließend mit dem anderen Scheibenelement verbunden wird. Alternativ ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Scheibenelement und dem zweiten Scheibenelement eine Zwischenfolie angeordnet ist, auf welcher die metallische Beschichtung aufgebracht ist. Die Zwischenfolie besteht bevorzugt aus Polyvinylbutyral (PVB), und bedeckt die Scheibenelemente vollflächig oder großflächig. Dies hat insbesondere im Falle eines Bruchs der Scheibe den Vorteil, dass deren Splitter zum Großteil an der Zwischenfolie haften können und insbesondere nicht oder nur teilweise in den Fahrgastinnenraum des Pkw gelangen.In this connection it is particularly advantageous that the reflecting structure has a metallic coating which is applied to the first pane element or the second pane element. In this way, in particular, the manufacturing effort can be reduced by applying the metallic coating to one of the disk elements and then connecting it to the other disk element. Alternatively, it is provided that an intermediate film is arranged between the first pane element and the second pane element, on which the metallic coating is applied. The intermediate film preferably consists of polyvinyl butyral (PVB) and covers the entire area or a large area of the pane elements. This has the advantage, in particular in the event of a breakage of the pane, that most of the splinters can adhere to the intermediate film and in particular only partially or not at all get into the passenger compartment of the car.
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 7 zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines Head-Up-Displays umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines Head-Up-Display nach einem der vorstehenden Ansprüchen,
- - Emittieren von p-polarisiertem Licht mittels der Bilderzeugungseinheit und
- - Reflektieren des p-polarisierten Lichts mittels der reflektierenden Struktur.
- - Providing a head-up display according to any one of the preceding claims,
- - emitting p-polarized light by means of the imaging unit and
- - reflecting the p-polarized light by means of the reflecting structure.
Bezüglich vorteilhafter Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Head-Up-Display entsprechend, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen darauf verwiesen wird. Selbiges gilt für die ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung von p-polarisiertem Licht in einem Head-Up-Display nach Anspruch 8, wobei das p-polarisierte Licht von einer p-polarisiertes Licht reflektierenden Struktur der Scheibenanordnung in den Sichtbereich eines Nutzers des Head-Up-Displays reflektiert wird.With regard to advantageous embodiments and developments of the method according to the invention, the statements made in connection with the head-up display according to the invention apply accordingly, so that reference is made thereto to avoid repetition. The same applies to the likewise inventively provided use of p-polarized light in a head-up display according to
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einem Head-Up-Displays, wie es hierin beschrieben ist, angegeben.According to a further embodiment, a vehicle with a head-up display as described herein is specified.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Pkws mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays, -
2 den Strahlengang an dem Head-Up-Display aus 1 in einer vergrößerten schematischen Seitenansicht, -
3 ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines virtuellen Bilds mittels eines erfindungsgemäßen Head-Up-Displays, -
4 den Strahlengang durch ein Head-Up-Display mit einem Lambda/2-Element, -
5 den Strahlengang durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Head-Up-Displays mit einer strukturiert ausgeführten metallischen Beschichtung, -
6 den Strahlengang durch ein Head-Up-Display mit einer metallischen Beschichtung und einem Lambda/4-Element sowie -
7 den Strahlengang durch ein Head-Up-Display mit einem Lambda/4-Element.
