DE10357047A1

DE10357047A1 - Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen auf einem transparenten Substrat

Info

Publication number: DE10357047A1
Application number: DE2003157047
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl.-Phys. Rickers; Michael Dr. Vergöhl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1690124A1; WO2005054928A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion von Informationen auf ein transparentes Substrat, wie Sichtscheiben eines Fahrzeuges, insbesondere eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, wobei auf oder in der für die Projektion vorgesehenen Fläche des Substrats ein spektral selektiv reflektierendes Beschichtungssystem aus zwei oder mehreren Schichten angeordnet ist, das Licht einer oder mehrerer monochromatischer Lichtquellen reflektiert, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für head up displays.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen auf einem transparenten Substrat, insbesondere zum Anzeigen von Informationen auf Sichtscheiben von Fahrzeugen wie Windschutzscheiben von Fahrzeugen, auch Head-Up-Displays (HUD) genannt.
Head-Up-Displays (HUD) stellen eine innovative Form der Visualisierung von Informationen für den Führer eines Fahrzeugs (Schienenfahrzeuge wie Bahn, KFZ, Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Baufahrzeuge, etc.) dar, welche die Informationsübermittlung ermöglichen, ohne den Führer von seinen Aufgaben abzulenken. Der Grundgedanke ist die Projektion oder Einblendung der dazustellenden Informationen in das Blickfeld des Fahrzeugführers, um so ein Abwenden des Fahrers von seinen Aufgaben und damit eine Totzeit in dessen Reaktion reduzieren bzw. vermeiden zu können.
Hierzu werden verschiedenste Ansätze verfolgt, die in zwei Kategorien unterschieden werden können: Projektionen auf die Netzhaut (durch Helmvisiere, Prismen, etc.) und Projektionen virtueller Bilder auf transparente Bildflächen (zum Beispiel Windschutzscheibe bei Bahn und KFZ). Diese Erfindung betrifft die zweite Realisierungsform und zwar die Projektion direkt auf die Verglasung des Cockpits eines Fahrzeugs.
Ein grundsätzliches Problem bei der Realisierung derartiger Projektionen ist die benötigte Intensität des projizierten Bildes, um gegenüber der vermeindlichen hellen Umgebung (Sommer, Tageslicht, etc. ) für den Fahrer weiterhin erkennbar zu sein, also einen ausreichenden Kontrast zu liefern.
Als Projektionsquelle (Leuchtmittel des Projektionssystems) werden zunehmend Leuchtdioden und Laserdioden bzw. Laserquellen im weitesten Sinn eingesetzt und auch für die Realisierung o.g. HUD favorisiert.
Ein Problem dieser Lichtquellen ist jedoch die begrenzte zur Verfügung stehende Intensität, der entwicklungstechnisch Grenzen gesetzt sind. Zudem wird für die Lichtquelle eine Ablenkeinheit benötigt, welche den Lichtstrahl ähnlich dem FarbTV über die Bildwand bewegt. Der Begriff "Bildwand" wird im folgenden auch im weitesten Sinne stellvertretend für Windschutzscheiben bzw. andere Verglasungen verwendet, durch die der Fahrzeugführer schaut.
Zudem wird eine Optik benötigt, welche die Primärvalenzen (z.B. ein roter, grüner und blauer Laser) in einem Laserstrahl vereinigt. Das Gesamtsystem (Optik) weist gegenwärtig nur ungenügende Wirkungsgrade von maximal 30 % auf. Hinzu kommt die schlechte Reflektivität einer Glasscheibe (n~1.45) gegen Luft (n~1) von etwa 4 %.
Das System ist damit insgesamt nicht ausreichend Lichtstark, um gegen das Umgebungslicht einen signifikanten Kontrast zu erzielen.
Auch alternative Systeme weisen Probleme hinsichtlich der enorm hohen aufzubringenden Intensität für einen ausreichenden Kontrast und der damit verbundenen notwendig werdenden aktiven Kühlung auf ( DE 10016817A1 ).
