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WO2019057477A1 - Verfahren zur herstellung einer beschichteten fahrzeug-windschutzscheibe für ein head-up-display (hud) - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer beschichteten fahrzeug-windschutzscheibe für ein head-up-display (hud) Download PDF

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WO2019057477A1
WO2019057477A1 PCT/EP2018/073646 EP2018073646W WO2019057477A1 WO 2019057477 A1 WO2019057477 A1 WO 2019057477A1 EP 2018073646 W EP2018073646 W EP 2018073646W WO 2019057477 A1 WO2019057477 A1 WO 2019057477A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pane
wedge angle
thickness
glass
intermediate layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/073646
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Arndt
Malte LINN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Priority to US16/613,679 priority Critical patent/US20210107256A1/en
Priority to BR112019022340A priority patent/BR112019022340A2/pt
Priority to CN201880002112.7A priority patent/CN109819672A/zh
Publication of WO2019057477A1 publication Critical patent/WO2019057477A1/de
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    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • HUD Head-Up Display
  • the invention relates to a method for determining thicknesses and a wedge angle of a coated vehicle windshield for a head-up display (HUD) and the production based thereon of such a vehicle windshield and their use.
  • HUD head-up display
  • HUDs head-up displays
  • a projector for example in the area of the dashboard or in the roof area
  • images are projected onto the windscreen, reflected there and perceived by the driver as a virtual image (seen from him) behind the windshield.
  • important information can be projected into the driver's field of vision, for example the current driving speed, navigation or warning notices that the driver can perceive without having to turn his eyes off the road.
  • Head-up displays can thus contribute significantly to increasing traffic safety.
  • the driver perceives not only the desired main image, but also a slightly offset, usually weaker intensity sub picture.
  • the latter is commonly referred to as a ghost.
  • this problem is solved by arranging the reflecting surfaces at a deliberately chosen angle with respect to each other so that the main image and the ghost image are superimposed, whereby the ghost image no longer becomes distracting.
  • the angle is typically about 0.5 mrad in conventional laminated glass for head-up displays.
  • Windshields consist of two glass panes, which are laminated together via a thermoplastic film. If the surfaces of the glass sheets are to be arranged at an angle as described, it is customary to use a thermoplastic film of non-constant thickness.
  • a thermoplastic film of non-constant thickness One speaks of a wedge-shaped foil or wedge foil. The angle between the two surfaces of the film is called the wedge angle.
  • Laminated glasses for head-up displays with wedge foils are known for example from EP1800855B1 or EP1880243A2.
  • the shift of the ghost image relative to the main image, and thus its conspicuousness, depends essentially on the distance between the two reflection surfaces. The ghost image can therefore also be reduced by reducing the layer thicknesses of the components of the windshield.
  • Suitable coatings include conductive, metallic layers based on silver. Since these layers are susceptible to corrosion, it is common to apply them to the intermediate layer facing surface of the outer pane or the inner pane, so that they have no contact with the atmosphere.
  • Silver-containing transparent coatings are known, for example, from WO 03/024155, US 2007/0082219 A1, US 2007/0020465 A1, WO2013 / 104438 or WO2013 / 104439.
  • Windscreens with conductive coatings inside the laminated glass in the context of head-up displays, have the problem that the conductive coating forms another reflective interface for the projector image. This leads to another unwanted sub-picture, which is also referred to as layer ghosting or layer "ghost.”
  • DE 102014005977 discloses a HUD projection arrangement with a coated windshield For avoiding the layer ghosting, it is proposed to include IR-proximate radiation portions from the projector image This solution has the disadvantage, however, that the projector needs to be modified accordingly, and the entire visible spectrum is no longer available for creating the display image.
  • the layer ghost image can also be reduced by a wedge angle between the inner pane surface and the coating.
  • the prevention of the primary ghost image and the layer ghost image require different wedge angles. Therefore, a compromise must always be found that leads to an acceptable reduction of both ghost images.
  • the invention has for its object to provide a method by which a wedge angle and glass thicknesses of a windshield can be determined so that both ghost images are minimized.
  • the method according to the invention serves to determine optimum slice thicknesses and an optimum wedge angle of a coated windshield for a projection arrangement of a head-up display (HUD).
  • a multiple iterative process is used to determine a wedge angle and a combination of the glass thicknesses with which both ghost images are optimally reduced.
  • the method is based on a starting thickness of the two glass panes of the windscreen, for which, in an iterative process, the wedge angle is determined which represents an optimum compromise between the minimization of the glass ghosting and the minimization of the layer ghosting.
  • the glass thicknesses are varied within a predetermined range and for each combination in turn determines the optimum wedge angle.
  • windshields can be planned and manufactured in which both ghost images are only minimally perceptible.
  • the windshield comprises an outer pane and an inner pane, which are interconnected via a thermoplastic intermediate layer.
  • the windscreen is intended to separate in a window opening of a vehicle, the interior to the outside environment.
  • inner pane the interior (vehicle interior) facing the disc of the composite pane is referred to in the context of the invention.
  • outer pane the outer environment facing disc is called.
  • the windshield has an upper edge and a lower edge. With the upper edge of that side edge is referred to, which is intended to point in the installed position upwards.
  • the bottom edge is that side edge which is intended to point downward in the installed position.
  • the upper edge is often referred to as the roof edge and the lower edge as the engine edge.
  • the windshield is preferably one Motor vehicle windshield, in particular the windscreen of a passenger car.
  • the projection assembly for the HUD includes at least the windshield and a projector.
  • the projector irradiates an area of the windshield where the radiation is reflected toward the viewer (driver), creating a virtual image that the viewer perceives from behind the windshield.
  • the area of the windshield that can be irradiated by the projector is called the HUD area.
  • the projector is aimed at the HUD area.
  • the thickness of the intermediate layer is variable in the vertical course between the lower edge and the upper edge of the windshield, at least in the HUD range, increases in particular in the vertical course between the lower edge and the upper edge of the windshield.
  • the intermediate layer has a finite wedge angle, that is to say a wedge angle greater than 0 °, so that the thickness of the intermediate layer changes in a location-dependent manner.
  • Wedge angle refers to the angle between the two surfaces of the intermediate layer.
  • the intermediate layer is wedge-shaped or formed as a wedge film, at least in the HUD range.
  • the thickness can also change over the entire vertical course, for example, increasing monotonically from the lower edge to the upper edge.
  • the course between the upper edge and the lower edge with the course direction is essentially perpendicular to the upper edge. Since the upper edge of windshields can differ greatly from a straight line, the vertical curve is more precisely aligned perpendicular to the connecting line between the corners of the upper edge.
  • the wedge angle is usually from 0.05 mrad to 2 mrad. This achieves good results in terms of suppressing the ghosting in typical head-up displays.
  • the desired virtual image is generated by reflection of the projector radiation on the interior side, facing away from the intermediate layer surface of the inner pane.
  • the non-reflected partial beam passes through the composite pane and is reflected once again on the outer side of the outer pane facing away from the intermediate layer.
  • the image and ghost image would appear staggered, which would be annoying to the viewer is. Due to the wedge angle, the ghost image can essentially be superimposed spatially with the image, so that the viewer only perceives a single image.
  • the beam direction of the projector can typically be varied by mirrors, in particular vertically, in order to adapt the projection to the size of the observer.
  • the area in which the eyes of the beholder must be at the given mirror position is called an eyebox window.
  • This eyebox window can be moved vertically by adjusting the mirrors, whereby the entire accessible area (ie the superimposition of all possible eyebox windows) is called eyebox.
  • An observer within the eyebox can perceive the virtual image. This of course means that the eyes of the beholder must be within the eyebox, not the entire body.
  • the windshield has a transparent, electrically conductive coating which is applied to the interior side, facing the intermediate layer surface of the outer pane.
  • the coating produces a further interface with a significant change in the refractive index, that is to say a further reflective interface for the light beam of the HU D projector.
  • the coating thereby generates a further undesired ghost image, the so-called layer ghost image or layer "ghost."
  • the intermediate layer is arranged not only between the two reflection planes of the glass ghost image (inner surface of the inner pane, outer surface of the outer pane), but also between the two planes of reflection of the layer ghost image (interior surface of the inner pane, conductive coating.)
  • the conductive coating is therefore applied to the inner side surface of the outer pane, not on the outer side surface of the inner pane.
  • an initial thickness (d 1) of the outer disk and an initial thickness ⁇ d 0) of the inner disk are selected.
  • the starting thicknesses are preferably thicknesses as are common for conventional windshields and as may be desired by the vehicle manufacturer.
  • the starting thicknesses of the outer pane and the inner pane are preferably selected from the range of 1, 2 mm to 3 mm, particularly preferably 1, 4 mm to 2.6 mm.
  • a wedge angle is determined, which is referred to in the context of the invention as a glass wedge angle (a G ) and which causes the glass ghost disappears at a reference point within the HUD range, so the primary image is ideally superimposed.
  • a reference point the geometric center of the HUD area is preferably selected. The calculation is based on a standard eye position, which is typically specified by the car manufacturer to the glass manufacturer. The disappearance of the ghost is perfect only at the reference point and only for the standard eye position. At other points within the HUD range and for other eye positions, more or less pronounced ghosting still occurs.
  • a wedge angle is determined for the initial thickness, which is referred to in the context of the invention as a layer wedge angle (a c ) and which causes the layer ghost disappears from the reference point within the HUD range, so the primary image is ideally superimposed.
  • the wedge angle is sought which represents the optimum compromise between the wedge angle and the glass wedge angle. It is referred to in the context of the invention as a mean wedge angle (a opt ) and is numerically between the layer wedge angle and the glass wedge angle.
  • the term "average wedge angle” is not to be understood to mean a simple mathematical averaging, but rather the average wedge angle represents the optimum compromise between wedge angle and wedge angle which leads to the maximum reduction in ghosting.
