WO2023232475A1 - Projektionsanordnung mit orientierungsinformationen für ein fahrzeug - Google Patents

Projektionsanordnung mit orientierungsinformationen für ein fahrzeug Download PDF

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WO2023232475A1
WO2023232475A1 PCT/EP2023/063268 EP2023063268W WO2023232475A1 WO 2023232475 A1 WO2023232475 A1 WO 2023232475A1 EP 2023063268 W EP2023063268 W EP 2023063268W WO 2023232475 A1 WO2023232475 A1 WO 2023232475A1
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WO
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vehicle
projection arrangement
reflection layer
orientation information
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063268
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Hertel
Markus KEWITZ
Julian GREVERATH
Michele CAPPUCCILLI
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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Definitions

  • This invention relates to a projection arrangement with orientation information for a vehicle, a method for operating it, its use and a vehicle with the projection arrangement.
  • HUDs head-up displays
  • a projector typically in the area of the dashboard, images are projected onto the viewing area of the windshield, reflected there and perceived by the driver as a virtual image (seen from him) behind or on the windshield.
  • Important information can be projected into the driver's field of vision, such as the current driving speed, navigation or warning information that the driver can perceive. It is possible to create a virtual image even in the masking area of a windshield, basically using the same principle as a HUD.
  • the masking area is also irradiated by a projector and the light is reflected there, creating a display for the driver.
  • information that was previously displayed in the dashboard area such as the time, driving speed, engine speed or information from a navigation system, or even the image from a rear-facing camera, which replaces the classic exterior mirrors or rear-view mirrors, can be displayed directly in a practical and aesthetically pleasing way be displayed on the windshield, for example in the portion of the masking area that borders the lower edge of the windshield.
  • a projection arrangement of this type is known, for example, from DE102009020824A1 and WO2022073894A1.
  • DE102019208315A1 deals with a method for operating a display device, which is intended to reduce the occurrence of motion sickness when using displays in the vehicle.
  • a vehicle occupant should be shown visual information about the driving behavior of the vehicle on an electronic display.
  • the present invention is based on the object of providing a projection arrangement for a vehicle which reduces or prevents the occurrence of motion sickness.
  • the projection arrangement comprises a control unit for providing visual orientation information, a vehicle window and a light source.
  • the control unit includes a sensor which is designed to determine movement data and inclination data of a vehicle in relation to a baseline position of the vehicle.
  • the control unit also includes a processor which is suitably designed to determine a relative change in position of the vehicle compared to the baseline position of the vehicle based on the movement data and inclination data of the sensor and to calculate visual orientation information therefrom.
  • the vehicle window has a reflective layer.
  • the light source is suitably designed to project the visual orientation information onto the reflection layer, wherein the reflection layer can at least partially reflect the visual orientation information.
  • “light source” means an electrically controllable display, which can be used for optical signaling or display of changeable information such as images or characters.
  • the vehicle window When installed in a vehicle, the vehicle window has an outer surface facing the external environment and an inner surface facing the vehicle interior. The vehicle window is intended to separate an external environment from a vehicle interior.
  • the visual orientation information is clearly visible to the driver or passenger(s) and can be perceived visually when looking at or through the vehicle window. This reduces the sensory conflict that arises from sensory sensations that do not coincide with the vestibular apparatus.
  • the vehicle window is preferably a composite window, for example the windshield of a vehicle.
  • the vehicle window comprises an outer pane, an inner pane and a thermoplastic intermediate layer arranged between the inner pane and outer pane.
  • the vehicle window is a single window, for example a side window of a vehicle.
  • the inner pane has an outside surface facing the thermoplastic intermediate layer and an interior surface facing away from the thermoplastic intermediate layer.
  • the interior surface of the inner window is also the inner surface of the vehicle window.
  • the outer pane has an outside surface facing away from the thermoplastic intermediate layer, which is also at the same time the outer surface of the vehicle window.
  • the outer pane also has an interior surface facing the thermoplastic intermediate layer.
  • the vehicle window has a circumferential side edge, which preferably comprises an upper edge and a lower edge as well as two edges running between them with a first and a second side edge.
  • the top edge refers to the edge that is intended to point upwards in the installed position. With bottom edge denotes the edge which is intended to point downwards in the installed position.
  • the top edge is often referred to as the roof edge and the bottom edge as the engine edge.
  • the vehicle window can have any suitable geometric shape and/or curvature.
  • the reflection layer can be arranged, preferably applied, on the inner surface or the outer surface of the vehicle window.
  • the reflection layer is preferably applied to the inner surface of the vehicle window.
  • the reflective layer is thus better protected from external damage.
  • the vehicle window is a composite window and the reflection layer is arranged on the interior surface of the inner window. Visible light that is projected onto the reflection layer is reflected to a higher proportion in such a structure than when the reflection layer is arranged between the outer pane and the inner pane. Double images, which can occur due to reflections on the inner pane, are also avoided.
  • the reflection layer is arranged on the outside surface of the inner pane or the inside surface of the outer pane. Arranging the reflection layer within the thermoplastic intermediate layer is also possible. The reflective layer is thus better protected from damage.
  • the reflection layer is preferably applied to the inner pane or the outer pane.
  • the reflection layer is preferably opaque with a light transmittance (according to ISO 9050:2003) for light in the visible spectral range of less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 1%.
  • the reflection layer is preferably arranged only over a partial area of the vehicle window and not within a section of the vehicle window intended for viewing. Very particularly preferably, the reflection layer is arranged in strips along a lower edge region directly adjacent to the lower edge of the vehicle window.
  • the reflection layer preferably has a width of 10 cm or more, particularly preferably 20 cm or more, in particular 30 cm or more. For the purposes of the invention, “width” means the extent perpendicular to the direction of extension.
  • the opacity of the reflective layer can increase the contrast of a virtual image, which increases visual perceptibility increases a viewer. The higher contrast means that image displays can be used with lower energy consumption. The viewer can better visually perceive the virtual orientation information.
  • the reflection layer has a light transmittance of at least 70% and at most 95% and extends over at least 20%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 80% and in particular over the entire surface of the vehicle window.
  • the reflection layer preferably extends over a part of the vehicle window intended for viewing.
  • the projection arrangement can therefore be used as a head-up display. The viewer also has the opportunity to direct his or her gaze towards the road and at the same time can visually perceive the visual orientation information.
  • the composite pane can have an opaque masking strip.
  • the masking strip can be an enamel or an opaque thermoplastic film.
  • the masking strip can also be the opaque area of a partially opaque thermoplastic film and thus be part of the thermoplastic intermediate layer.
  • the masking strip is in particular a dark, preferably black, enamel.
  • the masking strip is preferably arranged in a frame shape along a peripheral edge region of the vehicle window.
  • the masking strip is preferably applied to the interior surface of the outer window, but it can also be applied to the interior surface of the inner window or inner surface of the vehicle window or the outside surface of the inner window.
  • the masking strip primarily serves as UV protection for the vehicle window assembly adhesive (for example for gluing into a vehicle).
  • the masking strip preferably has a transmittance for visible light of less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 1%.
  • the masking strip can also be semi-transparent, at least in sections, for example as a dot grid, stripe grid or checkered grid. Alternatively, the masking strip can also have a gradient, for example from an opaque covering to a semi-transparent covering.
  • the vehicle window in particular as a composite window, can also have several, preferably two, opaque masking layers.
  • a first masking strip is applied to the interior surface of the outer pane and a second masking strip applied to the interior surface of the inner pane.
  • the masking strip is arranged to at least partially cover the reflection layer when viewed through the vehicle window.
  • the reflection layer is preferably arranged on the vehicle interior side in front of the masking strip and the masking strip is correspondingly arranged on the outside in front of the reflection layer.
  • “Element A arranged on the vehicle interior side in front of an element B” means that when viewed through the vehicle window, starting from a viewing direction facing the inner surface of the vehicle window, the element A is arranged in front of the element B.
  • “Element B arranged on the outside in front of an element A” means that when viewed through the vehicle window, starting from a viewing direction facing the outer surface of the vehicle window, the element B is arranged in front of the element A.
  • the reflection layer is preferably arranged closer to the vehicle interior than the masking strip.
  • the masking strip completely covers the reflection layer when viewed through the vehicle window starting from a viewing direction facing the outer surface of the vehicle window.
  • the “complete coverage of an element A with an element B” means that the orthonormal projection of element A to the plane of element B is arranged completely within element B.
  • the reflection layer and the masking strip can also be arranged congruently to one another when viewed through the vehicle window.
  • the arrangement of the reflection layer in front of the masking strip increases the contrast of virtual images, but it also leads to a display area that is homogeneous in color and easily recognizable. The higher contrast means that light sources with lower energy consumption can be used.
  • a big advantage is the good visual recognition of the virtual orientation information to the appearance
  • the masking strip is arranged in the peripheral edge region of the composite window and widened in a section of the peripheral edge region adjacent to the engine edge of the vehicle window.
  • the opaque layer preferably has a width of 10 cm or more, particularly preferably 20 cm or more, in particular 30 cm or more.
  • the reflection layer is arranged on the vehicle interior side of the masking strip.
  • the reflective layer is arranged so that the widened area of the masking strip completely covers the reflective layer.
  • the reflective layer can be arranged in front of the masking strip.
  • the reflection layer is preferably applied to the masking strip.
  • the individual layers of the vehicle window as a composite window are preferably arranged in one of the following orders:
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of transparent glass, in particular of soda lime glass, which is common for window panes. If the vehicle window is a single pane, it is preferably made of transparent glass, in particular of soda lime glass, which is common for window panes.
  • the pane or panes can in principle also be made from other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or individual transparent plastics Slices can vary in width. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are preferably used, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the outer pane and the inner panes can independently be non-prestressed, partially prestressed or prestressed. If at least one of the panes is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • “transparent” means that the light transmittance for visible light is 15% or higher, preferably 50% or higher.
  • “transparent” means that the sum of the light transmittance of all layers of the composite pane corresponds to the legal regulations for windshields and the vehicle window in a see-through area for visible light prefers a transmittance (according to ISO 9050:2003) of more than 70%, in particular more than 75%.
  • “opaque” means a light transmission of less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% and in particular less than 0.1%.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably designed as at least one thermoplastic composite film and is based on ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably based on polyvinyl butyral (PVB) and additionally Additives known to those skilled in the art, such as plasticizers, are formed.
  • the thermoplastic film preferably contains at least one plasticizer.
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the thermoplastic intermediate layer can be formed by one or more thermoplastic films arranged one above the other, the thickness of the thermoplastic intermediate layer after lamination of the layer stack preferably being from 0.25 mm to 1 mm, typically 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be formed from a film that is partially colored and therefore opaque.
  • the masking strip can also be a component of the thermoplastic intermediate layer.
  • the intermediate layer can also be formed from more than one film, with the at least two films extending over different areas of the surface of the vehicle window as a composite window.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a functional thermoplastic film, in particular a film with acoustically dampening properties, a film that reflects infrared radiation, a film that absorbs infrared radiation and/or a film that absorbs UV radiation.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a belt filter film.
  • the vehicle window as a single pane, the vehicle window as a composite pane, the outer pane and/or the inner pane can have any three-dimensional shape. They preferably have no shadow zones so that they can be efficiently coated by cathode sputtering. They are preferably flat or slightly or strongly curved in one direction or in several directions of the room
  • a polymeric material consists predominantly, i.e. at least 50%, preferably at least 60% and in particular at least 70%, of this material. It can also contain other materials such as stabilizers or plasticizers
  • the reflective layer is preferably applied to the vehicle window as a single pane or the inner pane or the outer pane by physical vapor deposition (PVD), particularly preferably by cathode sputtering (“sputtering”), very particularly preferably by magnetic field-assisted cathode sputtering (“magnetron sputtering”).
  • PVD physical vapor deposition
  • sputtering cathode sputtering
  • magnetic field-assisted cathode sputtering magneton sputtering
  • the reflective layer is preferably applied before lamination. Instead of applying the reflection layer to a pane, it can in principle also be provided on a carrier film which is arranged within the thermoplastic intermediate layer.
  • the reflection layer preferably comprises at least one metal selected from a group consisting of aluminum, magnesium, tin, indium titanium, tantalum, niobium, nickel, copper, chromium, cobalt, iron, manganese, zirconium, cerium, scandium yttrium, silver, gold, Platinum and palladium, ruthenium or mixtures thereof.
  • Aluminum, titanium, nickel-chrome and/or nickel are preferably applied to the vehicle window as a single pane or the inner pane or the outer pane because they can have a high reflection for p-polarized or s-polarized light. They are therefore particularly suitable as part of a projection arrangement.
  • the reflection layer preferably has a thickness of 10 nm (nanometers) to 100 pm (micrometers), particularly preferably from 50 nm to 50 pm, in particular from 100 nm to 5 pm.
  • the reflection layer is a coating containing a thin layer stack, i.e. a layer sequence of thin individual layers.
  • This thin-film stack contains one or more electrically conductive layers based on nickel, nickel-chromium, titanium and/or aluminum.
  • the electrically conductive layer based on nickel, nickel-chromium, titanium and/or aluminum gives the reflection layer basic reflective properties and also an IR-reflecting effect and electrical conductivity.
  • the electrically conductive layer is based on nickel, nickel-chrome, titanium and/or aluminum.
  • the conductive layer preferably contains at least 90% by weight of nickel, titanium and/or aluminum, particularly preferably at least 99% by weight of aluminum, most preferably at least 99.9% by weight of nickel, titanium and/or aluminum.