Es gibt bereits verschiedenste Vorschläge hinsichtlich möglicher Realisierungsformen für HUDs, die im weitesten Sinne jedoch die Anordnung der Projektionseinheit ( DE 10144491A1 , WO 02/35276 A1, DE 10135342C1 bzw. DE 4211728A1 in Kombination mit einem holographischem Element), die Ausführung zusätzlicher Elemente im Sichtfeld des Fahrers (WO 02/35276 A1) und Veränderungen geometrischer Natur an der Scheibe (wie z.B. Einbringen eines Wedges etc.) zur Vermeidung von Geisterbildern durch Reflexion an den beiden Grenzflächen der Glasscheibe (US 2002/0008926A1, US 2003/6534152B2, WO 94/00787) betreffen. Diese Anmeldungen beziehen sich nicht auf die Realisierung eines ausreichend kontraststarken Bildes für den Fahrer.
Hinsichtlich dieser Thematik gibt es ebenfalls Veröffentlichungen, die auf Basis reflexionserhöhender Filter (US 2003/0035939A1, EP 1283432 A2 ) bzw. stellenweise getönter Scheibe ( DE 19816647 A1 ) den Kontrast zu verbessern suchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion von Informationen auf ein transparentes Substrat, wobei auf oder in der für die Projektion vorgesehenen Fläche des Substrats ein spektral selektiv reflektierendes Beschichtungssystem vorgesehen ist, das Licht einer oder mehrerer monochromatischer Lichtquellen reflektiert.
Bei dem transparenten Substrat handelt es sich vorzugsweise um eine Sichtscheibe eines Fahrzeugs, wie einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Schiff oder einem Flugzeug etc.
Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs.
Das transparente Substrat kann aus Glas oder einem anderen hierfür geeigneten transparenten Material bestehen wie einem Kunststoff wie Polycarbonat.
Der hier verwendete Begriff "Verglasung" umfasst damit nicht nur Substrate aus Glas, sondern gleichfalls aus anderen geeigneten transparenten Materialien.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der anliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen hierbei:
1 ein theoretisch optimales Reflexionsspektrum;
2 ein Spektrum eines spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystems, das ein dielektrischer Interferenzfilter mit 11 Schichten ist;
3 ein weiteres Beispiel eines Spektrums eines dielektrischen Interferenzfilters mit 12 Schichten; sowie
4 ein Flussdiagramm für einen genetischen Algorithmus zur Berechnung eines spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystems für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf dem Einsatz spektral selektiv reflektierender Beschichtungssysteme, wie zum Beispiel dielektrischer Interferenzfilter, sowie weitere optische Dünnschichtfiltersysteme, z.B. mit Schichten aus cholesterischen Polymeren oder LCDs, welche es gestatten, spektral selektiv die Reflektivität einer Grenzfläche signifikant zu erhöhen.
Im Gegensatz zu den Anmeldungen US 2003/0035939A1 und EP 1283432 A2 ist ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung die spektrale Selektivität der Reflexionserhöhung.
Grundgedanke ist die selektive und möglichst schmalbandige Reflexion der ebenso schmalbandigen Primärvalenzen eines Projektionssystems, wie sie bei den genannten favorisierten Formen vorhanden sind, auf der Windschutzscheibe bzw. Verglasung der Fahrerkanzel. Hierbei kann das System mit den oben genannten Ausführungsformen für die Vermeidung von Geisterbildern geeignet kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet für die Aufprojektion mit Licht einer oder mehrerer monochromatischen Lichtquellen, zum Beispiel Laserlicht.
Zur Realisierung der spektral selektiven Reflexion kann ein dielektrisches Filtersystem eingesetzt werden, wie es in seiner Berechnung und Funktion z.B. in C. Rickers, M. Vergöhl, „Spectrally selective reflecting thin-film filters for laser display technology", Thin Solid Films 442 (2003) 145–152 [1] und C:Rickers, M. Vergöhl, „Design and manufacture of spectrally-selective reflecting coatings for the use with laser display projection screens", Appl. Optics 41(16):3097–3106, 2002, [2] beschrieben ist. Auf diese Druckschriften wird für die vorliegende Erfindung vollinhaltlich bezug genommen und werden von der Erfindung durch Bezugnahme mitumfasst.
Der dort beschriebene, prinzipiell identisch aufgebaute Filter dient der Herabsetzung der Reflexion in weiten Teilen des sichtbaren Spektralbereichs bei gleichzeitiger Erhöhung der Reflektivität an den Wellenlängen der Laseremissionen.