-
1 a schematic representation of a car with an embodiment of a head-up display according to the invention, -
2 out the beam path on the head-updisplay 1 in an enlarged schematic side view, -
3 a flowchart for an embodiment of a method according to the invention for generating a virtual image by means of a head-up display according to the invention, -
4 the beam path through a head-up display with a lambda/2 element, -
5 the beam path through an embodiment of the head-up display according to the invention with a structured metallic coating, -
6 the beam path through a head-up display with a metallic coating and a lambda/4 element as well as -
7 the beam path through a head-up display with a lambda/4 element.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments
Die Bilderzeugungseinheit 2 weist eine nicht dargestellte TFT-Einheit auf, welche p-polarisiertes Licht, in der Zeichnung durch einen Lichtstrahl 4p dargestellt, erzeugt und aussendet. Wie weiterhin aus
Die Scheibenanordnung 3 weist ferner ein erstes Scheibenelement in Form einer Innenscheibe 3i und ein zweites Scheibenelement in Form einer Außenscheibe 3a auf. Die metallische Beschichtung 5 ist auf der dem Innenraum I des Pkws 10 abgewandten Außenseite der Innenscheibe 3i aufgebracht und berührt sandwichartig die dem Innenraum I des Pkws 10 zugewandte Innenseite der Außenscheibe 3a. Die dem Innenraum I abgewandte Außenseite der Außenscheibe 3a bildet eine äußere Grenzfläche 6 zu der den Pkw 10 umgebenden Außenluft 7 und die dem Innenraum I zugewandte Innenseite der Innenscheibe 3i bildet eine innere Grenzfläche 7 zu der in dem Innenraum I befindlichen Innenlauft 8. Die Grenzflächen 6 und 7 verlaufen parallel zueinander. Mit anderen Worten ist die Scheibenanordnung keilfrei.The
Der Strahlengang verläuft im Einzelnen wie folgt:
- 1. Das
von der Bilderzeugungseinheit 2 erzeugte p-polarisierte Licht 4p verlässt inRichtung der Scheibenanordnung 3 abgelenkt dieBilderzeugungseinheit 2. - 2. Beim Auftreffen auf die innere Grenzfläche 7
der Innenscheibe 3i wird bei dazu geeignetem Einfallswinkel ein relativ geringer, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert (schwacher Fresnelreflex) und ein relativ hoher Anteil des p- polarisierten Lichts 4p durchläuft dieInnenscheibe 3i. - 3. Beim Auftreffen des p-polarisierten Lichts 4p auf dem zwischen der
Innenscheibe 3i und derAußenscheibe 3a angeordneten Lambda/2-Element 9 dreht Letzteres die Polarisation des Lichts 4p um ca. 90°, d. h., das p-polarisierte Licht 4p wird in s-polarisiertesLicht 4s gewandelt. - 4. Das nunmehr s-
polarisierte Licht 4s durchläuft dieAußenscheibe 3a und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren äußere Grenzfläche 6, dass ein relativ hoher Anteil des s-polarisierten Lichts 4s reflektiert wird (starker Fresnelreflex) und ein relativ geringer, nicht dargestellter Anteil des s-polarisierten Lichts 4s dieAußenscheibe 3a verlässt. - 5. Beim Auftreffen auf dem Lambda/2-
Element 9 dreht Letzeres die Polarisation des s-polarisierten Lichts 4s erneut um ca. 90°, so dass das s-polarisierte Licht 4s wieder in p-polarisiertes Licht 4p gewandelt wird. - 6. Das nunmehr wieder p-
polarisierte Licht 4p durchläuft dieInnenscheibe 3i in Richtung des Innenraums I und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf die innere Grenzfläche des ersten Scheibenelements 3i, dass es relativ stark transmittiert und relativ gering reflektiert wird. - 7. Das transmittierte, p-
polarisierte Licht 4p tritt durch die Gläser der Sonnenbrille S des Nutzers N.
- 1. The p-polarized
light 4p generated by theimage generation unit 2 leaves theimage generation unit 2 deflected in the direction of thepane arrangement 3. - 2. When it hits the
inner boundary surface 7 of theinner pane 3i, a relatively small proportion of the p-polarizedlight 4p (not shown) is reflected at a suitable angle of incidence (weak Fresnel reflection) and a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p passes through theinner pane 3i . - 3. When the p-polarized
light 4p impinges on the lambda/2element 9 arranged between theinner pane 3i and theouter pane 3a, the latter rotates the polarization of the light 4p by approx. 90°, i.e. the p-polarizedlight 4p becomes in s-polarizedlight 4s converted. - 4. The now s-polarized
light 4s passes through theouter pane 3a and strikes itsouter boundary surface 6 with such an angle of incidence that a relatively high proportion of the s-polarizedlight 4s is reflected (strong Fresnel reflection) and a relatively small proportion, not shown of the s-polarizedlight 4s leaves theouter pane 3a. - 5. When it strikes the lambda/2
element 9, the latter rotates the polarization of the s-polarizedlight 4s again by approximately 90°, so that the s-polarizedlight 4s is converted back into p-polarizedlight 4p. - 6. The now again p-polarized
light 4p passes through theinner pane 3i in the direction of the interior I and hits the inner boundary surface of thefirst pane element 3i with such an angle of incidence that it is transmitted relatively strongly and reflected relatively little. - 7. The transmitted, p-polarized
light 4p passes through the lenses of the sunglasses S of the user N.
