DE102019210952B3

DE102019210952B3 - Blickfeldanzeigesystem und Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019210952B3
Application number: DE102019210952.7A
Authority: DE
Inventors: Matus Banyay; Marcus Häfner; Anthony Gerald King
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: US10823963B2; US20200073121A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Blickfeldanzeigesystem, insbesondere in Form eines Head-Up-Display Systems zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Projektionseinheit (7), die dazu eingerichtet ist, p-polarisierte Lichtstrahlen (28) in Richtung der Windschutzscheibe (2) auszusenden und die Windschutzscheibe (2) dazu eingerichtet ist, diese Lichtstrahlen zu reflektieren. Um eine flexible Justierbarkeit des Reflexionswinkels der auf die Windschutzscheibe auftreffenden Lichtstrahlen zu ermöglichen, das Auftreten des „Ghost-Effekts“ zu verhindern und eine kostengünstige Herstellung des Blickfeldanzeigesystems sowie der Windschutzscheibe zu gewährleisten, ist eine aus Strukturelementen (32) gebildete Nanostruktur (30) vorgesehen, wobei die Strukturelemente (32) um einen Neigungswinkel (γ) geneigt sind. Ein Teil der auf die Projektionsfläche (8) der Windschutzscheibe (2) unter einem ersten Einfallwinkel (Θ_i1) auftreffenden Lichtstrahlen (28) wird von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche (20) der inneren Glasscheibe (16) unter einem ersten Ausfallwinkel (Θ_r1) reflektiert. Ferner tritt ein Teil der Lichtstrahlen durch die innere Glasscheibe (16) hindurch und wird nach dem Auftreffen auf die Nanostruktur (30) unter einem zweiten Einfallwinkel (Θ_i2) von der Nanostruktur (30) unter einem zweiten Ausfallwinkel (Θ_r2mod) reflektiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Blickfeldanzeigesystem, insbesondere in Form eines Head-Up-Display Systems zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit einer im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen des Kraftfahrzeugs angeordneten Projektionseinheit, die dazu eingerichtet ist, vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen in Richtung eines eine Projektionsfläche bereitstellenden Teilbereichs der Windschutzscheibe auszusenden, wobei die Windschutzscheibe dazu eingerichtet ist, die von der Projektionseinheit ausgesandten Lichtstrahlen zu reflektieren, und wobei die Windschutzscheibe aus einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe, einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe und einer zwischen der äußeren und inneren Glasscheibe angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht zusammengesetzt ist, wobei zumindest in dem die Projektionsfläche bereitstellenden Teilbereich der Windschutzscheibe eine aus Strukturelementen gebildete Nanostruktur vorgesehen ist, wobei die Strukturelemente in Bezug zu einer Oberflächennormalen der Windschutzscheibe um einen Neigungswinkel geneigt sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Windschutzscheibe als Bestandteil eines Blickfeldanzeigesystems für ein Kraftfahrzeug.
Blickfeldanzeigevorrichtungen in Form von Head-Up-Displays (HUD) sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt, beispielsweise aus der WO 2013/ 190 959 A1. Mit einem solchen HUD System können dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs virtuelle Bilder beziehungsweise grafische Elemente in einer angenehmen Sichtentfernung angezeigt werden. Dazu umfasst die Blickfeldanzeigevorrichtung unter anderem eine Projektionseinheit, um die virtuellen Bilder bzw. die grafischen Elemente auf eine Projektionsfläche einer Windschutzscheibe zu projizieren. Auf der Projektionsfläche erscheint ein virtuelles Bild, das sich für den Fahrer mit der realen Umgebung überlagert. Üblicherweise erfolgt die Projektion derart, dass der Fahrer das virtuelle Bild in einiger Entfernung vom Auge, insbesondere in einer bestimmten Entfernung über der Fahrzeugfront wahrnimmt. Das virtuelle Bild kann dabei eine Farbkolorierung aufweisen.
Das virtuelle Bild beziehungsweise die grafischen Elemente können Kennzahlen zum Fahrzeugbetrieb oder zur Fahrt betreffen. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit, die Motordrehzahl, der Tank- oder Ölfüllstand, die Reichweite, der Reifendruck und/oder ähnliche Parameter angezeigt werden. Auch über ein Navigationssystem bezogene Routeninformationen können dem Fahrer über das Blickfeldanzeigesystem dargestellt werden.
Die Anzeige derartiger Informationen über ein HUD System stellt sicher, dass der Fahrer seinen Blick zur Informationsgewinnung nicht von der Fahrstrecke abwenden muss, beispielsweise in Richtung von in den Fahrzeugarmaturen angeordneten Fahrzeuginstrumenten bzw. Anzeigeinstrumenten. Das virtuelle Bild ist in seiner Dimensionierung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Augen des Fahrers das virtuelle Bild nicht neu fokussieren müssen. Insbesondere hat sich als vorteilhaft erwiesen, das virtuelle Bild in seiner Größe an das real wahrgenommene Bild der Straße anzupassen.
Windschutzscheiben werden heutzutage üblicherweise aus Verbundglas gefertigt. Dabei setzen sie sich vorzugsweise aus zwei Glasschichten und zumindest einer zwischen den Glasschichten angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht zusammen. Als Zwischenschicht wird häufig Polyvinylbutyral (PVB) verwendet. Die Zwischenschicht, wie auch die Glasschichten, können geräuschdämmende Eigenschaften aufweisen. Ebenso können sie einen isolierenden Effekt bei hohen oder geringen Außentemperaturen aufweisen.
Bei Verwendung einer konventionellen Windschutzscheibe - ohne Anpassung an HUD Erfordernisse - in Kombination mit einem HUD Projektor, nimmt der Fahrer bzw. Betrachter des virtuellen Bildes zwei separate virtuelle Bilder wahr, eines durch Reflexion der von der Projektionseinheit ausgesandten Lichtstrahlen an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche der Windschutzscheibe, und eines durch Reflexion der ausgesandten Lichtstrahlen an der dem Fahrzeugaußenraum zugewandten Fläche der Windschutzscheibe. Letzteres Bild wird in der Literatur unter anderem als „Ghost-Image“ bezeichnet. Dem Betrachter erscheinen die Bilder mit einem bestimmten räumlichen Offset, wodurch die Bilder überlappen und eine klare Erkennung der Bildinformationen erschwert wird. Um den „Ghost“ Effekt zu eliminieren, muss die Winkelseparation zwischen beiden Bildern kleiner als die Winkelauflösung des menschlichen Auges sein.
