WO2021219331A1 - Gerät zum generieren eines virtuellen bildes mit störlichtunterdrückung - Google Patents

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WO2021219331A1
WO2021219331A1 PCT/EP2021/058954 EP2021058954W WO2021219331A1 WO 2021219331 A1 WO2021219331 A1 WO 2021219331A1 EP 2021058954 W EP2021058954 W EP 2021058954W WO 2021219331 A1 WO2021219331 A1 WO 2021219331A1
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WO
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optical waveguide
blind
light
fabric
slats
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PCT/EP2021/058954
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Inventor
Alexander Wolf
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/123—Optical louvre elements, e.g. for directional light blocking

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for generating a virtual image.
  • a head-up display also referred to as a HUD, is understood to be a display system in which the viewer can maintain his direction of view, since the content to be displayed is displayed in his field of view. While such systems were originally primarily used in the aerospace sector due to their complexity and costs, they are now also being used in large-scale production in the automotive sector.
  • Head-up displays generally consist of an image generator, an optical unit and a mirror unit.
  • the image generator generates the image.
  • the optical unit directs the image to the mirror unit.
  • the image generator is often referred to as an imaging unit or PGU (Picture Generating Unit).
  • the mirror unit is a partially reflective, translucent pane. The viewer sees the content displayed by the image generator as a virtual image and at the same time the real world behind the pane. In the automotive sector, the windshield is often used as the mirror unit, the curved shape of which must be taken into account in the representation. Due to the interaction of the optical unit and the mirror unit, the virtual image is an enlarged representation of the image generated by the image generator.
  • the viewer can only view the virtual image from the position of the so-called eyebox.
  • An area whose height and width correspond to a theoretical viewing window is called an eyebox.
  • the eyebox An area whose height and width correspond to a theoretical viewing window.
  • the size of the eyebox in conventional head-up displays is limited by the size of the optical unit.
  • One approach to enlarging the eyebox is to couple the light coming from the imaging unit into an optical fiber.
  • the light coupled into the optical waveguide is totally reflected at its interfaces and is thus guided within the optical waveguide.
  • a portion of the light is coupled out at a plurality of positions along the direction of propagation. In this way, the exit pupil is widened by the optical waveguide.
  • the effective exit pupil is composed here of images of the aperture of the imaging system.
  • US 2016/0124223 A1 describes a display device for virtual images.
  • the display device includes an optical fiber that causes light from an imaging unit incident through a first light incident surface to be repeatedly internally reflected to travel in a first direction away from the first light incident surface.
  • the optical waveguide also has the effect that part of the light guided in the optical waveguide exits to the outside through areas of a first light exit surface which extends in the first direction.
  • the display device further comprises a first light incident diffraction grating that diffracts incident light to cause the diffracted light to enter the optical waveguide, and a first light emergent diffraction grating that diffracts light incident from the optical waveguide.
  • the optical waveguide consists of glass plates, within which diffraction gratings or holograms are arranged, a problem arises if light is incident from outside. Interfering light can fall into the user's eye due to reflections of the incident light. In addition, the contrast of the virtual image perceived by the user is reduced.
  • reflective components may be tilted and combined with beam traps so that reflections cover the area in which the driver's eye is expected, do not achieve.
  • anti-reflective coatings are used and structural roughness is used to reduce the reflection intensity.
  • Tilting the components takes up considerable space, which is limited in automobiles.
  • the performance of the components is generally reduced. Layers and structures reduce the achievable intensity, but the reflections usually remain clearly visible and reduce the contrast considerably.
  • a device for generating a virtual image has a display element for generating an image, an optical waveguide for widening an exit pupil of the generated image and an anti-glare element downstream of the optical waveguide in the beam path, the anti-glare element being a blind.
  • This has the advantage that the slats of the blind are able to block the reflection of a large-area reflecting mirror, as which the optical waveguide acts. The influence of stray light is thus effectively reduced.
  • the slats are aligned in such a way that light coming from the display element passes them almost unaffected, but stray light incident from outside is blocked, in particular absorbed, by the slats.
  • the blind can also be curved with a Surface having a transparent cover, which concentrates incident light in a light trap instead of reflecting it in the direction of the user's eye.
  • a transparent cover which concentrates incident light in a light trap instead of reflecting it in the direction of the user's eye.
  • no such cover is provided, as a result of which the blind does not need to have a curved shape, which simplifies its manufacture.
  • the blind has slats, the height of which is at least n times its thickness, where n is a first factor with n> 10.
  • n is a first factor with n> 10.
  • the lamellae are thin and do not, or only insignificantly, influence the light coming from the optical waveguide. A human observer of the virtual image thus does not perceive the presence of the blind.
  • the slats of the blind are so thin that they can be arranged so close that dirt particles can hardly penetrate into the space between two slats, since most dirt particles are too large. Contamination of the space between the lamellas is thus avoided.
  • the blind is designed as an easily exchangeable element which, for example, can be replaced with a new one as part of routine maintenance of the device without great expenditure of time and money.
  • the lamellae are hardly reflective in the visible wavelength range, preferably non-reflective. They preferably absorb incident visible light.
  • the lamellas preferably dissipate the energy absorbed in the process. For example, they are good thermal conductors or radiate heat energy diffusely.
  • the lamellae In the temperature range from -40 ° C. to 120 ° C., the lamellae preferably have a constant or only slight temperature-related change in expansion. A change in expansion in terms of width and height is less critical than in terms of its smallest expansion, the thickness.
  • the blind is arranged in a frame in which the slats are fixed at a fixed distance from one another.
  • the glare protection acts evenly over the entire surface of the glare protection element by means of this measure.
  • the virtual image is thus visible in the entire intended visibility area, the so-called eyebox, undisturbed by glare.
  • the distance depends on boundary conditions, such as the orientation of the device relative to other optical elements with which it is to interact, and their properties. If these are known, the value of the distance is also determined and constant for all lamellas.
  • the solution according to the invention enables visible reflections to be suppressed by external interfering light.
  • there is increased flexibility with regard to the spatial arrangement of the optical components since no special tilting of the components is required to reduce interfering reflections, but a suitable alignment of the lamellae is sufficient for this.
  • the required installation space can thus advantageously be reduced compared to other designs.
  • the thermal load on the components is also reduced, for example due to the elimination of light traps or the lower amount of light falling from the outside, which is otherwise absorbed inside the device.
  • the device has an optical waveguide for widening an exit pupil.
  • an optical waveguide to widen an exit pupil, a particularly large eyebox can be achieved.
  • incident light has a very disruptive effect, so that suppression of interfering light by means of the solution according to the invention is advantageous.
  • the blind has slats which, for example, consist of a plastic such as polyethylene or polyester.
  • plastic strips that have the desired properties are not easy to handle. Therefore, it is provided according to the invention that a slat of the blind consists of a fabric of individual carbon fibers.
  • a carbon fiber usually has a diameter of 5-9 micrometers, 1000 to 24000 carbon fibers are therefore usually connected to form a fiber bundle, also called yarn.
  • a fiber bundle is less suitable for the purposes according to the invention because of its round cross section and its large diameter. Therefore, a fabric is proposed which can do without weft threads that are transverse to the direction of the individual fibers, but which has an elongated cross section.
  • Such a woven or knitted fabric can be produced, for example, by a process corresponding to or similar to knotting. It has the desired ratio of thickness to height and can be manufactured in the desired width. In the desired temperature range, it shows little or no thermal change in length, absorbs visible light, and is a good heat conductor. An increase or decrease in height while maintaining the same width of a lamella can be achieved in production simply by increasing or reducing the number of layers of carbon fibers.
  • the fabric is fixed at both ends.
  • the fixing prevents the shape of the tissue from changing and thus permanently ensures the desired geometric dimensions of the lamella.
  • the fixing takes place, for example, by welding the carbon fibers, by means of a hot melt coating, by means of overmolding or other suitable processes.
  • the fixation is advantageously carried out by means of stabilizers arranged at both ends of the tissue, which are held in position by guide elements.
  • this has the following advantage: This increases the length of the Lamellae and a minimum pre-tensioning of the lamellae guaranteed.
  • the slats thus retain their defined shape, which ensures glare protection even under changing environmental conditions, for example changing temperature, changing humidity or the like.
  • the slats are advantageously aligned by means of an alignment element. This ensures a specified distance between the lamellae and the angular alignment of the lamellae at an optimal angle.
  • the alignment element has, for example, guide surfaces for individual slats, the guide surfaces having an individual inclination provided for the respective slats.
  • the optical waveguide has a decoupling hologram which decouples light at an angle deviating from the normal on the exit surface of the optical waveguide.
  • the slats of the blind are arranged at an angle that allows the decoupled light to pass. Interfering light falling from outside through the lamellae in this direction, in particular sunlight, is then reflected by the exit surface of the optical waveguide at an angle that deviates from that of the lamellae and is thus blocked or absorbed by them. This also prevents glare in the event that interfering light coming from outside can pass through the slats.
  • a head-up display according to the invention is specified in claim 9.
  • a vehicle with a device or head-up display according to the invention is specified in claim 10.
  • the solution according to the invention can be used not only on head-up displays that have exit pupil-enlarging optical waveguides with a large, flat light-emitting surface, but also on classic head-up displays or other display or projection systems that have a correspondingly large area that is susceptible to it is that stray light occurs. Further features of the present invention will become apparent from the following
  • Fig. 1 shows schematically a flead-up display according to the prior art
  • FIG. 3 shows schematically a head-up display with an optical waveguide
  • FIG. 5 shows schematically an apparatus according to the invention for generating a virtual image
  • FIG. 7 shows schematically an apparatus according to the invention for generating a virtual image
  • FIG. 13 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • the head-up display has an image generator 1, an optical unit 2 and a mirror unit 3.
