-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Retarders sowie einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Retarder. Die Erfindung betrifft zudem ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes, das einen solchen Retarder verwendet und ein Fortbewegungsmittel mit einem solchen Gerät.
-
Unter einem Head-Up-Display, auch als HUD bezeichnet, wird ein Anzeigesystem verstanden, bei dem der Betrachter seine Blickrichtung beibehalten kann, da die darzustellenden Inhalte in sein Sichtfeld eingeblendet werden. Während derartige Systeme aufgrund ihrer Komplexität und Kosten ursprünglich vorwiegend im Bereich der Luftfahrt Verwendung fanden, werden sie inzwischen auch im Automobilbereich in Großserie verbaut.
-
Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einem Bildgenerator, einer Optikeinheit und einer Spiegeleinheit. Der Bildgenerator erzeugt das Bild. Die Optikeinheit leitet das Bild auf die Spiegeleinheit. Der Bildgenerator wird oft auch als bildgebende Einheit oder PGU (Picture Generating Unit) bezeichnet. Die Spiegeleinheit ist eine teilweise spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Betrachter sieht also die vom Bildgenerator dargestellten Inhalte als virtuelles Bild und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. Als Spiegeleinheit dient im Automobilbereich oftmals die Windschutzscheibe, deren gekrümmte Form bei der Darstellung berücksichtigt werden muss. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit und Spiegeleinheit ist das virtuelle Bild eine vergrößerte Darstellung des vom Bildgenerator erzeugten Bildes.
-
Der Betrachter kann das virtuelle Bild nur aus der Position der sogenannten Eyebox betrachten. Als Eyebox wird ein Bereich bezeichnet, dessen Höhe und Breite einem theoretischen Sichtfenster entspricht. So lange sich ein Auge des Betrachters innerhalb der Eyebox befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge sichtbar. Befindet sich das Auge hingegen außerhalb der Eyebox, so ist das virtuelle Bild für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter somit bei der Wahl seiner Sitzposition.
-
Die Größe der Eyebox herkömmlicher Head-Up-Displays wird durch die Größe der Optikeinheit begrenzt. Ein Ansatz zur Vergrößerung der Eyebox besteht darin, das von der bildgebenden Einheit kommende Licht in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln. Das in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht, das die Bildinformation trägt, wird an dessen Grenzflächen totalreflektiert und wird somit innerhalb des Lichtwellenleiters geleitet. Zusätzlich wird an einer Vielzahl von Positionen entlang der Ausbreitungsrichtung jeweils ein Teil des Lichts ausgekoppelt, so dass die Bildinformation über die Fläche des Lichtwellenleiters verteilt ausgegeben wird. Durch den Lichtwellenleiter erfolgt auf diese Weise eine Aufweitung der Austrittspupille. Die effektive Austrittspupille setzt sich hier aus Bildern der Apertur des Bilderzeugungssystems zusammen.
-
Vor diesem Hintergrund beschreibt die
US 2016/0124223 A1 eine Anzeigevorrichtung für virtuelle Bilder. Die Anzeigevorrichtung umfasst einen Lichtwellenleiter, der bewirkt, dass von einer bildgebenden Einheit kommendes Licht, das durch eine erste Lichteinfallsfläche einfällt, wiederholt einer internen Reflexion unterzogen wird, um sich in einer ersten Richtung von der ersten Lichteinfallsfläche weg zu bewegen. Der Lichtwellenleiter bewirkt zudem, dass ein Teil des im Lichtwellenleiter geführten Lichts durch Bereiche einer ersten Lichtaustrittsfläche, die sich in der ersten Richtung erstreckt, nach außen austritt. Die Anzeigevorrichtung umfasst weiterhin ein erstes lichteinfallseitiges Beugungsgitter, das auftreffendes Licht beugt, um zu bewirken, dass das gebeugte Licht in den Lichtwellenleiter eintritt, und ein erstes lichtausfallendes Beugungsgitter, das vom Lichtwellenleiter einfallendes Licht beugt.