Eine weit verbreitete Möglichkeit zur Reduzierung des „Ghost“ Effekts ist die Einführung eines Keilwinkels („wedge angle“) zwischen der äußeren und inneren Glasscheibe der Windschutzscheibe. Dies kann beispielsweise über eine sich entlang der Breite oder Höhe der Windschutzscheibe ändernde Dicke der Zwischenschicht erreicht werden. Durch den Keilwinkel fallen die von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Glasscheibenfläche und der dem Fahrzeugaußenraum zugewandten Glasscheibenfläche reflektierten Lichtstrahlen auf dem Weg in Richtung der Augen des Betrachters zusammen. Dadurch kann das „Ghost-Image“ eliminiert werden. Die Fertigung von mit einem Keilwinkel versehenen Windschutzscheiben ist mit relativ hohen Fertigungskosten und einem hohen Produktionsaufwand verbunden.
Eine weitere Möglichkeit zur Eliminierung eines „Ghost-Images“ ist in der US 2017 / 0 242 247 A1 beschrieben. Die dort offenbarte Kernidee liegt darin, dass HUD-System mit p-polarisiertem Licht zu betreiben und die Windschutzscheibe mit einem Polymerfilm zu beschichten, in welchen Silbernanopartikel eingebettet sind. Ausgenutzt wird sodann, dass p-polarisiertes Licht nur schwach an der Luft-Glas Grenzfläche der Windschutzscheibe reflektiert wird. Die Reflexion findet nahezu ausschließlich an den Silbernanopartikeln statt. Eine Überlagerung zweier Bilder wird damit vermieden.
Bei der Fertigung eines Kraftfahrzeugs mit einer vorgegebenen Form, Größe und Position der Windschutzscheibe sowie einer vorgegebenen Sitzposition des Fahrers, sind die Anordnungsmöglichkeiten für die Projektionseinheit des HUD Systems unter Berücksichtigung der optimalen Ausrichtung des virtuellen HUD Bildes in Bezug auf die Sitzposition des Fahrers stark begrenzt. Letztlich ist die Anordnung der Projektionseinheit durch die vorgenannten Parameter festgelegt. Dies führt zu einer starken Limitierung beim Fahrzeugdesign, insbesondere mit Blick auf die stark beschränkten Anordnungsmöglichkeiten der Projektionseinheit. Alternativ kann bei der Konstruktion eines Fahrzeugs auch die gewünschte Position der HUD Projektionseinheit vorgegeben werden. Sodann muss aber die Windschutzscheibe hinsichtlich ihrer Form, Neigung und des Keilwinkels daran angepasst werden.
Eine weitere Limitierung der Anordnungsfreiheit für die Projektionseinheit ergibt sich aus dem Grundsatz der Fresnel-Gleichungen, wonach der Winkel der auf die Windschutzscheibe einfallenden Lichtstrahlen gleich dem Winkel der reflektierten Lichtstrahlen ist - der Einfallwinkel entspricht also dem Ausfallwinkel. Eine flexible Justierbarkeit des Ausfallwinkels würde Fahrzeugkonstrukteuren einen erhöhten Gestaltungsspielraum ermöglichen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das auf der Windschutzscheibe auftreffende Licht mit einem bestimmten Anteil an der Innenseite der Windschutzscheibe in das Auge des Fahrers reflektiert und mit einem anderen Anteil in die Windschutzscheibe eingekoppelt wird. Zu beachten ist, dass das Reflexionsverhalten in einem erheblichen Maße von der Polarisation des einfallenden Lichts abhängt.
In Anbetracht der vorangehenden Ausführungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Blickfeldanzeigesystem sowie eine zugehörige Windschutzscheibe bereitzustellen, vermöge dessen eine flexible Justierbarkeit des Reflexionswinkels für die auf die Windschutzscheibe auftreffenden Lichtstrahlen ermöglicht und das Auftreten des „Ghost-Effekts“ verhindert wird. Gleichermaßen soll eine kostengünstige Herstellung des Blickfeldanzeigesystems sowie der Windschutzscheibe gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Blickfeldanzeigesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie mit einer Windschutzscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Blickfeldanzeigesystem handelt es sich vorzugsweise um ein Head-Up-Display System zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Bestandteil des Anzeigesystems ist eine im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen des Kraftfahrzeugs angeordnete Projektionseinheit. Diese ist dazu eingerichtet, um vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen in Richtung eines eine Projektionsfläche bereitstellenden Teilbereichs der Windschutzscheibe auszusenden. Gleichermaßen kann die Projektionseinheit dazu eingerichtet sein unpolarisiertes Licht auszusenden. Die Windschutzscheibe ist dazu eingerichtet, die von der Projektionseinheit ausgesandten Lichtstrahlen zu reflektieren.
Die Windschutzscheibe setzt sich aus einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe, einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe und einer zwischen der äußeren und inneren Glasscheibe angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht zusammen. Ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Kunststoff-Zwischenschicht im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten und für diese Zwecke eingesetzten Windschutzscheiben, keine Keilwinkelform bzw. keinen „wedged angle“ aufweisen muss. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine solche Ausgestaltung der Windschutzscheibe beschränkt. Die Ausbildung der Zwischenschicht in Keilwinkelform ist zwar kostenaufwändiger, je nach Anforderung kann aber auch eine derart ausgebildete Windschutzscheibe im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß ist zumindest in dem die Projektionsfläche bereitstellenden Teilbereich der Windschutzscheibe eine aus Strukturelementen gebildete Nanostruktur vorgesehen. Die Strukturelemente sind in Bezug zu einer Oberflächennormalen der Windschutzscheibe um einen Neigungswinkel geneigt. Insbesondere handelt es sich bei der Nanostruktur um eine das von der Projektionseinheit ausgesendete Licht beugende Nanostruktur. Wie im Rahmen weiterer vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung an späterer Stelle noch zu erörtern sein wird, kann die Nanostruktur unmittelbar an der inneren oder äußeren Glasscheibe ausgebildet sein oder alternativ in einer mit der Windschutzscheibe verbundenen Folie. Beispielsweise können die Strukturelemente unmittelbar in die innere oder äußere Glasscheibe im Wege einer Laserstrukturierung oder eines Ätzprozesses eingebrachte Nanostrukturelemente sein. Weiterhin ist vorstellbar, zumindest einer der Glasscheiben mit Nanopartikeln zu dotieren. Auch kann eine Folie mit in die Folie eingebetteten Nanopartikeln auf eine Oberfläche der Glasscheiben aufgebracht werden. Durch eine solche geneigte Anordnung der Strukturelemente kann der Reflexionswinkel bzw. Ausfallwinkel der auf die Nanostruktur bzw. Strukturelemente eintreffenden Lichtstrahlen in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Strukturelemente beeinflusst und eingestellt werden. Insbesondere betrifft dies jene auf die Nanostruktur eintreffenden Lichtstrahlen, die aufgrund ihrer Wellenlänge bei ihrem Auftreffen auf den Strukturelementen, insbesondere bei Verwendung von Nanopartikeln, in Resonanz mit den sogenannten Plasmonen - jenen an der Oberfläche der Metallnanopartikel befindlichen Elektronen - schwingen. Die eintreffenden Lichtstrahlen werden also im Wege der Oberflächen-Plasmonen-Resonanz beeinflusst, beispielsweise hinsichtlich ihrer Intensität.