  • a beam SB1 emanates from a display element 11 and is reflected by a folding mirror 21 onto a curved mirror 22, which reflects it in the direction of the mirror unit 3.
  • the mirror unit 3 is shown here as a windshield 31 of a motor vehicle. From there, the bundle of rays SB2 arrives in the direction of an eye 61 of an observer.
  • virtual image VB which is located outside the motor vehicle above the engine hood or even in front of the motor vehicle is located. Due to the interaction of optical unit 2 and mirror unit 3, virtual image VB is an enlarged representation of the image displayed by display element 11. A speed limit, the current vehicle speed and navigation instructions are symbolically displayed here. As long as the eye 61 is located within the eyebox 62 indicated by a rectangle, all elements of the virtual image are visible to the eye 61. If the eye 61 is outside the eyebox 62, the virtual image VB is only partially visible to the viewer or not at all. The larger the eyebox 62, the less restricted the viewer is when it comes to choosing his or her seating position.
  • the curvature of the curved mirror 22 serves on the one hand to prepare the beam path and thus to provide a larger image and a larger eyebox 62.
  • the curvature compensates for a curvature of the windshield 31, so that the virtual image VB corresponds to an enlarged reproduction of the image displayed by the display element 11.
  • the curved mirror 22 is rotatably mounted by means of a bearing 221. The rotation of the curved mirror 22 made possible by this enables the eyebox 62 to be displaced and thus the position of the eyebox 62 to be adapted to the position of the eye 61.
  • the folding mirror 21 serves to ensure that the path covered by the bundle of rays SB1 between the display element 11 and the curved mirror 22 is long, while at the same time the optical unit 2 is still compact.
  • the optical unit 2 is delimited from the environment by a transparent cover 23.
  • the optical elements of the optical unit 2 are thus protected against dust located in the interior of the vehicle, for example.
  • On the cover 23 there is also an optical film 24 or a coating which is intended to prevent incident sunlight SL from reaching the display element 11 via the mirrors 21, 22. This could otherwise be temporarily or permanently damaged by the development of heat that occurs in the process. In order to prevent this, an infrared component of the sunlight SL is filtered out by means of the optical film 24, for example.
  • a glare shield 25 is used to shade incident light from the front, so that it is not reflected by the cover 23 in the direction of the windshield 31, which dazzles the viewer could cause.
  • the light from another interfering light source 64 can also reach the display element 11.
  • Fig. 2 shows a schematic three-dimensional representation of an optical waveguide 5 with two-dimensional enlargement.
  • a coupling hologram 53 can be seen in the lower left area, by means of which light L1 coming from an imaging unit (not shown) is coupled into the optical waveguide 5. In this it spreads in the drawing to the top right, according to the arrow L2.
  • a folded hologram 51 which acts similarly to many partially transparent mirrors arranged one behind the other and generates a light bundle that is broadened in the Y direction and propagates in the X direction. This is indicated by three arrows L3.
  • a decoupling hologram 52 which also acts similarly to many partially transparent mirrors arranged one behind the other and decouples light in the Z direction upwards from the optical waveguide 5, indicated by arrows L4.
  • a broadening takes place in the X direction, so that the originally incident light bundle L1 leaves the optical waveguide 5 as a light bundle L4 enlarged in two dimensions.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of an alternative to Fig. 2 optical waveguide with two-dimensional enlargement.
  • the coupling-out hologram 52 is designed so that it does not couple light out perpendicular to the surface of the optical waveguide 5, but at an angle to the Z-direction, as shown by the arrows L4.
  • the optical waveguide 5 can thus be arranged in accordance with the available installation space without having to take into account a vertical exit of the light bundle enlarged in two dimensions.
  • Fig. 3 shows a three-dimensional representation of a head-up display with three optical waveguides 5R, 5G, 5B, which are arranged one above the other and each stand for an elementary color red, green and blue. Together they form the optical waveguide 5.
  • the holograms 51, 52, 53 present in the optical waveguide 5 are wavelength-dependent, so that one optical waveguide 5R, 5G, 5B for each one of the elementary colors is used.
  • An image generator 1 and an optical unit 2 are shown above the optical waveguide 5.
  • the optical unit 2 has a mirror 20, by means of which the light generated by the image generator 1 and shaped by the optical unit 2 is deflected in the direction of the respective coupling hologram 53.
  • the image generator 1 has three light sources 14R, 14G, 14B for the three elementary colors. It can be seen that the entire unit shown has a low overall height compared to its light-emitting surface.
  • FIG. 4 shows a head-up display in a motor vehicle similar to FIG. 1, but here in a spatial representation and with an optical waveguide 5.
  • the schematically indicated image generator 1 can be seen, which generates a parallel beam SB1, which by means of the mirror plane 523 is coupled into the optical waveguide 5.
  • the optical unit is not shown for the sake of simplicity.
  • Several mirror planes 522 each reflect part of the light impinging on them in the direction of the windshield 31, the mirror unit 3. The light is reflected from this in the direction of the eye 61.
  • the viewer sees a virtual image VB over the hood or at a further distance in front of the motor vehicle.
  • Fig. 5 shows a device according to the invention in a schematic representation.
  • the image generator 1 with display element 11, the optical waveguide 5, the cover 23 with integrated blind 83 serving as a glare protection element 81, the glare protection 25 serving as a light trap, the windshield 31 and the eye 61 of the user can be seen.
  • the anti-glare element is integrated into a conventional cover used for anti-glare protection.
  • FIG. 5 also shows how the incidence of sunlight on the optical waveguide 5 is reduced by the anti-glare element 81.
  • the blind 83 arranged in the anti-glare element 81 is transparent in the direction of the light L4 exiting the optical waveguide 5 in the direction of the windshield 31. Sunlight SL incident from outside can only pass through anti-glare element 81 if it is incident precisely in this direction. Otherwise, the sunlight SL is absorbed by the slats 82, not shown here, of the blind 83. If an optical waveguide 5 is used, in which the exiting light L4 is not perpendicular, but rather as in FIG. 6 As shown, exiting at an angle thereto, incident sunlight SL is reflected on the surface of the optical waveguide 5 in a direction which is not parallel to the slats of the blind, and is blocked by this. Glare is therefore also prevented in this situation.
  • FIG. 7 shows a device according to the invention similar to FIG. 5, in which an optical waveguide 5 according to FIG. 6 is used.
  • the image generator 1 with display element 11 and the optical waveguide 5 can be seen, from which light L4 emerges at an angle ⁇ to the normal N on the light exit surface 54 of the optical waveguide 5, the angle ⁇ being greater than 0 °.
  • the exiting light L4 strikes the light entry surface 85 of the blind 83, the slats 82 of which are arranged parallel to the exiting light L4, so that it can pass through the spaces 84 between the slats 82 unhindered.
  • the light L6 emerging from the blind 83 hits the windshield 31 at an angle ⁇ and is reflected by it and reaches the eye 61 of a vehicle occupant, here the driver, as light L8. This thus sees a virtual image VB.
  • the blind 83 forms the cover of the optical unit; a separate cover element is not provided.
  • the blind 83 can thus also come into direct contact with objects or people located in the vehicle interior. Damage to the blind 83 is therefore not excluded.
  • the blind 83 is therefore detachably arranged so that, if necessary, it can be dismantled without great effort and replaced by a new or repaired blind 83.
  • FIG. 8 shows the blind 83 and an enlarged section 830.
  • the slats 82 can be seen, which allow light L5, which comes from the optical waveguide 5 and runs essentially parallel to the slats 82, to pass through. Stray light SL, which does not run parallel to the slats 82, is blocked by the slats 82.
  • the slats 82 are at a distance AL from one another and are inclined at an angle ⁇ with respect to the normal NJ to the light entry surface 85 of the blind 83.
  • the lamellas have a height HL and a thickness DL, the height HL being a multiple of the thickness DL.
  • the Thickness DL 25 pm, while the height HL is approximately 2 mm.
  • the angle ⁇ corresponds to that of the light exit from the optical waveguide 5 if its light exit surface 54 and the light entry surface 85 of the blind 83 are arranged parallel to one another. In the case of a non-parallel arrangement, these angles must be converted accordingly.
  • the angle ⁇ depends, among other things, on the position of the driver and his viewing angle. For different vehicle types or different inclinations of the windshield 31, inter alia, the distance AL must be adapted.
  • the lamellae 82 are preferably designed to be non-reflective, that is to say essentially black. At a height HL of approximately 2 mm, one purpose of the lamella is achieved, namely to absorb all other rays which hit the system from above. This requires a certain amount of overlap, which is achieved with this height.
  • the figure shows the light beams L5 parallel to each other. In any case, this is at least approximately true on a small scale. In many cases, however, there is an angular deviation over greater distances to which the alignment of the lamellas must then also be adapted. If, for example, there is a curvature of the pane, which serves as an imaging plane, then the light rays strike a curved surface. If the slats were all aligned at the same angle, this would block some of the light rays. This means that the angle at which the individual lamellas are aligned must match the curvature and thus the respective angle of reflection in the area of the pane, otherwise the image information cannot be seen at all points. 8 shows light rays arriving plane-parallel.
  • Fig. 9 shows a blind and the structure of the slats of the blind.
  • the figure shows a blind 83 which is fixed in a frame 86.
  • the upper edge of the lamellae 82 can be seen.
  • the lamellae 82 are arranged at a constant distance AL from one another.
  • the distance AL is im Embodiment in about 1 mm.
  • the lamellae 82 run obliquely downward, which cannot be seen in this plan view, since the lamellae 82 are shown here in white in a side view for the sake of clarity, although they are actually black or almost black.