  • the layer based on aluminum, nickel-chromium, nickel and/or titanium can have dopings, for example palladium, gold, copper or silver.
  • Materials based on aluminum, nickel, nickel-chromium, and/or titanium are particularly suitable for reflecting light, particularly preferably p-polarized light.
  • the use of nickel, nickel-chromium, titanium and/or aluminum in reflective layers has proven to be particularly advantageous in reflecting light.
  • Aluminum, nickel, nickel-chrome, and/or titanium are significantly cheaper compared to many other metals such as gold or silver.
  • the individual layers of the thin-film stack preferably have a thickness of 10 nm to 1 pm.
  • the thin-film stack preferably has 2 to 20 individual layers and in particular 5 to 10 individual layers.
  • the reflection layer is a reflective film that is metal-free and reflects visible light rays with a p-polarization.
  • the reflection layer is then preferably a film that works on the basis of synergistic prisms and reflective polarizers.
  • Such films for using reflective layers are commercially available, for example from the 3M Company. In this way, complex metal deposition can be avoided.
  • the reflection layer is a holographic optical element (HOE).
  • HOE refers to elements that are based on the functional principle of holography. HOE change light in the beam path through what is usually stored in the hologram as a change in the refractive index Information. Their function is based on the superposition of different plane or spherical light waves, whose interference pattern creates the desired optical effect. HOE are already used in the transport sector, for example in head-up displays. The advantage of using an HOE compared to simply reflective layers results from greater geometric design freedom with regard to the arrangement of the eye and image display positions as well as the respective angles of inclination, for example of the light source and the reflective layer.
  • HOE are suitable for displaying real images or virtual images in different image widths.
  • the geometric angle of the reflection can be adjusted using the HOE, so that, for example, when used in a vehicle, the information transmitted to the driver can be displayed very well from the desired viewing angle.
  • thin layers are formed “based on” a material, the majority of it consists of at least 90% of this material, in particular essentially at least 99% of this material in addition to any impurities or dopants.
  • the reflection layer preferably reflects at least 10%, particularly preferably at least 50%, very particularly preferably at least 80% and in particular at least 90% of a light emitted by the light source.
  • the reflection layer preferably reflects p-polarized and s-polarized light in equal proportions, but it can also reflect p-polarized light and s-polarized light to different degrees.
  • the light reflected by the reflection layer is preferably visible light, i.e. light in a wavelength range of approximately 380 nm to 780 nm.
  • the reflection layer preferably has a high and uniform degree of reflection (over different angles of incidence) compared to p-polarized and/or s-polarized radiation so that a high-intensity and color-neutral image representation is guaranteed.
  • the reflection layer reflects the light radiated onto it from the light source, i.e. the projected visual orientation information, at least partially, preferably mostly, in particular completely, into the vehicle interior.
  • the reflectance describes the proportion of the total irradiated radiation that is reflected. It is given in % (based on 100% irradiated radiation) or as a unitless number from 0 to 1 (normalized to the irradiated radiation). Applied in Depending on the wavelength, it forms the reflection spectrum.
  • the statements on the degree of reflectance with respect to visible radiation refer to the degree of reflectance measured with an angle of incidence of 65° to the surface normal on the interior side.
  • the information on the degree of reflection or the reflection spectrum refers to a reflection measurement with a light source that emits uniformly in the spectral range under consideration with a standardized radiation intensity of 100%.
  • the vehicle window comprises a reflection-enhancing coating, which is arranged on the interior side in front of the reflection layer.
  • the reflection-enhancing coating preferably completely covers the reflection layer when viewed through the vehicle window in the direction from the inner surface to the outer surface of the vehicle window or is arranged congruently with it.
  • the reflection-enhancing coating reflects visible light to at least 10%, preferably to at least 20%, particularly preferably to at least 28%.
  • the reflection-enhancing coating preferably reflects visible light to a maximum of 30%.
  • the reflection-enhancing coating preferably has a light transmittance for light in the visible spectral range of at least 70%, preferably at least 90%. The light from the light source is therefore not only reflected on the reflection layer, but also partly on the reflection-enhancing coating. This increases the reflectance of the light source's radiation. Reflection-enhancing coatings are generally known to those skilled in the art and are described, for example, in the document WO2021209201 A1.
  • the control unit is intended to be permanently installed in the vehicle.
  • the control unit and thus the sensor and the processor as well as the light source are intended to be connected to a voltage source.
  • the control unit and the light source are connected to a voltage source.
  • the voltage source is preferably the on-board electrical system typically present in vehicles.
  • the senor comprises an acceleration sensor, a magnetic sensor and/or a gyroscope. This allows particularly precise data to be created to generate visual orientation information.
  • the senor contains a two-axis or preferably three-axis acceleration sensor to provide visual orientation information for to produce the swaying or rolling and pitching of the vehicle, which is to be understood as an example and not necessarily as a limitation.
  • the sensor can alternatively also consist of one or more acceleration sensors.
  • the sensor can also contain one or more magnetic sensors instead of the acceleration sensor or in addition to the acceleration sensor.
  • the sensor consists of one or more magnetic sensors.
  • the magnetic sensors preferably record movement data and inclination data that describe the yaw of the vehicle. This allows the user to receive visual confirmation of rotation changes that occur left or right about a vertical axis. Elevation changes can also be communicated to the user through visual orientation information, as well as other useful but non-orientation-related information (e.g. mapping or news).
  • the sensor preferably comprises a gyroscope or several gyroscopes.
  • the sensor preferably consists of a gyroscope or several gyroscopes.
  • the sensor can also consist of or contain one or more acceleration sensors, gyroscopes and/or magnetic sensors.
  • the gyroscope is particularly suitable for recording movement data and inclination data that describe the yaw of the vehicle. Gyroscopes can be easily combined with acceleration sensors.
  • the movement data and inclination data recorded by these sensors can be compared with one another and, for example, averaged.
  • Acceleration sensors record the change in speed of a linear movement.
  • Gyroscopes measure the rotational speed of a rotational movement (yaw).
  • 3-axis gyroscopes and 3-axis accelerometers can be combined to detect two different physical quantities along six axes, thereby capturing the movement of an object in three dimensions.
  • the acceleration sensors respond to the Earth's gravitational field, which is relatively constant in size and direction.
  • the amount of angular inclination or acceleration experienced by each of the acceleration sensors is preferably passed to the processor in the form of a voltage that is proportional to the change between the baseline position (i.e. H. the rest position) and each newly measured position.
  • the magnetic sensors also react to changes in the earth's magnetic field. With a constant current input, the resistance of the magnetic sensor changes in proportion to the changes in magnetic field strength. Therefore, the magnetic sensor also provides a voltage indicating a change in position from a baseline position.
  • the gyroscope preferably measures the angular velocity about the z-axis of the vehicle (yaw).
  • the gyroscope outputs a voltage to describe this angular velocity.
  • the angular velocity sensitivity in which the measurement is made is mV/7s, which means that an angular velocity can be assigned to each output voltage.
  • the functionality of gyroscopes, acceleration sensors and magnetic sensors are general to those skilled in the art! known.
  • the movements of rolling (rolling), pitching (pitching) and yaw (rolling) are also known to those skilled in the art and are described in more detail, for example, in DIN ISO 8855 Road vehicles - Vehicle dynamics and driving behavior - Terms (ISO 8855:2011).
  • the processor preferably includes an arithmetic unit, a conventional RAM (random access memory) memory and a non-volatile memory.
  • the baseline position of a vehicle is preferably stored in the non-volatile memory of the processor and may be retrieved from that memory as a reference for determining a relative change in position of the vehicle.
  • the baseline position of a vehicle preferably represents the rest position of the vehicle, i.e. when the vehicle is standing on a flat, horizontal surface and is not in motion.
  • a moving vehicle moving at a linear velocity may also be the baseline position of the vehicle.
  • the baseline position depends on the type of vehicle and the route intended for the vehicle.
  • the vehicle is preferably not placed on a flat, horizontal surface.
  • the baseline position of the vehicle can preferably be determined by the control unit.
  • the visual orientation information is presented in the form of an artificial horizon.
  • the artificial horizon shows a direct, visual position of the vehicle in relation to the earth's surface.
  • the artificial horizon preferably shows an orientation line that is transverse runs across the projected image and represents the horizon.
  • An area above the orientation line (upper area) preferably represents the sky and is shown in blue, for example.
  • the area below the orientation line (lower area) preferably represents the earth and is shown in brown or black, for example.
  • the orientation line preferably remains constant and does not change its position or shape.
  • the person skilled in the art is familiar with how artificial horizons work.
  • the function and exemplary representations are, for example, from US5966680A (“artificial labyrinth”), DE1473945A1 and US2413399A.
  • the processor determines the relative change in position of the vehicle based on the movement data and inclination data of the sensor as well as on the basis of trajectory planning data.
  • Trajectory means the description of a path that the vehicle equipped with the projection arrangement according to the invention should follow within the next few seconds or milliseconds, as well as the speed profile, which specifies a target speed (i.e. probable speed or target speed of the vehicle) for each point along the path .
  • the data of a trajectory planning is therefore dependent on the speed, direction and acceleration of the vehicle, but at the same time also dependent on static obstacles (trees, parked cars - immobile obstacles) and dynamic obstacles (moving cars, pedestrians - moving obstacles).
  • the inclusion of trajectory planning data to determine the relative change in position of the vehicle is particularly advantageous if the vehicle drives autonomously, i.e. is a self-driving vehicle without a human driver.
  • the trajectory planning data can be determined, for example, using sensor data, map data and/or GPS (Global Positioning System) data.
  • the processor determines the trajectory planning data; alternatively, the trajectory planning data is transmitted to the processor.
  • the GPS data of the vehicle can preferably be determined via a GPS receiver, which is included in the vehicle or in the control unit.
  • other position data which are determined, for example, using Galileo satellite navigation, GLONASS satellite navigation or Beidou satellite navigation, can also be used by the processor.
  • the sensor data can be obtained, for example, using an optical sensor, which optically scans the vehicle's surroundings can be determined.
  • map data is stored on the processor's non-volatile memory and can be used to determine trajectory planning data.
  • Map data refers to geographical information about the earth's surface.
  • the trajectory planning data is determined on the basis of the map data and the GPS data, particularly preferably on the basis of the map data, the sensor data and the GPS data.
  • Methods for determining trajectory planning data are known to those skilled in the art and are described in more detail, for example, in DE102016007563A1, DE102008061910A1 and DE102019119656A1.
  • the radiation (i.e. the light) from the light source can be s- or p-polarized radiation.
  • the radiation is preferably p-polarized to at least a proportion of more than 50%, with the proportion of p-polarized radiation preferably being at least 80%.
  • the radiation from the light source is particularly preferably completely, i.e. 100%, or almost completely p-polarized (essentially purely p-polarized).
  • P-polarized light is particularly suitable when the reflection layer is arranged between the outer pane and the inner pane, as with p-polarized light there are fewer double images due to reflections on the inner pane.
  • the reflected virtual image is also visible to wearers of polarization-selective sunglasses, which typically only allow p-polarized radiation to pass through and block s-polarized radiation.
  • the indication of the direction of polarization refers to the plane of incidence of the radiation on the composite pane.
  • P-polarized radiation refers to radiation whose electric field oscillates in the plane of incidence.
  • S-polarized radiation refers to radiation whose electric field oscillates perpendicular to the plane of incidence.
  • the plane of incidence is spanned by the incidence vector and the surface normal of the vehicle window as a composite pane in the geometric center of the irradiated area.
  • the light source is preferably a Liqiud crystal (LCD) display, thin film transistor (TFT) display, light emitting diode (LED) display, organic light emitting diode (OLED) ) display, electroluminescent (EL) display or microLED display.
  • LCD Liqiud crystal
  • TFT thin film transistor
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • EL electroluminescent
  • the light from the light source preferably strikes the inner surface of the vehicle window at an angle of incidence of 50° to 75°, preferably 62° to 68°.
  • the angle of incidence is the angle between the incidence vector of the incident light and that of the vehicle interior Surface normals (i.e. the surface normals to the external interior surface of the composite pane).
  • the angle of incidence of the light onto the vehicle window is approximated at 65° in typical HUD arrangements or projection arrangements based on similar technology.
  • the geometric center of the display area i.e. the area of the reflection layer irradiated by the light source, is usually used.
  • a further aspect of the invention includes a vehicle with the projection arrangement according to the invention.
  • a further aspect of the invention includes a method for providing visual orientation information in a projection arrangement.
  • the process includes at least the following procedural steps:
  • a relative change in position of the vehicle from a baseline position of the vehicle is determined based on the movement data and inclination data using the processor.
  • Visual orientation information is calculated based on the relative change in position of the vehicle using the processor.
  • the visual orientation information is projected onto the reflection layer using the light source.
  • an electrical voltage is preferably sampled at least every 10 milliseconds (ms) at each electrical output of each axis (which reflects the movement) of the sensor. After at least 5, preferably 8, particularly preferably 12 sampling cycles (120 ms), the electrical voltage of the sensor for each axis is averaged and compared with the baseline position of the vehicle (ie in the resting state) (acquisition of the movement data and inclination data). The movement data and inclination data are then transmitted to the processor and translated into visual orientation information by the processor.
  • the image projected from the light source onto the reflection layer is updated several times per second (at least every 10 ms, preferably every 50 ms, particularly preferably at least every 150 ms), so that the relative change in position of the vehicle is transmitted to the eye in time for transmission to the brain of the User can be transmitted.
  • Experiments have shown that such feedback eliminates the sensory mismatch between the physical impressions (driving acceleration, tilt and gravity) and the vestibular system, providing relief to many people suffering from dizziness or motion sickness.
