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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Frontscheibenanzeigeeinrichtungen, insbesondere Head-up-Display-Einrichtungen, für Kraft- und Luftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Unterdrückung von Störreflexionen durch in eine Projektionseinrichtung der Frontscheibenanzeigeeinrichtung einfallendes Umgebungslicht.
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Stand der Technik
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Frontscheibenanzeigeeinrichtungen, wie Head-up-Displays, zur visuellen Anzeige von Informationen im Blickfeld eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 10 2010 032 998 A1 ein Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug mit einer Projektionseinrichtung, über die ein anzuzeigendes Bild auf eine als Kombiniereinrichtung wirkende Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs projiziert wird. Derartige Frontscheibenanzeigeeinrichtungen haben im Unterschied zu den übrigen Anzeigeeinrichtungen im Kraftfahrzeug den Vorteil, dass der Fahrer den Blick nicht von dem Verkehrsgeschehen abwenden muss, um wichtige Informationen, wie zum Beispiel die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, oder optische Anweisungen eines Navigationssystems zu erfassen.
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Bei Frontscheibenanzeigeeinrichtungen wird die Projektion der visuellen Information auf die Frontscheibe in der Regel so durchgeführt, dass für den Fahrer den Eindruck entsteht, dass sich das Bild außerhalb des Fahrgastraums vor dem Fahrzeug befindet. Dadurch ist es möglich, dass zum Erfassen der angezeigten Information die Akkommodation der Augen geringer ausfallen kann.
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Bei bekannten Frontscheibenanzeigeeinrichtungen werden Maßnahmen vorgesehen, um zu vermeiden, dass Umgebungslicht, das in eine Projektionseinrichtung der Frontscheibenanzeigeeinrichtung fällt, auf die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs reflektiert wird und die Darstellung der anzuzeigenden Information beeinträchtigt. Daher enthält die Projektionseinrichtung in der Regel eine reflektierende und gekrümmte Abdeckscheibe, die einfallendes Umgebungslicht in Richtung einer lichtabsorbierenden Fläche, auch Spiegelbank genannt, reflektiert. Das reflektierte Umgebungslicht wird an der lichtabsorbierenden Fläche nur in geringem Maß reflektiert, so dass störende Reflexionen von Umgebungslicht oder Ausleuchtungen in einem Anzeigebereich auf der Frontscheibe im Wesentlichen vermieden werden können.
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Frontscheibenanzeigeeinrichtungen werden üblicherweise in einer Oberseite einer Instrumententafel im Bereich über der Lenksäule eingesetzt, wo in der Regel nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. In der Regel weist die Baugruppe aus der lichtabsorbierenden Fläche und der reflektierenden gekrümmten Abdeckscheibe jedoch eine Bauhöhe zwischen 5 und 10 cm auf, die die Gesamtbauhöhe der Frontscheibenanzeigeeinrichtung erheblich vergrößert.
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In der Druckschrift
DE 10 2010 032 998 A1 wird dazu vorgesehen, dass die lichtabsorbierende Fläche zumindest teilweise durch eine innenseitige Beschichtung der Frontscheibe gebildet wird. Die Bauhöhe des Head-up-Displays wird dennoch erheblich durch die gekrümmte reflektierende Abdeckscheibe bestimmt.
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Auch aus der Druckschrift
DE 10 2007 035 255 A1 ist eine Frontscheibenanzeige bekannt mit einer in einem Gehäuse aufgenommenen Anzeigequelle zur Überlagerung eines virtuellen Bildes, das durch eine Öffnung des Gehäuses auf eine Frontscheibe eines Fahrzeugs projiziert wird, mit einem Vordergrundbild durch die Frontscheibe. Die Abdeckung ist so ausgebildet, dass ein Eintritt von Fremdteilchen durch die Öffnung ins Innere des Gehäuses verhindert wird und das von der Anzeigequelle projizierte Bild hindurchgelangen kann. Die Abdeckung ist im Querschnitt im Wesentlichen keilförmig ausgebildet, so dass eine im Wesentlichen geradlinige Lichtbahn eines direkten Lichts von einem willkürlichen Punkt auf der Anzeigequelle durch die Abdeckung ohne Reflexion transmittiert wird. Durch die gekrümmte Ausgabefläche der Abdeckung wird das durch die Frontscheibe von außen eintretende Licht in Richtungen mit Ausnahme der Richtung zum Augenpunkt eines Fahrers des Fahrzeugs reflektiert.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2011 075 205 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, wobei die Anzeigevorrichtung ein Gehäuse mit einer Außenwand umfasst, in der eine Austrittsblende angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Anzeigevorrichtung einen Bildgeber zum Erzeugen einer Bildinformation, wobei der Bildgeber innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Anzeigevorrichtung zumindest ein optisches Element, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und ausgebildet ist, um die Bildinformation in einer Fokalebene, die im Bereich der Austrittsblende angeordnet ist, zu konzentrieren.