Beispiele für derartige Filtersysteme sind auch in DE 102 45 881.2 und DE 197 47 597.3 beschrieben, auf die hier ebenfalls voll inhaltlich bezug genommen wird und die gleichfalls als von der Erfindung durch Bezugnahme mitumfasst sind.
Die spektrale Selektivität dieser Beschichtungssysteme beruht auf Interferenzeffekten einer einfallenden Lichtwelle mit sich selbst durch Aufteilung in Teilwellen an mehreren Grenzflächen und Induzierung einer Phasenverschiebung durch unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten, wie es auch in [1] und [2] beschrieben ist.
Die dabei erzielte Kontrasterhöhung beruht vereinfacht formuliert auf der Reduzierung der Reflexion von Umgebungslicht bei Erhalt der Reflexion von projiziertem Licht.
Das Prinzip ist in 1 näher dargestellt. 1 zeigt ein theoretisch optimales Reflexionsspektrum, wobei vertikal die Emission des Projektionssystems markiert ist (schmalbandige Primärvalenzen, hier Laseremissionen an den Wellenlängen 446 nm, 532 nm und 628 nm für blau, grün und rot).
Wie in 1 gezeigt, würde ein idealer Filter die Primärvalenzen des Projektors in Form eines Rechteckprofils schmalbandig reflektieren, während im übrigen Spektrum eine hundertprozentige Transmission erhalten bleibt.
Aufgrund begrenzter zur Verfügung stehender Schichten oder Gesamtdicke des Filtersystems ist eine solche spektrale Charakteristik technologisch heutzutage jedoch nicht realisierbar wie näher auch unter dem vorstehend genannten Literaturstellen (1), (2) ausgeführt.
Der Kompromiss geht daher in Richtung Reduzierung der reflektierten Intensität, Verbreiterung der Reflexionspeaks, wobei ein Verlust an Kontrast in Kauf genommen wird, sowie erhöhte Reflexion zwischen den Peaks.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein spektral selektiv reflektierendes Beschichtungssystem eingesetzt werden, wie es zum Beispiel in der vorstehend genannten Deutschen Patentanmeldung DE 197 47 957 A1 , in der internationalen Anmeldung WO 98/36320 und in dem Deutschen Patent DE 199 01 970 C2 beschrieben ist.
So kann das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem aus einer oder mehreren cholesterischen Polymerschichten gebildet sein, wie sie in DE 199 01 970 C2 beschrieben sind. Hierbei wird spektrale Selektivität auf Basis der Eigenschaften von cholesterischen Polymeren erzielt, die als einzelne Schicht die Fähigkeit besitzen, zirkular polarisiertes Licht einer bestimmten Händigkeit (das heißt entweder rechts- oder linkszirkular) und damit jeweils 50 % des unpolarisierten Lichtes in einem bestimmten Wellenlängenband Δλ zu reflektieren. Für eine optimale Reflektivität sollte das Beschichtungssystem für jede ausgewählte Wellenlänge mindestens 2 zueinander enantiomere cholesterische Polymerschichten mit entsprechender Selektivität für diese Wellenlänge aufweisen. Da cholesterische Enantiomere entgegengesetzt zirkular polarisiertes Licht reflektieren, wird in diesem Fall sowohl der rechts- als auch der linkszirkular drehende Anteil des unpolarisierten Lichtes in dem betreffenden Wellenlängenband reflektiert.
Ein für RGB-Strahlung besonders geeignetes Beschichtungssystem sollte daher mindestens sechs Schichten aus cholesterischen Polymeren aufweisen, wobei jeweils zwei einander benachbarte Schichten zueinander enantiomer sind und das blaue, rote beziehungsweise grüne Licht reflektieren, so dass insgesamt eine Reflexion von annähernd 100 % für alle RGB-Wellenlängen erzielt werden kann.
