ES2900251T3 - Dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD) - Google Patents

Dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD) Download PDF

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Abstract

Dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD), que comprende al menos ­ un parabrisas de vehículo (1), que comprende un cristal exterior (2) y un cristal interior (3), unidos entre sí mediante una capa intermedia termoplástica (4), con un borde superior (O) y un borde inferior (U) y un área de HUD (B) que se puede irradiar por un proyector (5), en el que el parabrisas de vehículo (1) tiene un ángulo de montaje en el intervalo de 55° a 75°, y en el que el cristal exterior (2) y el cristal interior (3) tienen en cada caso un espesor de máximo 5 mm; y ­ un proyector (5), que está dirigido al área de HUD (B) y genera una imagen virtual, que un observador (6) situado dentro de un cuadro del ojo (E) puede percibir, en el que ­ el parabrisas (1) tiene un punto de referencia de HUD (G), en el que un haz central (M) que discurre entre el proyector (5) y el centro del cuadro del ojo (E) incide sobre el cristal interior (3), ­ el espesor de la capa intermedia termoplástica (4) en la trayectoria vertical entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) es variable al menos en secciones con un ángulo de cuña (α), en el que el ángulo de cuña (α) es variable al menos en el área de HUD (B), ­ el parabrisas (1) tiene un radio de curvatura vertical (R), que es variable en la trayectoria vertical (V) entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) a través del punto de referencia de HUD (G), en el que el máximo del radio de curvatura vertical (R) está situado en la sección (V') de la trayectoria (V) entre el borde superior (O) del parabrisas (1) y el borde inferior (BU) del área de HUD (B) por encima del punto de referencia de HUD (G), en el que el radio de curvatura vertical (R) en el borde superior (BO) del área de HUD (B) es mayor que en el borde inferior (BU) del área de HUD (B) y disminuye monótonamente entre el borde superior (BO) y el borde inferior (BU).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD)
La invención se refiere a un dispositivo de proyección, a un procedimiento para su fabricación y a su uso como pantalla de visualización frontal.
Los automóviles modernos están cada vez más equipados con las llamadas pantallas de visualización frontal (HUD). Con un proyector, por ejemplo, en el área del salpicadero o en el área del techo, las imágenes se proyectan en el parabrisas, se reflejan allí y el conductor las percibe como una imagen virtual (vista desde él) detrás del parabrisas. De esta manera, se puede proyectar información importante en el campo de visión del conductor, por ejemplo, velocidad actual, datos de navegación o advertencias que el conductor puede percibir sin tener que apartar la vista de la carretera. Por tanto, las pantallas de visualización frontal pueden contribuir de forma significativa al aumento de la seguridad vial. Las pantallas de visualización frontal descritas anteriormente tienen el problema de que la imagen del proyector se refleja en ambas superficies del parabrisas. Como resultado, el conductor no solo percibe la imagen principal deseada, sino también una imagen secundaria ligeramente desplazada, generalmente de menor intensidad. Esta última se conoce comúnmente como imagen fantasma. Como se sabe, este problema se resuelve porque las superficies reflectantes están dispuestas en un ángulo deliberadamente elegido entre sí, de modo que la imagen principal y la imagen fantasma se superponen, lo que hace que la imagen fantasma deje de distraer. Con los vidrios laminados convencionales para pantallas de visualización frontal, el ángulo suele ser de alrededor de 0,5 mrad.
Los parabrisas consisten en dos cristales que se laminan entre sí mediante una película termoplástica. Si las superficies de los cristales van a estar dispuestas en ángulo como se describe, es habitual utilizar una película termoplástica con un espesor no constante. También se denomina película en forma de cuña o película de cuña. El ángulo entre las dos superficies de la película se llama ángulo de cuña. Se conocen, por ejemplo, vidrios laminados para pantallas de visualización frontal con películas de cuña a partir de los documentos EP1800855B1 o EP1880243A2.
En el caso simple, el ángulo de cuña es constante en toda la película (cambio de espesor lineal). Esto tiene la desventaja de que el ángulo de cuña está optimizado para una única posición de visualización (la denominada posición del ojo). Si los ojos del conductor real se sitúan en una posición diferente, por ejemplo, como resultado de un tamaño corporal diferente, la compensación de la imagen fantasma ya no es óptima. Esto se puede mejorar si, en lugar de un ángulo de cuña constante, se selecciona un ángulo de cuña que sea variable en la trayectoria vertical (cambio de espesor no lineal), por ejemplo, como se conoce a partir del documento DE102007059323A1. El ángulo de cuña aumenta de arriba a abajo (al menos en el área de HUD).