Der Strahlengang verläuft im Einzelnen wie folgt:
- 1. Das
von der Bilderzeugungseinheit 2 erzeugte p-polarisierte Licht 4p verlässt inRichtung der Scheibenanordnung 3die Bilderzeugungseinheit 2. - 2. Beim Auftreffen auf die innere Grenzfläche 7
der Innenscheibe 3i wird bei dazu geeignetem Einfallswinkel ein relativ geringer, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert (schwacher Fresnelreflex) und ein relativ hoher Anteil des p- polarisierten Lichts 4p durchläuft dieInnenscheibe 3i. - 3. Beim Auftreffen des p-polarisierten Lichts 4p auf der reflektierenden Struktur 5 werden in diesem Beispiel ca. 50 % des p-polarisierten Lichts 4p transmittiert und ein relativ hoher Anteil des übrigen p-polarisierten Lichts 4p reflektiert. Ebenfalls ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, dass die
Bilderzeugungseinheit 3 nicht-polarisiertes Licht erzeugt und auf dieScheibenanordnung 3 bzw. die reflektierende Struktur 5 lenkt, da Letztere s-polarisiertes Licht zu nahezu 100 % transmittiert. - 4a. Das transmittierte p-
polarisierte Licht 4p durchläuft dieAußenscheibe 3a und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren äußere Grenzfläche 6, dass ein relativ hoher Anteil des p-polarisierten Lichts 4p transmittiert wird (schwacher Fresnelreflex) und ein zu vernachlässigender, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert wird. Ein Doppelbild wird dadurch im Falle der überwiegenden p-Polarisation des einfallenden Lichts vermieden. - 4b. Das reflektierte p-
polarisierte Licht 4p hingegen durchläuft erneut dieInnenscheibe 3i (diesmal in Richtung des Innenraums I) und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren innere Grenzfläche 7, dass ein relativ hoher Anteil des p-polarisierten Lichts 4p transmittiert wird (schwacher Fresnelreflex) und ein zu vernachlässigender, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert wird. - 5. Das transmittierte, p-
polarisierte Licht 4p tritt durch die Gläser der Sonnenbrille S des Nutzers N.
- 1. The p-polarized
light 4p generated by theimage generation unit 2 leaves theimage generation unit 2 in the direction of thepane arrangement 3. - 2. When it hits the
inner boundary surface 7 of theinner pane 3i, a relatively small proportion of the p-polarizedlight 4p (not shown) is reflected at a suitable angle of incidence (weak Fresnel reflection) and a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p passes through theinner pane 3i . - 3. When the p-polarized
light 4p impinges on the reflectingstructure 5, approximately 50% of the p-polarizedlight 4p is transmitted in this example and a relatively high proportion of the remaining p-polarizedlight 4p is reflected. According to this exemplary embodiment, it is also possible for theimage generation unit 3 to generate non-polarized light and direct it onto thepane arrangement 3 or the reflectingstructure 5, since the latter transmits almost 100% of s-polarized light. - 4a. The transmitted p-polarized
light 4p passes through theouter pane 3a and strikes itsouter boundary surface 6 with such an angle of incidence that a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p is transmitted (weak Fresnel reflection) and a negligible proportion of the p -polarizedlight 4p is reflected. A double image is thereby avoided in the case of predominantly p-polarization of the incident light. - 4b. The reflected p-polarized
light 4p, on the other hand, passes through theinner pane 3i again (this time in the direction of the interior I) and strikes itsinner boundary surface 7 with such an angle of incidence that a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p is transmitted (weak Fresnel reflex). and a negligible portion, not shown, of the p-polarizedlight 4p is reflected. - 5. The transmitted, p-polarized
light 4p passes through the lenses of the sunglasses S of the user N.
