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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display, bestehend aus einer Licht zur Erzeugung eines Bildes aussendenden Bildquelle zur Einblendung des als Fahrerinformation in einen, im Sichtbereich eines Fahrzeugführers liegenden Bereich einer Windschutzscheibe sowie ein Verfahren zur Optimierung einer Bildschärfe eines Head-up-Displays.
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In 1 ist eine Einrichtung für ein Head-up-Display an Kraftfahrzeugen dargestellt, bei welchem das Head-up-Display auf einen Teil der Windschutzscheibe 1, der im Sichtbereich des Fahrers liegt, für den Fahrer 5 wichtige Messdaten und Warnsignale einblendet. Das Head-up-Display benötigt zur Überlagerung eines virtuellen Bildes 7, das aus dem von einer Bildquelle 3 erzeugten Lichtstrahl gebildet wird, mit dem Umgebungsbild einen teildurchlässigen Spiegel. Dies wird durch die Reflexion an der Windschutzscheibe 1 des Kraftfahrzeuges erreicht. Dabei treten an den Grenzflächen zwischen der Windschutzscheibe 1 und der Luft Reflexionen auf, die zu unerwünschten Doppelbildern 15 führen und damit die Ablesbarkeit des virtuellen Bildes 7 stark beeinträchtigen. Wie aus 1 ersichtlich, wird zur Unterbindung solcher Doppelbilder 15 ein Keilwinkel zwischen den zwei Gläsern 9, 11, aus welchen die Windschutzscheibe 1 zusammengesetzt ist, ausgebildet. Durch diesen Keilwinkel liegen das von der Innenfläche 21 des Glases 9 reflektierte virtuelle Bild 7 und das an der Außenseite 17 des zweiten Glases 11 der Windschutzscheibe 1 reflektierte sekundäre Bild 15 übereinander. Die Herstellung solcher Windschutzscheiben 1 mit einem Keilwinkel ist sehr montageaufwendig und daher kostenintensiv.
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Aus der
EP 2 304 339 A1 ist ein Polarisationsfilm für Fenster und Frontscheiben von Fahrzeugen bekannt, welcher an der Windschutzscheibe befestigt ist und mindestens einen anisotropen Absorber enthält, welcher einen Verkleinerungsfaktor für parallel polarisiertes Licht, vorzugsweise einfallendes Licht in das Fahrzeug, aufweist. Der Polarisationsfilm kann dabei zwischen zwei Glasscheiben der Windschutzscheibe angeordnet sein Damit werden Hintergrundreflexionen, die durch das einfallende Licht in dem Fahrzeug erzeugt werden und zu einem Blenden der Fahrzeuginsassen führen, unterbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display anzugeben, bei welchem Bildspiegelungen trotz Verwendung einfacher und kostengünstiger Mittel zuverlässig unterbunden werden.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist durch ein Fahrzeug mit einem Head-up-Display dadurch gelöst, dass die Windschutzscheibe aus zwei annähernd parallel zueinander verlaufenden Gläsern besteht, zwischen welchen ein flächig ausgebildetes Polarisationsfilter angeordnet ist, wobei das Polarisationsfilter einen vorgegebenen Wellenlängenbereich eines sichtbaren Wellenlängenspektrums reflektiert. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das aus der Windschutzscheibe austretende Licht von der Außenseite der Windschutzscheibe nur noch schwach reflektiert wird, wodurch eine sekundäre Bildspiegelung durch den Fahrer nicht mehr wahrgenommen werden kann. Die Hauptreflexion des Lichtes findet dabei durch das Polarisationsfilter statt, welches aufgrund der Anordnung in der Windschutzscheibe aber nur einen geringen Abstand zu dem primären, von der Innenfläche der Windschutzscheibe reflektierten Bild aufweist, so dass die Überlagerung dieser beiden Bilder durch den Fahrer optisch nicht mehr aufgelöst werden kann und es als ein Bild erscheint. Somit werden die unerwünschten Bildspiegelungen unterbunden. Da die Windschutzscheibe aus zwei parallel verlaufenden Gläsern besteht, reduzieren sich die Herstellungskosten der Windschutzscheibe erheblich. Darüber hinaus kommt es mit der vorgeschlagenen Lösung zu einer Einsparung von Forschungsmitteln, da besondere Prozesse für die Herstellung des Keilmittels und dafür notwendigen Prüfmittel eingespart werden.