  • the maximum glass ghost image (G G ) that occurs is then determined for each possible wedge angle. This refers to the most pronounced ghosting that can occur using the particular wedge angle, at the worst-case location within the HUD field and with the least favorable eye position within the eyebox.
  • the most pronounced ghosting is the ghost image with the largest distance to the main picture.
  • a ghost image may be expressed quantitatively as the distance between the main image and the ghost image in the image plane, or as an angle enclosed by the rays of the main image and the ghost image.
  • Eye position is the position of the viewer's eyes. It is particularly dependent on the height and sitting position of the viewer.
  • the maximum occurring layer ghost image (G c ) is determined in an analogous manner with the respective wedge angle.
  • the average wedge angle is determined in an iterative process as the wedge angle at which a minimal magnitude difference occurs between the glass ghost and the layer ghost.
  • the ghost images in this case are as similar as possible to each other, which reduces their perceptibility.
  • Conventional iteration methods are known which are known to the person skilled in the art, for example the Newtonian iteration method.
  • the intensity of the ghost images can also be taken into account as a weighting factor for the difference.
  • the average wedge angle is then determined in the iterative process as the wedge angle at which a minimum weighted difference occurs between the glass ghost and the layer ghost.
  • the weighted difference is the magnitude difference weighted with the intensity of the layer ghost and the intensity of the glass ghost, with low intensities resulting in lower weighting and high intensities leading to higher weighting. So it is possible that a mean wedge angle is determined, in which the difference in magnitude of the ghosting is not minimal, but the ghosting due to their low intensity less disturbing.
  • the method of the invention now attempts to find a new combination of glass thicknesses with which the difference between the maximum ghost images can be further reduced.
  • the glass thicknesses are not changed arbitrarily because the windscreen has to meet certain requirements for stability, noise reduction, stone chip resistance or other requirements of the vehicle manufacturer. Therefore, ranges of acceptable values are first defined for the thicknesses of the two disks, within which acceptable glass thicknesses occur. The thickness of the outer pane can then be varied in the range of permissible values (Ad A ) for the outer pane and the thickness of the inner pane in the range of permissible values (Ad;) for the inner pane.
  • the ranges of permissible thickness values are of course not a continuous interval but rather a collection of discrete thickness values corresponding to the thickness Glass manufacturers are available.
  • the ranges of allowable values may therefore also be referred to as sets of allowed values, which is basically more true.
  • the iterative search is made for that combination of slice thicknesses at whose mean wedge angle the smallest absolute difference between the glass ghost image and the slice ghost occurs.
  • the thickness of the outer pane (d A ) and / or the thickness of the inner pane (d j ) is changed relative to the respective starting thickness and determined for the new combination of glass thicknesses the average wedge angle, as described above in connection with the initial thicknesses (calculating a G and a c , iterative determination of a opt between a G and a c ).
  • the disc thicknesses are now changed over and over again until all possible combinations of the thicknesses of outer disc and inner disc are covered within the ranges of permissible values and their corresponding mean wedge angle is determined.
  • the method is aborted if a specified limit value for the difference of the ghost images is undershot for a tested combination of slice thicknesses.
  • the already considered values of the pane thicknesses can be understood as ranges of permissible values in the sense of the invention. Since the extent of the ghost images depends substantially on the distance of the reflection surfaces, the method according to the invention will typically lead to glass thicknesses which are smaller than the initial thicknesses. This is particularly true for the inner pane, since a small thickness of the inner pane reduces the distances of both the reflection surfaces of the glass ghost image and the reflection surfaces of the layer ghost.
  • the initial thickness of the inner pane is therefore the upper limit of the range of permissible values for the thickness of the inner pane, so that in the method only those thicknesses of the inner pane are considered, which are smaller than the initial thickness.
  • the starting thickness of the outer pane is also the upper limit of the range of permissible values for the thickness of the outer pane.
  • the final result of the process is to characterize the windshield, which achieves the best results in terms of avoiding ghosting.
  • the initial thickness of the inner pane is preferably less than or equal to the initial thickness of the outer pane.
  • the final thickness of the inner pane is preferably smaller than the final thickness of the outer pane.
  • the thickness of the thermoplastic intermediate layer can also be used as a variation parameter.
  • an initial thickness of the intermediate layer is initially defined, which is assigned to the initial thicknesses of the inner pane and the outer pane.
  • the mean wedge angle is determined as described.
  • a range of allowable values is defined within which the thickness of the intermediate layer is varied during the iteration process.
  • the average wedge angle is determined for each possible combination of the thicknesses of outer pane, inner pane and intermediate layer. The average wedge angle with the smallest absolute difference between the glass ghost and the layer ghost provides a combination of end thicknesses of the outer pane, the inner pane, and the intermediate layer as a result of the process.
  • the glass manufacturer is less free in choosing the thickness of the intermediate layer than in the choice of the thickness of the glass pane, because the permissible values are usually limited by manufacturers downwards and a significant increase in thickness usually does not lead to satisfactory results in terms of ghosting. Therefore, it is preferable to dispense with the variation of the thickness of the intermediate layer in order to simplify the process.
  • the windshield is also typically three-dimensional (ie along both spatial directions) curved, as is common in motor vehicles.
  • the curvature of the windshield may be characterized by a distribution of local radii of curvature, for example given as a function of the relative location coordinates of the windshield. It is also to distinguish between the vertical radius of curvature (curvature in the vertical dimension) and the horizontal radius of curvature (curvature in the horizontal dimension). Large radii of curvature correspond to a weak curvature, small radii of curvature of a strong curvature of the disc.
  • Typical radii of curvature of windshields are in the range of 1 m to 40 m, in particular from 2 m to 15 m.
  • the installation angle is the angle that encloses the windshield in the installed position with the vertical, with the tangent to the center of the disk can be used for accurate determination.
  • the installation angle is typically for passenger cars from 50 ° to 70 °, in particular about 60 °.
  • the position of the projector, the installation angle and the curvature profile of the pane significantly determine the local angle of incidence of the projector radiation on the HUD area.
  • EP 0 420 228 A2 describes in detail the numerical calculation of wedge angles and ghost images by means of a formula set (formulas (4) to (12) on page 5), which is incorporated by reference into the present application.
  • the formula set is to be provided only as an embodiment.
  • the invention also comprises a method for producing a coated windshield for a projection arrangement of a head-up display (HUD).
  • HUD head-up display
  • Outer disk provided and an inner disk with the determined final thickness (d /) of the inner pane.
  • a transparent, electrically conductive coating is then applied.
  • a thermoplastic intermediate layer with the mean final wedge angle ⁇ ajj pt is arranged between the outer pane and the inner pane, the transparent, electrically conductive coating facing the intermediate layer.
  • the outer pane and the inner pane preferably contain glass, in particular soda lime glass.
  • the discs can, however, in principle also contain other types of glass, such as quartz glass or borosilicate glass, or else rigid clear plastics, in particular polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the outer and inner disks are typically provided as flat disks and then subjected to a bending process to produce the desired profile of curvature.
  • basically all known bending methods are suitable, for example gravity bending, press bending and / or suction bending.
  • the outer pane and the inner pane are congruently bent together (i.e., simultaneously and by the same tool, superimposed on one another) because this optimally matches the shape of the panes for later lamination.
  • Typical temperatures for glass bending processes are for example 500 ° C to 700 ° C.
  • the transparent electrically conductive coating may be a single layer, but is typically a multilayer system.
  • a transparent coating is understood as meaning a coating having a transmission in the visible spectral range of at least 70%, preferably at least 90%.
  • the coating comprises at least one electrically conductive layer.
  • the coating comprises further dielectric layers which, as antireflection layers, blocker layers or surface matching layers, optimize the optical, electrical and / or mechanical properties of the coating.
  • the at least one electrically conductive layer may contain a metal, a metal alloy or a transparent conductive oxide (TCO), for example indium tin oxide (ITO).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the at least one electrically conductive layer contains silver.
  • the silver content of the layer is preferably greater than 50%, particularly preferably greater than 90%.
  • the layer consists essentially of silver, except for any impurities or dopants.
  • the conductive coating may preferably include a plurality of electrically conductive layers separated by dielectric layers. By dividing the conductive material into several thin layers, a high electrical conductivity can be achieved with high optical transmission.
  • the coating preferably contains at least two, particularly preferably two or three, conductive layers, in particular silver-containing layers. Typical materials common to the dielectric layers of the conductive coating include silicon nitride, silicon oxide, zinc oxide, tin-zinc oxide, and aluminum nitride.
  • the coating is typically a thin film stack. Typical thicknesses of the coating amount less than 1 ⁇ . Typical thicknesses of the conductive layers are in the range of 5 nm to 50 nm for silver-containing layers and 50 nm to 500 nm for TCO-containing layers.
  • the coating is preferably applied over its entire area to the surface of the outer pane, typically less a peripheral edge area of up to 10 cm in width and any locally delimited, coating-free areas which serve, for example, as data transmission or sensor windows.
  • the coating preferably covers at least 80%, more preferably at least 90%, of the disk surface.
  • the HUD area is preferably completely provided with the coating.
  • the electrically conductive coating according to the invention may be an IR-reflecting coating and serve as a sunscreen coating to prevent the heating of the space bounded by the composite pane by the IR component of the solar radiation.
  • the coating can also be heated.
  • the coating is connected to a voltage source, typically via so-called current busbars or busbars, so that a current flows through the coating, which thereby heats up, whereby the heating function is provided.
  • the application of the coating can in principle be carried out before or after the bending of the outer pane. Technically, it is usually easier to coat the flat pane and then to bend.
  • the individual layers of the coating are deposited by methods known per se, preferably by magnetic-field-assisted sputtering (sputtering), which has proved particularly suitable for producing optically high-quality thin layers.
  • the cathode sputtering takes place in a protective gas atmosphere, for example from argon, or in a reactive gas atmosphere, for example by adding oxygen or nitrogen.