Das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem kann aus einem mehrlagigen Schichtsystem aus mindestens zwei dielektrischen Materialien unterschiedlicher optischer Dichte beziehungsweise mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut sein. Die mindestens zwei Schichtmaterialien sind abwechselnd auf dem Substrat aufgebracht, so das jeweils eine niedrigbrechende Schicht und eine hochbrechende Schicht abwechselnd auf dem Substrat angeordnet sind. Die jeweiligen Schichtdicken der hoch- beziehungsweise niedrigbrechenden Schichten eines Systems können gleich oder verschieden sein. Beispielsweise können eine oder mehrere Perioden von jeweils einer hochbrechenden Schicht mit einer ersten Schichtdicke und einer niedrigbrechenden Schicht mit einer zweiten Schichtdicke vorgesehen sein. In diesem Fall spricht man von periodischer Anordnung.
Die Dicken der hochbrechenden und der niedrigbrechenden Schicht können aber auch variieren; in diesem Fall spricht man von nichtperiodischer Anordnung.
Beispiele für geeignete dielektrische Materialien für das vorstehende Beschichtungssystem aus Schichten mit niedrig- und hochbrechenden Materialien sind die Oxide oder Nitride von Silizium, Aluminium, Titan, Wismut, Zirkon, Cer, Hafnium, Niob, Scandium, Magnesium, Zinn, Zink, Yttrium und Indium. Bevorzugte Beispiele für niedrigbrechende Materialien sind SiO₂ und MgS₂ sowie insbesondere Al₂O₃.
Bevorzugte Beispiele für hochbrechende Materialien sind Titanoxid und Nioboxid sowie Si₃N₄.
Beispiele für bevorzugte Kombinationen von hochbrechenden und niedrigbrechenden Materialien sind Siliziumdioxid als niedrigbrechendes Material und Titandioxid in der Rutilphase beziehungsweise in der Anatasphase als hochbrechendes Material sowie die Kombinationen SiO₂/Si₃N₄ und insbesondere Al₂O₃/Si₃N₄.
Ein weiteres Beispiel für ein geeignetes Material ist das System Si₁-x-yO_xN_y mit variabler Schichtdicke, bei dem sich der Brechungsindex durch Variation der Nitridkonzentration einstellen lässt.
Derartige Beschichtungen aus einem mehrlagigen Schichtsystem aus einer Abfolge abwechselnd hoch- und niedrigbrechender dielektrischer Materialien wirken als Interferenzfilter, mit dem selektiv die Wellenlängen des Projektionslichtes reflektiert werden.
Verfahren zur Herstellung der mehrlagigen Schichtsysteme aus dielektrischen Materialien sind an sich bekannt und zum Beispiel in DE 197 47 597 A1 und WO 98/36320 beschrieben. Beispiele für geeignete Beschichtungsverfahren sind Vakuum-Beschichtungsverfahren wie Magnetronsputtern und Elektronenstrahlverdampfung.
In 2 ist ein praktisch realisierbares Reflexionsspektrum für ein dielektrisches Filtersystem aus 11 Schichten gezeigt. Die Transmission ist hier 100-R und damit beträgt sie in den Bereichen außerhalb der Laseremission (vertikale Markierungen) etwa 90 bis 95 %.
Als Materialien für die Schichten wurden SiO₂ sowie Si₃N₄ eingesetzt, die auf eine Folie aus Polycarbonat aufgebracht worden sind.
Anders als für den Einsatz als Bildwand ist für den Einsatz in Sichtscheiben die ausreichende Transmission der spektral selektiv reflektierenden Beschichtung ein wesentliches Kriterium.
So sollte beim Einsatz in Sichtscheiben für Fahrzeuge eine ausreichende Transmission gewährleistet sein, damit die Sicht des Fahrers auf die Umgebung nicht beeinträchtigt wird.
Beispielsweise muss die Transmission einer Windschutzscheibe im Automobil aus Sicherheitsgründen bestimmte Normen erfüllen. Eine Erhöhung der Reflektivität wäre daher in Hinblick auf die gewünschte Transmission kontraproduktiv.
Neben der Möglichkeit der Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Mindesttransmission kann eine Optimierung für verschiedene Projektionswinkel in Abhängigkeit von der Einbaugeometrie sowie die Unterdrückung oder zumindest möglichst weitgehende Unterdrückung des sogenannten Farb-Flop-Effekts wünschenswert sein.
