DE102022129985A1

DE102022129985A1 - Projektionsanzeigeeinrichtung mit einer Deckscheibe zur Reflexionsunterdrückung

Info

Publication number: DE102022129985A1
Application number: DE102022129985.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Arthur Janzer; Martin Pinsker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-16
Also published as: WO2024104683A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:- eine Projektionseinrichtung, die ausgebildet ist, um bildtragendes Projektionslicht zum Projizieren eines Projektionsbildes in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen auszugeben,- eine transparente Deckscheibe zum Schutz der Projektionseinrichtung;- eine Optik, die ausgebildet ist, um das bildtragende Projektionslicht so in den Augenbereich zu fokussieren, so dass das Projektionsbild im Augenbereich des Fahrzeuginsassen wahrnehmbar ist ;- wobei die transparente Deckscheibe auf einer nach außen gerichteten Oberseite eine Mikrostrukturierung mit aneinander angrenzenden optischen Mikrostrukturelementen als Oberflächenprofil aufweist, um einfallendes Umgebungslicht diffus streuend oder vorwiegend in einen Bereich außerhalb des Augenbereichs zu reflektieren,- wobei die Mikrostrukturelemente der Mikrostrukturierung zumindest entlang einer Flächenrichtung jeweils eine zufällig variierende Flächenform und/oder Flächengröße aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft Projektionsanzeigeeinrichtung, insbesondere Head-up-Display-Einrichtungen, für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Unterdrückung von Störreflexionen von einfallendem Umgebungslicht an einer Deckscheibe der Projektionsanzeigeeinrichtung.
Projektionsanzeigeeinrichtungen, wie Head-up-Displays, zur visuellen Anzeige von Informationen im Blickfeld eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 10 2010 032 998 A1 ein Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug mit einer Projektionseinrichtung, über die ein anzuzeigendes Bild durch eine Deckscheibe auf eine als Kombiniereinrichtung wirkende Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs projiziert wird. Derartige Projektionsanzeigeeinrichtungen haben im Unterschied zu den übrigen Anzeigeeinrichtungen im Kraftfahrzeug den Vorteil, dass der Fahrer den Blick nicht von dem Verkehrsgeschehen abwenden muss, um wichtige Informationen, wie zum Beispiel die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit oder optische Anweisungen eines Navigationssystems zu erfassen.
Eine Projektionsanzeigeeinrichtung weist in der Regel eine Deckscheibe auf, die die Projektionseinrichtung vor Verschmutzung oder mechanischer Beschädigung schützt. Die Deckscheibe ist transparent und kann je nach Einfallswinkel von Umgebungslicht dieses reflektieren. So kann bei bestimmten Einfallswinkeln Umgebungslicht, insbesondere direkt einfallendes Sonnenlicht in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen reflektiert werden und diesen dadurch blenden.
Bei bekannten Projektionsanzeigeeinrichtung werden entsprechend Maßnahmen vorgesehen, um zu vermeiden, dass Umgebungslicht, das auf eine Deckscheibe einer Projektionseinrichtung der Projektionsanzeigeeinrichtung fällt, direkt oder reflektiert über die Frontscheibe in den Augenbereich eines Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs fällt und diesen blendet und/oder die Darstellung und/oder Wahrnehmung der anzuzeigenden Information beeinträchtigt. Daher enthält die Projektionseinrichtung in der Regel eine reflektierende und gekrümmte Deckscheibe, die einfallendes Umgebungslicht in Richtung einer lichtabsorbierenden Fläche, auch Spiegelbank genannt, reflektiert. Das reflektierte Umgebungslicht wird an der lichtabsorbierenden Fläche nur in geringem Maß und ausschließlich diffus reflektiert, so dass störende Reflexionen von Umgebungslicht oder Ausleuchtungen in einem Anzeigebereich auf der Frontscheibe im Wesentlichen vermieden werden können.