  • the method according to the invention is preferably repeated in a program loop until the program is terminated.
  • the order of the process goes from (A) to (D), whereby when process step (D) is reached, process step (A) is automatically started again, etc.
  • the program is started at the end of the fourth process step (D) by a command (for example Pressing an “End” button ends.
  • the method can also be ended automatically by shutting down the engine of the vehicle.
  • the method according to the invention is preferably started by an electronic command (for example pressing a “Start” button). Alternatively or additionally, the method can also be started automatically by starting the engine of the vehicle.
  • a baseline position of the vehicle is determined once or several times. This can be considered as calibration of the control unit.
  • a baseline position of the vehicle is acquired.
  • the baseline position is detected by the control unit and the processor.
  • Process step (AA) is preferably carried out before the process according to the invention.
  • the vehicle is placed on a stable, non-moving surface.
  • the sensor measures the condition of the vehicle and transmits the movement data and inclination data to the processor.
  • the processor processes this motion data and tilt data to determine a baseline position of the vehicle, which is stored as a reference.
  • a further aspect of the invention relates to the use of the projection arrangement according to the invention in means of transport for traffic on land, in the air or on water, the vehicle window preferably being a roof window, windscreen, side window or rear window of a vehicle or another vehicle glazing, in particular a windscreen .
  • the vehicle window is a cutting window in a vehicle, preferably in a rail vehicle, a car or a bus.
  • Figure 2 shows an enlarged section of the projection arrangement from Figure 1
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the projection arrangement from Figure 1,
  • FIGS 4a-4e alternative representations of the visual orientation information
  • Figure 5 is a flow chart with an embodiment of the method according to the invention.
  • Figures 1 to 3 show different aspects of the projection arrangement 100 according to the invention.
  • Figure 1 shows an interior view of a driver's cab into which an embodiment of the projection arrangement 100 according to the invention has been installed.
  • Figure 2 shows an enlarged detail Z of the projection arrangement 100 according to the invention as indicated in Figure 1.
  • the cross-sectional view of Figure 3 corresponds to the section line AA 'of the composite pane 1, as indicated in Figure 1.
  • the vehicle window 1 of the projection arrangement 100 according to the invention is installed in the vehicle 101 as a windshield.
  • the vehicle window 1 is a composite window which has an upper edge and a lower edge as well as two side edges connecting the upper edge and the lower edge.
  • the lower edge (also called the engine edge) of the vehicle window 1 means the edge that faces the ground.
  • the upper edge (also called the roof edge) of the vehicle window 1 means the edge that faces the vehicle roof.
  • the vehicle window 1 has an edge region provided with a reflection layer 2, which is irradiated by light sources 3.
  • the light sources 3 are in the dashboard of the vehicle 101 used.
  • the edge region extends along and adjacent to the lower edge of the vehicle window 1 from the left A-pillar to the right A-pillar of the vehicle 101.
  • the reflection layer can also be arranged on an edge region of the vehicle window 1 adjacent to the upper edge (not shown here).
  • the Reflection layer 2 is part of the projection arrangement 100 according to the invention, which is located on the right on the passenger side.
  • the reflection layer 2 is part of a further projection arrangement 102, which is located on the left on the driver's side.
  • the reflection layer 2 overlaps in areas with an opaque masking strip 10.
  • the masking strip 10 is arranged in a peripheral edge area (peripheral edge area) of the vehicle window 1 and is widened in the area adjacent to the lower edge of the vehicle window 1, in particular near the driver's side and the passenger side.
  • the reflection layer 2 is arranged on the vehicle interior side to the masking strip 10, i.e. arranged closer to the vehicle interior 8 than the masking strip 10.
  • the reflection layer 2 is completely covered by the masking strip 10 when viewed through the vehicle window 1 from the external environment 9 (see Figure 3).
  • the light source 3 of the projection arrangement 100 projects visual orientation information 4 onto the reflection layer 2.
  • the visual orientation information 4 is, for example, an artificial horizon.
  • Drivers or passengers of the vehicle 1 can look at the visual orientation information 4 to avoid motion sickness. This is particularly advantageous for self-driving cars.
  • cornering for example, the vestibular system registers lateral acceleration while the body sits more or less immobile in the car seat.
  • the visual orientation information 4 reduces the effect that information from the different sensory organs is not coordinated with one another.
  • the further projection arrangement 102 can also display visual orientation information 4 (not shown here), but in the present case it is used to display other information that is usually displayed using displays in the dashboard.
  • the projected images in the further projection arrangement 102 can represent the time, driving speed, engine speed or information from a navigation system, or even the image from a rear-facing camera.
  • FIG. 1 An enlarged detail Z of the projection arrangement 100 according to the invention from FIG. 1 is shown in FIG.
  • the enlarged section Z is indicated in Figure 1 by a circular dashed line.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view of an edge area adjacent to the lower edge of the vehicle window 1, the light source 3 and a control unit 5 as indicated by the section line AA 'in Figure 1.
  • the vehicle window 1 is, for example, a composite window which comprises an outer window 11, an inner window 12 and a thermoplastic intermediate layer 13 arranged flat between the outer window 11 and the inner window 12.
  • the outer pane 2 has an outside surface I facing away from the thermoplastic intermediate layer 4 and an inside surface II facing the thermoplastic intermediate layer 4.
  • the inner pane 3 has an outside surface III facing the thermoplastic intermediate layer 4 and an inside surface IV facing away from the thermoplastic intermediate layer 4.
  • the outside surface I of the outer window 11 is also at the same time the surface of the vehicle window 1, which faces the external environment 9, and the interior-side surface IV of the inner window 12 is also at the same time the surface of the vehicle window 1, which faces the vehicle interior 8.
  • the vehicle window 1 has, for example, a shape and curvature that is common for windshields.
  • the outer pane 11 and the inner pane 12 each consist of glass, preferably thermally toughened soda-lime glass, and are transparent to visible light.
  • the outer pane 11 has, for example, a thickness of 2.1 mm and the inner pane 12, for example, a thickness of 1.5 mm.
  • the thermoplastic intermediate layer 13 comprises a thermoplastic, preferably polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) and/or polyethylene terephthalate (PET).
  • the masking strip 10 is applied to the interior surface IV of the inner window 12, which, as indicated in Figure 1, extends in a frame shape over the vehicle window 1.
  • the masking strip 10 is opaque and prevents the view of structures arranged on the inside of the vehicle window 1, for example an adhesive bead for gluing the vehicle window 1 into a vehicle body.
  • the opaque masking strip 10 consists of an electrically non-conductive material conventionally used for black printing, for example a black-colored screen printing ink that is baked.
  • the reflection layer 2 is applied to the masking strip 10 on the vehicle interior side. This means that the reflection layer 2 is arranged closer to the vehicle interior 8 than the masking strip 10.
  • the reflection layer 5 covers the opaque layer 10 at least in some areas Reflection layer 2 has been applied to the masking strip 10, for example by means of physical vapor deposition, and is formed on the basis of nickel-chrome.
  • the reflection layer 2 is suitable for reflecting visible light to at least 10%.
  • the reflection layer 2 reflects at least 50% of the visible light incident on it.
  • the masking strip 10 and the reflection layer 2 can also be arranged between the outer pane 11 and the inner pane 12.
  • the reflection layer 2 can also be opaque itself and not be arranged covering a masking strip 10.
  • the light source 3 which is shown in cross section in Figure 3, projects the visual orientation information 4 in the form of visible light onto a region of the reflection layer 2.
  • the light from the light source 3 is at least partially reflected on the reflection layer 2 in the direction of an observer 14, for example of a passenger, reflected. This can perceive the visual orientation information 4.
  • the visual orientation information 4 can be seen by the viewer 14 with a higher contrast than is the case with classic head-up displays, since the reflection layer 2 is arranged in front of an opaque layer 10.
  • the light source 3 is, for example, an LED display.
  • the light source 3 is electrically connected to a control unit 5, for example.
  • the control unit includes a sensor 6 and a processor 7.
  • the sensor 6 is suitably designed and intended to determine movement and inclination data of the vehicle 101.
  • the processor 7 is suitably designed and intended to determine a relative change in position of the vehicle 101 compared to a baseline position of the vehicle 101 based on the inclination and movement data of the vehicle 101 determined by the sensor 6.
  • the processor 7 is electrically connected to the sensor 6, for example. Based on the relative change in position of the vehicle 101, the processor 7 can calculate the visual orientation information 4 and transmit this to the light source 3.
  • the processor 7 is, for example, a microcomputer which includes an arithmetic unit, a conventional RAM (random access memory) memory and a non-volatile memory.
  • the sensor 6 is, for example, an acceleration sensor and a magnetic sensor.
  • FIGs 4a to 4e artificial horizons are shown as a stylized representation of possible visual orientation information 4 that the user of the present invention perceives.
  • Moving visual clues 16 become more solid in relation to a field Orientation lines 15 and frame 17 are displayed.
  • the visual cue 16 changes position with respect to the fixed orientation line 15 and the frame 17 when the vehicle 101 changes or has changed its position with respect to its baseline position.
  • the changing artificial horizon gives the user visual cues to compensate for the difference between their stationary body and the force acting on them.
  • passengers suffering from nausea and/or dizziness due to motion sickness now have access to a simple means of determining their true relative orientation.
  • Figures 4a to 4e show how the artificial horizon changes when the vehicle has a certain position relative to its baseline position or when it accelerates or brakes.
  • the visual reference point 16 changes its position only within a projected static frame 17.
  • An orientation line 15 is displayed centrally within the frame 17 and running horizontally, so that an upper area 18 and a lower area 19 of the visual orientation information 4 are generated.
  • the orientation line 15 is also preferably static, i.e. does not change its position and shape, and is shown, for example, as a dashed line.
  • Figure 4a shows an artificial horizon for a vehicle 101 that is standing on the ground or traveling at a constant speed according to its baseline position.
  • the visual reference point 16 extends over the entire lower area 19.
  • Figure 4b shows an artificial horizon in a vehicle 101 that is accelerated or directed forward and is descending or descending on a slope.
  • the vehicle 101 drives straight ahead and has no inclination to the right or left compared to its baseline position.
  • the visual reference point 16 does not extend over the entire lower area 19, but only over a partial area adjacent to the lower edge of the frame 17.
  • Figure 4c shows an artificial horizon in a vehicle 101 that slows down from a speed or stands or drives up a slope facing forward.
  • the vehicle 101 drives straight ahead and has no inclination to the right or left compared to its baseline position.
  • the visual reference point 16 extends not only over the entire lower area 19, but also over a partial area of the upper area 18 adjacent to the orientation line 15.
  • Figures 4d and 4e show an artificial horizon in a vehicle 101 that is driving into a left-hand bend (4e) or a right-hand bend ( Figure 4d).
  • the vehicle stands or drives tilted to the left ( Figure 4e) or tilted to the right ( Figure 4d) compared to the baseline position.
  • the visual reference point 16 extends over a portion of both the upper region 18 and the lower region 19 and is trapezoidal.
  • Figure 5 illustrates an embodiment of the method according to the invention using a flow chart.
  • a baseline position of the vehicle 101 is detected.
  • the vehicle 101 is placed on a stable, non-moving surface (rest position of the vehicle 101).
  • the sensor 6 measures the state of the vehicle 101 and transmits the movement data and inclination data to the processor 7.
  • the sensor includes, for example, at least one acceleration sensor and at least one magnetic sensor.
  • the movement data and inclination data are preferably transmitted to the processor 7 in the form of an electrical voltage.
  • the processor 7 determines a baseline position of the vehicle 101 based on the transmitted motion data and inclination data, which is stored as a reference.
  • the processor 7 is, for example, a microcomputer which includes an arithmetic unit, a conventional RAM (random access memory) memory and a non-volatile memory.
  • the baseline position of the vehicle 101 was, for example, previously stored in the non-volatile memory and serves as a reference value for the movement and inclination data determined by the sensor 6 in the second method step.
  • visual orientation information 4 is calculated based on the relative change in position of the vehicle 101 by means of the processor 7.
  • the visual orientation information 4 is, for example, an artificial horizon.
  • the visual orientation information 4 is projected onto at least a region of the reflection layer 2 using the light source 3 so that a user can perceive it visually.
  • a program loop preferably occurs which includes process steps two to five.
  • the program loop can be ended by pressing an “End” button or shutting down the engine of the vehicle 101.
  • the first method step AA preferably does not have to be carried out every time the method is started.
  • a one-time calibration to the baseline position of the vehicle 101 is preferably sufficient, with the values of the baseline position being stored in the non-volatile memory of the processor 7 and being retrievable from there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung (100) für ein Fahrzeug (101), umfassend: - eine Steuereinheit (5) zur Bereitstellung visueller Orientierungsinformationen (4), umfassend: - einen Sensor (6), welcher Bewegungsdaten und Neigungsdaten eines Fahrzeugs (101) in Bezug auf eine Grundlinienposition des Fahrzeugs (101) ermittelt und - ein Prozessor (7), der eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs (101) gegenüber der Grundlinienposition des Fahrzeugs (101) auf Grundlage der Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Sensors (6) bestimmt und daraus visuelle Orientierungsinformationen (4) berechnet, - eine Fahrzeugscheibe (1) mit einer Reflexionsschicht (2) und - eine Lichtquelle (3), welche die visuellen Orientierungsinformationen (4) auf die Reflexionsschicht (2) projiziert, wobei die Reflexionsschicht (2) die visuellen Orientierungsinformationen (4) zumindest teilweise reflektiert.

