DE102017206365A1

DE102017206365A1 - Anordnung zur Reflexionsunterdrückung bei einer Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung sowie eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE102017206365A1
Application number: DE102017206365.3A
Authority: DE
Inventors: Daniela Essenpreis; Thomas Gerstl; Mark Riebe; Oliver Wick; Daniel Asoubar; Michael Arthur Janzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- eine transparente Abdeckscheibe (6) zum Schutz einer Projektionseinrichtung (2); und
- ein Volumengitter (11), mit dem die Abdeckscheibe (6) versehen ist und das ausgebildet ist, um aus der Umgebung auf eine Oberseite der Abdeckscheibe (6) einfallendes Licht in mindestens einen vorgegebenen Reflexionswinkelbereich zu reflektieren und auf eine Unterseite der Abdeckscheibe (6) einfallendes Projektionslicht zu transmittieren.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen, insbesondere Head-up-Display-Einrichtungen, für Kraft- und Luftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Unterdrückung von Störreflexionen durch in eine Projektionseinrichtung der Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung einfallendes Umgebungslicht.
Stand der Technik
Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen, 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 Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen 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.
Bei Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen wird die visuelle Information in der Regel so auf die Frontscheibe projiziert, dass für den Fahrer der 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.
Bei bekannten Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen werden Maßnahmen vorgesehen, um zu vermeiden, dass Umgebungslicht, das in eine Projektionseinrichtung der Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung 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.
Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen 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 Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung erheblich vergrößert.
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.
Auch aus der Druckschrift DE 10 2007 035 255 A1 ist eine Frontscheibenanzeige bekannt, bei der mithilfe einer Anzeigequelle ein auf eine Frontscheibe projiziertes virtuelles Bild mit einem Vordergrundbild durch die Frontscheibe überlagert wird. 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 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.
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.
Künftig soll die Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung 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.
Weiterhin muss die Stärke der Krümmung jeder der Frontscheiben-Anzeigeeinrichtungen für unterschiedliche Fahrzeuge neu angepasst werden, da sich durch die unterschiedlichen Windschutzscheibenneigungen, Fahrersitzpositionen und Anordnung der Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung in der Instrumententafel andere Ablenkungswinkel des einfallenden Lichts ergeben. Dadurch entstehen ein erhöhter Auslegungsaufwand sowie deutlich höhere Herstellungskosten, da für jeden Fahrzeugtyp ein eigenes Werkzeug zur Herstellung der gekrümmten Abdeckscheibe benötigt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der Störreflexionen durch einfallendes Umgebungslicht vermieden werden und die eine geringe Bauhöhe aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:

- eine transparente Abdeckscheibe zum Schutz einer Projektionseinrichtung; und
- ein Volumen-Bragg-Gitter (kurz: Volumengitter), mit dem die Abdeckscheibe versehen ist und das ausgebildet ist, um aus der Umgebung auf eine Oberseite der Abdeckscheibe einfallendes Licht in mindestens einen vorgegebenen Winkelbereich zu reflektieren bzw. zu beugen und auf eine Unterseite der Abdeckscheibe einfallendes Projektionslicht zu transmittieren.