  • the layers can also be applied by other methods known to the person skilled in the art, for example by vapor deposition or chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), plasma-assisted vapor deposition (PECVD) or by wet-chemical methods.
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • PECVD plasma-assisted vapor deposition
  • the thermoplastic intermediate layer is provided as a film, in particular as a so-called wedge film, which is understood to mean a thermoplastic connecting film having at least sections of increasing thickness.
  • the wedge angle can be achieved by stretching a film with (in the initial state) substantially constant thickness or through Extrusion be introduced by means of a wedge-shaped extrusion die in the film.
  • the intermediate layer may be formed by a single film or by more than one film. In the latter case, at least one of the films must be formed with the wedge angle.
  • the intermediate layer can also be formed from a so-called acoustic film, which has a noise-damping effect, or contain such a film.
  • thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PVB polyvinyl butyral
  • PU polyurethane
  • the minimum thickness of the thermoplastic compound foil is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm. With minimum thickness, the thickness at the thinnest point of the intermediate layer is referred to.
  • the windshield is produced by lamination with conventional methods known per se to the person skilled in the art, for example autoclave methods, vacuum bag methods, vacuum ring methods, calendering methods, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection between outer pane and inner pane is usually carried out under the action of heat, vacuum and / or pressure.
  • the outer pane, the inner pane and / or the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • the total transmission through the windshield is greater than 70% in a preferred embodiment.
  • the term total transmission refers to the procedure defined by ECE-R 43, Annex 3, ⁇ 9.1 for testing the light transmission of vehicle windows.
  • the invention also encompasses the use of a windscreen produced by the method according to the invention in a vehicle, preferably in a motor vehicle, in particular in a passenger car as part of a projection arrangement for a head-up display (HUD).
  • Windshield and projector are typically arranged by installation in the vehicle body relative to each other, whereby the projection arrangement arises.
  • 1 is a plan view of a generic windshield
  • FIG. 4 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for determining slice thicknesses and a suitable wedge angle
  • FIG. 5 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for producing a windshield.
  • FIGS. 1 and 2 each show a detail of a composite pane 10 according to the invention, which consists of an outer pane 1 and an inner pane 2, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer 3.
  • the composite pane 10 is provided as a windshield of a motor vehicle, which is equipped with a head-up display.
  • the outer pane 1 faces in the installation position of the external environment, the inner pane 2 the vehicle interior.
  • the upper edge O of the composite pane 10 points in the installed position up to the vehicle roof (roof edge), the lower edge U down to the engine compartment (engine edge).
  • the outer pane 1 has an outer surface I, which faces in the installed position of the external environment, and an inner side surface II, which faces the interior in the installed position.
  • the inner pane 2 has an outer surface III, which faces in the installed position of the external environment, and an inner side surface IV, which faces the interior in the installed position.
  • the interior side surface II of the outer pane 1 is connected via the intermediate layer 3 with the outside surface III of the inner pane 2.
  • an area B is also indicated, which corresponds to the HUD area of the composite pane 10.
  • images are to be generated by a HUD projector.
  • the primary reflection on the interior side surface IV of the inner pane 2 generates the desired HUD display as a virtual image.
  • the non-reflected radiation components penetrate through the composite disk 10 and become on the outside surface I of the outer pane 1 again reflected (secondary reflection).
  • the secondary reflection produces the glass ghost G G , which is offset from the primary image.
  • the center of the HUD area B serves as a reference point R for calculating wedge angles.
  • the thickness of the intermediate layer 3 increases steadily in the vertical course from the lower edge U to the upper edge O.
  • the increase in thickness is shown linearly in the figure for the sake of simplicity, but may also have more complex profiles.
  • the intermediate layer 3 is formed of a single sheet of PVB (a so-called wedge foil of a variable thickness). The extent of the thickness change is described by.
  • the composite pane 10 also has an electrically conductive coating 4 on the interior-side surface II of the outer pane 1.
  • the coating 4 is reflective I R and designed to reduce the heating of the vehicle interior by the I R-share of solar radiation.
  • the coating 4 is, for example, a thin-film stack comprising two or three layers of silver and further dielectric layers.
  • the coating 4 represents a further reflective interface in the interior of the composite pane 10, at which the projector image is reflected once more and thus leads to an undesired secondary image, the so-called layer ghost image G c .
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist for example of soda-lime glass.
  • the intermediate layer 3 is formed here by a single, wedge-shaped PVB film.
  • the minimum thickness of the intermediate layer 3 is, for example, 0.76 mm (measured at the lower edge U).
  • a multilayer structure of the intermediate layer 3 is also conceivable, For example, a 0.36 mm thick PVB film of constant thickness, a 0.76 mm thick PVB wedge film and an intermediate 0.05 mm thick PET film.
  • the windshield is shown in plan for the sake of simplicity, but in reality it has a three-dimensional curvature which must be taken into account when determining wedge angles and ghost images.
  • FIG. 3 shows the composite pane 10 of FIGS. 1 and 2 as part of a projection arrangement for a HUD.
  • the assembly comprises except the composite disk 10 a projector 5, which is directed to the HUD area B.
  • images can be generated by the projector, which are perceived by the viewer 6 (vehicle driver) as virtual images on the side facing away from him the composite pane 10.
  • the area within which the eyes of the observer 6 must be in order to perceive the virtual image is called an eyebox window.
  • the eyebox window is vertically adjustable by mirrors in the projector 5 in order to adjust the HUD to the viewer 6 different body size and sitting position can.
  • the entire accessible area within which the Eyebox window can be moved is called Eyebox E.
  • the steel which connects the projector 5 to the center of the eyebox E (usually the mirrors of the projector 5 are in zero position) is referred to as the center beam M.
  • the point on the inner pane 2, which is hit by the center jet M, is a characteristic quantity in the design of HUD projection arrangements. 4 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining slice thicknesses and a wedge angle.
  • the initial thicknesses d, d of the outer pane 1 and the inner pane 2 are selected.
  • the glass wedge angle a G and hence maximum occurring glass ghost G G as well as the layer a wedge angle c and thus maximum occurring layer ghost G c are calculated.
  • the average wedge angle a opt is determined iteratively, which lies numerically between the glass wedge angle a G and the layer wedge angle a c and leads to a minimum magnitude difference between the maximum occurring glass ghost image G G and the maximum occurring layer ghost image G c .
  • the calculation of the maximum ghost images with the original glass wedge angle and the original wedge angle is not essential, but allows an estimation later, in to which degree the occurrence of the ghost images was improved by the optimization method according to the invention.
  • Thickness of the intermediate layer 3 0.76 mm
  • Ad A ⁇ 2.6; 2.1; 1, 8; 1, 6; 1, 4 ⁇
  • Ad I ⁇ 2,1; 1, 8; 1, 6; 1, 4; 1, 2; 1, 0; 0.9; 0.7; 0.5 ⁇
  • FIG. 5 shows, in continuation of the method according to FIG. 4, a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a coated windshield.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Scheibendicken und eines Keilwinkels (alpha) einer beschichteten Windschutzscheibe (10) für eine Projektionsanordnung eines Head-Up-Displays (5). Dabei wird ein Keilwinkel und eine Kombination der Glasdicken ermittelt, mit denen das Glas-Geisterbild und das Schicht-Geisterbild optimal reduziert werden. Das Verfahren geht von einer Ausgangsdicke der beiden Glasscheiben der Windschutzscheibe aus, für die in einem iterativen Verfahren derjenige Keilwinkel bestimmt, der einen optimalen Kompromiss zwischen der Minimierung des Glas-Geisterbilds und der Minimierung des Schicht-Geisterbild darstellt. Anschließend werden die Glasdicken innerhalb eines vorgegebenen Bereichs variiert für jede Kombination der optimale Keilwinkel bestimmt. So kann iterativ diejenige Kombination der Glasdicken gefunden werden, welche zum geringsten Auftreten von Geisterbildern führt, nebst dem zugehörigen optimalen Keilwinkel. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Windschutzscheiben geplant und hergestellt werden, bei denen beide Geisterbilder nur noch minimal wahrnehmbar sind.

Description

Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Fahrzeug-Windschutzscheibe für ein
Head-Up-Display (HUD)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Scheibendicken und eines Keilwinkels einer beschichteten Fahrzeug-Windschutzscheibe für ein Head-Up-Display (HUD) sowie die darauf basierende Herstellung einer solchen Fahrzeug-Windschutzscheibe und deren Verwendung.
Moderne Automobile werden in zunehmendem Maße mit sogenannten Head-Up-Displays (HUDs) ausgestattet. Mit einem Projektor, beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts oder im Dachbereich, werden Bilder auf die Windschutzscheibe projiziert, dort reflektiert und vom Fahrer als virtuelles Bild (von ihm aus gesehen) hinter 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, ohne seinen Blick von der Fahrbahn wenden zu müssen. Head-Up-Displays können so wesentlich zur Steigerung der Verkehrssicherheit beitragen.
Bei den vorstehend beschriebenen Head-Up-Displays tritt das Problem auf, dass das Projektorbild an beiden Oberflächen der Windschutzscheibe reflektiert wird. Dadurch nimmt der Fahrer nicht nur das gewünschte Hauptbild wahr, sondern auch ein leicht versetztes, in der Regel intensitätsschwächeres Nebenbild. Letzteres wird gemeinhin auch als Geisterbild bezeichnet. Dieses Problem wird bekanntermaßen dadurch gelöst, dass die reflektierenden Oberflächen mit einem bewusst gewählten Winkel zueinander angeordnet werden, so dass Hauptbild und Geisterbild überlagert werden, wodurch das Geisterbild nicht mehr störend auffällt. Der Winkel beträgt bei herkömmlichen Verbundgläsern für Head-Up-Displays typischerweise etwa 0,5 mrad.