Además de la imagen fantasma en reflexión, existe otro efecto indeseable en los parabrisas. Debido al comportamiento refractivo de los dos cristales, los objetos que se ven a través del cristal también pueden aparecer como una imagen doble. Este efecto en la transmisión se denomina comúnmente imagen doble. La imagen doble también se puede reducir mediante un ángulo de cuña no lineal, como se conoce a partir del documento DE102008008758A1. Sin embargo, el perfil de ángulo de cuña requerido para esto es exactamente el opuesto al que se requiere para evitar la imagen fantasma (disminución del ángulo de cuña de arriba a abajo). Los requisitos para compensar la imagen fantasma e imagen doble igualmente opuestos. Por lo tanto, un perfil de ángulo de cuña que esté optimizado para evitar las imágenes fantasma puede aumentar el efecto de la imagen doble.
El documento WO 2009/071135 A1 muestra una configuración de un parabrisas en la que se minimizan las imágenes dobles en transmisión, aumentando el radio de curvatura del cristal hacia el borde del cristal del lado del techo. En una configuración adicional del parabrisas, se minimizan las imágenes fantasma en reflexión en un área de HUD, aumentando el radio de curvatura del cristal hacia el borde del cristal del lado del techo.
La invención se basa en el objeto de proporcionar un dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD) mejorado, mediante la cual se reducen tanto las imágenes fantasma de la proyección de1HUD como las imágenes dobles en la transmisión.
El objeto de la presente invención se consigue de acuerdo con la invención mediante un dispositivo de proyección de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas surgen de las reivindicaciones dependiente.
El dispositivo de proyección de acuerdo con la invención para una pantalla de visualización frontal (HUD) comprende al menos un parabrisas de vehículo (en particular de un vehículo de motor, por ejemplo, de un turismo) y un proyector. Como es habitual con las HUD, el proyector irradia un área del parabrisas donde los rayos se reflejan en la dirección del observador (conductor), creando una imagen virtual que el observador percibe desde detrás del parabrisas. El área del parabrisas que se puede irradiar por el proyector se denomina área de HUD. El proyector está dirigido al área de HUD. La dirección del haz del proyector se puede variar típicamente mediante espejos, en particular verticalmente, para adaptar la proyección al tamaño corporal del observador. El área en la que se deben situar los ojos del observador con una determinada posición del espejo se conoce como ventana del cuadro del ojo. Esta ventana del cuadro del ojo se puede desplazar verticalmente ajustando el espejo, y toda el área accesible a través de este (es decir, la superposición de todas las ventanas del cuadro del ojo posibles) se denomina cuadro del ojo. Un observador situado dentro del cuadro del ojo puede percibir la imagen virtual. Por supuesto, esto significa que los ojos del observador deben situarse dentro del cuadro del ojo, no todo el cuerpo.
Los términos técnicos utilizados aquí en el campo de las HUD son generalmente conocidos por el experto en la técnica. Para una representación detallada, consúltese la tesis doctoral "Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays" de Alexander Neumann en el Instituto de Informática de la Universidad Técnica de Múnich (Múnich: biblioteca universitaria de la Universidad Técnica de Múnich, 2012), especialmente en el capítulo 2 "Das Head-Up Display".
El parabrisas comprende un cristal exterior y un cristal interior, que están unidos entre sí a través de una capa intermedia termoplástica. El parabrisas está destinado a separar el compartimento interior del entorno exterior en una abertura de la ventana de un vehículo. En el sentido de la invención, el término cristal interior designa el cristal del cristal laminado orientado hacia el compartimento interior (compartimento interior del vehículo). El cristal exterior es el término para el cristal orientado hacia el entorno exterior.
El parabrisas tiene un borde superior y un borde inferior. El borde superior denota el borde lateral que debe apuntar hacia arriba en la posición de montaje. El borde inferior indica el borde lateral que debe apuntar hacia abajo en la posición de montaje. El borde superior a menudo se denomina borde de techo y el borde inferior borde de motor.
El haz que discurre entre el proyector y el centro del cuadro del ojo se conoce comúnmente como haz central. Es un haz de referencia característico para el diseño de un dispositivo de proyección para HUD. El punto en el que el haz central incide en el cristal interior se denomina punto de referencia de HUD en el sentido de la invención. El punto de referencia de HUD se encuentra dentro del área de HUD, por lo general aproximadamente en el medio.
El espesor de la capa intermedia es variable al menos en secciones en la trayectoria vertical entre el borde superior y el borde inferior del parabrisas. “En secciones” significa aquí que la trayectoria vertical entre el borde superior y el borde inferior tiene al menos una sección en la que el espesor de la capa intermedia cambia en función de la ubicación, es decir, la capa intermedia tiene un ángulo de cuña. El espesor de la capa intermedia es variable al menos en el área de HUD. Sin embargo, el espesor también puede cambiar en varias secciones o aumentar monótonamente a lo largo de toda la trayectoria vertical, por ejemplo, desde el borde inferior hasta el borde superior. La trayectoria vertical denota la trayectoria entre el borde superior y el borde inferior con la dirección de la trayectoria esencialmente perpendicular al borde superior. Dado que el borde superior de los parabrisas se puede desviar considerablemente de una línea recta, la trayectoria vertical está alineada, de forma más precisa, de forma perpendicular a la línea de unión entre las esquinas del borde superior. La capa intermedia tiene, al menos en secciones, un ángulo de cuña finito, es decir, un ángulo de cuña superior a 0°, es decir, en la sección en la que el espesor es variable.