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Künftig soll die Frontscheibenanzeigeeinrichtung für größere Anzeigeflächen vorgesehen werden, so dass der Bildaustrittschacht an der Oberseite der Instrumententafel größer als bisher vorgesehen werden muss. Dies führt bei einer Reflexionsvermeidung mithilfe einer konkaven Abdeckscheibe zu einem erheblich vergrößerten Bauraum, da sich durch Erhöhung der lateralen Abmessungen auch die Tiefe der Abdeckscheibe erhöht.
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Weiterhin muss die Stärke der Krümmung jeder der Frontscheibenanzeigeeinrichtungen für unterschiedliche Fahrzeuge neu angepasst werden, da sich durch die unterschiedlichen Windschutzscheibenneigungen, Fahrersitzpositionen und Anordnung der Frontscheibeanzeigeeinrichtung in der Instrumententafel andere Ablenkungswinkel des einfallenden Lichts ergeben. Dadurch entstehen ein erhöhter Auslegungsaufwand sowie deutlich höhere Herstellkosten, da für jeden Fahrzeugtyp ein eigenes Werkzeug zur Herstellung der gekrümmten Abdeckscheibe benötigt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Frontscheibeanzeigeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der Störreflexionen durch einfallendes Umgebungslicht vermieden werden und die eine geringe Bauhöhe aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung 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 Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- - eine transparente Abdeckscheibe zum Schutz einer Projektionseinrichtung; und
- - ein optisches Gitter, mit dem ein transparentes Substrat der Abdeckscheibe versehen ist und das ausgebildet ist, um aus der Umgebung auf eine erste Flächenseite der Abdeckscheibe unter einem Einfallswinkel innerhalb eines Einfallswinkelbereichs einfallendes Licht zu absorbieren und um auf eine zweite Flächenseite der Abdeckscheibe unter einem Einfallswinkel innerhalb eines Projektionswinkelbereichs einfallendes Projektionslicht zu transmittieren.
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Eine Idee der obigen Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung besteht darin, eine Abdeckscheibe vorzusehen, die besondere optische Eigenschaften aufweist. Dazu wird die Abdeckscheibe mit einem Gitter versehen, das durch Aufbringen von optisch intransparenten Strukturen auf ein transparentes Substrat der Abdeckscheibe gebildet ist. Anordnung, Abstand und Höhe der Strukturen sind so ausgelegt, dass aus einem Einfallswinkelbereich auf eine Oberseite der Abdeckscheibe einfallendes Umgebungslicht an Flächen der Strukturen absorbiert werden und von einer Unterseite in einem Projektionswinkelbereich einfallendes Projektionslicht transmittiert wird, wodurch das Projektionsbild durch die Abdeckscheibe in Richtung der Windschutzscheibe projiziert werden kann.
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Somit kann die Abdeckscheibe so mit dem Gitter versehen sein, dass durch die Windschutzscheibe einfallendes Umgebungslicht nicht reflektiert wird, so dass der Fahrer durch reflektiertes Umgebungslicht nicht geblendet wird.
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Durch die besonderen Absorptionseigenschaften der Abdeckscheibe mit Gitter ist die bisher vorgesehene konkave Krümmung der Abdeckscheibe obsolet, so dass zum einen der Bauraum in Tiefenrichtung reduziert werden kann und zum anderen die Herstellkosten durch Wegfallen der Individualisierung für verschiedene Fahrzeugtypen gesenkt werden können. Insbesondere hat eine Abdeckscheibe mit Gitter den Vorteil, dass diese in beliebige Form gebracht werden kann und insbesondere eben ausgebildet sein kann.