  • Both the inclined course and the distance AL are selected differently for different boundary conditions. When the device according to the invention is used in a head-up display for a vehicle, these boundary conditions differ from vehicle type to vehicle type and possibly also for different variants of a vehicle type.
  • FIG. 9 a greatly enlarged schematic plan view of the upper edge of a lamella 82 is shown.
  • Several carbon fibers 821 can be seen that are interwoven. Such a bundle of carbon fibers 821 is also referred to as a bride.
  • the individual carbon fibers 821 have the shape of a helix, for example, with adjacent helices interlocking and thus forming a stable fabric 823.
  • a schematic enlarged sectional view along the line AA is shown in the left part of FIG.
  • the enlarged sectional view AA in the left part of FIG. 9 shows a schematic section through a lamella 82.
  • Many carbon fibers 821 can be seen, which are shown here in an idealized, densely packed manner and form the fabric 823.
  • the height HL of the lamella 82 is a multiple of its thickness DL. This is indicated by three points.
  • the woven fabric 823 is produced in a process similar to knotting or braiding or knitting using individual carbon fibers 821. These are much thinner fibers than are usually used in knotting, braiding or knitting. The manufacture of the fabric 823 is made therefore also referred to below as micro weaving. If lamellas of greater or lesser height HL are required, this is achieved by increasing or decreasing the number of micro-woven carbon fibers 821 in the direction of the height HL. Also, the thickness DL can be adjusted by increasing or decreasing the number of micro-woven carbon fibers 821 in the direction of the thickness DL. In addition or as an alternative to this, provision is made to adapt the diameter DF of the carbon fibers 821 in order to adapt the thickness DL or height HL. Carbon fibers 821 corresponding to constant diameter are industrially manufactured and are thus available.
  • the lamellae In the temperature range from -40 ° C. to 120 °, the lamellae preferably have a constant or only slight temperature-related change in expansion. A change in expansion in terms of width and height is less critical than in terms of thickness.
  • An expansion in width is almost inevitable due to the length of the lamella and the size of the holding frame.
  • the advantage of the fabric according to the invention made of carbon fibers, also referred to as "carbon shoelaces" is that it can be tightened to a certain extent and only slightly changes its thickness.
  • the change in the height of the lamellas is also less critical, since the shading is mainly influenced by the angle.
  • the thickness of the lamellas is critical. If the lamella becomes too thick, it is visually perceptible and then divides the image into strips.
  • FIG. 10 shows schematically part of the manufacturing process for a blind 83 according to the invention. This takes place in a plan view corresponding to the right-hand part of FIG. 9 and in a representation that is not to scale.
  • a woven fabric 823 made of carbon fibers 821 can be seen on the left, which after the micro-weaving S1 has not yet been cut to the width BL of a lamella 82.
  • the fabric 823 is tensioned S2.
  • Stabilizers 825 are attached to the future ends 824 of the lamella 82. These ensure that the fabric 823 retains its shape and structure even after cutting to length S3.
  • the stabilizers 825 are produced, for example, by fusing the carbon fibers 821 in this area, by introducing stabilizing material into this area, by using a different type of linkage, braiding or weaving in this area, or by another suitable measure .
  • the cutting S3 of the fabric 821 follows in the direction of the arrow P1.
  • the stabilizers 825 are already sufficient to maintain the length of the fabric 823 in the direction of the width BL of the lamella 82 and its tension in this direction.
  • guide elements 826 are provided which interact with the stabilizers 825 and ensure S4 the spacing of the stabilizers 825 at the two ends 824 of the lamella 82 and the tension of the fabric 823 arranged between the two ends 824. This is indicated by means of the double arrow P2.
  • the guide elements 826 interact with the frame 86 of the blind 83.
  • the guide elements 826 are integrated into the frame 86. According to another embodiment, they are attached to the frame 86.
  • FIG. 11 schematically shows a further part of the manufacturing process for a blind 83 according to the invention.
  • the frame 86 can be seen, in the outer area of which the guide elements 826 and then the stabilizers 825 are arranged on the outside.
  • An alignment element 827 is located within the frame 86 in the region of the ends 824.
  • the alignment elements 827 serve to adjust the inclination of the lamella 82.
  • an alignment element 827 is shown in a side view. It has guide surfaces 828 which have different angles of inclination cd, a2 to the normal NJ.
  • the alignment S5 of the lamella 82 is carried out by placing the individual lamellae 82 on individual guide surfaces 828 of the alignment elements 827 assigned to them.
  • the guide surfaces 828 are arranged in such a way that the desired distance AL between the lamellae 82 is maintained.
  • the height HL of a lamella 82 can be seen in the left part of FIG. 11 and its width BL in the right part.
  • the value of the factor F2 is in a range of 10-100, the width BL of a lamella 82 is therefore a multiple of its height HL.
  • the thickness DL, height HL and width BL of the lamellae 82 thus differ by at least one order of magnitude in each case. This places high demands on the material of the lamella 82. According to the invention, carbon fibers 821 are provided which meet these requirements.
  • Carbon fibers 821 withstand high stresses.
  • the flexibility of the fabric 823 required to compensate for thermally induced expansion of the frame 86 can be adjusted by selecting a suitable micro-weaving process and / or the pre-tensioning set at the end of the manufacturing process. After ensuring S4 the distance and tension and after aligning S5 of the lamella 82, the aligned lamella 82 is fixed S6.
  • a fixing compound 829 is applied to the alignment element 827 and the lamella 82 aligned thereon.
  • This is, for example, a hot melt adhesive, a hardening adhesive or another suitable material.
  • FIG. 13 shows a flow chart of a method according to the invention. It takes place:
  • the lamellae preferably have different angles for different positions of the eye 61 within the eyebox 62. Such different positions occur, for example, when the driver changes his seating position in height or lateral orientation, or also when drivers of different sizes drive the vehicle.
  • the angle at which the individual slats are aligned is thus preferably variable during operation.
  • the angle of the slats is ideally adjusted with "head tracking" of the driver so that no undesired shadowing occurs.
  • the slats are set individually. This enables handling during assembly. An adjustment can be achieved, for example, by moving the stabilizer 825 from FIG. 10 forwards and backwards. This means that all slats are adjusted at the same angle.
  • the slats are driven individually or combined in groups, for example with a worm shaft. This individually influences the angle.
  • individually controlled lamellae are possible, for example, with the help of a memory wire, which contracts when a voltage is applied and thus causes the lamella to rotate.
  • the invention relates to the following.
  • Conventional head-up display systems in the vehicle work with mirrors and have a curved pane as a cover in the vehicle, which prevents reflection. When switched off, the mirrors are parked in a position that prevents damage from sunlight.
  • a new generation of optical display instruments works with an optical waveguide 5 in which holograms 51, 52 in a pane of glass direct light L1, which comes from the projection source, the image generator 1, at the correct angle to the driver. Since the surface of the optical waveguide 5 is planar, reflections of sunlight SL in the direction of the driver can occur, which should be prevented.
  • a curvature of the surface of the optical waveguide 5 is not possible, or only possible with disproportionately great effort, due to the optical tasks that it has to fulfill.
  • An anti-reflective coating with conventional means is due to the The size of the optical waveguide 5 is not sufficient, since too much light can still be guided in the direction of the driver with such an anti-reflective coating. It is therefore desirable to seal off solar radiation in the direction of the driver.
  • a blind 83 is attached to the optical waveguide 5 in a frame 86 which accommodates micro-woven carbon fibers, the carbon fibers 821. These micro-woven carbon fibers form the slats 82 of the blind 83.
  • the micro-weaving S1 of the fibers 821 is first carried out with an attachment / fixation of the fibers 821 at both ends 824 with the aid of a corresponding stabilizer, the stabilizers 825 prevents the structure of the resulting fabric 823, which is for example a helix structure or a bride structure (English: carbon fiber bride shape), from losing its shape again.
  • the stabilizer 825 can be firmly connected to the carbon fibers 821 with the aid of an injection molding process, for example.
  • the alignment of the individual micro-woven slats 82 of the blind 83 takes place via alignment elements 827 of the appropriate geometry with the necessary angles cd, a2 and the corresponding distance AL on the frame 86 of the blind 83 the final shoring is applied to the individual lamellae 82. While under tension, the individual lamellae 82 are fixed at the intended angles cd, a2 and spacings AL and then fastened, for example by means of hot glue / thermoset potting / injection molding.
  • Carbon fiber structures are currently used in a variety of ways, but these are macroscopic applications. Carbon fibers 821 are insensitive to temperature fluctuations and have a very high tensile strength.
  • a fabric 823 with, for example, a helix structure “plait” enables flexibility. Since the slats 82 and thus the fabric 823 can be reached by the driver, the properties of the carbon fibers 821 and the fabric 823 consisting of them reduce the risk of damage to the blind 83. The material costs for the carbon fibers 821 are minimal. With many individual fabrics 823, for example in the form of helix fibers, ropes or support structures can in principle also be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes (VB). Das Gerät weist auf ein Anzeigeelement (11) zum Erzeugen eines Bildes, einen Lichtwellenleiter (5) zum Aufweiten einer Austrittspupille und ein dem Lichtwellenleiter (5) im Strahlengang nachgeordnetes Blendschutzelement (81). Das Blendschutzelement (81) ist eine Jalousie (83).

Description

Beschreibung
Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes mit Störlichtunterdrückung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes.
Unter einem Head-Up-Display, auch als HUD bezeichnet, wird ein Anzeigesystem verstanden, bei dem der Betrachter seine Blickrichtung beibehalten kann, da die darzustellenden Inhalte in sein Sichtfeld eingeblendet werden. Während derartige Systeme aufgrund ihrer Komplexität und Kosten ursprünglich vorwiegend im Bereich der Luftfahrt Verwendung fanden, werden sie inzwischen auch im Automobilbereich in Großserie verbaut.
Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einem Bildgenerator, einer Optikeinheit und einer Spiegeleinheit. Der Bildgenerator erzeugt das Bild. Die Optikeinheit leitet das Bild auf die Spiegeleinheit. Der Bildgenerator wird oft auch als bildgebende Einheit oder PGU (Picture Generating Unit) bezeichnet. Die Spiegeleinheit ist eine teilweise spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Betrachter sieht also die vom Bildgenerator dargestellten Inhalte als virtuelles Bild und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. Als Spiegeleinheit dient im Automobilbereich oftmals die Windschutzscheibe, deren gekrümmte Form bei der Darstellung berücksichtigt werden muss. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit und Spiegeleinheit ist das virtuelle Bild eine vergrößerte Darstellung des vom Bildgenerator erzeugten Bildes.
Der Betrachter kann das virtuelle Bild nur aus der Position der sogenannten Eyebox betrachten. Als Eyebox wird ein Bereich bezeichnet, dessen Höhe und Breite einem theoretischen Sichtfenster entspricht. So lange sich ein Auge des Betrachters innerhalb der Eyebox befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge sichtbar. Befindet sich das Auge hingegen außerhalb der Eyebox, so ist das virtuelle Bild für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter somit bei der Wahl seiner Sitzposition. Die Größe der Eyebox herkömmlicher Head-Up-Displays wird durch die Größe der Optikeinheit begrenzt. Ein Ansatz zur Vergrößerung der Eyebox besteht darin, das von der bildgebenden Einheit kommende Licht in einen Lichtwellenleiter einzukoppeln. Das in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht wird an dessen Grenzflächen totalreflektiert und wird somit innerhalb des Lichtwellenleiters geleitet. Zusätzlich wird an einer Vielzahl von Positionen entlang der Ausbreitungsrichtung jeweils ein Teil des Lichts ausgekoppelt. Durch den Lichtwellenleiter erfolgt auf diese Weise eine Aufweitung der Austrittspupille. Die effektive Austrittspupille setzt sich hier aus Bildern der Apertur des Bilderzeugungssystems zusammen.
Vor diesem Hintergrund beschreibt die US 2016/0124223 A1 eine Anzeigevorrichtung für virtuelle Bilder. Die Anzeigevorrichtung umfaßt einen Lichtwellenleiter, der bewirkt, daß von einer bildgebenden Einheit kommendes Licht, das durch eine erste Lichteinfallsfläche einfällt, wiederholt einer internen Reflexion unterzogen wird, um sich in einer ersten Richtung von der ersten Lichteinfallsfläche weg zu bewegen. Der Lichtwellenleiter bewirkt zudem, daß ein Teil des im Lichtwellenleiter geführten Lichts durch Bereiche einer ersten Lichtaustrittsfläche, die sich in der ersten Richtung erstreckt, nach außen austritt. Die Anzeigevorrichtung umfaßt weiterhin ein erstes lichteinfallseitiges Beugungsgitter, das auftreffendes Licht beugt, um zu bewirken, daß das gebeugte Licht in den Lichtwellenleiter eintritt, und ein erstes lichtausfallendes Beugungsgitter, das vom Lichtwellenleiter einfallendes Licht beugt.
Bei der aktuell bekannten Auslegung eines derartigen Geräts, bei dem der Lichtwellenleiter aus Glasplatten besteht, innerhalb derer Beugungsgitter oder Hologramme angeordnet sind, tritt ein Problem auf, falls von außen Licht einfällt. Durch Reflexionen des von außen einfallenden Lichts kann Störlicht in das Auge des Benutzers fallen. Zudem wird der Kontrast des vom Benutzer wahrgenommenen virtuellen Bildes reduziert.
Bei herkömmlichen Geräten werden deshalb möglicherweise reflektierende Komponenten verkippt und mit Strahlfallen kombiniert, sodaß Reflexe den Bereich, in dem das Fahrerauge erwartet wird, nicht erreichen. Alternativ werden Antireflexbeschichtungen verwendet und Strukturrauigkeiten genutzt, um die Reflexintensität zu vermindern.
Das Verkippen der Komponenten kostet erheblich Bauraum, der in Automobilen begrenzt ist. Außerdem ist die Performance der Komponenten bei verkipptem Einbau in der Regel gemindert. Schichten und Strukturen verringern die erreichbare Intensität, die Reflexe bleiben in der Regel aber deutlich sichtbar und verringern den Kontrast erheblich.
Aus der WO 2019/238849 A1 ist ein Gerät mit einem als schaltbarer Verschluß ausgebildeten Blendschutzelement bekannt. Dieses erfordert einen schnell umschaltbaren Verschluß, was bei guter Qualität einen großen Aufwand erfordert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes vorzuschlagen, bei dem der Einfluß von Störlicht reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes auf ein Anzeigeelement zum Erzeugen eines Bildes, einen Lichtwellenleiter zum Aufweiten einer Austrittspupille des erzeugten Bildes und ein dem Lichtwellenleiter im Strahlengang nachgeordnetes Blendschutzelement, wobei das Blendschutzelement eine Jalousie ist. Dies hat den Vorteil, daß die Lamellen der Jalousie in der Lage sind, die Reflexion eines großflächig reflektierenden Spiegels, als welcher der Lichtwellenleiter wirkt, zu blockieren. Der Einfluß von Störlicht ist somit effektiv reduziert. Die Lamellen sind dabei so ausgerichtet, daß vom Anzeigeelement kommendes Licht sie nahezu unbeeinflußt passiert, von außen einfallendes Störlicht aber von den Lamellen blockiert, insbesondere absorbiert wird. Dabei kann die Jalousie zusätzlich mit einer eine gekrümmte Oberfläche aufweisenden transparenten Abdeckung versehen sein, die von außen einfallendes Licht in einer Lichtfalle konzentriert anstatt es in Richtung des Auges des Nutzers zu reflektieren. Vorzugsweise ist aber keine solche Abdeckung vorgesehen, wodurch die Jalousie keine gekrümmte Form aufzuweisen braucht, was deren Herstellung vereinfacht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Jalousie Lamellen auf, deren Höhe ein zumindest n-faches ihrer Dicke beträgt, wobei n ein erster Faktor mit n>10 ist. Dies hat unter anderem folgenden Vorteil: Die Lamellen sind dünn und beeinflussen das vom Lichtwellenleiter kommende Licht nicht oder nur unwesentlich. Ein menschlicher Betrachter des virtuellen Bildes nimmt das Vorhandensein der Jalousie somit nicht wahr. Die Lamellen der Jalousie sind zudem so dünn, daß sie so dicht angeordnet werden können daß Schmutzpartikel kaum in den Zwischenraum zwischen zwei Lamellen eindringen können, da die meisten Schmutzpartikel dazu zu groß sind. Eine Verschmutzung des Lamellenzwischenraums ist somit vermieden. Vorzugsweise beträgt der Wert des ersten Faktors n=80. Dies macht ein tieferes Eindringen von Schmutzpartikel in die Jalousie nahezu unmöglich und verhindert zudem, daß Schmutzpartikel durch die Jalousie in das Gerät eindringen können und die innerhalb des Geräts liegenden optischen Elemente verschmutzen. Auch feine Wassertröpfchen die außerhalb des Geräts vorhanden sein könnten werden somit vom Eindringen in das Gerät abgehalten. Sollte die Jalousie im Lauf des Betriebs über einen langen Zeitraum hin dennoch verschmutzen, so ist vorgesehen, die Jalousie als einfach austauschbares Element auszubilden, das beispielsweise im Rahmen einer routinemäßigen Wartung des Geräts ohne großen Zeit- und Kostenaufwand gegen ein neues ersetzbar ist.
Die Lamelle sind im sichtbaren Wellenlängenbereich kaum reflektierend, bevorzugt nichtreflektierend. Vorzugweise absorbieren sie auftreffendes sichtbares Licht. Vorzugsweise leiten die Lamellen die dabei absorbierte Energie ab. Sie sind beispielsweise gute thermische Leiter oder strahlen Wärmeenergie diffus ab. Die Lamellen weisen im Temperaturbereich von -40°C bis 120°C vorzugsweise eine konstante oder nur geringfügige temperaturbedingte Ausdehnungsänderung auf. Dabei ist eine Ausdehnungsänderung bezüglich der Breite und der Höhe weniger kritisch als bezüglich ihrer geringsten Ausdehnung, der Dicke.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Jalousie in einem Rahmen angeordnet ist, in dem Lamellen in einem festen Abstand zueinander fixiert sind. Dies hat unter anderem folgenden Vorteil: Der Blendschutz wirkt mittels dieser Maßnahme über die gesamte Fläche des Blendschutzelements gleichmäßig. Das virtuelle Bild ist somit im gesamten vorgesehenen Sichtbarkeitsbereich, der sogenannten Eyebox, von Blendungen ungestört sichtbar. Der Abstand hängt von Randbedingungen, wie Orientierung des Geräts relativ zu anderen optischen Elementen, mit denen es Zusammenwirken soll, und deren Eigenschaften ab. Sind diese bekannt, so ist auch der Wert des Abstands bestimmt und für alle Lamellen konstant.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Unterdrückung sichtbarer Reflexe durch äußeres Störlicht ermöglicht. Zudem ergibt sich eine erhöhte Flexibilität bezüglich der räumlichen Anordnung der optischen Komponenten, da keine spezielle Verkippung der Komponenten zur Minderung von Störreflexen erforderlich ist, sondern eine geeignete Ausrichtung der Lamellen dazu ausreicht. Der erforderliche Bauraum kann somit vorteilhafterweise gegenüber anderen Bauformen verringert werden. Auch die thermische Belastung der Komponenten ist reduziert, beispielsweise durch den Wegfall von Lichtfallen oder die geringere Menge an von außen einfallendem Licht, welches ansonsten im Inneren des Geräts absorbiert wird.
