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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Projektionsanzeigesysteme, wie z.B. Blickfeldanzeigesysteme, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin Projektionsanzeigesysteme mit refraktiver Optik, und insbesondere Blickfeldanzeigesysteme, bei denen das Anzeigebild über mehrere separate optische Abbildungssysteme zusammengesetzt wird.
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Technischer Hintergrund
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Blickfeldanzeigesysteme, auch Head-up-Display genannt, werden in Kraftfahrzeugen in der Regel oberhalb des Armaturenbretts angeordnet, um ein Anzeigebild auf einer Anzeigefläche der Windschutzscheibe in dem Blickfeld des Fahrers abzubilden. Die Blickfeldanzeigesysteme können mit einer refraktiven Optik versehen werden, um eine auf einer Anzeigevorrichtung dargestellte Abbildung auf die Anzeigefläche auf der Windschutzscheibe zu projizieren. Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise als transparente Flüssigkristallanzeige oder dergleichen ausgebildet sein.
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Bei Blickfeldanzeigesystemen mit refraktiver Optik sind die Anzeigevorrichtungen sowie die Optik senkrecht bezüglich eines Mittenstrahls angeordnet, um optische Aberrationen gering zu halten. Zur Verkleinerung der Baugröße einer solchen Baugruppe kann ein Multikanalansatz gewählt werden, bei dem die Anzeigevorrichtung in Teilbereiche unterteilt ist, die mit Hilfe separater nebeneinander angeordneter optischer Systeme so auf die Anzeigefläche abgebildet werden, dass sich die darzustellende Abbildung aus Teilbildern zusammensetzt. Bei derartigen Multikanalsystemen werden zusätzlich Linsen mit möglichst kurzen Brennweiten gewählt, um die Baugröße im Vergleich zu herkömmlichen Systemen weiter zu reduzieren. Dies führt dazu, dass die Anzeigevorrichtung sehr nahe an der Brennebene der verwendeten Linsen liegt.
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Blickfeldanzeigesysteme werden häufig auf die Oberseite eines Armaturenbretts eingebaut, so dass sie sich unmittelbar unter der geneigten Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug befinden. Bei hochstehender Sonne können somit Sonnenstrahlen entlang der optischen Achsen der Linsen einfallen, so dass ein stark gebündelter Lichtleistungseintrag auf die Anzeigevorrichtung erfolgt. Dies kann zu einer deutlichen Temperaturerhöhung der Anzeigevorrichtung führen. Es wurde festgestellt, dass die Leistungsdichte bei derartigen Systemen in der Brennebene um mindestens eine Größenordnung über der Leistungsdichte bei herkömmlichen Systemen liegen kann. Die resultierende Temperaturerhöhung der Anzeigevorrichtung kann diese funktionsunfähig machen, beschädigen oder gar zerstören.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2014 221 538 A1 ist ein Head-up-Display bekannt, bei der das von einer Bilderzeugungsvorrichtung erzeugte Bild über einen Strahlengang an eine transparente Scheibe eines Kraftfahrzeugs projiziert wird. Die Bilderzeugungseinrichtung weist ein LCD auf, wobei das LCD zwei transparente Substrate aufweist, zwischen denen ein Flüssigkristall angeordnet ist. Das Substrat auf der dem Strahlengang zugewandten Seite des LCDs ist aus einem transparenten keramischen Material, wie z.B. Saphirglas, hergestellt. Das keramische Material kann an eine Wärmesenke thermisch gekoppelt sein, um die durch das Sonnenlicht eingetragene Wärme von der Bilderzeugungseinrichtung abzuführen.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 214 946 A1 betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer Abbildungsoptik. Die Abbildungsoptik weist ein optisches Filter auf, das zur Verringerung eines Wärmeeintrags durch Sonnenlicht auf eine bildgebende Einheit in dem Strahlengang ausgebildet ist und derart selektiv transmissiv ist, dass die Transmission von Sonnenlicht verringert wird.