Unter Farb-Flop wird eine Veränderung des Farbeindrucks beim Betrachter verstanden, die durch eine Änderung des Blickwinkels verursacht wird. Jedoch ist der Farb-Flop-Effekt beim Einsatz in Head-Up-Displays nur von untergeordneter Bedeutung, da die Position des Betrachters und damit dessen Blickwinkel im Wesentlichen fest ist.
Je nach Bedarf kann es auch wünschenswert sein andere Eigenschaften für die Beschichtung einzustellen.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere ein spektral selektiv reflektierendes Beschichtungssystem, das im Hinblick darauf optimiert ist, dass es neben möglichst hohem Kontrast bei ausreichender Transmission den besten Kompromiss aus geringer Schichtdicke, geringer Anzahl der zu verwendenden Schichtmaterialien und geringer Anzahl Einzelschichten aufweist.
Erfindungsgemäß werden hierfür spektral selektiv reflektierende Beschichtungssysteme verwendet die aus mindestens zwei Schichten bestehen.
Ein erfindungsgemäß geeignetes Beschichtungssystem, das die vorstehend genannten Randbedingungen erfüllt, lässt sich durch Einsatz eines genetischen Algorithmus wie er in (1), (2) sowie in der Deutschen Patentanmeldung 102 45 881.2 beschrieben ist, durch eine Bewertung mittels der Farbmatrix oder durch andere Softwareoptimierungsprogramme erhalten.
Hierbei wird die farbmetrische Bewertung mit einem Optimierungsalgorithmus kombiniert, der für die Optimierung kein vorgegebenes Anfangsdesign als Input benötigt, da es das Zielspektrum bereits im Wesentlichen wiedergibt. Durch Kombination dieses Algorithmus mit farbmetrischen Bewertungsverfahren lassen sich die erfindungsgemäßen optischen Beschichtungen erhalten, deren Eigenschaften in Hinblick auf die gewünschten Randbedingungen optimiert sind.
Mit diesem Verfahren kann insbesondere unter Ausnutzung der Vorteile wie sie in (1) und (2) genannt sind, nämlich Berücksichtigung der Augenempfindlichkeit für ein optimales Ergebnis bei Einhaltung der jeweiligen Randbedingungen, zusätzlich eine geeignete Bewertung für die Mindesttransmission bereits im Entwicklungsprozess des Beschichtungssystems berücksichtigt werden.
Zudem lassen sich die Randbedingungen für weitere gewünschte Eigenschaften optimieren. So ist eine Integration der spektralen Charakteristik des Beschichtungssystems in die spektralen Eigenschaften anderer in dem Substrat eingesetzter Filtersysteme oder Tönungen in die Bewertung des Designs möglich.
Damit ist es möglich, auch im Fall getönter Sichtscheiben wie Windschutzscheiben mit Solarcontrol, Color-Tönung etc., das Beschichtungssystem so zu integrieren, dass die mit dem Beschichtungssystem versehene Fläche der Windschutzscheibe von außerhalb des Fahrzeugs weitestgehend oder nicht sichtbar ist.
Folglich können erfindungsgemäß durch Anwendung des genetischen Algorithmusses und Ausnutzung der verfügbaren Materialien, Schichtanzahl und Gesamtdicke des Beschichtungssystems die bestmöglichen Reflektivitäten, deren Wertigkeiten der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst sind, realisiert werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das gewünschte Beschichtungssystem durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren wie sie allgemein bekannt sind, mit der gewünschten Materialkombination auf das vorgesehene transparente Substrat appliziert.
Das Substrat kann starr oder flexibel sein.
So kann das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem auf eine flexible Folie aufgebracht werden, die anschließend auf oder in die Sichtscheibe laminiert beziehungsweise eingebracht wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere im Fall von stark gekrümmten Sichtscheiben vorteilhaft.
Insbesondere kann das erfindungsgemäß eingesetzte Beschichtungssystem auf eine Wedgefolie aufgebracht werden. Weiter kann die Beschichtung auf mehreren Grenzflächen erfolgen, wodurch sich die Gesamtreflexion erhöhen lässt.
Durch Kombination mit einer Wedgefolie oder einer Verglasung mit wedgeartigem Hohlraum wird eine effektive Unterdrückung von Geisterbildern ermöglicht.
Weiter ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch für Substrate möglich, die mit zusätzlichen Funktionselementen beziehungsweise Funktionsschichten versehen sind.
Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für Windschutzscheiben eingesetzt werden, die zusätzlich mit einer wärmeabweisenden Schicht versehen sind oder mit einer transparenten leitfähigen Schicht aus zum Beispiel TCO-Materialien, wie sie zur Heizung der Scheibe eingesetzt werden kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise des genetischen Algorithmus zur Optimierung von spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystemen wie sie für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet sind, unter Verweis auf das Flussdiagramm in 4 näher erläutert.
Die Funktionsweise des genetischen Algorithmus lehnt sich an die Evolution und Rekombinationsstrategien der Natur an. Grundgedanke ist dabei, dass aus einer Anzahl von Individuen, die zusammen eine Generation bilden, nur die Individuen zur Generierung einer neuen Generation ausgesucht werden, die im Hinblick auf ihre Umgebung die besten Eigenschaften haben. Für den vorliegenden Fall wird unter einem Individuum ein Schichtsystem mit seinen Schichtdicken und Materialeigenschaften verstanden. Die Parameter des Schichtsystems wie Schichtdicken und Materialien werden als Gene bezeichnet. Der Algorithmus generiert zunächst eine Population an Individuen, indem er zufällig Materialien und Schichtdicken zuordnet (in 4 als "statische Population bezeichnet). Diese Individuen werden dann bewertet und nach Qualität sortiert. Anschließend erfolgt eine Schleife, bestehend aus den Schritten Rekombination, Mutation, Bewertung und Selektion (Auswahl der besseren Individuen, das heißt Schichten), wobei schlechte Schichten verworfen werden. Durch wiederholte Durchführung der Schleife wird eine Verbesserung der Qualität der Population im Durchschnitt und der des besten Individuums absolut erzielt, bis ein Optimum erreicht ist.
Für die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Beschichtungssysteme erfolgt die Bewertung und damit Optimierung auf Grundlage von farbmetrischen Gesichtspunkten. Indem die Bewertung auf Grundlage der Farbmetrik erfolgt, kann auf eine Vorgabe eines diskreten Zielspektrums verzichtet werden.
Der Kontrast ergibt sich hierbei aus
wobei Y der Normfarbwert ist und damit ein Maß für die Helligkeit des Reflexionsspektrums. k gibt den Kontrast an, den die Bildwand für Primärvalenzen der entsprechenden Wellenlängen gegenüber Umgebungslicht erzielt.
Für die Durchführung des Algorithmus wird eine modifizierte Formel (1) für die Bewertung des Kontrasts eingesetzt, wobei die Summe durch ein Produkt ersetzt ist:
und σ_R die Standardabweichung des Reflexionsvermögens und C ein empirischer Faktor ist.
Für die Erhöhung des Kontrasts ist weniger eine besonders hohe Reflexion im Bereich der Laserwellenlängen ausschlaggebend, sondern vielmehr eine möglichst niedrige Reflexion im Spektralbereich außerhalb davon.
Im genetischen Algorithmus kann dieser Effekt durch Beeinflussung der Gewichtung berücksichtigt werden, mit der der Untergrund unterdrückt wird. Dies geschieht, indem in Gleichung (2) der Exponent von Y entsprechend variiert wird.
Entsprechend kann die gewünschte beziehungsweise notwendige Transmission eingestellt werden.
Für die Minimierung beziehungsweise Eliminierung des Farb-Flop-Effekts ist das Schichtsystem so auszulegen, dass die durch Änderung des Betrachterwinkels verursachte Änderung der reflektierten Intensitäten für ale Wellenlängen des Projektionslichts gleich ist. Als Grundlage für die Bewertung durch den Algorithmus werden hierfür die Spektren eines Individuums (Schichtsystems) für verschiedene Betrachtungswinkel berechnet und die Änderung der reflektierten Intensitäten für die Wellenlängen der Primärvalenzen verglichen, wobei Standardabweichungen dieser Werte verwendet werden.
Weiter kann bei Bedarf die Einstellung der Farbneutralität der Abbildung mittels Weißabgleich erfolgen, wobei die Intensität des von der Bildwand reflektierten Lichtes einer der Wellenlängen der Primärvalenzen (Rot, Grün, Blau) mit der Intensität des monochromatischen Lichtes der entsprechenden Wellenlänge wie sie vom Projektor abgestrahlt wird, abgestimmt wird.
