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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundglas-Frontscheibe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Innenscheibe, eine Außenscheibe, eine Zwischenschicht, die zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet ist und diese stoffschlüssig miteinander verbindet, sowie eine Polymerfolie, die eine Einzelfolie oder einen Folienverbund aus mehreren Schichten mit einer optisch funktionalen Mikrostruktur aufweist, die auf einem holographischen optischen Element basiert.
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Herkömmliche Verbundglas-Frontscheiben für Kraftfahrzeuge umfassen typischerweise eine Innenscheibe, eine Außenscheibe sowie eine Zwischenschicht, die zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet ist und diese stoffschlüssig miteinander verbindet. Die Zwischenschicht wird üblicherweise durch eine Klebefolie aus einem Schmelzklebstoff gebildet, die bei der Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet wird. Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunstharz, insbesondere aus Polyvinylbutyral (PVB). Die Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe erfolgt durch einen Laminierungsprozess in einem Autoklaven.
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In vielen Kraftfahrzeugen ist in einem Bereich hinter der Verbundglas-Frontscheibe eine Kameraeinrichtung angeordnet, die Umgebungsinformationen erfassen kann. Diese Kameraeinrichtung kann insbesondere eine zentrale Komponente eines oder mehrerer Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs bilden. Zukünftige Kameraeinrichtungen hinter der Verbundglas-Frontscheibe benötigen immer größere Sichtwinkel und immer bessere Abbildungsqualitäten. Hierzu sind ein oder mehrere optisch funktionale Elemente zwischen der Kameraeinrichtung und der Verbundglas-Frontscheibe notwendig. Solche konventionellen optisch funktionalen Elemente erfordern einen zusätzlichen Bauraum zwischen der Verbundglas-Frontscheibe und der Kameraeinrichtung.
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Aus der
US 5,066,525 ist eine Verbundglas-Frontscheibe der eingangs genannten Art bekannt, die eine Innenscheibe, eine Außenscheibe und eine Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral (PVB) aufweist. Zwischen der Innenscheibe und der Zwischenschicht ist eine holographische Folie mit einer optisch funktionalen Mikrostruktur angeordnet. Ferner ist zwischen der holographischen Folie und der Zwischenschicht eine transparente Schutzfolie aus Polyamid vorgesehen. Durch diese Schutzfolie wird ein direkter Kontakt der holographischen Folie mit der Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral verhindert. Bei einem direkten Kontakt der holographischen Folie mit der Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral besteht häufig das Problem, dass unter Umständen bestimmte chemische Komponenten, wie zum Beispiel Weichmacher, aus der Zwischenschicht in die holographische Folie diffundieren können und dadurch die optisch funktionale Mikrostruktur zerstören können. Die aus der vorstehend genannten Druckschrift bekannte Verbundglas-Frontscheibe wird zur Realisierung eines Head-up-Displays verwendet. Durch das Vorsehen der zusätzlichen transparenten Schutzfolie aus Polyamid ist die Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe aufwändiger und teurer. Ferner besteht das Problem, dass sich die holographische Folie während der Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe unter Umständen wellen kann. Dieses hätte eine „wellige“ optische Abbildung in der Kameraeinrichtung zur Folge.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Verbundglas-Frontscheibe der eingangs genannten Art für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, in die eine oder mehrere optische Funktionen für eine Kameraeinrichtung integriert sind und die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine gattungsgemäße Verbundglas-Frontscheibe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Verbundglas-Frontscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass die Polymerfolie mit der optisch funktionalen Mikrostruktur in einem Abschnitt auf einer Innenseite der Innenscheibe angeordnet ist, der im montierten Zustand der Verbundglas-Frontscheibe einen