Windschutzscheiben bestehen aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Folie miteinander laminiert sind. Sollen die Oberflächen der Glasscheiben wie beschrieben in einem Winkel angeordnet werden, so ist es üblich, eine thermoplastische Folie mit nichtkonstanter Dicke zu verwenden. Man spricht auch von einer keilförmigen Folie oder Keilfolie. Der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Folie wird als Keilwinkel bezeichnet. Verbundgläser für Head-Up-Displays mit Keilfolien sind beispielsweise aus EP1800855B1 oder EP1880243A2 bekannt. Die Verschiebung des Geisterbilds gegenüber dem Hauptbild, und damit seine Auffälligkeit, hängt wesentlich vom Abstand der beiden Reflexionsflächen ab. Das Geisterbild kann daher auch durch Verringerung der Schichtdicken der Komponenten der Windschutzscheibe verringert werden.
Es ist auch bekannt, Windschutzscheiben mit transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen zu versehen. Diese Beschichtungen können als IR-reflektierende Beschichtungen wirken, um die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums zu verringern und dadurch den thermischen Komfort zu verbessern. Die Beschichtungen können aber auch als beheizbare Beschichtungen verwendet werden, indem sie mit einer Spannungsquelle verbunden werden, so dass ein Strom durch die Beschichtung fließt. Geeignete Beschichtungen enthalten leifähige, metallische Schichten auf Basis von Silber. Da diese Schichten korrosionsanfällig sind, ist es üblich, sie auf die der Zwischenschicht zugewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe aufzubringen, so dass sie keinen Kontakt zur Atmosphäre haben. Silberhaltige transparente Beschichtungen sind beispielsweise bekannt aus WO 03/024155, US 2007/0082219 A1 , US 2007/0020465 A1 , WO2013/104438 oder WO2013/104439.
Windschutzscheiben mit leitfähigen Beschichtungen im Inneren des Verbundglases weisen im Zusammenhang mit Head-Up-Displays das Problem auf, dass durch die leitfähige Beschichtung eine weitere reflektierende Grenzfläche für das Projektorbild gebildet wird. Dies führt zu einem weiteren unerwünschten Nebenbild, welches auch als Schicht- Geisterbild oder Schicht-„Ghost" bezeichnet wird. DE102014005977 offenbart eine HUD-Projektionsanordnung mit einer beschichteten Windschutzscheibe. Zur Vermeidung des Schicht-Geisterbilds wird vorgeschlagen, IR-nahe Strahlungsanteile aus dem Projektorbild herauszufiltern, um die Reflexion an der Beschichtung zu reduzieren. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, dass der Projektor entsprechend modifiziert werden muss. Außerdem steht für die Erzeugung des Anzeigebildes nicht mehr das gesamte sichtbare Spektrum steht zur Verfügung.
Prinzipiell ist auch das Schicht-Geisterbild durch einen Keilwinkel zwischen der inneren Scheibenoberfläche und der Beschichtung reduzierbar. Jedoch erfordern die Vermeidung des primären Geisterbilds und des Schicht-Geisterbild unterschiedliche Keilwinkel. Daher muss stets ein Kompromiss gefunden werden, der zu einer akzeptablen Verringerung beider Geisterbilder führt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Keilwinkel und Glasdicken einer Windschutzscheibe ermittelt werden können, so dass beide Geisterbilder minimiert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Ermittlung von optimalen Scheibendicken und eines optimalen Keilwinkels einer beschichteten Windschutzscheibe für eine Projektionsanordnung eines Head-Up-Displays (HUD). Mit einem mehrfach iterativen Verfahren wird dabei ein Keilwinkel und eine Kombination der Glasdicken ermittelt, mit denen beide Geisterbilder optimal reduziert werden. Das Verfahren geht von einer Ausgangsdicke der beiden Glasscheiben der Windschutzscheibe aus, für die in einem iterativen Verfahren derjenige Keilwinkel bestimmt wird, der einen optimalen Kompromiss zwischen der Minimierung des Glas-Geisterbilds und der Minimierung des Schicht- Geisterbild darstellt. Anschließend werden die Glasdicken innerhalb eines vorgegebenen Bereichs variiert und für jede Kombination ihrerseits der optimale Keilwinkel bestimmt. So kann iterativ diejenige Kombination der Glasdicken gefunden werden, welche zum geringsten Auftreten von Geisterbildern führt, nebst dem zugehörigen optimalen Keilwinkel. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Windschutzscheiben geplant und hergestellt werden, bei denen beide Geisterbilder nur noch minimal wahrnehmbar sind.
Die Windschutzscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Windschutzscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum (Fahrzeuginnenraum) zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet.
Die Windschutzscheibe weist eine Oberkante und eine Unterkante auf. Mit Oberkante wird diejenige Seitenkante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Seitenkante 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 Windschutzscheibe ist bevorzugt eine Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe, insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens.
Die Projektionsanordnung für das HUD umfasst mindestens die Windschutzscheibe und einen Projektor. Wie bei HUDs üblich bestrahlt der Projektor einen Bereich der Windschutzscheibe, wo die Strahlung in Richtung des Betrachters (Fahrers) reflektiert wird, wodurch ein virtuelles Bild erzeugt wird, welches der Betrachter von ihm aus gesehen hinter der Windschutzscheibe wahrnimmt. Der durch den Projektor bestrahlbare Bereich der Windschutzscheibe wird als HUD-Bereich bezeichnet. Der Projektor ist auf den HUD- Bereich gerichtet.
Die Dicke der Zwischenschicht ist im vertikalen Verlauf zwischen der Unterkante und der Oberkante der Windschutzscheibe zumindest im HUD-Bereich veränderlich, nimmt insbesondere im vertikalen Verlauf zwischen der Unterkante und der Oberkante der Windschutzscheibe zu. Anders ausgedrückt weist die Zwischenschicht zumindest im HUD- Bereich einen endlichen Keilwinkel auf, also einen Keilwinkel größer 0°, so dass sich die Dicke der Zwischenschicht ortsabhängig ändert. Mit Keilwinkel wird der Winkel zwischen den beiden Oberflächen der Zwischenschicht bezeichnet. Die Zwischenschicht ist zumindest im HUD-Bereich keilförmig beziehungsweise als Keilfolie ausgebildet. Die Dicke kann sich aber auch im gesamten vertikalen Verlauf ändern, beispielsweise von der Unterkante zur Oberkante monoton zunehmen. Mit vertikalem Verlauf ist der Verlauf zwischen Oberkante und Unterkante mit Verlaufsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Oberkante bezeichnet. Da die Oberkante bei Windschutzscheiben stark von einer Geraden abweichen kann, ist der vertikale Verlauf präziser ausgedrückt senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den Ecken der Oberkante ausgerichtet. Der Keilwinkel beträgt üblicherweise von 0,05 mrad bis 2 mrad. Damit werden bei typischen Head-Up-Displays gute Ergebnisse hinsichtlich der Unterdrückung des Geisterbilds erreicht.
Das gewünschte virtuelle Bild wird durch Reflexion der Projektorstrahlung an der innenraumseitigen, von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der Innenscheibe erzeugt. Der nichtreflektierte Teilstrahl verläuft durch die Verbundscheibe hindurch und wird an der außenseitigen, von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der Außenscheibe ein weiteres Mal reflektiert. Dadurch wird ein unerwünschtes zweites virtuelles Bild erzeugt, das sogenannte Glas-Geisterbild oder Glas-„Ghost". Im Falle paralleler Scheibenoberfläche würden Bild und Geisterbild versetzt zueinander erscheinen, was für den Betrachter störend ist. Durch den Keilwinkel kann das Geisterbild im Wesentlichen mit dem Bild räumlich überlagert werden, so dass der Betrachter nur noch ein einziges Bild wahrnimmt.
Die Strahlrichtung des Projektors kann typischerweise durch Spiegel variiert werden, insbesondere vertikal, um die Projektion an die Körpergröße des Betrachters anzupassen. Der Bereich, in dem sich die Augen des Betrachters bei gegebener Spiegelstellung befinden müssen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Dieses Eyeboxfenster kann durch Verstellung der Spiegel vertikal verschoben werden, wobei der gesamte dadurch zugängliche Bereich (das heißt die Überlagerung aller möglichen Eyeboxfenster) als Eyebox bezeichnet wird. Ein innerhalb der Eyebox befindlicher Betrachter kann das virtuelle Bild wahrnehmen. Damit ist natürlich gemeint, dass sich die Augen des Betrachters innerhalb der Eyebox befinden müssen, nicht etwa der gesamte Körper.
Die hier verwendeten Fachbegriffe aus dem Bereich der HUDs sind dem Fachmann allgemein bekannt. Für eine ausführliche Darstellung sei auf die Dissertation „Simulationsbasierte Messtechnik zur Prüfung von Head-Up Displays" von Alexander Neumann am Institut für Informatik der Technischen Universität München (München: Universitätsbibliothek der TU München, 2012) verwiesen, insbesondere auf Kapitel 2„Das Head-Up Display".
Die Windschutzscheibe weist eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung auf, die auf der innenraumseitigen, zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht ist. Durch die Beschichtung wird eine weitere Grenzfläche mit signifikanter Änderung des Brechungsindex erzeugt, also eine weitere reflektierende Grenzfläche für den Lichtstrahl des HU D-Projektors. Die Beschichtung erzeugt dadurch ein weiteres unerwünschtes Geisterbild, das sogenannte Schicht-Geisterbild oder Schicht- „Ghost". Es ist für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, dass die Zwischenschicht nicht nur zwischen den beiden Reflexionsebenen des Glas-Geisterbildes angeordnet ist (innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe, außenseitige Oberfläche der Außenscheibe), sondern auch zwischen den beiden Reflexionsebenen des Schicht- Geisterbildes (innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe, leitfähige Beschichtung). Die leitfähige Beschichtung ist daher erfindungsgemäß auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht, nicht etwa auf der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Zunächst werden eine Ausgangsdicke (d^) der Außenscheibe und eine Ausgangsdicke {d°) der Innenscheibe ausgewählt. Die Ausgangsdicken sind bevorzugt Dicken, wie sie für herkömmliche Windschutzscheiben üblich sind und wie sie eventuell vom Fahrzeughersteller gewünscht werden. Die Ausgangsdicken der Außenscheibe und der Innenscheibe werden bevorzugt aus dem Bereich von 1 ,2 mm bis 3 mm ausgewählt, besonders bevorzugt 1 ,4 mm bis 2,6 mm.