Anhand der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise erfolgt mit Hilfe des genetischen Algorithmus eine Bewertung eines Schichtsystems, das ohne eine feste Vorgabe für ein diskretes Reflexionsspektrum auskommt und den Kontrast erhöht, wobei gleichzeitig der Farb-Flop unterdrückt wird.
Durch die beschriebene Kombination eines genetischen Algorithmus' mit einer auf der Farbmetrik beruhenden Bewertung werden spektral selektiv reflektierende Beschichtungen erhalten, die einen deutlich verbesserten Kontrast bei gleichzeitig optimal geringer. Gesamtschichtdicke und Anzahl an Einzelschichten enthalten.
Beispielsweise können hiermit Beschichtungen mit einem Kontrast von mindestens 2,5 bei einer Dicke der Gesamtschicht von weniger als 4,5 μm erreicht werden.
In 3 ist schematisch der spektrale Verlauf einer spektral selektiv reflektierenden Beschichtung gezeigt, die nach dem vorstehend beschriebenen genetischen Algorithmus erhalten worden ist.
Es handelt sich hierbei um eine Beschichtung aus einem Schichtsystem aus niedrig- und hochbrechenden dielektrischen Materialien. Die Beschichtung besteht aus zwölf Einzelschichten, mit SiO₂ als niedrigbrechendem Material (n = 1,46) und Si₃N₄ als hochbrechendem Material (n = 2,05), die auf ein Glassubstrat abgeschieden worden sind
Der Schichtaufbau ist ausgehend von dem Glassubstrat nach oben wie folgt:
Glas
Si₃N₄ 239 nm, SiO₂ 210 nm,
Si₃N₄ 324 nm; SiO₂ 319 nm,
Si₃N₄ 435 nm, SiO₂ 197 nm,
Si₃N₄ 22 nm, SiO₂ 241 nm,
Si₃N₄ 72 nm, SiO₂ 372 nm,
Si₃N₄ 249 nm, SiO₂ 35 nm.
Diese Beschichtung zeigt eine Kontrastverbesserung k von 3,55.

Claims

Vorrichtung zur Projektion von Informationen auf ein transparentes Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass auf der für die Projektion vorgesehenen Fläche des Substrats ein spektral selektiv reflektierendes Beschichtungssystem angeordnet ist, das Licht einer oder mehrerer monochromatischer Lichtquellen reflektiert, wobei das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem aus zwei oder mehreren Schichten besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem ein dielektrisch Interterenzfilter aus zwei oder mehreren Schichten aus optisch unterschiedlich dichten Materialien, aus zwei oder mehreren Schichten aus cholesterischen Polymeren oder ein LCD-System ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken der einzelnen Schichten gleich oder verschieden sind oder das System eine Kombination aus Schichten mit gleichen und verschiedenen Dicken darstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat eine Sichtscheibe eines Fahrzeugs ist.
– Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ausgewählt ist, unter einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem Schiff oder einem Flugzeug.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat aus einem Material ausgewählt unter Glas und einem transparenten Kunststoff besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem auf einer transparenten Folie aufgebracht ist, und die Folie mit dem spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystem auf oder in dem transparenten Substrat angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat getönt ist, insbesondere eine getönte Windschutzscheibe ist.
Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtscheibe mit einer oder mehreren weiteren Funktionsschichten zur Modifizierung der Eigenschaften der Sichtscheibe versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das spektral selektiv reflektierende Beschichtungssystem auf der vom Projektionslicht abgewandten Seite mit dem menschlichen Auge im Wesentlichen nicht erkennbar ist.
Verwendung von spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystemen mit zwei oder mehreren Schichten für head up displays.
Verwendung von spektral selektiv reflektierenden Beschichtungssystemen mit zwei oder mehreren Schichten für eine Vorrichtung zur Projektion von Informationen auf ein transparentes Substrat, insbesondere eine Sichtscheibe für Fahrzeuge.
Verwendung einer spektral selektiv reflektierenden Beschichtung aus zwei oder mehreren Schichten für Windschutzscheiben von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen.