DE68912246T2

DE68912246T2 - Kraftfahrzeugwindschutzscheibe für ein Anzeige-Sichtsystem.

Info

Publication number: DE68912246T2
Application number: DE89115787T
Authority: DE
Inventors: James Hubert Dunaway; Glenn Edward Freeman; Karen Jane Korenkiewicz; James Lawrence Valimont
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1989-08-26
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-08-27
Also published as: CA1329501C; US4998784A; JPH02222920A; EP0359015A1; EP0359015B1; KR930001537B1; JPH0561701U; KR900002977A; DE68912246D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe, die in einem projizierten Frontscheiben-Anzeigesystem verwendet werden kann, das in die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist.
Ein projizierendes Frontscheiben-Anzeigesystem ist ein System, das einem Betrachter Informationen anzeigt während er gleichzeitig die reale Welt durch die Anzeige hindurch und darum herum sieht. Ein solches, sogenanntes Headup-Anzeigesystem wird oftmals in die Cockpits von Flugzeugen eingebaut, damit die Piloten die Fluginformationen überwachen können, und in jüngerer Zeit wurden die Systeme bei Landfahrzeugen wie Autos, Lastkraftwagen u.a. verwendet. Das Anzeigesystem wird im allgemeinen so angebracht, daß der Betrachter nicht nach unten zur Instrumententafel des Fahrzeugs und aus dem Sichtbereich vor dem Fahrzeug weg blicken muß, wie das beim Betrieb eines Fahrzeugs üblich ist, wenn er die Betriebsinformationen sehen möchte.
Headup-Anzeigesysteme umfassen im allgemeinen ein Anzeigeprojektionssystem, einen Kollimator und einen Kombinator. Das Projektionssystem umfaßt eine Lichtquelle, die die Betriebsinformationen durch den Kollimator projiziert, der die projizierten Lichtstrahlen allgemein ausrichtet. Das parallel gerichtete Licht wird vom Kombinator reflektiert, der ein nach der Wellenlänge selektiertes Element ist; das in einem Teil des Sichtfeldes des Operators so angeordnet ist, daß die Betriebsinformationen, die vom Kombinator reflektiert werden, ohne weiteres vom Operator gesehen werden können. Je nachdem, wie der Kollimator die projizierten Lichtstrahlen ausrichtet, kann das reflektierte Bild irgendwo von einer Position unmittelbar vor dem Fahrzeug in die optische Unendlichkeit fokussiert werden.
Der Kombinator kann irgendein reflektierendes, Wellenlängen selektierendes Material sein, z.B. ein Hologramm oder ein reflektierender Metallfilm. Bei einer Windschutzscheibe mit einem holografischen Headup-Anzeigesystem ist der Kombinator ein Hologramm, das auf einen Folieträger aufgetragen und in die Zwischenschicht zwischen den durchsichtigen Glasscheiben der Windschutzscheibe eingebracht werden kann. Es ist nicht zu leugnen, daß ein Headup-Anzeigesystem, das wichtige Informationen zum Fahrzeug, wie z.B. Kraftstoffversorgung und Fahrzeuggeschwindigkeit liefert und innerhalb des Blickfeldes des Fahrzeugführers durch die Windschutzscheibe angeordnet ist, dem Fahrzeugführer ermöglicht, einen sicheren Blickkontakt mit der realen Welt beibezubehalten, während er gleichzeitig die Anzeigeinformationen sieht.
Das Material der Zwischenschicht bei einer Windschutzscheibe ist normalerweise ein wärmeempfindliches Material, z.B. Polyvinylbutyral, das während des Laminierens der Windschutzscheibe fließt. Wenn der holografische Kombinator in die Zwischenschicht eingebettet wird, kann der Kombinator auf Grund der Fließeigenschaften des Materials der Zwischenschicht verzerren, wodurch seine Reflexionseigenschaften und die optische Qualität der Windschutzscheibe beeinträchtigt werden. Zusätzlich verringert der Kombinator die optische Qualität der Windschutzscheibe durch das Eintragen von zusätzlichen Materialien zwischen die Glasscheiben der Windschutzscheibe.
Es wäre vorteilhaft, den Kombinator so dünn wie möglich zu machen und die Oberfläche des Kombinators parallel zu den Hauptflächen der Glasscheiben zu halten, um so die optische Verzerrung durch die Windschutzscheibe zu verringern und die Reflexionseigenschaften des Kombinators beizubehalten.
Das Patent US-A-1,871,877 von Buckman beschreibt ein Anzeigesystem mit einer dünnen Glasplatte, die auf der Windschutzscheibe oder der Instrumententafel befestigt ist und die Informationen von den Instrumenten zum Fahrzeugführer reflektiert.
Das Patent US-A-2,264,044 von Lee beschreibt den Geschwindigkeitsmesser eines Motorfahrzeugs, bei dem die beleuchtete Anzeige des Geschwindigkeitsmessers von der innen befindlichen Oberfläche der Windschutzscheibe des Fahrzeugs reflektiert wird.
Das Patent US-A-2,641,152 von Mihalakis beschreibt eine optische Projektionseinrichtung in einer Fahrzeuganzeige, bei der die Informationen der Instrumente von einem Reflexionsschirm auf der innen befindlichen Oberfläche der Windschutzscheibe des Fahrzeugs reflektiert werden. Die reflektierende Oberfläche ist mattgeschliffen und kann aus Metall, Glas oder Kunststoff sein.
Das Patent US-A-2,750,833 von Gross beschreibt ein optisches Anzeigesystem zur Beseitigung von Doppelbildern, die bei Reflektoransichten, wie sie bei Isolierungen von Kanonenzielvorrichtungen in Flugzeugen verwendet werden, durch die Polarisierung des parallel ausgerichteten Lichtstrahls und die Trennung der Doppelzweige durch Drehen der Polarisationsebene und Extinktion eines der Zweige auftreten.