Mit den ausgewählten Ausgangsdicken wird ein Keilwinkel bestimmt, der im Sinne der Erfindung als Glaskeilwinkel (aG ) bezeichnet wird und der dazu führt, dass das Glas- Geisterbild an einem Referenzpunkt innerhalb des HUD-Bereichs verschwindet, also dem Primärbild ideal überlagert ist. Als Referenzpunkt wird bevorzugt die geometrische Mitte des HUD-Bereichs gewählt. Bei der Berechnung wird eine Standard-Augposition zugrunde gelegt, die dem Glashersteller typischerweise vom Automobilhersteller vorgegeben wird. Das Verschwinden des Geisterbilds ist nur an dem Referenzpunkt und nur für die Standard- Augposition perfekt. An anderen Punkten innerhalb des HUD-Bereichs und für andere Augpositionen tritt weiterhin ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes Geisterbild auf.
In analoger Weise wird für die Ausgangsdicken ein Keilwinkel bestimmt, der im Sinne der Erfindung als Schichtkeilwinkel (ac ) bezeichnet wird und der dazu führt, dass das Schicht- Geisterbild am Referenzpunkt innerhalb des HUD-Bereichs verschwindet, also dem Primarbild ideal überlagert ist.
Es wird nun derjenige Keilwinkel gesucht, der den optimalen Kompromiss zwischen dem Schichtkeilwinkel und dem Glaskeilwinkel darstellt. Er wird im Sinne der Erfindung als mittlerer Keilwinkel (aopt) bezeichnet und liegt numerisch zwischen dem Schichtkeilwinkel und dem Glaskeilwinkel. Der Begriff„mittlerer Keilwinkel" ist nicht so zu verstehen, dass eine simple mathematische Mittelung durchgeführt wird. Vielmehr stellt der mittlere Keilwinkel den optimalen Kompromiss zwischen Glaskeilwinkel und Schichtkeilwinkel dar, der insgesamt zur maximalen Reduzierung der Geisterbilder führt.
Bei der Optimierung, also beim Suchen des mittleren Keilwinkels {aopt), wird nun für jeden möglichen Keilwinkel das maximal auftretende Glas-Geisterbild (GG ) bestimmt. Damit ist das ausgeprägteste Geisterbild gemeint, das unter Verwendung des jeweiligen Keilwinkels auftreten kann, und zwar an der ungünstigsten Stelle innerhalb des HUD-Felds und mit der ungünstigsten Augposition innerhalb der Eyebox. Das ausgeprägteste Geisterbild ist dasjenige Geisterbild mit dem betragsmäßig größten Abstand zum Hauptbild. Ein Geisterbild kann beispielsweise als Distanz zwischen dem Hauptbild und dem Geisterbild in der Bildebene quantitativ ausgedrückt werden, oder als Winkel, den die Strahlen des Hauptbildes und des Geisterbildes miteinander einschließen. Mit Augposition wird die Position der Augen des Betrachters bezeichnet. Sie ist insbesondere abhängig von der Körpergröße und der Sitzposition des Betrachters. Ebenso wird in analoger Weise mit dem jeweiligen Keilwinkel das maximal auftretende Schicht-Geisterbild (Gc ) bestimmt.
Der mittlere Keilwinkel wird in einem iterativen Verfahren bestimmt als derjenige Keilwinkel, mit dem eine minimale betragsmäßige Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild auftritt. Die Geisterbilder sind in dem Fall einander möglichst ähnlich, was ihre Wahrnehmbarkeit herabsetzt. Es eignen sich übliche Iterationsverfahren, die dem Fachmann als solche bekannt sind, beispielsweise das Newtonsche Iterationsverfahren. Statt lediglich die absolute Differenz (Distanz oder Winkel) zwischen den Geisterbildern zu berücksichtigen, kann in einer Weiterbildung der Erfindung auch die Intensität der Geisterbilder berücksichtigt werden als Gewichtungsfaktor für die Differenz. Der mittlere Keilwinkel wird dann im iterativen Verfahren bestimmt als derjenige Keilwinkel, mit dem eine minimale gewichtete Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild auftritt. Die gewichtete Differenz ist die betragsmäßige Differenz, gewichtet mit der Intensität des Schicht-Geisterbildes und der Intensität des Glas-Geisterbildes, wobei geringe Intensitäten zu einer geringeren Wichtung führen und hohe Intensitäten zu einer höheren Wichtung. So ist es möglich, das ein mittlerer Keilwinkel ermittelt wird, bei dem die betragsmäßige Differenz der Geisterbilder nicht minimal ist, die Geisterbilder aber aufgrund ihrer geringen Intensität weniger störend auffallen.
Die einzelnen Schritte müssen natürlich nicht streng in der hier angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Wichtig ist die Bestimmung des Glaskeilwinkels und des Schichtkeilwinkels und das anschließende Iterationsverfahren zur Bestimmung des mittleren Keilwinkels mit der minimalen Differenz der Geisterbilder, wobei die hierfür notwendigen Schritte in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können.
Nachdem der mittlere Keilwinkel für die Ausgangsdicken der Scheiben bestimmt wurde, versucht das erfindungsgemäße Verfahren nun eine neue Kombination von Glasdicken zu finden, mit denen die Differenz zwischen den maximalen Geisterbildern weiter reduziert werden können. Dabei ist zu beachten, dass die Glasdicken nicht beliebig verändert werden können, da die Windschutzscheibe gewissen Anforderungen an die Stabilität, die Geräuschdämpfung, die Steinschlagfestigkeit oder sonstige Vorgaben des Fahrzeugherstellers erfüllen muss. Es werden daher zunächst Bereiche zulässiger Werte für die Dicken der beiden Scheiben definiert, innerhalb derer akzeptable Glasdicken auftreten. Die Dicke der Außenscheibe kann dann im Bereich zulässiger Werte (AdA ) für die Außenscheibe variiert werden und die Dicke der Innenscheiben im Bereich zulässiger Werte (Ad; ) für die Innenscheibe.
Da dem Glashersteller nicht jede beliebige Glasdicke zur Verführung steht, sondern typischerweise nur diskrete Glasdicken, beispielsweise in Schritten von 0, 1 mm, sind die Bereiche zulässiger Werte für die Dicken natürlich nicht als kontinuierliches Intervall zu verstehen, sondern als Ansammlung diskreter Dickenwerte, die dem Glashersteller zur Verfügung stehen. Die Bereiche zulässiger Werte können daher auch als Mengen zulässiger Werte bezeichnet werden, was im Grunde zutreffender ist.
Es wird nun wiederum iterativ diejenige Kombination von Scheibendicken gesucht, bei deren mittlerem Keilwinkel die geringste betragsmäßige Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild auftritt. Dazu wird die Dicke der Außenscheibe (dA ) und/oder die Dicke der Innenscheibe (dj ) gegenüber der jeweiligen Ausgangsdicke geändert und für die neue Kombination der Glasdicken der mittlere Keilwinkel bestimmt, so wie vorstehend im Zusammenhang mit den Ausgangsdicken beschrieben (Berechnen von aG sowie von ac , iteratives Bestimmen von aopt zwischen aG und ac ).
Die Scheibendicken werden nun immer wieder geändert, bis alle möglichen Kombinationen der Dicken von Außenscheibe und Innenscheibe innerhalb der Bereiche zulässiger Werte abgedeckt sind und ihr zugehöriger mittlerer Keilwinkel bestimmt ist.
Es ist nicht unter allen Umständen erforderlich, vorher festgelegte Bereiche zulässiger Werte vollständig durchzuarbeiten. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass das Verfahren abgebrochen wird, wenn für eine untersuchte Kombination von Scheibendicken ein festgelegter Grenzwert für die Differenz der Geisterbilder unterschritten wird. Der einfacheren Beschreibung halber können in diesem Fall die bereits berücksichtigten Werte der Scheibendicken als Bereiche zulässiger Werte im Sinne der Erfindung aufgefasst werden. Da das Ausmaß der Geisterbilder wesentlich von dem Abstand der Reflexionsflächen abhängt, wird das erfindungsgemäße Verfahren typischerweise zu Glasdicken führen, welche geringer sind als die Ausgangsdicken. Dies gilt im besonderen Maße für die Innenscheibe, da eine geringe Dicke der Innenscheibe die Abstände sowohl der Reflexionsflächen des Glas-Geisterbilds als auch der Reflexionsflächen des Schicht- Geisterbild reduziert. Es ist daher besonders vorteilhaft, die Dicke der Innenscheibe möglichst stark zu reduzieren. Eine Verringerung der Dicke der Außenscheibe hat zwar auch einen positiven Effekt auf die Reduzierung des Glas-Geisterbilds, jedoch kann es aus Gründen der Stabilität, Bruchfestigkeit oder Geräuschdämpfung erforderlich sein, die Dicke der Außenscheibe weniger stark zu reduzieren als die Dicke der Innenscheibe, oder die Dicke der Außenscheibe im Vergleich zur Ausgangsdicke sogar zu vergrößern. In einer bevorzugten Ausführung ist die Ausgangsdicke der Innenscheibe daher die Obergrenze des Bereichs zulässiger Werte für die Dicke der Innenscheibe, so dass im Verfahren nur solche Dicken der Innenscheibe berücksichtigt werden, die geringer sind als die Ausgangsdicke. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist auch die Ausgangsdicke der Außenscheibe die Obergrenze des Bereichs zulässiger Werte für die Dicke der Außenscheibe.