Description

Projektionsanordnung mit Orientierungsinformationen für ein Fahrzeug
Diese Erfindung betrifft eine Projektionsanordnung mit Orientierungsinformationen für ein Fahrzeug, ein Verfahren zu deren Bedienung, deren Verwendung und ein Fahrzeug mit der Projektionsanordnung.
Bei vielen Personen tritt das Problem auf, dass ihnen beim Lesen oder Betrachten von Displays mobiler Endgeräte und gedruckter Texte, sei es zum Entertainment oder zur Arbeit, während dem Autofahren übel wird. Diese Menschen leiden an der Reisekrankheit (eng. car motion sickness), welche durch einen sensorischen Konflikt hervorgerufen wird. Dieser sensorische Konflikt entsteht, wenn die Wahrnehmungskanäle nicht deckungsgleich mit denen des vestibulären Apparates sind. Dies führt zu einer Stressreaktion mit vegetativen Symptomen. Die Folgen sind häufig zunächst eine schleichende Müdigkeit, sowie eine verminderte Aufmerksamkeit. Im Weiteren führen die Symptome weiter von Kaltschweißigkeit, über vermehrten Speichelfluss schließlich zu Übelkeit. Dies kann bis zum Erbrechen des Betreffenden führen.
Bisher sind Möglichkeiten zur Reduzierung der Reisekrankheit darauf beschränkt, während des Fahrens nicht zu Lesen und den Blick nach außerhalb des Fahrzeugs auf die Straße zu richten. Dies ist aber nicht immer praktikabel und in manchen Situationen auch nicht hilfreich, da die Person dennoch reisekrank wird. Dieses Problem kann die Beifahrer oder selbst den Fahrer des Fahrzeugs betreffen.
Dieses Problem kann insbesondere auch dann auftreten, wenn Fahrer oder Beifahrer ihren Blick häufig von der Straße nehmen müssen oder sich auf andere Details konzentrieren müssen. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, dass moderne Automobile in zunehmendem Maße mit sogenannten Projektionsanordnungen, beispielsweise Head-Up- Displays (HUDs), ausgestattet werden. Mit einem Projektor, typischerweise im Bereich des Armaturenbretts, werden hierbei Bilder auf den Durchsichtbereich der Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm aus gesehen) hinter oder auf der Windschutzscheibe wahrgenommen. So können wichtige Informationen in das Blickfeld des Fahrers projiziert werden, beispielsweise die aktuelle Fahrtgeschwindigkeit, Navigations- oder Warnhinweise, die der Fahrer wahrnehmen kann. Es ist möglich, auch im Maskierungsbereich einer Windschutzscheibe ein virtuelles Bild zu erzeugen im Grunde nach dem gleichen Prinzip wie ein HUD. Es wird also auch der Maskierungsbereich durch einen Projektor bestrahlt, und das Licht dort reflektiert, wodurch eine Anzeige für den Fahrer erzeugt wird. So können beispielsweise Informationen, die bislang im Bereich des Armaturenbretts angezeigt wurden, wie die Uhrzeit, Fahrtgeschwindigkeit, Motordrehzahl oder Angaben eines Navigationssystems, oder auch das Bild einer rückwärts gerichteten Kamera, welches die klassischen Außenspiegel oder Rückspiegel ersetzt, auf praktische und ästhetisch ansprechende Weise direkt auf der Windschutzscheibe dargestellt werden, beispielsweise in dem Abschnitt des Maskierungsbereichs, der an die Unterkante der Windschutzscheibe grenzt. Eine Projektionsanordnung dieser Art ist beispielsweise aus DE102009020824A1 und WO2022073894A1 bekannt.
Die DE102019208315A1 behandelt ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung, welches das Auftreten von Reisekrankheiten bei der Verwendung von Displays im Fahrzeug reduzieren soll. Bevorzugt sollen einem Fahrzeuginsassen visuelle Hinweise zum Fahrverhalten des Fahrzeugs auf einem elektronischen Display angezeigt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche das Auftreten von Reisekrankheiten verringert oder verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung umfasst eine Steuereinheit zur Bereitstellung visueller Orientierungsinformationen, eine Fahrzeugscheibe und eine Lichtquelle. Die Steuereinheit umfasst einen Sensor, welcher geeignet ausgebildet ist, um Bewegungsdaten und Neigungsdaten eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Grundlinienposition des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Steuereinheit umfasst außerdem einen Prozessor, geeignet ausgebildet ist um eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs gegenüber der Grundlinienposition des Fahrzeugs auf Grundlage der Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Sensors zu bestimmen und daraus visuelle Orientierungsinformationen zu berechnen. Die Fahrzeugscheibe weist eine Reflexionsschicht auf. Die Lichtquelle ist geeignet ausgebildet, um die visuellen Orientierungsinformationen auf die Reflexionsschicht zu projizieren, wobei die Reflexionsschicht die visuellen Orientierungsinformationen zumindest teilweise reflektieren kann.
Mit „Lichtquelle“ ist im Sinne der Erfindung eine elektrisch steuerbare Anzeige gemeint, welche zur optischen Signalisierung oder Darstellung von veränderlichen Informationen wie Bildern oder Zeichen verwendet werden kann. Die Fahrzeugscheibe weist in Einbaulage in ein Fahrzeug eine der äußeren Umgebung zugewandte Außenfläche und eine dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Innenfläche auf. Die Fahrzeugscheibe ist dafür vorgesehen, eine äußere Umgebung von einem Fahrzeuginnenraum abzutrennen.
Die visuellen Orientierungsinformationen sind für den Fahrer oder den/die Beifahrer gut sichtbar und können bei dem Blick auf oder durch die Fahrzeugscheibe visuell wahrgenommen werden. Dies reduziert den sensorischen Konflikt, welcher durch nicht deckungsgleiche Sinnesempfindungen mit dem vestibulären Apparat entsteht.
Die Fahrzeugscheibe ist vorzugsweise eine Verbundscheibe, beispielsweise die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Die Fahrzeugscheibe umfasst als Verbundscheibe eine Außenscheibe, eine Innenscheibe und eine zwischen der Innenscheibe und Außenscheibe angeordnete thermoplastische Zwischenschicht. Alternativ ist die Fahrzeugscheibe eine einzelne Scheibe, beispielsweise eine Seitenscheibe eines Fahrzeugs.
Die Innenscheibe weist eine der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandte außenseitige Oberfläche und eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte innenraumseitige Oberfläche auf. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe ist zugleich die Innenfläche der Fahrzeugscheibe. Die Außenscheibe weist eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte außenseitige Oberfläche auf, welche auch gleichzeitig die Außenfläche der Fahrzeugscheibe ist. Die Außenscheibe weist außerdem eine der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandte innenraumseitige Oberfläche auf.
Die Fahrzeugscheibe weist eine umlaufende Seitenkante auf, welche vorzugsweise eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei dazwischen verlaufende Kanten mit einer ersten und einer zweiten Seitenkante umfasst. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet. Die Fahrzeugscheibe kann jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen kann.
Die Reflexionsschicht kann auf der Innenfläche oder der Außenfläche der Fahrzeugscheibe angeordnet, bevorzugt aufgebracht, sein. Bevorzugt ist die Reflexionsschicht auf der Innenfläche der Fahrzeugscheibe aufgebracht. Die Reflexionsschicht ist so besser vor Beschädigung von außen geschützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe und die Reflexionsschicht auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angeordnet. Sichtbares Licht, das auf die Reflexionsschicht projiziert wird, wird bei einem solchen Aufbau mit einem höheren Anteil reflektiert als bei der Anordnung der Reflexionsschicht zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe. Es werden auch Doppelbilder, welche durch Reflexion an der Innenscheibe auftreten können, vermieden.
Alternativ ist die Reflexionsschicht auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe oder der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe angeordnet. Auch die Anordnung der Reflexionsschicht innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht ist möglich. Die Reflexionsschicht ist so besser vor Beschädigung geschützt.
Bevorzugt ist die Reflexionsschicht auf der Innenscheibe oder der Außenscheibe aufgebracht.
Vorzugsweise ist die Reflexionsschicht opak mit einem Lichttransmissionsgrad (nach ISO 9050:2003) für Licht im sichtbaren Spektralbereich von kleiner 15 %, bevorzugt kleiner 10 %, besonders bevorzugt kleiner 1 %. Die Reflexionsschicht ist in diesem Fall bevorzugt nur über einen Teilbereich der Fahrzeugscheibe angeordnet und nicht innerhalb eines für die Durchsicht vorgesehenen Abschnitts der Fahrzeugscheibe angeordnet. Ganz besonders bevorzugt ist die Reflexionsschicht streifenförmig entlang eines unteren Randbereichs direkt benachbart zur Unterkante der Fahrzeugscheibe angeordnet. Die Reflexionsschicht weist vorzugsweise eine Breite von 10 cm oder mehr, besonders bevorzugt 20 cm oder mehr, insbesondere 30 cm oder mehr auf. Mit „Breite“ ist im Sinne der Erfindung die Ausdehnung senkrecht zur Erstreckungsrichtung gemeint. Durch die Opazität der Reflexionsschicht kann der Kontrast eines virtuellen Bildes erhöht werden, was die visuelle Wahrnehmbarkeit für einen Betrachter erhöht. Durch den höheren Kontrast können Bildanzeigen mit einem geringeren Energieverbrauch eingesetzt werden. Der Betrachter kann die virtuellen Orientierungsinformationen besser visuell wahrnehmen.
Alternativ weist die Reflexionsschicht Lichtdurchlässigkeit von mindestens 70 % und höchstens 95 % auf und erstreckt sich über zumindest 20 %, bevorzugt mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 80 % und insbesondere über die gesamte Fläche der Fahrzeugscheibe. Die Reflexionsschicht erstreckt sich bevorzugt über einen zur Durchsicht vorgesehenen Teil der Fahrzeugscheibe. Die Projektionsanordnung kann somit als ein Head- Up-Display verwendet werden. Der Betrachter bekommt außerdem die Möglichkeit, seinen Blick auf die Straße zu lenken und kann gleichzeitig die visuellen Orientierungsinformationen visuell wahrnehmen.
Die Verbundscheibe kann einen opaken Maskierungsstreifen aufweisen. Der Maskierungsstreifen kann eine Emaille sein oder eine opake thermoplastische Folie sein. Der Maskierungsstreifen kann auch der opake Bereich einer bereichsweisen opaken thermoplastischen Folie und somit Bestandteil der thermoplastischen Zwischenschicht sein. Der Maskierungsstreifen ist insbesondere eine dunkle, bevorzugt schwarze, Emaille. Der Maskierungsstreifen ist vorzugsweise rahmenförmig entlang eines umlaufenden Randbereiches der Fahrzeugscheibe angeordnet. Der Maskierungsstreifen ist vorzugsweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht, er kann aber auch auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe bzw. Innenfläche der Fahrzeugscheibe oder der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht sein. Der Maskierungsstreifen dient in erster Linie als UV-Schutz für den Montagekleber der Fahrzeugscheibe (Beispielsweise zum Einkleben in ein Fahrzeug). Der Maskierungsstreifen weist vorzugsweise einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von kleiner 15 %, bevorzugt kleiner 10 %, besonders bevorzugt kleiner 1 % auf. Der Maskierungsstreifen kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann der Maskierungsstreifen auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung.
Die Fahrzeugscheibe, insbesondere als Verbundscheibe, kann auch mehrere, vorzugsweise zwei, opake Maskierungsschichten aufweisen. Vorzugsweise ist ein erster Maskierungsstreifen auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht und ein zweiter Maskierungsstreifen auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist der Maskierungsstreifen in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe mit der Reflexionsschicht zumindest teilweise überdeckend angeordnet. Die Reflexionsschicht ist dabei vorzugsweise fahrzeuginnenraumseitig vor dem Maskierungsstreifen angeordnet und der Maskierungsstreifen ist entsprechend außenseitig vor der Reflexionsschicht angeordnet. „Fahrzeuginnenraumseitig angeordnetes Element A vor einem Element B“ bedeutet, dass in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe, ausgehend von einer der Innenfläche der Fahrzeugscheibe zugewandten Blickrichtung, das Element A vor dem Element B angeordnet ist. „Außenseitig angeordnetes Element B vor einem Element A “ bedeutet also, dass in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe, ausgehend von einer der Außenfläche der Fahrzeugscheibe zugewandten Blickrichtung, das Element B vor dem Element A angeordnet ist. In Einbaulage in ein Fahrzeug ist die Reflexionsschicht bevorzugt näher zum Fahrzeuginnenraum angeordnet als der Maskierungsstreifen.