Das Patent US-A-3,276,813 von Shaw, jr., beschreibt eine Anzeige für ein Motorfahrzeug, bei der eine stark reflektierende Beschichtung auf der innen befindlichen Oberfläche der Windschutzscheibe des Fahrzeugs zur Reflexion der Informationen der Instrumente zum Fahrzeugführer genutzt wird.
Das Patent US-A-3,446,916 von Abel beschreibt einen Bildkombinator, der einen Teil des Flugzeugfensters nutzt, und wo die Innenfläche des Teils mit einem teilweise reflektierenden Film beschichtet und parabolisch geformt ist.
Das Patent US-A-3,899,241 von Malobicky, jr., et al. beschreibt eine für den Gebrauch im Flugzeug angepaßte Windschutzscheibe und beinhaltet eine durchsichtige reflektierende Beschichtung auf der innen befindlichen Oberfläche im mittleren Teil des nach vorn gerichteten Blickfeldes, um einen das Wahrnehmungsbild empfangenden Bereich auszubilden. Die Fahrzeuginformationen werden von der reflektierenden Beschichtung zum Fahrzeugführer reflektiert.
Die Patente US-A-3,940,204 von Withrington und 4,218,111 von Withrington et al. beschreiben eine optische Anzeige, bei der holografische Linsen verwendet werden.
Das Patent US-A-4,261,635 von Freeman beschreibt ein Headup-Anzeigesystem, das einen holografischen Kombinator umf aßt, der innen an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Hologramm ist im wesentlichen örthogonal zur und mitten auf einer Achse zwischen der Lage des Auges des Betrachters und den Projektionsoptiken angeordnet, um so Licht von einem Bild abzulenken, das durch die Projektionsoptiken für das Auge des Betrachters mit einer minimalen Feldaperation produziert wurde.
Das Patent US-A-4,398,799 von Swiff beschreibt ein Headup-Anzeigesystem, bei dem die Sicht des Piloten mit einer auf dem Kopf befestigten Kamera aufgezeichnet wird und zu der das Licht von der äußeren Umgebung und einer überlagerten Anzeige von einem auf dem Kopf montierten Spiegel reflektiert wird.
Das Patent US-A-4,613,200 von Hartman beschreibt ein Headup-Anzeigesystem, das zwei parallele, holografische optische Elemente verwendet, um die Informationen der Instrumente zum Fahrzeugführer zu reflektieren. Eines der Elemente besteht aus einem Teil der Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder ist daran befestigt.
Das Patent US-A-4,711,544 von Iino et al. beschreibt eine Anzeige für Fahrzeuge, bei der die Informationen der Instrumente von der Frontscheibe des Fahrzeugs reflektiert werden, so daß die Bildanzeige in einer gewünschten Position ausgebildet werden kann, die mit der Blicklinie des Fahrers ausgerichtet ist, ohne die Sicht des Fahrers nach vorn zu behindern.
Diese Patente beschreiben verschiedene Anzeigen. Sie beschreiben jedoch keine holografische Windschutzscheibe, bei der lediglich eine holografische Folie, die innerhalb der Windschutzscheibe angeordnet ist, als die Anzeige reflektierende Oberfläche, d.h. Kollimator, für die Anzeige verwendet wird.
WO 88/09942, ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPC bezieht sich auf eine Anzeige für Windschutzscheiben für Automobile, die einen holografischen Kombinator enthält, der in die Scheiben der Windschutzscheibe laminiert wurde. Das Laminierungsverfahren umfaßt das Entfernen des holografischen Kombinators von einem Träger vor dem letzten Laminierungsschritt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer laminierten, holografischen, durchsichtigen Scheibe mit solch einem Aufbau, daß jede optische Verzerrung eines Bildes, das durch die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs gesehen wird, die sich durch zusätzliche Elemente in dieser Windschutzscheibe ergibt, nur auf dieses Hologramm zurückzuführen ist.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe durch Anordnen einer Zwischenschicht auf einer Oberfläche einer festen Glasscheibe, Anordnen eines auf einem Träger angeordneten Hologramms auf einer Hauptoberfläche der Zwischenschichtfolie, Laminieren der Glasscheibe, Zwischenschichtfolie, Hologramm und Träger durch Erwärmen und Anlegen von Druck, um einen einheitlichen Verbund auszubilden, Entfernen des Trägers von dem Verbund und Laminieren mindestens einer zusätzlichen festen Glasscheibe mit der Zwischenschichtfolie, so daß die Zwischenschichtfolie und das Hologramm zwischen den Glasscheiben angeordnet sind.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe durch Ankleben eines auf einem Träger angeordneten Hologramms an einer Hauptoberfläche einer Zwischenschichtfolie aus Kunststoff, wobei das Hologramm zwischen dem Träger und der Zwischenschichtfolie angeordnet ist, durch Erwärmen des Teils der Zwischenschichtfolie, der in Berührung mit dem Hologramm steht, Entfernen des Trägers vom Hologramm, so daß das Hologramm an der Zwischenschichtfolie kleben bleibt, Befestigen einer Glasscheibe an der Zwischenschichtfolie, so daß das Hologramm zwischen der Glasscheibe und der Zwischenschichtfolie angeordnet ist, und Laminieren mindestens einer zusätzlichen Glasscheibe mit der Zwischenschichtfolie, so daß die Zwischenschichtfolie zwischen den Glassscheiben angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe durch Ankleben eines auf einem Träger angeordneten Hologramms an einer Hauptoberfläche einer Glasscheibe, wobei das Hologramm zwischen dem Träger und der Glasscheibe angeordnet ist, durch Erwärmen des Teils der Glasscheibe, der in Berührung mit dem Hologramm steht, Entfernen des Trägers vom Hologramm, so daß das Hologramm an der Glasscheibe kleben bleibt, Befestigen einer Zwischenschichtfolie aus Kunststoff an der Glasscheibe, so daß das Hologramm zwischen der Glasscheibe und der Zwischenschichtfolie angeordnet ist, und Laminieren mindestens einer zusätzlichen Glasscheibe mit der Zwischenschichtfolie, so daß die Zwischenschichtfolie zwischen den Glassscheiben angeordnet ist.