Schließlich wird aus den Ergebnissen der Berechnungen diejenige Kombination von Glasdicken ausgewählt, für deren zugehörigen mittleren Keilwinkel die geringste betragsmäßige Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild ermittelt wurde. Auch hier ist es in einer Weiterbildung der Erfindung denkbar, die absolute Differenz mit der Intensität der Geisterbilder zu gewichten. Es wird dann diejenige Kombination von Glasdicken ausgewählt, für deren zugehörigen mittleren Keilwinkel die geringste gewichtete Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild ermittelt wurde. Die Dicke der Außenscheibe dieser Kombination wird im Sinne der
Erfindung als Enddicke (d ) der Außenscheibe bezeichnet, die Dicke der Innenscheibe als
Enddicke (d/) der Innenscheibe und der zugehörige mittlere Keilwinkel als mittlerer
Endkeilwinkel {ajjpt). Die Enddicken und der zugehörige mittlere Endkeilwinkel stellen das
Endergebnis des Verfahrens dar und charakterisieren die Windschutzscheibe, mit der die besten Ergebnisse hinsichtlich der Vermeidung von Geisterbildern erreicht werden.
Die Ausgangsdicke der Innenscheibe ist bevorzugt kleiner oder gleich der Ausgangsdicke der Außenscheibe. Die Enddicke der Innenscheibe ist bevorzugt kleiner der Enddicke der Außenscheibe. Für die Berechnung der Keilwinkel und der Geisterbilder sind nicht ausschließlich die Scheibendicken entscheidend, sondern daneben weitere Parameter, welche die Windschutzscheibe und die Projektionsanordnung definieren, die aber im Gegensatz zu den Scheibendicken und dem Keilwinkel festgelegt sind ohne Raum für Abänderungen. So wird der Abstand der Reflexionsflächen neben den Scheibendicken auch durch die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht bestimmt.
Neben den Scheibendicken kann auch die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht als Variationsparameter verwendet werden. In diesem Fall wird anfangs eine Ausgangsdicke der Zwischenschicht definiert, welche den Ausgangsdicken der Innenscheibe und der Außenscheibe zugeordnet ist. Für die Ausgangsdicken wird wie beschrieben der mittlere Keilwinkel ermittelt. Auch für die Dicke der Zwischenschicht wird ein Bereich zulässiger Werte definiert, innerhalb dessen die Dicke der Zwischenschicht während des Iterationsverfahrens variiert wird. Es wird für jede mögliche Kombination der Dicken von Außenscheibe, Innenscheibe und Zwischenschicht der mittlere Keilwinkel bestimmt. Derjenige mittlere Keilwinkel mit der geringsten betragsmäßigen Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild und dem Schicht-Geisterbild liefert eine Kombination von Enddicken der Außenscheibe, der Innenscheibe und der Zwischenschicht als Ergebnis des Verfahrens. Der Glashersteller ist bei der Wahl der Dicke der Zwischenschicht allerdings weniger frei als bei der Wahl der Glasscheibendicken, weil die zulässigen Werte üblicherweise durch Herstellerangaben nach unten stark begrenzt sind und eine deutliche Erhöhung der Dicke in der Regel nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen hinsichtlich der Geisterbilder führt. Daher wird bevorzugt auf die Variation der Dicke der Zwischenschicht verzichtet, um das Verfahren einfacher zu gestalten.
Die Windschutzscheibe ist zudem typischerweise dreidimensional (also entlang beider Raumrichtungen) gekrümmt, wie es bei Kraftfahrzeugen üblich ist. Die Krümmung der Windschutzscheibe kann durch eine Verteilung lokaler Krümmungsradien charakterisiert werden, die beispielsweise in Abhängigkeit von den relativen Ortskoordinaten der Windschutzscheibe angegeben werden. Dabei ist auch zwischen dem vertikalen Krümmungsradius (Krümmung in der vertikalen Dimension) und dem horizontalen Krümmungsradius (Krümmung in der horizontalen Dimension) zu unterscheiden. Große Krümmungsradien entsprechen einer schwachen Krümmung, kleine Krümmungsradien einer starken Krümmung der Scheibe. Typische Krümmungsradien von Windschutzscheiben liegen im Bereich von 1 m bis 40 m, insbesondere von 2 m bis 15 m. Zu berücksichtigen sind außerdem die Position des Projektors relativ zum HUD-Bereich, sowie der Einbauwinkel der Windschutzscheibe. Der Einbauwinkel ist der Winkel, den die Windschutzscheibe in Einbaulage mit der Vertikalen einschließt, wobei zur exakten Ermittlung die Tangente an die Scheibenmitte herangezogen werden kann. Der Einbauwinkel beträgt typischerweise für Personenkraftwagen von 50° bis 70° insbesondere etwa 60°.
Die Position des Projektors, der Einbauwinkel und das Krümmungsprofil der Scheibe bestimmen wesentlich den lokalen Einstrahlwinkel der Projektorstrahlung auf den HUD- Bereich.
Die Methoden zur Berechnung von Keilwinkeln und Geisterbildern sind dem Fachmann bekannt. So beschreibt die EP 0 420 228 A2 detailliert die numerische Berechnung von Keilwinkeln und Geisterbildern anhand eines Formelsatzes (Formeln (4) bis (12) auf Seite 5), der durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung ist. Der Formelsatz ist jedoch nur als ein Ausführungsbeispiel zu versehen. Es können darüber hinaus andere mögliche Formelsätze zur Berechnung von Keilwinkeln und Geisterbildern existieren, die ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können. Ausgehend von der erfindungsgemäßen Ermittlung der Werte für die Scheibendicken und den Keilwinkel umfasst die Erfindung außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Windschutzscheibe für eine Projektionsanordnung eines Head-Up-Displays (HUD). Zunächst wird eine Außenscheibe mit der ermittelten Enddicke (d ) der
Außenscheibe bereitgestellt sowie eine Innenscheibe mit der ermittelten Enddicke (d/) der Innenscheibe. Auf eine Oberfläche der Außenscheibe wird dann eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aufgebracht. Danach wird eine thermoplastische Zwischenschicht mit dem mittleren Endkeilwinkel {ajjpt) zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet, wobei die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung der Zwischenschicht zugewandt wird. Der so erhaltene Schichtstapel aus flächig übereinander angeordneter Innenscheibe, Zwischenschicht und Außenscheibe wird dann zur Windschutzscheibe laminiert.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe enthalten bevorzugt Glas, insbesondere Kalk- Natron-Glas. Die Scheiben können aber grundsätzlich auch andere Glassorten enthalten, wie Quarzglas oder Borosilikatglas, oder auch starre klare Kunststoffe, insbesondere Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA).
Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden typischerweise als plane Scheiben bereitgestellt und dann einem Biegeprozess unterzogen, um das gewünschte Krümmungsprofil zu erzeugen. Dazu sind grundsätzlich alle bekannten Biegeverfahren geeignet, beispielsweise Schwerkraftbiegen, Pressbiegen und/oder Saugbiegen. Bevorzugt werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug, flächig übereinander angeordnet) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Typische Temperaturen für Glasbiegeprozesse betragen beispielsweise 500°C bis 700°C.
Die transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung kann eine einzelne Schicht sein, ist aber typischerweise Mehrschichtsystem. Unter einer transparenten Beschichtung wird eine Beschichtung verstanden mit einer Transmission im sichtbaren Sprektralbereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %. Die Beschichtung umfasst mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht. Typischerweise umfasst die Beschichtung weitere, dielektrische Schichten, die als Entspiegelungsschichten, Blockerschichten oder Oberflächenanpassungsschichten die optischen, elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Beschichtung optimieren. Die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht kann ein Metall, eine Metalllegierung oder ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO), beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) enthalten. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht Silber. Der Silberanteil der Schicht beträgt bevorzugt größer 50%, besonders bevorzugt größer 90%. Die Schicht besteht ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen aus Silber, abgesehen von etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen. Die leitfähige Beschichtung kann bevorzugt mehrere elektrische leitfähige Schichten enthalten, die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind. Durch die Aufteilung des leitfähigen Materials auf mehrere dünne Schichten kann eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei hoher optischer Transmission erreicht werden. Die Beschichtung enthält bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt zwei oder drei, leitfähige Schichten, insbesondere silberhaltige Schichten. Typische Materialien, die für die dielektrischen Schichten der leitfähigen Beschichtung gebräuchlich sind, sind beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Zinkoxid, Zinn-Zink-Oxid und Aluminiumnitrid. Die Beschichtung ist typischerweise ein Dünnschichtstapel. Typische Dicken der Beschichtung betragen kleiner 1 μηι. Typische Dicken der leitfähigen Schichten liegen im Bereich von 5 nm bis 50 nm für silberhaltige Schichten und 50 nm bis 500 nm für TCO-haltige Schichten.
Die Beschichtung ist bevorzugt vollflächig auf der Oberfläche der Außenscheibe aufgebracht, typischerweise abzüglich eines umlaufenden Randbereichs von bis zu 10 cm Breite und etwaiger lokal begrenzter, beschichtungsfreier Bereiche, die beispielsweise als Datenübertragungs- oder Sensorfenster dienen. Die Beschichtung bedeckt bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der Scheibenoberfläche. Der HUD-Bereich ist bevorzugt vollständig mit der Beschichtung versehen.
Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Beschichtung kann eine IR-reflektierende Beschichtung sein und als Sonnenschutzbeschichtung dienen, um die Aufwärmung des von der Verbundscheibe begrenzten Innenraums durch den IR-Anteil der Sonnenstrahlung verhindern. Die Beschichtung kann auch beheizbar sein. Dazu ist die Beschichtung mit einer Spannungsquelle verbunden, typischerweise über sogenannte Stromsammeischienen oder Busbars, so dass ein Strom über die Beschichtung fließt, welche sich dadurch erwärmt, wodurch die Heizfunktion bereitgestellt wird.