Projektionsanzeigeeinrichtungen werden üblicherweise in einer Oberseite einer Instrumententafel im Bereich über der Lenksäule eingesetzt, wo in der Regel nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. In der Regel weist die Baugruppe aus der lichtabsorbierenden Fläche und der reflektierenden gekrümmten Abdeckscheibe jedoch eine Bauhöhe zwischen 5 und 10 cm auf, die die Gesamtbauhöhe der Projektionsanzeigeeinrichtung erheblich vergrößert. Eine Reduzierung der Bauhöhe dieser Baugruppe kann nur bedingt erreicht werden, da bei einer flacheren, d.h. weniger gekrümmten Abdeckscheibe, eine größere Höhe der lichtabsorbierenden Fläche benötigt wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 214 510 A1 ist eine Anordnung zur Reflexionsminderung für eine Projektionsanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine transparente Abdeckscheibe zum Schutz einer Projektionseinrichtung und ein Abschirmgitter mit einem oder mehreren flächigen senkrecht oder geneigt zu einer Oberfläche der Abdeckscheibe angeordneten Gitterelementen einer Gitterstruktur umfasst.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsanzeigeeinrichtung mit geringer Bauhöhe zur Verfügung zu stellen, bei der Störreflexionen durch einfallendes Umgebungslicht reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Projektionsanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Deckscheibe zur Reflexionsunterdrückung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Projektionsanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:

- eine Projektionseinrichtung, die ausgebildet ist, um bildtragendes Projektionslicht zum Projizieren eines Projektionsbildes in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen auszugeben,
- eine transparente Deckscheibe zum Schutz der Projektionseinrichtung;
- eine Optik, die ausgebildet ist, um das bildtragende Projektionslicht so in den Augenbereich zu fokussieren, so dass das Projektionsbild im Augenbereich des Fahrzeuginsassen wahrnehmbar ist,

Weiterhin kann eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite eine Mikrostrukturierung aufweisen, die so komplementär zu der Mikrostrukturierung der Oberseite ausgebildet ist, dass das Projektionslicht transmittiert wird und eine feste Zuordnung eines Einfallswinkels des Projektionslichtes auf die Unterseite zu einem bestimmten Ausfallswinkel auf der Oberseite erreicht wird.
Weiterhin können die Mikrostrukturelemente der Oberseite und der Unterseite jeweils eine konkave oder konvexe Oberfläche, insbesondere eine sphärisch konkave oder konvexe oder dreieckige Oberfläche, aufweisen.
Die Oberfläche der Oberseite der Deckscheibe kann über deren Erstreckung ungeachtet der Mikrostrukturierung im Wesentlichen eben oder entlang einer Flächenrichtung gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt, ausgebildet sein.
Eine Idee der obigen Projektionsanzeigeeinrichtung besteht darin, eine transparente Deckscheibe für eine Projektionseinrichtung vorzusehen, die eine Mikrostrukturierung aufweist. Die Mikrostrukturierung weist aneinander angrenzende optische Mikrostrukturelemente auf, die eine nach außen gerichtete (der Frontscheibe zugewandte) Oberseite mit z.B. konkaver oder konvexer Ausgestaltung aufweisen. Die Mikrostrukturierung dient dazu eine diffuse Reflexion von Umgebungslicht oder vorwiegend eine Reflexion von Umgebungslicht in einen Bereich außerhalb des Augenbereichs zu erreichen, z.B. von einem Anteil von mehr als 80% oder mehr als 90% des Umgebungslichts. Bei der diffusen Reflexion wird einfallendes Umgebungslicht bzw. direkt einfallendes Sonnenlicht diffus gestreut, so dass nur ein geringer Anteil in den Augenbereich eines Fahrzeuginsassen gelangt.
Weiterhin kann die Mikrostrukturierung ausgebildet sein, einfallendes Umgebungslicht so in einen Bereich bzw. eine Absorptionsfläche zu reflektieren, so dass der Anteil von in den Augenbereich eines Fahrzeuginsassen fallenden Umgebungslichts deutlich reduziert werden kann, insbesondere um mehr als 80%, mehr als 90% oder mehr als 99%.
Zudem kann die Deckscheibe im Unterschied zu Lösungen des Standes der Technik eben oder flach ausgebildet sein, so dass die Bauhöhe der Projektionsanzeigeeinrichtung reduziert wird und sich die Deckscheibe gut auf der Oberseite der Instrumententafel in einem Kraftfahrzeug integrieren lässt.
Die Deckscheibe ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der Einfallswinkel eines von einer Unterseite der Deckscheibe einfallenden Lichtstrahlenbündels des Projektionslichtes bei einer Transmission durch die Deckscheibe erhalten bleibt, so dass die Deckscheibe die Richtung und Fokussierung des von der Projektionseinrichtung emittierten bildtragenden Projektionslichtes nicht beeinflusst und eine unverzerrte Abbildung im Auge des Fahrzeuginsassen bzw. Fahrers möglich ist.