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Der Druckschrift
DE 10 2014 206 586 A1 offenbart eine Anzeigebaugruppe für ein Sichtfeld-Anzeigegerät, wobei die Anzeigegruppe eine Flüssigkristallanzeige zum Bereitstellen einer Bildinformation aufweist. Die Flüssigkristallanzeige ist in einem Strahlengang der Anzeigebaugruppe angeordnet und weist eine transparente Wärmesenke zum Temperieren der Flüssigkristallanzeige auf. Die Wärmesenke ist thermisch mit der Flüssigkristallanzeige gekoppelt und in dem Strahlengang angeordnet.
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Die Druckschrift
EP 1 865 534 A2 offenbart eine Lichtemissionsvorrichtung umfassend eine Lichtemissionsplatte zum Emittieren von Licht, eine Diffusorplatte, die der Lichtemissionsplatte zugewandt ist, um das von der Lichtemissionsplatte emittierte Licht zu streuen, und eine Wärmeableitungsplatte, die zwischen der Lichtemissionsplatte und der Diffusorplatte angeordnet ist, wobei die Lichtemissionsplatte eine aktive Fläche zum Emittieren des Lichts und einen nicht-aktiven Bereich um den aktiven Bereich herum umfasst, wobei die Wärmeabgabeplatte in dem nicht aktiven Bereich angeordnet ist.
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Die Druckschrift
US 2008/0093973A1 offenbart eine Lichtemissionsvorrichtung, die ein Vakuumgefäß mit einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat umfasst, wobei das erste Substrat eine erste Substratoberfläche aufweist, das zweite Substrat eine erste Oberfläche des zweiten Substrats und eine zweite Oberfläche des zweiten Substrats aufweist, die der ersten Oberfläche des zweiten Substrats gegenüberliegt, wobei die erste Substratoberfläche von der ersten Oberfläche des zweiten Substrats getrennt ist. Ferner ist eine Elektronenemissionseinheit auf der ersten Substratoberfläche vorgesehen. Es ist eine Lichtemissionseinheit auf der ersten Oberfläche des zweiten Substrats zum Emittieren von Licht als Reaktion auf den Empfang von Elektronen vorgesehen, die von der Elektronenemissionseinheit emittiert werden. Weiterhin ist eine Vielzahl von Wärmeableitungssperrrippen auf der zweiten Substratoberfläche vorgesehen, wobei die Sperrrippen voneinander beabstandet sind.
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Die Druckschrift
EP 1 858 057 A2 offenbart eine Lichtemissionsvorrichtung, die ein erstes Substrat und ein zweites Substrat umfasst, das dem ersten Substrat gegenüberliegt, wobei das erste und das zweite Substrat ein Vakuumgefäß bilden. Weiterhin sind eine Elektronenemissionseinheit, die sich auf dem ersten Substrat befindet, und eine Lichtemissionseinheit vorgesehen, die sich auf dem zweiten Substrat befindet. Die Lichtemissionseinheit umfasst eine Vielzahl von Leuchtstoffschichten, die auf dem zweiten Substrat angeordnet und voneinander beabstandet sind, eine Wärmeableitungsschicht, die zwischen den Leuchtstoffschichten angeordnet ist, und eine Anodenelektrode, die an einer Seite der Leuchtstoffschichten und der Wärmeableitungsschicht angeordnet ist.
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Wie oben beschrieben, ist durch die Verringerung der Brennweite die Anzeigevorrichtung näher an der Brennebene der refraktiven Optik angeordnet, so dass der Leistungseintrag deutlich höher ist als bei bisherigen Blickfeldanzeigesystemen. Die im Stand der Technik vorgeschlagenen transparenten Wärmesenken reichen daher nicht aus, die eingetragene Wärme in ausreichendem Maße abzuführen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigesystem zur Verfügung zu stellen, die insbesondere eine hohe Wärmeabführung von der Anzeigevorrichtung ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die Anzeigevorrichtung für ein Projektionsanzeigesystem, insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug, nach Anspruch 1 sowie durch das Anzeigesystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Anzeigevorrichtung für ein Projektionsanzeigesystem, insbesondere ein Blickfeldanzeigesystem, wobei die Anzeigevorrichtung eine Abbildungsfläche aufweist, über die ein abzubildendes Bild ausgebbar ist, wobei die Abbildungsfläche in Teilbereiche unterteilt ist, wobei mindestens zwei Teilbereiche durch mindestens einen Zwischenbereich voneinander getrennt sind, wobei eine Wärmeableitstruktur aus einem wärmeleitfähigen Material vorgesehen ist, die insbesondere nur den mindestens einen Zwischenbereich ganz oder teilweise überdeckt, um auf die Abbildungsfläche eingetragene Wärme seitlich der Abbildungsfläche abzuführen.