Das Aufbringen der Beschichtung kann grundsätzlich vor oder nach dem Biegen der Außenscheibe erfolgen. Technisch ist es meist einfacher, die plane Scheibe zu beschichten und anschließend zu biegen. Die einzelnen Schichten der Beschichtung werden durch an sich bekannte Verfahren abgeschieden, bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung (Sputtern), was sich zum Erzeugen von optisch hochwertigen Dünnschichten besonders bewährt hat. Die Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, beziehungsweise in einer Reaktivgasatmosphäre, beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff oder Stickstoff. Die Schichten können aber auch durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren.
Die thermoplastische Zwischenschicht wird als Folie bereitgestellt, insbesondere als sogenannte Keilfolie, worunter eine thermoplastische Verbindungsfolie mit zumindest abschnittsweise zunehmender Dicke verstanden wird. Der Keilwinkel kann durch Recken einer Folie mit (im Ausgangszustand) im Wesentlichen konstanter Dicke oder durch Extrusion mittels einer keilförmigen Extrusionsdüse in die Folie eingebracht werden. Die Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. In letzterem Fall muss mindestens eine der Folien mit dem Keilwinkel ausgebildet sein. Die Zwischenschicht kann auch aus einer sogenannten akustischen Folie ausgebildet sein, welche eine geräuschdämpfende Wirkung hat, oder eine solche Folie enthalten. Solche Folien bestehen typischerweise aus mindestens drei Lagen, wobei die mittlere Lage eine höhere Plastizität oder Elastizität aufweist als die sie umgebenden äußeren Lagen, beispielsweise infolge eines höheren Anteils an Weichmachern. Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die minimale Dicke der thermoplastischen Verbindungsfolie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. Mit minimaler Dicke wird die Dicke an der dünnsten Stelle der Zwischenschicht bezeichnet.
Die Herstellung der Windschutzscheibe erfolgt durch Lamination mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und/oder die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch die Windschutzscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Windschutzscheibe in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen als Teil einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD). Windschutzscheibe und Projektor werden typischerweise durch Einbau in die Fahrzeugkarosserie relativ zueinander angeordnet, wodurch die Projektionsanordnung entsteht. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine gattungsgemäße Windschutzscheibe,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Windschutzscheibe aus Figur 1 ,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Projektionsanordnung,
Fig. 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Scheibendicken und eines geeigneten Keilwinkels und
Fig. 5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Windschutzscheibe.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 10, welche aus einer Außenscheibe 1 und einer Innenscheibe 2 besteht, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Verbundscheibe 10 ist als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches mit einem Head-Up-Display ausgestattet ist. Die Außenscheibe 1 ist in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt, die Innenscheibe 2 dem Fahrzeuginnenraum. Die Oberkante O der Verbundscheibe 10 weist in Einbaulage nach oben zum Fahrzeugdach (Dachkante), die Unterkante U nach unten zum Motorraum (Motorkante).
Die Außenscheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche II, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Ebenso weist die Innenscheibe 2 eine außenseitige Oberfläche III auf, die in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und eine innenraumseitige Oberfläche IV, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 ist über die Zwischenschicht 3 mit der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 verbunden.
In der Figur ist auch ein Bereich B angedeutet, welcher dem HUD-Bereich der Verbundscheibe 10 entspricht. In diesem Bereich sollen Bilder durch einen HUD-Projektor erzeugt werden. Die Primärreflexion an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 erzeugt die gewünschte HUD-Anzeige als virtuelles Bild. Die nicht reflektierten Strahlungsanteile dringen durch die Verbundscheibe 10 hindurch und werden an der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 abermals reflektiert (Sekundärreflexion). Durch die Sekundärreflexion entsteht das Glas-Geisterbild GG , das gegenüber dem Primärbild versetzt ist. Die Mitte des HUD-Bereichs B dient als Referenzpunkt R zur Berechnung von Keilwinkeln.
Die Dicke der Zwischenschicht 3 nimmt im vertikalen Verlauf von der Unterkante U zur Oberkante O stetig zu. Die Dickenzunahme ist in der Figur der Einfachheit halber linear dargestellt, kann aber auch komplexere Profile aufweisen. Die Zwischenschicht 3 ist aus einer einzelnen Folie aus PVB ausgebildet (eine sogenannte Keilfolie mit veränderlicher Dicke). Das Ausmaß der Dickenänderung wird durch den beschrieben.
Die Verbundscheibe 10 weist außerdem eine elektrisch leitfähige Beschichtung 4 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 . Die Beschichtung 4 ist I R- reflektierend und dafür vorgesehen, die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums durch den I R- Anteil der Sonnenstrahlung zu verringern. Die Beschichtung 4 ist beispielsweise ein Dünnschichtstapel enthaltend zwei oder drei Schichten aus Silber und weitere dielektrische Schichten.
Die Beschichtung 4 stellt eine weitere reflektierende Grenzfläche im Inneren der Verbundscheibe 10 dar, an welcher das Projektorbild ein weiteres Mal reflektiert wird und somit zu einem unerwünschten Nebenbild führt, das sogenannte Schicht-Geisterbild Gc .
Durch die keilförmige Ausbildung der Zwischenschicht 3 können prinzipiell Geisterbilder vermieden oder zumindest reduziert werden, indem die Primärbild und Geisterbild einander überlagert werden. Die Sekundärreflexion erscheint dann nicht mehr versetzt zur Primärreflexion. Im vorliegenden Fall ergibt sich dabei jedoch das Problem, dass die Vermeidung des Glas-Geisterbildes und die Vermeidung des Schicht-Geisterbildes unterschiedliche Anforderungen an den Keilwinkel α stellen. Es muss im Rahmen eines Kompromisses ein Keilwinkel α gefunden werden, der beide Geisterbilder zufriedenstellend reduziert.
Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die Zwischenschicht 3 ist hier durch eine einzige, keilförmige PVB-Folie ausgebildet. Die Minimaldicke der Zwischenschicht 3 beträgt beispielsweise 0,76 mm (gemessen an der Unterkante U). Es ist aber auch ein mehrschichtiger Aufbau der Zwischenschicht 3 denkbar, beispielsweise eine 0,36 mm dicke PVB-Folie mit konstanter Dicke, eine 0,76 mm dicke PVB-Keilfolie und eine dazwischenliegende 0,05 mm dicke PET-Folie.
Die Windschutzscheibe ist der Einfachheit halber plan dargestellt, weißt aber in der Realität eine dreidimensionale Krümmung auf, welche bei der Bestimmung der Keilwinkel und Geisterbilder zu berücksichtigen ist.
Fig. 3 zeigt die Verbundscheibe 10 der Figuren 1 und 2 als Teil einer Projektionsanordnung für ein HUD. Die Anordnung umfasst außer der Verbundscheibe 10 einen Projektor 5, welcher auf den HUD-Bereich B gerichtet ist. Im HUD-Bereich B können durch den Projektor 5 Bilder erzeugt werden, welche vom Betrachter 6 (Fahrzeugfahrer) als virtuelle Bilder auf der von ihm abgewandten Seite der Verbundscheibe 10 wahrgenommen werden.
Der Bereich, innerhalb dessen sich die Augen des Betrachters 6 befinden müssen, um das virtuelle Bild wahrzunehmen, wird als Eyeboxfenster bezeichnet. Das Eyeboxfenster ist durch Spiegel im Projektor 5 vertikal verstellbar, um das HUD an Betrachter 6 unterschiedlicher Körpergröße und Sitzposition anpassen zu können. Der gesamte zugängliche Bereich, innerhalb dessen das Eyebox-Fenster verschoben werden kann, wird als Eyebox E bezeichnet. Der Stahl, welche den Projektor 5 mit der Mitte der Eyebox E verbindet (üblicherweise befinden sich die Spiegel des Projektors 5 dabei in Nullstellung) wird als Mittenstrahl M bezeichnet. Der Punkt auf der Innenscheibe 2, auf den der Mittenstrahl M trifft, ist bei der Konzeption von HUD-Projektionsanordnungen eine charakteristische Größe. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von Scheibendicken und eines Keilwinkels. Zunächst werden die Ausgangsdicken d , d der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 ausgewählt. Mit diesen Werten werden der Glaskeilwinkel aG und das damit maximal auftretende Glas-Geisterbild GG sowie der Schichtkeilwinkel ac und das damit maximal auftretende Schicht-Geisterbild Gc berechnet. Dann wird iterativ der mittlere Keilwinkel aopt bestimmt, der numerisch zwischen dem Glaskeilwinkel aG und dem Schichtkeilwinkel ac liegt und zu einer minimalen betragsmäßigen Differenz zwischen dem maximal auftretenden Glas-Geisterbild GG und dem maximal auftretenden Schicht-Geisterbild Gc führt. Das Berechnung der maximal auftretenden Geisterbilder mit dem ursprünglichen Glaskeilwinkel und dem ursprünglichen Schichtkeilwinkel ist nicht wesentlich, ermöglicht später aber eine Abschätzung darüber, in welchem Maß das Auftreten der Geisterbilder durch das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren verbessert wurde.
Es werden dann Bereiche AdA , Ad, zulässiger Werte für die Scheibendicken dA , d, ausgewählt, was natürlich auch schon zu Beginn des Verfahrens nach der Auswahl der Ausgangsdicken dA , df erfolgen kann und typischerweise in der Praxis auch erfolgt. Die Scheibendicken dA , dj werden innerhalb der Bereiche AdA , Adj immer wieder geändert und für jede mögliche Kombination an Scheibendicken dA , dj der zugehörige mittlere Keilwinkel aopt bestimmt. Wenn alle möglichen Kombinationen der Scheibendicken dA , dj berücksichtigt wurden, wird diejenige Kombination ausgewählt, deren zugehöriger mittlerer Keilwinkel aopt die geringste Differenz zwischen Glas-Geisterbild GG und Schicht- Geisterbild Gc ergibt. Die Scheibendicken und dieser mittlere Keilwinkel stellen als Enddicken dA , df und als mittleren Endkeilwinkel a pt die Ergebnisse des Verfahrens dar.