Eine Idee der obigen Anordnung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung besteht darin, eine Abdeckscheibe vorzusehen, die besondere optische Eigenschaften aufweist. Dazu wird die Abdeckscheibe mit einem Multiplex-Volumengitter versehen. Volumen-Bragg-Gitter sind allgemein bekannt und entsprechen Beugungsgittern mit räumlich periodischer Änderung der Brechzahl, die in einer oder mehreren Richtungen eine periodische Struktur aufweisen.
Durch die periodische Variation des Brechungsindex kann eine vom Einfallswinkel abhängige Reflexions- und Transmissionseigenschaft der Abdeckscheibe realisiert werden. Das Volumen-Bragg-Gitter ist so ausgebildet, dass einfallendes Umgebungslicht, das auf eine Oberseite der Abdeckscheibe unter einem bestimmten Winkel auf das Volumengitter auftrifft, in eine gewünschte Richtung reflektiert (bzw. gebeugt) wird.
Somit kann die Abdeckscheibe so mit dem Volumengitter versehen sein, dass durch die Windschutzscheibe einfallendes Sonnenlicht so in Richtung der Windschutzscheibe reflektiert wird, dass der Fahrer nicht geblendet wird. Das Licht kann beispielsweise effizient senkrecht nach oben reflektiert werden, wobei die Richtung der Reflexion durch Auslegung des Volumengitters nahezu frei gewählt werden kann.
Das Volumen-Bragg-Gitter ist so ausgelegt, dass Projektionslicht, das unter einem vorbestimmten Winkelbereich von der gegenüberliegenden Seite auf die Unterseite der Abdeckscheibe gerichtet ist, nicht mit dem Volumengitter in der Abdeckscheibe interagiert. Dieses wird transmittiert, wodurch das Projektionsbild nahezu ohne Verluste durch die Abdeckscheibe in Richtung der Windschutzscheibe projiziert werden kann.
Durch die besonderen Reflexionseigenschaften der Abdeckscheibe mit Volumen-Bragg-Gitter ist die bisher vorgesehene konkave Krümmung der Abdeckscheibe obsolet, so dass 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 Volumengitter den Vorteil, dass diese in beliebige Form gebracht werden kann und insbesondere eben ausgebildet sein kann und weiterhin so ausgelegt werden kann, dass für das Projektionsbild keine oder nur geringe Transmissionsverluste auftreten.
Die mit dem Volumengitter versehene Abdeckscheibe kann ferner mit einer ebenen Grenzfläche ausgebildet werden und weist dadurch eine erhöhte Kratzbeständigkeit auf.
Weiterhin kann das Volumengitter mehrere optische Schichten mit Einzelgittern (sog. gestapelte oder gestackte Gitter) aufweisen, die jeweils mit einem Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet sind, um einen bestimmten Wellenlängenbereich des Umgebungslichts, das in einem bestimmten Einfallswinkelbereich auf das Volumengitter auftrifft, in den vorgegebenen Winkelbereich zu reflektieren, wobei die Schichten so konfiguriert sind, dass die Wellenlängenbereiche das Spektrum des sichtbaren Lichts abdecken und das Umgebungslicht der verschiedenen Wellenlängenbereiche in den mindestens einen vorgegebenen Winkelbereich reflektieren. Ein solches Multiplex-Volumengitter weist also mehrere optische Schichten auf, in die jeweils eine individuelle periodische Variation des Brechungsindex eingebracht wird. Insbesondere durch das Multiplexing entstehen verschiedene Gitterorientierungen, da dabei verschiedene Brechzahlvariationen überlagert werden.
Mindestens zwei der optischen Schichten können so ausgebildet sein, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Einfallswinkelbereiche und/oder aneinander angrenzende Wellenlängenbereiche aufweisen.
Da bei einer Schicht des Volumengitters die Reflexion für einen schmalbandigen Wellenlängenbereich und/oder Lichteinfallswinkelbereich selektiv ist und von der verwendeten Gitterperiode in der Schicht abhängt, werden mehrere Schichten mit verschiedenen Strukturparametern, z. B. mit verschiedenen Gitterperioden und verschiedenen Brechungsindizes, übereinandergelegt, um so die optische Funktionalität zu erweitern und eine selektive Reflexion unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu ermöglichen. Dazu können die Schichten so ausgewählt werden, dass sie aneinander angrenzende Wellenlängenbereiche der Reflexion für aneinander angrenzende Lichteinfallswinkelbereiche aufweisen. D. h. für jeden Lichteinfallswinkelbereich werden mehrere Schichten mit aneinander angrenzenden Wellenlängenbereichen der Reflexion vorgesehen.
Durch die mehrlagige Ausbildung kann das Volumen-Bragg-Gitter also so ausgebildet werden, dass die Wellenlängenbereiche des richtungsselektiven Reflexions- und Transmissionsverhaltens auf das gesamte visuelle Spektrum sowie auf einen weiten Lichteinfallswinkelbereich erweitert werden.
Gemäß einer Ausführungsform können mindestens zwei der die optischen Schichten so ausgebildet sein, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Reflexionswinkelbereiche aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schichten eine Dicke von 50 µm bis 500 µm aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die obige Anordnung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung für ein Kraft- oder Luftfahrzeug verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein, umfassend:

- eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Projektionsstrahlenbündels 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 Umgebungslicht in den mindestens einen Reflexionswinkelbereich reflektiert, so dass Umgebungslicht weder direkt noch indirekt in einen vorgegebenen Raumbereich reflektiert wird.

Auf diese Weise kann eine Reflexion in den vorgegebenen Raumbereich unterbunden werden, um eine Blendung eines Fahrzeuginsassen zu verhindern. Der vorgegebene Raumbereich entspricht dabei dem Kopfbereich des Fahrers des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein, umfassend:

- eine Instrumententafel zwischen einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule;
- die obige Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung, wobei die Anordnung im Wesentlichen bündig zur Oberseite der Instrumententafel angeordnet ist.

Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug; und
2 Querschnittsdarstellungen durch einen Ausschnitt der Abdeckscheibe mit Multiplex-Volumengitter.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung durch eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung 1, wie z. B. ein Head-up-Display. Die Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung 1 umfasst eine optische Projektionseinrichtung 2 und eine Abdeckung 3.
Die Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung 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.
Die Projektionseinrichtung 2 gibt in geeigneter Weise ein Projektionsstrahlenbündel L aus, das 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.
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.
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.
Die Abdeckscheibe 6 ist mit einem Volumengitter 11 versehen, durch das von der Oberseite einfallendes Licht in vorgegebener Weise reflektiert wird. Weiterhin ist das Volumengitter 11 so ausgebildet, dass von der Unterseite einfallendes Projektionslicht im Wesentlichen vollständig transmittiert wird. Das Volumengitter 11 ist so ausgebildet, dass aus einem weiten Einfallswinkelbereich einfallendes Umgebungslicht in Reflexionswinkelbereiche reflektiert wird, bei denen das reflektierte Umgebungslicht weder direkt noch durch Reflexion an der Windschutzscheibe 5 in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen gelangt.
Wie in 2 im Querschnitt dargestellt, weist das Volumengitter 11 mehrere optisch transparente Schichten 12 auf, die auf einem optisch transparenten Substrat 13 aufgebracht sind. Die optischen Schichten 12 sind quer zur Reflexionsebene ausgerichtet und jeweils als ein Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet. Volumen-Bragg-Gitter weisen eine periodische Brechzahlvariation auf, die in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann, um einfallendes Licht selektiv zu reflektieren.
Ein optisches Volumen-Bragg-Gitter ist ein optisches Element mit einem transparenten Körper, beispielsweise aus Quarzglas oder transparentem Kunststoff, in dem der Brechungsindex räumlich periodisch variiert. Dies wird durch eine Abfolge von Reflexionsschichten erreicht, wobei der Brechungsindex innerhalb der Reflexionsschichten ein anderer ist als außerhalb der Reflexionsschichten. Die so erzielte räumliche Modulation des Brechungsindex weist eine vorgegebene Gitterperiode auf. Die Variation des Brechungsindex bewirkt eine wellenlängenabhängige Reflektivität für Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich um eine bestimmte Wellenlänge herum (Bandbreite), die die Bragg-Bedingung erfüllt. Diese lautet: $2 p sin φ = m λ$
wobei λ der Wellenlänge des einfallenden Lichts, m der gewählten Beugungsordnung, φ dem Propagationswinkel des Lichts relativ zur Normalen der Reflexionsschichten und p der Gitterperiode entspricht.
Reflektiert wird dasjenige einfallende Licht, für das die Bragg-Bedingung erfüllt ist. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel auf Schicht 12 und der Wellenlänge des einfallenden Umgebungslichtes U die Gitterperiode p des Volumen-Bragg-Gitters entsprechend gewählt sein muss. Die Gitterstruktur ergibt sich allgemein durch eine Mehrzahl von planparallelen Reflexionsschichten, in denen der Brechungsindex von dem Brechungsindex n in den übrigen Bereichen des Körpers 2 abweicht. Nach der Bragg-Bedingung weist dieses Gitter eine Wellenlängen- und Winkelselektivität auf, die von der Amplitude der Brechungsindex-Modulation abhängt.
In anderen Wellenlängenbereichen, d. h. dort, wo die obige Gleichung nicht erfüllt ist, beeinflusst das Volumen-Bragg-Gitter das Licht kaum, d. h. das Licht wird durch das Volumen-Bragg-Gitter transmittiert. Anhand der obigen Gleichung erkennt man, dass das Volumengitter selektiv für die Wellenlänge und den Einfallswinkel ist.
Die Selektivität der optischen Schichten 12 bezieht sich auf einfallendes Licht mit einer bestimmten Wellenlänge bzw. einem bestimmten Wellenlängenbereich und mit einem bestimmten Einfallswinkel bzw. einem bestimmten Einfallswinkelbereich. Jedes der Volumen-Bragg-Gitter kann mit einer anderen Selektivität bezüglich der Wellenlänge und des Einfallswinkelbereich ausgebildet werden, so dass die Stapelung der optischen mit Volumengitter versehenen Schichten verschiedener Selektivitäten eine Reflektion von Umgebungslicht in einem gesamten Wellenlängenbereich, die sich aus der Gesamtheit der Wellenlängenbereiche der optischen Schichten 12 ergibt, und aus einem gesamten Einfallswinkelbereich, der sich aus der Gesamtheit der Einfallswinkelbereiche der optischen Schichten 12 ergibt, bewirkt.