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Vorteilhafterweise ist das Polarisationsfilter unmittelbar hinter dem Innenglas der Windschutzscheibe positioniert. Dies hat den Vorteil, dass die von der Innenseite der Windschutzscheibe reflektierten Strahlen und die von dem Polarisationsfilter reflektierten Strahlen annähernd zusammenfallen und der Fahrer nur ein einziges virtuelles Bild wahrnimmt.
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In einer Ausgestaltung beträgt die Breite des vorgegebenen Wellenlängenbereiches des sichtbaren Wellenlängenspektrums weniger als 90 nm, vorzugsweise weniger als 50 nm. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Lichttransmission im sichtbaren Bereich von > 70% zuverlässig eingestellt wird. Um eine solche Lichttransmission zu realisieren, darf das Polarisationsfilter nicht den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 380 und 780 nm reflektieren.
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In einer Variante ist zwischen den Gläsern der Windschutzscheibe eine Infrarotbeschichtung positioniert. Mittels einer solchen Infrarotbeschichtung wird die Bildspiegelung zusätzlich reduziert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer Bildschärfe eines Head-up-Displays, bei welchem ein durch Licht erzeugtes Bild als Fahrerinformation in einen, im Sichtfeld eines Fahrzeugführers liegenden Bereich einer Windschutzscheibe eingeblendet wird. Bei einem Verfahren, bei welchem unerwünschte Bildspiegelungen unterbunden werden, wird die Bildschärfe des Bildes verbessert, indem eine Reflexion des das Bild erzeugenden Lichtes an einer Außenseite der Windschutzscheibe unterbunden wird. Die Unterbindung dieser Reflexion an der Außenseite der Windschutzscheibe ermöglicht einen vereinfachten Herstellungsprozess der Windschutzscheibe, da auf die Keilform der Windschutzscheibe verzichtet und die zwei Gläser, welche die Windschutzscheibe bilden, parallel zueinander ausgerichtet werden können.
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Vorteilhafterweise wird die Reflexion des Lichtes verhindert, indem das Licht von einem zwischen zwei Gläsern der Windschutzscheibe angeordneten Polarisationsfilter reflektiert wird. Da dieses Polarisationsfilter nahe der Innenseite der Windschutzscheibe, welche die primäre Reflexion des Lichtes der Lichtquelle ausführt, gelagert ist, führt das von dem Polarisationsfilter reflektierte Licht zu einer Bildspiegelung, welche annähernd mit dem Bild, welches durch die Innenseite der Windschutzscheibe reflektiert wird, zusammenfällt. Somit wird von dem Fahrer nur ein scharfes virtuelles Bild wahrgenommen.
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In einer Variante wird durch das Polarisationsfilter ein vorgegebener Wellenlängenbereich des sichtbaren Wellenlängenspektrums reflektiert. Dadurch wird sichergestellt, dass eine hohe Lichttransmission in diesem Bereich ermöglicht wird, was zu einem scharfen virtuellen Bild führt.