Durchsichtbereich einer hinter der Verbundglas-Frontscheibe angeordneten Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs bildet. Die Polymerfolie wird im Herstellungsprozess der Verbundglas-Frontscheibe auf die Innenseite der Innenscheibe der Verbundglas-Frontscheibe geklebt/laminiert. Bei der erfindungsgemäßen Verbundglas-Frontscheibe ist die Polymerfolie mit ihrer optisch funktionalen Mikrostruktur somit anders als im Stand der Technik nicht zwischen der Innenscheibe und der Zwischenschicht, sondern an einer Innenseite der Innenscheibe angeordnet. Somit ist es in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, eine zusätzliche Schutzfolie vorzusehen, um die Polymerfolie vor einem Kontakt mit der Zwischenschicht zu schützen. Dadurch kann die Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe erheblich vereinfacht werden. Die Polymerfolie kann durch eine Einzelfolie oder durch einen Folienverbund aus mehreren Schichten gebildet sein. Zur Erhöhung der Haftung zwischen der Glasoberfläche der Innenscheibe und der Polymerfolie können in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest eine Zwischenfolie und/oder andere Stoffe zur Haftungserhöhung, wie zum Beispiel spezielle Klebemittel, die eine Klebeschicht bilden, vorgesehen sein. Um die Kratzempfindlichkeit der Polymerfolie zu reduzieren, kann in vorteilhafter Weise zumindest eine Kratzschutzschicht - insbesondere in Form einer Kratzschutzfolie oder einer Kratzschutzbeschichtung, wie zum Beispiel eines so genannten „Hard Coatings“ - auf einer der Innenscheibe abgewandten Seite der Polymerfolie aufgebracht sein. Für eine optimale Realisierung einer oder mehrerer optischer Funktionen für die Kamerasicht ist es notwendig, dass das holographische optische Element möglichst nahe an einer Eintrittsfläche des Umgebungslichtes platziert ist und dass das holographische optische Element im Herstellungsprozess und während der gesamten Nutzungsdauer möglichst nicht verformt/deformiert wird. Es hat sich gezeigt, dass sich hierfür die Innenseite der Innenscheibe der Verbundglas-Frontscheibe in besonderer Weise eignet. So kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich die Polymerfolie während der Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe wellt und dadurch die Abbildungsqualität der Kameraeinrichtung beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Funktionen eines oder mehrerer optischer Elemente direkt in die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie integriert sind, so dass kein zusätzlicher Bauraum für konventionelle optische Elemente benötigt wird, der sich limitierend auf den Sichtwinkel sowie die Abbildungsqualität der Kameraeinrichtung auswirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie dazu ausgebildet ist, die Effizienz der Kameraeinrichtung zu steigern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie so ausgebildet ist, dass sie einen Sichtwinkel der Kameraeinrichtung vergrößert. Dadurch kann die Effizienz der Kameraeinrichtung wirksam verbessert werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie so ausgeführt ist, dass sie eine Zerstreuungslinse bildet. Durch diese Maßnahme kann der Sichtwinkel der Kameraeinrichtung auf besonders einfache Weise wirksam vergrößert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das holographische optische Element so ausgeführt sein, dass im Durchsichtbereich der Kameraeinrichtung mehrere optische Funktionen implementiert sind, wie zum Beispiel eine räumlich voneinander getrennte Kombination aus Sammel- und Zerstreuungslinsen. Ein Ziel besteht dabei darin, eine bereichsspezifische Erweiterung des Sichtfeldes der Kameraeinrichtung zu erhalten, um zum Beispiel Objekte in einer bestimmten Richtung besonders gut detektieren zu können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das holographische optische Element so ausgeführt ist, dass darin mehrere wellenlängenspezifische optische Funktionen implementiert sind. Dadurch wird erreicht, dass Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen auf unterschiedliche Weise optisch beeinflusst wird und somit unterschiedliche optische Funktionen erfährt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das holographische optische Element so ausgeführt ist, dass darin mehrere richtungsspezifische optische Funktionen implementiert sind.