-
Unabhängig von der zugrundeliegenden Technologie verwenden Head-Up-Displays üblicherweise eine transparente Abdeckung, die die Optikeinheit gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit sind somit beispielsweise gegen in der Umgebung befindlichen Staub geschützt. Auf die transparente Abdeckung wird oftmals ein Retarder aufgebracht, der kontrollierte Doppelbrechungseigenschaften aufweist. Die in bildgebenden Einheiten typischerweise genutzten Displays sind polarisiert und die Spiegeleinheit wirkt wie ein Analysator. Zweck des Retarders ist es daher, die Polarisation so zu beeinflussen, dass eine gleichmäßige Sichtbarkeit des Nutzlichts erzielt wird. Auf Wunsch können zudem auch die Eigenschaften für die Sichtbarkeit beim Tragen einer polarisierten Sonnenbrille verbessert werden. In Kombination mit einem Polarisationsfilter kann der Retarder zusätzlich genutzt werden, um einfallendes Sonnenlicht auszublenden. Anstelle der Bezeichnung „Retarder“ sind u.a. auch die Begriffe „Verzögerungsplatte“ oder „Verzögerungsfolie“ geläufig.
-
Vor diesem Hintergrund beschreibt die
DE 10 2015 222 842 A1 ein Abdeckelement zum Abdecken einer Projektionsöffnung eines Head-Up-Displays für ein Fahrzeug, wobei die Projektionsöffnung in einem Strahlengang zwischen einer Bilderzeugungseinheit des Head-Up-Displays und einem umlenkenden Element des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Abdeckelement umfasst ein Polarisationsänderungselement, das ausgebildet ist, um eine Polarisation eines in dem Strahlengang geleiteten Lichtstrahls zwischen einer ersten Polarisationsart und einer zweiten Polarisationsart zu ändern, sowie einen für einen in der zweiten Polarisationsart in einer vorbestimmten Polarisationsrichtung polarisierten Lichtstrahl durchlässigen Polarisationsfilter, der zwischen dem Polarisationsänderungselement und dem umlenkenden Element angeordnet ist.
-
Die US 2018 / 0 267 319 A1 beschreibt ein Head-Mounted-Display mit einem optischen System. Das optische System umfasst einen Teilreflektor und einen mehrschichtigen reflektierenden Polarisator, der benachbart zu dem Teilreflektor und von diesem beabstandet angeordnet ist. Der mehrschichtige reflektierende Polarisator ist um eine orthogonale erste und zweite Achse gekrümmt und umfasst mindestens eine Schicht, die an mindestens einer Stelle im Wesentlichen optisch einachsig ist. Jeder Hauptstrahl, der durch das optische System tritt, fällt zuerst in einem Einfallswinkel von weniger als 30 Grad auf den mehrschichtigen reflektierenden Polarisator. Das optische System umfasst zudem eine Wellenplatte.
-
Die US 2018 / 0 299 598 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsfilms. Bei dem Verfahren wird eine erste Klebstoffschicht auf einer Seite eines transparenten Filmsubstrats ausgebildet. Auf der ersten Klebstoffschicht wird eine erste Harzschicht auf Polyvinylalkoholbasis ausgebildet. Auf der anderen Seite des transparenten Filmsubstrats wird eine zweite Klebstoffschicht ausgebildet. Auf der zweiten Klebstoffschicht wird schließlich eine zweite Harzschicht auf Polyvinylalkoholbasis ausgebildet. Mindestens eine der ersten und zweiten Harzschichten auf Polyvinylalkoholbasis ist eine polarisierende Harzschicht.
-
Die
EP 3 130 957 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung gekrümmter Polarisationsfilter. Bei dem Verfahren wird eine planare Polarisationsschicht auf eine planare Verzögerungsschicht mit einer definierten Orientierung laminiert. Das Laminat wird gebogen, um ein gekrümmtes Filter zu erzeugen. Die Spannung in der der Verzögerungsschicht führt zu einer spannungsinduzierten Doppelbrechung. Die definierte Orientierung der Verzögerungsschicht gleicht die spannungsinduzierte Doppelbrechung im Wesentlichen aus.
-
Auf Folien basierende Retarder mit definierter Retardierung werden üblicherweise aus dünnen Folien mittels herkömmlicher Reckverfahren hergestellt. Die Dicke der Folien liegt dabei in einer Größenordnung von etwa 10 µm. Insbesondere für die Verwendung in Head-Up-Displays besteht allerdings Bedarf an dickeren Folien mit kontrollierten Doppelbrechungseigenschaften. Die Folie hat bei dieser Verwendung auch eine mechanische Funktion, sie soll die Optikeinheit bzw. das Gehäuse abschließen. Ist die Folie zu dünn, kann sie leichter beschädigt werden. Außerdem kann sie leichter Wellen schlagen.