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Die obige Anzeigevorrichtung ist mit einer Wärmeableitstruktur auf der einer Anzeigefläche zugewandten Seite der Abbildungsfläche versehen. Durch die verbesserte Wärmeableitung aus dem Inneren der Abbildungsfläche mithilfe der Wärmeableitstruktur ist es möglich, auch aus Innenbereichen der Abbildungsfläche in ausreichendem Maß Wärme abzuführen, selbst wenn ein hoher Wärmeeintrag durch einfallendes Sonnenlicht entsteht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Anzeigesystem mit der obigen Anzeigevorrichtung und mit einer Optik zur Abbildung eines Anzeigebildes auf einer Anzeigefläche vorgesehen, wobei die Optik eine Feldanordnung mit optischen Elementen aufweist, die jeweils einem Teilbereich der Abbildungsfläche zugeordnet sind, um eine Teilabbildung in jedem Teilbereich auf die Anzeigefläche zu projizieren, so dass dort ein zusammengesetztes Gesamtbild angezeigt wird.
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Das obige Anzeigesystem sieht eine Optik vor, bei der Teilabbildungen auf zwischen der Wärmeableitstruktur definierten Teilbereichen der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung durch separate optische Elemente auf die Anzeigefläche projiziert werden, so dass die dort angezeigte Abbildung zu einem Gesamtbild zusammengesetzt wird. Dies ermöglicht es, auf der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung bezüglich des Strahlengangs unter der Wärmeableitstruktur liegende Bereiche nicht für die Abbildung des Anzeigebilds zu nutzen. Dadurch kann vermieden werden, dass Abbildungsteile ganz oder teilweise durch die nicht transparente Wärmeableitstruktur abgedeckt werden.
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Die separate Abbildung von Teilabbildungen zum Aufbau eines Gesamtbilds wird Multikanalansatz genannt und hat den Vorteil, dass die optischen Elemente sehr kompakt angeordnet werden können. Es kann beispielsweise auf einen Spiegel im optischen System verzichtet werden und stattdessen eine Feldanordnung (Array) aus Sammellinsen so angeordnet werden, dass die einzelnen Teilabbildungen der Teilbereiche der Anzeigevorrichtung auf die Anzeigefläche projiziert werden und dort das aus den abgebildeten Teilabbildungen bestehende Anzeigebild zusammengesetzt wird.
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Die Verbindung des Multikanalansatzes mit der Wärmeableitstruktur zur Wärmeableitung von Wäre auch aus inneren Bereichen der Abbildungsfläche stellt daher eine Möglichkeit dar, die Anzeigevorrichtung nahe an die Brennebene der refraktiven Optik des Anzeigesystems anzuordnen und gleichzeitig bei Einstrahlung von Sonnenlicht eine ausreichende Wärmeabführung zu ermöglichen.
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Weiterhin kann die Wärmeableitstruktur eine Gitterstruktur aufweisen und insbesondere aus einem nicht transparenten, insbesondere metallischen Material ausgebildet sein. Das Ausbilden der Gitterstruktur mit einem nichttransparenten Material ermöglicht die Verwendung von Materialien mit höheren Wärmeleitfähigkeiten als es der Fall wäre, wenn lediglich transparente Materialien für die Ableitung von Wärme zur Verfügung stehen würden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die die Abbildungsfläche zumindest auf den Teilbereichen von einer transparenten Wärmeaufnahmeschicht überdeckt ist, die insbesondere aus einem kristallinen Material ausgebildet ist, und insbesondere Saphirglas umfasst.
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Insbesondere kann das Material der Wärmeableitstruktur eine höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Material der transparenten Wärmeaufnahmeschicht.
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Weiterhin kann das Material der transparenten Wärmeaufnahmeschicht eine höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Material der Abbildungsfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Wärmeaufnahmeschicht flächig auf der Abbildungsfläche angeordnet und die Wärmeableitstruktur auf der transparenten Wärmeaufnahmeschicht aufgebracht sein.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Wärmeableitstruktur in die Wärmeaufnahmeschicht eingebettet sein.