El ángulo entre las dos superficies de la capa intermedia se denomina ángulo de cuña. Si el ángulo de cuña no es constante, las tangentes a las superficies deben usarse para medirlo en un punto.
El ángulo de cuña es variable, al menos en el área de HUD. El ángulo de cuña aumenta preferiblemente monótonamente en la trayectoria vertical desde el borde superior del área de HUD hasta el borde inferior del área de HUD. Con un perfil de ángulo de cuña de este tipo, las imágenes fantasma debido a la doble reflexión de la imagen del proyector se pueden evitar de manera eficaz para diferentes posiciones de los ojos.
La invención se basa en el conocimiento de que el efecto no deseado de la imagen doble y su amplificación por el ángulo de cuña variable están relacionados de manera crucial con los radios de curvatura del cristal. Los parabrisas tienen típicamente un radio de curvatura vertical que es variable en la trayectoria vertical entre el borde superior y el borde inferior. El radio de curvatura vertical se refiere a la curvatura en la dimensión vertical del cristal entre el borde superior y el borde inferior. Los radios de curvatura grandes corresponden a una curvatura débil, los radios de curvatura pequeños a una curvatura fuerte del cristal. En los parabrisas convencionales típicos, el radio de curvatura vertical aumenta en la trayectoria vertical desde el borde superior en la dirección del borde inferior.
Los inventores han reconocido ahora sorprendentemente que esta trayectoria típica de los radios de curvatura está relacionada con la amplificación de la imagen doble por el ángulo de cuña variable y que es posible desacoplar los efectos de la imagen fantasma y la imagen doble desplazando hacia arriba el máximo del radio de curvatura en comparación con el cristal convencional, al menos hasta por encima del punto de referencia de HUD.
Por tanto, el parabrisas de acuerdo con la invención presenta un radio de curvatura vertical variable en la trayectoria vertical entre el borde superior y el borde inferior. Esta trayectoria vertical, a lo largo de la que se determinan los radios de curvatura, se elige de modo que pase por el punto de referencia de HUD.
Si ahora se observa la sección de esta trayectoria vertical entre el borde superior del parabrisas y el borde inferior del área de HUD (es decir, el borde lateral del área de HUD que mira hacia el borde inferior del parabrisas), el máximo del radio de curvatura vertical en esta sección está por encima del punto de referencia de HUD. "Por encima" significa que el máximo está más cerca del borde superior del parabrisas que el punto de referencia de HUD. El punto más plano del cristal está por encima del punto de referencia de HUD.
El máximo del radio de curvatura en toda la trayectoria vertical a través del punto de referencia de HUD está por encima del punto de referencia de HUD. Sin embargo, con cristales reales, pueden aparecer puntos muy planos en el área del borde inferior, que normalmente se deben a errores de flexión. Sin embargo, estos no afectan la función de la invención. Por lo tanto, es suficiente determinar el máximo en la sección entre el borde inferior del área de HUD y el borde superior del parabrisas.
En una configuración preferida, el máximo del radio de curvatura vertical se encuentra por encima del área de HUD. Esto logra resultados particularmente buenos en términos de evitar imágenes dobles. Esta variante también puede ser ventajosa para el diseño porque el punto de referencia de HUD no tiene que ser conocido o tiene que ser determinado. La diferencia entre el radio de curvatura máximo y el radio de curvatura en el borde superior del área de HUD es en este caso preferiblemente de 0,5 m a 2 m, con especial preferencia de 1 m a 1,5 m.
De acuerdo con la invención, el radio de curvatura vertical en el borde superior del área de HUD es mayor que en el borde inferior del área de HUD y disminuye monótonamente entre el borde superior y el borde inferior.
En una configuración particularmente preferida, el máximo del radio de curvatura vertical está situado en o por encima del borde superior del campo de visión A de acuerdo con ECE-R43. Esto logra resultados particularmente buenos.
El ángulo de cuña (variable) en el área de HUD es preferiblemente de 0,05 mrad a 2 mrad, de manera particularmente preferida de 0,1 mrad a 1 mrad, en particular de 0,3 mrad a 0,8 mrad. Con las típicas pantallas de visualización frontal, esto logra buenos resultados con respecto a la supresión de la imagen fantasma.