-
Für dickere Folien sind die herkömmlichen Reckverfahren nicht optimal geeignet, da die Reckung einer dicken Folie über die volle Dicke die Gefahr einer zu großen, schlecht kontrollierten Retardierung birgt.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für die Herstellung eines Retarders vorzuschlagen, die auch für dickere Folien geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Retarders die Schritte:
- - Ausprägen einer Vorzugsrichtung in einer Folie in einer ersten Orientierung; und
- - Einstellen einer definierten Retardierung der Folie durch oberflächennahes Erhitzen der Folie.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Retarders auf:
- - Mittel zum Ausprägen einer Vorzugsrichtung in einer Folie in einer ersten Orientierung; und
- - eine Wärmequelle zum Einstellen einer definierten Retardierung der Folie durch oberflächennahes Erhitzen der Folie.
-
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird in der zu bearbeitenden Folie zunächst eine Vorzugsrichtung ausgeprägt. Im Anschluss wird die Folie oberflächennah einseitig erhitzt. Damit werden die oberflächennahen Molekülschichten auf der erhitzten Seite teilweise orientiert, während tieferliegende Schichten nicht beeinflusst werden. Über eine Steuerung der Erhitzung kann so gezielt die Retardation beeinflusst werden. Die Erhitzung kann dabei gleichzeitig für die gesamte Folie durchgeführt werden oder nur örtlich begrenzt erfolgen. Bei einer solchen lokalen Erhitzung wird die Folie vorzugsweise in einem Scanprozess sukzessive bearbeitet. Dabei kann die Erhitzung ortsaufgelöst angepasst erfolgen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Folie zum Ausprägen der Vorzugsrichtung eindimensional gekrümmt. Durch die Krümmung, die z.B. erreicht werden kann, indem die Folie über einen zylinderförmigen Körper gelegt wird, wird eine Oberfläche der Folie gegenüber der anderen Oberfläche gestreckt, d.h. elastisch verformt. Die elastische Verformung führt zu einer vorübergehenden Ausrichtung der Molekülketten und somit zur Ausbildung einer Vorzugsrichtung. Diese vorübergehende Ausrichtung wird durch den Wärmeeintrag in eine dauerhafte Ausrichtung überführt. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausprägen der Vorzugsrichtung durch Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. durch die Verwendung elektrischer Felder realisiert werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Folie vor dem Ausprägen der Vorzugsrichtung durch Wärmeeinwirkung plastisch verformt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die mit dem beschriebenen Verfahren behandelte Folie im Anschluss gekrümmt verbaut werden soll. Das Ergebnis der Wärmeeinwirkung ist eine spannungsfreie Folie mit der gewünschten Krümmung. Anschließend erfolgt die beschriebene Einstellung der Retardierung als zweiter Schritt. Auf diese Weise werden für Folien, die gekrümmt verbaut werden, die zusätzlichen Spannungen durch den Verbau minimiert. Diese zusätzlichen Spannungen wirken sich andernfalls negativ auf die gewünschte Retardierung aus und sollten deshalb gezielt vermieden werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden das Ausprägen der Vorzugsrichtung und das oberflächennahe Erhitzen der Folie mit einer zweiten Orientierung wiederholt. Auf diese Weise ist es möglich, auch komplexere Orientierungsmuster der Moleküle der Folie und somit auch komplexere Verläufe der doppelbrechenden Eigenschaften über die Fläche der Folie zu erzeugen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Retardierung beim oberflächennahen Erhitzen der Folie durch ein Messverfahren überwacht. Auf diese Weise kann die Retardierung sehr kontrolliert eingestellt werden. Das Messverfahren kann beispielsweise unter Verwendung gekreuzter Polarisatoren realisiert werden. Dazu wird die Folie zwischen den gekreuzten Polarisatoren platziert und während des Erhitzens mit einem Diagnoselichtstrahl durchleuchtet. Alternativ zur Messung kann der zu bewirkende Wärmeeintrag auch auf Basis von Simulationen ermittelt und gesteuert werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Folie eine Polymerfolie. Polymerfolien, wie z.B. Folien aus Polycarbonat oder Polyvinylalkohol, werden bereits vielfach als Verzögerungsfolien genutzt, sodass umfangreiche Erfahrungen in der praktischen Verwendung vorliegen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Folie eine Dicke zwischen 150 µm und 450 µm auf. Dicken in diesem Bereich haben sich insbesondere bei der Verwendung für Head-Up-Displays bewährt.
-
Vorzugsweise wird ein Retarder für ein optisches System mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Ein solcher Retarder hat den Vorteil, dass er selbst bei einer größeren Dicke, beispielsweise im Bereich zwischen 150 µm und 450 µm, definierte Retardierungseigenschaften hat.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes auf:
- - eine bildgebende Einheit zum Erzeugen eines Bildes; und
- - eine Optikeinheit zum Projizieren des Bildes auf eine Spiegeleinheit zum Generieren des virtuellen Bildes, wobei die Optikeinheit einen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Retarder aufweist.
-
Ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Retarder kann in unterschiedlichsten optischen Systemen genutzt werden, insbesondere in Head-Up-Displays oder anderen Displays, Messgeräten, etc.
-
Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes in einem Fortbewegungsmittel eingesetzt, um ein virtuelles Bild für einen Bediener des Fortbewegungsmittels zu erzeugen. Bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug oder ein Luftfahrzeug handeln.
-
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Lösung auch in anderen Umgebungen oder für andere Anwendungen genutzt werden, z.B. in Lastkraftwagen, in der Bahntechnik und im ÖPNV, bei Kranen und Baumaschinen, etc.
-
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch ein Head-Up-Display gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug;
- 2 zeigt einen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung;
- 3 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter;
- 4 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter in einem Kraftfahrzeug;
- 5 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Retarders; und
- 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Retarders.
-
Figurenbeschreibung
-
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
-
Zunächst soll anhand der 1 bis 4 der Grundgedanke eines Head-Up-Displays mit Lichtwellenleiter dargelegt werden.
-
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug. Das Head-Up-Display weist einen Bildgenerator 1, eine Optikeinheit 2 und eine Spiegeleinheit 3 auf. Von einem Anzeigeelement 11 geht ein Strahlenbündel SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es Richtung Spiegeleinheit 3 reflektiert. Die Spiegeleinheit 3 ist hier als Windschutzscheibe 31 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Von dort gelangt das Strahlenbündel SB2 in Richtung eines Auges 61 eines Betrachters.
-
Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB, welches sich außerhalb des Kraftfahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Kraftfahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 2 und Spiegeleinheit 3 ist das virtuelle Bild VB eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen dargestellt. So lange sich das Auge 61 innerhalb der durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 62 befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge 61 sichtbar. Befindet sich das Auge 61 außerhalb der Eyebox 62, so ist das virtuelle Bild VB für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox 62 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition.
-
Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 ist an die Krümmung der Windschutzscheibe 31 angepasst und sorgt dafür, dass die Bildverzeichnung über die gesamte Eyebox 62 stabil ist. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch ermöglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 62 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 62 an die Position des Auges 61. Der Faltspiegel 21 dient dazu, dass der vom Strahlenbündel SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 2 dennoch kompakt ausfällt. Die Optikeinheit 2 wird durch eine transparente Abdeckung 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 2 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Auf der Abdeckung 23 befindet sich weiterhin eine optische Folie bzw. ein Retarder 24. Das Anzeigeelement 11 ist typischerweise polarisiert und die Spiegeleinheit 3 wirkt wie ein Analysator. Zweck des Retarders 24 ist es daher, die Polarisation zu beeinflussen, um eine gleichmäßige Sichtbarkeit des Nutzlichts zu erzielen. Ein Blendschutz 25 dient dazu, von vorne einfallendes Sonnenlicht SL abzuschatten, sodass es nicht über die Spiegel 21, 22 auf das Anzeigeelement 11 gelangt. Dieses könnte sonst durch eine dabei auftretende Wärmeentwicklung vorübergehend oder auch dauerhaft geschädigt werden. Zudem sorgt der Blendschutz 25 dafür, dass kein einfallendes Sonnenlicht SL von der Abdeckung 23 in Richtung Windschutzscheibe 31 reflektiert wird, was eine Blendung des Betrachters hervorrufen könnte. Außer dem Sonnenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 64 auf das Anzeigeelement 11 gelangen. In Kombination mit einem Polarisationsfilter kann zusätzlich auch der Retarder 24 genutzt werden, um einfallendes Sonnenlicht SL auszublenden.