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Weiterhin kann das Gitter mindestens zwei Strukturierungsebenen mit sich in einer Längsrichtung parallel erstreckenden Strukturen aufweisen, die quer zueinander versetzt sind, um den Projektionswinkelbereich und den Einfallswinkelbereich zu definieren.
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In einer Alternative kann das optische Gitter auch als Crossed-Grating ausgebildet sein.
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Weiterhin kann der Einfallswinkelbereich und der Projektionswinkelbereich zur Flächennormalen des Substrats in die gleiche laterale Richtung geneigt sein.
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Insbesondere können die Strukturen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Gitter eine Strukturierungsebene mit sich in einer Längsrichtung erstreckenden Strukturen aufweisen, wobei sich die Strukturen schräg zur Flächennormalen des Substrats erstrecken.
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Weiterhin kann das Substrat mit Glas oder einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein, wobei die Strukturen aus einem lichtabsorbierenden Material, insbesondere aus einem Metall und/oder Metalloxid oder einem Schichtensystem aus Metall und Metalloxid ausgebildet sind. Insbesondere können die Strukturen aus Chrom und/oder Chromoxid gebildet sein.
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Weiterhin können die Strukturen ganz oder teilweise in dem Substrat vorgesehen sein. Die mit dem innenliegenden Gitter versehene Abdeckscheibe kann so mit einer ebenen Grenzfläche ausgebildet werden und weist dadurch eine erhöhte Kratzbeständigkeit auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann die obige Anordnung für eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraft- oder Luftfahrzeug verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Projektionslichtstrahls für die Darstellung einer Abbildung auf einem Anzeigebereich auf einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs; und
- - die obige Anordnung, die so an der Projektionseinrichtung angeordnet ist, dass die erste Flächenseite der Windschutzscheibe zugewandt ist und dass innerhalb des Einfallwinkelbereichs einfallendes Umgebungslicht absorbiert wird, um eine Blendung eines Fahrzeuginsassen zu verhindern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- - eine Instrumententafel zwischen einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule;
- - die obige Frontscheibenanzeigeeinrichtung, wobei die Anordnung im Wesentlichen bündig zur Oberseite der Instrumententafel angeordnet ist.
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Weiterhin können sich Strukturen von Strukturierungsebenen des optischen Gitters in Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstrecken.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug; und
- 2 eine Querschnittsdarstellung durch einen Ausschnitt der Abdeckscheibe mit optischen Gittern;
- 3a und 3b Querschnittsdarstellungen durch einen Ausschnitt von weiteren Abdeckscheiben mit in dem Substrat aufgenommenem Gitter; und
- 4 Querschnittsdarstellungen durch einen Ausschnitt einer weiteren Abdeckscheibe mit Gitter.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1, wie z. B. ein Head-up-Display. Die Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1 umfasst eine optische Projektionseinrichtung 2 und eine Abdeckung 3.
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Die Frontscheibenanzeigeeinrichtung 1 ist im Wesentlichen in eine Öffnung 9 in einer Oberseite 8 einer Instrumententafel 7 zwischen einem Lenkrad und einer Frontscheibe 5 so eingesetzt, dass diese im Wesentlichen bündig mit der Oberseite 8 abschließt bzw. an diese angrenzt.
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Die Projektionseinrichtung 2 gibt in geeigneter Weise ein Projektionsstrahlenbündel L aus, der in einer Projektionsrichtung P auf einen Anzeigebereich 4 einer Frontscheibe 5 eines Kraftfahrzeugs gerichtet ist. Die Projektionseinrichtung 2 umfasst in bekannter Weise ein System aus einem oder mehreren Spiegeln 21, ggfs. Linsen (nicht gezeigt) und einem Projektor 22. Ein von dem Projektor 22 ausgegebenes Projektionsbild wird als Projektionsstrahlenbündel L durch den einen oder die mehreren Spiegel 21 in die Projektionsrichtung P ausgerichtet und auf den Anzeigebereich 4 projiziert. Das in dem Anzeigebereich 4 angezeigte Projektionsbild dient zur Darstellung einer Information für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und wird so abgebildet, dass der Fahrer den Eindruck hat, dass sich das Projektionsbild außerhalb der Fahrgastzelle vor der Frontscheibe 5 befindet.