Vorzugsweise überdeckt der Maskierungsstreifen in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe ausgehend von einer der Außenfläche der Fahrzeugscheibe zugewandten Blickrichtung die Reflexionsschicht vollständig. Das bedeutet die Reflexionsschicht ist in Einbaulage in ein Fahrzeug von der äußeren Umgebung aus nicht sichtbar. Im Sinne der Erfindung bedeutet die „vollständige Überdeckung eines Elements A mit einem Element B“, dass die orthonormale Projektion von Element A zur Ebene von Element B vollständig innerhalb von Element B angeordnet ist. Die Reflexionsschicht und der Maskierungsstreifen können in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe auch kongruent zueinander angeordnet sein. Die Anordnung der Reflexionsschicht vor dem Maskierungsstreifen erhöht den Kontrast von virtuellen Bildern, sie führt aber auch zu einem farblich homogenen und gut erkennbaren Anzeigebereich. Durch den höheren Kontrast können Lichtquellen mit einem geringeren Energieverbrauch eingesetzt werden. Ein großer Vorteil ist die gute visuelle Erkennbarkeit der virtuellen Orientierungsinformation, um das Auftreten
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Maskierungsstreifen im umlaufenden Randbereich der Verbundscheibe angeordnet und in einem zur Motorkante der Fahrzeugscheibe benachbarten Abschnitt des umlaufenden Randbereichs verbreitert. Die opake Schicht weist vorzugsweise eine Breite von 10 cm oder mehr, besonders bevorzugt 20 cm oder mehr, insbesondere 30 cm oder mehr auf. Die Reflexionsschicht ist fahrzeuginnenraumseitig des Maskierungsstreifens angeordnet. Die Reflexionsschicht ist so angeordnet, dass der verbreiterte Bereich des Maskierungsstreifens die Reflexionsschicht vollständig überdeckt. Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für die Verwendung in Fahrzeugen, in dem die Projektionsanordnung als Alternative zu im Armaturenbrett verbauten Displays verwendet werden kann.
Die Reflexionsschicht kann vor dem Maskierungsstreifen angeordnet sein. Bevorzugt ist die Reflexionsschicht auf dem Maskierungsstreifen aufgebracht.
Die einzelnen Schichten der Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe sind vorzugsweise in einer der folgenden Reihenfolgen angeordnet:
• Außenscheibe - Maskierungsstreifen - Reflexionsschicht - thermoplastische Zwischenschicht - Innenscheibe,
• Außenscheibe - Maskierungsstreifen - innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnete Reflexionsschicht - Innenscheibe,
• Außenscheibe - Maskierungsstreifen - thermoplastische Zwischenschicht -
Reflexionsschicht - Innenscheibe,
• Außenscheibe - Maskierungsstreifen - thermoplastische Zwischenschicht -
Innenscheibe - Reflexionsschicht,
• Außenscheibe - innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnete Maskierungsstreifen - Reflexionsschicht - Innenscheibe,
• Außenscheibe - innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnete Maskierungsstreifen - Innenscheibe - Reflexionsschicht,
• Außenscheibe - thermoplastische Zwischenschicht - Maskierungsstreifen - Innenscheibe - Reflexionsschicht und
• Außenscheibe - thermoplastische Zwischenschicht - Innenscheibe - Maskierungsstreifen - Reflexionsschicht.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus transparentem Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Ist die Fahrzeugscheibe eine einzelne Scheibe ist sie bevorzugt aus transparentem Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheibe oder die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen einzelnen Scheiben kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm. Die Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet "transparent", dass der Lichttransmissionsgrad für sichtbares Licht 15 % oder höher, bevorzugt 50 % oder höher, ist. Insbesondere bedeutet „transparent“, dass die Summe der Lichtdurchlässigkeit aller Schichten der Verbundscheibe den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben entspricht und die Fahrzeugscheibe in einem Durchsichtbereich für sichtbares Licht bevorzugt einen T ransmissionsgrad (nach ISO 9050:2003) von mehr als 70 %, insbesondere mehr als 75 %, aufweist. Entsprechend bedeutet "opak" eine Lichttransmission von weniger als 15 %, bevorzugt weniger als 10 %, besonders bevorzugt weniger als 5 % und insbesondere weniger 0,1 %.
Die thermoplastische Zwischenschicht ist bevorzugt als mindestens eine thermoplastische Verbundfolie ausgebildet und ist auf Basis von Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB) und zusätzlich dem Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Weichmacher ausgebildet. Bevorzugt enthält die thermoplastische Folie mindestens einen Weichmacher.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht nach der Lamination des Schichtstapels bevorzugt von 0,25 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch aus einer Folie ausgebildet sein, die bereichsweise gefärbt und damit opak ist. Der Maskierungsstreifen kann auch ein Bestandteil der thermoplastischen Zwischenschicht sein. Die Zwischenschicht kann auch aus mehr als einer Folie ausgebildet sein, wobei die mindestens zwei Folien sich über unterschiedliche Bereiche der Fläche der Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe erstrecken. Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch eine funktionale thermoplastische Folie sein, insbesondere eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung reflektierende Folie, eine Infrarotstrahlung absorbierende Folie und/oder eine UV-Strahlung absorbierende Folie. So kann die thermoplastische Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein.
Die Fahrzeugscheibe als einzelne Scheibe, die Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe, die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe können eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise haben sie keine Schattenzonen, so dass sie effizient durch Kathodenzerstäubung beschichtet werden können. Bevorzugt sind sie plan oder leicht oder stark in eine Richtung oder in mehrere Richtungen des Raumes gebogen
Ist etwas „auf Basis“ eines polymerischen Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich, also zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und insbesondere zu mindestens 70%, aus diesem Material. Es kann also noch weitere Materialien wie beispielsweise Stabilisatoren oder Weichmacher enthalten
Die Reflexionsschicht wird bevorzugt durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf die Fahrzeugscheibe als einzelne Scheibe oder die Innenscheibe oder die Außenscheibe aufgebracht, besonders bevorzugt durch Kathodenzerstäubung („Sputtern“), ganz besonders bevorzugt durch magnetfeldunterstütze Kathodenzerstäubung („Magnetronsputtern“). Die Reflexionsschicht wird bevorzugt vor der Lamination aufgebracht. Statt die Reflexionsschicht auf eine Scheibe aufzubringen, kann sie grundsätzlich auch auf einer T rägerfolie bereitgestellt werden, die innerhalb der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet ist.
Die Reflexionsschicht umfasst vorzugsweise mindestens ein Metall ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminium, Magnesium, Zinn, Indium Titan, Tantal, Niob, Nickel, Kupfer, Chrom, Cobalt, Eisen, Mangan, Zirkonium, Cer, Scandium Yttrium, Silber, Gold, Platin und Palladium, Ruthenium oder Mischungen davon. Aluminium, Titan, Nickel-Chrom und/oder Nickel werden bevorzugt auf der Fahrzeugscheibe als einzelne Scheibe oder der Innenscheibe oder der Außenscheibe aufgebracht, da sie eine hohe Reflexion für p- polarisiertes oder s-polarisiertes Licht aufweisen können. Sie eignen sich somit besonders als Bestandteil einer Projektionsanordnung. Die Reflexionsschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 10 nm (Nanometer) bis 100 pm (Mikrometer), besonders bevorzugt von 50 nm bis 50 pm, insbesondere von 100 nm bis 5 pm auf. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Reflexionsschicht eine Beschichtung, enthaltend einen Dünnschichtstapel, also eine Schichtenfolge dünner Einzelschichten. Dieser Dünnschichtstapel enthält eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten auf Basis von Nickel, Nickel-Chrom, Titan und/oder Aluminium. Die elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Nickel, Nickel-Chrom, Titan und/oder Aluminium verleiht der Reflexionsschicht grundlegende reflektierende Eigenschaften und außerdem eine IR- reflektierende Wirkung und eine elektrische Leitfähigkeit. Die elektrisch leitfähige Schicht ist auf Basis von Nickel, Nickel-Chrom, Titan und/oder Aluminium ausgebildet. Die leitfähige Schicht enthält bevorzugt mindestens 90 Gew. % Nickel, Titan und/oder Aluminium, besonders bevorzugt mindestens 99 Gew. % Aluminium, ganz besonders bevorzugt mindestens 99,9 Gew. % Nickel, Titan und/oder Aluminium. Die Schicht auf Basis von Aluminium, Nickel-Chrom, Nickel und/oder Titan kann Dotierungen aufweisen, beispielsweise Palladium, Gold, Kupfer oder Silber. Materialen auf der Basis von Aluminium, Nickel, Nickel- Chrom, und/oder Titan sind besonders geeignet, um Licht, besonders bevorzugt p- polarisiertes Licht, zu reflektieren. Die Verwendung von Nickel, Nickel-Chrom, Titan und/oder Aluminium in Reflexionsschichten hat sich als besonders vorteilhaft bei der Reflexion von Licht erwiesen. Aluminium, Nickel, Nickel-Chrom, und/oder Titan sind im Vergleich zu vielen anderen Metallen wie beispielsweise Gold oder Silber deutlich günstiger. Die Einzelschichten des Dünnschichtstapels weisen vorzugsweise eine Dicke von 10 nm bis 1 pm auf. Der Dünnschichtstapel weist vorzugsweise 2 bis 20 Einzelschichten und insbesondere 5 bis 10 Einzelschichten auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Reflexionsschicht eine reflektierende Folie, die metallfrei ist und sichtbare Lichtstrahlen mit einer p-Polarisation reflektiert. Die Reflexionsschicht ist dann vorzugsweise eine Folie, die auf Basis synergetisch miteinander wirkenden Prismen und reflektierender Polarisatoren funktioniert. Derartige Folien zur Verwendung von Reflexionsschichten sind im Handel erhältlich, beispielsweise von der 3M Company. Auf diese Weise kann eine aufwendige Metallabscheidung vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Reflexionsschicht ein holographisches optisches Element (HOE). Mit dem Ausdruck HOE sind Elemente gemeint, die auf dem Funktionsprinzip der Holographie beruhen. HOE verändern Licht im Strahlengang durch die im Hologramm meist als Veränderung des Brechungsindex gespeicherte Information. Ihre Funktion basiert auf der Überlagerung verschiedener ebener oder sphärischer Lichtwellen, deren Interferenzmuster den gewünschten optischen Effekt bewirkt. HOE werden im Transportbereich beispielsweise bereits in Head-Up-Displays eingesetzt. Der Vorteil bei der Verwendung eines HOE im Vergleich zu einfach reflektierenden Schichten ergibt sich aus einer größeren geometrischen Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Anordnung von Augen- und Bildanzeigenposition sowie den jeweiligen Neigungswinkeln, z.B. von Lichtquelle und Reflexionsschicht. Des Weiteren werden bei dieser Variante Doppelbilder besonders stark reduziert oder sogar verhindert. HOE eigenen sich für Darstellungen von realen Bildern oder aber auch virtuellen Bildern in unterschiedlichen Bildweiten. Darüber hinaus kann der geometrische Winkel der Reflexion mit dem HOE eingestellt werden, sodass sich beispielsweise bei einer Anwendung in einem Fahrzeug die für den Fahrer übermittelten Informationen aus dem gewünschten Blickwinkel sehr gut darstellen lassen.
Sind dünne Schichten (Dünnschichten) „auf Basis“ eines Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich also mindestens zu 90 % aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen also mindestens zu 99 % aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen.
Die Reflexionsschicht reflektiert bevorzugt mindestens 10 %, besonders bevorzugt mindestens 50 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 % eines von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes. Die Reflexionsschicht reflektiert vorzugsweise p-polarisiertes und s-polarisiertes Licht zu gleichen Anteilen, sie kann aber auch p-polarisiertes Licht und s-polarisiertes Licht unterschiedlich stark reflektieren. Das von der Reflexionsschicht reflektierte Licht ist vorzugsweise sichtbares Licht, also Licht in einem Wellenlängenbereich von ca. 380 nm bis 780 nm. Die Reflexionsschicht weist vorzugsweise einen hohen und gleichmäßigen Reflexionsgrad (über verschiedene Einstrahlwinkel) gegenüber p-polarisierter und/oder s-polarisierter Strahlung auf, so dass eine intensitätsstarke und farbneutrale Bild-Darstellung gewährleistet ist. Die Reflexionsschicht reflektiert das von der Lichtquelle auf sie gestrahlte Licht, also die projizierte visuelle Orientierungsinformation, zumindest teilweise, vorzugsweise mehrheitlich, insbesondere vollständig, in den Fahrzeuginnenraum.
Der Reflexionsgrad beschreibt den Anteil der insgesamt eingestrahlten Strahlung, der reflektiert wird. Er wird in % angegeben (bezogen auf 100% eingestrahlte Strahlung) oder als einheitenlose Zahl von 0 bis 1 (normiert auf die eingestrahlte Strahlung). Aufgetragen in Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet er das Reflexionsspektrum. Die Ausführungen zum Reflexionsgrad gegenüber sichtbarer Strahlung (also sichtbaren Licht) beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den Reflexionsgrad gemessen mit einem Einfallswinkel von 65° zur innenraumseitigen Flächennormalen. Die Angaben zum Reflexionsgrad beziehungsweise zum Reflexionsspektrum beziehen sich auf eine Reflexionsmessung mit einer Lichtquelle, die im betrachteten Spektralbereich gleichmäßig abstrahlt mit einer normierten Strahlungsintensität von 100%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fahrzeugscheibe eine reflexionssteigernde Beschichtung, welche innenraumseitig vor der Reflexionsschicht angeordnet ist. Die reflexionssteigernde Beschichtung überdeckt vorzugsweise in Durchsicht durch Fahrzeugscheibe in Blickrichtung von Innenfläche zur Außenfläche der Fahrzeugscheibe die Reflexionsschicht vollständig oder ist kongruent mit dieser angeordnet. Die reflexionssteigernde Beschichtung reflektiert sichtbares Licht zu mindestens 10 %, bevorzugt zu mindestens 20%, besonders bevorzugt zu mindestens 28%. Bevorzugt reflektiert die reflexionssteigernde Beschichtung sichtbares Licht zu maximal 30 %. Die reflexionssteigernde Beschichtung weist bevorzugt einen Lichttransmissionsgrad für Licht im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 % auf. Das Licht der Lichtquelle wird somit nicht nur an der Reflexionsschicht, sondern auch teilweise an der reflexionssteigernden Beschichtung reflektiert. Dies erhöht den Reflexionsgrad für die Strahlung der Lichtquelle. Reflexionssteigernde Beschichtungen sind dem Fachmann allgemein bekannt und beispielsweise in der Schrift WO2021209201 A1 beschrieben.
Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, fest verbaut im Fahrzeug zu sein. Die Steuereinheit und damit der Sensor und der Prozessor sowie die Lichtquelle sind dazu vorgesehen mit einer Spannungsquelle verbunden zu sein. Vorzugsweise sind die Steuereinheit und die Lichtquelle mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Spannungsquelle ist vorzugsweise das typischerweise in Fahrzeugen vorhandene Bordnetz.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Sensor einen Beschleunigungssensor, einen magnetischen Sensor und/oder ein Gyroskop. Hiermit lassen sich besonders exakte Daten zur Erzeugung visueller Orientierungsinformationen erstellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der Sensor einen zweiachsigen oder bevorzugt dreiachsigen Beschleunigungssensor, um visuelle Orientierungsinformationen für das Wanken bzw. Rollen und Nicken des Fahrzeugs zu erzeugen, was als Beispiel und nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen ist. Der Sensor kann alternativ auch aus einem oder mehreren Beschleunigungssensoren bestehen.
Der Sensor kann auch statt dem Beschleunigungssensor oder zusätzlich zum Beschleunigungssensor einen oder mehrere magnetische Sensoren enthalten. Alternativ besteht der Sensor aus einem oder mehreren magnetischen Sensoren. Die magnetischen Sensoren erfassen bevorzugt Bewegungsdaten und Neigungsdaten, die das Gieren des Fahrzeugs beschreiben. So kann der Benutzer eine visuelle Bestätigung von Rotationsänderungen erhalten, die nach links oder rechts um eine vertikale Achse erfolgen. Höhenveränderungen können dem Benutzer ebenfalls durch visuelle Orientierungsinformationen mitgeteilt werden, ebenso wie andere nützliche, aber nicht orientierungsbezogene Informationen (z. B. Kartierung oder Nachrichten).
Der Sensor umfasst bevorzugt ein Gyroskop oder mehrere Gyroskope. Bevorzugt besteht der Sensor aus einem Gyroskop oder aus mehreren Gyroskopen. Der Sensor kann auch aus einem oder mehreren Beschleunigungssensoren, Gyroskopen und/oder magnetischen Sensoren bestehen oder diese enthalten. Das Gyroskop eignet sich besonders bevorzugt, um Bewegungsdaten und Neigungsdaten zu erfassen, welche das Gieren des Fahrzeugs beschreiben. Gyroskope lassen sich gut mit Beschleunigungssensoren kombinieren.
Werden mehrere Gyroskope, Beschleunigungssensoren und/oder magnetische Sensoren verwendet, können die durch diese Sensoren erfassten Bewegungsdaten und Neigungsdaten miteinander abgeglichen und beispielsweise gemittelt werden.
Beschleunigungssensoren erfassen die Geschwindigkeitsänderung einer linearen Bewegung. Gyroskope messen die Rotationsgeschwindigkeit einer Drehbewegung (Gieren). 3-Achsen- Gyroskope und 3-Achsen-Beschleunigungssensoren lassen sich kombinieren, um zwei verschiedene physikalische Größen entlang von sechs Achsen zu erkennen und damit die Bewegung eines Objektes in drei Dimensionen zu erfassen.
Die Beschleunigungssensoren reagieren auf das Gravitationsfeld der Erde, das in Größe und Richtung relativ konstant ist. Der Betrag der Winkelneigung oder Beschleunigung, den jeder der Beschleunigungssensoren erfährt, wird vorzugsweise in Form einer Spannung an den Prozessor weitergeleitet, die proportional zur Änderung zwischen der Grundlinienposition (d. h. der Ruheposition) und jeder neu gemessenen Position ist. Ebenso reagieren die magnetischen Sensoren auf Änderungen des Erdmagnetfeldes. Bei einem konstanten Stromeingang ändert sich der Widerstand des magnetischen Sensors proportional zu den Änderungen der Magnetfeldstärke. Daher liefert der magnetische Sensor auch eine Spannung, die eine Positionsänderung von einer Grundlinienposition anzeigt. Das Gyroskop misst vorzugsweise die Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse des Fahrzeugs (Gieren). Das Gyroskop gibt eine Spannung aus, um diese Winkelgeschwindigkeit zu beschreiben. Die Winkelgeschwindigkeits-Empfindlichkeit, in der gemessen wird ist mV/7s, was bedeutet, dass jeder ausgegebenen Spannung eine Winkelgeschwindigkeit zugeordnet werden kann. Die Funktionsweise von Gyroskopen, Beschleunigungssensoren und magnetischen Sensoren sind dem Fachmann allgemein! bekannt. Die Bewegung Rollen (Wanken), Nicken (Stampfen) und Gieren (Schlingern) sind dem Fachmann ebenfalls bekannt und sind beispielsweise genauer in der DIN ISO 8855 Straßenfahrzeuge - Fahrzeugdynamik und Fahrverhalten - Begriffe (ISO 8855:2011) beschrieben.
Der Prozessor umfasst vorzugsweise ein Rechenwerk, einen konventionellen RAM- (engl. Random-Access Memory) Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher. Die Grundlinienposition eines Fahrzeugs ist vorzugsweise auf dem nichtflüchtigen Speicher des Prozessors gespeichert und kann zur Bestimmung einer relativen Positionsänderung des Fahrzeugs als Referenz aus diesem Speicher abgerufen werden.
Die Grundlinienposition eines Fahrzeugs stellt vorzugsweise die Ruheposition des Fahrzeugs dar, also wenn das Fahrzeug auf einem flachen waagerechten Untergrund steht und nicht in Bewegung ist. Alternativ kann auch ein sich in Bewegung befindliches Fahrzeug, das sich mit einer linearen Geschwindigkeit bewegt, die Grundlinienposition des Fahrzeugs sein. Die Grundlinienposition hängt von der Art des Fahrzeugs und der für das Fahrzeug vorgesehenen Streckenführung ab. Zur Bestimmung einer Grundlinienposition für eine Seilbahn oder ein Schiff wird das Fahrzeug beispielsweise vorzugsweise nicht auf einen flachen waagerechten Untergrund abgestellt. Die Grundlinienposition des Fahrzeugs kann vorzugsweise von der Steuereinheit bestimmt werden.
In eine besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die visuellen Orientierungsinformationen in der Form eines künstlichen Horizontes dargestellt. Der künstliche Horizont zeigt eine direkte, bildliche Lage des Fahrzeugs in Relation zur Erdoberfläche. Der künstliche Horizont zeigt vorzugsweise eine Orientierungslinie, die quer über das projizierte Bild verläuft und welche den Horizont darstellt. Ein Bereich oberhalb der Orientierungslinie (oberer Bereich stellt vorzugsweise den Himmel dar und ist beispielsweise blau dargestellt. Der Bereich unterhalb der Orientierungslinie (unterer Bereich) stellt vorzugsweise die Erde dar und ist beispielsweise braun oder schwarz dargestellt. Je nach Bewegung und Lage des Fahrzeugs verändern der obere Bereich und der untere Bereich ihre Position und Form. Die Orientierungslinie bleibt vorzugsweise konstant und verändert nicht ihre Position oder Form. Dem Fachmann ist die Funktionsweise künstlicher Horizonte bekannt. Die Funktionsweise und beispielhafte Darstellungen sind beispielsweise aus US5966680A („artificial labyrinth“), DE1473945A1 und US2413399A bekannt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmt der Prozessor die relative Positionsänderung des Fahrzeugs auf Grundlage der Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Sensors sowie auf Grundlage von Daten einer Trajektorienplanung. Mit Trajektorie ist die Beschreibung eines Pfades gemeint, welchen das mit der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ausgestattete Fahrzeug innerhalb der nächsten Sekunden oder Millisekunden folgen soll, sowie das Geschwindigkeitsprofil, welches für jeden Punkt entlang des Pfades eine Sollgeschwindigkeit (also wahrscheinliche Geschwindigkeit oder angestrebte Geschwindigkeit des Fahrzeugs) vorgibt. Die Daten einer Trajektorienplanung sind also abhängig von der Geschwindigkeit, Fahrrichtung und Beschleunigung des Fahrzeugs, gleichzeitig jedoch auch abhängig von statischen Hindernissen (Bäume, parkende Autos - unbeweglichen Hindernissen) und dynamischen Hindernissen (fahrende Autos, Fußgänger - bewegende Hindernisse). Die Einbeziehung von Daten einer Trajektorienplanung zur Bestimmung der relativen Positionsänderung des Fahrzeugs ist besonders vorteilhaft, wenn das Fahrzeug autonom fährt, also ein selbstfahrendes Fahrzeug ohne menschlichen Fahrer ist.
Die Daten der Trajektorienplanung können beispielsweise anhand von Sensordaten, Kartendaten und/oder GPS (Global Positioning System) -Daten ermittelt werden. Vorzugsweise ermittelt der Prozessor die Daten der T rajektorienplanung alternativ werden die Daten der Trajektorienplanung an den Prozessor übermittelt. Die GPS-Daten des Fahrzeugs können vorzugsweise über einen GPS-Empfänger, welcher vom Fahrzeug oder von der Steuereinheit umfasst wird, ermittelt werden. Alternativ zu GPS-Daten können auch andere Positionsdaten, welche beispielsweise mittels Galileo-Satellitennavigation, GLONASS- Satellitennavigation oder Beidou-Satellitennavigation ermittelt werden, vom Prozessor verwendet werden. Die Sensordaten können beispielsweise mittels eines optischen Sensors, welcher die Umgebung des Fahrzeugs optisch abtastet, bestimmt werden. Kartendaten sind beispielsweise auf dem nichtflüchtigen Speicher des Prozessors gespeichert und können zur Bestimmung der Daten der Trajektorienplanung verwendet werden. Mit Kartendaten sind geografische Informationen über die Erdoberfläche gemeint. Vorzugsweise werden die Daten der Trajektorienplanung auf Basis der Kartendaten und der GPS-Daten ermittelt, besonders bevorzugt aus Basis der Kartendaten, der Sensordaten und der GPS-Daten. Verfahren zur Bestimmung von Daten der Trajektorienplanung sind dem Fachmann bekannt und sind beispielsweise in DE102016007563A1 , DE102008061910A1 und DE102019119656A1 genauer beschrieben.
Die Strahlung (also das Licht) der Lichtquelle kann s- oder p-polarisierte Strahlung sein. Vorzugsweise ist die Strahlung zumindest mit einem Anteil von mehr als 50 % p-polarisiert, wobei der Anteil der p-polarisierten Strahlung bevorzugt, mindestens 80% beträgt. Die Strahlung der Lichtquelle ist besonders bevorzugt vollständig, also 100 %, oder nahezu vollständig p-polarisiert (im Wesentlichen rein p-polarisiert). P-polarisiertes Licht bietet sich besonders dann an, wenn die Reflexionsschicht zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist, da es mit p-polarisiertem Licht zu weniger Doppelbilder aufgrund von Reflexionen an der Innenscheibe kommt. Weiterhin ist das reflektierte virtuelle Bild auch für Träger von polarisationsselektiven Sonnenbrillen erkennbar, welche typischerweise nur p- polarisierte Strahlung passieren lassen und s-polarisierte Strahlung blocken.
Die Angabe der Polarisationsrichtung bezieht sich dabei auf die Einfallsebene der Strahlung auf der Verbundscheibe. Mit p-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld in der Einfallsebene schwingt. Mit s-polarisierter Strahlung wird eine Strahlung bezeichnet, deren elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene schwingt. Die Einfallsebene wird durch den Einfallsvektor und die Flächennormale der Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe im geometrischen Zentrum des bestrahlten Bereichs aufgespannt.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise ein Liqiud-crystal- (LCD-) Display, Thin-Film-Transistor- (TFT-) Display, Light-Emitting-Diode- (LED-) Display, Organic-Light-Emitting-Diode- (OLED-) Display, Electroluminescent- (EL-) Display oder microLED-Display.
Das Licht der Lichtquelle trifft vorzugsweise in einem Einfallswinkel von 50° bis 75°, bevorzugt von 62° bis 68° auf die Innenfläche der Fahrzeugscheibe. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor des auftreffenden Lichtes und der fahrzeuginnenraumseitigen Flächennormale (also die Flächennormale auf die innenraumseitige externe Oberfläche der Verbundscheibe). Der Einfallswinkel des Lichts auf die Fahrzeugscheibe wird bei typischen HUD-Anordnungen oder Projektionsanordnungen, die auf einer ähnlichen Technik basieren, mit 65° approximiert. Zur Ermittlung des Einfallswinkels wird üblicherweise das geometrische Zentrum des Anzeigebereichs also der von der Lichtquelle bestrahlte Bereich der Reflexionsschicht herangezogen. Da aber nicht ein einzelner Punkt, sondern eine Fläche (nämlich der jeweilige Bereich) bestrahlt werden und zudem das Licht in gewissen Grenzen eingestellt werden kann (über Projektionselemente wie Linsen und Spiegeln), damit das virtuelle Bild von Betrachtern unterschiedlicher Körpergröße wahrnehmbar ist, tritt in der Realität eine Verteilung von Einfallswinkeln in den bestrahlten Bereichen auf. Diese Verteilung von Einfallswinkeln muss bei der Konzeption der Projektionsanordnung zugrunde gelegt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.