Erfindungsgemäß weist das Gerät einen Lichtwellenleiter zum Aufweiten einer Austrittspupille auf. Durch die Verwendung eines Lichtwellenleiters zum Aufweiten einer Austrittspupille läßt sich eine besonders große Eyebox erzielen. Allerdings wirkt sich bei einem derart gestalteten Gerät einfallendes Licht recht störend aus, sodaß eine Unterdrückung von Störlicht mittels der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhaft ist. Die Jalousie weist erfindungsgemäß Lamellen auf, die beispielsweise aus einem Kunststoff wie Polyethylen oder Polyester_bestehen. Allerdings lassen sich Kunststoffstreifen, die die gewünschten Eigenschaften aufweisen, nicht einfach handhaben. Daher ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Lamelle der Jalousie aus einem Gewebe einzelner Kohlestofffasern besteht. Üblicherweise weist eine Kohlestofffaser einen Durchmesser von 5-9 Mikrometern auf, 1000 bis 24000 Kohlestoffasern werden daher üblicherweise zu einem Faserbündel, auch Garn (englisch: yarn) genannt, verbunden. Ein solches Faserbündel eignet sich aufgrund seines runden Querschnitts und seines großen Durchmessers weniger für die erfindungsgemäßen Zwecke. Daher wird ein Gewebe vorgeschlagen, das auch ohne zur Richtung der einzelnen Fasern quer liegenden Schußfäden auskommt, aber einen länglichen Querschnitt aufweist. Ein solches Gewebe oder Gewirk läßt sich beispielsweise durch einen dem Knüpfen entsprechenden bzw. diesem ähnelnden Vorgang hersteilen. Es weist das gewünschte Verhältnis von Dicke zu Höhe auf, und läßt sich in gewünschter Breite hersteilen. Es weist im gewünschten Temperaturbereich keine oder nur eine geringe thermische Längenänderung auf, absorbiert sichtbares Licht, und ist ein guter Wärmeleiter. Eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Höhe bei gleichbleibender Breite einer Lamelle läßt sich in der Herstellung einfach durch Vergrößern oder Verkleinern der Anzahl der Lagen Kohlestofffasern erzielen.
Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Gewebe an seinen beiden Enden fixiert ist. Dies hat unter anderem folgenden Vorteil: Das Fixieren verhindert, daß sich die Form des Gewebes verändert, und stellt damit dauerhaft die gewünschte geometrische Abmessung der Lamelle sicher. Das Fixieren erfolgt beispielsweise mittels Verschweißen der Kohlestoffasern, mittels Aufschmelzüberzug (englisch: hot melt), mittels Überspritzung (englisch: overmolding) oder anderen geeigneten Verfahren.
Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Fixierung mittels an beiden Enden des Gewebes angeordneter Stabilisatoren, welche durch Führungselemente in Position gehalten werden. Dies hat unter anderem folgenden Vorteil: Dadurch werden Länge der Lamellen und eine Mindestvorspannung der Lamellen gewährleistet. Die Lamellen behalten so ihre definierte Form wodurch ein Blendschutz auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen, beispielsweise wechselnder Temperatur, wechselnder Luftfeuchtigkeit oder ähnlichem, gewährleistet ist.
Vorteilhafterweise sind die Lamellen mittels eines Ausrichtungselements ausgerichtet sind. Somit wird ein vorgegebener Abstand der Lamellen untereinander sowie die Winkelausrichtung der Lamellen auf einen optimalen Winkel sichergestellt. Das Ausrichtungselement weist beispielsweise Führungsflächen für einzelne Lamellen auf, wobei die Führungsflächen eine für die jeweiligen Lamellen vorgesehene individuelle Neigung aufweisen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Lichtwellenleiter ein Auskoppelhologramm aufweist, welches Licht in einer von der Normalen auf der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters abweichenden Winkel auskoppelt. Die Lamellen der Jalousie sind entsprechend in einem Winkel angeordnet, der das ausgekoppelte Licht passieren läßt. In diese Richtung von außen durch die Lamellen fallendes störendes Licht, insbesondere Sonnenlicht, wird dann von der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters in einem Winkel reflektiert, der von demjenigen der Lamellen abweicht und wird somit von diesen blockiert bzw. absorbiert. Eine Blendung ist somit auch in dem Fall unterbunden, in dem von außen kommendes Störlicht die Lamellen passieren kann.
Ein vorteilhaftes Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 8 angegeben. Ein erfindungsgemäßes Head-Up-Display ist in Anspruch 9 angegeben. Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Gerät oder Head-Up-Display ist in Anspruch 10 angegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich außer auf Head-Up-Displays die austrittspupillenvergrößernde Lichtwellenleiter mit einer großen, ebenen lichtabstrahlenden Fläche aufweisen, auch auf klassische Head-Up-Displays oder andere Anzeige- oder Projektionssysteme anwenden, die eine entsprechende große Fläche aufweisen, die anfällig dafür ist, daß Störlicht auftritt. Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
Figurenübersicht
Fig. 1 zeigt schematisch ein Flead-Up-Display gemäß dem Stand der
Technik für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 2 zeigt einen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung;
Fig. 3 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter;
Fig. 4 zeigt schematisch ein Head-Up-Display mit Lichtwellenleiter in einem
Kraftfahrzeug;
Fig. 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes;
Fig. 6 zeigt einen alternativen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung;
Fig. 7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes;
Fig. 8 zeigt eine Jalousie sowie eine Ausschnittsvergrößerung davon;
Fig. 9 zeigt eine Jalousie und den Aufbau der Lamellen der Jalousie;
Fig. 10 zeigt schematisch einen Teil des Herstellungsprozesses für eine erfindungsgemäße Jalousie; Fig. 11 zeigt schematisch einen weiteren Teil des Herstellungsprozesses für eine erfindungsgemäße Jalousie;
Fig. 12 zeigt schematisch einen weiteren Teil des Herstellungsprozesses für eine erfindungsgemäße Jalousie; und
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figurenbeschreibung
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, daß sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und daß die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
Zunächst soll anhand der Figuren 1 bis 4 der Grundgedanke eines Head-Up-Displays mit Lichtwellenleiter dargelegt werden.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug. Das Head-Up-Display weist einen Bildgenerator 1 , eine Optikeinheit 2 und eine Spiegeleinheit 3 auf. Von einem Anzeigeelement 11 geht ein Strahlenbündel SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es Richtung Spiegeleinheit 3 reflektiert. Die Spiegeleinheit 3 ist hier als Windschutzscheibe 31 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Von dort gelangt das Strahlenbündel SB2 in Richtung eines Auges 61 eines Betrachters.
Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB, welches sich außerhalb des Kraftfahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Kraftfahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 2 und Spiegeleinheit 3 ist das virtuelle Bild VB eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen dargestellt. So lange sich das Auge 61 innerhalb der durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 62 befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes für das Auge 61 sichtbar. Befindet sich das Auge 61 außerhalb der Eyebox 62, so ist das virtuelle Bild VB für den Betrachter nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox 62 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition.
Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 dient zum einen dazu, den Strahlengang aufzubereiten und somit für ein größeres Bild und eine größere Eyebox 62 zu sorgen. Zum anderen gleicht die Krümmung eine Krümmung der Windschutzscheibe 31 aus, sodaß das virtuelle Bild VB einer vergrößerten Wiedergabe des vom Anzeigeelement 11 dargestellten Bildes entspricht. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch ermöglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 62 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 62 an die Position des Auges 61 . Der Faltspiegel 21 dient dazu, daß der vom Strahlenbündel SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 2 dennoch kompakt ausfällt. Die Optikeinheit 2 wird durch eine transparente Abdeckung 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 2 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Auf der Abdeckung 23 befindet sich weiterhin eine optische Folie 24 oder eine Beschichtung, die einfallendes Sonnenlicht SL daran hindern soll, über die Spiegel 21 , 22 auf das Anzeigeelement 11 zu gelangen. Dieses könnte sonst durch eine dabei auftretende Wärmeentwicklung vorübergehend oder auch dauerhaft geschädigt werden. Um dies zu verhindern, wird beispielsweise ein Infrarotanteil des Sonnenlichts SL mittels der optischen Folie 24 ausgefiltert. Ein Blendschutz 25 dient dazu, von vorne einfallendes Licht abzuschatten, sodaß es nicht von der Abdeckung 23 in Richtung Windschutzscheibe 31 reflektiert wird, was eine Blendung des Betrachters hervorrufen könnte. Außer dem Sonnenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 64 auf das Anzeigeelement 11 gelangen.
Fig. 2 zeigt in schematischer räumlicher Darstellung einen Lichtwellenleiter 5 mit zweidimensionaler Vergrößerung. Im unteren linken Bereich erkennt man ein Einkoppelhologramm 53, mittels dessen von einer nicht dargestellten bildgebenden Einheit kommendes Licht L1 in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. In diesem breitet es sich in der Zeichnung nach rechts oben aus, entsprechend dem Pfeil L2. In diesem Bereich des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Falthologramm 51 , das ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und ein in Y-Richtung verbreitertes, sich in X-Richtung ausbreitendes Lichtbündel erzeugt. Dies ist durch drei Pfeile L3 angedeutet. In dem sich in der Abbildung nach rechts erstreckenden Teil des Lichtwellenleiters 5 befindet sich ein Auskoppelhologramm 52, welches ebenfalls ähnlich wie viele hintereinander angeordnete teildurchlässige Spiegel wirkt, und durch Pfeile L4 angedeutet Licht in Z-Richtung nach oben aus dem Lichtwellenleiter 5 auskoppelt. Hierbei erfolgt eine Verbreiterung in X-Richtung, sodaß das ursprüngliche einfallende Lichtbündel L1 als in zwei Dimensionen vergrößertes Lichtbündel L4 den Lichtwellenleiter 5 verläßt.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung einen zu Fig.2 alternativen Lichtwellenleiter mit zweidimensionaler Vergrößerung. Hier ist das Auskoppelhologramm 52 so ausgebildet, daß es Licht nicht senkrecht zur Oberfläche des Lichtwellenleiters 5, sondern in einem Winkel zur Z-Richtung auskoppelt, wie durch die Pfeile L4 dargestellt. Damit läßt sich der Lichtwellenleiter 5 entsprechend dem vorhandenen Bauraum anordnen, ohne daß auf einen senkrechten Austritt des in zwei Dimensionen vergrößerten Lichtbündels Rücksicht zu nehmen ist.