Der Strahlengang verläuft im Einzelnen wie folgt:
- 1. Das
von der Bilderzeugungseinheit 2 erzeugte linear-p-polarisierte Licht 4p verlässt inRichtung der Scheibenanordnung 3 abgelenkt dieBilderzeugungseinheit 2. - 2. Beim Auftreffen auf die innere Grenzfläche 7
der Innenscheibe 3i wird bei dazu geeignetem Einfallswinkel ein relativ geringer, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert (schwacher Fresnelreflex) und ein relativ hoher Anteil des p- polarisierten Lichts 4p durchläuft dieInnenscheibe 3i. - 3. Beim Auftreffen des p-polarisierten Lichts 4p auf das Lambda/4-
Element 10 wird dieses in zirkular polarisiertesLicht 4z gewandelt. Durchdie metallische Beschichtung 9, hier der Übersichtlichkeit halber zusammen mit dem Lambda/4-Element 10 dargestellt, wird ein Anteil transmittiert und ein anderer reflektiert, der nun wiederum von dem Lambda/4-Element 10 in s-polarisiertes Licht gewandelt wird. - 4a. Das nunmehr s-
polarisierte Licht 4s durchläuft erneut dieInnenscheibe 3i (diesmal in Richtung des Innenraums I). - 4b. Das nunmehr zirkular-
polarisierte Licht 4z hingegen durchläuft dieAußenscheibe 3a und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren äußere Grenzfläche 6, dass ein Anteil des zirkular-polarisierten Lichts 4z als s-polarisiertesLicht 4s reflektiert wird (Fresnelreflex) und der übrige Anteil des vorher z-polarisierten Lichts 4z als p-polarisiertes Licht 4p dieAußenscheibe 3a verlässt. - 5. Das reflektierte s-
polarisierte Licht 4s durchläuft dieAußenscheibe 3a in Richtung des Innenraums I. Beim Auftreffen auf das Lambda/4-Element 10 wandelt Letzeres das s-polarisierte Licht 4s in zirkular polarisiertesLicht 4z. - 6. Das nunmehr zirkular-
polarisierte Licht 4zdurchläuft die Innenscheibe 3i und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren innere Grenzfläche 7, dass ein nicht dargestellter Anteil des zirkular-polarisierten Lichts 4z als s-polarisiertesLicht 4s reflektiert wird (Fresnelreflex) und der übrige Anteil des z-polarisierten Lichts 4z als überwiegend p-polarisiertes Licht 4p dieInnenscheibe 3i verlässt. - 7. Das transmittierte, überwiegend p-
polarisierte Licht 4p tritt durch die Gläser der Sonnenbrille S des Nutzers N.
- 1. The linearly p-polarized
light 4p generated by theimage generation unit 2 leaves theimage generation unit 2 deflected in the direction of thepane arrangement 3. - 2. When it hits the
inner boundary surface 7 of theinner pane 3i, a relatively small proportion of the p-polarizedlight 4p (not shown) is reflected at a suitable angle of incidence (weak Fresnel reflection) and a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p passes through theinner pane 3i . - 3. When the p-polarized
light 4p impinges on the lambda/4element 10, it is converted into circularly polarized light 4z. Through themetallic coating 9, shown here together with the lambda/4element 10 for the sake of clarity, one part is transmitted and another is reflected, which is now in turn converted by the lambda/4element 10 into s-polarized light. - 4a. The now s-polarized
light 4s again passes through theinner pane 3i (this time in the direction of the interior I). - 4b. The now circularly
polarized light 4z, on the other hand, passes through theouter pane 3a and strikes itsouter boundary surface 6 with such an angle of incidence that a portion of the circularly polarized light 4z is reflected as s-polarizedlight 4s (Fresnel reflex) and the remaining portion of the previously z-polarizedlight 4z leaves theouter pane 3a as p-polarizedlight 4p. - 5. The reflected s-polarized
light 4s passes through theouter pane 3a in the direction of the interior I. When it strikes the lambda/4element 10, the latter converts the s-polarizedlight 4s into circularly polarized light 4z. - 6. The now circularly
polarized light 4z passes through theinner pane 3i and strikes itsinner boundary surface 7 with such an angle of incidence that a portion of the circularly polarizedlight 4z (not shown) is reflected as s-polarizedlight 4s (Fresnel reflex) and the rest Portion of the z-polarizedlight 4z leaves theinner pane 3i as predominantly p-polarizedlight 4p. - 7. The transmitted, predominantly p-polarized
light 4p passes through the lenses of the sunglasses S of the user N.