Letztlich führt dieser Effekt zu zwei unterschiedlichen Reflexionsarten, nämlich zu einer durch die die gesamte Projektionsfläche bestimmten Makroreflexion, die sich insbesondere auf jene auf die Glasscheiben der Windschutzscheibe auftreffenden Lichtstrahlen auswirkt, und des Weiteren zu einer durch die Strukturelemente bzw. Nanopartikel bestimmten Mikroreflexion. Die Mikroreflexion bestimmt das Reflexionsverhalten der auf den Nanopartikeln auftreffenden, vorzugsweise p-polarisierten Lichtstrahlen. Durch die Mikroreflexion kann der Ausfallwinkel der an den Strukturelementen, beispielsweise den Nanopartikeln, der Folie reflektierten Lichtstrahlen eingestellt werden. So kann der Ausfallwinkel der an der Folie reflektierten Lichtstrahlen und somit letztlich auch die Position des virtuellen Bildes im Wege vorab - also vor dem Bau des Fahrzeugs - berechnet werden.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den von der Projektionseinheit ausgesendeten Lichtstrahlen um vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen. Solche p-polarisierten Lichtstrahlen erfahren beim Auftreffen auf die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte innere Glasscheibe nur eine schwache Reflexion. Im Gegensatz dazu erfährt das p-polarisierte Licht an der Nanostruktur, beispielsweise der die Nanopartikel aufweisenden Folie, eine starke Reflexion. Dadurch kann ein bestimmter Lichtanteil der Eingangsstrahlung selektiv in Richtung des menschlichen Auges reflektiert werden. In Kombination mit einem justierbaren Neigungswinkel der Strukturelemente, insbesondere der Nanopartikel, lässt sich die Richtung des reflektierten p-polarisierten Lichts bzw. der Reflexions- oder Ausfallwinkel - aufgrund der Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Nanopartikel - bis zu einem gewissen Maße steuern.
Sind einem Fahrzeugkonstrukteur bereits die Dimensionen und die Ausgestaltung der Karosserie und des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgegeben - mathematisch stellen diese sodann eine Unveränderliche dar - so kann er durch Applikation einer Nanostruktur, beispielsweise der mit Nanopartikeln versehenen Folie, auf die Windschutzscheibe, unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten für die Projektionseinheit in den Fahrzeugarmaturen, sowie unterschiedliche Windschutzscheibenformen verwirklichen. Denn aufgrund der geneigten Anordnung der Strukturelemente, beispielsweise der Nanopartikel, in Bezug zur Oberflächennormalen der Windschutzscheibe oder der Folie, sind unterschiedliche Reflexionswinkel des auf die Strukturelemente, beispielsweise Nanopartikel auftreffenden Lichts, insbesondere des p-polarisierten Lichts, einstellbar. Schließlich kann auch die Richtung der reflektierten Lichtstrahlen bis zu einem gewissen Grad eingestellt und an unterschiedliche Erfordernisse angepasst werden. Im Wege der Fahrzeugkonstruktion kann der Neigungswinkel der Nanopartikel also eine veränderliche Variable darstellen.
Ferner bewirkt die schwache Reflexion des p-polarisierten Lichts an der inneren Glasscheibe, dass vornehmlich das an den Strukturelementen, insbesondere den Nanopartikeln bzw. der die Nanopartikel aufweisenden Folie reflektiere p-polarisierte Licht in Richtung des menschlichen Auges reflektiert wird. Durch eine derartige Selektion der auf die Windschutzscheibe bzw. den Projektionsbereich einfallenden Lichtstrahlen bzw. der auf die Strukturelemente, insbesondere die Nanopartikel, auftreffenden p-polarisierten Lichtstrahlen wird das Auftreten des „Ghost“ Effekts vermieden bzw. zumindest reduziert. Da das p-polarisierte Licht von der Glasscheibe nur schwach reflektiert wird, gelangt nur ein vernachlässigbarer Anteil des dort reflektierten Lichts in Richtung des menschlichen Auges. Eine Überlappung virtueller Bilder und eine damit verbundene Offset-Wahrnehmung zweier Bilder wird somit vermieden.
Neben dem Blickfeldanzeigesystem betrifft die Erfindung zudem eine Windschutzscheibe als Bestandteil eines Blickfeldanzeigesystems für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Head-Up-Display Systems zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe, wobei die Windschutzscheibe eingerichtet ist, von einer im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen des Kraftfahrzeugs angeordneten Projektionseinheit ausgesandte Lichtstrahlen, vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen, zu reflektieren, und wobei die Windschutzscheibe aus einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe, einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe und einer zwischen der äußeren und inneren Glasscheibe angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht zusammengesetzt ist. Erfindungsgemäß weist die Windschutzscheibe zumindest in dem die Projektionsfläche bereitstellenden Teilbereich eine aus Strukturelementen gebildete Nanostruktur. Die Strukturelemente sind in Bezug zu einer Oberflächennormalen der Windschutzscheibe um einen Neigungswinkel geneigt. Im Falle jener Ausgestaltung, bei der die Strukturelemente durch in eine Folie eingebettete Nanopartikel ausgebildet sind, kann die Folie auf der inneren oder äußeren Glasscheibe aufgebracht werden. Sodann sind die Nanopartikel die in Bezug zur Oberflächennormalen der Folie um einen Neigungswinkel geneigt. Da die Folie in der Regel unmittelbar auf die Windschutzscheibe bzw. eine der Windschutzscheibe zugehörige innere oder äußere Glasscheibe aufgebracht wird, passt sich die Folienkontur der Kontur der Glasscheibe und damit der Windschutzscheibe an. Entsprechend stimmt die Oberflächennormale der Folie annähernd mit der Oberflächennormalen der Windschutzscheibe in diesem Bereich überein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Strukturelemente an der inneren oder äußeren Glasscheibe vorgesehen. So können die Strukturelemente ausgebildet sein aus in die Glasscheibe integrierten Nanopartikeln. Dies meint insbesondere, dass die Nanopartikel bei der Fertigung der inneren oder äußeren Glasscheibe unmittelbar in das Glasmaterial integriert werden, beispielsweise im Wege einer Dotierung. Dabei können die Nanopartikel entsprechend der gewünschten Neigung ausgerichtet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Strukturelemente unmittelbar an der Glasscheibe ausgebildet sein, beispielsweise im Wege einer Laserstrukturierung oder eines Ätzprozesses. Auch anderweitige gängige Strukturiermethoden von Glasmaterialien können dazu verwendet werden, insbesondere lithographische Methoden. Bei dieser Ausgestaltungsvariante wird das Glas, insbesondere die Glasoberfläche selbst unmittelbar strukturiert.
Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Strukturelemente ausgebildet aus in eine Folie eingebetteten Nanopartikeln, vorzugsweise Metallnanopartikeln, wobei die Folie auf einer Oberfläche der inneren oder äußeren Glasscheibe angeordnet ist und die Strukturelemente in Bezug auf eine Oberflächennormale der Folie geneigt sind. Mit Oberfläche kann an dieser Stelle jede Oberfläche der inneren oder äußeren Glasscheibe gemeint sein, also jene dem Innenraum oder der Kunststoff-Zwischenschicht zugewandte Oberfläche der inneren Glasscheibe, oder die der Kunststoff-Zwischenschicht oder dem Fahrzeugaußenraum zugewandte Oberfläche der äußeren Glasscheibe.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie auf einer der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der inneren Glasscheibe angeordnet. Die Folie ist dann in das Verbundglas integriert und eingebettet. Ein Luft- und Feuchtigkeitskontakt wird dadurch vermieden. Entsprechend können auch luftempfindliche oder feuchtigkeitsempfindliche Nanopartikel in die Folie eingebettet werden und im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen. Denn bei einer solchen Anordnung ist die Folie im Inneren des Verbundglases angeordnet, und nicht an einer der äußeren Oberflächen. Die optischen Reflexionseigenschaften der Nanopartikel können somit vollständig zum Tragen kommen, wobei gleichzeitig eine Langlebigkeit und ein ausreichender Schutz der Nanopartikel vor äußeren Einflüssen gewährleistet wird. Nebst der vorgenannten Anordnung der Folie, kann diese gleichermaßen auf einer der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der äußeren Glasfläche angeordnet werden. Auch dann ist ein Schutz vor Luft- und Feuchtigkeitseinwirkung gewährleistet. Prinzipiell ist gar eine Anordnung er Folie im Bereich der Zwischenschicht denkbar, beispielsweise in jenem Fall, bei dem sich die Zwischenschicht aus mehreren Lagen zusammensetzt. Sodann kann die Folie zwischen den Lagen der Zwischenschicht angeordnet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Folie auf die innere oder äußere Glasscheibe auflaminiert, aufgeklebt oder aufgeschweißt sein. Eine stabile Befestigung der Folie auf einer der Glasscheiben, vorzugsweise der inneren Glasscheibe ist von hoher Relevanz für eine dauerhafte Bereitstellung einer stabilen Verbundstruktur der Windschutzscheibe. Ebenso wichtig ist eine glatte Aufbringung der Folie unter Vermeidung von Lufteinschlüssen. Denn diese können die Reflexionseigenschaften der Folie bzw. der Nanopartikel negativ beeinflussen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Kunststoff-Zwischenschicht eine oder mehrere Lagen Polyvinylbutyral (PVB) umfassen. PVB ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für Schutzschichten von aus Verbundglas hergestellten Windschutzscheiben. Bei PVB handelt es sich um einen Schmelzklebstoff. Beim Bersten einer Windschutzscheibe im Crashfall zeichnet sich die PVB Zwischenschicht durch seine splitterbindende Wirkung aus. Des Weiteren weißt PVB eine verhältnismäßig hohe Reißfestigkeit auf. In die Zwischenschicht können weitere funktionale Materialien integriert sein, beispielsweise Materialien zur Wärmeisolation, Geräuschdämmung, Farbtönung etc. Auch können Sensoren, beispielsweise Regensensoren, in die Zwischenschicht integriert sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Metallnanopartikel in ein dielektrisches Matrixmaterial der Folie eingebettet sein. Dielektrika sind elektrisch schwach- oder nichtleitende Substanzen. Insbesondere kommen für die vorliegende Anwendung nichtleitende Kunststoffe als Matrixmaterial in Betracht. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen transparenten Kunststoff.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann sich die Nanostruktur, beispielsweise in Form der in die Folie eingebetteten Nanopartikel, über die gesamte Windschutzscheibe erstrecken oder in jenem die Projektionsfläche bereitstellenden Bereich der Windschutzscheibe angeordnet sein. Eine Anordnung, bei der sich die Nanostruktur über die gesamte Windschutzscheibe erstreckt, kann Vorteile hinsichtlich einer vereinfachten Fertigung der Verbundglas-Windschutzscheibe bieten. In diesem Fall kann eine der Glasscheiben der Windschutzscheibe in einem einzigen Verarbeitungsschritt in Gänze mit der Nanostruktur, insbesondere der Folie, beaufschlagt werden. Der Fertigungsschritt einer akkuraten Positionierung der Folie in jenem die Projektionsfläche bereitstellenden Bereich wird dann umgangen. Vorteilhaft kann eine solche Ausgestaltung auch dann sein, wenn die gewünschte Position der Projektionsfläche auf der Windschutzscheibe noch nicht bekannt ist. Dadurch erhält der Konstruktionsingenieur des Fahrzeugs einen erhöhten Gestaltungsspielraum. Eine positionsgenaue Anordnung einer Nanostruktur, insbesondere einer Folie, in einem die Projektionsfläche bereitstellenden Bereich bietet hingegen Vorteile hinsichtlich eines geringeren Materialverbrauchs. Die Materialkosten werden dadurch gesenkt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann es sich bei den Metallnanopartikeln um Silbernanopartikel handeln, wobei die Nanopartikel vorzugsweise eine Scheibenform aufweisen. Bei den Silbernanopartikeln kann es sich um feine Partikel von elementarem Silber handeln. Gleichermaßen kann es sich dabei um Silberverbindungen handeln, insbesondere um schwerlösliche Silberverbindungen, sogenannte Silbersole. Als Beispielverbindungen seien Silberhalogenide erwähnt. Auch eine Verwendung anderer Metallnanopartikel samt ihrer Verbindungen ist vorstellbar, beispielsweise von Gold-, Platin-, Palladium-, Eisen- oder Cobalt-Nanopartikel. Die Nanopartikel können mit Schutzhüllen versehen sein und/oder mit organischen Molekülen funktionalisiert sein. Die Nanopartikel können unterschiedlichste Formen aufweisen. Neben einer Scheibenform, kommt eine Plättchen-, Prismen-, Stäbchen,- oder Kugelform gleichermaßen in Betracht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil der auf die Projektionsfläche der Windschutzscheibe unter einem ersten Einfallwinkel auftreffenden Lichtstrahlen von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche der inneren Glasscheibe unter einem ersten Ausfallwinkel reflektiert. Weiterhin tritt ein Teil der Lichtstrahlen durch die innere Glasscheibe hindurch und wird nach dem Auftreffen auf die Nanostruktur, beispielsweise in Form der in die Folie eingebetteten Nanopartikel, unter einem zweiten Einfallwinkel von der Nanostruktur bzw. Folie unter einem zweiten, einstellbaren Ausfallwinkel reflektiert. Der zweite Ausfallwinkel ist durch die Verwendung unterschiedlich stark geneigter Nanopartikel einstellbar. Die Neigung der Nanopartikel bezieht sich dabei auf einen Normalenvektor der Windschutzscheibe bzw. der Folienoberfläche, die sogenannte Oberflächennormale.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Projektionseinheit dazu eingerichtet, ausschließlich p-polarisierte Lichtstrahlen auszusenden. In weiterhin vorteilhafter Weise ist die Nanostruktur, beispielsweise in Form der in die Folie eingebetteten Nanopartikel, dazu eingerichtet, ausschließlich p-polarisierte Lichtstrahlen zu reflektieren. Aufgrund der Tatsache, dass die p-polarisierten Lichtstrahlen an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche der inneren Glasscheibe schwächer reflektiert werden als an der Nanostruktur bzw. Folienoberfläche, werden jene auf der dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Oberfläche der inneren Glasscheibe auftreffenden und dort reflektierte Lichtstrahlen nur sehr schwach reflektiert, sprich sie werden aufgrund der schwachen Reflexion nicht bzw. nur schwach vom Betrachter bzw. Fahrer wahrgenommen. Vielmehr sind für einen Betrachter der angezeigten grafischen Elemente nur die an der Nanostruktur bzw. Folienoberfläche reflektierten p-polarisierten Lichtstrahlen wahrnehmbar, nämlich in Form der angezeigten grafischen Elemente.