Zur Herstellung einer solchen transparenten Schicht 12 mit einem Volumen-Bragg-Gitter kann dieses mit einem fotosensitiven Material versehen werden, das mit einem Interferenzmuster von interferierendem kohärentem Licht der bestimmten Wellenlänge belichtet wird. Es ergeben sich entsprechend der örtlichen Lichtstärke des Interferenzmusters örtliche Brechzahlunterschiede in dem Material der optischen Schicht 12 und damit eine periodische Brechzahlvariation. Diese bewirkt die o. a. Eigenschaften für einfallendes Licht.
Die transparenten Schichten 12 können jeweils Periodizitäten in eine oder mehrere Richtungen aufweisen und sich im Wesentlichen parallel zueinander in einer Längsrichtung, insbesondere geradlinig, erstrecken.
Reflexionseigenschaften der einzelnen Schichten 12 können sowohl bezüglich der Längsachse als auch der Querachse definiert sein, d. h. durch Wahl der Brechzahlvariation und der Periodizität wird eine Definition der bestimmten Einfallswinkelbereiche für einfallendes Umgebungslicht bezüglich der Längsrichtung und der Querrichtung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Die Schichtdicke D der einzelnen Schichten 12, die beispielsweise als Folien ausgebildet sein können, kann 50 bis 500 µm betragen.
Für jede Schicht 12 der Abdeckscheibe 6 ist die Reflektivität für Umgebungslicht U abhängig von dem durch die Brechzahlperiodizität bestimmten Einfallswinkelbereich und dem bestimmten Wellenlängenbereich eines entsprechenden Lichtanteils des Umgebungslichts. Durch die Überlagerung, d. h. das Multiplexen von Volumen-Bragg-Gittern, kann ein Volumengitter 11 geschaffen werden, das eine selektive Reflexion von verschiedenen Wellenlängenbereichen von Umgebungslicht und Einfallswinkelbereichen ermöglicht. Insbesondere ist vorgesehen, die Abdeckscheibe 6 mithilfe des Multiplexens von Wellenlängenbereichen für ein gewünschtes richtungsselektives Reflexions- und Transmissionsverhalten auf das gesamte visuelle Spektrum und einen weiten Einfallswinkelbereich zu erweitern.
Die mehreren optischen Schichten, die jeweils mit dem Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet sind, sind so bezüglich ihrer optischen Eigenschaften ausgelegt, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Einfallswinkelbereiche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können sie so ausgelegt sein, dass sie aneinander angrenzende Wellenlängenbereiche des Umgebungslichts in den Einfallswinkelbereich oder in jeweils einen der Einfallswinkelbereiche der aneinander angrenzenden Einfallswinkelbereiche überdecken.
Weiterhin können die optischen Schichten so ausgebildet sein, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Reflexionswinkelbereiche aufweisen. Somit ergibt sich als die bevorzugte Anzahl der Schichten das Produkt aus der Anzahl der verschiedenen (aneinander angrenzenden) Einfallswinkelbereiche der optischen Schichten und der Anzahl der verschiedenen (aneinander angrenzenden) Wellenlängenbereiche und der Anzahl der verschiedenen (aneinander angrenzenden) Reflexionswinkelbereiche.
Beispielhaft ist hier eine Konfiguration dargestellt, welche eine hohe Reflektivität für einen Einfallswinkel von 45°, bezogen auf die Flächennormale, für die Wellenlängen 473 nm, 532 nm und 635 nm (RGB) bereitstellt. Die hohe Reflektivität wird auch für Wellenlängen in Bereichen um die genannten Wellenlängen (Bandbreite) erreicht. Diese Bandbreite hängt im Wesentlichen von der Stärke der realisierten Brechzahlvariation ab. Typischerweise werden Bandbreiten von einigen 10 nm erreicht. Darüber hinaus wird das Licht senkrecht zur Oberfläche, d. h. parallel zur Flächennormalen, reflektiert. Die Höhe jeder der optischen Schichten 12 beträgt hierbei 50 µm. Die Tabelle beinhaltet die für die einzelnen Wellenlängen notwendige Modulationsperioden in x-Richtung (laterale Richtung) und z-Richtung (Dickenrichtung), welche für die beschriebene Funktion in die jeweilige Schicht eingebracht werden müssen. Dies kann in verschiedene Schichten oder in eine einzelne unter Anwendung des beschriebenen Multiplex-Verfahrens erfolgen. Für alle drei Beispielwellenlängen wird eine Reflektivität von nahezu 100% in die gewünschte Richtung erreicht, bei einer Brechzahl des Schichtenmaterials von 1,5 und einer Brechzahlvariation von 0,03.