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Um diese Lichttransmission zu erhöhen und das damit zusammenhängende virtuelle Bild besonders scharf darzustellen, wird ein vorgegebener Wellenlängenbereich von 90 nm, vorzugsweise 50 nm, durch das Polarisationsfilter reflektiert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-up-Displays,
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2 einen Transmissionsverlauf des Lichtes gemäß dem erfindungsgemäßen Head-up-Display,
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3 ein Head-up-Display nach dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Reflexion eines Bildes an einer Windschutzscheibe 1. Zur Erzeugung des Bildes ist eine Bildquelle 3 vorhanden, welche das Bild produziert, das von der Windschutzscheibe 1 reflektiert und vom Fahrer 5 als virtuelles Bild 7 wahrgenommen wird. Die Windschutzscheibe 1 umfasst dabei zwei parallel zueinander ausgerichtete Gläser 9, 11, innerhalb welcher ein flächig ausgebildetes Polarisationsfilter 13 angeordnet ist. Das Polarisationsfilter 13 ist dabei nahe am Innenglas 9 der Windschutzscheibe 1 angeordnet. Das Polarisationsfilter 13 reflektiert das auftreffende Licht genauso wie die Innenseite 21 des Glases 9 der Windschutzscheibe 1. Das durch die Innenseite 21 des Glases 9 der Windschutzscheibe 1 reflektierte Licht erzeugt das primäre virtuelle Bild 7, das von dem Fahrer 5 wahrgenommen wird. Das dahinterliegende Polarisationsfilter 13 reflektiert ebenfalls einen Teil des Lichtes, welches von der Bildquelle 3 ausgesendet wird und erzeugt ein sekundäres Bild 15. Das sekundäre Bild 15 ist zum primären virtuellen Bild 7 höchstens um 1 mm gesehen auf 2 m Beobachtungsabstand verschoben, so dass der Fahrer 5 dies als ein scharfes Bild wahrnimmt.
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Durch die Außenfläche 17 des zweiten Glases 11 der Windschutzscheibe 1 wird ebenfalls Licht der Bildquelle 3 reflektiert, die ein tertiäres Bild 19 reflektiert. Dieses tertiäre Bild 19 liegt zwar 5 mm vom primären virtuellen Bild 7 entfernt, weist aber nur eine Helligkeit von ungefähr 5% auf und ist somit zum primären virtuellen Bild kaum sichtbar.
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Unter der Außenseite 17 des Glases 11 wird dabei die, der Umgebung des Fahrzeuges zugewandte Glasseite verstanden, während die Innenseite 21 des Glases 9 dem Fahrgastraum zugewandt ist.
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Um diese Helligkeit des sekundären Bildes 15 zu verbessern, reflektiert das Polarisationsfilter 13 Licht nur in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 50 nm. Damit wird eine Lichttransmission im sichtbaren Bereich des Lichtes von > 70% realisiert. Damit wird erreicht, dass annähernd 100% des auf das Polarisationsfilter 13 auftreffenden Lichts reflektiert wird. Die Helligkeit des sekundären Bildes 13 zum primären virtuellen Bild 7 beträgt 60%. Das sekundäre virtuelle Bild 15 beträgt ca. 1,2 mm.
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In 2 ist die Transmission über der Wellenlänge aufgetragen. Wie hieraus ersichtlich, liegt die Durchlässigkeit des Polarisationsfilters 13 im blauen Wellenlängenbereich zwischen 440 und 460 nm (Linie A). Linie B zeigt dabei das von der Bildquelle 3 ausgegebene Lichtspektrum, wobei das Maximum C der Reflexion des an der Innenseite 21 des Glases 9 der Windschutzscheibe 1 reflektierten Lichtes entspricht. Die beiden kleineren Maxima D und E, welche im grünen bzw. roten Wellenlängenbereich auftreten, entsprechen einer Reflexion von der Außenseite 17 der Glases 11 der Windschutzscheibe 1. Die Bildspiegelung beträgt etwa 5 mm, allerdings nur mit einer Helligkeit von 5% zum primären virtuellen Bild 7, so dass diese nicht mehr wahrnehmbar sind. Aufgrund der vorgeschlagenen Lösung wird trotz kostengünstiger Herstellung der Windschutzscheibe 1 ein Head-up-Display geschaffen, welches ein scharfes virtuelles Bild 7 erzeugt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Windschutzscheibe
- 3
- Bildquelle
- 5
- Fahrer
- 7
- primäres virtuelles Bild
- 9
- Glas
- 11
- Glas
- 13
- Polarisationsfilter
- 15
- sekundäres virtuelles Bild
- 17
- Außenseite des Glases 11
- 19
- tertiäres virtuelles Bild
- 21
- Innenseite des Glases 9
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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