Der Nutzer sieht ohne polarisierende Sonnenbrille noch ein Doppelbild, mit der Sonnenbrille aber weiterhin die HUD-Anzeige.The user still sees a double image without polarizing sunglasses, but continues to see the HUD display with the sunglasses on.
Es sei angemerkt, dass in dem Beispiel der
Der Strahlengang verläuft im Einzelnen wie folgt:
- 1. Das
von der Bilderzeugungseinheit 2 erzeugte linear-p-polarisierte Licht 4p verlässt inRichtung der Scheibenanordnung 3 abgelenkt dieBilderzeugungseinheit 2. - 2. Beim Auftreffen auf die innere Grenzfläche 7
der Innenscheibe 3i wird bei dazu geeignetem Einfallswinkel ein relativ geringer, nicht dargestellter Anteil des p-polarisierten Lichts 4p reflektiert (schwacher Fresnelreflex) und ein relativ hoher Anteil des p- polarisierten Lichts 4p durchläuft dieInnenscheibe 3i. - 3. Beim Auftreffen des p-polarisierten Lichts 4p auf dem Lambda/4-
Element 10 wandeltLetzteres das Licht 4p in zirkular-polarisiertesLicht 4z. - 4. Das nunmehr zirkular-
polarisierte Licht 4zdurchläuft die Außenscheibe 3a und trifft mit einem derartigen Einfallswinkel auf deren äußere Grenzfläche 6, dass ein Anteil des zirkular-polarisierten Lichts 4z als s-polarisiertesLicht 4s reflektiert wird verlässt. - 5. Das reflektierte s-
polarisierte Licht 4s durchläuft dieAußenscheibe 3a in Richtung des Innenraums I. Beim Auftreffen auf das Lambda/4-Element 10 wandelt Letzteres das s-polarisierte Licht 4p in zirkular polarisiertesLicht 4z. - 6. Das nunmehr zirkular-
polarisierte Licht 4zdurchläuft die Innenscheibe 3i und wird zu einem relativ großen Anteilvon der Innenscheibe 3i transmittiert. - 7. Der p-polarisierte Anteil des transmittierten, vormals zirkular-polarisierten Lichts 4z tritt durch die Gläser der Sonnenbrille S des Nutzers N.
- 1. The linearly p-polarized
light 4p generated by theimage generation unit 2 leaves theimage generation unit 2 deflected in the direction of thepane arrangement 3. - 2. When it hits the
inner boundary surface 7 of theinner pane 3i, a relatively small proportion of the p-polarizedlight 4p (not shown) is reflected at a suitable angle of incidence (weak Fresnel reflection) and a relatively high proportion of the p-polarizedlight 4p passes through theinner pane 3i . - 3. When the p-polarized
light 4p impinges on the lambda/4element 10, the latter converts the light 4p into circularly polarized light 4z. - 4. The now circularly
polarized light 4z passes through theouter pane 3a and strikes itsouter boundary surface 6 with such an angle of incidence that a portion of the circularly polarized light 4z is reflected as s-polarizedlight 4s. - 5. The reflected s-polarized
light 4s passes through theouter pane 3a in the direction of the interior I. When it strikes the lambda/4element 10, the latter converts the s-polarizedlight 4p into circularly polarized light 4z. - 6. The now circularly
polarized light 4z passes through theinner pane 3i and is transmitted to a relatively large extent by theinner pane 3i. - 7. The p-polarized portion of the transmitted, formerly circularly
polarized light 4z passes through the lenses of the sunglasses S of the user N.
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