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In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das holographische optische Element so ausgebildet ist, dass zumindest eine optische Funktion bauteilspezifisch ausgeführt ist. Die dieser Ausführungsform zugrundeliegende Problematik besteht insbesondere darin, dass der Durchsichtbereich der Verbundglas-Frontscheibe von Schwarzdruck umgeben ist und dass sich im Herstellungsprozess der Verbundglas-Frontscheibe, bei dem es sich um einen Biegeprozess handelt, der Energieeintrag zwischen dem Schwarzdruckbereich und dem Durchsichtbereich unterscheidet. Daraus resultieren in einem Übergang zwischen diesen beiden Bereichen unstetige Krümmungsverläufe, die zu optischen Distorsionen (so genannten „Brennlinien“) führen. Diese optischen Distorsionen beeinträchtigen die Effizienz der Kameraeinrichtung. Bei der bauteilspezifischen Ausführung zumindest einer optischen Funktion wird jede produzierte Verbundglas-Frontscheibe im Sichtfeld der Kameraeinrichtung optisch vermessen, so dass lokale Fehler, wie zum Beispiel optische Distorsionen im Randbereich Glas/Schwarzdruck, detektiert werden. Nachfolgend wird zumindest eine optische Funktion berechnet, welche die detektierten lokalen Fehler kompensiert. Anschließend wird diese zumindest eine optische Funktion in die Polymerfolie eingebracht. Die grundlegende Charakteristik der optischen Distorsionen ist zumeist ähnlich. Die Ausprägung und Stärke der Distorsionen unterscheiden sich aber von Scheibe zu Scheibe. Daher werden in vorteilhafter Weise typische Fehlerbilder produktionsbegleitend detektiert und kategorisiert. Darauf passende optische Funktionen werden vorgefertigt. Diese „Standardfunktionen“ werden den einzelnen Verbundglas-Frontscheiben zugewiesen.
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Vorzugsweise kann die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie durch Beaufschlagung der Polymerfolie mit Laserlicht hergestellt sein. In die Polymerfolie wird somit mittels einer geeigneten Laserbelichtung eine optisch funktionale Mikrostruktur „eingeschrieben“. Diese optisch funktionale Mikrostruktur kann bei der Herstellung durch eine geeignete Wahl und Anordnung verschiedener Laserlichtquellen so gestaltet werden, dass eine Beugung von Licht bestimmter Wellenlängen und bestimmter Ausbreitungsrichtungen an dieser optisch funktionalen Mikrostruktur erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Polymerfolie mittels eines optisch neutralen Klebemittels mit der Innenseite der Innenscheibe verklebt ist. Dadurch wird erreicht, dass das Klebemittel die Funktion der Kameraeinrichtung nicht beeinträchtigt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Polymerfolie eine Photopolymer-Folie ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Verbundglas-Frontscheibe und einer Kameraeinrichtung, die hinter der Verbundglas-Frontscheibe angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbundglas-Frontscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist. Die Vorteile einer derartigen Verbundglas-Frontscheibe wurden vorstehend bereits erläutert.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerfolie mit einer optisch funktionalen Mikrostruktur, die auf einem holographischen optischen Element basiert, für eine Verbundglas-Frontscheibe, insbesondere für eine Verbundglas-Frontscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
- - für eine bauteilspezifische Ausführung zumindest einer optischen Funktion die Verbundglas-Frontscheibe in einem für eine Kameraeinrichtung vorgesehenen Sichtfeld optisch vermessen wird, so dass lokale Fehler detektiert werden,
- - zumindest eine optische Funktion berechnet wird, welche die detektierten lokalen Fehler kompensiert, und
diese zumindest eine optische Funktion in die Polymerfolie eingebracht wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines Teils einer Verbundglas-Frontscheibe für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 2 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung eines Teils einer Verbundglas-Frontscheibe für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist eine Verbundglas-Frontscheibe 1 für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, eine Innenscheibe 2 und eine Außenscheibe 3 auf, zwischen denen eine Zwischenschicht 4 angeordnet ist, die eine hohe Reißfestigkeit und splitterbindende Eigenschaften aufweist und dadurch der Verbundglas-Frontscheibe 1 im Falle eines Bruchs ihre besonderen Eigenschaften verleiht. Die Zwischenschicht 4 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunstharz, insbesondere aus Polyvinylbutyral (PVB). Bei Polyvinylbutyral handelt es sich um einen Schmelzklebstoff, der bei der Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe 1 in Form einer Klebefolie zwischen der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 3 angeordnet wird. Die Herstellung der Verbundglas-Frontscheibe 1 erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen Laminierungsprozess in einem Autoklaven. Dadurch wird erreicht, dass die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 3 mittels der Zwischenschicht 4 stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Die Verbundglas-Frontscheibe 1 weist an einer Innenseite 20 der Innenscheibe 2 eine optisch funktionale Polymerfolie 5 aus einem Photopolymer auf, die in einem Durchsichtbereich einer hier nicht explizit dargestellten Kameraeinrichtung des Kraftfahrzeugs angebracht ist und durch eine einzelne Folie oder durch einen Folienverbund gebildet sein kann. Die Kameraeinrichtung ist in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs hinter der Verbundglas-Frontscheibe 1 angeordnet und kann insbesondere eine zentrale Komponente eines oder mehrerer Fahrerassistenzsysteme des Kraftfahrzeugs bilden. Die Polymerfolie 5 ist somit nicht vollflächig an der Innenseite 20 der Innenscheibe 2 angebracht, sondern nur im Durchsichtbereich der Kameraeinrichtung. Die Polymerfolie 5 weist eine optisch funktionale Mikrostruktur auf, die in der Polymerfolie 5 durch eine Beaufschlagung mit Laserlicht erzeugt wird. In die Polymerfolie 5 wird also mit anderen Worten mittels einer geeigneten Laserbelichtung eine optisch funktionale Mikrostruktur „eingeschrieben“. Diese optisch funktionale Mikrostruktur kann bei der Herstellung der Polymerfolie 5 durch eine geeignete Wahl und Anordnung verschiedener Laserlichtquellen so gestaltet werden, dass eine Beugung von Licht bestimmter Wellenlängen und bestimmter Ausbreitungsrichtungen an dieser optisch funktionalen Mikrostruktur der Polymerfolie 5 erfolgt. Durch die gezielte Ausnutzung des optischen Effekts der Beugung lassen sich ganz unterschiedliche optische Funktionen in der Polymerfolie 5 implementieren. Insbesondere können auf diesem Wege die Funktionen eines oder mehrerer optischer Elemente direkt in die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie 5 integriert werden.
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Die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie 5 ist dazu ausgebildet, die Effizienz der Kameraeinrichtung zu steigern. Vorzugsweise kann die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie 5 so ausgebildet sein, dass sie einen Sichtwinkel der Kameraeinrichtung vergrößert. Durch diese Maßnahme kann die Effizienz der Kameraeinrichtung erheblich verbessert werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die optisch funktionale Mikrostruktur der Polymerfolie 5 so ausgeführt ist, dass sie eine Zerstreuungslinse bildet. Dadurch kann der Sichtwinkel der Kameraeinrichtung auf besonders einfache Weise vergrößert werden.
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Die Polymerfolie 5 wird im Herstellungsprozess der Verbundglas-Frontscheibe 1 auf einen Abschnitt der Innenseite 20 der Innenscheibe 2 der Verbundglas-Frontscheibe 1 geklebt/laminiert, der nach der Montage der Verbundglas-Frontscheibe 1 und im späteren Gebrauch den Durchsichtbereich der Kameraeinrichtung bildet. Vorzugsweise wird die Polymerfolie 5 mittels eines optisch neutralen Klebemittels mit der Innenseite 20 der Innenscheibe 2 verklebt. Dadurch wird erreicht, dass das Klebemittel die Funktion der Kameraeinrichtung nicht nachteilig beeinflusst.
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Unter Bezugnahme auf 2 soll nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbundglas-Frontscheibe 1 näher erläutert werden. Der grundlegende technische und strukturelle Aufbau der Verbundglas-Frontscheibe 1 mit der Polymerfolie 5 entspricht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen und Erläuterungen verwiesen werden soll und nur die Unterschiede näher erläutert werden sollen.
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Zur Erhöhung der Haftung zwischen einer Glasoberfläche der Innenscheibe 2 und der Polymerfolie 5 ist eine Klebeschicht 6 zwischen der Innenscheibe 2 und der Polymerfolie 5 vorgesehen. Diese Klebeschicht 6 kann insbesondere durch zumindest eine Zwischenfolie und/oder andere Stoffe zur Haftungserhöhung, wie zum Beispiel spezielle Klebemittel, gebildet sein.
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Um die Kratzempfindlichkeit der Polymerfolie 5 zu reduzieren, ist auf einer der Innenscheibe 2 abgewandten Seite der Polymerfolie 5 ferner eine Kratzschutzschicht 7 aufgebracht, die insbesondere durch zumindest eine zusätzliche Kratzschutzfolie oder durch eine Kratzschutzbeschichtung, wie zum Beispiel ein so genanntes „Hard Coating“, gebildet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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