Die nach außen gerichteten Oberflächen (Oberseiten) der Mikrostrukturelemente weisen eine Mikrostrukturierung auf, die durch konkave oder konvexe Strukturen gekennzeichnet ist. Um die optische Eigenschaft der (bezüglich des Einfallswinkels) unbeeinflussten Transmission von Projektionslicht zu gewährleisten, weist die entsprechend gegenüberliegende Oberfläche der Deckscheibe (Unterseite, die zur Projektionseinrichtung gewandte Fläche) konkave bzw. konvexe Strukturen auf, so dass eine flächige Anordnung von Mikrostrukturen erreicht wird. Auch ist die Nutzung von Achromatlinsen möglich.
Um ein möglichst unverzerrtes und artefaktfreies Projektionsbild wahrnehmen zu können, können die Mikrostrukturelemente in einer Größe von z.B. 0,05mm bis 0,5 mm, ggfs. bis zu 1mm vorgesehen sein, die aufgrund des begrenzten Auflösungsvermögens der Augen des Fahrzeuginsassen ein Wahrnehmen der Grenzflächen zwischen den Mikrostrukturelementen ausschließt.
Derartige Deckscheiben können bei periodischer Anordnung der Mikrostrukturelemente in einer regelmäßigen Feldanordnung jedoch zu regenbogenartigen Artefakten aufgrund von Beugungseffekten führen. Diesbezüglich sieht die oben beschriebene Deckscheibe für die Projektionseinrichtung vor, die Periodizität der Anordnung der Mikrostrukturelemente der Deckscheibe zumindest in einer der Flächenrichtungen zumindest innerhalb eines vorgegebenen Flächenbereichs vorgegebener Mindestgröße aufzulösen und benachbarte optische Mikrostrukturelemente mit zufälligen unterschiedlichen Flächenformen und Flächengrößen auszubilden. Innerhalb des Flächenbereichs soll so eine Periodizität ausgeschlossen werden, die durch Verstärkung von Lichtbeugungen zur Darstellung von Artefakten und Beugungsmustern führen können.
Vorzugsweise wird in einer solchen Anordnung unregelmäßig geformter Mikrostrukturelemente beibehalten, die Mikrostrukturelemente aneinander angrenzend auszubilden. Dabei können die Grundflächen der Mikrostrukturelemente dreieckig, viereckig, fünfeckig und sechseckig ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem Flächenbereich die Mikrostrukturelemente der Mikrostrukturierung jeweils eine zufällige Flächenform und/oder Flächengröße aufweisen, wobei die gesamte Oberfläche der Deckscheibe durch insbesondere identische aneinander angrenzende Flächenbereiche ausgebildet wird, wobei insbesondere der Flächenbereich eine Größe von 20 mm² bis 150 mm² aufweist.
Insbesondere kann die Mikrostrukturierung der Deckscheibe so ausgebildet werden, dass sich innerhalb eines vorgegebenen Flächenbereichs von mindestens 3 mm, mindestens 4mm oder mindestens 5mm Kantenlänge sich die Anordnung der einzelnen Mikrostrukturelemente in ihrer Größe und Form nicht wiederholt. Zur Ausbildung der gesamten Deckscheibe können dann diese Flächenbereiche als Kacheln angeordnet werden.
Die Anordnung der Mikrostrukturelemente führt zwangsläufig zu Beugungsmustern, die durch jede Grenzfläche zwischen benachbarten Mikrostrukturelementen erzeugt werden. Während sich derartige Beugungsmuster bei einer periodischen/regelmäßigen Anordnung von Mikrostrukturelementen verstärken und dadurch wahrnehmbar sind, wird durch die unregelmäßige Anordnung der Mikrostrukturelemente erreicht, dass sich nur die nullten Ordnungen des transmittierten Nutzlichts überlagern, wohingegen sich die Beugungsmuster aller anderen Beugungsordnungen über einen Winkelbereich verteilen, deren Breite von der Verteilung der Flächengrößen der einzelnen Mikrostrukturelemente abhängt. Dies reduziert die Wahrnehmbarkeit von sich überlagernden Beugungen von nicht 0-ten Beugungsordnungen erheblich.
Die Mikrostrukturelemente können jeweils eine sphärisch, asphärisch oder freiform-konvexe oder -konkave Struktur aufweisen, um so eine möglichst gute Streuung des einfallenden Umgebungslichts bei dessen Reflexion auf der Oberfläche der Deckscheibe zu ermöglichen.
Um die Qualität der Transmission des Projektionslichts zu maximieren, kann vorgesehen sein, die Mikrostrukturierung der Oberseite und der Unterseite zueinander in der Ebene der Deckscheibe versetzt zu gestalten. Der Translationsvektor wird dann so gewählt, dass gewährleistet wird, dass ein Projektionslichtstrahlenbündel (Projektionslicht), der mittig in eines der Mikrostrukturelemente der Mikrostrukturierung der Unterseite eingekoppelt wird, aus dem korrespondierenden Mikrostrukturelement der Mikrostrukturierung der Oberseite der Deckscheibe ebenfalls mittig ausgekoppelt wird.
Weiterhin kann die profilierte Ausgestaltung der Mikrostrukturelemente auf der Oberseite eine insbesondere plane Transmissionsfläche und eine Absorptionsfläche aufweisen, die zueinander geneigt sind, wobei die Transmissionsfläche zum Transmittieren von Projektionslicht ausgebildet ist und abhängig von einem Einfallswinkel von Umgebungslicht dieses auf die Absorptionsfläche reflektiert. So können die Oberflächen der Mikrostrukturelemente im Querschnitt eine Reihe von Dreieckskonturen aufweisen, so dass eine sägezahlartige Oberfläche gebildet wird.
Weiterhin können die Oberflächen der Mikrostrukturelemente im Querschnitt auch eine Dreieckskontur mit an der Oberseite in der Querschnittsebene gekrümmten Transmissionsflächen aufweisen, wobei jedes der Mikrostrukturelemente eine gekrümmte Transmissionsfläche aufweist, die bezüglich des einfallenden Umgebungslichts so geneigt sein kann, dass die Reflexion einfallender Lichtstrahlenbündel innerhalb eines Umgebungslicht-Winkelbereichs auf eine benachbarte Absorptionsfläche fällt. Die Transmissionsfläche und die Absorptionsfläche sind zueinander geneigt und bilden im Querschnitt einen dreieckförmigen oder quasi dreieckförmigen (da gekrümmte Verläufe bezüglich der Querschnittsfläche) Graben bzw. einen sägezahnartigen Verlauf. Die Transmissionsfläche kann an der Oberseite der Deckscheibe entgegengesetzt zur Richtung der Absorptionsfläche, d.h. konkav, gekrümmt sein. An der Unterseite kann die korrespondierende Fläche entsprechend konvex gekrümmt sein, um die Winkeltreue des transmittierten Projektionslichts zu erhalten.
Die Transmissionsfläche dient zum Transmittieren des Projektionslichts und ist bezüglich des Umgebungslicht-Winkelbereichs so ausgerichtet, dass etwaige Reflexionen unter keinen Umständen in den Augenbereich des Fahrers gelangen können, d.h. entweder auf der Absorptionsfläche absorbiert werden oder - auch ggfs. nach Reflexion an der Frontscheibe - an dem Augenbereich vorbeigeleitet werden.
Die Absorptionsfläche dient als sogenannte Glaretrap, so dass einfallendes Umgebungslicht, das auf die Transmissionsfläche fällt und dort reflektiert wird, vorzugsweise in Richtung der Absorptionsfläche/Glaretrap reflektiert wird und dort absorbiert wird. Dazu kann die Absorptionsfläche nicht reflektiv mit einem Schwarzlack oder ähnlichem oder einer diffus streuenden Oberflächenstruktur ausgebildet sein.
Die Mikrostruktur mit dreieckförmigem Querschnitt oder quasi dreieckförmigem Querschnitt mit gekrümmter Transmissionsfläche kann sich entlang einer Flächenrichtung der Deckscheibe (quer zur Erstreckung der Transmissionsflächen und Absorptionsflächen) mit zufälligen Strukturbreiten in Anordnungsrichtung wiederholen. Die Deckscheibe kann bezüglich der Anordnungsrichtung (makroskopisch) eben oder gekrümmt sein. Zur Vermeidung von Beugungseffekten kann die Strukturbreite der Mikrostrukturelemente entlang der Anordnungsrichtung analog zu den oben beschriebenen Linsenstrukturen, variiert sein.
Um eine unverzerrte Transmission des Nutzlichtes zu erreichen, ist die Struktur der Oberseite der Mikrostrukturelemente auf der Unterseite der Deckscheibe entsprechend ausgebildet, so dass der Transmissionsfläche eine entsprechend flächenparallele Fläche der Unterseite gegenüberliegt.
Bei allen Ausführungsformen können die Transmissionsflächen auf der Unterseite der Deckscheibe in einem Winkel zu den Transmissionsflächen auf der Oberseite der Deckscheibe ausgeführt werden, um eine Strahlumlenkung oder auch - bei entlang der Anordnungsrichtung variierenden Einfallswinkeln des Projektionslichts - Strahlbündelung zu erreichen, die in der weiteren Optik kompensiert wird.
Weiterhin kann in der Deckscheibe eine intransparente Blendeneinrichtung mit Blendenöffnungen angeordnet sein, so dass jedem der mit einer konvexen, insbesondere sphärischen Oberfläche versehenen Mikrostrukturelement eine Blendenöffnung zugeordnet ist, um eine winkelselektive Transmission durch die Deckscheibe zu ermöglichen.
Das Blendenelement kann vorzugsweise eine Farbe aufweisen, die der Umgebung der Deckscheibe entspricht, um so eine optisch ansprechende Einbettung der Deckscheibe auf die Oberfläche der Instrumententafel zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:

- eine Instrumententafel zwischen einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule;
- die obige Projektionsanzeigeeinrichtung, die im Wesentlichen bündig mit der Oberseite der Instrumententafel angeordnet ist.

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

1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Projektionsanzeigeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
2 eine Querschnittsdarstellung durch eine Deckscheibe mit einer nicht-periodischen Mikrostrukturierung;
3 eine Draufsicht auf die Deckscheibe mit einer beispielhaften Mikrostrukturierung der 2;
4 eine Querschnittsdarstellung durch eine Deckscheibe gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer Blendeneinrichtung; und
5 eine Querschnittsdarstellung durch eine Deckscheibe mit einer Mikrostrukturierung mit Mikrostrukturelementen mit dreieckigem Querschnitt, und
6 eine Querschnittsdarstellung durch eine Deckscheibe mit einer Mikrostrukturierung mit Mikrostrukturelementen mit quasi dreieckigem Querschnitt und Transmissionsflächen mit konkaven Oberseiten und konvexen Unterseiten.

1 zeigt schematisch eine Querschnittsdarstellung durch eine Projektionsanzeigeeinrichtung 1, wie z.B. ein Head-up-display. Die Projektionsanzeigeeinrichtung 1 umfasst eine optische Projektionseinrichtung 2 und eine Abdeckung mit einer Deckscheibe 3.
Die Projektionsanzeigeeinrichtung 1 ist im Wesentlichen in eine Öffnung 9 in einer Oberseite 8 einer Instrumententafel 7 zwischen einem Lenkrad und einer Frontscheibe 5 so eingesetzt, dass diese im Wesentlichen mit der Oberseite 8 abschließt bzw. an diese angrenzt.
Die Projektionseinrichtung 2 gibt in geeigneter Weise ein Projektionsstrahlenbündel L aus, der in einer Projektionsrichtung P auf einen Anzeigebereich 4 (z.B. Combiner) einer Frontscheibe 5 eines Kraftfahrzeugs gerichtet ist. Die Projektionseinrichtung 2 umfasst in bekannter Weise ein System aus einem oder mehreren Spiegeln 21, ggfs. Linsen (nicht gezeigt) und einem Projektor 22. Ein von dem Projektor 22 ausgegebenes Projektionsbild wird als Projektionsstrahlenbündel L durch den einen oder die mehreren Spiegel 21 in die Projektionsrichtung P ausgerichtet und auf den Anzeigebereich 4 projiziert. Das auf den Anzeigebereich 4 projizierte Projektionslicht wird an dem Anzeigebereich 4 reflektiert und auf einen Augenbereich B eines Fahrzeuginsassen gerichtet, so dass ein Projektionsbild im Auge des Fahrzeuginsassen entsteht, wodurch eine Information dargestellt werden kann.
Während üblicherweise zwischen der Projektionseinrichtung 2 und dem Anzeigebereich 4 eine Deckscheibe 3 mit einer Krümmung ausgebildet ist, um einfallendes Umgebungslicht auf eine am Rand angeordnete lichtabsorbierende Fläche zu richten, ist nun unmittelbar an der Projektionseinrichtung 2 eine Deckscheibe 3 vorgesehen, die die Projektionseinrichtung 2 vor einer Verschmutzung durch zum Beispiel Staubpartikel schützt. Die Deckscheibe 3 kann im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Jedoch sind auch beliebig gekrümmte Formen der Deckscheibe 3 denkbar.
Wie in der Querschnittsdarstellung der 2 beispielhaft gezeigt ist, ist die Deckscheibe 3 auf einer nach außen (d.h. in Richtung des einfallenden Umgebungslichts) gerichteten Oberseite 32 mit einer Mikrostrukturierung versehen, die aneinander angrenzende optische Mikrostrukturelemente 31 aufweist. Die Mikrostrukturelemente 31 sind so ausgebildet, dass sie das Projektionslicht P winkelerhaltend, insbesondere unverzerrt, transmittieren. Dabei weisen diese jedoch eine profilierte Oberfläche auf, die insbesondere wie in 2 dargestellt, eine konvexe Form aufweisen kann, um von außen einfallendes Umgebungslicht in einen größeren Winkelbereich diffus zu reflektieren und zu streuen.
Durch die flächige Anordnung derartiger Mikrostrukturelemente 31 kann somit einfallendes Umgebungslicht diffus gestreut werden und somit der Anteil des in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen auf die Oberseite 32 einfallenden, reflektierten Umgebungslichts reduziert werden. Die Ausbildung der optischen Mikrostrukturelemente 32, so dass transmittiertes Nutzlicht winkelerhaltend transmittiert wird und somit den gleichen Einfallswinkel wie Ausfallswinkel aufweist, ermöglicht eine unverzerrte Darstellung einer Abbildung des Projektionsbildes durch die Projektionsanzeigeeinrichtung 1.
Die Querschnittsdarstellung der 2 durch die Deckscheibe 3 zeigt eine Anordnung von Mikrostrukturelementen 31 mit einer konvexen Formgebung der nach außen gerichteten Oberseite 32 der Deckscheibe 3. Zur Gewährleistung der unverzerrenden Transmission des Projektionslichts P können den konvexen Strukturen entsprechend konkave Strukturen auf einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite 33 der Mikrostrukturelemente 3 gegenüberliegen.
Auch können den konvexen Strukturen auf der Oberseite entsprechend konvexe Strukturen auf der Unterseite gegenüberliegen, so dass jedes der Mikrostrukturelemente 3 als Sammellinse dient, wobei die Winkelerhaltung erreicht wird. Diese kann mit einer Konvex-Konvex-Anordnung erreicht werden, wenn die Dicke der konvexen Mikrostrukturelemente so gewählt wird, dass der Abstand von Ober- und Unterseite der doppelten Brennweite entspricht.
3 zeigt anhand einer Draufsicht auf die Deckscheibe 3 eine mögliche Anordnung der Mikrostrukturelemente 31.
Da eine periodische Anordnung von Mikrostrukturelementen 31 aufgrund von sich verstärkenden Beugungseffekten zu ausgeprägten und durch Farbmuster wahrnehmbaren Beugungsmustern führt, ist bei der Deckscheibe 3 in dieser Ausführungsform der 2 und 3 eine Anordnung der Mikrostrukturelemente 31 mit unterschiedlichen Flächengrößen und Flächenformen in einem hexagonalen Muster vorgesehen. Das hexagonale Muster ist aus einzelnen Mikrostrukturelementen 31 unterschiedlicher Form und Größe zusammengesetzt. Alternativ kann die Grundstruktur der Mikrostrukturelemente viereckig, sechseckig und/oder eine andere mehreckige Grundform aufweisen, die eine lückenlose Anordnung in einer Matrix bzw. Feldanordnung ermöglichen, d.h. die das Aneinanderfügen von Mikrostrukturelementen 31 zufällig unterschiedlicher Formen und Größen ermöglicht.
Insbesondere ist die Mikrostrukturierung der Deckscheibe 3 vorgesehen, so dass die Anordnung der Mikrostrukturelemente 31 nicht periodisch bzw. mit zufälligen Formen und Größen erfolgt, d. h. kein regelmäßiges Anordnungsmuster aufweist. Diese Nichtperiodizität wird entweder über den gesamten Flächenbereich der Deckscheibe 3 beibehalten oder zumindest in einem vorgegebenen Flächenbereich von beispielsweise zwischen 5 mm und 10 mm Kantenlänge eingehalten, um so zuverlässig eine additive Überlagerung von durch einzelne Mikrostrukturelemente 31 erzeugten Beugungseffekten höherer Beugungsordnungen zu vermeiden. Durch die nichtperiodische Anordnung der Mikrostrukturelemente 31 ergibt sich somit eine Überlagerung von Beugungseffekten höherer Beugungsordnungen in unregelmäßiger Weise, so dass keine Verstärkung der Beugungseffekte auftritt und die Wahrnehmbarkeit der resultierenden Beugungsmuster deutlich reduziert wird.
Die Mikrostrukturierung der Oberfläche der Deckscheibe weist Mikrostrukturelemente in einer Größe auf, die zu einer Auflösung führen, die kleiner ist als das Auflösungsvermögen des Auges der Fahrzeuginsassen. Jedoch sollte die Größe der Mikrostrukturelemente 31 ein Vielfaches größer sein als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, um zusätzliche Beugungseffekte durch die Grenzflächen, an denen die Mikrostrukturelemente 31 aneinandergrenzen, zu vermeiden.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Deckscheibe 3 mit einer integrierten Blendeneinrichtung 34 vorgesehen. Dazu sind die Mikrostrukturelemente 31 als einzelne Sammellinsen mit auf Oberseite und Unterseite konvexer sphärischer Form ausgebildet, in denen jeweils eine Blendenöffnung 35 der Blendeneinrichtung 34 angeordnet ist. Die Blendenöffnungen 35 sind so positioniert, dass nur Licht, das aus einem bestimmten Winkelbereich auf das betreffende Mikrostrukturelement 31 einfällt, transmittiert wird und andere Winkelbereiche, wie z.B. vorzugsweise der Winkelbereich des direkten Einblicks von Fahrzeuginsassen auf die Oberseite der Deckscheibe 3 auf die Blendeneinrichtung 34 gerichtet werden und dadurch an einer Transmission gehindert werden.
5 zeigt einen Querschnitt durch eine Deckscheibe 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Mikrostrukturelemente 31 an der Oberseite und Unterseite der Deckscheibe 3 jeweils entlang einer Anordnungsrichtung einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Mikrostrukturelemente 31 sind dabei durch einen Transmissionsbereich 36 gekennzeichnet, durch den das Projektionslicht transmittiert werden kann, ohne dass eine Verzerrung des Anzeigebildes erfolgt. Eine dem Transmissionsbereich 36 zugewandte Absorptionsfläche 37 weist bezüglich der Flächennormalen der Deckscheibe 3 einen Winkel von ca. 10° bis 50° auf und kann vorzugsweise als Glare-Trap ausgebildet sein, d. h. eine Beschichtung oder Oberflächenstruktur aufweisen, die Licht möglichst absorbiert oder diffus streut und eine Reflexion oder ein Einkoppeln von Licht in die Deckscheibe 3 verhindert.
In Anordnungsrichtung sind der Transmissionsbereich 36 und der Absorptionsbereich 37 mit ihren Breitenrichtungen wechselweise angeordnet. Die Breiten des Transmissionsbereichs 36 und des angrenzenden Absorptionsbereichs 37 sind dabei so gering gewählt, dass eine Wahrnehmbarkeit der so gebildeten Mikrostrukturierung im Augenbereich ausgeschlossen ist, z.B. zwischen 0,1-1 mm. In einer Flächenrichtung quer zur Anordnungsrichtung können sich die Transmissionsbereiche 36 und Absorptionsbereiche 37 bis über die gesamte Breite der Deckscheibe 3 erstrecken. Somit kann Umgebungslicht aus einem bestimmten Winkelbereich, das an einer Oberfläche des Transmissionsbereichs 36 eines Mikrostrukturelements 31 reflektiert wird, vorzugsweise in Richtung der Absorptionsfläche 37 reflektiert werden und dort entweder absorbiert oder diffus reflektiert werden, um weitere Reflexionen des reflektierten Umgebungslichts zu vermeiden.
Wie in 6 dargestellt, können anstelle des dreieckförmigen Querschnitts die Transmissionsbereiche 36 der Mikrostrukturelemente 31 der Oberseite bezüglich der Anordnungsrichtung auch konkav gekrümmt sein, um den Winkelbereich, aus dem einfallendes Umgebungslicht auf den Absorptionsbereich 37 gerichtet wird, zu vergrößern. Entsprechend können die Transmissionsbereiche auf der Unterseite der Deckscheibe 3 entsprechend in Anordnungsrichtung konvex gekrümmt sein.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsanzeigeeinrichtung
2: Projektionseinrichtung
21: Projektionsspiegel
22: Projektor
3: Deckscheibe
31: Mikrostrukturelement
32: Oberseite
33: Unterseite
34: Blendeneinrichtung
35: Blendenöffnung
36: Transmissionsfläche
37: Absorptionsfläche
4: Anzeigebereich
5: Frontscheibe
7: Instrumententafel
8: Oberseite
9: Öffnung
L: Projektionsstrahlenbündel
P: Projektionsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010032998 A1 [0002]
DE 102014214510 A1 [0006]

Claims

Projektionsanzeigeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: - eine Projektionseinrichtung (2), die ausgebildet ist, um bildtragendes Projektionslicht zum Projizieren eines Projektionsbildes in einen Augenbereich eines Fahrzeuginsassen auszugeben, - eine transparente Deckscheibe (3) zum Schutz der Projektionseinrichtung (2); - eine Optik, die ausgebildet ist, um das bildtragende Projektionslicht so in den Augenbereich zu fokussieren, so dass das Projektionsbild im Augenbereich des Fahrzeuginsassen wahrnehmbar ist; wobei die transparente Deckscheibe (3) auf einer nach außen gerichteten Oberseite (32) eine Mikrostrukturierung mit aneinander angrenzenden optischen Mikrostrukturelementen (31) als Oberflächenprofil aufweist, um einfallendes Umgebungslicht diffus streuend oder vorwiegend in einen Bereich außerhalb des Augenbereichs zu reflektieren, wobei die Mikrostrukturelemente (31) der Mikrostrukturierung zumindest entlang einer Flächenrichtung jeweils eine zufällig variierende Flächenform und/oder Flächengröße aufweisen.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine der Oberseite (32) gegenüberliegende Unterseite (33) eine Mikrostrukturierung aufweist, die so komplementär zu der Mikrostrukturierung der Oberseite (32) der Deckscheibe (3) ausgebildet ist, dass für jedes Mikrostrukturelement das Projektionslicht transmittiert wird und eine feste Zuordnung eines Einfallswinkels des Projektionslichtes auf die Unterseite (33) zu einem bestimmten Ausfallswinkel auf der Oberseite (32) erreicht wird.
Projektionsanzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Mikrostrukturelemente (31) auf deren Oberseite (32) und deren Unterseite (33) jeweils eine konkave oder konvexe Oberfläche, insbesondere eine sphärisch, asphärisch oder freiform-konvexe oder -konkave oder dreieckige Oberfläche, aufweisen.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberfläche der Oberseite (32) der Deckscheibe (3) eben oder entlang einer Flächenrichtung gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt, ausgebildet ist.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in einem Flächenbereich die Mikrostrukturelemente (31) der Mikrostrukturierung jeweils eine entlang zumindest einer Flächenrichtung zufällige Flächenform und/oder Flächengröße aufweisen, wobei die gesamte Oberfläche der Deckscheibe (3) durch aneinander angrenzende Flächenbereiche ausgebildet wird, wobei insbesondere die Flächenbereiche jeweils eine Größe von 20mm² bis 150 mm² aufweisen.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Grundflächen der Mikrostrukturelemente (31) der Mikrostrukturierung jeweils dreieckig, viereckig, fünfeckig oder sechseckig ausgebildet sind.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Betrag des Einfallswinkels dem Betrag des Ausfallswinkels entspricht oder wobei die Zuordnung des Einfallswinkels des Projektionslichtes auf die Unterseite zu dem Ausfallswinkel auf der Oberseite (32) die optische Eigenschaft eines Prismas, einer Sammellinse oder einer Streulinse bewirkt.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ausgestaltung der Mikrostrukturelemente (31) auf der Oberseite (32) der Deckscheibe (3) eine insbesondere plane oder konkav gekrümmte Transmissionsfläche (36) und eine dazu weg von der Deckscheibe (3) angewinkelte Absorptionsfläche (37) aufweist, wobei die Transmissionsfläche (36) zum Transmittieren des Projektionslichts ausgebildet ist und abhängig von einem Einfallswinkelbereich von Umgebungslicht dieses auf die Absorptionsfläche (37) reflektiert.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Unterseite der Deckscheibe (3) Flächenabschnitte aufweist, die den Transmissionsflächen (36) so bezüglich einer Flächennormalen oder einer dazu geneigten Richtung gegenüberliegen, dass ein Strahl des Projektionslichtes, der jeweils durch die Mitte eines Mikrostrukturelementes (31) auf der Unterseite der Deckscheibe (3) eintritt, durch die Mitte des korrespondierenden Mikrostrukturelementes (31) auf der Oberseite (32) der Deckscheibe (3) austritt.
Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in der Deckscheibe (3) eine intransparente Blendeneinrichtung (34) mit Blendenöffnungen (35) angeordnet ist, so dass jedem der mit einer konvexen, Oberfläche versehenen Mikrostrukturelemente (31) eine Blendenöffnung (35) zugeordnet ist, um eine winkelselektive Transmission durch die Deckscheibe (3) zu ermöglichen.
Kraftfahrzeug umfassend: - eine Instrumententafel (7) zwischen einer Frontscheibe (5) des Kraftfahrzeugs und einer Lenksäule; - die Projektionsanzeigeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Projektionsanzeigeeinrichtung (1) im Wesentlichen bündig mit der Oberseite der Instrumententafel (7) angeordnet ist.