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Während üblicherweise zwischen der Projektionseinrichtung 2 und dem Anzeigebereich 4 eine Abdeckscheibe 6 mit einer Krümmung ausgebildet ist, um einfallendes Umgebungslicht auf eine seitlich angeordnete lichtabsorbierende Fläche zu richten, ist nun unmittelbar an der Projektionseinrichtung 2 eine Abdeckscheibe 6 vorgesehen, die die Projektionseinrichtung 2 vor einer Verschmutzung durch zum Beispiel Staubpartikel schützt. Die Abdeckscheibe 6 kann transparent und im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Jedoch sind auch beliebig gekrümmte Formen der Abdeckscheibe 6 denkbar.
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Die Abdeckscheibe 6 ist lösbar an der Oberseite der Instrumententafel 7 angeordnet. Dadurch kann die Abdeckscheibe 6 für eine Reinigung abgenommen werden. Die Abdeckscheibe 6 ist in einem Abdeckrahmen 15 angeordnet, der in die Öffnung 9 der Oberseite 8 der Instrumententafel 7 eingesetzt werden kann. Der Abdeckrahmen 15 weist eine Höhe auf, so dass die Abdeckscheibe 6 darin aufgenommen werden kann, so dass obere Kanten des Abdeckrahmens 15 und der Abdeckscheibe 6 miteinander bündig abschließen. Ferner kann der Abdeckrahmen 15 einen abstehenden Rand 16 aufweisen, der an der Oberseite 8 der Instrumententafel 7 über die Öffnung 9 übersteht und dadurch darin gehalten wird.
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Die Abdeckscheibe 6 ist mit einem optischen Gitter 10 versehen, durch das von der Oberseite in einem Einfallswinkelbereich einfallendes Umgebungslicht an Flächen des optischen Gitters 10 absorbiert wird. Weiterhin ist das Gitter 10 so ausgebildet, dass von der Unterseite in einem Projektionswinkelbereich einfallendes Projektionslicht großteils transmittiert wird. Das Gitter 10 ist so ausgebildet, dass der Einfallswinkelbereich einem Winkelbereich entspricht, bei dem das Umgebungslicht bei einfacher Abdeckscheibe durch direkte oder indirekte (über die Windschutzscheibe stattfindende) Reflexion einen Fahrzeuginsassen blenden würde.
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Wie in 2 im Querschnitt dargestellt, weist das optische Gitter 10 ein flächiges transparentes Substrat 11 auf, das zwei in zueinander versetzten Ebenen Strukturierungen 12 aufweist. Die Strukturierungen umfassen beabstandete stegartige intransparente Strukturen 13, die sich in einer Längsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) erstrecken. Die Querschnitte der Strukturen 13 sind rechteckig dargestellt, können jedoch herstellungsbedingt auch andere Querschnitte aufweisen.
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Zudem können andere Ausführungsformen auch kreuzförmige Gitteranordnungen mit stegartigen Strukturen in zwei verschiedenen Flächenrichtungen umfassen.
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Die Strukturierungen 12 sind im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Ebenen auf einander gegenüberliegenden Flächenseiten A, B des Substrats 11 dargestellt. In alternativen Ausführungsformen können, wie in den 3a und 3b dargestellt, auch eine oder beide Ebenen der Strukturierungen 12 im Inneren des Substrates 11 vorgesehen sein.
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Die längs verlaufenden Strukturen 13 einer ersten Strukturierungsebene 12a, die dem einfallenden Umgebungslicht U zugewandt ist, sind lichtabsorbierend ausgebildet und können jeweils eine Höhe H aufweisen, durch die in einem Einfallswinkelbereich einfallendes Umgebungslicht U an der Oberfläche der Strukturen 13 absorbiert wird oder ins Innere des Substrats 11 reflektiert wird.