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Weiterhin kann ein Wärmesenkenelement mit der wärmeleitfähigen Struktur in Verbindung stehen, wobei das Wärmesenkenelement insbesondere seitlich der Abbildungsfläche angeordnet ist.
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Weiterhin kann bei dem Anzeigesystem die Wärmeableitstruktur einer Gitterstruktur entsprechen und die Feldanordnung als Linsenfeldanordnung mit Sammellinsen so ausgebildet sein, dass die Mittenstrahlen durch die Teilbereiche der Abbildungsfläche den optischen Achsen der Sammellinsen der Linsenfeldanordnung zugeordnet sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Anzeigesystems für eine Blickfeldanzeige in einem Fahrzeug;
- 2 eine Draufsicht auf die Anzeigevorrichtung mit der Abbildungsfläche und Teilbereichen zum Bereitstellen von Abbildungsteilen;
- 3 eine Draufsicht auf die Anzeigevorrichtung, die mit der Wärmeaufnahmeschicht und der Wärmeableitstruktur versehen ist; und
- 4a und 4b Querschnittsansichten durch zwei Varianten der Anzeigevorrichtungen mit eingebetteter und aufgesetzter Wärmeableitstruktur.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Anzeigesystems 1 für eine Blickfeldanzeige in einem Fahrzeug. Das Anzeigesystem 1 ist ausgelegt, um eine Abbildung auf eine Anzeigefläche A einer Windschutzscheibe 2 oder eine davon separate Kombinierfläche zu projizieren, so dass einem Benutzer ein die Wahrnehmung der Realumgebung überlagerndes Anzeigebild angezeigt wird. Ein solches Anzeigesystem 1 wird auch Head-up-Display (HUD) genannt.
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Das Anzeigesystem 1 weist eine Lichtquelle 3 auf, die Licht in Richtung einer Anzeigevorrichtung 4 abstrahlt. Die Anzeigevorrichtung 4 umfasst im Wesentlichen eine Abbildungsfläche 41 einer flächigen Flüssigkristallanordnung (LCD), deren Transparenz pixelweise einstellbar ist, um dem Strahlenbündel B der Lichtquelle 3 eine anzuzeigende Abbildung einzuprägen.
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Die Abbildung der Anzeigevorrichtung 4 wird auf eine refraktive Optik 5 gerichtet, die die Abbildung der Anzeigevorrichtung 4 auf die Anzeigefläche 2 projiziert, so dass dort ein Anzeigebild der Abbildung der Anzeigevorrichtung 4 in gewünschter Weise dargestellt wird.
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Die refraktive Optik 5 kann eine Feldanordnung mit nebeneinander angeordneten optischen Elementen 51, wie z. B. Sammellinsen, umfassen, um jeweils einen Teilbereich der Abbildungsfläche 41 der Anzeigevorrichtung 4 auf einen Teilbereich der Anzeigefläche 2 abzubilden. Alternativ kann die Optik 5 auch eine Feldanordnung von abbildenden Spiegeln (Hohlspiegeln) oder dergleichen aufweisen.
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Wie in der Draufsicht der 2 dargestellt, weist die Anzeigevorrichtung 4 eine Abbildungsfläche 41 mit Teilbereichen 42 auf, die in einer Feldanordnung angeordnet sind. Zwischenbereiche 43 zwischen den Teilbereichen 42 werden nicht aktiv zum Bereitstellen eines Abbildungsteils angesteuert oder sind nicht zur Abbildung ausgebildet bzw. vorgesehen und werden für eine Ausgabe eines Bestandteiles des Anzeigebildes nicht genutzt.
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Die Feldanordnung der Sammellinsen 51 ist schematisch als gestrichelte Linien in 2 dargestellt, wobei jede Sammellinse 51 der Feldanordnung im Strahlengang der Lichtquelle 3 über dem Teilbereich 42 der Abbildungsfläche 41 angeordnet ist. Auf diese Weise bildet jede Sammellinse 51 eine Abbildung des Teilbereichs 42 auf die Anzeigefläche A ab. Die Abbildung auf der Anzeigefläche A durch die Optik 5 erfolgt so, dass sich die einzelnen auf die Anzeigefläche A projizierten Abbildungen der Teilbereiche zu einem Gesamtbild zusammensetzen.