Das Hologramm wird zuerst auf einer flexiblen Trägersubstanz entwickelt. Dadurch läßt sich das Hologramm leicht an der gewünschten Stelle in der Windschutzscheibe anordnen. Beim Zusammenbau der Windschutzscheibe werden das Hologramm und der Träger entweder am Material der Zwischenschicht oder an der Glasoberfläche von einer der Glasscheiben während eines vorläufigen Montagegangs befestigt. Die Trägersubstanz wird dann vom Hologramm z.B. durch Abschälen entfernt, so daß nur das Hologramm als reflektierendes Element der Windschutzscheibe zurückbleibt. In Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Hologramms gegenüber Temperatur und Druck wird das zum Zusammenbau der Windschutzscheiben eingesetzte Laminierungsverfahren so verändert, daß die Integrität des Hologramins während des Zusammenbauens erhalten bleibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Abb. 1 ist die schematische Darstellung eines projizierenden Frontscheibenanzeigesystems mit einer ein Hologramm aufweisenden Windschutzscheibe.
Abb. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Linien 2-2 in Abb. 1, der das Hologramm innerhalb der Verbundwindschutzscheibe zeigt.
Die Abbildungen 3 bis 6 sind vergrößerte Querschnitte, ähnlich dem in Abb. 2 gezeigten, von alternativen Ausführungsformen einer Windschutzscheibe.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten Windschutzscheibe mit einem Kombinator für ein Headup-Anzeigesystem, das zwischen die Glasscheiben der Windschutzscheibe laminiert wurde; es ist aber klar, daß die Erfindung für jede Art von Fahrzeug oder Aufbau verwendet werden kann, wo ein dünner, unverzerrter Kombinator in Verbindung mit der lichtdurchlässigen Scheibe zu verwenden ist. Zur Erläuterung sei gesagt, daß der hier verwendete Begriff "Hologramm" für ein holografisches Aufzeichnungsmedium oder eine Folie, z.B. dichromatische Gelatine, steht, der Begriff holografisches Element das Hologramm meint, das auf einer Trägerfolie oder einem Träger angeordnet ist, der Begriff Kombinator entweder ein Hologramm oder ein holografisches Element bedeutet, das mit Bezug auf die lichtdurchlässige Scheibe angebracht wurde, um ein virtuelles Bild von einer projizierten Bildquelle mit der Ansicht der realen Welt zu kombinieren.
Bei den Abbildungen 1 und 2 enthält die lichtdurchlässige Scheibe des Headup-Anzeigesystems die Windschutzscheibe eines Motorfahrzeugs 10, die eine äußere Glasscheibe 12, eine innere Glasscheibe 14 und eine Zwiscbensch-ichtfolie 16 aufweist und mit einem Kombinator 18 zum Reflektieren von Informationen tragenden Lichtquellen in das Blickfeld eines Fahrzeugführers 20. Der Kombinator 18 ist in die Windschutzscheibe 10 laminiert, direkt gegen die Hauptoberfläche entweder der Glasscheibe 12 oder 14, was später erläutert wird. Die Lichtstrahlen strahlen von einer Bildquelle 22 aus und werden auf den Kombinator 18 projiziert. Der Kombinator 18 wurde angefertigt, um die Wellenlängen des Lichts zu reflektieren, die sich innerhalb einer vorgegebenen schmalen Bandbreite befinden, die der Wellenlänge und dem Einfallswinkel des Lichtes entspricht, das auf den Kombinator 18 projiziert wird.
Eine geeignete Projektionseinheit 24 wird vorzugsweise unmittelbar unter der oberen Oberfläche 26 der Instrumententafel des Fahrzeugs 28 befestigt und zwischen der Bildquelle 22 und dem Kombinator 18 angeordnet, um das Licht auf den Kombinator 18 zu projizieren. Die auf den Kombinator 18 projizierten Lichtstrahlen werden so parallel ausgerichtet, daß sie irgendwo vor dem Fahrzeug und vorzugsweise etwa 3 bis 15 m (10 bis 50 Fuß) vor der Windschutzscheibe 10 ein virtuelles Bild ergeben. In Situationen, wo der Kombinator 18 keine ebene Oberfläche ist, wenn sich der Kombinator 18 z.B auf oder in einer gekrümmten Windschutzscheibe befindet, muß die optische Einheit 24 auch die spherischen und optischen Aberrationen ausgleichen, die sich durch die Krümmung der Windschutzscheibe ergeben.
Die Bildquelle 22 ist vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD) mit spezifischer Durchlässigkeit, die entsprechend beleuchtet ist, um Informationen tragende Lichtstrahlen durch die optische Einheit 24 zum Kombinator 18 zu projizieren. Das dargestellte Bild (nicht gezeigt) kann numerische oder grafische Symbole beinhalten, z.B. Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Kraftstoffanzeige, Drehzahl des Motors und Warnungen. In Abb. 2 ist der Kombinator 18 zwischen den Glasscheiben der Windschutzscheibe 10 angeordnet, was später beschrieben wird.
Der Kombinator 18 ist innerhalb eines besonderen Bereichs bezüglich der direkten Sichtlinie des Fahrzeugführers angebracht. Die bevorzugte Anbringung des Kombinators 18 schafft einen Bereich für die Informationsanzeige, der ermöglicht, daß die außen befindliche reale Welt am Rand gesehen werden kann, wenn der Fahrzeugführer die Anzeige überwacht. Es wird erwartet, daß auch alternative Anbringungen eine effektive Headup-Anzeige für die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs schaffen.