-
2 zeigt in schematischer räumlicher Darstellung einen Lichtwellenleiter 5 mit zweidimensionaler Vergrößerung. Im unteren linken Bereich erkennt man ein Einkoppelhologramm 53, mittels dessen von einer nicht dargestellten bildgebenden Einheit kommendes Licht L1 in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. In diesem breitet es sich in der Zeichnung nach rechts oben aus, entsprechend dem Pfeil L2. In diesem Bereich des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Falthologramm 51, das ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und ein in Y-Richtung verbreitertes, sich in X-Richtung ausbreitendes Lichtbündel erzeugt. Dies ist durch drei Pfeile L3 angedeutet. In dem sich in der Abbildung nach rechts erstreckenden Teil des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Auskoppelhologramm 52, welches ebenfalls ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und durch Pfeile L4 angedeutet Licht in Z-Richtung nach oben aus dem Lichtwellenleiter 5 auskoppelt. Hierbei erfolgt eine Verbreiterung in X-Richtung, sodass das ursprüngliche einfallende Lichtbündel L1 als in zwei Dimensionen vergrößertes Lichtbündel L4 den Lichtwellenleiter 5 verlässt.
-
3 zeigt in räumlicher Darstellung ein Head-Up-Display mit drei Lichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, die übereinanderliegend angeordnet sind und für je eine Elementarfarbe Rot, Grün und Blau stehen. Sie bilden gemeinsam den Lichtwellenleiter 5. Die in dem Lichtwellenleiter 5 vorhandenen Hologramme 51, 52, 53 sind wellenlängenabhängig, sodass jeweils ein Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B für eine der Elementarfarben verwendet wird. Oberhalb des Lichtwellenleiters 5 sind ein Bildgenerator 1 und eine Optikeinheit 2 dargestellt. Die Optikeinheit 2 weist einen Spiegel 20 auf, mittels dessen das vom Bildgenerator 1 erzeugte und von der Optikeinheit 2 geformte Licht in Richtung des jeweiligen Einkoppelhologramms 53 umgelenkt wird. Der Bildgenerator 1 weist drei Lichtquellen 14R, 14G, 14B für die drei Elementarfarben auf. Man erkennt, dass die gesamte dargestellte Einheit eine im Vergleich zu ihrer lichtabstrahlenden Fläche geringe Gesamtbauhöhe aufweist.
-
4 zeigt ein Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug ähnlich zu 1, hier allerdings in räumlicher Darstellung und mit einem Lichtwellenleiter 5. Man erkennt den schematisch angedeuteten Bildgenerator 1, der ein paralleles Strahlenbündel SB1 erzeugt, welches mittels der Spiegelebene 523 in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. Die Optikeinheit ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Mehrere Spiegelebenen 522 reflektieren jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts Richtung Windschutzscheibe 31, der Spiegeleinheit 3. Von dieser wird das Licht Richtung Auge 61 reflektiert. Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB über der Motorhaube bzw. in noch weiterer Entfernung vor dem Kraftfahrzeug. Auch bei dieser Technologie ist die gesamte Optik in einem Gehäuse verbaut, dass von einer transparenten Abdeckung gegen die Umgebung abgegrenzt ist. Wie schon beim Head-Up-Display aus 1 kann auf dieser Abdeckung ein Retarder angeordnet sein.
-
5 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Retarders. In einem ersten Schritt S1 wird eine Folie, z.B. eine Polymerfolie, in einer ersten Orientierung in eine Vorrichtung zum Herstellen eines Retarders eingebracht. Vorzugsweise weist die Folie eine Dicke zwischen 150 µm und 450 µm auf. Optional wird die Folie nun durch Wärmeeinwirkung plastisch verformt S2. Anschließend wird eine Vorzugsrichtung in der Folie ausgeprägt S3. Dazu kann die Folie beispielsweise eindimensional gekrümmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausprägen der Vorzugsrichtung durch Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. durch die Verwendung elektrischer Felder realisiert werden. Durch oberflächennahes Erhitzen S4 der Folie wird dann eine definierte Retardierung der Folie eingestellt. Die erzielte Retardierung kann dabei durch ein Messverfahren überwacht werden S5. Bei Bedarf kann im Anschluss die Orientierung der Folie geändert werden S6. Das Ausprägen S3 der Vorzugsrichtung und das oberflächennahe Erhitzen S4 der Folie werden dann mit dieser zweiten Orientierung wiederholt.