Fig. 3 zeigt in räumlicher Darstellung ein Head-Up-Display mit drei Lichtwellenleitern 5R, 5G, 5B, die übereinanderliegend angeordnet sind und für je eine Elementarfarbe Rot, Grün und Blau stehen. Sie bilden gemeinsam den Lichtwellenleiter 5. Die in dem Lichtwellenleiter 5 vorhandenen Hologramme 51 , 52, 53 sind wellenlängenabhängig, sodaß jeweils ein Lichtwellenleiter 5R, 5G, 5B für eine der Elementarfarben verwendet wird. Oberhalb des Lichtwellenleiters 5 sind ein Bildgenerator 1 und eine Optikeinheit 2 dargestellt. Die Optikeinheit 2 weist einen Spiegel 20 auf, mittels dessen das vom Bildgenerator 1 erzeugte und von der Optikeinheit 2 geformte Licht in Richtung des jeweiligen Einkoppelhologramms 53 umgelenkt wird. Der Bildgenerator 1 weist drei Lichtquellen 14R, 14G, 14B für die drei Elementarfarben auf. Man erkennt, daß die gesamte dargestellte Einheit eine im Vergleich zu ihrer lichtabstrahlenden Fläche geringe Gesamtbauhöhe aufweist.
Fig. 4 zeigt ein Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug ähnlich zu Fig. 1 , hier allerdings in räumlicher Darstellung und mit einem Lichtwellenleiter 5. Man erkennt den schematisch angedeuteten Bildgenerator 1 , der ein paralleles Strahlenbündel SB1 erzeugt, welches mittels der Spiegelebene 523 in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt wird. Die Optikeinheit ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Mehrere Spiegelebenen 522 reflektieren jeweils einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts Richtung Windschutzscheibe 31 , der Spiegeleinheit 3. Von dieser wird das Licht Richtung Auge 61 reflektiert. Der Betrachter sieht ein virtuelles Bild VB über der Motorhaube bzw. in noch weiterer Entfernung vor dem Kraftfahrzeug.
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät in schematischer Darstellung. Man erkennt den Bildgenerator 1 mit Anzeigeelement 11 , den Lichtwellenleiter 5, die als Blendschutzelement 81 dienende Abdeckung 23 mit integrierter Jalousie 83, den als Lichtfalle dienenden Blendschutz 25, die Windschutzscheibe 31 und das Auge 61 des Nutzers. In diesem Beispiel ist das Blendschutzelement in eine herkömmliche, dem Blendschutz dienenden Abdeckung integriert.
Fig. 5 zeigt auch, wie der Einfall von Sonnenlicht auf den Lichtwellenleiter 5 vom Blendschutzelement 81 reduziert wird. Die im Blendschutzelement 81 angeordnete Jalousie 83 ist in Richtung des den Lichtwellenleiter 5 Richtung Windschutzscheibe 31 verlassenden Lichts L4 durchlässig. Von außen einfallendes Sonnenlicht SL kann das Blendschutzelement 81 nur dann passieren, wenn es genau in dieser Richtung einfällt. Ansonsten wird das Sonnenlicht SL von den hier nicht dargestellten Lamellen 82 der Jalousie 83 absorbiert. Wird ein Lichtwellenleiter 5 verwendet, bei dem das austretende Licht L4 nicht senkrecht, sondern wie in Fig. 6 gezeigt, im Winkel dazu austritt, wird einfallendes Sonnenlicht SL an der Oberfläche des Lichtwellenleiters 5 ein eine Richtung reflektiert, die nichtparallel zu den Lamellen der Jalousie ist, und wird von dieser blockiert. Eine Blendung ist somit auch in dieser Situation unterbunden.
Fig.7 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät ähnlich zu Fig.5, bei dem ein Lichtwellenleiter 5 entsprechend Fig.6 Verwendung findet. Man erkennt den Bildgenerator 1 mit Anzeigeelement 11 und den Lichtwellenleiter 5, aus dem Licht L4 in einem Winkel a zur Normalen N auf der Lichtaustrittsfläche 54 des Lichtwellenleiters 5 austritt, wobei der Winkel a größer 0° ist. Das austretende Licht L4 trifft auf die Lichteintrittsfläche 85 der Jalousie 83, deren Lamellen 82 parallel zum austretenden Licht L4 angeordnet sind, sodaß dieses die Zwischenräume 84 zwischen den Lamellen 82 ungehindert passieren kann. Das aus der Jalousie 83 austretende Licht L6 trifft unter einem Winkel ß auf die Windschutzscheibe 31 und wird von dieser reflektiert und gelangt als Licht L8 ins Auge 61 eines Fahrzeuginsassen, hier des Fahrers. Dieser sieht somit ein virtuelles Bild VB. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Jalousie 83 die Abdeckung der Optikeinheit, ein separates Abdeckelement ist nicht vorgesehen. Die Jalousie 83 kann somit auch in direkten Kontakt mit sich im Fahrzeuginnenraum befindlichen Gegenständen oder Personen gelangen. Eine Beschädigung der Jalousie 83 ist somit nicht ausgeschlossen. Die Jalousie 83 ist daher lösbar angeordnet, sodaß sie im Bedarfsfall ohne großen Aufwand demontiert und durch eine neue bzw. eine reparierte Jalousie 83 ersetzbar ist. Die Lamellen 82 sind sehr dünn, im Ausführungsbeispiel weisen sie eine Dicke DL von DL = 25pm auf.
Fig.8 zeigt die Jalousie 83 sowie eine Ausschnittsvergrößerung 830. Man erkennt die Lamellen 82, die Licht L5, welches vom Lichtwellenleiter 5 kommt und im wesentlichen parallel zu den Lamellen 82 verläuft, passieren lassen. Störlicht SL, welches nicht parallel zu den Lamellen 82 verläuft, wird von den Lamellen 82 blockiert. Die Lamellen 82 weisen untereinander einen Abstand AL auf und sind um einen Winkel a gegenüber der Normalen NJ zur Lichteintrittsfläche 85 der Jalousie 83 geneigt. Die Lamellen weisen eine Höhe HL und eine Dicke DL auf, wobei die Höhe HL ein Vielfaches der Dicke DL beträgt. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke DL = 25pm, während die Höhe HL ungefähr 2 mm beträgt. Der Winkel a entspricht demjenigen des Lichtaustritts aus dem Lichtwellenleiter 5 wenn dessen Lichtaustrittsfläche 54 und die Lichteintrittsfläche 85 der Jalousie 83 parallel zueinander angeordnet sind. Bei nichtparalleler Anordnung sind diese Winkel entsprechend umzurechnen. Der Winkel a hängt unter anderem von der Position des Fahrers und dessen Blickwinkel ab. Für unterschiedliche Fahrzeugtypen bzw. unterschiedliche Neigungen der Windschutzscheibe 31 ist unter anderem der Abstand AL anzupassen. Die Lamellen 82 sind vorzugsweise nichtreflektierend ausgelegt, also im wesentlichen schwarz. Bei einer Höhe HL von ungefähr 2 mm wird ein Zweck der Lamelle erreicht, nämlich alle anderen Strahlen, die von oben auf das System eintreffen, zu absorbieren. Dazu ist eine gewisse Überlappung notwendig, die mit dieser Höhe erreicht wird.
Die Abbildung zeigt die Lichtstrahlen L5 parallel zueinander. Dies ist im kleinen Maßstab auf jeden Fall zumindest annähernd zutreffend. Es gibt aber in vielen Fällen eine Winkelabweichung über größere Distanzen, an die dann auch die Ausrichtung der Lamellen anzupassen ist. Liegt beispielsweise eine Krümmung der Scheibe, die als bildgebende Ebene dient, vor, so treffen die Lichtstrahlen auf eine gekrümmte Fläche. Wenn die Lamellen alle im gleichen Winkel ausgerichtet wären, würde man dadurch einen Teil der Lichtstrahlen abschotten. Das heißt, der Winkel in dem die einzelnen Lamellen ausgerichtet sind muß zur Krümmung und damit zum jeweiligen Reflexionswinkel im Bereich der Scheibe passen, sonst kann man die Bildinformation nicht an allen Stellen sehen. Fig.8 zeigt planparallel eintreffende Lichtstrahlen. Diese weisen in vielen Anwendungsfällen aber eine sehr kleine Änderung des Winkels zueinander auf. Abhängig von der Variation der Winkel über die Fläche der Jalousie ist vorgesehen, die Höhe der Lamellen entsprechend anzupassen. Steiler angeordnete Lamellen weisen dann eine geringere Höhe als flacher angeordnete auf.