In Abb. 2 ist in der Windschutzscheibe 10 der Kombinator 18 ein Hologramm, das zwischen die durchsichtigen Glasscheiben der Windschutzscheibe 10 laminiert wurde. Es wurde festgestellt, daß in herkömmlicher Weise angefertigte Hologramme eine modifizierte Verarbeitung erforderlich machen können, um dem typischen Laminierungsverfahren für eine Windschutzscheibe zu widerstehen, bei dem die Windschutzscheibe normalerweise auf etwa 135º C (275º F) bei einem Druck von etwa 14,1 kg/cm² (200 psi) erwärmt wird, und daß es einfacher ist, das Hologramm in ebener Form herzustellen und dann zu biegen, um es während der Laminierung der endgültigen Kontour der Windschutzscheibe 10 anzupassen.
Jetzt wird die Verarbeitung eines speziellen Hologramms und holografischen Elementes beschrieben, das bei dem Zusammenbau einer laminierten Verbundwindschutzscheibe eingebracht wurde, um als Kombinator zu dienen; es ist aber klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeinen besonderen Typ eines Hologramms oder einer reflektierenden Oberfläche beschränkt ist. Zusätzliche holografische Windschutzscheiben 10 wurden unter Verwendung von anderen Hologrammen angefertigt, die von Flight Dynamics, Inc., Portland, Oregan. geliefert wurden.
Ein holografisches Element wird ausgebildet durch das Auftragen einer Schicht eines holografischen Aufzeichnungsmediums mit einer Dicke zwischen 10 bis 40 um auf einen Träger. Der Träger, der entweder transparent oder lichtundurchlässig sein kann, wird in ebener Ausrichtung von einem Haltemechanismus, z.B. einer herkömmlichen Ansaugplatte, gehalten, wenn die Schicht eines holografischen Aufzeichnungsmediums auf den Träger aufgetragen wird. Ein geeignetes holografisches Aufzeichnungsmedium wäre eine lichtempfindliche Emulsion, wie z.B. eine Gelatine der Güte VSP, die von der J.T. Baker Chemical Company erhältlich ist. Der Träger ist elastisch und vorzugsweise ein Film aus Polyester oder Polycarbonat mit einer Dicke von etwa 0,125 mm. Wenn der ausgewählte Träger hydrophob ist, wird ein geeignetes Grundierungsmittel, d.h. eine Grundierschicht auf die Oberfläche des Trägers aufgetragen, auf die die Schicht aus Gelatine aufgetragen wird. Das Grundierungsmittel verleiht der Oberfläche hydrophile Merkmale, die eine effektive Bindung zwischen der Gelatine und dem Träger schaffen.
Nachdem die Gelatineschicht auf den Träger aufgetragen wurde, wird sie in einer der Fachwelt bekannten Weise in einer Lösung aus Ammoniumdichromat lichtempfindlich gemacht. Die Gelatine wird dann dem Licht ausgesetzt, um das Hologramm zu schaffen. Das Hologramm wird vorzugsweise unter Verwendung der Verfahren belichtet, die in dem Patent US-A-4,582,389 von Cannata et al. beschrieben sind.
Nach der Belichtung wird das Hologramm in herkömmlicher und der Fachwelt bekannten Weise verarbeitet. Ein akzeptables Verarbeitungsverfahren umfaßt dass Waschen des holografischen Elementes für 15 Minuten in fließendem Wasser mit einer Temperatur zwischen 16º C und 20º C (60º F und 68º F); das Eintauchen in Isopropanol für zwei Minuten bei ständigem Rühren und das Trocknen des holografischen Elementes in einem Vakuumtrockenschrank für zwei Stunden bei einer Temperatur von mindestens etwa 100º C (212º F).
Es kann sein, daß das holografische Element nach einer ersten Berarbeitung noch ein zweites Mal bearbeitet werden muß um zu gewährleisten, daß das Hologramm den Temperaturen und Drücken beim Laminierungsverfahren für eine Windschutzscheibe standhält. Eine zweite Bearbeitung schließt gegebenenfalls den Schritt des Auftragens einer Feuchtigkeitsbarriere auf das Hologramm ein, gefolgt von der Wärmestabilisierung des Hologramms und seiner Lagerung in einer Umgebung mit relativ geringer Luftfeuchtigkeit.
Das zuvor beschriebene holografische Element wird in eine Lösung aus einem stark flüchtigen Lösemittel und einer Beimengung getaucht. Nachdem das Lösemittel verdunstet ist, bildet die verbleibende Beimengung eine wirksame Feuchtigkeitsbarriere aus, die die exponierte Oberfläche des Hologramms bedeckt und dem Hologramm während des Laminierungsverfahrens als gegen Feuchtigkeit stabilisierendes Mittel dient. Eine bevorzugte Lösung ist eine Lösung aus 2 Gew.-% Fluorkohlenstoffpulver auf der Grundlage eines Polychlortrifluorethylenharzes wie das, das von der M.W. Kellogg Company unter dem Warenzeichen KEL-F hergestellt wird, aufgelöst in flüssigem Freon. Nachdem das holografische Element in die Lösung getaucht wurde, wird das Freon verdunstet und hinterläßt eine Feuchtigkeitsbarriere aus KEL-F, die die Oberfläche des Hologramms bedeckt. Obwohl eine 2%-ige Lösung bevorzugt wird, können akzeptable Ergebnisse mit einer 0,5- bis 5%-igen Lösung erreicht werden. Die oben beschriebene Auftragung einer Feuchtigkeitsbarriere ist nicht nötig, wenn die beim Laminierungsverfahren verwendete Zwischenschicht einen ausreichend niedrigen Feuchtigkeitsgehalt hat, z.B. 0,2 % oder weniger, so daß das Hologramm nicht-beschädigt wird.
Nachdem die Feuchtigkeitsbarriere aufgetragen wurde, wird das Hologramm wärmestabilisiert, indem das holografische Element in einen Vakuumtrockenschrank gegeben und von Raumtemperatur auf eine Spitzentemperatur von zwischen 120º C und 140º C (220º F bis 285º F) innerhalb von 30 bis 90 Minuten erwärmt und dann langsam in 20 bis 60 Minuten bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das zuvor beschriebene holografische Element wird vorzugsweise auf etwa 135º C (275º F) etwa 60 Minuten lang erwärmt und dann in etwa 90 Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt.
Schließlich wird das holografische Element in einer Umgebung mit einer relativen Feuchtigkeit von weniger als etwa 30 % und einer Temperatur zwischen 20º und 30º C gelagert, bis es dann in die Windschutzscheibe laminiert wird, was später erläutert wird. Nach dieser zweiten Bearbeitung ist das holografische Element etwa 0,15 mm dick.
In Abb. 2 ist zu erkennen, daß der Kombinator 18 der Windschutzscheibe 10 nur ein Hologramm 30 und nicht den Träger umfaßt, auf dem das Hologramm 30, wie weiter oben erläutert, bearbeitet wurde. Die holografische Windschutzscheibe 10 beinhaltet auch eine innere Glasscheibe 14, die auf eine äußere Glasscheibe 12 mit einem dazwischen angeordneten Zwischenschichtmaterial 16, z.B. Polyvinylbutyral (PVB), laminiert wurde. Die Glasscheiben 12 und 14 werden in irgendeinem bekannten, herkömmlichen Formungsverfahren gebogen, um zwei komplementär geformte Glasscheiben zu ergeben. In der besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt in Abb. 2, ist das Hologramm 30 direkt an der außen befindlichen Oberfläche 32 der inneren Scheibe 14 angeordnet.
Hologramme sind sowohl wärme- als auch druckempfindlich. Bei einem Laminierungsverfahren für eine Windschutzscheibe, wie es z.B in dem Patent US-A-4,102,722 von Shoop beschrieben wird, wird die Verbundwindschutzscheibe 30 Minuten lang bei einem Druck von 14 kg/cm (200 psi) und einer Temperatur von 135º C (275º F) laminiert. Es wurde festgestellt, daß das zuvor beschriebene Hologramm unter diesen Bedingungen zerstört würde, so daß es nicht als Kombinator verwendet werden könnte. Folglich wurde die Herstellung der Windschutzscheibe 10 in ein mehrstufiges Verfahren abgeändert, das zwei Laminierungszyklen umfaßt. Beim ersten Laminierungsschritt wird das holografische Element, das das Hologramm 30 auf einer Trägerfolie aufweist, auf eine Zwischenschicht aus eine PVB laminiert, die wiederum auf die äußere Glasscheibe 12 laminiert wird, um eine zweischichtige Einheit auszubilden. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Zwischenschicht zuerst auf der innen befindlichen Oberfläche 34 der äußeren Scheibe 12 angeordnet. Die Zwischenschicht 16 wird mit einem Klebemittel, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Polyurethan, in dem Bereich beschichtet, der mit dem holografischen Element in Berührung kommen wird. Das Element wird dann über der mit Polyurethan beschichteten Fläche angeordnet, wobei sich das Hologramm 30 des Elementes in direktem Kontakt mit dem Klebemittel befindet. Der übrige Teil der zweischichtigen Einheit, d.h. der Teil der Zwischenschicht 16, der nicht von dem holografischen Element bedeckt wird, wird mit einer Gleitfolie bedeckt, die die gleiche Dicke wie das holografische Element hat. Die Gleitfolie besteht aus einem Material, das während eines Laminierungsvorgangs nicht an der Zwischenschicht 16 klebt, und kann z.B. Polyethylen oder ein Material mit einer Trennmittelbeschichtung, z.B. eine Folie auf Silikonbasis, sein. Die Gleitfolie umfaßt eine Öffnung, die so angeordnet und bemessen ist, daß sie in Anordnung und Größe allgemein dem holografischen Element entspricht, das auf der Zwischenschicht 16 angebracht ist. Eine Druckplatte, die die komplementär gebogene innere Glasscheibe 14 sein kann, wird dann über der zweischichtigen Einheit und der Gleitfolie angebracht und die gesamte Einheit wird laminiert. Obwohl es die vorliegende Erfindung nicht einschränkt, wird bei dem bevorzugten Laminierungsverfahren die Einheit in einen Beutel gegeben und in bekannter Weise und wie im Patent US-A-3,311,517 von Keslar et al. beschrieben entlüftet und bei einer Temperatur im Bereich von 71º C bis 93º C (160º F bis 200º F) bei 1,05 kg/cm² bis 4,22 kg/cm² (15 psi bis 60 psi) für 15 bis 45 Minuten im Autoklaven behandelt. Bei der Art von Hologramm, die zuvor beschrieben wurde, wird die zweischichtige Einheit vorzugsweise bei etwa 79º C (175º F) und 1,76 kg/cm² (25 psi) 30 Minuten lang laminiert. Nach dem ersten Laminierungszyklus wird die zweischichtige Einheit aus dem Beutel genommen und Druckplatte und Gleitfolie werden von der Zwischenschicht entfernt. Die Trägersubstanz wird dann durch Abschälen vom Hologramm getrennt, um eine zweischichtige Windschutzscheibe 36 zu ergeben, wie in Abb. 4 gezeigt, bei der nur das Hologramm an der Zwischenschicht befestigt ist.
Nach dem Abschälen wird die dreilagige Windschutzscheibe 10 zusammengebaut. Die innere Glasscheibe 14 wird über der Zwischenschicht 16 angeordnet und die zusammengabute Windschutzscheibe wird wieder in einen Beutel gesteckt, entlüftet und in einem Autokalven laminiert, um das Endprodukt auszubilden. Dieser Laminierungsschritt muß gesteuert werden, damit das Hologramm nicht durch übermäßige Hitze und/oder Druck zerstört wird. Wenn ein Hologramm des früher besprochenen Typs verwendet wird, werden Temperaturen und Drücke stufenweise erhöht. Obwohl es bei der vorliegenden Erfindung keine Einschränkung bedeutet, wird in einem speziellen Laminierungsverfahren die Temperatur von Raumtemperatur auf eine Temperatur erhöht, die im Bereich von 60º C bis 79º C (140º F bis 175º F) liegt und für etwa 10 bis 20 Minuten gehalten. Die Temperaturen werden dann auf einen Wert innerhalb eines Bereiches von etwa 107º C bis 135º C (225º F bis 275º F) erhöht und für etwa 45 bis 20 Minuten gehalten. Dann wird die Temperatur auf Raumtemperatur gesenkt. Hinsichtlich des Druckes ist zu sagen, daß der Autoklav unter Druck gesetzt wird, und zwar auf einen Wert in einem Bereich von etwa 1,76 kg/cm² bis 7,03 kg/cm² (25 psi bis 100 psi) und darauf gehalten wird, bis die Temperatur im Autoklaven den zweiten erhöhten Temperaturbereich erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck auf einen Wert in einem Bereich von etwa 10,5 kg/cm² bis 15,8 kg/cm² (150 psi bis 225 psi) erhöht und gehalten, bis die Temperatur wieder auf Raumtemperatur gesunken ist. Bei der früher beschriebenen Art von Hologramm 30 umfaßt der zweite Laminierungsschritt vorzugsweise das Erwärmen der Einheit auf etwa 66º C (150º F) für etwa 15 Minuten und dann das Erhöhen der Temperatur auf etwa 116º C (240º F) und das Halten dieser Temperatur für etwa 90 Minuten, bevor auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Bezüglich des Drucks ist zu sagen, daß die Einheit einem Druck von etwa 1,05 kg/cm² (50 psi) ausgesetzt wird, bis die Temperatur etwa 116º C (240º F) erreicht, und zu diesem Zeitpunkt wird der Druck auf etwa 14,1 kg/cm² (200 psi) erhöht und gehalten, bis die Temperatur wieder auf Raumtemperatur gesenkt wird.
Wenn erforderlich, kann vor dem abschließenden Zusammenbau der Windschutzscheibe die Zwischenschicht 16 mit einer Lösung aus PVB besprüht werden, um eine geprägte Oberfläche auf der Zwischenschicht 16 zu schaffen, um so die Entlüftung der Einheit vor dem zweiten Laminierungsschritt zu unterstützen. Zusätzlich kann eine dünne Schicht aus Polyurethan oder einem anderen geeigneten thermoplastischen Klebemittel entweder auf die exponierte Hologrammoberfläche und/oder die außen befindliche Oberfläche 32 der innen befindlichen Glasscheibe 14 in dem Bereich aufgetragen werden, wo das Hologramm die innere Glasscheibe berühren wird, um die Befeuchtung und Bindung der Oberfläche des Hologramms zu unterstützen.
Obwohl die Entlüftung der Windschutzscheibe vorzugsweise in einem Beutel vorgenommen wird, ist Fachleuten klar, daß andere Entlüftungsverfahren, wie z.B. die Verwendung von Entlüftungskanälen oder Vorpreßwalzen, wie in den Patenten US-A-3,281,296 von Jameson bzw. 4,696,713 von Okafuji et al. beschrieben, verwendet werden können.
Die relative Haftung zwischen dem Hologramm und der Zwischenschicht und dem Hologramm und dem Träger kann das Abschälen beeinträchtigen. Wenn die Haftung zwischen Hologramm/Zwischenschicht größer ist als die Haftung zwischen Trägerklebstoff/Hologramm, kann etwas von dem Klebemittel zwischen dem Hologramm und dem Träger nach dem Abschälen auf der exponierten Hologrammoberfläche- verbleiben. Wenn die Haftung zwischen Hologramm/Zwischenschicht geringer ist als die Haftung zwischen Hologramm/Träger, kann sich das Hologramm abscheren und so Fehlstellen in der belichteten Hologrammoberfläche hinterlassen. Der erste Fall wird bevorzugt.
Als Alternative zum zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann das Hologramm 30 direkt an der außen befindlichen Oberfläche 32 der inneren Glasscheibe 14 während eines ersten Arbeitsgangs befestigt werden. Obwohl es für die vorliegende Erfindung keine Einschränkung bedeutet, kann das Hologramm 30 durch Anpressen mittels Vakuum befestigt werden. Vorzugsweise wird das Hologramm 30 und/- oder der Teil der inneren Glasscheibe 14, der mit dem Hologramm 30 in Berührung kommen soll, mit einem Klebemittel, wie Polyurethan, beschichtet. Das holografische Element wird dann auf der inneren Glasscheibe 14 angeordnet, wobei das Hologramm die Oberfläche 32 berührt. Eine sich anpassende Preßvorrichtung, wie z.B. eine Vakuumdecke, kann über dem Element angeordnet werden, um Luft zwischen dem Glas 14 und dem Hologramm 30 zu entfernen und das Element gegen die Glasscheibe 14 zu pressen. Wenn ein thermoplastisches Klebemittel verwendet wird, z.B. Polyurethan, wird die Einheit während des Entlüftungsschritts auf einen Wert im Bereich von 71º C bis 93º C (160º F bis 200º F) erwärmt, vorzugsweise auf etwa 79º C (1750 F). Nachdem das Element an der Glasscheibe 14 befestigt und die Decke entfernt- wurde, wird die Einheit gekühlt und die Trägersubstanz von der Einheit abgeschält, wobei auf der Glasscheibe 14 nur das Hologramm 30 zurückbleibt. Die Windschutzscheibe 10 wird dann zusammengebaut, d.h. die Zwischenschicht 16 wird auf die außen befindliche Oberfläche der inneren Glasscheibe 14 gelegt, und die äußere Glasscheibe 12 wird über der Zwischenschicht angeordnet. Die zusammengebaute Windschutzscheibe wird entlüftet und in einem Autoklaven laminiert, wie es zuvor für den zweiten Laminierungsschritt erläutert wurde.
Als Alternative zum Entfernen der Trägersubstanz durch Abschälen kann der Träger aus einem Material angefertigt werden, das aufgelöst werden kann, nachdem das Hologramm auf dem Glas oder der Zwischenscheibe befestigt wurde.
Obwohl es für die vorliegende Erfindung keine Einschränkung bedeutet, kann das holografische Aufzeichnungsmedium auf einem Träger aus Polystyrol aufgetragen werden. Es kann ein Grundierungsmittel aufgetragen werden, um eine geeignete Haftung zu erreichen. Das Hologramm wird bearbeitet und an der Zwischenschicht oder der Glasoberfläche der Windschutzscheibe, wie bereits erläutert, befestigt. Die Trägersubstanz aus Polystyrol wird dann unter Verwendung von z.B. Pentan oder Benzol aufgelöst, und das Hologramm bleibt fest an der Stelle zurück.
Es ist zu beachten, daß bei einer gebogenen Windschutzscheibe, wenn das holografische Element entweder an der Zwischenschicht der zweischichtigen Einheit oder der Glasscheibe befestigt ist, das Element gebogen ist, um während des ersten Befestigungsvorgangs der Krümmung der Windschutzscheibe zu entsprechen. Es wird angenommen, daß das Element alternativ an einer flachen Innenschicht 16 ohne Glasscheibe befestigt werden kann, indem das Element und die Zwischenschicht 16 zwischen Gleitfolien und flache Preßplatten gepreßt und erwärmt wird. Nachdem die Zwischenschicht 16 abgekühlt ist, kann die Trägersubstanz von der Zwischenschicht 16 abgeschält werden, wobei das Hologramm 30 zurückbleibt. Die Windschutzscheibe 10 kann dann zusammengebaut und laminiert werden, wofür, wie früher erläutert, die Zwischenschicht 16 verwendet wird, um den dreischichtigen Aufbau der Windschutzscheibe 10, dargestellt in Abb.2, oder den zweischichtigen Aufbau der Windschutzscheibe 36 und 38, dargestellt in den Abbildungen 4 bzw. 6 auszubilden.
Es muß anerkannt werden, daß die Temperaturen und Drücke, die während der Laminierungsschritte der gläsernen Windschutzscheibe verwendet werden, von der Empfindlichkeit des Hologramm gegenüber dieses Variablen diktiert werden. Je weniger empfindlich das Hologramm gegenüber diesen Variablen ist, um so näher können die Temperaturen und Drücke an den Werten für das herkömmliche Laminieren einer Windschutzscheibe liegen. Wenn das Hologramm 30 die Exposition von Temperatur und Druck in Kombination eines herkömmlichen Verfahrens zur Laminierung einer Windschutzscheibe übersteht, ist anzunehmen, daß das mehrstufige Verfahren, wie oben beschrieben, nicht notwendig ist.
Es muß weiter anerkannt werden, daß der beschriebene Laminierungszyklus für eine gläserne Windschutzscheibe gilt. Statt das Hologramm zu verändern, wenn die Laminierungszyklen der Einheit unterschiedlich sind, wenn z.B. verschiedene durchsichtige Scheiben verwendet werden, die niedrigere erhöhte Temperaturen und/oder Drücke erfordern, ist besser ein einstufiger Laminierungszyklus zu verwenden.
Als weitere Verbesserung des Verfahrens, wenn das Hologramm 30 die Biegetemperatur der Scheibe übersteht, z.B. etwa 648º C (1200º F) bei Glas, kann angenommen werden, daß das Hologramm vor einem Biege- und Formungsgang an das Glas geklebt werden kann.
Es ergeben sich mehrere Vorteile dadurch, daß der Kombinator 18 an einer Glasscheibe angeordnet werden und die Trägersubstanz entfernt werden kann. Erstens schafft die Glasscheibe eine starre, optisch akzeptable Oberfläche, die sich während des Laminierungsvorgangs nicht verzieht, verformt oder nicht fließt, so daß sich das Hologrlamm während des Laminierungsverfahrens nicht verformt und parallel zur Glasoberfläche bleibt. Zusätzlich wird durch das Entfernen des Trägers ein zusätzliches Element von der Windschutzscheibe entfernt, das sowohl optische Defekte in der Windschutzscheibe als auch zusätzliche Reflexionsflächen in der Windschutzscheibe verursachen kann.
Darüberhinaus wird angenommen, daß die Verbindung des gesamten holografischen Elements als Kombinator mit der Windschutzscheibe mehrere Zwischenscheiben von verschiedenen Dicken erforderlich machen würde, um die Dicke des holografischen Elementes auszugleichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Glas eine überlegene Feuchtigkeitsbarriere auf der berührten Hauptoberfläche des Hologramms bildet.
Einem Fachmann müßte klar sein, daß das Hologramm in die Zwischenschicht der Windschutzscheibe eingebettet werden kann und nicht an der Glasscheibe befestigt werden muß, indem einfach eine zweite Zwischenschichtfolie zwischen der zweischichtigen Einheit mit dem Hologramm und der inneren Glasscheibe angeordnet und die Einheit, wie zuvor beschrieben und wie beim dreischichtigen Aufbau der Windschutzscheibe 40 in Abb. 3 gezeigt, als zweischichtiger Aufbau 42 in Abb. 5 laminiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe (10) durch Anordnen einer Zwischenschicht (16) auf einer Oberfläche (34) einer festen Glasscheibe (12), Anordnen eines auf einem Träger angeordneten Hologramms (30) auf einer Hauptober fläche der Zwischenschichtfolie (16), Laminieren der Glasscheibe (12), Zwischenschichtfolie (16), Hologramm (30) und Träger durch Erwärmen und Anlegen von Druck, um einen einheitlichen Verbund auszubilden, Entfernen des Trägers von dein Verbund und Laminieren mindestens einer zusätzlichen festen Glasscheibe (14) mit der Zwischenschichtfolie (16), so daß die Zwischenschichtfolie (16) und das Hologramm (30) zwischen den Glasscheiben (12, 14) angeordnet sind.

2. Verfahren zum Zusaminenbauen einer laininierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe (10) durch Ankleben eines auf einem Träger angeordneten Holograinms (30) an einer Hauptoberfläche einer Zwischenschichtfolie (16) aus Kunststoff, wobei das Hologramm (30) zwischen dem Träger und der Zwischenschichtfolie (16) angeordnet ist, durch Erwärmen des Teils der Zwischenschichtfolie (16), der in Berührung mit dem Hologramm (30) steht, Entfernen des Trägers vom Hologramm (30), so daß das Hologramm (30) an der Zwischenschichtfolie (16) kleben bleibt, Befestigen einer Glasscheibe (12) an der Zwischenschichtfolie (16), so daß das Hologramm (30) zwischen der Glasscheibe (12) und der Zwischenschichtfolie (16) angeordnet ist, und Laminieren mindestens einer zusätzlichen Glasscheibe (14) mit der Zwischenschichtfolie (16), so daß die Zwischenschichtfolie (16) zwischen den Glasscheiben (12, 14) angeordnet ist.

3. Verfahren zum Zusammenbauen einer laminierten, holografischen, lichtdurchlässigen Scheibe (10) durch Ankleben eines auf einem Träger angeordneten Hologramis (30) an einer Hauptoberfläche einer Glascheibe (12), wobei das Hologramm (30) zwischen dein Träger und der Glasscheibe (12) angeordnet ist, durch Erwärmen des Teils der Glasscheibe (12), der in Berührung mit dem Hologramm (30) steht, Entfernen des Trägers vom Hologramm (30), so daß das Hologramm (30) an der Glasscheibe (12) kleben bleibt, Befestigen einer Zwischenschichtfolie (16) aus Kunststoff an der Glasscheibe (12), so daß das Hologramm (30) zwischen der Glasscheibe (12) und der Zwischenschichtfolie (16) angeordnet ist, und Laminieren mindestens einer zusätzlichen Glasscheibe (14) mit der Zwischenschichtfolie (16), so daß die Zwischenschichtfolie (16) zwischen den Glasscheiben (12, 14) angeordnet ist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entfernens das Abschälen des Trägers vom angeklebten Hologramm (30) einschließt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entfernens-das Auflösen des Trägers vom angeklebten Hologramm (30) einschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Laminierschritt die lichtdurchlässige Scheibe auf eine Temperatur im Bereich von 71º C bis 93ºC (160º F bis 200º F) erwärmt und ein Druck im Bereich von 1,034 bis 4,137 bar (15 bis 60 psi) für 15 bis 45 Minuten angelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Scheibe auf etwa 80º C (175º F) unter einem Druck von etwa 1,724 bar (25 psi) für etwa 30 Minuten erwärmt wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laminierschritt weiterhin den Schritt des Anlegens eines Druckes im Bereich von etwa 1,724 bis 6,845 bar (25 bis 100 psi) an die Scheibe einschließt und der Druck aufrechterhalten wird, bis die Temperatur in den Bereich zwischen 107º C bis 135º C (225º F bis 275º F) erhöht ist, und der Druck auf 10,340 bis 15,510 bar (150 bis 225 psi) erhöht und der Druck aufrechterhalten wird, bis die Temperatur des Verbundes auf etwa Raumtemperatur verringert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laininierschritt die Schritte des Erwärmens auf etwa 66º C (150º F) für etwa 15 Minuten, das Erhöhen der Temperatur auf etwa 116º C (240º F), das Aufrechterhalten dieser Temperatur für etwa 90 Minuten und das Verringern der Temperatur auf Raumtemperatur einschließt, und weiterhin die Schritte des Anlegens eines Druckes von etwa 3,448 bar (50 psi) während des anfänglichen Erwärmens der Scheibe, Aufrechterhalten des Druckes, bis die Temperatur auf etwa 116º C (240º F) erhöht ist, Erhöhen des Druckes auf etwa 13,790 bar (200 psi) und Aufrechterhalten dieses Druckes, bis die Temperatur auf Raumtemperatur verringert ist, eingeschlossen sind.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anklebeschritt das Anbringen von Klebstoff zwischen dem Hologramm (30) und der Zwischenschichtfolie (16) aus Kunststoff, das Anordnen eines Druckteils in überdeckender Stellung über dem Träger und das Entfernen von Luft zwischen der Zwischenschichtfolie (16) aus Kunststoff und dem Hologramm (30) einschließt.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anklebeschritt das Anbringen von Klebstoff zwischen dein Hologramm (30) und erster Glasscheibe (12), das Anordnen eines Druckteils in überdeckender Stellung über dem Träger und das Entfernen von Luft zwischen der ersten Glasscheibe (12) und dem Hologramm (30) einschließt.