-
6 zeigt schematisch eine Vorrichtung 70 zum Herstellen eines Retarders. Die Vorrichtung 70 weist Mittel auf, die zum Ausprägen einer Vorzugsrichtung in einer Folie 74 in einer ersten Orientierung geeignet sind. In 6 handelt es sich dabei um einen Glasstab 71 oder einen Glasteilstab, um den die Folie 74 gelegt wird. Durch die daraus resultierende Krümmung der Folie 74 wird eine Oberfläche der Folie 74 gegenüber der anderen Oberfläche gestreckt, d.h. elastisch verformt. Die elastische Verformung führt zu einer vorübergehenden Ausrichtung der Molekülketten und somit zur Ausbildung einer Vorzugsrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausprägen der Vorzugsrichtung durch Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. durch die Verwendung elektrischer Felder realisiert werden. In diesem Fall ist eine entsprechende Spannungsquelle vorgesehen, die in 6 nicht dargestellt ist. Die Vorrichtung 70 weist zudem eine Wärmequelle 72 auf, mittels derer durch oberflächennahes Erhitzen der Folie 74 eine definierte Retardierung der Folie 74 eingestellt wird. Optional kann die Folie 74 durch die Wärmequelle 72 vor dem Ausprägen der Vorzugsrichtung durch Wärmeeinwirkung plastisch verformt werden. Bei der Wärmequelle 72 kann es sich beispielsweise um einen Infrarotlichtstrahler oder einen Infrarotlaser handeln, der die Folie 74 bestrahlt. Alternativ kann auch ein elektrisch betriebenes Heizelement genutzt werden. Durch den Wärmeeintrag wird die vorübergehende Ausrichtung der Molekülketten in eine dauerhafte Ausrichtung überführt. Bei der Folie 74 kann es sich um eine Polymerfolie handeln, z.B. aus Polycarbonat oder Polyvinylalkohol. Vorzugsweise weist die Folie eine Dicke zwischen 150 µm und 450 µm auf.
-
Zur Überwachung der erzielten Retardierung kann optional eine Messvorrichtung 73 genutzt werden. In 6 umfasst die Messvorrichtung 73 eine Lichtquelle 731, die einen Diagnoselichtstrahl 732 aussendet. Dieser durchläuft einen ersten Polarisator 733. Anschließend durchstrahlt der Diagnoselichtstrahl 732 die Folie 74. Nach Durchlaufen eines zweiten Polarisators 734, der als Analysator dient, trifft der Diagnoselichtstrahl 732 auf einen Detektor 735. Die Änderung der vom Detektor 735 gemessenen Intensität erlaubt einen Rückschluss auf die erzielte Retardierung der Folie.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bildgenerator/Bildgebende Einheit
- 11
- Anzeigeelement
- 14, 14R, 14G, 14B
- Lichtquelle
- 2
- Optikeinheit
- 20
- Spiegel
- 21
- Faltspiegel
- 22
- Gekrümmter Spiegel
- 221
- Lagerung
- 23
- Transparente Abdeckung
- 24
- Optische Folie
- 25
- Blendschutz
- 3
- Spiegeleinheit
- 31
- Windschutzscheibe
- 5
- Lichtwellenleiter
- 51
- Falthologramm
- 52
- Auskoppelhologramm
- 521
- Auskoppelbereich
- 522
- Spiegelebene
- 523
- Spiegelebene
- 53
- Einkoppelhologramm
- 531
- Einkoppelbereich
- 61
- Auge/ Betrachter
- 62
- Eyebox
- 64
- Störlichtquelle
- 70
- Vorrichtung
- 71
- Glasstab
- 72
- Wärmequelle
- 73
- Messvorrichtung
- 731
- Lichtquelle
- 732
- Diagnoselichtstrahl
- 733, 734
- Polarisator
- 735
- Detektor
- 74
- Folie
- L1...L4
- Licht
- S1
- Einbringen einer Folie
- S2
- Plastisches Verformen der Folie
- S3
- Ausprägen einer Vorzugsrichtung in der Folie
- S4
- Oberflächennahes Erhitzen der Folie
- S5
- Überwachen der Retardierung
- S6
- Ändern der Orientierung der Folie
- SB1, SB2
- Strahlenbündel
- SL
- Sonnenlicht
- VB
- Virtuelles Bild