En una configuración ventajosa, el radio de curvatura vertical en el área de HUD es de 6 m a 10 m, preferiblemente de 7 m a 9 m, de modo que se pueden evitar de forma especialmente eficaz imágenes dobles.
El máximo del radio de curvatura vertical es preferiblemente de 8 m a 10 m.
Los radios de curvatura verticales de todo el parabrisas se encuentran preferentemente en el intervalo de 1 m a 40 m, de forma especialmente preferente de 2 m a 15 m, en particular de 3 m a 13 m.
El ángulo de montaje del parabrisas está típicamente en el intervalo de 55° a 75° con respecto a la horizontal, en particular de 58° a 72°. Con estos ángulos de montaje, los ángulos de cuña de acuerdo con la invención se pueden implementar sin problemas. En una configuración particularmente ventajosa, el ángulo de montaje es de 60° a 68° con respecto a la horizontal, preferiblemente de 63° a 67°. De esta manera, se pueden conseguir ángulos de cuña particularmente pequeños de la capa intermedia.
El ángulo de incidencia del haz central sobre el parabrisas está preferiblemente en el intervalo de 50° a 75°, de manera particularmente preferida en el intervalo de 60° a 70° y es, por ejemplo, 65°. El ángulo de incidencia se mide en relación con la dirección de la normal sobre el parabrisas.
El área de HUD suele ser más grande con una HUD analógica de contacto que con una HUD estática clásica. En una configuración preferida, la superficie del área de HUD de acuerdo con la invención es al menos el 7% de la superficie del parabrisas, de manera particularmente preferida al menos el 8%. La superficie del área de HUD de una HUD estática generalmente no es más del 4-5% de la superficie del parabrisas. Por ejemplo, la superficie del área de HUD es de 40.000 mm2 hasta 125.000 mm2. El cristal exterior y el cristal interior contienen preferiblemente vidrio, en particular vidrio de sosa y cal. En principio, sin embargo, los cristales también pueden contener otros tipos de vidrio, como vidrio de cuarzo o vidrio de borosilicato, o plásticos transparentes rígidos, en particular policarbonato o poli(metacrilato de metilo). El espesor del cristal exterior y del interior puede variar ampliamente. Cada uno de los cristales individuales tiene ventajosamente un espesor de un máximo de 5 mm, preferiblemente de un máximo de 3 mm. Se utilizan preferiblemente cristales con un espesor en el intervalo de 0,8 mm a 5 mm, preferiblemente de 1,4 mm a 2,5 mm, por ejemplo, aquellos con los espesores estándar de 1,6 mm o 2,1 mm.
La capa intermedia termoplástica contiene al menos un polímero termoplástico, preferiblemente etileno-acetato de vinilo (EVA), poli(butiral de vinilo) (PVB) o poliuretano (PU) o mezclas o copolímeros o derivados de los mismos, particularmente preferiblemente PVB. El espesor mínimo de la película de unión termoplástica es preferiblemente de 0,2 mm a 2 mm, con especial preferencia de 0,3 mm a 1 mm. El espesor mínimo es el espesor en el punto más delgado de la capa intermedia. La capa intermedia termoplástica está formada por al menos una película de unión termoplástica de espesor variable, una denominada película de cuña con al menos un ángulo de cuña variable en sección.
El espesor de la capa intermedia puede ser constante en secciones horizontales (es decir, secciones aproximadamente paralelas a los bordes superior e inferior). Entonces, el perfil de espesor es constante en todo el ancho del vidrio laminado. Sin embargo, el espesor también puede ser variable en secciones horizontales. Entonces, el espesor es variable no solo en la trayectoria vertical, sino también en la horizontal.
La capa intermedia puede estar formada por una sola película o por más de una película. En este último caso, al menos una de las películas se debe forma con el ángulo de cuña. La capa intermedia también se puede formar a partir de lo que se conoce como una película acústica, que tiene un efecto amortiguador de ruido, o puede contener una película de este tipo. Tales películas consisten típicamente en al menos tres capas, teniendo la capa central una plasticidad o elasticidad mayor que las capas externas que la rodean, por ejemplo, como resultado de una mayor proporción de plastificantes.
El cristal exterior, el cristal interior y la capa intermedia termoplástica pueden ser transparentes e incoloros, pero también estar teñidos o coloreados. En una configuración preferida, la transmisión total a través del vidrio laminado es superior al 70%.
El término transmisión total se refiere al procedimiento para probar la transmisión de luz de los cristales de los vehículos de motor que se especifica por ECE-R 43, anexo 3, sección 9.1.
El parabrisas de acuerdo con la invención puede tener un revestimiento funcional, por ejemplo, un revestimiento reflectante o absorbente de IR, un revestimiento reflectante o absorbente de UV, un revestimiento de baja emisividad, un revestimiento calentable. El revestimiento funcional se puede disponer en el cristal exterior o en el cristal interior. El revestimiento funcional se dispone preferiblemente en la superficie del cristal que mira hacia la capa intermedia termoplástica, donde se protege contra la corrosión y los daños. El revestimiento funcional también se puede disponer sobre una película de inserción en la capa intermedia, por ejemplo, de poli(tereftalato de etileno) (PET).
La invención también comprende un procedimiento para la fabricación de un dispositivo de proyección para una HUD, comprendiendo el dispositivo de proyección:
• un parabrisas de vehículo, que contiene un cristal exterior y un cristal interior, que están unidos entre sí a través de una capa intermedia termoplástica, con un borde superior y un borde inferior y un área de HUD, siendo el espesor de la capa intermedia termoplástica variable en la trayectoria vertical entre el borde superior y el borde inferior al menos en secciones con un ángulo de cuña, siendo el ángulo de cuña variable al menos en el área de HUD; y
• un proyector que está dirigido hacia el área de HUD y crea una imagen virtual que un observador situado dentro de un cuadro del ojo puede percibir.
El procedimiento de acuerdo con la invención se define en la reivindicación 12.
La ventaja particular del procedimiento es que el perfil de curvatura del parabrisas está incluido en el diseño del dispositivo de proyección.
El espesor de los cristales y la posición de montaje generalmente ya se determinan cuando se diseña la HUD. Sobre esta base, también se puede determinar teóricamente una trayectoria de ángulo de cuña de modo que las imágenes fantasma se minimicen de manera óptima. La trayectoria de ángulo de cuña se determina mediante simulaciones habituales.
Además, debe determinarse la disposición relativa entre el parabrisas y el proyector. Esto da como resultado la posición del cuadro del ojo. El haz central y el punto de referencia de HUD se pueden determinar a partir de estos datos.
Una vez que se ha determinado el punto de referencia de HUD, se determina el perfil del perfil de curvatura vertical de acuerdo con la invención. Dado que el perfil de curvatura también puede afectar la imagen fantasma, puede que sea necesario ajustar el ángulo de cuña en este punto. La determinación final de la geometría del cristal con el perfil del ángulo de cuña y el perfil de curvatura puede tener lugar de forma iterativa hasta que se minimicen los problemas de imagen fantasma y doble.
Todas las etapas descritas hasta ahora suelen tener lugar en la fase de diseño, normalmente utilizando los datos CAD del vehículo. Una vez determinada la geometría del cristal final, se puede fabricar el cristal.
La capa intermedia termoplástica se proporciona como una película. El ángulo de cuña se puede introducir en la película estirando una película con (en el estado inicial) de espesor esencialmente constante o mediante extrusión utilizando una boquilla de extrusión en forma de cuña.
El cristal exterior y el cristal interior se someten a un procedimiento de doblado antes de la laminación de acuerdo con el perfil de curvatura determinado Preferiblemente, el cristal exterior y el interior se doblan juntos de forma congruente (es decir, al mismo tiempo y con la misma herramienta), porque así se garantiza que la forma de los cristales se ajusta de forma óptima para la laminación posterior. Las temperaturas típicas para los procedimientos de doblado de vidrio son, por ejemplo, de 500° C a 700° C.
El parabrisas se fabrica mediante laminación utilizando procedimientos habituales en sí conocidos por el experto en la técnica, por ejemplo, procedimientos en autoclave, procedimientos en bolsa de vacío, procedimientos en anillo de vacío, procedimientos de calandrado, laminadores de vacío o combinaciones de los mismos. La unión del cristal exterior y el cristal interior se realiza habitualmente bajo la acción de calor, vacío y/o presión.
A continuación, el parabrisas y el proyector se disponen entre sí, normalmente montando el parabrisas y el proyector en la carrocería del vehículo. Así es como se crea el dispositivo de proyección de acuerdo con la invención.
La invención también comprende el uso del dispositivo de proyección de acuerdo con la invención en un vehículo como pantalla de visualización frontal (HUD), preferiblemente en un vehículo de motor, particularmente preferiblemente en un turismo.
La invención se explica con más detalle a continuación con referencia a un dibujo y ejemplos de realización. El dibujo es una representación esquemática y no es fiel a escala. El dibujo no restringe la invención de ninguna manera.
Muestran:
la fig. 1 una vista en planta del parabrisas de un dispositivo de proyección de acuerdo con la invención,
la fig. 2 una sección transversal a través de un dispositivo de proyección de acuerdo con la invención,
la fig. 3 un diagrama esquemático de la trayectoria de los radios de curvatura del parabrisas de acuerdo con la invención,
la fig. 4 un diagrama de flujo de una realización del procedimiento de acuerdo con la invención y
la fig. 5 un diagrama del radio de curvatura vertical y del ángulo de imagen doble resultante.
La fig. 1 muestra una vista en planta de un parabrisas 1 de un dispositivo de proyección de acuerdo con la invención. El parabrisas 1 tiene un borde superior O, un borde inferior U y dos bordes laterales que los unen. En la posición de montaje, el borde superior O apunta hacia arriba hacia el techo del vehículo (borde de techo), el borde inferior U apunta hacia abajo hacia el compartimento del motor (borde de motor). El parabrisas 1 tiene un área de HUD B, que se puede ser irradiar por el proyector de HUD en la posición de montaje y se irradia durante el funcionamiento. El área de HUD B está delimitada por un borde superior (BO), un borde inferior (BU) y dos bordes laterales que los unen. También se muestran el punto de referencia de HUD G, que se explica con más detalle a continuación, así como la trayectoria vertical V entre el borde superior O y el borde inferior U a través del punto de referencia de HUD G.
La fig. 2 muestra una sección transversal a través de un dispositivo de proyección de acuerdo con la invención a lo largo de la trayectoria vertical V, que comprende el parabrisas 1 de la fig. 1, así como un proyector de HUD 5. El parabrisas 1 consiste en un cristal exterior 2 y un cristal interior 3, que están unidos entre sí a través de una capa intermedia termoplástica 4. El parabrisas separa el compartimento interior del vehículo del entorno exterior, estando el cristal exterior 2 orientado hacia el entorno exterior en la posición de montaje y el cristal interior 3 orientado hacia el compartimento interior del vehículo.
El cristal exterior 2 consiste, por ejemplo, en vidrio de sosa y cal con un espesor de 2,1 mm. El cristal interior 3 consiste, por ejemplo, en vidrio de sosa y cal con un espesor de 1,6 mm. Estos cristales son comunes para los parabrisas. El espesor de la capa intermedia 4 aumenta monótonamente en la trayectoria vertical desde el borde inferior U hasta el borde superior O. En aras de la simplicidad, el aumento de espesor se muestra linealmente en la figura con un ángulo de cuña a constante entre las dos superficies. Sin embargo, la capa intermedia 4 de acuerdo con la invención tiene un aumento de espesor más complejo, al menos no lineal en sección, con un ángulo de cuña a no constante. La capa intermedia 4 está formada de una única película de PVB. El espesor de la capa intermedia 4 en el borde superior O es, por ejemplo, de 1,25 mm y en el borde inferior U, por ejemplo, de 0,76 mm.
El proyector 5 está dirigido al área de HUD B. En esta área, las imágenes se generarán por el proyector 5. La imagen del proyector se refleja desde el parabrisas 1 en la dirección del observador 6 (conductor del vehículo). Esto crea una imagen virtual, no mostrada, como se ve desde el observador 6 detrás del parabrisas 1. El observador 6 puede percibir la información representada de esta manera sin tener que apartar la vista de la carretera.
Debido al diseño en forma de cuña de la capa intermedia 4, las dos imágenes que se generan por reflexión de la imagen del proyector en las dos superficies del cristal exterior 2 y el cristal interior 3 alejadas de la capa intermedia 4 se superponen entre sí. Por tanto, las imágenes fantasma perturbadoras se producen en menor medida. El ángulo de cuña a es variable en la trayectoria vertical al menos dentro del área de HUD B y aumenta monótonamente desde el borde superior BO hasta el borde inferior BU. El ángulo de cuña a es, por ejemplo, de 0,3 mrad en el borde superior BO, 0,5 mrad en el punto de referencia de HUD G y 0,8 mrad en el borde inferior BU. El ángulo de cuña a variable permite optimizar el efecto (supresión de imágenes fantasma) en diferentes posiciones de los ojos que resultan, por ejemplo, de diferentes tamaños corporales de los conductores.
El área dentro de la cual los ojos del observador 6 deben ubicarse para percibir la imagen virtual se denomina ventana del cuadro del ojo. La ventana del cuadro del ojo se puede ajustar verticalmente mediante espejos en el proyector 5 para poder adaptar la HUD a los observadores 6 de diferentes tamaños corporales y posiciones para sentarse. Toda el área accesible dentro de la cual se puede mover la ventana del cuadro del ojo se denomina cuadro del ojo E. El haz que une el proyector 5 con el centro del cuadro del ojo E (los espejos del proyector 5 suelen estar en la posición cero) se denomina haz central M. El punto de referencia de HUD G corresponde al punto del cristal interior 3 sobre el que incide el haz central M. Al diseñar dispositivos de proyección para HUD, el punto de referencia G es una variable característica.
La fig. 3 muestra una comparación del perfil en radios de curvatura vertical R en la trayectoria vertical V entre el borde inferior U y el borde superior O del parabrisas convencionales y una configuración del parabrisas 1 de acuerdo con la invención. En los parabrisas convencionales, el radio de curvatura vertical R suele aumentar continuamente desde el borde superior O hasta el borde inferior U.
El parabrisas 1 de acuerdo con la invención se distingue por una trayectoria de radios de curvatura verticales R que se desvían del mismo. Si se considera una sección V’ de la trayectoria vertical V entre el borde inferior BU del área de HUD B y el borde superior O del parabrisas 1 y se determina el máximo del radio de curvatura vertical R en esta sección V', este máximo se encuentra por encima del punto de referencia de HUD G, es decir, entre el punto de referencia de HUD G y el borde superior O. En la configuración preferida mostrada, el máximo está por encima de la área de HUD B. En el área de HUD B, el radio de curvatura disminuye monótonamente desde del borde superior BO al borde inferior BU.
El radio de curvatura vertical R máximo es, por ejemplo, de 9,5 m y disminuye en el área de HUD de 9 m en el borde superior BO a 7,5 en el borde inferior BU.
El dispositivo de proyección de acuerdo con la invención incorpora por primera vez la trayectoria de los radios de curvatura del parabrisas en el diseño de una HUD. El ángulo de cuña variable, que aumenta de arriba a abajo, que reduce eficazmente las imágenes fantasma en la reflexión, ha llevado hasta ahora a que las imágenes dobles se amplifiquen en la transmisión. Los inventores han reconocido que este efecto se ve amplificado por el perfil de curvatura de los parabrisas convencionales, en los que el punto más plano (radio de curvatura máximo) está por debajo del área de HUD. Debido al perfil de curvatura de acuerdo con la invención, en el que el punto más plano está por encima del punto de referencia de HUD G, la imagen fantasma y la imagen doble pueden, por así decirlo, desacoplarse entre sí y el efecto amplificado de la trayectoria de ángulo de cuña en la imagen doble se reduce. Esa es la gran ventaja de la invención.
La fig. 4 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de realización del procedimiento de acuerdo con la invención para fabricar un dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal.
La fig. 5 muestra un gráfico que demuestra el efecto ventajoso de la trayectoria de acuerdo con la invención sobre los radios de curvatura verticales R. En el diagrama superior, se traza la trayectoria vertical del radio de curvatura vertical R para un parabrisas convencional y un parabrisas de acuerdo con la invención, cada uno con un ángulo de cuña variable de diseño idéntico. Mientras que el radio de curvatura vertical R de acuerdo con la técnica anterior aumenta de manera constante al disminuir la distancia desde el borde inferior U, tiene un máximo en el ejemplo de acuerdo con la invención, que está por encima del área de HUD B y ligeramente por encima del borde superior del campo de visión de acuerdo con ECE-R43.
El efecto se puede ver en el diagrama siguiente. La trayectoria de ángulo de cuña está optimizada en el área de HUD B para evitar una imagen fantasma, de modo que las reflexiones de la proyección de1HUD en las diversas superficies se superponen entre sí. Sin embargo, esto puede llevar a que se amplifique el problema de la imagen doble, es decir, los objetos vistos a través del cristal aparezcan cada vez más como una imagen doble. Puede verse en el diagrama que el ángulo de imagen doble se reduce significativamente por la trayectoria del radio de curvatura vertical R de acuerdo con la invención, como resultado de lo cual la imagen doble es menos perturbadora.
Lista de símbolos de referencia:
(1) parabrisas
(2) cristal exterior
(3) cristal interior
(4) capa intermedia termoplástica
(5) proyector
(6) observador/conductor del vehículo
(O) borde superior del parabrisas 1
(U) borde inferior del parabrisas 1
(B) área de HUD del parabrisas 1
(BO) borde superior del área de HUD B
(BU) borde inferior del área de HUD B
a ángulo de cuña de la capa intermedia 4
R. radio de curvatura vertical del parabrisas 1
(V) trayectoria vertical del radio de curvatura R entre el borde superior O y el borde inferior U
(V’) sección de V entre el borde superior O del parabrisas 1 y el borde inferior BU
(E) cuadro del ojo
(M) haz central (entre el proyector 5 y el centro del cuadro del ojo E)
(G) punto de referencia de HUD

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD), que comprende al menos
- un parabrisas de vehículo (1), que comprende un cristal exterior (2) y un cristal interior (3), unidos entre sí mediante una capa intermedia termoplástica (4), con un borde superior (O) y un borde inferior (U) y un área de HUD (B) que se puede irradiar por un proyector (5), en el que el parabrisas de vehículo (1) tiene un ángulo de montaje en el intervalo de 55° a 75°, y en el que el cristal exterior (2) y el cristal interior (3) tienen en cada caso un espesor de máximo 5 mm; y
- un proyector (5), que está dirigido al área de HUD (B) y genera una imagen virtual, que un observador (6) situado dentro de un cuadro del ojo (E) puede percibir, en el que
- el parabrisas (1) tiene un punto de referencia de HUD (G), en el que un haz central (M) que discurre entre el proyector (5) y el centro del cuadro del ojo (E) incide sobre el cristal interior (3),
- el espesor de la capa intermedia termoplástica (4) en la trayectoria vertical entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) es variable al menos en secciones con un ángulo de cuña (a), en el que el ángulo de cuña (a) es variable al menos en el área de HUD (B),
- el parabrisas (1) tiene un radio de curvatura vertical (R), que es variable en la trayectoria vertical (V) entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) a través del punto de referencia de HUD (G),
en el que el máximo del radio de curvatura vertical (R) está situado en la sección (V’) de la trayectoria (V) entre el borde superior (O) del parabrisas (1) y el borde inferior (BU) del área de HUD (B) por encima del punto de referencia de HUD (G),
en el que el radio de curvatura vertical (R) en el borde superior (BO) del área de HUD (B) es mayor que en el borde inferior (BU) del área de HUD (B) y disminuye monótonamente entre el borde superior (BO) y el borde inferior (BU).