In jenem Falle, bei dem aufgrund der vorliegenden Geometrie des Strahlengangs der Lichtstrahlen und der Position der Windschutzscheibe und der Sitzposition des Fahrers, ein „Ghost-Image“ zu erwarten wäre, nimmt der Fahrer - aufgrund der schwachen Reflexion der p-polarisierten Lichtstrahlen an der Luft-Glas Grenzfläche - nur jene an der Nanostruktur bzw. Folie reflektierten Lichtstrahlen wahr. Die Wahrnehmung eines „Ghost-Images“ wird dadurch eliminiert. In diesem Zusammenhang ist ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion zu erwähnen. Durch eine solche Unterdrückung des Ghost-Effekts kann auf die aus dem Stand der Technik bekannte Verwendung von keilförmigen Zwischenschichten, sog. „wedged-angle“ Zwischenschichten, verzichtet werden. Dadurch werden sowohl der Fertigungsaufwand als auch die Kosten für die Windschutzscheibe reduziert.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der zweite Ausfallwinkel durch den Neigungswinkel der Strukturelemente, beispielsweise der Metallnanopartikel, relativ zur Oberflächennormalen der Folie im Wege einer Mikroreflexion einstellbar ist. Treffen die p-polarisierten Lichtstrahlen auf die Nanostruktur bzw. Folie auf, so wird die Reflexion bzw. der Ausfallwinkel zunächst vom Einfallwinkel der Lichtstrahlen auf die Nanostruktur bzw. Folie bestimmt (Fresnel Gleichungen). Dies kann als Makroreflexion bezeichnet werden, da die Reflexion in diesem Fall von der Folie als makroskopische Einheit, bzw. makroskopische Reflexionsfläche bestimmt wird. Wie eingangs erwähnt kann es im Rahmen der Fahrzeugkonstruktion jedoch vorteilhaft sein, einen größeren Gestaltungsspielraum für die Anordnung der Projektionseinheit bei vorgegebener Form und Position der Windschutzscheiben sowie der Fahrerposition zu erlangen.
Bei klassischen Windschutzscheiben sind die Variationsmöglichkeiten für den Konstrukteur stark begrenzt, letztlich muss er das Design bzw. die Anordnung an die Reflexionseigenschaften der Windschutzscheibe und die ihm vorgegebenen Kriterien, beispielsweise die Fahrerposition, die Form und Position der Windschutzscheibe und die Gegebenheiten der Fahrzeugarmaturen im Fahrzeugcockpit anpassen. Ein weiterer Freiheitsgrad bei der Gestaltung wäre folglich wünschenswert.
Durch die Möglichkeit, in der Nanostruktur in Bezug zur Oberflächennormalen der Windschutzscheibe, bzw. bei der Ausgestaltung in Form einer Folie in Bezug zur Oberflächennormalen der Folie, geneigte Strukturelemente, beispielsweise Nanopartikel, vorzusehen, kann die Reflexion der auf die Nanostruktur die bzw. Strukturelemente auftreffenden p-polarisierten Lichtstrahlen durch den Neigungswinkel der Strukturelemente bzw. Nanopartikel beeinflusst bzw. im Vergleich zur Makroreflexion abgeändert werden. Die durch die Neigung der Strukturelemente bzw. Nanopartikel einstellbare Reflexion kann auch als Mikroreflexion bezeichnet werden. Somit erhält der Konstrukteur des Fahrzeugs bei der Implementation des Blickfeldanzeigesystems einen zusätzlichen Gestaltungsspielraum für die Anordnungsmöglichkeiten und den Aufbau des Head-up-Displays.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Ausfallwinkel der auf die Nanostruktur bzw. die Folie auftreffenden Lichtstrahlen durch eine an den Strukturelementen, beispielsweise den Metallnanopartikeln, auftretende Mikroreflexion in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Strukturelemente um 0 - 10°, vorzugsweise um 0.5 - 3.5° einstellbar. Damit ist letztlich auch der Reflexionswinkel des auf die Windschutzscheibe einfallenden p-polarisierten Lichts einstellbar. Bei einem durch die Fahrzeugkonstruktion vorgegebenen Einfallwinkel und Ausfallwinkel von beispielsweise 20°, kann der Ausfallwinkel über eine geeignete Neigung der Strukturelemente auf einen Wert von 15 bis 20° eingestellt werden. Damit kann die Grundregel der Strahlungsreflexion, wonach der Einfallwinkel gleich dem Ausfallwinkel ist, umgangen werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende Blickfeldanzeigesystem wie auch die der Erfindung zugrundeliegende Windschutzscheibe kann mit sämtlichen vorangehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen kombiniert werden, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie „umfassend“ „aufweisen“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe „ein“ oder „das“, die auf einer Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus und umgekehrt.
Weitere Vorteile der Erfindung sind anhand mehrerer einzelner Aspekte des erfindungsgemäßen Blickfeldanzeigesystems und der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe anhand entsprechender Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines im Fahrzeug-Cockpit angeordneten Head-Up-Display Systems;
2 eine schematische Illustration der Entstehung eines Ghost-Images bei Verwendung eines Head-Up-Display Systems mit aus dem Stand der Technik bekannten Windschutzscheiben;
3 eine schematische Illustration des Strahlenganges bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Blickfeldanzeigesystems bzw. einer erfindungsgemäßen Windschutzscheibe;
4 eine schematische Illustration der Lichtreflexion an einer unmodifizierten Projektionsfläche einer Windschutzscheibe;
5 eine schematische Illustration der Lichtreflexion an einer modifizierten Projektionsfläche einer Windschutzscheibe,
6 eine schematische Illustration der Lichtreflexion an einer erfindungsgemäß modifizierten Projektionsfläche einer Windschutzscheibe.

In der 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Blickfeldanzeigesystems bzw. eines Head-Up-Displays (HUD) schematisch illustriert. Head-Up-Displays werden im vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs zur Anzeige von virtuellen Bildern 1 verwendet. Dadurch können dem Fahrer beispielsweise die Fahrtgeschwindigkeit, der Tankzustand, die Drehzahl oder fahrtroutenbezogene Informationen angezeigt werden. Diese Auflistung ist nicht abschließend.
Dabei wird dem Fahrer ein virtuelles Bild 1 in seinem natürlichen Blickfeld beim Blick auf die Straße eingeblendet. So wird vermieden, dass der Fahrer zur Einholung bestimmter Anzeigeinformationen seinen Blick von der Straße abwenden muss, wodurch seine Aufmerksamkeit in Bezug auf den Straßenverkehr verringert werden kann und zu unerwünschten Gefahrensituationen führen kann.
Kurz gefasst entsteht das virtuelle Bild 1 durch Reflexion von auf die Windschutzscheibe 2 des Fahrzeugs auftreffenden Lichtstrahlen 4, die ein anzuzeigendes Bild repräsentieren. Wie die 1 zu erkennen gibt, ist im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen 5 bzw. im Cockpit des Fahrzeugs eine Projektionseinheit 7 zur Projizierung eines Lichtstrahls 4 auf die Windschutzscheibe 2 vorgesehen. Der Lichtstrahl 4 wird von einer nicht dargestellten Strahlungsquelle induziert und durch die Projektionseinheit 7 in Richtung einer Projektionsfläche 8 der Windschutzscheibe 2 projiziert. Die Projektionseinheit 7 kann einen oder mehrere Projektionsspiegel umfassen.
Der Lichtstrahl 4 trifft unter einem Einfallwinkel θ_i1 auf die Projektionsfläche 8 der Windschutzscheibe 2 auf, und wird unter einem Ausfallwinkel θ_r1 von der Windschutzscheibe 2 reflektiert. Beachtet sei, dass der hier dargestellte (Bulk)-Lichtstrahl 4 aus einer Vielzahl einzelner Lichtstrahlen zusammengesetzt ist. Wie angedeutet, wird die Größe des anzuzeigenden Bildes bzw. des virtuellen Bildes untere und obere Lichtstrahlen 9, 10 bestimmt. Entsprechend treffen die das anzuzeigende Bild repräsentierenden und an der Windschutzscheibe 2 reflektierten Lichtstrahlen 4, 9, 10 entsprechend dem Bildbereich 11 auf das menschliche Auge 13. In Verlängerung des Bildbereichs 11 in Blickrichtung des Auges 13 (dargestellt durch die dick-gestrichelte Projektionslinie) nimmt der Fahrer bzw. das Auge 13 das virtuelle Bild 11 als außerhalb des Fahrzeugs liegend wahr. Wie dargestellt, nimmt der Fahrer das virtuelle Bild 1 als über der Motorhaube 14 des Fahrzeugs liegend wahr.
Die 2 illustriert in einer stark schematisierten Darstellung, wie ein sogenanntes „Ghost-Image“ bei einem aus dem Stand der Technik bekannten HUD-System zustande kommt. Dargestellt ist ein auf eine Windschutzscheibe 2 einfallender Lichtstrahl 4. Der Lichtstrahl 4 repräsentiert wie bereits zu 1 erwähnt, eine Vielzahl einzelner Lichtstrahlen. Der Lichtstrahl 4 trifft unter einem Einfallwinkel θ_i1 (in Bezug zu einem Einfallslot 15) auf die Windschutzscheibe 2 auf und wird an dieser reflektiert - unter einem Ausfallwinkel θ_r1 (ebenfalls bezogen auf das Einfallslot 15).
Wie die 2 ferner zu erkennen gibt, setzt sich die Windschutzscheibe 2 aus mehreren Schichten zusammen. Dabei handelt es sich, wie vorliegend dargestellt, um ein Verbundglas mit einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe 16 und einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe 17. Zwischen den Glasscheiben 16, 17 ist eine Kunststoff-Zwischenschicht angeordnet, beispielsweise aus Polyvinylbutyral (PVB).
Die innere Glasscheibe 16 weist eine erste Oberfläche 20 und eine zweite Oberfläche 21 auf. Die erste Oberfläche 20 ist dem Fahrzeuginnenraum zugewandt und stellt eine Luft-Glas Materialgrenze dar. Entsprechend treffen die einfallenden Lichtstrahlen 4 auf der Oberfläche 20 auf und werden an dieser zumindest teilweise reflektiert. Die zweite Oberfläche 21 der inneren Glasscheibe 16 ist der Zwischenschicht 19 zugewandt. Auch die äußere Glasscheibe 17 weist eine erste Oberfläche 23 auf, die der Zwischenschicht 19 zugewandt ist. Die zweite Oberfläche 24 der äußeren Glasscheibe 17 stellt sogleich die Materialgrenze der Windschutzscheibe 2 zum Fahrzeugaußenraum dar.
Ein Teil des auf die erste Oberfläche 20 der inneren Glasscheibe 16 einfallenden Lichts 4 wird nicht an der Oberfläche 20 reflektiert, sondern tritt durch die innere Glasscheibe 16, die Zwischenschicht 19 und die äußere Glasscheibe 17 hindurch. Der an der ersten Oberfläche 20 unmittelbar reflektierte Lichtstrahl ist in der 2 mit Bezugszeichen 18 bezeichnet. An der zweiten Oberfläche 24 der äußeren Glasscheibe 17 wird der durch die Glasscheiben 16, 17 und die Zwischenschicht 19 hindurchtretende Lichtstrahl 26 reflektiert. Beim Auftreffen des reflektierten Lichtstrahls 26 an der ersten Oberfläche 20 der inneren Glasscheibe 16, also an der Materialgrenze zwischen innerer Glasscheibe 16 und dem Fahrzeuginnenraum, wird der Lichtstrahl 26 gebrochen und verläuft als gebrochener Lichtstrahl 31 in Richtung des Betrachters. Durch eine solche doppelte Reflexion des einfallenden Lichts an den Oberflächen 20 und 24 der Windschutzscheibe 2, entsteht ein mit einem Ghost-Image überlagertes virtuelles Bild 1. Das virtuelle Bild 1 und das Ghost-Image sind durch einen dem räumlichen Offset D der Lichtstrahlen 18 und 31 entsprechenden Bild-Offset gekennzeichnet. Die Ghost-Image Bildung kann durch das Vorsehen einer keilförmigen Zwischenschicht 19 verringert werden. Im dargestellten Beispiel nimmt die Dicke der Zwischenschicht 19 entlang der Windschutzscheibe 2 von untern nach oben zu. Die Fertigung bzw. Konstruktion einer solchen Windschutzscheibe 2 ist aufwendig und kostenintensiv.
Erfindungsgemäß kann eine der Glasscheiben 16, 17 mit einer Nanostruktur 30 versehen sein, wobei die Nanostruktur 30 Strukturelemente 32 aufweist, die in Bezug zu einer Oberflächennormalen N der Windschutzscheibe 2 um einen Neigungswinkel γ geneigt sind. Die Nanostruktur 30 kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. So kann sie unmittelbar in das Glasmaterial der Glasscheiben 16, 17 eingearbeitet sein, eine Dotierung der Glasscheiben 16, 17 mit Strukturelementen 32 in Form von Nanopartikeln umfassen oder in Form von in eine Folie 27 eingebetteten Nanopartikeln ausgebildet sein, wobei die Folie 27 auf einer Oberfläche 20, 21, 23, 24 der Windschutzscheibe aufgebracht wird. In letzterem Fall bilden die die Nanopartikel die Strukturelemente 32 aus. Diese sind in Bezug auf eine Oberflächennormale N der Folie 27 um einen Winkel γ geneigt. Nachfolgend sei exemplarisch lediglich auf die Ausführungsvariante der in eine Folie 27 integrierten Strukturelemente 32 bzw. Nanopartikel Bezug genommen. Die Ausführungen gelten analog für die anderen Ausführungsvarianten.
Wie in 3 wiedergegeben kann die innere Glasscheibe 16 mit einer mit Strukturelementen bzw. Nanopartikeln 30 versehenen Folie 27 beaufschlagt werden, insbesondere kann die Folie 27 auf der zweiten Oberfläche 21 der inneren Glasscheibe 16 angeordnet sein (eine Anordnung auf einer anderen Oberfläche 20, 23, 24 ist ebenfalls denkbar). Wird von der Projektionseinheit 7 ausschließlich p-polarisiertes Licht 28 ausgesandt, so wird nur ein geringer Anteil des Lichts 28 an der Oberfläche 20 der inneren Glasscheibe 16 reflektiert, vornehmlich aufgrund der schwachen Reflexion von p-polarisiertem Licht an Glas. Die schwache Reflexion des p-polarisierten Lichts an der Glasoberfläche 20 ist durch den gepunktet dargestellten Lichtstrahl 33 verdeutlicht. Das einfallende p-polarisierte Licht 28 wird im Wesentlichen nach dem Hindurchtreten durch die erste Glasscheibe 16 und daran anschließendem Auftreffen auf die Folie 27 bzw. auf die in der Folie 27 eingebetteten Strukturelemente 32 bzw. Nanopartikel reflektiert. Beim Hinaustreten aus der ersten Glasscheibe 16 wird das Licht erneut gebrochen und der Lichtstrahl 34 in Richtung des Betrachters abgelenkt. Aufgrund der schwachen Reflexion des p-polarisierten Lichts an Glas wird hauptsächlich das an der Folie 27 bzw. den Strukturelementen 32 bzw. Nanopartikeln reflektierte p-polarisierte Licht 28, 34 in Richtung des Betrachters weitergegeben. Das Auftreten eines Ghost-Effekts wird dadurch vermieden.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass auf eine keilförmige Ausgestaltung der Zwischenschicht 19 zur Kompensation des Ghost-Effekts verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann diese trotzdem ergänzend vorgesehen sein.
Wie in der 6 illustriert, können die Strukturelemente 32 bzw. Nanopartikel in der Folie 27 in Bezug zur Oberflächennormalen N um einen Winkel γ geneigt sein. Werden die Lichtstrahlen (in den Figuren durch Pfeile dargestellt) an den geneigten Strukturelementen 32 bzw. Nanopartikeln reflektiert, so kann der Reflexionswinkel bzw. Ausfallwinkel θ_r2 in einen modifizierten Ausfallwinkel θ_r2mod um 0 - 10°, vorzugsweise um 0.5 - 3.5° abgeändert werden und um diesen Wert vom Einfallwinkel θ_i2 abweichen. Hierzu sei insbesondere auf einen Vergleich der 5 und 6 verwiesen, die die Änderung des Reflexionswinkels θ_r2 bei Verwendung geneigter Strukturelemente 32 bzw. Nanopartikel im Vergleich zu nicht-geneigten Strukturelementen 32 bzw. Nanopartikeln wiedergeben. Auch in der 6 ist dies illustriert (der gestrichelte Pfeil repräsentiert die Reflexion bei nicht geneigten Strukturelementen 32 bzw. die Reflexion für den Fall, dass keine Strukturelemente 32 verwendet werden). In den 4 - 6 sind die an der Folie 27 vorliegenden Einfallwinkel und Ausfallwinkel mit der Ziffer 2 indiziert und mit θi₂ sowie θ_r2 bezeichnet. In 4 ist die Reflexion an einer Oberfläche bzw. Folie ohne Modifikation mit Strukturelementen 32 wiedergegeben. Handelt es sich beispielsweise um eine Glasoberfläche ist die Reflexion von p-polarisiertem Licht schwächer als bei Reflexion an einer mit Strukturelementen 32 modifizierten Oberfläche. Dieser Effekt ist anhand des im Vergleich zu dem das reflektierte Licht darstellenden Pfeilen in den 5 und 6 in der 4 mit einem gestrichelten Pfeil dargestellt.
Eine solche Modifizierung des Reflexionswinkels ermöglicht dem Konstrukteur des Fahrzeugs einen größeren Spielraum für die Anordnung der Projektionseinheit 7 im Fahrzeugcockpit. Auch ermöglicht dies einen größeren Spielraum bei der Größen- und Formauswahl der Windschutzscheibe.