Beispiel
Es wurden folgende Ausgangsdicken gewählt, die einer Standardwindschutzscheibe von einer Gesamtdicke von 4,46 mm entsprechen:
Ausgangsdicke dA = 2,1 mm
Ausgangsdicke df = 1 ,6 mm
Dicke der Zwischenschicht 3 = 0,76 mm
Damit wurden die folgenden Keilwinkel und Geisterbilder berechnet:
Glaskeilwinkel aG = 0,52 mrad maximal auftretendes Glas-Geisterbild GG = 1 ,21 mm
Schichtkeilwinkel ac = 0,24 mrad maximal auftretendes Schicht -Geisterbild Gc = 2,95 mm
Anschließend wurde iterativ ein mittlerer Keilwinkel aopt von 0.38 mrad ermittelt, für den die Differenz zwischen GG und Gc mit 0,03 mm minimal war (GG = 1 ,70 mm; Gc = 1 ,73 mm).
Es wurden folgende Bereiche zulässiger Werte für die Scheibendicken definiert (Werte jeweils in der Einheit mm):
AdA = {2,6; 2,1 ; 1 ,8; 1 ,6; 1 ,4} AdI = {2,1 ; 1 ,8; 1 ,6; 1 ,4; 1 ,2; 1 ,0; 0,9; 0,7; 0,5}
Die Scheibendicken wurden dann variiert, und für jede mögliche Kombination von dA und dj der zugehörige mittlere Keilwinkel aopt mit zugehöriger Differenz zwischen GG und Gc bestimmt. Dann wurde diejenige Kombination ausgewählt, welche die geringste Differenz zwischen GG und Gc lieferte. Es ergab sich folgendes Resultat:
Enddicke d = 1 ,6 mm
Enddicke d{ - 0,7 mm
Mit der unveränderten Dicke der Zwischenschicht 3 von 0,76 mm ergab sich eine Gesamtdicke der Windschutzscheibe 10 von 3,06 mm. Für diese Kombination wurden folgende Keilwinkel berechnet:
Glaskeilwinkel aG = 0,355 mrad Schichtkeilwinkel ac = 0, 162 mrad
mittleren Endkeilwinkel er 0,25 mm
Mit ao r pt ergab sich ein maximal auftretendes Glas-Geisterbild GG von 1 , 18 mm und ein maximal auftretendes Schicht-Geisterbild Gc von 1 ,13 mm, was einer Differenz von 0,05 mm entspricht, die den minimal beobachteten Wert darstellte.
Fig. 5 zeigt in Fortsetzung des Verfahrens nach Figur 4 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer beschichteten Windschutzscheibe.
Bezugszeichenliste: (10) Windschutzscheibe (1 ) Außenscheibe
(2) Innenscheibe
(3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) elektrisch leitfähige Beschichtung (5) Projektor
(6) Betrachter / Fahrzeugfahrer
(O) Oberkante der Windschutzscheibe 10
(U) Unterkante der Windschutzscheibe 10
(B) HUD-Bereich der Windschutzscheibe 1
(I) außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(II) innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
(III) außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
(IV) innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
(a) Keilwinkel der Zwischenschicht 3
(E) Eyebox
(M) Mittenstrahl (zwischen Projektor 5 und Mitte der Eyebox E) (R) Referenzpunkt zur Bestimmung der Keilwinkel
(dA ) Dicke der Außenscheibe 1
(dA°) Ausgangsdicke der Außenscheibe 1
(4) Enddicke der Außenscheibe 1
{dI ) Dicke der Innenscheibe 2
(d?) Ausgangsdicke der Innenscheibe 2
(df) Enddicke der Innenscheibe 2
(AdA ) Bereich zulässiger Werte für dA
(Ad, ) Bereich zulässiger Werte für dj { G ) Glaskeilwinkel
(ac ) Schichtkeilwinkel
(aopt) mittlerer Keilwinkel
{a pt) mittlerer Endkeilwinkel
(GG ) maximal auftretendes Glas-Geisterbild
(Gc ) maximal auftretendes Schicht-Geisterbild

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Ermittlung von Scheibendicken und eines Keilwinkels einer beschichteten Windschutzscheibe (10) für eine Projektionsanordnung eines Head-Up- Displays (HUD),
wobei
- die Windschutzscheibe (10) eine Außenscheibe (1 ) und eine Innenscheibe (2) umfasst, die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, und eine Oberkante (O), eine Unterkante (U) und einen HUD- Bereich (B) aufweist, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht (4) im vertikalen Verlauf zwischen der Unterkante (U) und der Oberkante (O) zumindest im HUD-Bereich (B) zunimmt mit einem Keilwinkel (a),
- auf der zur Zwischenschicht (3) hingewandten Oberfläche (II) der Außenscheibe (1 ) eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (4) aufgebracht ist,
- die Projektionsanordnung die Windschutzscheibe (10) umfasst und einen Projektor (5), der auf den HUD-Bereich (B) gerichtet ist,
umfassend:
(a) Auswahl einer Ausgangsdicke (dA) der Außenscheibe (1 ) und einer Ausgangsdicke (d ) der Innenscheibe (2) und
(i) Bestimmen eines Glaskeilwinkels (aG ), der zu einem Verschwinden des Glas- Geisterbildes an einem Referenzpunkt (R) innerhalb des HUD-Bereichs (B) führt,
(ii) Bestimmen eines Schichtkeilwinkels (ac ), der zu einem Verschwinden des Schicht-Geisterbildes am Referenzpunkt (R) innerhalb des HUD-Bereichs (B) führt,
(iii) iteratives Bestimmen eines mittleren Keilwinkels (aopt) zwischen dem Glaskeilwinkel (aG ) und dem Schichtkeilwinkel (ac ), für den die Differenz zwischen dem maximal auftretenden Glas-Geisterbild (GG ) und dem maximal auftretenden Schicht-Geisterbild (Gc ) minimal ist,
(b) Ändern der Dicke (dA ) der Außenscheibe (1 ) innerhalb eines Bereichs zulässiger Werte (AdA ) und/oder der Dicke (dj ) der Innenscheibe (2) innerhalb eines Bereichs zulässiger Werte (Ad; ) und Bestimmen des zugehörigen mittleren Keilwinkels (aopt) mittels der Schritte (i) bis (iii), (c) Wiederholen von Schritt (b), bis alle möglichen Kombination der Dicken (dA , d, ) von Außenscheibe (1 ) und Innenscheibe (2) innerhalb der Bereiche zulässiger Werte (AdA , Adj ) abgedeckt sind,
(d) Auswahl der Enddicke (dA ) der Außenscheibe (1 ) und der Enddicke (df) der Innenscheibe (2), für deren zugehörigen mittleren Endkeilwinkel ( fpt) die geringste Differenz zwischen dem Glas-Geisterbild (GG ) und dem Schicht- Geisterbild (Gc ) ermittelt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Ausgangsdicke (dA) der Außenscheibe (1 ) und die Ausgangsdicke (df) der Innenscheibe (2) von 1 ,2 mm bis 3 mm betragen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Referenzpunkt (R) in der Mitte des HUD-Bereichs (B) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgangsdicke (df) der Innenscheibe (2) die Obergrenze des Bereichs zulässiger Werte (Ad; ) für die Dicke (dj ) der Innenscheibe (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Ausgangsdicke (dA) der Außenscheibe (1 ) die Obergrenze des Bereichs zulässiger Werte (AdA ) für die Dicke (dA ) der Außenscheibe (1 ) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in den Verfahrensschitten (b) und
(c) auch die Dicke der Zwischenschicht (3) ausgehend von einer Ausgangsdicke innerhalb eines Bereichs zulässiger Werte variiert wird, bis alle möglichen Kombination der Dicken von Außenscheibe (1 ), Innenscheibe (2) und Zwischenschicht (3) innerhalb der Bereiche zulässiger Werte abgedeckt sind, wobei in Verfahrensschritt
(d) neben der Enddicke (df) der Außenscheibe (1 ) und der Enddicke (df) der Innenscheibe (2) auch eine Enddicke der Zwischenschicht ausgewählt wird, für deren zugehörigen mittleren Endkeilwinkel ( fpt) die geringste Differenz zwischen dem Glas- Geisterbild (GG ) und dem Schicht-Geisterbild (Gc ) ermittelt wurde.
7. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Windschutzscheibe (10) für eine Projektionsanordnung eines Head-Up-Displays (HUD), umfassend:
(a) Bereitstellen einer Außenscheibe (1 ) und einer Innenscheibe (2) mit den nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ermittelten Enddicken {d , df),
(b) Beschichten einer Oberfläche (II) der Außenscheibe (1 ) mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung (4),
(c) Anordnen einer thermoplastischen Zwischenschicht (3) mit dem nach dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ermittelten Endkeilwinkel { o f pt) zwischen der Außenscheibe (1 ) und der Innenscheibe (2), wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (4) der Zwischenschicht (3) zugewandt wird,
(d) Laminieren der Außenscheibe (1 ) mit der Innenscheibe (2) über die Zwischenschicht (3) zur Windschutzscheibe (10).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Endkeilwinkel {ajjpt) durch Recken oder durch Extrusion in die Zwischenschicht (3) eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Außenscheibe (1 ) und die Innenscheibe (2) zwischen den Verfahrensschritten (b) und (c) einem Biegeprozess unterzogen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die transparente Beschichtung (4) mindestens eine Silberschicht enthält.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Außenscheibe (1 ) und die Innenscheibe (2) Kalk-Natron-Glas enthalten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , wobei die Zwischenschicht (3) zumindest Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon enthält, bevorzugt PVB.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Zwischenschicht (3) als geräuschdämpfende, mehrlagige Folie ausgebildet ist.
14. Verwendung einer nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13 hergestellten Windschutzscheibe (10) in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen als Teil einer Projektionsanordnung für ein Head-Up-Display (HUD).
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