Die vorstehenden Ausführungen und bevorzugten Ausgestaltungen im Zusammenhang mit der Projektionsanordnung gelten für das Verfahren gleichermaßen. Die nachstehenden Ausführungen und bevorzugten Ausgestaltungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten für die Projektionsanordnung gleichermaßen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung von visuellen Orientierungsinformationen in einer Projektionsanordnung. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Verfahrensschritte:
(A) Es werden Bewegungsdaten und Neigungsdaten eines Fahrzeugs, in welches die Projektionsanordnung eingebaut ist, mittels des Sensors erfasst.
(B) Es wird eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs gegenüber einer Grundlinienposition des Fahrzeugs auf Basis der Bewegungsdaten und Neigungsdaten mittels des Prozessors bestimmt.
(C) Es werden visuelle Orientierungsinformationen auf Basis der relativen Positionsänderung des Fahrzeugs mittels des Prozessors berechnet.
(D) Es werden die visuellen Orientierungsinformationen mittels der Lichtquelle auf die Reflexionsschicht projiziert. Bei der Messung der Bewegungsdaten und Neigungsdaten mittels des Sensors wird vorzugsweise mindestens alle 10 Millisekunden (ms) an jedem elektrischen Ausgang jeder Achse (welche die Bewegung wiederspiegeln) des Sensors eine elektrische Spannung abgetastet. Nach mindestens 5, bevorzugt 8, besonders bevorzugt 12 Abtastzyklen (120 ms) wird die elektrische Spannung des Sensors für jede Achse gemittelt und mit der Grundlinienposition des Fahrzeugs (d. h. im Ruhezustand) verglichen (Erfassung der Bewegungsdaten und Neigungsdaten). Anschließend werden die Bewegungsdaten und Neigungsdaten an den Prozessor übermittelt und mittels des Prozessors in visuelle Orientierungsinformationen übersetzt. Das von der Lichtquelle projizierte Bild auf die Reflexionsschicht wird mehrmals pro Sekunde (mindestens alle 10 ms, bevorzugt alle 50 ms, besonders bevorzugt mindestens alle 150 ms) aktualisiert, so dass die relative Positionsänderung des Fahrzeugs rechtzeitig an das Auge zur Weiterleitung an das Gehirn des Benutzers übermittelt werden kann. In Experimenten wurde festgestellt, dass eine solche Rückmeldung die sensorische Fehlanpassung zwischen den physischen Eindrücken (Fahrbeschleunigung, Neigung und Gravitation) und dem Vestibularsystem beseitigt, so dass viele Menschen, die unter Schwindel oder Reisekrankheit leiden, Linderung erfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einer Programmschleife wiederholt, bis das Programm beendet wird. Die Reihenfolge des Verfahrens geht von (A) bis (D), wobei bei Erreichen des Verfahrensschritt (D) automatisch wieder mit Verfahrensschritt (A) begonnen wird usw. Vorzugsweise wird das Programm am Ende des vierten Verfahrensschritt (D) durch einen Befehl (beispielsweise Drücken eines ,,Ende“-Knopfes) beendet. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch durch das Herunterfahren des Motors des Fahrzeugs automatisch beendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durch einen elektronischen Befehl (beispielsweise Drücken eines „Start“- Knopfes) gestartet. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch durch das Starten des Motors des Fahrzeugs automatisch gestartet werden.
Vorzugsweise wird nach Einbau der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in ein Fahrzeug einmalig oder mehrmalig eine Grundlinienposition des Fahrzeugs bestimmt. Dies kann als Kalibrierung der Steuereinheit betrachtet werden.
(AA) Eine Grundlinienposition des Fahrzeugs wird erfasst. Vorzugsweise wird die Grundlinienposition mittels der Steuereinheit und des Prozessors erfasst. Der Verfahrensschritt (AA) wird vorzugsweise vor dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.
Um die Grundlinienposition des Fahrzeugs zu erhalten, wird das Fahrzeug auf einer stabilen, sich nicht bewegenden Oberfläche platziert. Der Sensor misst den Zustand des Fahrzeugs und übermittelt die Bewegungsdaten und Neigungsdaten an den Prozessor. Der Prozessor verarbeitet diese Bewegungsdaten und Neigungsdaten und bestimmt so eine Grundlinienposition des Fahrzeugs, welche als Referenz gespeichert wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, wobei die Fahrzeugscheibe bevorzugt eine Dachscheibe, Windschutzscheibe, Seitenscheibe oder Heckscheibe eines Fahrzeugs oder eine andere Fahrzeugverglasung, insbesondere eine Windschutzscheibe ist. Beispielsweise ist die Fahrzeugscheibe eine Trennscheibe in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Schienenfahrzeug, einem Auto oder einem Bus.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Die Figuren sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur 1 einen Fahrzeuginnenraum mit einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung,
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Projektionsanordnung aus Figur 1 ,
Figur 3 eine Querschnittansicht der Projektionsanordnung aus Figur 1 ,
Figur 4a-4e alternative Darstellungen der visuellen Orientierungsinformationen und
Figur 5 ein Flussdiagram mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Aspekte der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100. Figur 1 zeigt eine Innenansicht einer Fahrerkabine, in die eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 eingebaut wurde. Die Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt Z der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 wie in Figur 1 angedeutet. Die Querschnittansicht von Figur 3 entspricht der Schnittlinie A-A‘ der Verbundscheibe 1 , wie in Figur 1 angedeutet ist.
In Figur 1 ist eine Fahrerkabine eines Fahrzeugs 101 zu sehen. Die Fahrzeugscheibe 1 der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 ist als Windschutzscheibe in das Fahrzeug 101 eingebaut. Die Fahrzeugscheibe 1 ist eine Verbundscheibe, welche eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei die Oberkante und die Unterkante verbindende Seitenkanten aufweist. Mit der Unterkante (auch Motorkante genannt) der Fahrzeugscheibe 1 ist die Kante gemeint, welche dem Boden zugewandt ist. Mit der Oberkante (auch Dachkante genannt) der Fahrzeugscheibe 1 ist die Kante gemeint, welche dem Fahrzeugdach zugewandt ist.
Die Fahrzeugscheibe 1 weist einen mit einer Reflexionsschicht 2 versehenen Randbereich auf, welcher von Lichtquellen 3 bestrahlt wird. Die Lichtquellen 3 sind im Armaturenbrett des Fahrzeugs 101 eingesetzt. Der Randbereich erstreckt sich entlang und angrenzend zur Unterkante der Fahrzeugscheibe 1 von der linken A-Säule zur rechten A-Säule des Fahrzeugs 101. Die Reflexionsschicht kann auch auf einem Randbereich der Fahrzeugscheibe 1 angrenzend zur Oberkante angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Die Reflexionsschicht 2 ist Bestandteil der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100, welche sich rechts auf der Beifahrerseite befindet. Außerdem ist die Reflexionsschicht 2 Bestandteil einer weiteren Projektionsanordnung 102, welche sich links auf der Fahrerseite befindet.
Die Reflexionsschicht 2 überlappt bereichsweise mit einem opaken Maskierungsstreifen 10. Der Maskierungsstreifen 10 ist in einem umlaufenden Randbereich (peripherer Randbereich) der Fahrzeugscheibe 1 angeordnet und im zur Unterkante der Fahrzeugscheibe 1 , insbesondere Nahe der Fahrerseite und der Beifahrerseite, angrenzenden Bereich verbreitert. Die Reflexionsschicht 2 ist fahrzeuginnenraumseitig zum Maskierungsstreifen 10 angeordnet, also näher zum Fahrzeuginnenraum 8 angeordnet als der Maskierungsstreifen 10. Die Reflexionsschicht 2 wird in Durchsicht durch die Fahrzeugscheibe 1 von der äußeren Umgebung 9 aus betrachtet vollständig vom Maskierungsstreifen 10 verdeckt (siehe Figur 3).
Die Lichtquelle 3 der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 projiziert visuelle Orientierungsinformationen 4 auf die Reflexionsschicht 2. Die visuellen Orientierungsinformationen 4 sind beispielsweise ein künstlicher Horizont. Fahrer oder Passagiere des Fahrzeugs 1 können zur Vermeidung von Reisekrankheiten den Blick auf die visuellen Orientierungsinformationen 4 richten. Dies ist insbesondere bei selbstfahrenden Autos sehr vorteilhaft. Bei einer Kurvenfahrt z.B. registriert das Gleichgewichtsorgan eine seitliche Beschleunigung, während der Körper mehr oder weniger unbeweglich im Autositz sitzt. Die visuellen Orientierungsinformationen 4 reduzieren den Effekt, dass Informationen der verschiedenen Sinnesorgane nicht aufeinander abgestimmt sind.
Die weitere Projektionsanordnung 102 kann ebenfalls visuelle Orientierungsinformationen 4 abbilden (hier nicht gezeigt) im vorliegenden Fall wird diese jedoch zur Abbildung von anderen Informationen, die üblicherweise mittels Displays im Armaturenbrett angezeigt werden, verwendet. Die projizierten Bilder in der weiteren Projektionsanordnung 102 können Uhrzeit, Fahrtgeschwindigkeit, Motordrehzahl oder Angaben eines Navigationssystems, oder auch das Bild einer rückwärts gerichteten Kamera darstellen.
In Figur 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt Z der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung 100 aus Figur 1 gezeigt. Der vergrößerte Ausschnitt Z ist in Figur 1 durch eine kreisförmige gestrichelte Linie angedeutet. Figur 3 zeigt eine Querschnittansicht eines an die Unterkante der Fahrzeugscheibe 1 angrenzenden Randbereiches, der Lichtquelle 3 und einer Steuereinheit 5 wie durch die Schnittlinie A-A‘ in Figur 1 angedeutet.
Die Fahrzeugscheibe 1 ist beispielsweise eine Verbundscheibe, welche eine Außenscheibe 11 , eine Innenscheibe 12 und eine zwischen der Außenscheibe 11 und der Innenscheibe 12 flächig angeordnete thermoplastische Zwischenschicht 13 umfasst. Die Außenscheibe 2 weist eine von der thermoplastischen Zwischenschicht 4 abgewandte außenseitige Oberfläche I und eine der thermoplastischen Zwischenschicht 4 zugewandte innenraumseitige Oberfläche II auf. Die Innenscheibe 3 weist eine der thermoplastischen Zwischenschicht 4 zugewandte außenseitige Oberfläche III und eine von der thermoplastischen Zwischenschicht 4 abgewandte innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die außenseitige Oberfläche I der Außenscheibe 11 ist auch gleichzeitig die Oberfläche der Fahrzeugscheibe 1 , welche der äußeren Umgebung 9 zugewandt ist, und die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 12 ist auch gleichzeitig die Oberfläche der Fahrzeugscheibe 1 , welche dem Fahrzeuginnenraum 8 zugewandt ist. Die Fahrzeugscheibe 1 weist beispielsweise eine für Windschutzscheiben übliche Form und Krümmung auf.
Die Außenscheibe 11 und die Innenscheibe 12 bestehen jeweils aus Glas, vorzugsweise thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und sind für sichtbares Licht transparent. Die Außenscheibe 11 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf und die Innenscheibe 12 beispielseiweise eine Dicke von 1 ,5 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht 13 umfasst einen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET).
Auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 12 ist der Maskierungsstreifen 10 aufgebracht, welcher sich, wie in Figur 1 angedeutet, rahmenförmig über die Fahrzeugscheibe 1 erstreckt. Der Maskierungsstreifen 10 ist opak und verhindert die Sicht auf innenseitig der Fahrzeugscheibe 1 angeordnete Strukturen, beispielsweise eine Kleberaupe zum Einkleben der Fahrzeugscheibe 1 in eine Fahrzeugkarosserie. Der opake Maskierungsstreifen 10 besteht aus einem herkömmlicherweise für Schwarzdrücke verwendetem, elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise eine schwarz eingefärbte Siebdruckfarbe, die eingebrannt ist. Die Reflexionsschicht 2 ist fahrzeuginnenraumseitig auf dem Maskierungsstreifen 10 aufgebracht. Das bedeutet, dass die Reflexionsschicht 2 näher zum Fahrzeuginnenraum 8 angeordnet ist als der Maskierungsstreifen 10. Die Reflexionsschicht 5 überdeckt zumindest bereichsweise die opake Schicht 10. Die Reflexionsschicht 2 ist beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung auf den Maskierungsstreifen 10 aufgebracht worden und auf Basis von Nickel-Chrom ausgebildet. Die Reflexionsschicht 2 ist geeignet, sichtbares Licht zu mindestens 10 % zu reflektieren. Vorzugsweise reflektiert die Reflexionsschicht 2 mindestens 50 % von auf sie auftreffendem sichtbaren Licht. Der Maskierungsstreifen 10 und die Reflexionsschicht 2 können alternativ zu der hier gezeigten Darstellung auch zwischen der Außenscheibe 11 und der Innenscheibe 12 angeordnet sein. Die Reflexionsschicht 2 kann auch selbst opak sein und nicht überdeckend mit einem Maskierungsstreifen 10 angeordnet sein.
Die Lichtquelle 3, welche in Figur 3 im Querschnitt gezeigt ist, projiziert die visuellen Orientierungsinformationen 4 in Form von sichtbarem Licht auf einen Bereich der Reflexionsschicht 2. Das Licht der Lichtquelle 3 wird an der Reflexionsschicht 2 zumindest teilweise in die Richtung eines Betrachters 14, beispielsweise eines Beifahrers, reflektiert. Dieser kann die visuellen Orientierungsinformationen 4 wahrnehmen. Die visuellen Orientierungsinformationen 4 sind mit einem höheren Kontrast für den Betrachter 14 erkennbar als es bei klassischen Head-Up-Displays der Fall ist, da die Reflexionsschicht 2 vor einer opaken Schicht 10 angeordnet ist.