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Das Umgebungslicht, das zwischen den Strukturen 13 der ersten Strukturierungsebene 12a hindurchgelangt, durchdringt das Substrat 11 und trifft je nach Einfallswinkel der einfallenden Umgebungslichtstrahlen winkelabhängig auf die Strukturen 12 einer zweiten Strukturierungsebene 12b. Um den Einfallswinkelbereich des Umgebungslichts zu definieren, weisen die erste Strukturierungsebene 12a und die zweite Strukturierungsebene 12b Strukturierungen auf, deren Strukturen die gleichen Abstände p zueinander aufweisen. Die erste Strukturierungsebene 12a und die zweite Strukturierungsebene 12b sind zueinander quer zur Richtung der Längserstreckung der Strukturen 13 versetzt. In 2 wird der Versatz der Strukturierungsebenen 12a, 12b mit x angegeben.
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Wie in der vereinfachenden Darstellung der
2 mit gleichartigen Strukturen der Strukturierungsebenen 12a, 12b und Strukturen
13 mit rechteckigen Querschnitten dargestellt, wird einfallendes Umgebungslicht, das die erste Strukturierungsebene 12a durchdringt, an einer Struktur
13 der zweiten Strukturierungsebene 12b absorbiert, wenn dieses unter einem Einfallswinkel auf die Oberseite A auftrifft, der zwischen folgenden Winkeln liegt:
wobei W der Breite einer Struktur
13 und H der Höhe einer Struktur entsprechen.
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Gleichzeitig wird aus Richtung der Unterseite B auf die Abdeckscheibe 6 einfallendes Projektionslicht P, das unter einem Projektionswinkel einfällt, der innerhalb eines Projektionswinkelbereiches liegt, transmittiert, da dieses zwischen den Strukturen beider Strukturierungsebenen 12a, 12b hindurchgelangt.
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Der Projektionswinkelbereich definiert sich zwischen
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Die Schichtdicke des Substrats kann zwischen 1 mm und 5 mm betragen. Das Substrat kann aus Glas, einem Kunststoff, wie PMMA, oder einem anderen optisch transparenten Material ausgebildet sein. Die Strukturen 13 können aus einem Material gebildet sein, das eine hohe Absorptionsfähigkeit für sichtbares Licht hat. Insbesondere können die Strukturen aus Metall und Metalloxid ausgebildet sein, wie z. B. aus Chrom und Chromoxid.
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Eine andere Ausführungsform der Abdeckscheibe ist in der Querschnittsdarstellung der 4 gezeigt. Dort ist nur ein einziges Lamellengitter mit geschrägten Strukturen 31 vorgesehen. Die geschrägten Strukturen 31 sind auf einem transparenten Substrat 32 aufgebracht und ermöglichen eine Transmission von Projektionslicht nur in einem Winkelbereich, der durch den Schrägungswinkel definiert ist und sich in einem Winkelbereich um den Schrägungswinkel erstreckt. Die Seitenwände der geschrägten Strukturen bilden also Lichtführungskanäle 33 für das Projektionslicht. Umgebungslicht U, das von einer Oberseite der Abdeckscheibe unter einem Einfallswinkel auftrifft, die sich im Wesentlichen quer zum Verlauf der Lichtführungskanäle 33 erstrecken, werden dagegen absorbiert oder reflektiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Frontscheibenanzeigeeinrichtung
- 2
- Projektionseinrichtung
- 3
- Abdeckung
- 4
- Anzeigebereich
- 5
- Frontscheibe
- 6
- Abdeckscheibe
- 7
- Instrumententafel
- 8
- Oberseite
- 9
- Öffnung
- 10
- optisches Gitter
- 11
- Substrat
- 12
- Strukturierungsebene
- 13
- Struktur
- 15
- Abdeckrahmen
- 16
- abstehender Rand
- 21
- Projektionsspiegel
- 22
- Projektor
- 31
- Strukturierung
- 32
- Substrat
- 33
- Lichtführungskanäle
- U
- Umgebungslichtstrahl
- P
- Projektionslichtstrahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010032998 A1 [0002, 0006]
- DE 102007035255 A1 [0007]
- DE 102011075205 A1 [0008]