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Über den Zwischenbereichen 43 zwischen den Teilbereichen 42 der Abbildungsfläche 41 wird nun, wie in 3 gezeigt, eine wärmeleitende Wärmeableitstruktur 7 aus Ableitelementen 71, insbesondere Gitterelementen, vorgesehen. Die Ableitelemente 71 überdecken die Teilbereiche 42 nicht. Die Wärmeableitstruktur 7 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um Wärme, die auf die Abbildungsfläche 41 eingetragen wird, abzuleiten. Da die Zwischenbereiche 43 nicht zur Ausgabe einer Abbildung auf der Anzeigefläche A dienen, ist es möglich, die Wärmeableitstruktur 7 nicht transparent auszubilden. Insbesondere kann die Wärmeableitstruktur 7 aus einem metallischem Material, wie z.B. Aluminium oder Kupfer, ausgebildet sein.
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Über den Teilbereichen 42 kann zudem flächig eine transparente Wärmeaufnahmeschicht 8, wie beispielsweise ein kristalliner Werkstoff, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit als optisches Glas aufweist, wie z.B. Saphirglas oder dergleichen, aufgebracht sein und thermisch mit den Teilbereichen 42 und mit der Wärmeableitstruktur 7 verbunden sein. Auf diese Weise kann Wärme, die durch Auftreffen von gebündeltem Sonnenlicht entsteht, durch die transparenten Wärmeaufnahmeschicht 8 aufgenommen werden und über die Wärmeableitstruktur 7 seitlich von der Abbildungsfläche 41 abgeleitet werden. Dazu kann die Wärmeableitstruktur 7 an einem oder mehreren Rändern der Abbildungsfläche 41 bzw. der Anzeigevorrichtung 4 mit einem Wärmesenkenelement 10, wie z.B. einem Kühlkörper oder dergleichen, verbunden sein.
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Zwei alternative Möglichkeiten der Ausgestaltung der Wärmeabführung sind in den Querschnittsansichten der 4a und 4b dargestellt. 4a zeigt eine Querschnittsansicht durch die Anzeigevorrichtung 4, bei der unmittelbar über den Zwischenbereichen 43 der Abbildungsfläche 41 die Wärmeableitstruktur 7 aufgebracht ist. Zwischen den Gitterelementen 71 der Wärmeableitstruktur 7 ist die transparenten Wärmeaufnahmeschicht 8 eingebracht, insbesondere so dass eine bündige Oberfläche der Anzeigevorrichtung 4 entsteht.
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Alternativ ist es möglich, wie in 4b gezeigt, auf der Abbildungsfläche 41 flächig den transparenten Wärmeleiter 8 aufzubringen, so dass diese die Teilbereiche 42 und die Zwischenbereiche 43 überdeckt. Auf die Oberfläche der transparenten Wärmeaufnahmeschicht 8 ist die Wärmeableitstruktur 7 aufgebracht, so dass die Ableitelemente 71 nur über Zwischenbereichen 43 angeordnet sind. Damit ist eine einfachere Herstellung der Wärmeabführung möglich.
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Durch das zusätzliche Vorsehen der Gitterstruktur 7 über Bereichen der Abbildungsfläche 41, die für die Abbildung des Anzeigebildes nicht genutzt werden, kann einerseits eine Abschattung des Anzeigebildes durch die nicht transparente Gitterstruktur 7 vermieden werden und gleichzeitig die Wärmeabführung auch aus inneren Bereichen der Abbildungsfläche 41 zuverlässig gewährleistet werden. Dadurch ist es möglich, die Anzeigevorrichtung 4 näher an der Brennebene der Sammellinsen 51 der Linsenfeldanordnung anzuordnen, da auch ein erhöhter Wärmeeintrag durch den Einfall von Sonnenlicht in zuverlässiger Weise abgeführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anzeigesystem
- 2
- Anzeigefläche
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Anzeigevorrichtung
- 41
- Abbildungsfläche
- 42
- Teilbereiche
- 5
- refraktive Optik
- 51
- Sammellinsen
- 7
- Wärmeableitstruktur
- 8
- Wärmeaufnahmeschicht