2. Dispositivo de proyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el máximo del radio de curvatura vertical (R) está situado por encima del área de HUD (B).
3. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el máximo del radio de curvatura vertical (R) está situado en o por encima del borde superior del campo de visión A de acuerdo con ECE-R43.
4. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el máximo del radio de curvatura vertical (R) en toda la trayectoria vertical (V) entre el borde superior (O) del parabrisas (1) y el borde inferior (U) del parabrisas (1) está situado por encima del punto de referencia de HUD (G).
5. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el ángulo de cuña (a) aumenta monótonamente en la trayectoria vertical desde el borde superior (BO) del área de HUD (B) hasta el borde inferior (BU) del área de HUD (B).
6. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el ángulo de cuña (a) en el área de HUD (B) es de 0,05 mrad a 2 mrad, preferiblemente de 0,1 mrad a 1 mrad.
7. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el radio de curvatura vertical (R) en el área de HUD (B) es de 6 m a 10 m, preferiblemente de 7 m a 9 m.
8. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los radios de curvatura verticales (R) de todo el parabrisas (1) son de 1 m a 20 m, preferiblemente de 2 m a 15 m.
9. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el cristal exterior (2) y el cristal interior (3) contienen vidrio de sosa y cal y tienen un espesor de 0,8 mm a 5 mm, preferiblemente de 1,4 mm a 2,5 mm.
10. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la capa intermedia (4) contiene al menos poli(butiral de vinilo) (PVB), etileno-acetato de vinilo (EVA), poliuretano (PU) o mezclas o copolímeros o derivados de los mismos, preferentemente PVB, y tiene un espesor mínimo de 0,2 mm a 2 mm, preferiblemente de 0,3 mm a 1 mm.
11. Dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la capa intermedia (4) está conformada como película multicapa amortiguadora de ruido.
12. Procedimiento para fabricar un dispositivo de proyección para una pantalla de visualización frontal (HUD) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende
- un parabrisas de vehículo (1), que incluye un cristal exterior (2) y un cristal interior (3), unidos entre sí mediante una capa intermedia termoplástica (4), con un borde superior (O) y un borde inferior (U) y un área de HUD (B) que se puede irradiar por un proyector (5), en donde el espesor de la capa intermedia termoplástica (4) en la trayectoria vertical entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) es variable al menos en secciones con un ángulo de cuña (a) , en el que el ángulo de cuña (a) es variable al menos en el área de HUD (B); y
- un proyector (5), que está dirigido al área de HUD (B) y genera una imagen virtual, que un observador (6) situado dentro de un cuadro del ojo (E) puede percibir;
en el que el procedimiento comprende al menos las siguientes etapas de procedimiento:
(a) calcular un punto de referencia de HUD (G), en el que un haz central (M) que discurre entre el proyector (5) y el centro del cuadro del ojo (E) incida sobre el cristal interior (3), a partir de la disposición relativa planificada del parabrisas (1), el proyector (5) y el cuadro del ojo (E);
(b) crear un perfil del radio de curvatura vertical (R), que sea variable en la trayectoria vertical (V) entre el borde superior (O) y el borde inferior (U) a través del punto de referencia de HUD (G) de modo que el máximo del radio de curvatura vertical (R) en la sección (V’) de la trayectoria (V) entre el borde inferior (BU) del área de HUD (B) y el borde superior (O) del parabrisas (1) esté situado por encima del punto de referencia de HUD (G);
(c) fabricar el parabrisas (1) con el ángulo de cuña (a) y la trayectoria calculada del radio de curvatura vertical (R);
(d) disposición relativa del parabrisas (1) y el proyector (5), donde se crea el dispositivo de proyección.
13. Uso del dispositivo de proyección de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 en un vehículo como pantalla de visualización frontal (HUD), preferentemente en un vehículo de motor, de forma especialmente preferente en un turismo.
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