Fig.9 zeigt eine Jalousie und den Aufbau der Lamellen der Jalousie. Die Abbildung zeigt in ihrem rechten oberen Bereich eine Jalousie 83, die in einem Rahmen 86 fixiert ist. Man erkennt die obere Kante der Lamellen 82. Die Lamellen 82 sind in konstantem Abstand AL zueinander angeordnet. Der Abstand AL beträgt im Ausführungsbeispiel in etwa 1 mm. Die Lamellen 82 verlaufen nach schräg unten, was in dieser Draufsicht nicht erkennbar ist, da die Lamellen 82 hier der Übersichtlichkeit halber in Seitenansicht weiß dargestellt sind, obwohl diese tatsächlich schwarz oder nahezu schwarz sind. Sowohl der schräge Verlauf als auch der Abstand AL sind für unterschiedliche Randbedingungen unterschiedlich gewählt. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Geräts in einem Head-Up-Display für ein Fahrzeug unterscheiden sich diese Randbedingungen von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp und gegebenenfalls auch für unterschiedliche Varianten eines Fahrzeugtyps.
Im rechten unteren Bereich der Fig.9 ist eine stark vergrößerte schematische Draufsicht auf die obere Kante einer Lamelle 82 gezeigt. Man erkennt mehrere Kohlenstofffasern 821 , die miteinander verwoben sind. Ein solches Bündel von Kohlenstofffasern 821 wird auch als Bride (englisch: bride) bezeichnet. Die einzelnen Kohlenstofffasern 821 weisen dabei beispielsweise die Form einer Helix auf, wobei benachbarte Helices ineinandergreifen und somit eine stabiles Gewebe 823 bilden. Ein schematisches vergrößertes Schnittbild entlang der Linie AA ist im linken Teil der Fig.9 gezeigt.
Das vergrößerte Schnittbild AA im linken Teil der Fig.9 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Lamelle 82. Man erkennt viele Kohlenstofffasern 821 , die hier idealisiert dichtgepackt dargestellt sind und das Gewebe 823 bilden. Die Kohlenstofffasern 821 weisen einen Durchmesser DF auf, der in etwa im Bereich DF = 5pm bis DF = 9pm liegt. Das Gewebe 823 weist eine Dicke von etwa drei bis fünf Lagen Kohlenstofffasern 821 auf, sodaß die Dicke DL der Lamelle 82 etwa DL = 25pm beträgt. Die Höhe HL der Lamelle 82 und damit des Gewebes 823 beträgt in etwa HL = 2mm. Die Höhe HL ist also mittels eines Faktors F1 mit der Dicke DL verknüpft: HL = F1*DL. Die Höhe HL der Lamelle 82 beträgt ein Vielfaches von deren Dicke DL. Dies ist durch drei Punkte angedeutet. Das Gewebe 823 wird in einem dem Knüpfen oder dem Flechten oder dem Wirken ähnlichen Vorgang bei Verwendung von einzelnen Kohlenstofffasern 821 hergestellt. Es handelt sich hierbei um wesentlich dünnere Fasern als üblicherweise beim Knüpfen, Flechten oder Wirken Verwendung finden. Die Herstellung des Gewebes 823 wird daher im folgenden auch als Mikroweben (englisch: micro weaving) bezeichnet. Werden Lamellen größerer oder kleinerer Höhe HL benötigt, so wird dies durch Erhöhen oder Vermindern der Anzahl mikrogewebter Kohlenstofffasern 821 in Richtung der Höhe HL erreicht. Ebenso kann die Dicke DL durch Erhöhen oder Vermindern der Anzahl mikrogewebter Kohlenstofffasern 821 in Richtung der Dicke DL angepaßt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu ist vorgesehen, den Durchmesser DF der Kohlenstofffasern 821 anzupassen, um Dicke DL oder Höhe HL anzupassen. Kohlenstofffasern 821 entsprechend konstanten Durchmessers werden industriell hergestellt und sind somit verfügbar.
Die Lamellen weisen im Temperaturbereich von -40°C bis 120° vorzugsweise eine konstante oder nur geringfügige temperaturbedingte Ausdehnungsänderung auf. Dabei ist eine Ausdehnungsänderung bezüglich der Breite und Höhe weniger kritisch als bezüglich der Dicke.
Eine Änderung der Breite der Lamellen, also ihrer längsten Ausdehnung, ist hier weniger kritisch. Eine Breitenausdehnung ist aufgrund der Länge der Lamelle und der Größe des Halterahmens nahezu unvermeidlich. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gewebes aus Kohlenstofffasern, auch als "Carbon-Schnürsenkel" bezeichnet, ist, daß es sich in einem gewissen Maß straffen läßt und dabei nur wenig seine Dicke verändert. Dies liegt unter anderem daran, daß hier nur etwa fünf Lagen an Kohlenstofffasern vorliegen. Die Änderung der Höhe der Lamellen ist auch weniger kritisch, da die Abschattung hauptsächlich vom Winkel beeinflußt wird. Kritisch ist die Dicke der Lamellen. Wenn die Lamelle zu dick wird, ist sie optisch wahrnehmbar und zerteilt dann das Bild in Streifen.
Fig.10 zeigt schematisch einen Teil des Herstellungsprozesses für eine erfindungsgemäße Jalousie 83. Dies geschieht in Draufsicht entsprechend dem rechten Teil der Fig.9 und in nicht maßstabsgerechter Darstellung. Man erkennt links ein Gewebe 823 von Kohlenstofffasern 821 , welches nach dem Mikroweben S1 noch nicht auf die Breite BL einer Lamelle 82 abgelängt ist. Es erfolgt ein Spannen S2 des Gewebes 823. An den zukünftigen Enden 824 der Lamelle 82 werden Stabilisatoren 825 angebracht. Diese sorgen dafür, daß das Gewebe 823 auch nach dem Ablängen S3 seine Form und Struktur beibehält. Die Stabilisatoren 825 werden beispielsweise erzeugt durch das Verschmelzen der Kohlenstofffasern 821 in diesem Bereich, durch das Einbringen von stabilisierendem Material in diesen Bereich, durch die Verwendung einer anderen Art der Verknüpfung, des Flechtens oder des Webens in diesem Bereich, oder durch eine andere geeignete Maßnahme.
In Richtung des Pfeils P1 schließt sich das Ablängen S3 des Gewebes 821 an. Gemäß einer Ausführungsform reichen bereits die Stabilisatoren 825 aus, um die Länge des Gewebes 823 in Richtung Breite BL der Lamelle 82 und dessen Spannung in diese Richtung aufrechtzuerhalten. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind Führungselemente 826 vorgesehen, die mit den Stabilisatoren 825 Zusammenwirken, und ein Sicherstellen S4 von Abstand der Stabilisatoren 825 an den beiden Enden 824 der Lamelle 82 und von Spannung des zwischen den beiden Enden 824 angeordneten Gewebes 823 gewährleisten. Dies ist mittels des Doppelpfeils P2 angedeutet. Die Führungselemente 826 wirken mit dem Rahmen 86 der Jalousie 83 zusammen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Führungselemente 826 in den Rahmen 86 integriert. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind sie am Rahmen 86 befestigt.
Fig.11 zeigt schematisch einen weiteren Teil des Herstellungsprozesses für eine erfindungsgemäßen Jalousie 83. Im rechten Teil der Abbildung erkennt man den Rahmen 86, in dessen äußerem Bereich die Führungselemente 826 und daran nach außen anschließend die Stabilisatoren 825 angeordnet sind. Innerhalb des Rahmens 86 befindet sich im Bereich der Enden 824 jeweils ein Ausrichtelement 827. Die Ausrichtelemente 827 dienen dazu, die Neigung der Lamelle 82 einzustellen. Im linken Teil der Abbildung ist ein Ausrichtelement 827 in seitlicher Ansicht dargestellt. Es weist Führungsflächen 828 auf, die unterschiedliche Neigungswinkel cd , a2 zur Normalen NJ aufweisen. Das Ausrichten S5 der Lamelle 82 erfolgt durch Anlegen der einzelnen Lamellen 82 an einzelne, ihnen zugeordnete Führungsflächen 828 der Ausrichtelemente 827. Die Führungsflächen 828 sind so angeordnet, daß der gewünschte Abstand AL zwischen den Lamellen 82 eingehalten wird. Man erkennt im linken Teil der Fig.11 die Höhe HL einer Lamelle 82 und im rechten Teil deren Breite BL. Die Breite BL ist mittels eines Faktors F2 mit der Höhe HL verknüpft: BL = F2*HL. Der Wert des Faktors F2 liegt in einem Bereich von 10-100, die Breite BL eine Lamelle 82 beträgt also ein Vielfaches von deren Höhe HL. Dicke DL, Höhe HL und Breite BL der Lamellen 82 unterscheiden sich somit um jeweils mindestens eine Größenordnung. Dies stellt hohe Anforderungen an das Material der Lamelle 82. Erfindungsgemäß sind Kohlenstofffasern 821 vorgesehen, welche diesen Anforderungen gerecht werden.
Kohlenstofffasern 821 halten hohen Spannungen stand. Die zur Kompensation von thermisch bedingter Ausdehnung des Rahmens 86 erforderliche Flexibilität des Gewebes 823 läßt sich durch die Wahl eines geeigneten Mikrowebeprozesses und/oder die am Ende des Herstellungsprozesses eingestellte Vorspannung einstellen. Nach dem Sicherstellen S4 von Abstand und Spannung sowie nach dem Ausrichten S5 der Lamelle 82 erfolgt ein Fixieren S6 der ausgerichteten Lamelle 82.
Dies ist in Fig.12 beispielhaft dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird auf das Ausrichtelement 827 und die daran ausgerichteten Lamelle 82 eine Fixiermasse 829 aufgebracht. Dies ist beispielsweise eine Heißklebemasse (englisch: hot melt), eine aushärtende Klebemasse oder ein anderes geeignetes Material.