Wellenlänge [nm] x-Periode [nm] z-Periode [nm] Reflektivität [%]

473 441,5 182,8 99,96

532 496,6 205,7 99,93

635 592,8 245,5 99,75
Das Grundmaterial der Schichten 12 der Abdeckscheibe 6 kann ein transparenter Kunststoff sein. Dadurch kann die Abdeckscheibe 6 als eine aus einer Anzahl von Kunststofffolien auflaminierte Scheibe bestehen. Die Kunststofffolien können jeweils holographisch belichtet werden und auf diesem Weg die gewünschte periodische Brechzahlmodulation erhalten.
Durch die lediglich holografisch belichteten Kunststofffolien erhält die so gebildete Abdeckscheibe 6 eine ebene Oberfläche, so dass eine problemlose Reinigung möglich ist.
Zudem kann die Abdeckscheibe 6 an ihrer Oberseite mit einer Antireflexbeschichtung, wie z. B. einem dielektrischen Interferenzschichtsystem, versehen sein, die zusätzlich Reflexionen unterdrückt. Auf diese Weise kann eine Dämpfung des reflektierten Lichts in Richtung des Kopfbereichs eines Fahrzeuginsassen auf einen Faktor von 10^-5 reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung
2: Projektionseinrichtung
3: Abdeckung
4: Anzeigebereich
5: Frontscheibe
6: Abdeckscheibe
7: Instrumententafel
8: Oberseite
9: Öffnung
11: Volumengitter
12: Schicht
13: Substrat
15: Abdeckrahmen
16: abstehender Rand
21: Projektionsspiegel
22: Projektor
L: Projektionsstrahlenbündel
U: Umgebungslicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010032998 A1 [0002, 0006]
DE 102007035255 A1 [0007]
DE 102011075205 A1 [0008]

Claims

Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: - eine transparente Abdeckscheibe (6) zum Schutz einer Projektionseinrichtung (2); und - ein optisches Volumengitter (11), mit dem die Abdeckscheibe (6) versehen ist und das ausgebildet ist, um aus der Umgebung auf eine Oberseite der Abdeckscheibe (6) in einen Einfallswinkelbereich einfallendes Licht in mindestens einen vorgegebenen Reflexionswinkelbereich zu reflektieren und auf eine Unterseite der Abdeckscheibe (6) einfallendes Projektionslicht zu transmittieren.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Volumengitter mehrere optische Schichten aufweist, die jeweils mit einem Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet sind, um einen bestimmten Wellenlängenbereich des Umgebungslichts, das in einem bestimmten Einfallswinkelbereich auf das Volumengitter auftrifft, in den vorgegebenen Reflexionswinkelbereich zu reflektieren.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei mindestens zwei der optischen Schichten so ausgebildet sind, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Einfallswinkelbereiche und/oder aneinander angrenzende Wellenlängenbereiche aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens zwei der optischen Schichten so ausgebildet sind, dass sie bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften aneinander angrenzende Reflexionswinkelbereiche aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Schichten so konfiguriert sind, dass die Wellenlängenbereiche aneinander angrenzend sind und das Spektrum des sichtbaren Lichts überdecken.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schichten eine Dicke von 50 µm bis 500 µm aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abdeckscheibe (6) mit einer Antireflexbeschichtung versehen ist.
Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für eine Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug
Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend: - eine Projektionseinrichtung (2) zum Projizieren eines Projektionsstrahlenbündels für die Darstellung einer Abbildung auf einem Anzeigebereich (4) auf einer Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs; und - eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die so an der Projektionseinrichtung (2) angeordnet ist, dass Umgebungslicht in den mindestens einen Reflexionswinkelbereich reflektiert wird, so dass Umgebungslicht weder direkt noch indirekt in einen vorgegebenen Raumbereich reflektiert wird, um eine Blendung eines Fahrzeuginsassen zu verhindern.
Kraftfahrzeug umfassend: - eine Instrumententafel (7) zwischen einer Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule; - die Frontscheiben-Anzeigeeinrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Anordnung im Wesentlichen bündig zur Oberseite der Instrumententafel (7) angeordnet ist.