Bezugszeichenliste

1: virtuelles Bild
2: Windschutzscheibe
4: Lichtstrahl
5: Fahrzeugarmatur
7: Projektionseinheit
8: Projektionsfläche
9: unterer Lichtstrahl
10: oberer Lichtstrahl
11: Bildbereich
13: Auge
14: Motorhaube
15: Einfallslot
16: innere Glasscheibe
17: äußere Glasscheibe
18: Lichtstrahl
19: Kunststoff-Zwischenschicht
20: erste Oberfläche
21: zweite Oberfläche
23: erste Oberfläche
24: zweite Oberfläche
26: Lichtstrahl
27: Folie
28: p-polarisiertes Licht
30: Nanostruktur
31: Lichtstrahl
32: Strukturelemente
Θ_i1: erster Einfallwinkel
Θ_r1: erster Ausfallwinkel
Θ_i2: zweiter Einfallwinkel
Θ_r2: zweiter Ausfallwinkel
Θ_r2mod: modifizierter zweiter Ausfallwinkel
N: Oberflächennormale
D: Offset
γ: Neigungswinkel

Claims

Blickfeldanzeigesystem, insbesondere in Form eines Head-Up-Display Systems zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen (5) des Kraftfahrzeugs angeordneten Projektionseinheit (7), die dazu eingerichtet ist, vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen (28) in Richtung eines eine Projektionsfläche (8) bereitstellenden Teilbereichs der Windschutzscheibe (2) auszusenden, wobei die Windschutzscheibe (2) dazu eingerichtet ist, die von der Projektionseinheit (7) ausgesandten Lichtstrahlen (28) zu reflektieren, und wobei die Windschutzscheibe (2) aus einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe (17), einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe (16) und einer zwischen der äußeren (17) und inneren (16) Glasscheibe angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht (19) zusammengesetzt ist, wobei zumindest in dem die Projektionsfläche (8) bereitstellenden Teilbereich der Windschutzscheibe (2) eine aus Strukturelementen (32) gebildete Nanostruktur (30) vorgesehen ist, wobei die Strukturelemente (32) in Bezug zu einer Oberflächennormalen (N) der Windschutzscheibe (2) um einen Neigungswinkel (γ) geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der auf die Projektionsfläche (8) der Windschutzscheibe (2) unter einem ersten Einfallwinkel (Θ_i1) auftreffenden Lichtstrahlen (28) von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche (20) der inneren Glasscheibe (16) unter einem ersten Ausfallwinkel (Θ_r1) reflektiert wird, und dass ein Teil der Lichtstrahlen durch die innere Glasscheibe (16) hindurchtritt und nach dem Auftreffen auf die Nanostruktur (30) unter einem zweiten Einfallwinkel (Θi₂) von der Nanostruktur (30) unter einem zweiten, einstellbaren Ausfallwinkel (Θ_r2mod) reflektiert wird.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (32) an der inneren oder äußeren Glasscheibe (16, 17) vorgesehen sind.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (32) ausgebildet sind aus in die Glasscheibe (16, 17) integrierten Nanopartikeln.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (32) unmittelbar an der Glasscheibe (16, 17) ausgebildet sind, beispielsweise im Wege einer Laserstrukturierung oder eines Ätzprozesses.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (32) ausgebildet sind aus in eine Folie (27) eingebetteten Nanopartikeln, vorzugsweise Metallnanopartikeln, wobei die Folie auf einer Oberfläche (20, 21, 23, 24) der inneren oder äußeren Glasscheibe (16, 17) angeordnet ist und die Strukturelemente (32) in Bezug auf eine Oberflächennormale (N) der Folie geneigt sind.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (27) auf einer der Zwischenschicht (19) zugewandten Oberfläche (21) der inneren Glasscheibe (16) angeordnet ist.
Blickfeldanzeigesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (27) auf die innere oder äußere Glasscheibe (16, 17) auflaminiert, aufgeklebt oder aufgeschweißt ist.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallnanopartikel in ein dielektrisches Matrixmaterial der Folie (27) eingebettet sind.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Metallnanopartikeln um Silbernanopartikel handelt, wobei die Nanopartikel vorzugsweise eine Scheibenform aufweisen.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nanostruktur (30), beispielsweise in Form der in die Folie (27) eingebetteten Nanopartikel, über die gesamte Windschutzscheibe (2) erstreckt oder in jenem die Projektionsfläche (8) bereitstellenden Bereich der Windschutzscheibe (2) angeordnet ist.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (7) dazu eingerichtet ist, ausschließlich p-polarisierte Lichtstrahlen (28) auszusenden und die Nanostruktur (30), beispielsweise in Form der in die Folie (27) eingebetteten Nanopartikel, dazu eingerichtet ist, ausschließlich p-polarisierte Lichtstrahlen (28) zu reflektieren.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die p-polarisierten Lichtstrahlen (28) an der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche (20) der inneren Glasscheibe (16) schwächer reflektiert werden als an der Nanostruktur (30) bzw. der Folienoberfläche.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrachter der angezeigten grafischen Elemente nur die an der Nanostruktur (30) bzw. der Folienoberfläche reflektierten p-polarisierten Lichtstrahlen (28) wahrnehmbar sind, nämlich in Form der angezeigten grafischen Elemente.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ausfallwinkel (Θ_r2mod) durch den Neigungswinkel (γ) der Strukturelemente (32), beispielsweise der Metallnanopartikel, relativ zur Oberflächennormalen (N) der Folie (27) im Wege einer Mikroreflexion einstellbar ist.
Blickfeldanzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ausfallwinkel (Θ_r2mod) der auf die Nanostruktur (30) bzw. die Folie (27) auftreffenden Lichtstrahlen (28) durch die an den Strukturelementen (32), beispielsweise den Metallnanopartikeln, auftretende Mikroreflexion in Abhängigkeit des Neigungswinkels (γ) der Strukturelemente (32) um 0 - 10°, vorzugsweise um 0.5 - 3.5° einstellbar ist.
Windschutzscheibe (2) für ein Kraftfahrzeug als Bestandteil eines Blickfeldanzeigesystems, insbesondere eines Head-Up-Display Systems zur Anzeige von grafischen Elementen an der Windschutzscheibe (2), wobei die Windschutzscheibe (2) dazu eingerichtet ist, von einer im Bereich der vorderen Fahrzeugarmaturen (5) des Kraftfahrzeugs angeordneten Projektionseinheit (7) ausgesandte Lichtstrahlen (28), vorzugsweise p-polarisierte Lichtstrahlen (28) zu reflektieren, und wobei die Windschutzscheibe (2) aus einer dem Fahrzeugaußenraum zugewandten äußeren Glasscheibe (17), einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten inneren Glasscheibe (16) und einer zwischen der äußeren (17) und inneren (16) Glasscheibe angeordneten Kunststoff-Zwischenschicht (19) zusammengesetzt ist, wobei zumindest in dem die Projektionsfläche (8) bereitstellenden Teilbereich der Windschutzscheibe (2) eine aus Strukturelementen (32) gebildete Nanostruktur (30) vorgesehen ist, wobei die Strukturelemente (32) in Bezug zu einer Oberflächennormalen (N) der Windschutzscheibe (2) um einen Neigungswinkel (γ) geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der auf die Projektionsfläche (8) der Windschutzscheibe (2) unter einem ersten Einfallwinkel (Θ_i1) auftreffenden Lichtstrahlen (28) von der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Oberfläche (20) der inneren Glasscheibe (16) unter einem ersten Ausfallwinkel (Θ_r1) reflektiert wird, und dass ein Teil der Lichtstrahlen durch die innere Glasscheibe (16) hindurchtritt und nach dem Auftreffen auf die Nanostruktur (30) unter einem zweiten Einfallwinkel (Θ_i2) von der Nanostruktur (30) unter einem zweiten, einstellbaren Ausfallwinkel (Θ_r2mod) reflektiert wird.