Die Lichtquelle 3 ist beispielsweise ein LED-Display. Die Lichtquelle 3 ist mit einer Steuereinheit 5 beispielsweise elektrisch verbunden. Die Steuereinheit umfasst einen Sensor 6 und einen Prozessor 7. Der Sensor 6 ist geeignet ausgebildet und dazu vorgesehen, Bewegungs- und Neigungsdaten des Fahrzeugs 101 zu ermitteln. Der Prozessor 7 ist geeignet ausgebildet und dazu vorgesehen, eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs 101 gegenüber einer Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 auf Basis, der vom Sensor 6 ermittelten, Neigungs- und Bewegungsdates des Fahrzeugs 101 zu bestimmen. Der Prozessor 7 ist hierzu beispielsweise elektrisch mit dem Sensor 6 verbunden. Anhand der relativen Positionsänderung des Fahrzeugs 101 kann der Prozessor 7 die visuellen Orientierungsinformationen 4 berechnen und diese an die Lichtquelle 3 übermitteln. Der Prozessor 7 ist beispielsweise ein Mikrocomputer, welcher ein Rechenwerk, einen konventionellen RAM- (engl. Random-Access Memory) Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher umfasst. Der Sensor 6 ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor und einen magnetischen Sensor.
In den Figuren 4a bis 4e sind künstliche Horizonte als stilisierte Darstellung einer möglichen visuellen Orientierungsinformation 4 dargestellt, die der Benutzer der vorliegenden Erfindung wahrnimmt. Bewegliche visuelle Anhaltspunkte 16 werden in Relation zu einem Feld fester Orientierungslinien 15 und Rahmen 17 angezeigt. Der visuelle Anhaltspunkt 16 ändert seine Position in Bezug auf die feste Orientierungslinie 15 und dem Rahmen 17, wenn das Fahrzeug 101 seine Position in Bezug auf seine Grundlinienposition ändert bzw. geändert hat. Der verändernde künstliche Horizont gibt dem Benutzer visuelle Hinweise, um den Unterschied zwischen seinem unbewegten Körper und der Krafteinwirkung auf ihn auszugleichen. Somit haben Passagiere, die unter Übelkeit und/oder Schwindel aufgrund von Reisekrankheit leiden, nun Zugang zu einem einfachen Mittel, um ihre wahre relative Orientierung zu bestimmen.
Die Figuren 4a bis 4e zeigen, wie sich der künstliche Horizont ändert, wenn das Fahrzeug eine bestimmte Position zu seine Grundlinienposition aufweist oder es beschleunigt bzw. bremst. Der visuelle Anhaltspunkt 16 verändert seine Position nur innerhalb eines projizierten statischen Rahmens 17. Mittig innerhalb des Rahmens 17 und waagerecht verlaufend ist eine Orientierungslinie 15 angezeigt, sodass eine oberer Bereich 18 und ein unterer Bereich 19 der visuellen Orientierungsinformation 4 erzeugt werden. Die Orientierungslinie 15 ist ebenfalls bevorzugt statisch, ändert ihre Position und Form also nicht, und ist beispielsweise als eine gestrichelte Linie dargestellt.
Figur 4a zeigt einen künstlichen Horizont bei einem Fahrzeug 101 , das entsprechend seiner Grundlinienposition auf dem Boden steht oder bei gleichmäßiger Geschwindigkeit fährt. Der visuelle Anhaltspunkt 16 erstreckt sich über den gesamten unteren Bereich 19. Der visuelle Anhaltspunkt 16 erstreckt sich hingegen gar nicht über den oberen Bereich 18.
Die Figur 4b zeigt einen künstlichen Horizont bei einem Fahrzeug 101 , das beschleunigt oder vorwärts ausgerichtet in einem Hang herabsteht bzw. herabfährt. Das Fahrzeug 101 fährt hierbei geradeaus und weist keine Neigung nach rechts oder nach links im Vergleich zu seiner Grundlinienposition auf. Der visuelle Anhaltspunkt 16 erstreckt sich in dieses Fall nicht über den gesamten unteren Bereich 19, sondern nur über einen Teilbereich angrenzend zum unteren Rand des Rahmens 17.
Die Figur 4c zeigt einen künstlichen Horizont bei einem Fahrzeug 101 , das von einer Geschwindigkeit runterbremst oder vorwärts ausgerichtet in einem Hang hinaufsteht bzw. hinauffährt. Das Fahrzeug 101 fährt hierbei geradeaus und weist keine Neigung nach rechts oder nach links im Vergleich zu seiner Grundlinienposition auf. Der visuelle Anhaltspunkt 16 erstreckt sich in dieses Fall nicht nur über den gesamten unteren Bereich 19, sondern auch über einen Teilbereich des oberen Bereiches 18 angrenzend zur Orientierungslinie 15. Die Figuren 4d und 4e zeigt einen künstlichen Horizont bei einem Fahrzeug 101 , das in eine Linkskurve (4e) bzw. eine Rechtskurve (Figur 4d) fährt. Alternativ steht oder fährt das Fahrzeug nach links geneigt (Figur 4e) oder nach rechts geneigt (Figur 4d) im Vergleich zur Grundlinienposition. Der visuelle Anhaltspunkt 16 erstreckt sich in diesen Fällen sowohl über einen Teilbereich des oberen Bereiches 18 als auch des unteren Bereiches 19 und ist trapezförmig ausgebildet.
Die genaue Form des Anhaltspunktes 16 bzw. des künstlichen Horizontes ist abhängig vom Grad der Kraft, die auf das Fahrzeug 101 und damit auf den Benutzer wirkt. Es versteht sich also, dass die gezeigten Figuren 4a bis 4e nur Beispiele für einen künstlichen Horizont in bestimmten Situationen darstellen und sich nicht darauf erschöpfen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, verschiedene visuelle Orientierungsinformationen 4 auf beliebige Bereiche der Reflexionsschicht 2 zu projizieren, sodass sie für den Benutzer bequem und für die Orientierungsverarbeitung im Gehirn am effektivsten sind.
Figur 5 veranschaulicht anhand eines Ablaufdiagramms eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
AA: In einem ersten Schritt wird eine Grundlinienlinienposition des Fahrzeugs 101 erfasst. Um die Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 zu erhalten, wird das Fahrzeug 101 auf einer stabilen, sich nicht bewegenden Oberfläche platziert (Ruheposition des Fahrzeugs 101). Der Sensor 6 misst den Zustand des Fahrzeugs 101 und übermittelt die Bewegungsdaten und Neigungsdaten an den Prozessor 7. Der Sensor umfasst beispielsweise mindestens einen Beschleunigungssensor und mindestens einen Magnetsensor. Die Bewegungsdaten und Neigungsdaten werden bevorzugt in der Form einer elektrischen Spannung an den Prozessor 7 übermittelt. Der Prozessor 7 bestimmt basierend auf den übermittelten Bewegungsdaten und Neigungsdaten eine Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 , welche als Referenz gespeichert wird.
A: Nach der Ermittlung der Grundlinienposition werden die Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Fahrzeugs 101 mittels des Sensors 6 kontinuierlich auch unabhängig einer Ruheposition des Fahrzeugs 101 erfasst (zweiter Schritt). B: In einem dritten Schritt wird eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs 101 gegenüber der Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 auf Basis der mittels des Sensors 6 im zweiten Schritt ermittelten Bewegungsdaten und Neigungsdaten durch den Prozessor? bestimmt. Der Prozessor 7 ist beispielsweise ein Mikrocomputer, welcher ein Rechenwerk, einen konventionellen RAM- (engl. Random-Access Memory) Speicher und einen nichtflüchtigen Speicher umfasst. Die Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 wurde beispielsweise zuvor auf dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und dient als Referenzwert für die mittels des Sensors 6 im zweiten Verfahrensschritt ermittelten Bewegungs- und Neigungsdaten.
C: In einem vierten Schritt werden visuelle Orientierungsinformationen 4 auf Basis der relativen Positionsänderung des Fahrzeugs 101 mittels des Prozessors 7 berechnet. Die visuellen Orientierungsinformationen 4 sind beispielsweise ein künstlicher Horizont.
D: In einem fünften Schritt werden die visuellen Orientierungsinformationen 4 mittels der Lichtquelle 3 auf zumindest einen Bereich der Reflexionsschicht 2 projiziert, sodass ein Benutzer diese visuell wahrnehmen kann.
Ab dem zweiten Schritt A tritt vorzugsweise eine Programmschleife ein, die die Verfahrensschritte zwei bis fünf umfasst. Vorzugsweise kann die Programmschleife durch die Betätigung eines „Ende“-Knopfes oder das herunterfahren des Motors des Fahrzeugs 101 beendet werden. Der erste Verfahrensschritt AA muss vorzugsweise nicht bei jedem neuen Start des Verfahrens durchgeführt werden. Vorzugsweise genügt eine einmalige Kalibrierung auf die Grundlinienposition des Fahrzeugs 101 , wobei die Werte der Grundlinienposition auf dem nichtflüchtigen Speicher des Prozessors 7 gespeichert werden und von dort abrufbar sind.
Bezuqszeichenliste
1 Fahrzeugscheibe
2 Reflexionsschicht
3 Lichtquelle
4 visuelle Orientierungsinformationen
5 Steuereinheit
6 Sensor
7 Prozessor
8 Fahrzeuginnenraum
9 äußere Umgebung
10 Maskierungsstreifen
11 Außenscheibe
12 Innenscheibe
13 thermoplastische Zwischenschicht
14 Betrachter
15 Orientierungslinie
16 visueller Anhaltspunkt
17 Rahmen
18 oberer Bereich
19 unterer Bereich
100 Projektionsanordnung
101 Fahrzeug
102 weitere Projektionsanordnung
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 11
II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 11
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 12
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 12
Z vergrößerter Ausschnitt der Projektionsanordnung 100
A-A‘ Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Projektionsanordnung (100) für ein Fahrzeug (101), umfassend: eine Steuereinheit (5) zur Bereitstellung visueller Orientierungsinformationen (4), umfassend: einen Sensor (6), welcher Bewegungsdaten und Neigungsdaten eines Fahrzeugs (101) in Bezug auf eine Grundlinienposition des Fahrzeugs (101) ermittelt und ein Prozessor (7), der eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs (101) gegenüber der Grundlinienposition des Fahrzeugs (101) auf Grundlage der Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Sensors (6) bestimmt und daraus visuelle Orientierungsinformationen (4) berechnet, eine Fahrzeugscheibe (1) mit einer Reflexionsschicht (2) und eine Lichtquelle (3), welche die visuellen Orientierungsinformationen (4) auf die Reflexionsschicht (2) projiziert, wobei die Reflexionsschicht (2) die visuellen Orientierungsinformationen (4) zumindest teilweise reflektiert.
2. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Fahrzeugscheibe (1) eine Außenscheibe (11), eine Innenscheibe (12) und eine dazwischen angeordnete thermoplastische Zwischenschicht (13) umfasst.
3. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Reflexionsschicht (2) auf einer von der thermoplastischen Zwischenschicht (13) abgewandten innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (12) angeordnet ist.
4. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Reflexionsschicht (2) auf einer der thermoplastischen Zwischenschicht (13) zugewandten außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (12) angeordnet ist.
5. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Reflexionsschicht (2) mit einem Maskierungsstreifen (10) überlappend und fahrzeuginnenraumseitig des Maskierungsstreifens (10) angeordnet ist.
6. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 5, wobei der Maskierungsstreifen (10) auf einer Innenfläche der Fahrzeugscheibe (1) als opaker Siebdruck aufgebracht ist.
7. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prozessor (7) die relative Positionsänderung des Fahrzeugs (101) zusätzlich auf Grundlage von Daten einer Trajektorienplanung berechnet.
8. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Reflexionsschicht (2) mindestens ein Metall, bevorzugt Aluminium, Nickel, Silber und/oder Chrom enthält.
9. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensor (6) einen Beschleunigungssensor, einen magnetischen Sensor und/oder ein Gyroskop umfasst.
10. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die visuellen Orientierungsinformationen (4) in der Form eines künstlichen Horizontes dargestellt sind.
11. Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die
Fahrzeugscheibe (1) eine reflexionssteigernde Beschichtung umfasst, welche innenraumseitig vor der Reflexionsschicht (2) angeordnet ist und diese überdeckt.
12. Projektionsanordnung (100) nach Anspruch 11 , wobei die reflexionssteigernde
Beschichtung sichtbares Licht zu mindestens 10 % reflektiert.
13. Fahrzeug (101) mit einer Projektionsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verfahren zur Bereitstellung von visuellen Orientierungsinformationen (4) in einer Projektionsanordnung (100) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei
(A) Bewegungsdaten und Neigungsdaten des Fahrzeugs (101) mittels des Sensors (6) erfasst werden,
(B) auf Basis der Bewegungsdaten und Neigungsdaten eine relative Positionsänderung des Fahrzeugs (101) gegenüber der Grundlinienposition des Fahrzeugs (101) mittels des Prozessors (7) bestimmt wird, (C) auf Basis der relativen Positionsänderung des Fahrzeugs (101) visuelle Orientierungsinformationen (4) mittels des Prozessors (7) berechnet werden und
(D) die visuellen Orientierungsinformationen (4) mittels der Lichtquelle (3) auf die Reflexionsschicht (2) projiziert werden. Verwendung der Projektionsanordnung (100) für ein Fahrzeug (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, wobei die Fahrzeugscheibe (1) bevorzugt eine Windschutzscheibe ist.
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