Figur 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Es erfolgen:
- Mikroweben S1 von einzelnen Kohlestofffasern 821 zu einem Gewebe 823 dessen Höhe HL zumindest um einen ersten Faktor F1 größer ist als dessen Dicke DL;
- Spannen S2 des Gewebes 823 auf einer Breite BL die zumindest um einen zweiten Faktor F2 größer ist als dessen Höhe HL;
- Ablängen S3 des gespannten Gewebes 823 zu einer Lamelle 82;
- Ausrichten S5 einzelner Lamellen 82 relativ zueinander; und
- Fixieren S6 der ausgerichteten Lamellen 82.
Optional erfolgt noch ein Sicherstellen S4 von Abstand und Spannung. Die Lamellen weisen vorzugsweise unterschiedliche Winkel für unterschiedliche Positionen des Auges 61 innerhalb der Eyebox 62 auf. Solche unterschiedlichen Positionen treten beispielsweise auf, wenn der Fahrer seine Sitzposition in Höhe oder seitlicher Ausrichtung ändert, oder auch wenn Fahrer unterschiedlicher Größe das Fahrzeug fahren. Der Winkel in dem die einzelnen Lamellen ausgerichtet sind ist somit im Betrieb vorzugsweise variabel. Eine Verstellung der Winkel der Lamellen erfolgt idealerweise mit einem "Head Tracking" des Fahrers, damit keine unerwünschte Abschattung auftritt. Die Lamellen sind einzeln gefaßt. Dies ermöglicht die Handhabung in der Montage. Eine Verstellung erreicht man beispielsweise indem man den Stabilisator 825 aus Fig.10 nach vorne und hinten verschiebt. Dadurch werden alle Lamellen im gleichen Winkel verstellt. Wenn eine individuelle Verstellung erforderlich ist, werden die Lamellen beispielsweise mit einer Schneckenwelle individuell oder in Gruppen zusammengefaßt angetrieben. Damit wird individuell Einfluß auf den Winkel genommen. Separat einzeln angesteuerte Lamellen sind beispielsweise mit Hilfe eines Memory-Drahtes möglich, der sich bei Anlegen einer Spannung zusammenzieht und dadurch eine Drehung der Lamelle hervorruft.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung folgendes. Konventionelle Head-Up-Display Anzeigesysteme im Fahrzeug arbeiten mit Spiegeln und haben als Abdeckung im Fahrzeug eine gewölbte Scheibe, die Reflektion verhindert. Im ausgeschalteten Zustand werden die Spiegel in einer Position geparkt, die Beschädigungen durch Sonnenlicht verhindert. Eine neue Generation von optischen Anzeigeinstrumenten arbeitet mit einem Lichtwellenleiter 5, bei dem Hologramme 51 ,52 in einer Glasscheibe Licht L1 , das aus der Projektionsquelle, dem Bildgenerator 1 kommt, im richtigen Winkel zum Fahrer lenken. Da die Fläche des Lichtwellenleiters 5 planar ist, können Reflektionen von Sonnenlicht SL in Richtung des Fahrers auftreten, welche unterbunden werden sollten.
Eine Krümmung der Oberfläche des Lichtwellenleiters 5 ist durch die optischen Aufgaben, die dieser zu erfüllen hat, nicht oder nur unter unverhältnismäßig großem Aufwand möglich. Eine Entspiegelung mit herkömmlichen Mitteln ist aufgrund der Größe des Lichtwellenleiters 5 nicht ausreichend, da auch mit einer solchen Entspiegelung immer noch zu viel Licht in Richtung des Fahrers geleitet werden kann. Eine Abschottung der Sonneneinstrahlung in Richtung des Fahrers ist somit erwünscht.
Erfindungsgemäß ist auf dem Lichtwellenleiter 5 wird eine Jalousie 83 in einem Rahmen 86 angebracht, der mikrogewebte Karbonfasern, die Kohlenstofffasern 821 , aufnimmt. Diese mikrogewebten Karbonfasern bilden die Lamellen 82 der Jalousie 83. Bei deren Herstellung erfolgt zunächst das Mikroweben S1 der Fasern 821 mit einer Befestigung / Fixierung der Fasern 821 an beiden Enden 824 mit Hilfe einer entsprechenden Stabilisierung, den Stabilisatoren 825. Mit Hilfe der Stabilisatoren 825 wird verhindert, daß die Struktur des entstandenen Gewebes 823, die beispielsweise eine Helix-Struktur oder eine Bride-Struktur (englisch: carbon fiber bride shape) ist, ihre Form wieder verliert. Der Stabilisator 825 kann z.B. mit Hilfe eines Spritzgußverfahrens mit den Karbonfasern 821 fest verbunden werden. Alternativ dazu ist auch ein Verfahren mit Heißkleben oder ein Verguß mit einem Duroplast möglich. Darüber hinaus ist es notwendig, die so entstandenen Strukturen unter Zug zu halten, um ein Aufdrillen oder eine mechanische Verformung des Gewebes 823 zu verhindern. Dafür wird das Gewebe, das beispielsweise in der Form von Helix-Strukturen vorliegt, auf einen Rahmen 86 mit Führungselementen 827 aufgeschoben. Dadurch wird ein konstanter Abstand und eine konstante Zugspannung der Bauteile erzielt. Dieser Rahmen 86 kann bei entsprechendem Design bereits der finale Rahmen 86 der Jalousie 83 sein, sodaß weitere Bauteile entfallen können. Die Ausrichtung der einzelnen mikrogewobenen Lamellen 82 der Jalousie 83 erfolgt über Ausrichtungselemente 827 entsprechender Geometrie mit den notwendigen Winkeln cd ,a2 und dem entsprechenden Abstand AL auf dem Rahmen 86 der Jalousie 83. Über die Kombination aus Stabilisatoren 825 und Führungselementen 826 wird die notwendige Zugspannung für den finalen Verbau auf die einzelnen Lamellen 82 aufgebracht. Unter Spannung stehend werden die einzelnen Lamellen 82 in den vorgesehenen Winkeln cd ,a2 und Abständen AL fixiert und dann befestigt, beispielsweise mittels Heißkleben / Duroplast-Verguß / Spritzgießen. Kohlefaserstrukturen werden derzeit vielfältig benutzt, allerdings handelt es sich dabei um makroskopische Anwendungen. Karbonfasern 821 sind unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und haben eine sehr hohe Zugfestigkeit. Gleichzeitig ermöglich ein Gewebe 823 mit beispielsweise einer Helix-Struktur „Zopf“ Flexibilität. Da die Lamellen 82 und damit das Gewebe 823 vom Fahrer erreicht werden kann, mindern die Eigenschaften der Karbonfasern 821 und des aus ihnen bestehenden Gewebes 823 das Risiko einer Beschädigung der Jalousie 83. Die Materialkosten für die Karbonfasern 821 sind minimal. Mit vielen einzelnen Geweben 823, beispielsweise in der Form von Helix-Fasern, lassen sich prinzipiell auch Seile oder Stützstrukturen realisieren.

Claims

Patentansprüche
1. Gerät zum Generieren eines virtuellen Bildes (VB), mit:
- einem Anzeigeelement (11 ) zum Erzeugen eines Bildes;
- einem Lichtwellenleiter (5, 510, 520) zum Aufweiten einer Austrittspupille und
- einem dem Lichtwellenleiter (5) im Strahlengang nachgeordneten Blendschutzelement (81), wobei
- das Blendschutzelement (81) eine Jalousie (83) ist.
2. Gerät nach Anspruch 1 , wobei die Jalousie (83) Lamellen (82) aufweist, deren Höhe (HL) ein zumindest n-faches ihrer Dicke (DL) beträgt, wobei n ein erster Faktor (F1) mit n>10 ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Jalousie (83) in einem Rahmen (86) angeordnet ist, in dem Lamellen (82) in einem festen Abstand (AL) zueinander fixiert sind.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Lamelle (82) der Jalousie (81) aus einem Gewebe (823) einzelner Kohlenstofffasern (821) besteht.
5. Gerät nach Anspruch 4, wobei das Gewebe (823) an seinen beiden Enden (824) fixiert ist.
6. Gerät nach Anspruch 4, wobei die Fixierung mittels an beiden Enden (824) des Gewebes (823) angeordneter Stabilisatoren (825) erfolgt, welche durch Führungselemente (826) in Position gehalten werden.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Lamellen (82) mittels eines Ausrichtelements (827) ausgerichtet sind.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtwellenleiter (5) ein Auskoppelhologramm (52) aufweist, welches Licht (L4) in einer von der Normalen auf der Austrittsfläche des Lichtwellenleiters (52) abweichenden Winkel (a) auskoppelt.
9. Verfahren zum Herstellen einer Jalousie für ein Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend
- Mikroweben (S1) von einzelnen Kohlestofffasern (821) zu einem Gewebe (823) dessen Höhe (HL) zumindest um einen ersten Faktor (F1) größer ist als dessen Dicke (DL);
- Spannen (S2) des Gewebes (823) auf einer Breite (BL) die zumindest um einen zweiten Faktor (F2) größer ist als dessen Höhe (HL);
- Ablängen (S3) des gespannten Gewebes (823) zu einer Lamelle (82);
- Ausrichten (S5) einzelner Lamellen (82) relativ zueinander; und
- Fixieren (S6) der ausgerichteten Lamellen (82).
10. Head-Up-Display aufweisend ein Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Spiegeleinheit (3,31), wobei das vom Lichtwellenleiter (5) ausgehende Licht (L4) die Spiegeleinheit (3,31) in einem vorgegebenen Winkel (ß) trifft und die Jalousie (83) entsprechend der Richtung des vom Lichtwellenleiter (5) ausgehenden Lichts (L4) ausgerichtet ist.
11. Fahrzeug mit einem Gerät und/oder Head-Up-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Generieren eines virtuellen Bildes (VB) für einen Fahrer des Fahrzeugs.
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